книги из ГПНТБ / Набойченко, С. С. Гидрометаллургия меди

Обогащенный раствор осветляют и направляют на электролиз, который проводят в четырех секциях по 10 ванн, изготовленных из стекловолокна. В ванну емкостью 0,23 м3 загружают шесть анодов и пять матричных основ. Электролиз ведут при плотности 'тока 130 А/м3, напряжении 2,2 В до остаточной концентрации в растворе меди, равном 20 г/л. Получают в год 82 т катодной меди, содержащей

99,99% Си.

Рам Джангл (Австралия) [128, 130, 337—338 ]

В связи с небольшим запасом руд (—1 млн. т) оказалось более рациональным перерабатывать их кучным выщелачиванием, а не по стандартной пирометаллургической схеме.

Руда содержит окисленные (малахит, куприт, азурит) и сульфид­ ные (халькопирит, пирит) минералы. Поэтому сооружали отдельные кучи из окисленной (2% Си) и сульфидной (1,7% Си) руд. Для их размещения была выбрана площадка площадью 40,5 тыс. м2, имею­ щая естественный уклон 2%, которую на площади 25 тыс. м2 покрыли водонепроницаемым слоем толщиной 102 мм.

Выщелачивание осуществляют в замкнутом цикле: сульфидную кучу подвергают обработке в режиме бактериального выщелачива­ ния, а получаемые растворы используют для орошения окисленной кучи.

Из-за недостаточной прочности руды и склонности к выветрива­ нию, а также сухого климата был проведен тщательный поиск ра­ ционального режима орошения. При орошении окисленной кучи с помощью прудков скорость перколяции раствора не превышала 0,38 м3/м2-мин. Использование более кислых растворов (pH = 0,5) ухудшило перколяцию из-за прогрессирующего разрушения руды. По этой лее причине орошение с помощью скважин не дало желае­ мого результата из-за сильного уплотнения верхнего слоя кучи и быстрого забивания скважин. Стали периодически «срезать» бульдо­ зером верхний слой кучи (~2 м) и орошать поверхность с помощью дренчеров. Это позволило достигнуть скорость перколяции раствора

Раствор на сульфидную кучу подают по перхлорвиниловым тру­ бам диаметром 152 мм из сборника емкостью 3040 м3. Состав раствора, режим выщелачивания, наличие в руде азота, фосфора, калия, маг­ ния обеспечивают благоприятные условия для жизнедеятельности бактерий. Получаемый раствор собирают в прудке объемом 1330 м3 и подают на кучу окисленной руды. Конечный раствор из сборника емкостью 2920 м3 поступает со скоростью 0,8 м3/мин на цементацию.

Сборные прудки оборудованы дамбами, внутренняя поверхность которых защищена специальными плитами из многослойного мате­ риала (териленового пластика — битума — стекловолокна— битума).

Медь осаждают листовой обрезью в ваннах общей емкостью 153 м3. Ванны изготовлены из железобетона, внутри футерованы битумной

157

мастикой. Ворошение скрапа с помощью специальной установки увеличило производительность почти в 5 раз (раньше она составляла не более 8 кг/(м3-сут). После сушки и грохочения цементную медь отправляют на медеплавильный завод.

Содержание железа в оборотном растворе поддерживают не более 5 г/л, периодически сбрасывая до 50% раствора. Потери раствора за счет испарения в засушливый сезон достигают 265 м3/сут.

Установка фирмы Маркоппер (Филиппины) [339]

В обрабатываемом сырье содержатся сульфидные (халькопирит, халькозин, борнит) и окисленные (малахит, азурит, хризоколла, куп­ рит,. халькантит) минералы. Общее содержание меди 0,2%, в том числе более 50% кислоторастворимой.

Руду укладывают на естественное основание в кучи высотой около 46 м, раствор для орошения подают по полихлорвиниловым трубам. Несмотря на высокое содержание каолинизированных пород, ско­ рость перколяции раствора хорошая и составляет 0,12—0,16 л/(м2 X X мин).

Раствор после выщелачивания подкисляют до pH = 2,5 и на­ правляют на цементацию, используя обезлуженный скрап. Скорость восходящего потока раствора в конусных аппаратах составляет 0,244 м/с. Цементный осадок выгружают через 4 ч, подсушивают шихтуют с медным концентратом обогатительной фабрики.

За конусами установлены бетонированные ванны, заполненные скрапом, в которых доизвлекают тонкую взвесь осадка и остаточ­ ную медь в растворе. В связи с увеличением объема окисленной руды, а также наличием больших запасов бедных сульфидных руд (0,29% Си) предполагают расширить цементационную установку, модернизировать системы орошения и сбора раствора, а. также ис­ пользовать бактериальное выщелачивание.

Практика подземного выщелачивания

Огайо (шт. Юта, США) [1, с. 129; 340]

В связи со снижением содержания меди в руде (до 0,3%) дальней­ шая разработка рудника была признана нерациональной и его за­ консервировали. С 1922 г. на нем было организовано подземное вы­ щелачивание. Руда представлена медистым пиритом и содержала халькозин, а вмещающая порода — кварцевым моноцитом. Ороше­ ние вели, чередуя с периодами просушки, на площади 240 X 275 м, разделенной на ряд участков. Использовали для орошения шахтные воды других рудников, хвостовые растворы с цементационной уста­ новки, которые подавали со скоростью 9,5—15 м3/мин.

Растворы, содержащие около 2 г/л Си, поступали на цемента­ ционную установку, расположенную под землей. Неизменный тем­ пературный режим, хорошее качество консервной жести позволяли получать устойчивые высокие показатели при осаждении меди в те­

158 ,

чение всего года: извлечение достигало 97,3%, а содержание меди в осадке — до 90—94 %.

Работа установки в последующие годы в литературе не описана.

Рэй (шт. Аризона, США) [1, с. 129—130; 271]

В 1937 г. было организовано подземное выщелачивание на одном из закрытых рудников. Медьсодержащие породы представлены суль­ фидными и окисленными минералами. После обрушения стали по­ давать свежую воду в количестве 2 м3/мин. В связи с высоким содер­ жанием меди (~1% ) и пирита получали богатые растворы (до 10 г/л Си). Организация искусственного орошения позволила не только увеличить концентрацию меди в растворе, но и существенно повысить выпуск меди.

Позднее одну из выработок, длина которой 610 м, ширина 305 м, высота 46 м, заполнили вскрышей с близлежащего карьера. Ороше­ ние ведут по системе затопления, количество конечного раствора составляет 7,6 м3/мин.

Завод Сан-Доминго (Португалия) [341 ]

На заводе используется подземное бактериальное выщелачивание для извлечения меди из забалансовых медьсодержащих пиритных руд. Схема производства приведена на рис. 55.

Орошение осуществляют один раз в неделю с помощью дренаж­ ных канав для равномерного распределения раствора, орошаемую поверхность на глубину 1,8 м покрывают слоем шлака или пустой породы. Температуру в рудном теле непрерывно измеряют и фикси­ руют на операторском пульте, что позволяет следить за развитием процесса выщелачивания.

Желоба бетонные, футерованные асфальтом. Отстойная ванна предназначена для улавливания тонких частиц меди; она футерована

щающийся магнитный сепаратор. Для обезвоживания используют два вакуумных фильтра с площадью фильтрации по 0,28 м2 и семи­ дневную подсушку на подогреваемой бетонной площадке длиной 30 м и шириной 7 м. Теплый воздух подается вентилятором в опор­

с65 до 30 тыс. долл. За 6 лет было получено 3978 т меди, выпуск

еепо годам изменялся следующим образом, т: 1263, 1072, 742, 510, 273 и 118.

159

Рис. 55. С хема производства цементной меди на установке в Сан-Доминго (цифры в скобках у называют диаметр трубопроводов, м):

/ — прудки свежей воды; 2 — центробежные насосы; 3 — отстойный прудок; 4 — сборник осветленной воды; 5 — орошаемый участок (план); 6 — разрез рудного тела; 7 — шахтные насосы; S — распределительная камера подачи раствора на выщелачивание; 9 — цемента­ ционные желоба; 10 — смывные брандспойты; 11 — ванна для промывки осадка; 12 — пло­ щадка для сушки цементного осадка; 13 — сборник промывных вод; 14 — сборник раствора после цементации

Работы по подбору материалов для оборудования показали, что для трубопроводов лучше всего подходят перхлорвинил или обычная сталь, покрытая эпоксидной смолой, а для насосов — нержавеющая сталь.

Установка в Каната (Мексика) [1, с. 130; 315; 342—343]

Производство цементной меди из рудничных вод организовано в 1915 г., впоследствии (1920—1922 гг.) внедрено принудительное орошение забоев на горизонтах 200 и 300 м с потерянной рудой. Руда была представлена медистыми пиритами, содержащими 1,5% Си, 10,8% Fe, 49% Si02, 15,4% А120 3, 9,2% S. Орошение участка про­ водили растворами после цементации через центральную трубу диа­ метром 50 мм с отводными патрубками, раствор разбрызгивали бранд­ спойтами. Уже при первой промывке продолжительностью 261 сут. было извлечено 48,5% меди.

Первоначально цементацию осуществляли в деревянных ваннах, установленных в забоях; раствор перемешивали воздухом, расход его составил 50 м3/мин. Впоследствии цементационные ванны б^ли перенесены на поверхность.

В связи с увеличением объема рудных отвалов цементационная установка была расширена и модернизирована. В отделении Вета объем желобов составлял 4,71 м3, а на установке в Ронквилло 568 м3; в три головные желоба загружали тяжелый скрап.

160

Осажденную медь смывали и пульпу пропускали через барабан­ ный грохот (отверстия грохота имели диаметр 3 мм). Минусовая фракция поступала в четыре отстойника, имеющих длину 12,2 м и ширину 3,05 м. После сгущения и сушки цементную медь отправ­ ляют на медеплавильный завод.

(6 г/л H 2S04). Их подают с помощью брызгал или скважин 1Iдо тех пор, пока содержание меди в продукционных растворах не снизится менее 0,9 г/л. Продолжительность каждого из последующих циклов сокращают вдвое по отношению к предшествующей длительности орошения участка. Остаточная кислотность поддерживается на уровне 0,25—0,35 г/л H 2S04, чтобы предотвратить выпадание железистых осадков в магистралях, а также йнтенсивное разрушение асбоцемент­ ных труб, применяемых на ряде участков. С запруды на горизонте 305 м раствор по трубе стекает в зумпф, откуда тремя погруженными насосами производительностью 3,785 м3/мин направляется на цемен­ тацию. Обезмежениый раствор подкисляют в сборнике, откуда двумя насосами (производительностью по 3,785 м3/мин и одним 5,0 м3/мин) подают в отстойник, затем в расходный зумпф для орошения и после подкисления закачивают с помощью четырех насосов производи­ тельностью по 2,58 м3/мин в приемник-распределитель и далее по полиэтиленовым трубам на обрабатываемый участок. В сутки цир­ кулирует около 11 тыс. м3 раствора, потери его не превышают 10%.

Установку обслуживают 9 чел., которые, кроме машинистов на­ сосов (3 чел.), работают в дневную смену.

После завершения эксплуатации рудника в Гила Каунти образо­ валась подземная выработка диаметром 457 м и высотой 91 м, ко­ торую заполнили отвальной породой, содержащей медь в виде окис­

лиз железа; перед орошением кислотность доводят до 4,8—4,9 г/л. Общий расход кислоты достигает 2,4 т на 1 т меди. Орошение ведут до тех пор, пока содержание меди в конечном растворе не снизится менее 1,3—1,4 г/л, после чего участок выводят для сушки. Скорость движения .раствора через слой породы составляет 658,7 м/сут. '

Медьсодержащий раствор собирают на глубине 305 м и направ­ ляют на цементацию; количество его 7,6 м3/мин, состав: 2 г/л Си, 2 -г/л Fe, pH — 2,4.

Обработку руды ведут круглый год, получая около 9 тыс. т меди.

I Разбуривание выполнено по сетке 15Х 15 м.

Новые направления переработки рудного сырья

Тенденция непрерывного увеличения количества отвалов, роли за­ балансовых и труднообогатимых месторождений медьсодержащих хвостов флотационного обогащения в сырьевой базе для производ­ ства меди обусловливает дальнейшее совершенствование приемов извлечения меди из этих сырьевых источников.

Изыскания ведутся в основном по двум направлениям: 1) совер­ шенствование существующих технологий и 2) разработка принци­ пиально новых технологических схем с использованием специфичных растворителей и аппаратурного оформления.

С целью создания оптимального варианта подготовки сырья, орошения и сбора раствора, интенсификации и повышения извлече­ ния меди при кучном и подземном выщелачивании работы ведутся

внаправлении:

1)разработки эффективного и дешевого способа подготовки осно­ вания для отсыпки отвала, кучи;

2)улучшения качества взрывных работ, применения дополни­ тельного дробления крупногабаритных кусков породы, гидравли­ ческого разрушения рудных пластов;

3)инженерных мероприятий по гидроизоляции подземного участка выщелачивания руды;

4)улучшения режима и равномерности орошения руды [для чего предлагается сооружение отвала (кучи) оптимальной геометрической формы, улучшение однородности слоя руды, принудительная подача раствора внутрь его];

5)организации автоматического контроля и управления режима

орошения и сбора медьсодержащего раствора;

6)применения новых растворителей, штаммов микроорганизмов

испециальных катализаторов, ускоряющих выщелачивание и повы­

шающих извлечение в раствор меди и сопутствующих ценных эле­

7)использования внешнего электрофизического воздействия на обрабатываемый материал;

8)организации комплексной переработки раствора с извлече­

нием не только меди, но и других элементов.

Для иллюстрации некоторых отмеченных направлений ниже при­ ведены примеры по литературным источникам.

Применение ядерных взрывов при подземном выщелачивании

Американскими исследователями был предложен и испытан способ подготовки для выщелачивания рудного тела с использованием атом­ ного взрыва [106, 234, 272, 344—349]. Количество раздробленной руды зависит от мощности взрыва, глубины его заложения и типа ■породы. На рис. 56 приведены эти данные для взрывов в прочной породе, осуществляемых на глубине, исключающей утечку радио-

162

активных газов в атмосферу. Глубину установки заряда в скважине Я можно определять по зависимости

Крупность дробления руды и пористость образовавшегося слоя зависят от прочности породы, естественной трещиноватости, мощ­ ности и глубины установки взрыва. Например, для туфовых пород

образуемой полости оплавляются, а при наличии трещин расплав проникает на глубину до 3—5 м, что обусловливает хорошую гид­ роизоляцию орошаемого участка. Раствор для орошения подается из специально проложенной выработки.

В результате взрыва происходит не только дробление и разрых­ ление руды, цо и термическое разрушение высших сульфидов и их окисление. Поскольку атомные взрывы связаны с использованием дефицитных изотопов, более предпочтительны термоядерные взрывы. В зависимости от мощности рудного тела величина одного заряда колеблется в пределах 100— 1000 МН (10—100 ктс). Равномерная подготовка руды для крупных месторождений достигается при при-

менении серии взрывов; схема расположения зарядов и обслужи­ вающих выработок для крупных месторождений показана на рис. 58.

При использовании ядерных взрывов возникает опасность радио­ активного заражения.

Кроме того, вызванные взрывом колебания грунта оказывают воздействие на окружающие инженерные сооружения (специальные горные выработки, цементационную установку, насосные станции и др.). Опасность их разрушения особенно вероятна при использо­ вании серии взрывов. Величина колебаний пропорциональна мощ­ ности взрыва (W=/з) и обратно пропорциональна расстоянию от центра

1 — подача раствора для орошения; 2 — система сбора медьсодержащего раствора; 3 — насосная станция; 4 — примерная граница проницаемости раствора в породе; 5 — наружный контур дробленой породы \

взрыва {S'/-, км). Эмпирический коэффициент пропорциональ­ ности (К) зависит от свойств окружающей породы и возрастает для более плотных пород; для алювия /( = 1,4-10_2, а для гранита

К= 8, 6 - 10- 2 .

Радиоактивное заражение может иметь место при утечке образуе­ мых газов (через трещиноватости породы, при близком расположе­ нии у поверхности рабочих скважин, штреков), активации медьсо­ держащего раствора, руды.

Специальными наблюдениями установлено, что радиоактивность в основном остается в грунте; за 16 ч контакта, раствора с породой на его долю приходилось не более 2% общей активности. Из радио­ активных элементов цементную медь загрязняет только Ru106, кото­ рый при переплавке полностью переходит в черновую медь. Его можно выводить в процессе электролитического рафинирования: до 66% рутения переходит в электролит, откуда его можно извлечь экстракцией.

164

Выработки для подачи раствора рекомендуют проходить на вы­ соте не менее 4D ± 5-н-Ю м от центра взрыва.

Использование ядерных взрывов при подземном выщелачивании представляет особенный интерес для извлечения меди из больших месторождений забалансовых руд 1 или мелких богатых месторожде­ ний (0,25-—10 млн. т руды), эксплуатация которых с использованием

(10 ктс) 55, 2%. При взрыве W = 300 МН (30 ктс) на глубине 305 м можно ожидать дробления 3,63 млн. т руды. Предполагают, что ка­ питальные затраты (на подготовку взрыва, пробивку ствола, штре­ ков, создание цементационной установки, системы сбора растворов и др.) будут составлять около 25 млн. долл. При извлечении .75% меди

Эти показатели свидетельствуют о рентабельности всей технологии.

1 Расчеты показывают эффективность использования ядерных взрывов при со' держании меди в руде не менее 0,182%.

165

Было проведено сравнение эффективности разработки гипотети­ ческого месторождения халькозиновой руды мощностью 24 млн. т, содержащей 1% Си по схемам с применением ядерного взрыва (I ва­ риант) и стандартной технологии, включающей сооружение обога­ тительной фабрики производительностью 6,7 тыс. т/сут (II вариант). В первом варианте необходимо осуществить 35 взрывов, проходку ствола длиной 213 м и скважин длиной 5,17 тыс. м. Кроме того, не­ обходимо сооружение цементационной установки.

Для обоих вариантов приняты срок эксплуатации месторожде­ ния — 10 лет, извлечение меди 80%. Получены данные долл/т:

с применением ядерного взрыва по сравнению со стандартной техно­ логией разработки месторождения и переработки руды затраты на получение 1 т меди будут снижены почти в 1,5 раза. Фирма «Кеннекотт» в шт. Аризона предполагала использовать взрыв мощностью 200 МН (20 ктс) на глубине 366 м при разработке одного из участков месторождения. Ожидалось образование кратера диаметром 61—67 м и глубиной 149 м, вмещающего 1,18—1,36 млн. т руды, содержащей 0,41—0,5% Си. Предполагалось сооружение штрека для сбора рас­ твора *г и ствола шахты на глубину 1067 м. Проектная производи­ тельность установки 2,5 т Си в сутки.

Однако из-за недоработки отдельных вопросов, а также недостатка финансирования, реализация проекта приостановлена [350].

Применение комбинированных реагентов для выщелачивания

По данным работы [234], добавка хлора или гипохлорита к серно­ кислым растворам увеличивает скорость растворения сульфидных минералов почти в 20 раз. На примере выщелачивания нескольких типов медно-колчеданных руд была показана возможность повыше­ ния извлечения из них меди в 1,5— 1,8 раза*2 при использовании «комбинированных», растворителей (сернокислых растворов с добав­ кой нитратов, хлоридов) [63; 351—352]. До выщелачивания на опыт­ ном участке применяли растворы, содержащие 8,55 г/л H 2S04 и 13,6 г/л NaCl; в результате содержание меди в конечном растворе возросло почти на 30%.

** Расход раствора на орошение 10 м3/мин.

*2 По сравнению с выщелачиванием подкисленным раствором сульфата железа,

166