Алгоритм извлечения металлов из растворов природного выщелачивания потерянных руд

В.И. Голик1, А.В. Титова2
¹ Московский политехнический университет, г. Москва, Российская Федерация
² Государственный геологический музей им. В.И. Вернадского Российской академии наук, г. Москва, Российская Федерация
Горная Промышленность №6 / 2024 стр. 116-119

Резюме: Статья посвящена решению проблемы извлечения металлов из растворов природного выщелачивания некондиционных руд и хвостов их обогащения с получением эколого-экономического эффекта, актуальность которой неуклонно увеличивается. Методика исследования проб включает в себя методы полярографии, спектрометрии, хроматографии, титрования и комплексометрии и др. Сульфатно-хлоридные воды исследованы с использованием промышленных электродиализаторов с циркуляцией раствора через рассольные камеры и без нее с извлечением металлов сорбентами. Детализирована схема электромембранной технологии комбинированного извлечения металлов с регламентацией процессов. Уточнена концепция природного выщелачивания потерянных в выработанном пространстве руд рудничными стоками. Предложен алгоритм очистки рудничных стоков с получением группы металлов, в том числе редкоземельных, отличающийся совмещением функций осаждения металлов и очистки шахтных стоков. Совокупная модель объединяет технологический, экологический и экономический аспекты разработки в рамках природно-техногенной системы. Сделан вывод о целесообразности реализации рекомендаций исследования для решения экологической проблемы и упрочнения сырьевой базы путем снижения потерь ценных компонентов. Реализация рекомендаций статьи способствует решению основных задач горного производства: повышение полноты использования недр и снижение нагрузки на окружающую среду при обеспечении безопасности работ.

Ключевые слова: добыча металлов, естественное выщелачивание, руда, хвосты обогащения, электромембранные технологии

Для цитирования: Голик В.И., Титова А.В. Алгоритм извлечения металлов из растворов природного выщелачивания потерянных руд. Горная промышленность. 2024;(6):116–119. https://doi.org/10.30686/1609-9192-2024-6-116-119

Информация о статье

Поступила в редакцию: 30.10.2024

Поступила после рецензирования: 26.11.2024

Принята к публикации: 02.12.2024

Информация об авторах

Голик Владимир Иванович – доктор технических наук, профессор кафедры металлургии, Московский политехнический университет, г. Москва, Российская Федерация; https://orcid.org/0000-0002-1181-8452; e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

Титова Ася Владимировна – доктор технических наук, заместитель директора по развитию, Государственный геологический музей им. В.И. Вернадского Российской академии наук, г. Москва, Российская Федерация; e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

Введение

Растущие потребности человечества стимулируют исследования новых путей добычи металлов ресурсосберегающими технологиями, которые нередко оказываются одновременно и природо-сберегающими. Перспективы увеличения минеральной базы цветной металлургии связаны с развитием природоохранных и ресурсосберегающих технологий подземной добычи руд [1–3]. Одним из таких направлений является извлечение металлов из растворов природного выщелачивания, потерянных при выемке запасов из недр и обогащении руд.

На горных предприятиях освоено извлечение металлов из хвостов обогащения комбинированными методами активации [4] и осаждение металлов в процессе очистки сточных вод с использованием природных продуктов [5; 6]. Оценка воздействия отвалов рудников на окружающую среду при проектировании технологий разработки коренных и техногенных месторождений производится с позиций применения технологии выщелачивания некондиционного сырья [7–9]. Отдельные аспекты проблемы рассмотрены зарубежными исследователями [10–12].

Цель эксперимента – исследование параметров извлечения металлов из растворов природного выщелачивания некондиционных руд.

Методика

Сульфатно-хлоридные с преобладанием катионов натрия воды Архонского месторождения исследованы в электродиализаторе с моделированием режима подачи природных растворов. На основе анализа данных о расходе электроэнергии на извлечение металлов из растворов природного выщелачивания руд разрабатывается алгоритм процесса и рекомендуется оборудование для его реализации.

Результаты

При плотности тока 100 А/м² и практически одинаковых условиях эксперимента в варианте с циркуляцией растворов концентрация солей в дилюате оказалась большей (табл. 1). В варианте без циркуляции содержание рассола характеризуется в табл. 2.

Таблица 1 Концентрация в рассоле с циркуляцией

Table 1 Concentration in brine with circulationТаблица 2 Концентрация в рассоле без циркуляции

Table 2 Concentration in brine without circulation

Показатели экспериментального моделирования подтверждают возможность повышения глубины извлечения металлов. После обессоливания маточных рассолов в электродиализаторах концентрация цинка уменьшилась.

На основании полученных результатов процессы извлечения металлов из растворов сводятся к следующим:

– осаждение солей и металлов путем создания гидросреды с рН 9…10;

– нейтрализация щелочного слива после отделения магния и кальция;

– кучное выщелачивание шахтными стоками после укрепления анолитом;

– обессоливание растворов в электродиализаторах.

Электрохимическая обработка производится в электролизерах. Анодное и катодное пространство разделяется мембраной. При плотности тока 300…500 А/м² производительность процесса достигает 1 м³/м² мембраны. Расход электроэнергии уменьшается применением в качестве анода платинированного титана.

В результате обработки достигается полная очистка шахтных стоков.

Электрохимическое разложение солевых систем в электролизерах производит щелочи и кислоты, которые могут быть товарным продуктом.

Процессы выщелачивания потерянных руд стоками Садонского месторождения подчиняются закономерностям. Стоки промышленных предприятий относятся к классу слабо солоноватых (1–3 г/дм³), соленых (3–5 г/дм³), сильно солоноватых (5–10 г/дм³). С участием воздуха и воды в выработанном пространстве они разрушают руды за счет разложения сульфидов.

Мизурская обогатительная фабрика работает по прямоточной схеме, при которой хвосты, сливы и фильтраты направляются в хвостохранилища и далее в р. Ардон. Это приводит к потерям ценных компонентов и к загрязнению экосистем окружающей среды.

Рис. 1 Алгоритм очистки растворов природного выщелачивания

Fig. 1 An algorithm for treating natural leaching solutions

Алгоритм очистки рудничных стоков представлен на рис. 1. В качестве реальной формы нейтрализации рекомендуется полная переработка стоков (рис. 2). Реализация рекомендаций статьи способствует решению основных задач горного производства: повышению полноты использования недр и снижению нагрузки на окружающую среду при обеспечении безопасности работ.

Рис. 2 Установка для электрохимической очистки стоков: 1 – стоки; 2 – анодная камера; 3 – катодная камера; 4 – анод; 5 – диафрагма; 6 – катод; 7 – выпрямитель; 8 – трансформатор; 9 – амперметр; 10 – вольтметр

Fig. 2 A unit for electrochemical wastewater treatment:0 1 - wastewater; 2 - anode chamber; 3 - cathode chamber; 4 - anode; 5 - diaphragm; 6 - cathode; 7 - rectifier; 8 - transformer; 9 - amperemeter; 10 - voltmeter

Выводы

1. Эффективность действия возможных к применению реагентов ранжируется в ряд: серная кислота, известь, карбоксиметилцеллюлоза, полиакриламид, КФ-4.

2. Флокулянт КФ-4 по сравнению с полиакриламидом и известью повышает скорость осаждения частиц и рекомендуется для очистки стоков из хвостохранилища Мизурской обогатительной фабрики.

3. Технологические возможности позволяют понизить загрязненность стоков до уровня санитарных требований.

4. Реализация исследований частично решает экологическую проблему и повышает комплексность использования руд путем снижения потерь ценных компонентов.

Список литературы

1. Капутин Ю.Е. Обоснование бортового содержания и оптимизация стратегии развития открытых горных работ. СПб.: Недра; 2017. 280 с.

2. Матрохина К.В., Трофимец В.Я., Мазаков Е.Б., Маховиков А.Б., Хайкин М.М. Развитие методологии сценарного анализа инвестиционных проектов предприятий минерально-сырьевого комплекса. Записки горного института. 2023;259:112–124. https://doi.org/10.31897/PMI.2023.3 Matrokhina K.V., Trofimets V.Y., Mazakov E.B., Makhovikov A.B., Khaykin M.M. Development of methodology for scenario analysis of investment projects of enterprises of the mineral resource complex. Journal of Mining Institute. 2023;259:112– 124. https://doi.org/10.31897/PMI.2023.3

3. Lerchs H., Grossmann I.F. Optimum design of open-pit mines. Transaction CIM. 58 1965;58(633):47–54.

4. Gilani S.-O., Sattarvand J., Hajihassani M., Abdullah S.S. A stochastic particle swarm based model for long term production planning of open pit mines considering the geological uncertainty. Resources Policy. 2020;68: 101738. https://doi.org/10.1016/j.resourpol.2020.101738

5. Dagdelen K., Kawahata K. Value creation through strategic mine planning and cutoff-grade optimization. Mining Engineering. 2008;60(1):39–45.

6. Шпанский О.В., Лигоцкий Д.Н., Борисов Д.В. Проектирование границ открытых горных работ. СПб.; 2003. 90 с.

7. Кантемиров В.Д., Яковлев А.М., Титов Р.С. Применение геоинформационных технологий блочного моделирования для совершенствования методов оценки качественных показателей полезных ископаемых. Известия высших учебных заведений. Горный журнал. 2021;(1):63–73. https://doi.org/10.21440/0536-1028-2021-1-63-73 Kantemirov V. D., Iakovlev A. M., Titov R. S. Applying geoinformation technologies of block modelling to improve the methods of assessing quality indicators of minerals. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Gornyi Zhurnal. 2021;(1):63–73. https://doi.org/10.21440/0536-1028-2021-1-63-73