Кучное выщелачивание окисленной медной руды в условиях ОАО БМСК

М.В.Рыльникова, И.В.Шадрунова, Магнитогорский государственный технический университет
А.В.Сизиков, Башкирский медно-серный комбинат

Ис­то­ще­ние за­па­сов мед­но-сы­рь­е­вой ба­зы, на ко­то­рую бы­ла ори­ен­ти­ро­ва­на ра­бо­та Баш­кир­ско­го мед­но-сер­но­го ком­би­на­та, по­ста­ви­ло пред­при­я­тие пе­ред не­об­хо­ди­мо­с­тью изы­с­ка­ния до­пол­ни­тель­ных медь­со­дер­жа­щих ге­о­ре­сур­сов. Ис­точ­ни­ком зна­чи­тель­ных за­па­сов сы­рья, со­дер­жа­ще­го цвет­ные ме­тал­лы, яв­ля­ют­ся окис­лен­ные ру­ды ме­с­то­рож­де­ния Бакр-Узяк. Од­на­ко при пе­ре­ра­бот­ке этих руд тра­ди­ци­он­ным фло­та­ци­он­ным ме­то­дом по­лу­ча­ют­ся низ­ко­сорт­ные кон­цен­т­ра­ты при ма­лом из­вле­че­нии ме­тал­лов (35–50%). Ис­сле­до­ва­ни­я­ми ус­та­нов­ле­но, что на­и­бо­лее пер­спек­тив­ным на­прав­ле­ни­ем пе­ре­ра­бот­ки этих руд яв­ля­ет­ся вы­ще­ла­чи­ва­ние. При этом, в ка­че­ст­ве объ­ек­та фи­зи­ко-хи­ми­че­с­ких ге­о­тех­но­ло­гий боль­шой прак­ти­че­с­кий ин­те­рес пред­став­ля­ют со­дер­жа­щие до 0.04% ме­ди ми­не­ра­ли­зо­ван­ные во­ды ес­те­ст­вен­но­го вы­ще­ла­чи­ва­ния от­ва­лов вскрыш­ных по­род. В этой свя­зи на Баш­кир­ском мед­но-сер­ном ком­би­на­те бы­ла раз­ра­бо­та­на и вне­д­ря­ет­ся ком­плекс­ная про­грам­ма по­вы­ше­ния эф­фек­тив­но­с­ти ис­поль­зо­ва­ния руд и тех­но­ген­ных об­ра­зо­ва­ний. По­ст­ро­е­ны це­мен­та­ци­он­ные ус­та­нов­ки для из­вле­че­ния ме­ди из по­дот­валь­ных вод, со­зда­на опыт­но-про­мы­ш­лен­ная ус­та­нов­ка куч­но­го вы­ще­ла­чи­ва­ния окис­лен­ных мед­ных руд ме­с­то­рож­де­ния Бакр-Узяк.

Для из­вле­че­ния ме­ди из окис­лен­ных мед­ных руд ме­с­то­рож­де­ния Бакр-Узяк ме­то­дом куч­но­го вы­ще­ла­чи­ва­ния на пром­пло­щад­ке БМСК был сфор­ми­ро­ван и по­слой­но уло­жен шта­бель на пло­ща­ди 1238 м2. Ниж­ний слой шта­бе­ля для луч­шей филь­т­ра­ции про­дук­тив­ных рас­тво­ров уло­жен из ру­ды круп­но­стью –100+40 мм; вто­рой слой пред­став­лен клас­сом –40+20 мм; тре­тий – клас­сом –20+0 мм. Вы­со­та каж­до­го слоя 1 м. Об­щий объ­ем ру­ды в шта­бе­ле со­ста­вил 15296 т. Оро­ше­ние шта­бе­ля про­из­во­ди­лось вы­ще­ла­чи­ва­ю­щим рас­тво­ром, со­дер­жа­щим слив шахт­ных и по­дот­валь­ных вод Си­бай­ско­го ка­рь­е­ра и обо­рот­ный слив це­мен­та­то­ра. Ука­зан­ные рас­тво­ры из пруд­ка-от­стой­ни­ка по­да­ва­лись на оро­си­тель­ные ус­та­нов­ки, смон­ти­ро­ван­ные на по­верх­но­с­ти шта­бе­ля, где для луч­ше­го оро­ше­ния руд­ной мас­сы бы­ло ус­т­ро­е­но три пруд­ка. Про­дук­тив­ные рас­тво­ры, вы­хо­дя­щие из ос­но­ва­ния шта­бе­ля, по ма­ги­с­т­раль­ной ка­на­ве по­да­ва­лись в пру­док-от­стой­ник, от­ку­да на­со­сом вы­ще­ла­чи­ва­ю­щий рас­твор за­ка­чи­вал­ся на оро­си­тель­ные ус­т­рой­ст­ва для оро­ше­ния. Этот же на­сос по­да­вал про­дук­тив­ный рас­твор на це­мен­та­ци­он­ную ус­та­нов­ку. До­пол­ни­тель­ная под­пит­ка пруд­ка-от­стой­ни­ка про­ис­хо­ди­ла за счет по­да­чи шахт­ных и по­дот­валь­ных вод Си­бай­ско­го ка­рь­е­ра. Це­мен­та­цию ме­ди про­во­ди­ли же­лез­ным скра­пом в ба­ра­бан­ном це­мен­та­то­ре и го­ри­зон­таль­ных оса­ди­те­лях.

Тех­но­ло­ги­че­с­кая схе­ма вы­ще­ла­чи­ва­ния и ус­ред­нен­ные дан­ные ге­не­раль­но­го оп­ро­бо­ва­ния ус­та­нов­ки куч­но­го вы­ще­ла­чи­ва­ния и це­мен­та­ции при­ве­де­ны на рис. 1.

Экс­плу­а­та­ция шта­бе­ля по­ка­за­ла его низ­кую филь­т­ра­ци­он­ную спо­соб­ность вслед­ст­вие об­ра­зо­ва­ния зна­чи­тель­но­го ко­ли­че­ст­ва шла­мов, за­или­ва­ю­щих пу­с­то­ты меж­ду ку­с­ка­ми руд­ной мас­сы. В ре­зуль­та­те рез­ко сни­зи­лась филь­т­ра­ция вы­ще­ла­чи­ва­ю­ще­го рас­тво­ра и име­ли ме­с­то боль­шие по­те­ри ме­ди в сли­ве це­мен­та­то­ров.

Дно у всех пруд­ков на вер­ши­не штабеля ока­за­лось за­илен­но зна­чи­тель­ным сло­ем гли­ны с при­ме­сью ги­д­ро­кси­дов же­ле­за (рис. 2). При этом часть оро­ша­ю­ще­го рас­тво­ра сте­ка­ла по его по­ло­гой по­верх­но­с­ти, в ре­зуль­та­те че­го об­ра­зо­ва­лась сеть про­мо­ин ов­раж­но­го ти­па (рис. 3).

Ана­лиз ре­зуль­та­тов ра­бо­ты ус­та­нов­ки куч­но­го вы­ще­ла­чи­ва­ния ОАО БМСК по­ка­зал, что не­эф­фек­тив­ность про­цес­са яви­лась след­ст­ви­ем низ­ких по­ка­за­те­лей филь­т­ра­ции шта­бе­ля, зна­чи­тель­ных по­терь ме­ди в сли­ве це­мен­та­то­ра, не­рит­мич­ной ра­бо­ты ус­та­нов­ки и от­сут­ст­вия си­с­те­мы кон­тро­ля и ре­гу­ли­ро­ва­ния па­ра­ме­т­ров про­цес­са, а так­же не­со­вер­шен­ст­вом при­ме­ня­е­мо­го рас­тво­ри­те­ля, вви­ду низ­кой кис­лот­но­с­ти и вы­со­кой ми­не­ра­ли­за­ции со­ля­ми каль­ция, маг­ния и ок­си­да­ми же­ле­за.

В но­я­б­ре 2000 го­да в свя­зи с по­ни­же­ни­ем тем­пе­ра­ту­ры ок­ру­жа­ю­щей сре­ды ра­бо­та ус­та­нов­ки бы­ла пре­кра­ще­на, и часть ру­ды из шта­бе­ля бы­ла от­гру­же­на на пи­ро­ме­тал­лур­ги­че­с­кую пе­ре­ра­бот­ку на ЗАО «Ка­ра­баш­медь».

По­сле от­груз­ки ча­с­ти руд­ной мас­сы по­яви­лась воз­мож­ность ис­сле­до­ва­ния вер­ти­каль­но­го сре­за шта­бе­ля. На скло­не сре­за об­на­жи­лись про­мо­и­ны, ос­но­ва­ния и стен­ки ко­то­рых бы­ли по­кры­ты тон­кой плен­кой суль­фа­тов ме­ди. Ши­ри­на про­мо­ин ва­рь­и­ро­ва­лась от 5 до 20 см. Рас­сто­я­ние меж­ду ви­ди­мы­ми ру­чь­я­ми не пре­вы­ша­ло 1 м (рис. 4). Об­ра­зо­ва­ние суль­фа­тов ме­ди на­блю­да­лось толь­ко в про­мо­и­нах, рас­по­ло­жен­ных во вну­т­рен­ней ча­с­ти шта­бе­ля.

Изу­че­ние ве­ще­ст­вен­но­го со­ста­ва руд­ной мас­сы по­ка­за­ло, что глав­ны­ми по­ро­до­об­ра­зу­ю­щи­ми ми­не­ра­ла­ми яв­ля­ют­ся кварц, по­ле­вой шпат и се­ри­цит, сре­ди ос­нов­ных ми­не­ра­лов нет кар­бо­на­тов, ко­то­рые сни­жа­ют эф­фек­тив­ность про­цес­са вы­ще­ла­чи­ва­ния. Глав­ны­ми медь­со­дер­жа­щи­ми ми­не­ра­ла­ми окис­лен­ных вкрап­лен­ных руд яв­ля­ют­ся ма­ла­хит, те­но­рит (ме­ла­ко­нит) и ку­прит. Ши­ро­ко рас­про­ст­ра­не­ны ги­д­ро­кси­ды же­ле­за, с ко­то­ры­ми свя­за­но зна­чи­тель­ное ко­ли­че­ст­во ад­сор­би­ро­ван­ной ме­ди. Ми­не­ра­ло­ги­че­с­кий ана­лиз про­бы ко­рен­ных окис­лен­ных руд по­ка­зал, что азу­рит, как от­дель­ный ми­не­рал, в ней не встре­ча­ет­ся.

При изу­че­нии вы­ве­т­ре­лых по­верх­но­с­тей по­род во­круг вну­т­рен­них про­мо­ин, об­ра­зо­вав­ших­ся в ре­зуль­та­те на­ру­ше­ния тех­но­ло­ги­че­с­ко­го ре­жи­ма куч­но­го вы­ще­ла­чи­ва­ния, на­блю­да­лись ко­роч­ки и при­маз­ки, об­ра­зо­ван­ные как ма­ла­хи­том, так и азу­ри­том (рис. 5).

Ус­той­чи­вость азу­ри­та за­ви­сит от внеш­не­го дав­ле­ния и ак­тив­но­с­ти вы­ще­ла­чи­ва­ю­ще­го рас­тво­ра. Так, в ка­нав­ках, об­ра­зо­ван­ных вы­ще­ла­чи­ва­ю­щи­ми рас­тво­ра­ми на по­верх­но­с­ти шта­бе­ля, не на­блю­да­ет­ся по­яв­ле­ние азу­ри­та. В ме­с­тах, ку­да не по­сту­па­ют вы­ще­ла­чи­ва­ю­щие рас­тво­ры, а так­же во вну­т­рен­ней ча­с­ти шта­бе­ля, встре­ча­ют­ся зер­ни­с­тые скоп­ле­ния и при­маз­ки азу­ри­та. Сле­ду­ет от­ме­тить, что и при­род­ные, и тех­но­ген­ные медь­со­дер­жа­щие ми­не­ра­лы яв­ля­ют­ся лег­ко­ра­с­тво­ри­мы­ми в рас­тво­рах сер­ной кис­ло­ты со­еди­не­ни­я­ми.

Ком­плекс­ное ис­сле­до­ва­ние рас­тво­ри­мо­с­ти мед­ных ми­не­ра­лов, про­ве­ден­ное при со­дей­ст­вии Коч­кар­ской про­бир­но-ана­ли­ти­че­с­кой ла­бо­ра­то­рии (г.Пласт), по­ка­за­ло, что в ци­а­ни­с­тую вы­тяж­ку пе­ре­хо­дит 84.95% ме­ди, в сер­но­кис­лот­ную 88.96%. Ра­ци­о­наль­ным ана­ли­зом ус­та­нов­ле­но, что медь на 6.8% пред­став­ле­на пер­вич­ны­ми и на 3.88% вто­рич­ны­ми суль­фи­да­ми, что под­тверж­да­ет це­ле­со­об­раз­ность при­ме­не­ния вы­ще­ла­чи­ва­ния для пе­ре­ра­бот­ки дан­ной ру­ды.

При ис­сле­до­ва­нии филь­т­ра­ци­он­ных свойств руд­но­го мас­си­ва оп­ре­де­ля­лись по­ка­за­те­ли по­ри­с­то­с­ти и вла­го­про­ни­ца­е­мо­с­ти. Ла­бо­ра­тор­ны­ми ис­сле­до­ва­ни­я­ми ус­та­но­ви­ли зна­че­ния по­ри­с­то­с­ти и ко­эф­фи­ци­ен­та филь­т­ра­ции ру­ды по клас­сам круп­но­сти (табл.). Из дан­ных таб­ли­цы сле­ду­ет, что об­ла­да­ю­щая низ­ким ко­эф­фи­ци­ен­том филь­т­ра­ции фрак­ция –1+0 мм, за­би­вая по­ры меж­ду круп­ны­ми ку­с­ка­ми ру­ды спо­соб­ст­ву­ет рез­ко­му сни­же­нию филь­т­ра­ци­он­ных свойств шта­бе­ля.

В этой свя­зи це­ле­со­об­раз­но про­из­во­дить от­сев ру­ды клас­са –3+0 мм пе­ред ук­лад­кой в шта­бель и пе­ре­ра­бот­ку его ме­то­дом ча­но­во­го вы­ще­ла­чи­ва­ния.

Пред­ва­ри­тель­ное оком­ко­ва­ние мел­кой фрак­ции пе­ред ук­лад­кой в шта­бель с ис­поль­зо­ва­ни­ем це­мен­та в со­от­но­ше­нии Ц : Р=0.3 : 1 поз­во­ли­ло по­лу­чить ока­ты­ши тре­бу­е­мой проч­но­с­ти и ус­той­чи­во­с­ти. Од­на­ко вы­ще­ла­чи­ва­ние ме­ди из та­ких ока­ты­шей прак­ти­че­с­ки не про­ис­хо­дит из-за эк­ра­ни­ру­ю­ще­го дей­ст­вия це­мент­но­го кам­ня.

На ос­но­ва­нии вы­пол­нен­ных ис­сле­до­ва­ний ре­ко­мен­ду­ет­ся сле­ду­ю­щая тех­но­ло­гия ук­лад­ки шта­бе­ля. Окис­лен­ная мед­ная ру­да ме­с­то­рож­де­ния Бакр-Узяк долж­на быть уло­же­на в два слоя. Ниж­ний слой шта­бе­ля — класс –300+100 мм, верх­ний слой –100+3 мм. Вы­со­та каж­до­го слоя 1.5 м. Для ис­клю­че­ния умень­ше­ния круп­но­сти и по­ри­с­то­с­ти руд­ной мас­сы и сни­же­ния про­ни­ца­е­мо­с­ти шта­бе­ля, при его ук­лад­ке сле­ду­ет ис­клю­чить дви­же­ние по его по­верх­но­с­ти тя­же­ло­го транс­пор­та, а от­сып­ку ру­ды про­из­во­дить экс­ка­ва­то­ра­ми.

Ана­лиз ра­бо­ты уз­ла це­мен­та­ции ус­та­нов­ки куч­но­го вы­ще­ла­чи­ва­ния окис­лен­ной мед­ной ру­ды по­ка­зал, что сум­мар­ное из­вле­че­ние ме­ди из про­дук­тив­ных рас­тво­ров со­став­ля­ет 62.38% (рис. 1). В про­дук­те це­мен­та­ции прак­ти­че­с­ки от­сут­ст­ву­ют тон­кие ча­с­ти­цы круп­но­стью 60 мкм и мень­ше, а с по­те­ря­ми в этом клас­се свя­за­ны по­те­ри ме­ди в це­мен­та­ции. В при­ем­ном бун­ке­ре дей­ст­ву­ю­ще­го це­мен­та­то­ра со­зда­ют­ся тур­бу­лент­ные по­то­ки, уно­ся­щие тон­кие ча­с­ти­цы ме­ди в слив. Оса­док це­мент­ной ме­ди со­дер­жит 33.92% ме­ди, за­гряз­нен гли­ни­с­ты­ми алю­мо­си­ли­кат­ны­ми ча­с­ти­ца­ми, ги­д­ро­кси­да­ми и ок­си­да­ми же­ле­за. Пред­ва­ри­тель­ное ос­вет­ле­ние рас­тво­ра пе­ред це­мен­та­ци­ей, оп­ти­ми­за­ция кис­лот­но­с­ти рас­тво­ра (рН=2.5–2.6) и маг­нит­ная се­па­ра­ция про­дук­та це­мен­та­ции поз­во­ля­ют по­вы­сить со­дер­жа­ние ме­ди в про­дук­те це­мен­та­ции до 49.47%. Це­мент­ный оса­док эф­фек­тив­но пе­ре­ра­ба­ты­ва­ет­ся в пла­виль­ной пе­чи БМСК с по­лу­че­ни­ем то­вар­ной ме­ди.

Журнал "Горная Промышленность" №3 2001