автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.02, диссертация на тему:Разработка безотходных способов кучного и подземного выщелачивания некондиционных хромитовых руд и хвостов обогащения

АКАДЕМИЯ НАУК КАЗАХСКОЙ ССР ИНСТИТУТ ГОРНОГО ДЕЛА

На правах рукописи Для служебного пользования

эта. л£ г; 1 ч

Карпыкбаева Бахыг Шегебаевна

РАЗРАБОТКА БЕЗОТХОДНЫХ СПОСОБОВ КУЧНОГО И ЮДЗЕМНОГО ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ НЕКОНДИЦИОННЫХ ХРОМИТОВЫХ РУД И ХВОСТОВ ОБОГАЩЕНИЯ

05.15.02 — Подземная разработка месторождений полезных ископаемых

05.15.11 — Физические процессы горного производства

Автореферат диссертации на соискание ученой степени . кандидата технических наук

Алма - Ата 1991

Работа выполнена в Институте горного дела АН КазССР.

Научный руководитель - член-корреспондент АН КазОСР, докто]

технических наук Ш.А.АЛТАЕВ.

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

В.К.АЕЕНС;

- кандидат технических наук, старший научный сотрудник С.И.ДКАНСУГУРОВ.

Ведущая организация - Институт горного дела Миныеталлургии

СССР г.Свердловск.

Защита состоится "_"_|__ 1991 г. в_час.

на заседании специализированного совета К 008.15.01 в Институте горного дела АН КазССР по адресу: 480046, г.Алма-Ата, 46, пр.Абая, 191.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института горного дела АН КазССР.

Автореферат разослан "_"_1991 г.

Ученый секретарь специализированного

совета, доктор технических наук С.И.ПЕТРОВИЧ

ОЕЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одним из прогрессивных методов добычи юлезных ископаемых является подземное выщелачивание. Этот способ добычи позволяет полнее использовать недра за счет вовлече-ímh в эксплуатацию забалансовых запасов руд, извлечение которых градационными способами нерентабельно. Кроме того, подземное зьщелачивание частично или полностью избавляет человека от тяжелого труда под землей и снижает себестоимость продукции.

Изучение сырьевой базы Донского горно-обогатительного.ком-5ината показало, что в процессе добычи и переработки хромитовых руд ежегодно складируются в отвалы и хвостохранилища 32 млн.т зскрышных пород, 0,25 млн.т некондиционных хромитовых руд с содержанием окиси хрома 10-30% и 0,5 млн.т хвостов обогащения с со-аержанием окиси хрома до Ъ%. Кроме того, в спецотвалах Донского. ""ОКа в настоящее время находится около 120 млн.тонн бедных руд с удержанием окиси хрома, 5-28$.

Все это является источником ценного сырья, а также источником опасного загрязнения воздуха, воды и серьезного нарушения эко-гогического равновесия.

Анализ практического опыта работы Донского горно-обогатительного комбината" показывает, что полученные хромитовые концентра-еы в связи с низкой эффективностью традиционных методов обогаще-шя, содержат повышенное количество кремнезема (6-8%). Высокое ¡одержание кремнезема в хромитовых концентратах снижает производ-:твенные показатели огнеупорной промышленности и других потреби-:елей хромового сырья. '

Для получения хромитового концентрата с допустимым содержа-гаем кремнезема весьма перспективным является применение метода ямического обогащения, который позволит разработать безотходную

технологию выщелачивания хроштовых руд, уменьшить содержание кремнезема в хромиювых концентратах, получить крешегельсодер-жатцее комплексное удобрение и освободить площади, занимаемые спецотвалаш. Поэтому проблема переработки хвостов обогащения геотехнологическими способами и разработки технологии добычи некондиционных хромитовых руд подземным выщелачиванием является весьма актуальной.

Целью работы является разработка безотходных способов кучного и подземного выщелачивания хроштовых руд и хвостов обогащения.

Идея работы заключается в использовании эффекта межфазового превращения минералов для.создания технологии подземного и кучного выщелачивания руд, обеспечивающее концентрирование окиси хрома в твердой фазе и выщелачивание компонентов пустой породы в раствор.

Методика исследований. Применен комплексный метод исследований, включающий обобщение опыта выщелачивания металлов из руд; теоретические , лабораторные и укрупненные исследования технологии подземного и кучного выщелачивания, оптимизация параметров технологии выщелачивания с применением метода математического моделирования ; технико-экономический анализ ; экономико-математическая обработка результатов исследований.

Научные положения, выносимые на защиту:

- разработка некондиционных хроштовых руд без взрывной отбойкой возможна путем подземного выщелачивания из нерудных минералов полезных компонентов, обеспечивающего снижение прочности руды;

- геотехнологически эффективным способом переработки является химическое обогащение некондиционных хромитовых руд и хвостов обогащения с концентрированием окиси хрома в твердой фазе без предварительной термической обработки ;

- максимальное извлечение полезного компонента в твердою фазу достигается в условиях чанового выщелачивания при времени выщелачивания 3 ч, соотношении Т:Н = 1:3, температуре-80 °С и постоянном перемешивании ; в условиях кучного и подземного выщелачивания - в пульсационно-статическом режиме при продолжительности затоплений трое суток и пауз между ниш одни сутки ;

- побочные продукты выщелачивания хромитовых 'руд (гелеобра-зный отработанный раствор и аморфный кремнезем) при смешивании в соотношении 1:1 представляют собой комплексное минеральное удобрение, которое увеличивает на 21-26% подвижность фосфора и молибдена .

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается качественным соответствием теоретических исследований результатам лабораторных и опытно-промышленных экспериментов ; достаточным объемом лабораторных экспериментов, обеспечивающим значение коэффициента вариации результатов в пределах 0,5%; совпадением результатов лабораторных и промышленных экспериментов; положительными результатами промышленных испытаний рекомендуемых способов кучного выщелачивания с получением низкокракнистого концентрата с содержанием окиси хрома 61,155 и окиси кремния 0,7%.

Научная новизна проведенных исследований состоит в следующем:

- предложен новый способ и режим разработки некондиционных хромитовых руд безвзрывной отбойкой подземным выщелачиванием

из нерудных минералов полезных компонентов ;

- разработан новый способ выщелачивания хромитовых руд 10-15%-ным раствором серной кислоты с добавлением 5-10%-ного-сернокислого аммония при температуре 60-90 °С и времени обработки 2-3 ч для чанового и кучного выщелачивания;

- предложен новый способ.автоматического управления технологическими параметрами в процессе выщелачивания руд;

- разработан способ получения нредаегельсодержащего комплексного удобрения с использованием отработанных растворов после выщелачивания.

Практическая ценность. Разработанная безотходная технология выщелачивания хромитовых руд позволяет вовлечь в эксплуатацию некондиционные руды и отходы обогащения на Донском горно-обогатительном комбинате о получением низкокремнистого спецконцентрата, рядового хромитового концентрата и крешегельсодержащего минерального удобрения. Экономический эффект от внедрения технологии при чановом выплачивании составит 829,6 тыс.рублей в год, а при кучном выщелачивании - 68?,7 тыс.рублей в год.

Реализация работы в промышленности. Разработанная технология сернокислотного выщелачивания, защищенная а.с. № 1070929, прошла опытно-промышленное испытание и используется Донским ГСКом с 15.08.86 г., о чем имеется акт формы Р-2 ( 19.ХП.86 г.). Получено 1,5 тонн спецконцентрата с низким содержанием окиси кремния ё102 = 0,7%. Разработанная технология выщелачивания бедных руд и отходов обогащения хромитовых руд ГЖа в пульсацион-но-статическоы режиме включена институтом "Уралмеханобр" в проект строительства цеха получения хромитового концентрата методом выщелачивания.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались на технических совещаниях на Донском горно-обогатительном комбинате (1982-86 гг.) ; на Всесоюзных координационных совещаниях по обогащению хромитовых руд в институте "Уралмеханобр" (1981-86 гг.) на Республиканской научно-те.хнической конференции молодых ученых

л специалистов "Проблемы освоения и комплексного использования минерально-сырьевых ресурсов Актюбинском области" (Актюбинск, 1982; работа отмечена дипломом Цг£ ЖСМ Казахстана); на !П Все -союзной конференции по геотехнологическим 'методам добычи полезных ископаемых (Люберцы, Московской обл., 1983); на IX Всесоюзной научной конференции "Комплексные исследования физических свойств горных пород и процессов (Москва, 1987).'

Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 статьи, получено 5 авторских свидетельств.

Объем и стру^.ура работы. Работа состоит из введения , четырех главзаключения, библиографии из 92 наименований и содержит 213 страниц машинописного тёкста, 38 таблиц, 22 рисунков и 2 приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Анализ современных способов разработки месторождений полезных ископаемых, приведенный в первой главе, показывает,что в современных условиях весьма перспективными являются геотехнологические методы добычи металлов из руд.

Вопросы разработки месторождений методом выщелачивания рассмотрены в работах М.И.Агошкова, В.Ж.Аренса, Л.И.Лунева , Н.В.Мельникова, А.И.Калабина, И.П.Кириченко, В.Г.Бахурова , А.С.Черняка, Н.А.Чинакала, С.Н.Волощука, Г.Х.Хчеяна, И.А.Кучкова, В.А.Грабавникова й др.

Проблемами выщелачивания хромитовых руд занимались Б.И. Христенко, Д.К.Стаутер, 0.Маната, К.Вильям, Н.И.Савченкова , Г.Д.Мазалецкий и др.

Полученные на основании анализа выполненных исследований результаты позволяют отметить следующие особенности выцелачива-

ния хромитовых руд.

1. Извлечение хрома в раствор в виде солей (хромата и би-хромата) возможно только.после высокотемпературной ( в пределах 1000-1300 °С) обработки с добавлением окислителей.

2. Концентрирование окиси хрома в твердой фазе без изменения кристаллической решетки хро:,;шпинелида путем выщелачивания минералов пустой породы.

Однако в разработанных способах выщелачивания хромитовых руд не предусматрявается утилизация получаемых отходов, что становится все более актуальным. Б связи с этим сформулированы следующие задачи исследований:

выявить возможность разработки хромитовых руд методом выщелачивания и теоретически обосновать особенности извлечения хрома в раствор и концентрирования его в твердой фазе;

разработать способ кучного и подземного выщелачивания некондиционных хромитовых руд и хвостов обогащения, способ кислотной обработки горного массива и обосновать основные направления утилизации отработанного раствора;

оптимизировать параметры подземного и кучного выщелачивания некондиционных хромитовых руд и хвостов обогащения методом математического планирования экспериментов и разработать способ эе тоыатяческого управления оптимальными параметрами процесса выщелачивания полезных компонентов из руд;

разработать рекомендации по внедрению безотходных способов отработки месторождений хромитовых руд методом подземного выщелачивания.

Вторая глава посвящена разработке теоретических основ выщелачивания хромитовых руд. На результаты выщелачивания хромитовых руд существенное влияние оказывают энергетические связи в крис-

таллических решетках хрошгшнелида. Поэтому особое внимание уделено изучению растворимости минералов, которая зависит от энергии кристаллических решеток, энергии гидратации л теплоты растворения. Энергии кристаллических решеток рассчитаны по формуле акад. А.Е.Ферсмана и приведена в табл.1.

Таблица I

Энергия кристаллических решеток минералов хромктовых руд Донского месторождения

Минерал ! Химическая формула !ски^ре^то^" ________!____ ^___________!кяал/моль _ _ __

Нерудняе минералы

Оливин (Му, Ге)2 [Ш4] 2891

Оостерит Мд2 [в104] 1785,5

Тальк 2530

Серпентин 05](ОИ), 2786

Пироксен Щ 03] 1792 •

Кальцит СаС03 648 ,0

Доломит Са М9 (С03)г 2203,2

Гядрогетиг НРеО • си} 1412

Охра . [Ре (0Н)3] 1538

\ Рудные минералы

Хрошикотит , 7683

Феррихромпикотит % (Сг, АЕГ Ре)г 8704

Приведенные в табл.1 данные.показывают, что энергия

сталлической решетки хропипинелвда имеет самое высокое значение ( 7683-8704 ккал/моль) по сравнению с энергиями минералов пустой породы (648-2203 ккал/моль).'Из-за высокой энергии кристаллической решетки хромпншнелвда извлечение хрома в раствор в

виде солей возкокно только при высокотемпературной обработке (1000-1300 °С) руд с добавлением окислителей.

Однако применение высокотемпературной термообработка хро-митовых руд, особенно при выщелачивании в подземных условиях, связано с большими трудностями и дополнительными затратами. Поэтому прл выщелачивании хромитовых руд целесообразно развивать направление концентрирования ценного компонента в твердой фазе, т.е. получение хромитового концентрата с нлзким содержанием кремнезема, а по содернанию окиси хрома,соответствующего требованиям ГОСТов.

Процесс выщелачивания относится к гетерогенным, происходящим ка поверхности раздела твердой и нкдкой фаз. Рассмотрите .кинетики и механизма процесса выщелачивания хромитовых руд дозволяет установить,.что растворение шнералов хромитовых руд про' исходит путем мекфазового превращения, на скорость которого, креме концентрации растворителей, эффективное влияние оказывает продолжительность контакта растворителя с горной кассой. Поэтому необходимо использовать ре ним выщелачивания хромитовых руд с продолжительным контактом с растворителем.

■ Для разрушения и задела таваяия шнералов, наряду с активны:,ш химическими реагентами, используется температурный фактор. Температурный фактор в пределах 90-100 °С , сникая прочность шнералов, расслабляет связь мезду частицами, увеличивает амплитуду колебания ионов, повышает флуктуацию. С целью определен;! энергозатрат при выщелачивании хромитовых руд произведен расчет энергоемкости по методу Н.М.Федоровского. Расчеты показали, что энергоемкость одной тонна хромитовой руды при использовали метода выщелачивания составляет 64,15 кВт/ч, в то время как ее энергоемкость при традиционных методах переработки - 197,61 кВт

В третьей главе приводится описание разработанной безотходной технологии выщелачивания хроштовых руд.

Для выщелачивания хромитовнх руд были использованы растворы серной, плавиковой и соляной кислот различных концентраций без добавок и с добавками некоторых активизирующих процесс солей одноименного с кислотой аниона. Результаты экспериментов- приведены на рис. I.

6050-4Q 30

Влияние природы растворителей на технологические параметры выщелачивания

d - содержание Сг2 03 ,%;

С - концентрация растзорите-лей, г/л.

Кривые зависимости при воздействии кислот: I-плавиковой; 2 - серной; 3 - соляной. Рис Л

50 100 150 Cj/л

Лабораторные эксперименты проводились следующим образом. Хромитовые руды измельчали до крупности +0,25-0,5мм,отбирали 30г,-обрабатывали водным раствором, загружали в лабораторную меиалку ( в чан-реактор). При проведении эксперимента фиксировали технологические параметры: концентрации растворителей, температуру, время, соотношение твердой фазы к жидкой. Эксперимент проводился при постоянном перемешивании. Выщелачивание хроштовых руд раствором кислоты позволяет разрушить кристаллическую решетку нерудных минералов. В результате этого аелезо, магний и кремниевая кислота (гели кремниевой кислоты) переходят в раствор. Как видно из рис.1, при обработке руды растворами плавиковой (кривая I), серной (кривая 2) и соляной (кривая 3) кислот получены концентраты с содержанием соответственно окиси хрома: 54,4; 52,2 и 48,2%\

кремнезема - 2,0; 3,9 и 6,8%%.

Таким образом, приведенные результаты экспериментов доказывают возможность получения низкокремнистого хроглитового концентрата при выщелачивания с использованием любых из предлагаемых растзоров. На способы выщелачивания хроштовых руд серной, а также плавиковой кислотой в присутствии солей аммония получены авторские свидетельства.

Изучение механизма выщелачивания на основе гидратационных теорий и определения значений энергии диссоциации водных растворов соляной, серной и плавиковой кислот показало, что раствор серной кислоты с добавкой сернокислого аммония обладает наибольшим энергетическим потенциалом. Следовательно, для выщелачивания рекомендуется применение серной кислота. Плавиковая кислота из-за высокой стоимости и дефицитности не отвечает требованиям производства. Соляная кислота, хотя стоимость ее и не высокая, но из-за низкого концентрирования окиси хрома в твердой фазе, а такке высокой коррозийной активности не рекомендуется для выщелачивания.

Рядом исследователей установлено, что на эффективность выщелачивания влияет предварительна обжиг руд. Наш также проведены исследования для хроштовых руд, результаты которых приведены на рис.2.

50

Влияние обкига на качество хроматового концентрата и - содержание Сгг 03 ,%;

С - концентрация раство-

рителей, г/л.

50 100 150 С;г/Л

Кривые зависимости: I - обожженной руды; 2 - необожженной руда.

Рис.2

Эксперименты проводились с необожженной рудой (кривая I) и обожженной при температуре 500-600 °С рудой (кривая 2). Из необохженной руды при обработке серной кислотой концентрат получается с содержанием окиси хрома 52,24/2, из обонкеняой руды -44,20%, т.е. обогатимость концентрата снижается почти на 8%. Снижение обогатимости происходит как в результате потери минералами кристаллизационной воды в процессе обкига так и за счет изменения физических и химических свойств минералов. Кроме того, при обяиге наблюдаются изменения кристаллической структуры хромпшинелида и вмещающих пород, которые приводят к снинению термопрочности концентрата, повышению его хрупкости и ухудшению технологических показателей металлургического и огнеупорного производства. Поэтому применение предварительного обвита при выщелачивании хроштовых руд Донского месторождения не рекомендуется.

Нй основании результатов лабораторных экспериментов разработана технология чанового выщелачивания хромитовых руд, которая является сложным технологическим процессом, требующим оптимизации технологических параметров: концентрации серной кислоты и сернокислого аммония, температуры, времени, соотношения твердого к нидкому (Г:Ж). Для определения оптимальных технологических параметров процесса перед -выщелачиванием руды надо установить зависимость менду содерааняем извлекаемого компонента а конечном продукте и технологическими параметрами.

Чтобы выявить влияние технологических параметров на содержание окиси хрома в получаемом концентрате ( У ) установлены регрессионные зависимости содержания окиси хрома в получаемом концентрате от расхода сульфата аммония ( Х1 ), серной кислоты (Хг) , температуры (Х3), времени воздействия ( Х^ ) и соотно-

шение твердого к жидкому (Т:Ж) ( Х5 ) для трех видов сырья: шламов гравитационного обогащения (труднообогатимая руда), некондиционных хромктовых {среднеобогатимая) и бедных руд (лег-кообогатимая), отличающихся по химико-минералогическому сос -таву, текстурно-структурным особенностям и содержанию полез -ного компонента.

Для установления регрессионных зависимостей использован пятифакторнкй ортогональный план эксперимента и его дробная реплика из восьми опытов по методике планирования эксперимента. Получены следующие уравнения регрессии для труднообогати-мых (I), среднеобогатимых (2) и легкообогатимых (3) руд.

yt = 32,64 -D,046Xf+0,051 Xz*-ft26X3*D,086X^1,20Х5И) Уг'^5,П-О,ЧП{*5,Шг+0,6бХ^О,50Хч ~0,6П5 (2) У3*5№В+0,Ш1+0,20Хг + 1,50Х3--0,093*4-О,0МХ5 (3) ■

Уравнения регрессии (1)-(3) получены путем обработки экспериментальных данных методом регрессионного анализа с применением пакета научных подпрограмм Института математики АН БССР (ШШ-БИМ). Эти уравнения могут использоваться для автоматического управления в заданном оптимальном режиме технологическими параметрами, что обеспечивает выпуск высокосортного концентрата и позволяет экономить электроэнергию, химреагенты и материальные ресурсы. Схема системы автоматического управления технологическими параметрами приведена на рис»3.

Схема система оптимального управления технологическими параметрами при чановом выщелачивании хромитовых руд Донского ГСКа

ттттх

Рис.3

I - конвейер для подачи руды ; 2 - чан-реактор ; 3 - датчик-химико-шнералогического состава руды; 4 - вычислительный блок; о-У - датчики регулируемых параметров (5 - сульфата аммония. Ь - серной кислоты, 7 - температуры, 8 - времени, 9 - соотношение твердого к жидкому Т:Ж) ; 10-14 - исполнительные механизмы; 10-1У - регуляторы технологических параметров (19- сульфата аммония, 1Ь - серной кислоты, 17 - температуры, 16 - времени, 1Ь - соотношение Т:М) ; 20 - рентгеновский анализатор для определения содержания конечного продукта ; 21 - механизм для разгрузки

ветстви!а?0С?1У ~ раТЧИК "Р015^™ конечного продукта на с о от-

Автоматическое управление технологических параметров с помощью ЭВМ осуществляется следующим образом. Установленные регрессионные зависимости для хромиговых руд разной обогатимости в виде уравнений регрессии (1)-(3) закладываются в память вычислительного блока 4 ЕС ЭШ-1033 (рис.3). Затем начинается процесс чанового выщелачивания.

По конвейеру I поступает исходная руда в чан-реактор 2, датчик 3 дает информацию в вычислительный блок 4 о ее химико-минералогическом составе. В зависимости от химико-минералогического состава руда в вычислительном блоке выбирается соответствующее уравнение для выщелачиваемой руды. В качестве примера предположим, что из памяти вычислительного блока 4 выбирается уравнение.и вычисляются оптимальные значения технологических параметров, которые приведены в табл.2.

Таблица 2

Вычисление оптимальных значений технологических

параметров хромитовых руд

Технологические параметры

Обогатимость РУД 'Расход, ¡г/л, !• *1 {Расход, ¡г/л, 1 Х2 Время, час, , хз . {Темпе- !|эатура, | !Т:Ж . ! 1 ! Х5

Труднообогатимая 38,6 113,31 4,20 \ .78 1:4,2

Средне обога тимая 39,3 245,0 3,6 75 1:2,4

Легкообогатимая 61,0 104,0 4,5 70 1:3

Датчики регулируемых параметров 5-9 (рис.3) додают сигнал в вычислительный блок 4 о заданном их значении в чане-реакторе. В вычислительном блоке 4 заданные значения технологических параметров сравниваются с их оптимальными значениями, которые были вычислены по уравнению регрессии.

Величина рассогласования между-ниш передается на исполнительные механизмы 10-14. Исполнительные механизмы по величине соответствующих сигналов приводят в действие регуляторы технологических параметров 15-19. Например, после переработки трудно-обогатимых руд в чан-реактор 2 поступают легкообогатимые руды. В чане-реакторе для труднообогатимой руды заданная температура 78 °С по данным сигнала датчика 7, а для легкообогатимой руды нужна температура 70 °С, поэтому чан-реактор охлаждается до 70°С регулятором 17.

Корректировка параметра ^ " Расход серной кислоты -проводится таким образом: в чане-реакторе 2 остаточная кислотность 20 г/л по сигналу датчика 6, а для поступающей руды по данным вычислительного блока 4 нуяна кислотность 104 г/л, следовательно, нукно увеличить кислотность на 84 г/л. Поэтому исполнительный механизм II приводит в действие регулятор 18, которым добавляется серная кислота.

После окончания процесса чанового выщелачивания полученный концентрат анализируется рентгеновским анализатором 20 на содержание полезного компонента. Если содержание полезных компонентов удовлетворяет требованиям ГОСТа (например, хромитовый концентрат должен содержать не ниже 48^ окиси хрома и не выше 8% окиси кремния), то исполнительным механизмом 21 концентрат выг-рукается из чана-реактора 2. Если по одному из компонентов полученный концентрат не соответствует требованиям ГОСТа, то датчик 22 подает сигнал о несоответствии полученного продукта ГОСТу а исполнительным блоком 4 производится вычисление значений технологических параметров со следующим шагом, который уменьшается или возрастает.

В процессе выщелачивания хромитовых руд получается концент-

par я отработанный раствор. Исследования показали, что он кокет использоваться в качестве минерального удобрения, т.е. возможна безотходная технология.

На основе разработанной технологии чанового выщелачивания предложена безотходная технология кучного выщелачивания бедных хромитовых руд в пульсашонно-статическом рениме, которая такке включает стадию получения хромитового концентрата и комплексного минерального удобрения.

Бедная хромитовая руда крупностью +100-200 ш складывается в цементированную ванну, покрытую пластиком. После 0,5-1-часовой обработки 5%~ит хлористым аммонием начинается затопление 25^-ным раствором серной кислоты. Затем отработанный раствор перекачивается в сборник, а рудная масса промывается водой в течение 30-40 мин. Промывная вода откачивается в другую сборную емкость. После лромывки отмытой горной массе дают паузу в течение суток. Затопление, промывка и пауза являются составляющими одного цикла обработки горной массы. Цикл обработки повторяется еще два раза. Отработанные растворы содернат 65 г/л магния, 10 г/л железа и 105 г/л кремниевой кислоты.

Отработанные растворы и промывные воды собираются в разные емкости. По окончании процесса выщелачивания рудная масса выгружается из ванны и направляется на концентрационный стол для получения рядового концентрата. Полученный концентрат содер-. кит 48-50$ окиси хрома. Пустая порода с развитой поверхностью и крупностью +0-0,5 т смешивается с отработанным раствором и получается креынегельсодеркащее комплексное удобрение следующего состава: окись кремния - 70,2^; окись магния - 3,61%; окись железа - 3,59%; окись натрия - 0,03%; 1 сульфат-ионы - 3,35% и микроэлементы - около 1$.

Конечные продукты, полученные методом чанового и кучного воделачивания испытаны на пригодность в огнеупорной промышленности. Изготовленные из них изделия отвечают ГОСТу 10888-76.

t

Комплексное минеральное удобрение удовлетворяет требованиям ГОСТа 18307-78. На основе договора о творческом содружестве Свердловский сельскохозяйственный институт провел шкровегета-ционные опыты и химический анализ полученного кремнегельоодер-жащего удобрения. Результаты опытов показали, что полученное кремнегельсодержащее комплексное удобрение усиливает мобилизацию потенциальных запасов фосфора и молибдена, переводит их в состояние, доступное для усвоения растениям, не нарушая агрохимических показателей почвы.

В четвертой главе представлены результаты опытао-промьяп-ленной проверки разработанной безотходной технологии выщелачивания хромитовых руд для производства хроштового концентрата в промышленных условиях.

Развитие черной металлургии требует создания новых высококачественных огнеупоров. Для создания огнеупоров высокого качества требуется хромитовый концентрат с содержанием кремнезема менее 1%.

В условиях Донского горно-обогатительного комбината проведено опытно-промышленное испытание разработанной технологии по--дучения низкокремнистого спецконцентрата, защищенного авторскими свидетельствами JM> 1070929 и II8679. При этом получено 1,6 т спецконцентрата с содержанием окиси хрома 61,1%, который используется на комбинате "Магнезит" г.Сатка для изготовления высокосортных огнеупоров. Опытно-промышленное испытание разработанной . технологии включало три этапа: первый этап работы заключался в получении концентрата с содержанием кремния менее 1% на концен-

трационном столе. Количество исходного материала 2 тонны. Второй этап состоял из обработки материала в реакторе объемом 2,2 м3. В реактор заливалось 1500 л хлорида аммония с концентрацией 50 г/л и загружался материал массой 500 кг (хромитовая руда). Обработка материала велась 3 часа при постоянном перемешивании. Затем подавали серную кислоту 10-20 л до рН- I. Обработка материала продолжалась в течение 16-18 ч. Обработанный материал после промывки выгружался из реактора на лоток, после чего разделялся на концентрационном столе. Третий этап заключался во вторичной гравитационной доводке на концентрационном столе. Общее количество перерабатываемого материала 2 тонны. Полученный опытный материал складировался в отдельные емкости для последующего транспортирования и испытания.

Возможность использования разработанной безотходной технологии выщелачивания хромитовых руд в подземных условиях рассмотрена на примере отработки опытного блока 72-Восток месторозде-ния "40 лет КазССР - Молодежное".

Запасы руды блока 72-Восток расположены на северо-восточном фланге рудного тела lé 22. Участок месторождения представлен по-логопадающей залекью линзообразной формы. Мощность залеки .в центральной части составляет 20-25 м (рис.4).

Вмещающие породы представлены трещиноватыми, слабообводнен-ными серпинтшиташ. Хромитовые руды на отрабатываемом опытном участке относятся к забалансовым запасам, среднее содержание Сг2 03 составляет 43,5/J. Рудный массив неустойчив, разбит трещинами. Порода и руды склонны к отслоению и саыообруиению.

Опытный блок с юго-запада примыкал к отработанному блоку 69-72, зона обрушения которого располагается выше гор. -55 м. Размеры блока 72-Вос'ток: длина вкрест простирания рудного тела

Проект отработки опытного блока 72-Восток системой подземного выщелачивания

План <ог

Ллан гор. 88 М

План гор. ~135п

1-1 Ф

Рис. 4

равна 35,0 и, ширина по простиранию - 25-30 ы. Высота равна мощности рудного тела и составляет 17-25 м. Все горно-технологические процессы осуществляли по схеме отработки блока системой подэтакного саыообрупения руды и налегающих пород. Подготовку блока начинали с проходки вентиляцяонно-ходового восстающего !«1 и рудоспуска из откаточного штрека лекачего бока гор. -135 м. После их сбойки с вентиляционным ортом блока 69-72 на гор. -88 м восстановили в рабочее состояние ВХВ-2 (вентиляционный хсдозой восстающий) и необходимые горизонтальные выработки днища блока 69-72. Из вентиляционного орга гор. -88 м подняли ходовой восстающий й! и рудоспуски !£2 и КЗ до уровня горизонта -88 ы. На этой отметке осуществляли подготовку днища опытного блока. К выработкай днища относят соединительный орт, штреки скреперова-ния, вентиляционные сбойки, а такае выпускные ниши и дучкя на высоту 7-8 м.

Из скреперного штрека ©2 до сбойки со сборочным вентиляционным ортом гор. -55 и прошла и оборудовали ВХВ-3.

Для раз^буриванпя массива руды в блоке с кровли сборочного вентиляционного орта на гор. -55 м прошли буровые камеры !ё1 и ¡£2.

Новый безотходный способ добычи подземным выщелачиванием состоит из трех основных стадий:

а). Обогащение руды в массиве путем выщелачивания безрудных . включений 3-5$ раствором солей аммония и последовательной обработкой 15-20^-ным раствором смесей толот ( фосфорной 1-3% и серной 10-15/2);

б). Оформление нижней подсечки в днище блока, обеспечивающей начало процесса самообрушения,ослабленного после обработки выщелачивающими реагентами рудного массива. Для этой цели выпускные ду-чкп расширяют до диаметра 7-8 м в верхней части. Оформление таких

воронок производят буровыми скважинами диаметром 60 мм и длиной 6-8 м.

Для обеспечения полной надежности вызова процесса самообрушения на границе с днищем блока проходят буровую камеру № 3 на гор. -70 м, из которой бурят взрывные слабонаклонные скважины диаметром 105 ым для создания сплошной плоскости обнажения над выпускными воронками. Горизонтальная площадь такой подсечки составит 900 м2 ;

в). Выпуск самообрушенной обогащенной руды производят через выпускные отверстия на штреки скреперования. Ее доставку осуществляют скреперными лебедками ГДС-55 до рудоспусков, пройденных из вентиляционного орта блока 69-72 гор.-88 м. По вентиляционному (аккумулирующему) орту обогащенную руду (концентрат) доставляют до основного рудоспуска № I и из него с помощью ВДОУ-4ТМ грузят в вагоны на откаточном штреке гор.-135 м. Отработанный и выданный из шахты раствор идет на приготовление удобрения.

Разработанная безотходная технология выщелачивания хроми-товых руд не оказывает вредного воздействия на окружающую среду. Попадание химических реагентов в подземные воды исключается, так как отработанные растворы нейтрализуются в процессе получения кремнегельсодержащего удобрения.

Экономический эффект при применении безотходной технологии чанового способа выщелачивания хроштовых руд составляет при переработке ЮО^тонн руды 829 тыс.рублей в год, а при кучном ' - 687 тыс.рублей в год.

ЗШШЕНИ2

В результате выполненных исследований решена актуальная задача - разработаны безотходные способы нучного и подземного выщелачивания некондиционных хроштовых руд и хвостов обогащения.

Получены следующие результаты:

1. Установлен рлд химической активности минералов для хро-митовых руд Южно-Кемпирсайского и Сарановского месторождений на основе термодинамического анализа. Показано, что наиболее химически устойчивым является хрсшт {основной рудообразувдий минерал

2. Обосновано, что наиболее эффективным геотехнологическим способом переработки бедных хромитовых руд и хвостов обогащения является химическое обогащение путем выщелачивания компонентов пустой породы в раствор и концентрирования полезного компонента (хромита) в твердой фазе без предварительной термической обработю

3. Разработаны составы выщелачивающих растворов для химического обогащения хромитовых руд в условиях чанового, кучного и подземного выщелачивания и выбраны оптимальные технологические режимы выщелачивания.

4. Экспериментально доказано, что процесс чанового выщелачивания хромитовых руд протекает наиболее эффективно на мелких классах хромитовых руд крупностью +0-3 им, с использованием в качестве химического агента серной кислоты с добавкой сернокислого аммония. Максимальное извлечение полезного компонента достигается при соотношении Т:Ж*1:3; Ь * 80 °С ; Су^й^ * 10-15/5;

5-10%; "С аЗ ч; при постоянном перемешивании.

5. Определены рациональные технологические параметры кучного выщелачивания для руд различных типов и гранулометрического состава ; установлены численные зависимости между извлечением хрома

в твердую фазу и основными технологическими параметрами, на основании которых разработана система автоматического управления процессом выщелачивания. ';*

6. Экспериментально установлено, что процесс кучного и подземного выщелачивания сопутствующих минералов хромитовых руд про-

исходит в кинетической области, вследствие чего наиболее эффен-гивно применение пульсационно-статического режима выщелачивания

; длительностью периодов затопления трое суток с паузой между

*

шми одни сутки для руды крупностью +100-200 мм. При использова-1Ш 10%-ного раствора серной кислоты с добавкой 1-3% фосфорной (ислоты с предварительной обработкой руды 2-3%-ным раствором слористого аммония достигается 90% извлечения хрома в твердую :азу и в 3 раза снижается прочность руда.

7. Созданы безотходные технологии: чанового,кучного и подзем-:ого выщелачивания хромитовых руд с использованием отработанных юстворов в качестве комплексного кремнегельсодержащего минера-ьного удобрения.

8. Предложенная безотходная технология добычи полезных коы-онентов хромитовой руды подземным выщелачиванием не оказывает редного воздействия на окружающую среду. Ее защита исвдоровле-ие достигаются тем, что отработанные растворы не выбрасываются,

нейтрализуются отделенной пустой породой в процессе получения дсбрения. Попадание.химических реагентов в окружающую среду при одземном выщелачивании исключается, так как боковые стенки камер золированы противофияьтрационныш завесами. Разработаны рекомен-зции отработки опытного блока (72-Восгок) системой подземного эделачивания Южно-Кеширсайского месторождения.

9, Разработанная безотходная технология выщелачивания хроми->вых руд позволяет вовлечь в эксплуатацию некондиционные руды и 'ходы обогащения на Донском горно-обогатительном комбинате с поучением низкокремнистого спецконцентрата, рядового концентрата комплексного кремнегельсодержащего удобрения. Экономический эф-:кт от внедрения технологии при чановом выщелачивании составит 19,6 тис .руб. в год, а при кучном - 697,7 тыс.руб. в год.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Карпыкбаева Б.Ш., Алтаев Ш.А., Черний Г.М. Повышение качества забалансовых руд // Проблемы освоения и комплексного ис -пользования минерально-сырьевых ресурсов АктюбинскоЙ области : Тез.докл.республ.конфер. - Актюбинск -Алма-Ата,1982. -С.III—112.

2. Якушев Л.А., Карпыкбаева Б.Щ., Черний Г.М. К вопросу выщелачивания забалансовых хромитовых руд Донского и Сарановского месторождений //Проблемы геотехнологии: Тез.докл. Ш Всесоюзной конф. по геотехнолог.методам добычи полезных ископаемых. — М., 1983. - С.163-165.

3. Алтаев Ш.А., Черний Г.М., Тумаков В.А., Карпыкбаева Б.Ш. и др. Энергетическая характеристика минералов и ее связь с процессом выщелачивания //Комплексное использование минерального сырья. - 1984. - №3. - С.15-18.

4. A.c.,"1070929 СССР. 1ЖИ .С 22 В 34/32. Способ обогащения , хромитовой руды / Ш.А.Алтаев, Б.Ш.Карпыкбаева, Г.М.Черний, В.А. Тумаков (СССР). - 7 с.

5. A.c., II86679 СССР. ЬШ С 22 В 34/32. Способ обогащения' хромитовой руды / Ш.А.Алтаев, В.А.Фетисов, Б.Ш.Карпыкбаева и др. (СССР). - 3 с.

6. A.c., 1392066 СССР. ММ С 05 Д 9/00. Способ получения комплексного минерального удобрения / Ш.А.Алтаев, Б.Ш.Карпыкбаева, Г.М.Черний (СССР). - 3 е.-

7. A.c., 1364703 СССР. МКИ Е 21 В 43/28. Способ кислотной обработки горного массива / Ш.А.Алтаев, Б.Ш.Карпыкбаева, Г.М. Черний (СССР). - 3 с. 1~

8. A.c., 1479099 СССР. МКИ В 02 С 25/00. Способ автоматического управления процессом обогащения руд / Ш.А,Алтаев, Б.Ш.

Карпыкбаева, М.Ахметова (СССР), - 5 с.

9. Б.Ш.Карпыкбаева. Химическое разупрочнение горных пород при выщелачивании из них металлов. - Н., 1989.- II с. - Деп. в ВИНИТИ 7.06.88 г. - » 3735-В89. . '

Подписано в печать 11.04.91.

Формат 60x84 Г/16. Бум.

тип.й 2. Печать офсетная. Усл.печ.л.1,45.

Усл.кр,-отт.7,25. Уч,-изд.л.1,0. Тирах 100..

Заказ 6.

Типография КазНИШИ; 48012 0, т.Алма-Ата,Кирова,22Г.