Механохимическая технология извлечения железа из хвостов обогащения

Описываются результаты исследований по переработке отходов обогащения руд на предприятиях Курской магнитной аномалии (складировано около 1,8 млрд т) с получением металлов и строительных материалов. Существенной особенностью формирования отложений хвостов обогащения является раскладка хвостов по крупности и удельному весу в водном потоке, поскольку транспортировка хвостов от обогатительной фабрики в хвостохранилище производится гидротранспортом. Представлена характеристика хвостов мокрой магнитной сепарации железистых кварцитов Лебединского месторождения и методика исследований с использованием лабораторного дезинтегратора DESI-11 (Таллин, Эстония). Применен комплексный метод исследования, включающий системный анализ и научное обобщение, обработку данных с использованием методов статистики и теории вероятности, а также математическое моделирование. Систематизированы результаты выщелачивания хвостов: агитационного в перколяторе, агитационного после активации в дезинтеграторе в сухом состоянии и реагентного выщелачивания в дезинтеграторе. Выполнен регрессионный анализ экспериментальных данных, на основании которого построены графики зависимости извлечения железа от значений переменных факторов процесса. Установлено, что применяемые технологии обогащения ограничены пределом извлечения, результатом которого являются хвосты переработки. Использование хвостов традиционными технологиями экономически не эффективно, а модернизация процессов обогащения целесообразна путем применения гидрометаллургической и химической технологии. Показано, что перспективным направлением извлечения металлов из отходов горной промышленности является комбинирование технологий переработки на основе сочетания возможностей одновременно химического обогащения и активации в дезинтеграторе. Определено, что механохимическая активация хвостов обогащения в дезинтеграторе одновременно с выщелачиванием позволяет существенно увеличить извлечение при том, что время переработки сокращается на два порядка. Рекомендуемая технология может быть востребована на предприятиях различных отраслей промышленности при перспективе перехода к подземной добыче.

1. Голик В.И., Комащенко В.И. Отходы обогащения железистых кварцитов как сырье для доизвлечения металлов и использования в качестве закладочных смесей // Горный журнал. 2017. № 3. С. 43–47. http://doi.org/10.17580/gzh.2017.03.08

2. Голик В.И., Комащенко В.И., Страданченко С.Г., Масленников С.А. Повышение полноты использования недр путем глубокой утилизации отходов обогащения угля // Горный журнал. 2012. № 9. С. 91–95.

3. Голик В.И., Разоренов Ю.И., Страданченко С.Г., Хашева З.М. Принципы и экономическая эффективность комбинирования технологий добычи руд // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2015. Т. 326. № 7. С. 6–14.

4. Комащенко В.И. Эколого-экономическая целесообразность утилизации горнопромышленных отходов с целью их переработки // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2015. № 4. С. 23–30.

5. Каплунов Д.Р., Радченко Д.Н. Принципы проектирования и выбор технологий освоения недр, обеспечивающих устойчивое развитие подземных рудников // Горный журнал. 2017. № 11. С. 121–125. http://doi.org/10.17580/gzh.2017.11.10

6. Эпов М.И., Юркевич Н.В., Бортникова С.Б., Карин Ю.Г., Саева О.П. Определение состава горно-рудных отходов геохимическими и геофизическими методами (на примере хвостохранилища Cалаирского горно-обогатительного комбината) // Геология и геофизика. 2017. Т. 58. № 12. С. 1543–1552. http://doi.org/10.1016/j.rgg.2017.11.014

7. Крупская Л.Т., Голубев Д.А., Растанина Н.К., Филатова М.Ю. Рекультивация поверхности хвостохранилища закрытого горного предприятия Приморского края с использованием биоремедиации // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2019. Т. 2019. № 9. С. 138–148. http://doi.org/10.25018/0236-1493-2019-09-0-138-148

8. Волков Е.П., Анушенков А.Н. Разработка технологии закладки горных выработок твердеющими смесями на основе хвостов обогащения // Известия вузов. Горный журнал. 2019. № 7. С. 5–13. http://doi.org/10.21440/0536-1028-2019-7-5-13

9. Ляшенко В.И., Голик В.И., Дятчин В.З. Складирование хвостов обогащения в виде твердеющих масс в подземном выработанном пространстве и хвостохранилище // Обогащение руд. 2020. Т. 2020. № 1. С. 41–47. http://doi.org/10.17580/or.2020.01.08

10. Ляшенко В.И., Голик В.И., Дятчин В.З. Повышение экологической безопасности при снижении техногенной нагрузки в горнодобывающих регионах // Известия вузов. Черная металлургия. 2020. Т. 63. № 7. С. 529–538. http://doi.org/10.17073/0368-0797-2020-7-529-538

11. Гавришев С.Е., Корнилов С.Н., Пыталев И.А., Гапонова И.В. Повышение экономической эффективности горнодобывающих предприятий за счет вовлечения в эксплуатацию техногенных георесурсов // Горный журнал. 2017. № 12. С. 46–51. http://doi.org/10.17580/gzh.2017.12.09

12. Kayri M. Predictive abilities of Bayesian regularization and Levenberg – Marquardt algorithms in artificial neural networks: A comparative empirical study on social data // Mathematical and Computational Applications. 2016. Vol. 21. No. 2. Article 21020020. http://doi.org/10.3390/mca21020020

13. Modaihsh A.S., Mahjoub M.O., Nadeem M.E.A., Ghoneim A.M., Al-Barakah F.N. The air quality, characterization of polycyclic aromatic hydrocarbon, organic carbon, and diurnal variation of particulate matter over Riyadh City // Journal of Environmental Protection. 2016. No. 7. P. 1198–1209. http://doi.org/10.4236/jep.2016.79107

14. Ke X., Zhou X., Wang X., Wang T., Hou H., Zhou M. Effect of tailings fineness on the pore structure development of cemented paste backfill // Construction and Building Materials. 2016. Vol. 126. Р. 345–350. http://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2016.09.052

15. Yuan Y., Bolan N., Prévoteau A., Vithanage M., Biswas J.K., Ok Y.S., Wang H. Applications of biochar in redox-mediated reactions // Bioresource Technology. 2017. Vol. 246. Р. 271–281. http://doi.org/10.1016/j.biortech.2017.06.154

16. Beiyuan J., Awad Y.M., Beckers F., Tsang D.C., Ok Y.S., Rinklebe J. Mobility and phytoavailability of As and Pb in a contaminated soil using pine sawdust biochar under systematic change of redox conditions // Chemosphere. 2017. Vol. 178. P. 110–118. http://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2017.03.022

17. Deng D.Q., Liu L., Yao Z.L., Song K.I., Lao D.Z. A practice of ultrafine tailings disposal as filling material in a gold mine // Journal of Environmental Management. 2017. Vol. 196. P. 100–109. http://doi.org/10.1016/j.jenvman.2017.02.056

18. Vrancken C., Longhurst P.J., Wagland S.T. Critical review of realtime methods for solid waste characterisation: Informing material recovery and fuel production // Waste Management. 2017. Vol. 61. P. 40–57. http://doi.org/10.1016/j.wasman.2017.01.019

19. Cheng Y., Jiang H., Zhang X., Cui J., Song C., Li X. Effects of coal rank on physicochemical properties of coal and on methane adsorption // International Journal of Coal Science and Technology. 2017. Vol. 4. No. 2. P. 129–146. http://doi.org/10.1007/s40789-017-0161-6

20. Paul A., Murthy V.M.S.R., Prakash A.K. Estimation of rock load in development workings of underground coal mines. A modified RMR approach // Current Science. 2018. Vol. 114. No. 10. P. 2167–2174. http://doi/org/10.18520/cs/v114/i10/2167-2174

21. Burdzieva O.G., Zaalishvili V.B., Beriev O.G., Kanukov A.S., Maisuradze M.V. Mining impact on environment on the North Ossetian territory // International Journal of Geomate. 2016. Vol. 10. No. 1. Р. 1693–1697.

22. Chen T., Lei C., Yan B., Xiao X. Metal recovery from the copper sulfide tailing with leaching and fractional precipitation technology // Hydrometallurgy. 2014. Vol. 147. Р. 178–182. http://doi.org/10.1016/j.hydromet.2014.05.018

23. De Oliveira D.M., Sobral L.G.S., Olson G.J., Olson S.B. Acid leaching of a copper ore by sulphur-oxidizing microorganisms // Hydrometallurgy. 2014. Vol. 147. P. 223–227. http://doi.org/10.1016/j.hydromet.2014.05.019

24. Ghorbani Y., Franzidis J.-P., Petersen J. Heap leaching technology – Current state, innovations, and future directions: A review // Mineral Processing and Extractive Metallurgy Review. 2016. Vol. 37. No. 2. P. 73–119. http://doi.org/10.1080/08827508.2015.1115990

25. Mwase J.M., Petersen J., Eksteen J.J. A conceptual flowsheet for heap leaching of platinum group metals (PGMs) from a low-grade ore concentrate // Hydrometallurgy. 2012. Vol. 111-112. P. 129–135. http://doi.org/10.1016/j.hydromet.2011.11.012

26. Sinclair L., Thompson J. In situ leaching of copper: Challenges and future prospects // Hydrometallurgy. 2015. Vol. 157. Р. 306–324. http://doi.org/10.1016/j.hydromet.2015.08.022

27. Vrancken C., Longhurst P.J., Wagland S.T. Critical review of realtime methods for solid waste characterisation: Informing material recovery and fuel production // Waste Management. 2017. Vol. 61. P. 40–57. http://doi.org/10.1016/j.wasman.2017.01.019

28. Wang G., Li R., Carranza E.J.M., Yang F. 3D geological modeling for prediction of subsurface Mo targets in the Luanchuan district, China // Ore Geology Reviews. 2015. Vol. 71. P. 592–610. http://doi.org/10.1016/j.oregeorev.2015.03.002

29. Lyashenko V., Khomenko O., Topolnij F., Helevera O. Substantiation of technologies and technical means for disposal of mining and metallurgical waste in mines // Technology Audit and Production Reserves. 2020. Vol. 3. No. 3 (53). P. 4–11. http://doi.org/10.15587/2706-5448.2020.200897

30. Станкевич С.А., Дудар Т.В., Свіденюк М.О. Застосування багаточасової радарної інтерферометрії для виявлення зміщення земної поверхні для території урановидобування в Україні // Екологічна безпека. 2019. T. 28. № 2. С. 18–23. http://doi.org/10.30929/2073-5057.2019.2.18-23