И.В.Зоренко, Д.В.Макаров

Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья  им.И.В.Тананаева КНЦ РАН, г.Апатиты.
Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript

The oxidation of some massive sulphide ores (Valentorskoe (Northern Urals), Letnee and Yaman-Kasy (Southern Urals) deposits) was studied using XRD, DTA, TGA, microscope and chemical analysis. Mineral oxidation was modeled in arid climatic conditions. The influence of structural features of ores on the kinetic processes has been revealed. The decreasing of flotation activity of chalcopyrite and sphalerite has been found. The selectivity of flotation has been reduced.

В процессе добычи и переработки сульфидных руд цветных металлов до 30% полезных минералов теряется с отвальными продуктами, в первую очередь -  с хвостами обогащения [3]. При их хранении происходит окисление сульфидов c образованием серной кислоты и сульфатов тяжелых металлов, поэтому отвальные продукты представляют серьезную опасность для окружающей среды. Процесс окисления сульфидов может растягиваться на многие десятки лет и, вследствие этого, отвальные продукты представляют угрозу окружающей среде и после завершения эксплуатации месторождения.

Учитывая масштабы потерь цветных металлов в процессе обогащения, истощение запасов и снижение качества руд, отходы рассматриваются как потенциальный источник полезных компонентов, несмотря на более низкие их содержания, чем в первичном сырье. Тем более, что они требуют существенно меньших затрат на добычу и переработку.

В этой связи исследование химических превращений сульфидов актуально в экологическом и технологическом аспектах. Ввиду длительности процессов окисления целесообразно их моделирование в ускоренных условиях. На основе подобных исследований могут быть даны оценки потенциальной экологической опасности хвостов в зависимости от особенностей поступающей на обогащение руды, рекомендации по перспективности применения комбинированных обогатительно-металлургических схем, физико-химических геотехнологий переработки руд и техногенных отходов - хвостов обогащения. Полученные сведения полезны и для лучшего понимания формирования гипергенных профилей в природных корах выветривания.

В качестве объектов исследований взяты образцы сплошных медно-цинковых колчеданных руд Валенторского (Северный Урал), Летнего и Яман-Касы (Южный Урал) месторождений.

Моделировали окисление минералов в условиях испарительного (аридного) климатического режима. Время экспериментов составляло 3-120 сут. Методика экспериментов и результаты исследований представлены в работе [1].

Результаты РФА образцов обработанных в режиме увлажнение-высыхание руд свидетельствуют о появлении новообразованных минеральных фаз (сульфатов) уже после 3 сут. обработки. С увеличением времени обработки интенсивности рефлексов новообразований растут. Для образцов руды Валенторского месторождения характерны новообразованные гипс (CaSO₄^.2H₂O), ганнингит (ZnSO₄^.H₂O) и бианкит (ZnSO₄^.6H₂O) [2], для Летнего - гипс, ганнингит. Кроме того, на дифрактограммах образцов руд Летнего месторождения фиксируются рефлексы, которые относятся предположительно, к алуногену (Al₂(SO₄)₃^.17H₂O) [2]. На дифрактограммах образцов руды месторождения Яман-Касы фиксируются рефлексы сульфата меди - халькантита (CuSO₄^.2H₂O), сульфатов цинка: ганнингита и бианкита.

Флотацию проводили на навесках 5 г в лабораторной флотационной машине института "Механобр" с объемом камеры 100 см³ по варианту коллективной медно-цинковой флотации с депрессией пирита известью при ее концентрации 300 мг/л. Собирателем служил бутиловый ксантогенат калия, вспенивателем - метилизобутилкарбинол.

Изучение влияния концентрации бутилового ксантогената на флотируемость проб месторождения Летнее показало, что с увеличением концентрации бутилового ксантогената увеличивается выход концентрата из исходной пробы и образцов, подвергнутых окислению в течение 10 и 20 сут., а также извлечение меди и цинка (рис.1). При времени окисления пробы 10 сут. извлечение меди выше, чем для исходной пробы. Дальнейшее увеличение длительности окисления приводит к снижению извлечения меди по сравнению с исходной пробой.

Извлечение цинка в концентрат при времени окисления 10 сут. выше, чем из пробы, не подвергнутой окислению. При длительности окисления 20 сут. извлечение цинка ниже, чем при 10 сут. окисления, однако оно остается более высоким, чем из неокисленной пробы. Снижение выхода концентрата и извлечения металлов наблюдалось с увеличением времени окисления до 43 сут. и в условиях повышенного съема пенного продукта (рис.2).

Рис.1. Влияние расхода ксантогената на выход концентрата при флотации пробы руды месторождения Летнее. Время окисления: 1 - 3; 2 - 43 сут.

Рис.2. Извлечение меди (1) и цинка (2) в концентрат при флотации руды месторождения Летнее в зависимости от времени окисления при постоянном расходе ксантогената

Иные результаты получены при флотации образцов руды месторождения Яман-Касы. Исследовано влияние продолжительности окисления на показатели флотации при постоянной исходной концентрации бутилового ксантогената  15 мг/л. При постоянном расходе ксантогената выход концентрата флотации растет при непродолжительном времени окисления, затем начинает снижаться и после 40 сут. становится ниже почти в два раза, чем при флотации неокисленной руды (рис.3.).

Извлечения металлов значительно снижаются, причем если для меди при непродолжительном окислении (3 и 10 сут.) наблюдается рост извлечения, а затем его снижение, то для цинка характерно снижение извлечения при любом времени окисления (рис.4.). Селективность обогатительного процесса с увеличением длительности окисления снижается. Эти особенности, очевидно, связаны с быстрым окислением руды месторождения Яман-Касы.

Существенным отличием при флотации руд месторождений являлся расход извести для подщелачивания проб до концентрации CaO_своб. 300 мг/л. При флотации руды месторождения Яман-Касы по сравнению с пробой месторождения Летнее расход извести возрос в 1.5 раза для неокисленной пробы и увеличился в 2.5 раза для пробы, окислявшейся 40 сут. Возрастание расхода извести с увеличением времени окисления, моделирующем гипергенез, обусловлено увеличением количества сульфатов меди, цинка и железа, растворение которых увеличивает кислотность водной фазы и обусловливает экологическую опасность стоков хвостохранилищ при обогащении сульфидных руд.

Рис.3. Влияние времени окисления пробы руды месторождения Яман-Касы на выход концентрата при постоянном расходе ксантогената

Рис.3. Влияние времени окисления пробы руды месторождения Яман-Касы на выход концентрата при постоянном расходе ксантогената

Повышение флотируемости сульфидов меди из образцов руд месторождений Летнее и Яман-Касы при времени окисления 10 сут. и сульфида цинка из руды месторождения Летнее при окислении до 20 сут. возможно обусловлено частичным окислением сульфидной поверхности для обеспечения закрепления на ней ионов ксантогената согласно гипотезе Д.А.Шведова [4]  об образовании сульфидо-сульфатов и работам И.Н.Плаксина [5] о роли кислорода при флотации сульфидов.

Проведенные на пробах медно-цинковых руд Урала исследования свидетельствуют о снижении технологических показателей флотации этих руд при длительном окислении. Это потребует разработки методов повышения флотируемости сульфидов из хвостов обогащения, создания комбинированных и гидрометаллургических технологий.

Авторы признательны Э.А.Шрадер и И.Н.Кузнецовой за флотационные эксперименты и обсуждение результатов.

Литература

1. Makarov D., Belogub E., Malyarenok M., Nesterova A., Nesterov D., Vasil'eva T., Zorenko I. Experimental modeling of the oxidation processes in some massive sulphide ores from the Urals // 11 th Conference of Environmental and Mineral Processing. Ostrava: VSB-TU, 2007. Part I. P.83-87.
2. Белогуб Е.В., Щербакова Е.П., Никандрова Н.К. Сульфаты Урала. Миасс: УрО РАН, 2005. 128 с.
3. Чантурия В.А. Новые технологические процессы комплексного извлечения ценных компонентов из минерального сырья: современное состояние и основные направления развития // Геология рудных месторождений. 2007. Т.49. № 3. С.235-242.
4. Шведов Д.А. Гипотеза о причинах легкой флотируемости сульфидных и трудной флотируемости окисленных минералов // Горнообогатительный журнал. 1936. № 6.
5. Плаксин И.Н. Избранные труды. Обогащение полезных ископаемых. М.: Наука, 1970. С.150-164.

Научные основы химии и технологии переработки комплексного сырья том 3