автореферат диссертации по металлургии, 05.16.03, диссертация на тему:Комбинированная технология извлечения металлов из твердых и жидких отходов горного производства

Общая характеристика работы.

Глава 1. Теория и практика химического обогащения некондиционных руд и отходов горного производства. Цели, задачи и методы исследований

1.1. Формирование хвостохранилшц обогатительных фабрик.

1.2. Физико-химическое обогащение хвостов.

1.3. Геотехнологические методы извлечения металлов.

1.4. Цели, задачи и методы исследований.

Глава 2. Лабораторные исследования комбинированного выщелачивания хвостов обогащения сульфидных руд.

2.1. Подготовка материалов исследований.

2.2. Методика исследований.

2.3. Теоретический расчет расхода окислителей.

2.4. Исследование параметров выщелачивания.

Выводы.

Глава 3. Кинетическая модель выщелачивания металлов из хвостовых минералов.

3.1.Закономерности физико-химического обогащения.

3.2.Математическая модель диффузионно-конвективных процессов

3.3. Определение параметров выщелачивания.

Выводы.

Глава 4. Выбор и опытно-промышленные испытания электромембранной технологии.

4.1. Характеристика электрохимических технологий.

4.2. Опытно-промышленные испытания технологии.

4.3. Технология выщелачивания хвостов.

4.3.1.Конструкция площадки выщелачивания.

4.3.2.Установка для приготовления и переработки растворов.

Выводы.

Глава 5. Оценка экономической эффективности комбинированных электромембранных технологий.

5.1. Экономические преимущества технологий.

Выводы.

Актуальность работы. Для рудников цветной металлургии России характерно накопление на земной поверхности отвалов твердых отходов добычи и переработки и сброс в гидросферу металлосодержащих стоков. Отвальные и шахтные стоки содержат продукты природного выщелачивания в количествах на 2 порядка выше ПДК, что представляет товарную ценность. Методы извлечения металлов из природных растворов с использованием химических реагентов не решают экологических проблем, в связи с чем повышается актуальность освоения безреагентных технологий.

Цель диссертационной работы состоит в теоретическом обосновании и выборе технологии интенсификации процессов кучного выщелачивания упорных сульфидных руд на основе электрохимической активации шахтных стоков.

Идея работы заключается в использовании шахтных стоков в качестве реагента при выщелачивании хвостов в процессе их очистки электромембранным методом.

Методы исследований. Анализ и обобщение литературы, опыта и патентов, изучение состава и свойств минералов, математическое планирование и обработка результатов, лабораторные эксперименты и опытно-промышленные испытания, эколого-экономический анализ с математическим моделированием.

Научная новизна: на основе исследования геотехнологических, физико-химических и структурных свойств содержащих свинец и цинк сульфидов обоснована эффективность кучного выщелачивания хвостов обогащения руд продуктами электрохимической очистки кислых шахтных стоков; установлено, что эффективность выщелачивания упорных полиметаллических сульфидных хвостов обусловлена наличием окислителей и возникновением новых фаз загрязнения минерала под влиянием физико-химических процессов; 5 лабораторными и опытно-промышленными экспериментами доказана адекватность промышленных ш природных окислителей для извлечения металлов в раствор; разработаны модели и функционалы определения эколого-экономического эффекта использования геотехнологических методов извлечения металлов из отходов.

Практическая ценность работы: разработана принципиальная технологическая схема кучного электрохимического выщелачивания свинца, цинка и др. металлов из упорных хвостов обогащения сульфидных руд; установлено, что эффективность кучного выщелачивания зависит главным образом от природной кислотности жидких стоков и минералов.

Реализация работы. Разработаны предложения по использованию геотехнологических методов при выщелачивании и мембранно-электрохимической очистки растворов, включенные в программу «Горы Осетии» в Республике Северная Осетия-Алания.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и были одобрены на научных семинарах кафедр ТРМ, ОП, «Экология» СевероКавказского государственного технологического университета (1997-98 гг.), на технических совещаниях Садонского СЦК и Тырнаузского ВМК (1998 г.) и института «Кавказгипроцветмет» (1998 г.).

Публикации: По результатам выполненных исследований опубликовано 7 работ.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы из 96 наименований. Работа изложена на 108 страницах машинописного текста, включая 18 таблиц и 18 рисунков.

Выводы

1. Товарными продуктами комбинированной технологии являются металлы, строительное сырье, обессоленная вода, газы (хлор, водород, кислород) и химикаты (кислоты и щелочи), стоимость которых удешевляет процесс переработки отходов.

2. Стоимостные параметры технологии определяются машинными решениями предложенной модели с принятыми ограничениями, увязывающей физические и экономические критерии процессов.

3. Экологическая эффективность технологий определяется снижением ущерба окружающей среде при реализации природосберегающих процессов переработки твердых^ жидких н газообразных ингредиентов.

4 Показателем эффективности технологий утилизации отходов являются приведенные затратьте полным учетом факторов поражения среды при традиционных и природоохранных технологиях добычи и переработки руд.

98

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании выполненных комплексных теоретических и экспериментальных исследований в диссертации обоснован механизм извлечения металлов кислотосодержащими водами, обеспечивающий решение важной научной задачи, заключающейся в переработке продуктов обогащения упорных сульфидных руд и шахтных стоков комбинированными природными и электрохимическими методами выщелачивания.

Основные научные и практические результаты диссертации:

1. Дано теоретическое обоснование и предложена технология интенсификации процессов кучного выщелачивания упорных сульфидных руд на основе электрохимической активации шахтных стоков.

2. Обоснована эффективность выщелачивания хвостов обогащения руд, содержащих свинец и цинк, шахтными стоками в процессе их очистки электромембранным методом.

3. Определено, что эффективность выщелачивания упорных полиметаллических сульфидных хвостов обусловлена наличием природных окислителей и возникновением новых фаз загрязнения минерала под влиянием физико-химических процессов.

4. Установлено, что анодитовая составляющая электрохимической обработки кислых шахтных стоков в диафрагменных электролизерах по химическому потенциалу адекватна растворам промышленных реагентов.

5. Разработана технология комбинированного кучного выщелачивания упорных сульфидных хвостов обогащения с очисткой шахтных стоков до норм ПДК, включающая электрохимическое вскрытие минералов анолитом и глубокое обессоливание продуктивных растворов в электродиализаторах и позволяющая извлечь из хвостов 50-70% металлов и сделать их экологически безопасными для утилизации.

99 б.Разработаны модели эколого-экономической оценки эффективности комбинированной технологии выщелачивания хвостов обогащения продуктами, показывающие преимущества природоохранных технологий переработки отходов горного производства.

100

1. Алборов И.И., Голик В.И. Эколого-экономическая концепция модернизации технологий разработки жильных месторождений. Сб. Комплексное изучение и эксплуатация месторождений полезных ископаемых. -Новочеркасск, 1997.

2. Арене В.Ж., Поров Н.В. Применение электротехнологии для интенсификации процесса подземного выщелачивания металлов. Тр. ГИ ГХС, 1979, №50.

3. Актуальные вопросы добычи цветных, редких и благородных металлов. Бубнов В.К., Голик В.И., Воробьев А.Е., Капканщиков A.M., Хадонов З.М., Поляцкий И.В., Руденко Н.К., Евсеев Л.И., Чекушина Т.В. Акмола, Жана-Арка, 1993.

4. Артемьев В.И. Электродные потенциалы и pH гидроксообразования в системах «элемент-вода». Диаграммы Пурбе. -Л.: ЛГТУ, 1990.

5. Баев A.B. Об электрохимическом растворении сульфидов при их гидрометаллургической переработке. Автореферат. -Иркутск: ИЛИ, 1973.

6. Бахуров В.Г., Руднева И.К. Химическая добыча полезных ископаемых. -М.: Недра, 1972.

7. Бахуров ВТ., Вечеркин СТ., Луценко И.К. Подземное выщелачивание урановых руд. -М.: Атомиздат, 1969.

8. Воробьев А.Е., Чекушина Т.В. Группировка методов электрохимического выщелачивания металлов. -М.: МГУ, деп. рукопись №27/9-118, 1994.

9. Воронин П.А., Кондратьев Ю.И., Хулелидзе К.К. и др. Способ подземного выщелачивания металлов из руд. A.c. СССР №1197536, 1984.

10. Габриэлянц ТА., Кадет В.В., Попов А.Е. и др. Способ подземного выщелачивания в гидрогенных массивах. A.c. СССР №1788804, 1990.11 .Гаврилова И.В., Киселева В.М. Окислительно-восстановительные реакции. Электродные потенциалы. Сп.П., СЗПИ, 1991.101

11. Голик В.И. Исследование и разработка технологии электрохимической очистки шахтных стоков Архонского рудника (Садонских рудников). Отчет о НИР,- Владикавказ: фонды СКГТУ, 1995.

12. Голик В.И., Алборое ИД. Экологические аспекты эксплуатации Са-донского месторождения. Сб. Пути развития горного производства. -Владикавказ, 1993.

13. Голик В.И., Лягиеяко В.И., Разумов А.И., Трапенок Н.М. Природо- и ресурсосберегающие технологии погашения выработанных пространств при подземной разработке рудных месторождений. -М.: ЦНИИЦветмет экономики и информации., 1991. Обзор, информ.

14. Голик В.И. Исследование и разработка технологии электрохимической очистки шахтных стоков Архонского рудника (Садонских рудников). Отчет о НИР.-Владикавказ: фонды СКГТУ, 1995.

15. Голик В.И., Алборое ИД. Охрана окружающей среды утилизацией отходов горного производства. -М.: Недра. 1995.

16. Государственный доклад о состоянии окружающей природной среды Республики Северная Осетия в 1994 г.

17. Голик В.И., Пагиев К.Х. Электрохимические технологии в горном производстве. Цветная металлургия, №9-10, 1995, с. 9-14.

18. Голик В.И., Пагиев К.Х. Энергосберегающие технологии при добыче руд. -Владикавказ: Изд-во Терек,, 1995, 373 с.

19. Голик В.И. и др. Теория и практика добычи и переработки руд. -Владикавказ: Изд-во Терек, 1997.

20. Голик В.И. и др. Наукоемкие технологии добычи металлов. -Владикавказ: Издательство Терек, 1996.

21. Голик В.И., Алборое ИД. Проблемы экологии и жизнедеятельности Северо-Кавказских рудников. Сб. Комплексное изучение и эксплуатация месторождений полезных ископаемых Новочеркасск, 1997.102

22. Голик В.И. Научно-технический прогресс в истории подземной добычи радиоактивных руд.-М.: ЦНИИ Черметинформация, 1992, 162 с.

23. Голик В.И., Кочетков В.А. Доизвлечение металлов из стоков горнодобывающих предприятий. Сб. Пути развития горного производства.Владикавказ, 1993.

24. Голик В.И., Ляшенко В.И. Перспективные способы активации материалов при утилизации отходов горного производства. Сб. Пути развития горного производства. -Владикавказ, 1993.

25. Голик В.И., Габараев О.З., Габисов В.Ю. Концепция природо- и ресурсосбережения при добыче садонских руд. Сб. Пути развития горного производства. Владикавказ, 1993.

26. Грабовников В.А. Геотехнологические исследования при разведке металлов. -М.: Недра, 1983.

27. Калабин А.Н. Добыча полезных ископаемых подземным выщелачиванием и другими геотехнологическими методами. -М.: Атомиздат, 1981.

28. Давыдов А.Д. Закономерности электрохимического растворения металлов при высоких плотностях тока. Автореферат. -М.: ИЭ, 1969.

29. Добош В. Электрохимические константы. -М.: Мир, 1986.

30. Долгих П.Ф., Остроумова ИД. К математическому моделированию процесса выщелачивания полезных компонентов из кускового рудного материала. Атомная энергия. 1977.

31. Добровольский Е.В. Кинетика геохимических процессов в системе раствор-порода. Геологический журнал. -Киев, 1983.

32. Заглубоцкий В.И. Окисление металлов переменным током в растворе щелочи. Автореферат. Новочеркасск, НПИ, 1975.

33. Иванов В.Г., Белогруд И.Н. Проектирование геотехнологических комплексов. -М.: МГРИ, 1989.

34. Кантор Е.Л. Экономика горно-химической промышленности. М.: Недра, 1984.103

35. Капканщиков A.M. Промышленное освоение методов подземного и кучного сернокислотного выщелачивания урана на месторождении Северного Казахстана // Специальные вопросы атомной науки и техники М., 1982., вып. 4 (25).

36. Карапетьянц М.Х., Карапетъянц M.JI. Основные термодинамические константы неорганических и органических веществ М., Химия, 1968.

37. Костина Г.М., Черняк A.C. Исследование механизма электрохимического окисления арсенопирита и пирита в растворах едкого натра // Журнал прикладной химии, т.32, вып.7, 1979, с. 1532-1535.

38. Крестов Г.А., Кобенин В.А. От кристалла к раствору JL: Химия,1977.

39. Кудайкулова Г.А. Электрохимические процессы на поверхности сульфидных минералов в водной и апротонной средах. Автореферат М.: ИЭ, 1990.

40. Куленое A.C., Гумарое Э.З., Будан Г.Д. и др. Способ электро- выщелачивания цинкосодержащих материалов. A.c. СССР №773113, 1979.

41. Латимер В.М. Окислительные состояния элементов и их потенциалы в водных растворах. М.: 1954.

42. Лобанов В.Г., Тюрин Н.Г. Физико-химические основы электрохимической переработки сульфидных минералов //Физико-химические основы бессточной технологии переработки полезных ископаемых Алма-Ата: ИИМО, 1981, с.100-101.

43. Ляшенко В.И., Голик В.И., Штеле В.И. Создание и внедрение малозатратных ресурсосберегающих методов, средств и технологий на горных предприятиях- М. : ЦНИИЦветмет экономики и информации, 1991, Обзор, информ.

44. Ласкорин Б.Н. Современное состояние и перспективы развития гидрометаллургических процессов. Сб. Гидрометаллургия-М.: Наука, 1976.

45. Лурье Ю.Ю. Аналитическая химия промышленных сточных вод-М.: Химия, 1984.104

46. Лунев JIM., Грабовников В.А., Толкунов Б.Л. Инженерные расчеты подземного выщелачивания металлов.-М.: МГРИ, 1977.

47. Мамилов В.А. Добыча урана методом подземного выщелачивания -М.: Атомиздат, 1980.

48. Масленицкий И.И., Беликов P.P. Химические процессы в технологии переработки трудиообогатимых руд.-М., Недра, 1986.

49. Молчанов В.И., Селезнева О.Г., Жирное E.H. Активация минералов при измельчении.-М.:Недра, 1988.

50. Математическое и физическое моделирование рудообразующих процессов. Голубев B.C. и др.- М.: ВИМС, 1978.

51. Методы, техника и технология изучения месторождений твердых полезных ископаемых для освоения способом подземного выщелачивания. Сб. научных трудов- М.:, 1986.

52. Минералогия и геохимия редких и радиоактивных металлов // Терехов В.Я., Егоров Н.И., БаюшкинИ.М., Минеев Д.А.-М.: Энергоатомиздат, 1987.

53. Нарсеев A.B. Интенсификация процесса извлечения благородных металлов из продуктов бактериального окисления упорных золото- мышьяк- содержащих концентратов на основе электрохимических воздействий. Дисс. М: ЦНИГРИ, 1992.

54. Некоторые закономерности процесса выщелачивания и объективная оценка результатов извлечения полезных компонентов при кучном выщелачивании скальных руд // Специальные вопросы атомной науки и техники. Бубнов В.К., Петров Р.П. и др. -М.: 1979. Вып.1(4).

55. НюссикЯ.М., КомовИ.Л. Электрохимия в геологии.-Л.: Наука, 1981.

56. Огородников Ю.И., Пономарева Е.И. Электровыщелачивание халько-генидных материалов.-Алма-Ата: Наука, 1983.

57. Огородников Ю.К, Пономарева Е.И., Бикенеев A.M. и др. Способ переработки металлургических продуктов путем электрохимического выщелачивания. A.c. СССР №677516, 1980.105

58. Остроушко И.А., Остроущко Р.И. Выщелачивание свинца и цинка из сульфидных руд. Орджоникидзе, 1976.

59. Остроушко И.А. Исследования по переработке гелей из раствора выщелачивания в товарные осадки. Отчет о НИР. -Орджоникидзе: фонды СКГМИ, 1978.

60. Остроушко И.А. Отчет о научно-исследовательской работе «Исследование и разработка мероприятий по очистке рудничных вод с получением товарных осадков на Урупском ГОКе».-Орджоникидзе: фонды СКГМИ. Часть III. 1979.

61. Остроушко И.А. Отчет о научно-исследовательской работе «Извлечение металлов из руд, оставленных в отработанных пространствах рудника «Молибден» и сбросов Тырныаузской обогатительной фабрики».-Орджоникидзе: фонды СКГМИ, 1971.

62. Калоев Б А. Историко-этнографический очерк Садонских рудников. Изв.СОНИИ, т.ХХ1, вып.1, Орджоникидзе, 1958. Садонский свинцово-цинковый комбинат: Очерки истории. СОГУ. М.М.Блиев, Б.Х.Ортабаев, В.Д.Кучиев и др. -Орджоникидзе: ИР, 1979.

63. Остроушко И.А. Исследования по очистке вод рудников Садонского комбината. Отчет о НИР- Орджоникидзе: фонды СКГМИ, 1972.

64. Остроушко И.А. Очистка шахтных вод Архонского рудника с извлечением металлов в товарные осадки. Отчет о НИР. Орджоникидзе: фонды СКГМИ, 1973.106

65. Остроушко И. А. Исследование закономерностей угасания в боковых породах рудных тел, отрабатываемых рудниками Садонского комбината. Отчет о НИР. -Орджоникидзе: фонды СКГМИ, 1974.

66. Озолин Л.Т., РусихинаЛ.П. Выщелачивание урановых руд.-М.: 1971.

67. Пагиев К.Х., Голик В.И. Развитие процессов активации материалов в горном производстве- М.: Цветная металлургия, №6, 1995, с. 5-6.

68. Природо- и ресурсосберегающие технологии подземной разработки рудных месторождений. Ляшенко В.И., Голик В.И., Разумов А.Н., Трапенок Н.И. -М.: Черметинформация, 1992,103 с.

69. Пагиев К.Х., Голик В.И., Голик Д.В. Технология извлечения металлов из растворов при очистке шахтных вод. Известия ВУЗов. Цветная металлургия, №3, 1995.

70. Переработка руд подземным и кучным выщелачиванием // Специальные вопросы атомной науки и техники. Бубнов В.К., Потапов В.П. и др.-М.: 1977, вып. 3(28).

71. Перельман А.И. Геохимия-М.: Высшая школа, 1989.

72. Петрунта И.П. и Каргина Н.К. Способ очистки остаточных растворов подземного выщелачивания. Заявка №4750432, 1989.

73. Петухов О.Ф., Когай М.А., Прозоров Л.Б. и др. Способ очистки остаточных растворов подземного выщелачивания. Заявка №4447690, 1988.

74. Полъкин С.И., Адамов Э.В. Обогащение руд цветных металлов. М.: Недра, 1975.

75. Применение метода электрохимического окисления в щелочных растворах для переработки золото- мышьяковых концентратов-М.: ЗабНИИ, 1978.

76. Ротинян А.Л., Тихонов К.И., Шошина И.А. Теоретическая электрохи-мия-Л.: Химия, 1981.

77. Рыбаков Ю.С., Халезов Б.Д., Ермаков В.И. Исследования по созданию электро- геотехнологических схем получения цветных металлов. Сб. Проблемы107геотехнологии. III Всесоюзная конференция по геотехнологическим методам добычи полезных ископаемых.-М.: 1983.

78. Садонин В.Г., Веселова JI.H. Разработка гидрогенных месторождений методом подземного выщелачивания- М.: ЦНИИатоминформ, 1982.

79. Садонин В.Г., Даегуля А.Н. Экономико-математическое моделирование процесса подземного выщелачивания- М.: ЦНИИ атоминформ, 1985.

80. Селяков В.И. Эффективная проницаемость неоднородной среды. Тезисы докладов.-М.: 1984.

81. Сгшкш В.А., Бебчук Б.Н., Хохряков A.B. Оценка последствий техногенного воздействия горного производства на окружающую среду. Горный журнал. 1989, №3.

82. Себетов М.М. Исследование оптимального режима переработки цин-косодержащих гелей в товарные осадки. Отчет о НИР.-Орджоникидзе.: фонды СКГМИ, 1973.

83. Хетагуров Г.В. Закономерности размещения и минералого-геохимические особенности полиметаллических месторождений Центрального Кавказа. Докт.дисс. -Орджоникидзе, 1974.

84. Чантурия В.А., Назарова Г.Н. Электрохимическая технология в обогатительно- гидрометаллургических процессах. -М.: Наука, 1977.

85. Черняк A.C. Химическое обогащение руд.-М.: Недра, 1987.

86. Яхонтова JI.K, Нестерович Л.Г. Зона гипергенеза рудных месторождений как биокосная система.-М.: МГУ, 1983,108

87. Голик В.И, Кабисова И.К, Камболов А.Н, Киргуев А. Т, Карякин Ю.И. Математическая модель выщелачивания металлов из отходов добычи и переработки. Сборник СКГТУ. Владикавказ. 1998.

88. Голик В.И, Камболов А.Н. Эколого-экономичеекая модель определения эффективности переработки отходов добычи. Сборник СКГТУ. Владикавказ. 1998.

89. Голик В.И, Камболов А.Н. Формирование техногенных месторождений и процессы природного выщелачивания сульфидных руд. Сборник СКГТУ. Владикавказ. 1998.