А.Г.Касиков
Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В.Тананаева Кольского научного центра РАН

Важнейшими принципами рационального природопользования является повышение комплексности использования сырья, ликвидация необоснованных потерь при его добыче, обогащении и переработке.

Это позволяет повысить выпуск продукции на действующих предприятиях, в ряде случаев исключает необходимость строительства новых предприятий, а также способствует снижению загрязнения окружающей среды отвальными продуктами.

Переработку сульфидного медно-никелевого сырья нельзя назвать комплексной, так как она направлена преимущественно на извлечение никеля и меди. При этом благородные металлы извлекаются попутно, что ведет к полной потере осмия и значительным потерям серебра и редких платиновых металлов. Извлечение других редких металлов, а также железа и магния действующие технологии переработки медно-никелевого сырья не предусматривают совсем. Снижает коэффициент комплексности использования сырья и низкое извлечение кобальта, значительная часть которого переходит в отвальные шлаки.

Решить проблему повышения комплексности использования сырья при переработке медно-никелевых руд возможно за счет совершенствования способов утилизации отходов производства, многие из которых являются отвальными продуктами.

В ОАО «Кольская ГМК» отвальными продуктами в настоящее время являются вскрышные породы, хвосты флотации, шлаки и железистые кеки. В ряде случаев в отвал могут попадать и другие отходы, включая отработанные ванадиевые катализаторы.

Основным потребителем вскрышных пород является промышленность стройматериалов. Однако в настоящее время для этих целей используется лишь 5-8% от общего объема отходов, что связано их существенными отличиями от традиционного по минеральному и химическому составу, физико-химическим и технологическим свойствам сырья, используемого в стройиндустрии. Наиболее существенными отличиями является присутствие в составе отходов минералов и элементов-примесей, не характерных для традиционного минерального сырья для производства строительных и технических материалов [1]. В этой связи вскрышные породы от добычи медно-никелевых сульфидных руд совместной комиссией Минтяжстроя, Минцветмета и Госстроя РСФСР признаны неблагоприятными для использования [2].

Перспектива вовлечения в переработку хвостов обогащения сульфидных медно-никелевых руд связана в основном с утилизацией их в стройиндустрии. В частности, в работе [3] сообщается о возможности использования хвостов при производстве высокопрочной плитки, характеризующейся низкой истираемостью. Лежалые хвосты могут также быть использованы для производства пигментных наполнителей лакокрасочных составов, причем отмечено, что присутствие в хвостах сульфидов не оказывает существенного влияния на свойства конечного продукта, а даже повышает его яркость и стойкость [4]. Попытки извлечь из хвостов цветные металлы с целью более рационального использования данного вида отходов пока не увенчались успехом, так как обогатительные и гидрометаллургические методы оказались неэффективными.

Еще одним видом отвальных продуктов медно-никелевого производства являются железисто-магнезиальные шлаки. Установлено, что складирование шлаков приводит к постепенному вымыванию из них меди, никеля и кобальта и, как следствие, загрязнению природной воды тяжелыми металлами [5-7]. В настоящее время в хозяйственный оборот вовлекается только небольшая часть этих отходов, которые используют в основном в качестве закладочного материала и при отсыпке дорог. Небольшое количество этих отходов применяли в пескоструйных аппаратах [3]. Ранее шлаки использовали на комбинате «Североникель» для получения термоизоляционных плит, которые отправляли даже за пределы Мурманской области [8].

Другим примером применения шлаков в строительстве является их использование в качестве добавки в бетоны, которые впервые стали применять в 1959 г. [9]. Последние разработки, выполненные в ИХТРЭМС КНЦ РАН, показали, что из шлаков медно-никелевого производства с помощью кислотной обработки могут быть получены добавки в магнезиальное вяжущее, обеспечивающие значительное повышение его водостойкости [10].

Однако использование шлаков в стройиндустрии без предварительной обработки сопровождается полной потерей всех цветных металлов и поэтому такой способ нельзя назвать рациональным. Частично снизить безвозвратные потери цветных металлов при использовании шлаков в стройиндустрии возможно в случае их предварительной обработки с применением обогатительных способов, апри глубокой переработке 1 млн т отвальных шлаков возможно получение дополнительной продукции на сумму не менее 200 млн $ США [11 ]. При этом могут быть решены проблемы производства в России магниевой продукции.

Кроме стройиндустрии шлаки применяли для получения ряда технических материалов и реагентов. В частности, магнезиально-железистый шлак использовали при производстве шлако-щелочного адсорбента [12] и для получения железо-кремниевого коагулянта, причем добавка последнего реагента в воду совместно с обожженными технологическими илами комбината «Североникель» позволила значительно увеличить удерживающую способность осадков [13].

После закрытия в Мончегорске плавильного цеха еще одним отвальным продуктом Кольской ГМК стали железистые кеки. Данный продукт содержит сравнимое с исходной рудой количество цветных металлов и поэтому его захоронение нельзя считать рациональным. Кроме того, железистые кеки содержат водорастворимый никель и медь. В ИХТРЭМС КНЦ РАН разработано несколько вариантов комплексной переработки железистых кеков с применением жидкостной экстракции [14 ]. В частности, разработана технологическая схема совместной переработки железистых кеков и промывной серной кислоты, обеспечивающая не только утилизацию наиболее проблемных отходов медно-никелевого производства, но и получение дополнительной продукции.

В начале 2000 г. в отвалах Кольской ГМК скопились сотни тонн отходов отработанных ванадиевых катализаторов, содержащих 6-7% оксида ванадия.В тоже время отходы V-катализаторов являются перспективным источником сырья для получения оксидных соединений ванадия, которые находят широкое применение в различных областях техники. Ранее показано, что ванадиевый катализатор можно переработать в Кольской ГМК с использованием для его выщелачивания бедных сернистых газов [15]. Остаток выщелачивания, представляющий собой в основном диоксид кремния с примесью ванадия, очень близок по составу к шихте, используемой при производстве ванадиевых стекол, и поэтому также является товарной продукцией. Кроме того, имеется опыт использования отработанных катализаторов при получении глазурей [16].

В настоящее время в Кольской ГМК складированию подлежат также тонкие конвертерные пыли комбината «Печенганикель». Эти отходы содержат значительные количества цинка и свинца которые являются наиболее вредными примесями для получения качественного электролитного никеля и поэтому эти пыли захоранивают. В тоже время эти отходы содержат значительные количества таких редких металлов как Re, Tl и Ge, которые в значительной степени переходят в раствор уже при водном выщелачивании и могут быть извлечены в отдельные концентраты с использованием сорбционных или экстракционных способов.

Помимо отвальных продуктов при переработке медно-никелевого сырья образуются разнообразные отходы, которые направляются в оборот на пирометаллургическую переработку, что не всегда является рациональным. В частности, возврат тонкой пыли никелевого производства и остатков выщелачивания медных огарков на пирометаллургическую переработку ведет к значительным потерям серебра. В тоже время в ИХТРЭМС КНЦ РАН разработаны способы, позволяющие извлекать серебро в отдельные концентраты.

Металлургическая пыль Кольской ГМК была использована также для получения технического медного купороса, необходимого при флотации сульфидных медно-никелевых руд, причем, как показали испытания, использование собственного реагента взамен чистого медного купороса позволило несколько улучшить показатели флотации и отказаться от завоза данного реагента из-за пределов Мурманской области.

Примером рационального использования отходов является также применение продуктов дожигания кубовых остатков производства карбонильного никеля, состоящих преимущественно из мелкодисперсных частиц оксида железа и феррита никеля, в качестве компонента бескремниевых лигатур. Замена чистого оксида никеля на данный вид отходов позволила снизить затраты на 1 т лигатуры примерно на 3000 $ США [17]. Кроме того, остатки дожигания использовали в качестве пигмента при окраске металлических поверхностей, предназначенных для работы в агрессивных средах.

Существуют и некоторые другие примеры комплексной переработки и рационального использования отходов медно-никелевого производства, однако их внедрение тормозится слабой заинтересованностью предприятий, не имеющих достаточных экономических стимулов к переработке отвальных продуктов, как это имеет место во многих зарубежных странах [11].

ЛИТЕРАТУРА
1. Макаров В.Н., Крашенинников О.Н., Гуревич Б.И. и др. Строительные технические материалы из минерального сырья Кольского полуострова. Т.1,2. Апатиты: Изд-во КНЦ РАН, 2003. 430 с.
2. Крашенинников О.Н., Белогурова Т.П., Лащук В.В., Пак А.А. Использование вскрышных пород месторождений Кольского полуострова для получения щебня // Инновационный потенциал Кольской науки. Апатиты: Изд-во КНЦ РАН, 2005. С.219-224.
3. Гершенкоп А.Ш., Хохуля М.С., Мухина Т.Н. Переработка техногенного сырья Кольского полуострова // Вестник Кольского научного центра РАН. 2010. №1. С.4-8.
4. Бастрыгина С.В., Герасимова Л.Г. Применение тонкодисперсных лежалых хвостов для производства пигментных наполнителей лакокрасочных составов // Геоэкологические проблемы переработки природного и техногенного сырья. Апатиты: Изд-во «Вектор», 2007. С.134-138.
5. Зосин А.П., Приймак Т.И., Кошкина Л.Б. Экологические аспекты процессов геохимической трансформации минеральных отходов от переработки сульфидных медно-никелевых руд // Экологическая химия. 2003. №12(1). С.34-42.
6. Пашкевич М.А., Паршина М.В. Оценка негативного воздействия кислых вод на компоненты природной среды в зоне воздействия ОАО «Североникель» // Записки Горного института. Т.165.2005. С.135-137.
7. Майорова Е.А., Касиков А.Г., Тюкавкина В.В., Гуревич Б.И. Влияние отвальных шлаков комбината «Печенганикель» на загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами и возможные способы его снижения // Проблемы арктического региона. Мурманск: Изд-во ММБИ КНЦ РАН, 2012. С.23-24.
8. Поздняков В.Я. Североникель // М.: Изд-во «Руда и металлы», 1999. 429 с.
9. Гуревич Б.И. Гранулированные никелевые шлаки как заполнитель бетонов и растворов // Строительные и технические материалы из минерального и техногенного сырья Кольского полуострова. Л.: Изд-во Наука, 1978. С.33-36.
10. Касиков А.Г., Тюкавкина В.В., Гуревич Б.И., Майорова Е.А. Водостойкие магнезиальные вяжущие на основе продуктов переработки шлака цветной металлургии // Строительные материалы. 2012. №11. С.70-73.
11. Касиков А.Г. Проблемы и перспективы вовлечения в хозяйственный оборот отвальных продуктов медно-никелевого производства // Рынок и Север. 2013. №1. С.55-59.
12. Зосин А.П., Приймак Т.И. Куценко Н.В., Крылов А.С. О возможности использования сорбентов на основе магнезиально-железистых шлаков цветной металлургии и силиката натрия для очистки промышленных стоков от катионов никеля, меди, кобальта и взвесей // Строительные и технические материалы из минерального и техногенного сырья Кольского полуострова. Л.: Наука. 1978. С.96-101.
13. Касиков А.Г. Использование отходов медно-никелевого производства для получения коллекторов цветных и благородных металлов // Сб. трудов IV Международного конгресса Химических технологий. Т.2. 2003. С.38-40.
14. Касиков А.Г. Использование жидкостной экстракции в новых гидрометаллургических процессах переработки медно-никелевого сырья Кольской ГМК // Цветные металлы. 2012. № 7. С.29-35.
15. Касикова Н.И., Касиков А.Г., Маслова М.В. О возможности совместной утилизации отработанных ванадиевых катализаторов и отходящих сернистых газов // Цветные металлы. 1999. № 8. С.37-39.
16. Радченко С.Л., Радченко Ю.С., Орехова С.Е. Получение глазурных покрытий на основе отработанных ванадиевых катализаторов // Стекло и керамика. 2009. №4. С.29-31.
17. Касиков А.Г., Кшуманева Е.С., Громов П.Б. Утилизация и комплексная переработка отходов производства карбонильного никеля // Сб. науч. статей VI Междунар. научно-практ. конф. «Экологическая безопасность: проблемы и пути решения». Т.II. Харьков: Изд-во Райдер, 2010. C.21-25.

Проблемы рационального использования природного и техногенного сырья Баренц-региона в технологии строительных и технических материалов