Кучное выщелачивание окисленной медной руды в условиях ОАО БМСК
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.
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. При этом часть орошающего раствора стекала по его пологой поверхности, в результате чего образовалась сеть промоин овражного типа.
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. 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.
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. Из данных 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%.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.