Применение химических процессов в комбинированных схемах обогащения

Предварительный магнетизирующий обжиг комплексных трудно- обогатимых бурожелезняковых, лимонитовых и гидрогетитовых руд для пе ревода немагнитных окислов железа в магнетит [46] является важным направление в технологии обогащения железных руд (см: раздел I, гл. 4).

В зависимости от вещественного состав, железных руд магнетизирующий обжиг руда производится при температуре 873—1373^оК с использованием газообразного или твердого восстановителя. Затем тонкоизмельченный обожженный материал подвергается: мокрой или сухой магнитной сепарации [33, 92].

Этот способ в промышленном масштаб впервые был успешно применен в Кривом Роге на ЦГОКе для подготовки окисленных железистых кварцитов – было переработано свыше 10 млн. т, а затем на Кремиковском комбинате (НРБ) при обогащения лимонитовых железных руд.

Разработанный комбинированный процесс обогащения «упорных» железных руд позволяет получать концентраты с содержанием железа 50—65 % при извлечении его до 80 %. Таких технологических показателей не удается достигнуть никакими другими cпoсобами переработки этих руд, что позволяет считать этот процесс весьма перспективным, хотя резко увеличившаяся в последние годы стоимость энергоносителей ограничивает его применение.

Сегрегационный процесс, разработанный для окисленных медных руд, окисленных и сульфидных никелевых руд и низкосортных продуктов их обогаще­ния, находится на стадии полупромышлен­ных и опытно-промышленных испытаний. В применении к медным рудам он часто назы­вается процессом Торко [33, 46].

Сущность его заключается в предваритель­ном обжиге исходного материала при 873 – 1273^оК в присутствии хлоридов и твердого восстановителя. При этом тонкодисперсньм включения медных и никелевых минералов восстанавливаются до металла и укрупняются,

При доработке труднообогатимых промежуточных продуктов и тонких шламов, а также руд и концентратов, в которых полезные компоненты химически связаны с вредными примесями, применяются комбинированные технологические схемы. Эти схемы включают химически или гидрометаллургические, а также металлургические операции с целью превращения полезного мине­рала в другое соединение, не связанное химически с вредными примесями, которое легче извлечь при последующем механическом обогащении (например, при обжиге руд в восстановительной атмо­сфере при t = 800° С превращение гематита в магнетит, который затем легко и эффективно извлекается постоянными магнитами почти без затрат энергии), или легче выделить в виде отдельного продукта с помощью сорбентов и флотации.

Применение сорбентов и осадителей имеет место при ионной фло­тации различных металлов из разбавленных растворов, а также при выведении из флотационной пульпы вредных ионов. В качестве сор­бентов применяют различные иониты (активированный уголь, ионообменные смолы). В качестве осадителей применяют некоторые щелочи, фосфаты, карбонаты, лигнин. Сорбенты с адсорбировавшимися на их поверхности ионами металлов и осадки выделяются, как правило, флотацией или фильтрацией. Например, применение ионитов (1 кг на 1 т руды) для кондиционирования ионного состава пульпы при флотации медно-цинковых руд позволяет снизить потери цинка на 2—10% и повысить на 2—4% содержание меди в медном концентрате.

При химических и металлургических процессах используется обычная для этих целей аппаратура: чаны и другие емкости для растворения или выщелачивания, автоклавы, колонны, металлургические печи различных конструкций. Расчет реакторов или чанов для растворения производится исходя из условий равенства времени транспортирования и реагирования, т. е. таким же образом, как и аппаратов других физических методов обогащения.

В качестве примера включения операций химического растворения в схемы обогащения полезных ископаемых можно указать на уста­новку на фабрике треста Орджоникидзе-Марганец, на которой шламы производиться обогащение дитионатным методом и гидро­металлургическая дефосфорация концентратов. Сущностью дитионатного процесса является выщелачивание марганца из пульпы в рас­творе дитионата кальция (CaS_aO_e) сернистым газом (SO₂).

При выщелачивании протекают следующие основные реакции:

Mn0₂ + S0₂ —> MnS0₄; Mn0₂+2S0₂ —> MnSO₄,

MnS0₄+CaS₂O_e —> MnS₂O_e+CaS0₄,

MnS₂O_e+Ca(OH)₂ —> Mn(OH)₂+CaS₂O_e.

Весьма важным для процесса выщелачивания является устано­вление оптимального количества дитионатного кальция. Для пере­вода 1 г марганца в дитионатную форму теоретически необходимо 2,91 г CaSiO₂.

После окончания выщелачивания пульпа аэрируется, т. е. оки­сляется воздухом для перевода закиси железа в окись, удаления избытка двуокиси серы, полноты осаждения вредных примесей (фосфора, железа, алюминия, кремнезема и др.), а также для умень­шения потерь марганца с осадком. Одним из показателей полноты осаждения примесей является повышение рН пульпы примерно от 2 до 5. Выпавший осадок отфильтровывается, промывается вместе с нерастворимым остатком. Осаждение марганца из раствора про­изводят известковой кашицей при расходе последней, в пересчете на 100% СаО, 1,05 кг на 1 кг марганца в растворе. Избыток и не­достаток извести недопустим, так как в первом случае снижется содержание марганца в конечном продукте (с 55—60% до 46—54%), во втором — увеличиваются потери Si0₂ и загрязняют атмосферу. Кек после фильтрования подвергается окускованию и подшихтовывается к фосфористым концентратам механического обогащения для получения шихты, пригодной для выплавки ферромарганца и силикомарганца (Fe-Mn; Si-Mn 0,004—0,0035) .

Предварительное магнитное обогащение марганцевых шламов позволяет снизить себестоимость концентратов.

В качестве примера химического обогащения руд цветных метал­лов с растворением основного ценного минерала приведем схему цепи аппаратов установки на Дегтярском руднике для извлечения меди из бедных руд, теряемых при добыче (рис. 21). Медь извле­кается промывкой рудного тела при орошении его растворами це­ментационной установки, содержащими: серную кислоту, 2,92 г/л окисного железа, 3 г/л закисного железа, 0,1 г/л меди и 0,6 г/л цинка. Получаемый в результате орошения раствор сернокислой меди обрабатывается в цементационной ванне для получения металлической меди по реакции:

CuS0₄+Fe —> Cu + FeS0₄.

Для увеличения скорости растворения меди в растворе цементационной установки содержатся микроорганизмы: Tiobacillus ferrooxidans — 10 000 клеток/мл, Tiobacillus thiooxidans — 1100 000 клеток/мл.

Рис. 21. Схема цепи аппаратов Дегтярского рудника.

Количество выщелачиваемой меди в присутствии бактерий та тот же промежуток времени увеличивается примерно в 10 раз. Для максимальной жизнедеятельности бактерий необходимо поддерживать температуру 15—20°С и производить продувку регенерируемых растворов сжатым воздухом. Применение бактерий увели­чивает производительность установки на 70% и извлечение меди. Себестоимость 1 т цементационной меди, полученной в результате применения бактериального выщелачивания почти в 2 раза ниже по сравнению с медью, получаемой без бактерий.

В дальнейшем, в связи с ухудшением качества сырья и повышением требований к качеству продукции, химические процессы найдут более широкое использование в технике обогащения полезных ископаемых.

Широко применяются специальные методы для обогащения техногенного сырья (бытовых и промышленных отходов).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

Сравнивая специальные методы с любыми другими методами обогащения, нельзя не отметить их многообразие, универсальность, относительно низкую себестоимость, высокие технологические возможности и перспективность. К сожалению, неизбежная тенденция истощению сырьевых запасов заставляет нас искать новые, доступные, но весьма труднообогатимые виды сырья, и многим из них подходят только специальные методы обогащения. Вот почему последние все шире и шире внедряются в различных горнодобывающих отраслях.

Литература:

1. Ю.И. Протасов. Разрушение горных пород. Изд. МГГУ Москва 1995 г., 29 ил.

2. В.И. Кармазин Измельчаемость криворожских железистых пород. «Горный журнал», № 8, 1952 г.

3. В. И. Кармазин «Теоретические основы обогащения полезных иско- паемых», Изд. ДГИ, 1971 г.

4. В.И. Акунов Струйные мельницы, Машгиз, 1967 г.

5. Е. Рейнерс Отражательное измельчение хрупких материалов «Chem. Ing. Technik» Bd/ 32, № 5, 1960 г.

6. Ребиндер П.П., Шрейнер Л.А., Жигач Л.А. Показатели твёрдости пород при бурении. Углетихиздат, 1944 г.

7. Марюта А.Н. О кинетике измельчения материала в барабанной мельнице. Известия вузов, «Горный журнал», №6, 1973 год.

8. Кравец Б. Н. Специальные методы обогащения, М. «Недра» 1989 г.

9. Черняк А.С. Химическое обогащение руд. М. «Недра» 1976 г.

10. Шубов Л. Я. Обогащение промышленных и бытовых отходов. М. «Недра» 1989 г.