При отработке месторождений образуются отвалы крупнокусковых хвостов, которые могут содержать достаточное количество полезных компонентов

Ракаев Анвар Ибрагимович, д.т.н., зав.лаб. Горного института КНЦ РАН

Черноусенко Елена Владимировна, н.с. Горного института КНЦ РАН

Одним из актуальных направлений при решении проблемы рационального использования природных ресурсов является вовлечение в переработку отвальных хвостов обогащения. Помимо тонкозернистых хвостов обогатительных фабрик при отработке месторождений образуются отвалы крупнокусковых хвостов, которые могут содержать достаточное количество полезных компонентов.

Для предварительной концентрации ценных компонентов наиболее перспективным представляется использование методов крупнокускового обогащения, с помощью которых при достаточной контрастности обогащаемого сырья возможно выделение обогащенного продукта и крупнокусковых отвальных хвостов.

Аллареченское месторождение медно-никелевых руд, расположенное в северо-западной части Кольского полуострова, было открыто в 1957 году и полностью отработано к концу восьмидесятых годов прошлого века. Руды этого месторождения были самыми богатыми на Кольском полуострове и использовались металлургическими предприятиями без предварительного обогащения /1/. При таком подходе к рудам неизбежны повышенные потери ценных компонентов с кусковыми хвостами добычи.

Для выделения рудного материала в данном случае рассматривался метод тяжелосредной сепарации, отличающийся высокой точностью и чувствительностью разделения руды по плотности, широким диапазоном крупности разделяемых кусков, простотой реализации и управления процессом, а также большой единичной производительностью существующих типов тяжелосредных сепараторов.

Исследования включали в себя оценку вещественного состава пробы, минералогический, гранулометрический, химический анализы и разработку рациональной технологии обогащения.

Основными сульфидными минералами в исследованном материале являются пентландит, халькопирит и пирротин. Часто присутствуют пирит, магнетит, титаномагнетит, из второстепенных рудных минералов встречены борнит, макинавит, халькозин, ильменит, сфалерит. Силикатные минералы представлены в основном амфиболами (куммингтонитом, актинолитом), слюдами (биотитом, флогопитом), хлоритом и серпентином.

Оливин и пироксен встречаются изредка в виде реликтов.

Вещественный состав пробы приведен в таблице 1.

Таблица 1. Вещественный состав пробы отвальных хвостов

Таблица 2. Обобщенная гравитационная характеристика пробы отвальных хвостов Аллареченского месторождения, %.

Доля рудного материала, содержащего основную массу сульфидных медно-никелевых минералов, составляет 22%. Кроме того, в исследуемой пробе присутствуют четыре основные группы пород: гранито-гнейсы, гнейсы, амфиболиты и ультраосновные породы.

Среди руд диагностированы практически все основные группы и типы, в соответствии с общепринятой классификацией /1, 2/. Значительная часть рудного материала представлена рассеянно-вкрапленными и густовкрапленными рудами. Присутствуют сплошные руды, а также рудные брекчии. Во вмещающих породах встречается убогое сульфидное оруденение в виде тонких прожилков преимущественно пирротин-халькопиритового состава. Плотность руд изменяется от 2.96 г/см³ в рассеянно-вкрапленных до 4.64 г/см³ в сплошных. Минимальные содержания никеля и меди в проанализированных образцах бедных руд установлены на уровне 0.42 и 0.61% соответственно. В сплошных и густовкрапленных рудах массовая доля никеля достигает 14.03%, а меди - 5.51%.

Необходимым фактором при решении задачи прогнозирования обогатимости исследуемой руды методом тяжело-средной сепарации и управления процессом является установление взаимосвязи между плотностью кусков и содержанием в них полезных компонентов. По результатам этих исследований установлены следующие корреляционные зависимости плотности руды от содержания Ni и Cu:

р= 0.1492aNi + 2.7902; коэф. корреляции г = 0.906;
p=0.2278aCu +2.8168; коэф. корреляции г = 0.678.

Таблица 3. Результаты обогащения пробы отвальных хвостов Аллареченского месторождения

Полученная зависимость между содержанием никеля и плотностью руды устойчивая, коэффициент корреляции достаточно высок. В случае зависимости плотности от содержания меди коэффициент корреляции несколько ниже, за счет отдельных образцов руды с высокой плотностью, но низким содержанием меди. Такие образцы обогащены в основном никелевыми минералами.

Для оценки контрастности свойств руды тяжелосредная сепарация проводилась при изменении плотности суспензии от 2.7 до 3.5 г/см³. Так как обогащению в тяжелых суспензиях целесообразно подвергать руду с нижним размером кусков 5-10 мм, из процесса были выведены класс -5 мм и шламы, получаемые при промывке руды перед обогащением. Промывка производится с целью ограничения засорения суспензии шламами руды.

Обобщенная гравитационная характеристика пробы отвальных хвостов представлена в таблице 2.

Анализ вещественного состава продуктов, полученных в процессе тяжелосредной сепарации, показал, что во фракции плотностью меньше 2.9 г/см³ переходят в основном гранито-гнейсы, гнейсы, амфиболиты. В интервале плотностей 2.9-3.1 г/см³ появляются первые порции рудного материала, представленного бедными разновидностями рассеянно-вкрапленных руд. Фракции плотностью 3.1-3.5 г/см³ состоят преимущественно из рудного материала. Во фракцию плотностью >3.5 г/см³ переходят только густо-вкрапленные и сплошные руды.

Таким образом, при плотности суспензии 2.9 г/см³ в легкую фракцию переходит основная доля безрудных вмещающих пород. Фракции тяжелее 2.9 г/см³ аккумулируют практически весь рудный материал.

Класс -5 мм, не участвовавший в исследованиях по тяжелосредной сепарации, направлялся на мелкозернистую гравитацию. Обогащение осуществлялось с использованием наиболее распространенных гравитационных аппаратов -винтовых сепараторов и концентрационных столов. Перед обогащением исследуемая проба подвергалась доизмельчению. Для обеспечения максимальной сохранности сульфидных минералов, измельчение осуществлялось в замкнутом цикле с грохотом до крупности -1.6 мм.

С учетом минералого-технологической оценки представленной пробы руды разработана гравитационная схема обогащения отвальных хвостов Аллареченского месторождения (рис.1).

Технологическая схема включает в себя: дробление руды до крупности -150 мм, грохочение по классу 5 мм с одновременной промывкой и тяжелосредную сепарацию класса -150+5мм, при плотности разделения 5 = 2.9 г/см³. Класс- 5 мм после доизмельчения направляется на мелкозернистую гравитацию.

Результаты обогащения пробы отвальных хвостов по представленной схеме приведены в табл.3.

По разработанной схеме из отвальных хвостов медно-никелевых руд получен кусковой концентрат с выходом 27.3%, содержанием Ni 3.51% и Cu 1.19%, при их извлечении 89.85 и 65.83% соответственно. Также получен мелкозернистый концентрат с выходом 1.60%, содержанием Ni 2.45% и Cu.43%. Извлечение в общий концентрат никеля составило 93.53%, меди - 80.23%, при их содержании 3.45 и 1.37% соответственно и выходе концентрата 28.9%. Общие потери ценных компонентов с хвостами обогащения составляют 6.47% по никелю и 19.77% по меди. В основном эти потери связаны с хвостами мелкозернистого обогащения.

Проведенные исследования показали, что в отвальных хвостах добычи и переработки медно-никелевых руд Аллареченского месторождения содержится достаточное количество рудного материала с промышленным содержанием цветных металлов. Эти хвосты обладают высокой гравитационной контрастностью - различием в плотностях рудного материала и пустой породы. Поэтому разработанная технология позволяет получить из хвостов данного месторождения концентрат требуемого качества и отвальные хвосты.

Использование разработанной технологии возможно и на других типах руд, в том числе на отвалах отработанных месторождений.

Преимущество технологии заключается в использовании гравитационных методов обогащения, которые не приводят к загрязнению окружающей среды. В Горном институте имеется соответствующее оборудование и полупромышленная установка для проведения испытаний на обогатимость. Авторы выражают готовность к взаимовыгодному сотрудничеству.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Яковлев Ю.Н., Яковлева А.К., Минералогия и геохимия метаморфизованных медно-никелевых руд.- «Наука». -П., 1974.
2. Медно-никелевые месторождения Балтийского щита.- « Наука». -Л., 1985.

Журнал "СЕВЕР строительный" № 2(МАЙ) 2007 Г.