Пособие по комплексной переработке. Руд цветных металлов
 Скачать 1.9 Mb.
|
|
Министерство образования и науки Республики Казахстан АО «Республиканский научно-методический центр развития технического и профессионального образования и присвоения квалификации» Пикалова И.А. Торговец А.К. КОМПЛЕКСНАЯ ПЕРЕРАБОТКА РУД ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ Учебная литература 1003000 - Металлургия цветных металлов Астана 2013 Пикалова И.А., Торговец А.К. Комплексная переработка руд цветных металлов. Учебная литература. 1003000 - Металлургия цветных металлов. – Астана, 2013. Изложены вопросы, касающиеся основ комплексной переработки руд цветных металлов. Освещены вопросы, связанные с характеристикой и экономической целесообразностью переработки основных типов руд цветных металлов. Рассмотрены вопросы, связанные с особенностями комплексной переработки сульфидных и окисленных руд цветных металлов. Схемы и реагентные режимы флотации медных и медно – пиритных руд, переработка медно – цинковых руд, переработка свинцово – цинковых руд, обогащение медно – свинцово - цинковых руд, обогащение медно – молибденовых руд, переработка медно – никелевых руд, обогащение оловянных руд, обогащение и переработка золотосодержащих руд и россыпей, технология обогащения титано-циркониевых песков, переработка литиевых и бериллиевых руд, комплексное использование полиметаллических руд. Приведены основные методы и способы комплексной переработки руд цветных металлов. Пособие предназначено для учащихся по специальности 1003000 «Металлургия цветных металлов» по курсу «Комплексная переработка руд цветных металлов», может быть полезно обучающимся другим специальностям. © Пикалова И.А., Торговец А.К., 2013 © Карагандинский государственный индустриальный университет, 2013 © АО «Республиканский научно-методический центр развития технического и профессионального образования и присвоения квалификации», 2013 СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ Характерной тенденцией в современном развитии каждой страны является непрерывный рост производства цветных металлов: меди, свинца, цинка, никеля, алюминия, молибдена, вольфрама и т.д. Основным источником производства цветных металлов являются и останутся в дальнейшем сульфидные медные, медно-пиритные и полиметаллические свинцово-цинковые руды. В связи с возрастающей добычей руд цветных металлов в перспективе наметилась тенденция переработки более бедных и забалансовых руд. Медь в чистом виде в природе встречается редко. Медные руды содержат, кроме собственно меди, различные другие элементы. Чаще всего в рудах медь находится в соединении с серой (сульфиды) — медный колчедан CuFeS2 и медный блеск Cu2S. Эти виды сернистых соединений меди обычно встречаются вместе. Кроме указанных наиболее распространенных руд, медь добывают из окисленных руд (куприт, малахит и др.). Среднее содержание меди в бедных рудах 0,5—2%. Руды с содержанием меди 3% и более считаются богатыми. Все комплексные медные руды, содержащие цинк, свинец, никель и другие металлы, перед плавкой предварительно обогащают методом флотации. Флотационное обогащение основано на том, что частицы измельченной медной руды не одинаково смачиваются водой. Таким образом, те частицы руды, которые не смачиваются водой, могут быть отделены от пустой породы. Несмачивающиеся частицы руды вместе с пузырьками продуваемого воздуха поднимаются в виде пены. Для лучшего образования пены добавляют разные масла и другие вещества, образующие на поверхности частиц пленки, которые с воздухом переходят в пену. Создавая во время флотации определенные условия, всю рудную породу можно разделить на составные части. Этот процесс осуществляется на флотационных машинах. Для обогащения окисных медных руд применяют метод отсадки после их измельчения. Он основан на том, что более тяжелые частицы руды, содержащие металл, оседают на дне бассейна с водой быстрее, чем частицы пустой породы [1]. Алюминий в чистом виде в природе не встречается, но является в соединении с другими веществами наиболее распространенным металлом в земной коре. Алюминиевые руды - горные породы, с высоким содержанием глинозема Al2O3. К таким породам относятся каолины, бокситы, нефелины и алуниты. Наиболее важными рудами являются бокситы - остаточные горные породы, состоящие в основном из гидратов глинозема и окислов железа, обычно красного и серого цвета с различными оттенками. Магний также не встречается в природе в чистом виде, но в виде соединений распространен широко (2,35% веса земной коры). Важнейшие магниевые руды — магнезит (карбонат магния MgCO3) и доломит (MgCO3CaCO3). Кроме горных пород, источником добывания магния служит морская вода и вода некоторых соленых, откуда извлекается хлорид магния - бишофит путем испарения и кристаллизации. Титановые руды в основном бывают двух видов: рутил (TiO2) и ильменит (FeTiO3). Важнейшие месторождения титановых руд находятся на Урале и на Кольском полуострове. Рутиловые руды обогащают до содержания 90—95% TiО2, ильменитовые до содержания 40—42% TiO2 [2]. 1. ОСНОВЫ ПЕРЕРАБОТКИ РУД ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ 1.1. Характеристика основных типов руд и минералов цветных металлов Полезные ископаемые или минеральное сырье – это природные минеральные образования земной коры неорганического и органического происхождения, которые при современном состоянии техники и технологии могут с достаточной эффективностью применяться в народном хозяйстве в естественном виде или после предварительной обработки. По физическому состоянию полезные ископаемые, добываемые из недр земли делятся на твердые (руда, угли, торф, нерудные полезные ископаемые), жидкие (нефть, минеральные воды) и газообразные (природные горючие и инертные газы). Совокупность полезных ископаемых, заключенных в недра составляют понятие минеральные ресурсы, которые являются основой для развития таких важнейших отраслей промышленности, как энергетика, черная и цветная металлургия, химическая промышленность, производство строительных материалов. Ежегодно в мире добывается до 20 т горной массы на человека в год. Удвоение количества добываемой горной массы происходит каждые 8 -10 лет. Из этой горной массы промышленностью используется только 30-40%. В зависимости от области промышленного применения минеральные ресурсы подразделяются на следующие основные группы: топливно-энергетические (нефть, природный газ, ископаемый уголь, горючие сланцы, торф); рудные, являющиеся сырьевой базой для черной и цветной металлургии (железная и марганцевая руда, хромиты, бокситы, медные, свинцово-цинковые, никелевые, молибденовые, вольфрамовые, оловянные, руды редких и благородных металлов; горно-химическое сырье (фосфориты, апатиты, поваренная, калийные и магнезиальные соли, сера, барит, боросодержащие руды, бром- и иодсодержащие растворы; природные строительные материалы и нерудные полезные ископаемые, поделочные технические и драгоценные камни (мрамор, гранит, яшма, горный хрусталь, гранат, гранат, корунд и др.; гидроминеральные (подземные пресные и минерализованные воды). Такая классификация минеральных ресурсов является условной, т. к, промышленное применение одних и тех же полезных ископаемых может быть различными, например, нефть и газ являются не только энергетическим топливом, но и сырьем для химической промышленности. Развитие мировой экономики постоянно сопровождается ростом потребления топливно-энергетических и других видов минерального сырья. Потребление цветных и легирующих металлов увеличилось за последние 100 лет в 3-5 раз. В ХХI веке будет продолжаться интенсивный рост потребления практически всех видов минерального сырья. Только в предстоящие 50 лет потребление нефти увеличиться в 2-2,2 раза, природного газа – в 3-3,2 раза, железной руды – в 1,4-1,6 , первичного алюминия – в 1,5-2, меди – в 1,5-1,7, никеля – в 2,6-2,8, цинка – в 1,2-1,4 , других видов минерального сырья – в 2,2-3,5 раза. В связи с этим в ближайшие 50 лет объем горно-добычных работ увеличится более чем в 5 раз. В соответствии с вещественным составом металлические полезные ископаемые подразделяются на руды черных и цветных металлов. В свою очередь руды цветных металлов – это руды, содержащие тяжелые цветные металлы (медь, свинец, цинк, никель), легкие цветные металлы (алюминий, магний), благородные металлы (золото, серебро, платина) и руды редких металлов. К последним относятся руды, содержащие легкие металлы (литий, бериллий, рубидий, цезий), тугоплавкие (титан, циркон, гафний, ванадий, ниобий, тантал, молибден, вольфрам, рений), рассеянные (галлий, индий, таллий, германий, селен, теллур), редкоземельные (скандий, иттрий, лантан, лютеций и др.) и радиоактивные (уран, торий, радий, полоний). Основным источником получения цветных и редких металлов являются руды, содержащие один или несколько цветных, редких и благородных металлов в виде природных минералов определенного состава и кристаллической структуры, являющихся естественными продуктами процессов, происходящих в земной коре. Иногда в рудах встречаются самородные металлы такие, как золото, серебро, платина, медь. Промышленные руды содержат ценные элементы в количествах, при которых их использование технически возможно и экономически целесообразно. Минералы, которые извлекаются из руды для их дальнейшего промышленного применения, называются ценными или полезными, а те которые не используются в данный момент, называются минералами вмещающих пород. Такое деление условно, т.к. один и тот же минерал в одном случае считается минералом вмещающих пород, а в другом он представляет промышленную ценность и извлекается. Минералы в подавляющем большинстве – твердые тела, подчиняющиеся всем законам физики твердого тела. Реже встречаются жидкие, например, самородная ртуть. В земной коре насчитывают около 3000 минеральных видов и примерно столько же разновидностей. Из природных минералов только 200-250 имеют промышленное значение, с производством цветных и редких металлов связано немного более 40 минералов. Каждый минерал представляет собой природное соединение с присущей ему кристаллической структурой. Состав и кристаллическая структура определяют физические и химические свойства минералов, от которых зависит их поведение в процессах обогащения. Различают минералы кристаллические, аморфные – металлоиды (например, опалы, лимонит) и метамиктные минералы, имеющие внешнюю форму кристаллов, но находящиеся в аморфном стеклоподобном состоянии [3]. В природе наиболее распространены минералы класса силикатов – около 25% от общего числа минералов; оксиды и гидроксиды -12 %, сульфиды – 13%, фосфаты и арсенаты – 18% и прочие – 32%. По типу химических связей минералы подразделяются на простые ( самородные ) и составные. Помимо простых анионов S2-, 02-, 0H-, Cl- и др. в структуре часто встречаются комплексные солеобразующие радикалы [СO3]2-, [SiO4]4-, [PO4]3- и др. В основу современной классификации минералов положены различия в типе химических соединений и кристаллических решеток. Минералы, содержащиеся в рудах цветных и редких металлов, можно разделить прежде всего на сульфидные и несульфидные. К сульфидным минералам относятся минералы, представляющие собой природные соединения металлов и неметаллов с серой. Так, например, cульфидный минерал галенит PbS (свинцовый блеск) является основным свинцовым минералом. Он содержит до 86% свинца. Халькопирит СuFeS2 содержит до 34% меди, молибденит МоS2 - до 60% молибдена. К несульфидным минералам относятся оксиды, силикаты, алюмосиликаты, карбонаты, фосфаты и др. Оксидами представлена значительная часть цветных и особенно редкометальных минералов, например, куприт Сu2O, содержащий до 88% меди, ильменит FeTiO3, cодержащий до 52% диоксида титана, рутил TiO2, содержащий до 95-100% диоксида титана. Последние два минерала являются основным источником получения титана. Олово извлекается в основном из касситерита SnO2, который содержит до 78% олова. К силикатным минералам относится самая большая группа минералов, залегающих в земной коре. В верхней мантии земли они составляют до 92%. К этим минералам относится основная масса минералов вмещающих пород, содержащейся в обогащаемых рудах, а также значительная часть минералов редких металлов (литиевых, бериллиевых и др.). Среди силикатов наиболее распространены полевые шпаты (в среднем 60%) и (кварц 12%), который является одним из основных минералов вмещающих пород редкометальных руд. Он может извлекаться в самостоятельный концентрат и использоваться в производстве стекла и строительных материалов. Силикатный минерал меди – хризоколла CuSiO3∙H2O содержит до 31% меди. Циркон ZrSiO4 – основной минерал для получения циркония его соединений, содержит до 67% диоксида циркония и до 16% диоксида гафния. К алюмосиликатам относится большая группа минералов редких металлов и минералов вмещающих пород. Алюмосиликаты лития (сподумен LiAl(SiO3)2) и бериллия (берилл 3BeO∙Al2O3∙6SiO2) являются основными минералами для производства лития и бериллия. Сподумен содержит до 8% оксида лития, а берилл до 14% оксида бериллия. Карбонаты – группа широко распространенных минералов (более 80 минералов) солей угольной кислоты. Наиболее известные из них кальцит CaCO3, доломит FeCO3, малахит Cu2(CO3) (OH)2, церуссит PbCO3, смитсонит ZnCO3 и др. К фосфатам относятся такие минералы, как апатит 3Ca3(PO4)2·Ca(F,Cl)2, монацит ThPO4. В зависимости от количества ценных компонентов в руде руды разделяются на монометаллические и полиметаллические. Из монометаллических руд извлекается только один ценный компонент, например, медь, олово, молибден и т.п. Полиметаллические руды содержат два или более ценных металлов (медь и цинк, свинец и цинк, медь и никель, молибден и вольфрам). В природе полиметаллические руды встречаются значительно чаще, чем монометаллические. Эти руды, как правило, комплексные и даже извлечение из них попутных металлов становится экономически целесообразно. Например, медно-цинковые руды содержат, как правило, в небольшом количестве золото, которое связано в основном с сульфидными минералами – халькопиритом и пиритом. Извлечение золота при последующей металлургической переработке медного и пиритного концентрата может составить значительную часть прибыли, получаемой при переработке этих руд. По минеральному составу основных металлсодержащих минералов руды подразделяются на сульфидные, смешанные и окисленные. Так в сульфидных медных рудах содержание меди в виде сульфидных минералах составляет не менее 75%, в смешанных – около 50% и в окисленных рудах сульфидными минералами медь представлена не более чем на 10- 25%. По содержанию металлов различают руды богатые, бедные и забалансовые руды. Однако эта классификация руд является чрезвычайно условной и зависит от состояния технологии обогащения и от вида полезного минерала. Так, при одинаковом содержании металла, например, 0,1% молибденовую руду можно считать богатой, а медную – очень бедной. В забалансовых рудах содержание ценного компонента настолько мало, что извлечение его нерентабельно и такие руды относятся к непромышленным. Различают также руды вкрапленные и сплошные. Во вкрапленных рудах кристаллы и зерна ценных минералов рассеяны в массе минералов вмещающих пород. Сплошные руды состоят главным образом из ценных минералов и содержат небольшое количество минералов вмещающих пород. Например, сплошные или колчеданные медно-цинковые руды содержат более 35% пиритной серы (иногда до 90 и более процентов) и сульфиды меди и цинка распределены по массе пирита, который в данном случае выполняет роль вмещающей породы. Во вкрапленных рудах содержание сульфидных минералов в том числе и пирита составляет 20-35% и они рассеяны в массе минералов вмещающих пород. По размеру зерен ценных минералов руды бывают с весьма крупной вкрапленностью (более 4-20 мм), с крупной вкрапленностью (2-4 мм), с мелкой вкрапленностью (0,2-2 мм), с тонкой вкрапленностью (менее 0,2 мм) и с весьма тонкой вкрапленностью (менее 0,02 мм). Размер вкрапленности ценных минералов определяет необходимую степень измельчения руды перед обогащением. Минеральный состав руд обычно весьма разнообразен и сложен как по вещественному составу, так и по крупности минералов. Из руд с крупной вкрапленностью можно довольно легко извлечь ценные минералы в богатые концентраты, а из руд с весьма тонкой вкрапленностью сделать это с использованием только обогатительных методов очень трудно. Такие руды требуют, прежде всего, очень тонкого измельчения, для того, чтобы раскрыть и освободить ценные минералы от сростков с минералами вмещающей породы или друг от друга. В этом случает перед обогащением некоторых коренных руд с тонкой и неравномерной вкрапленностью ценных минералов необходимо дробить и измельчать руду до крупности менее 0,1 мм. Обогащение такой тонкоизмельченной руды обычно осуществляется с применением не только комбинированных методов обогащения, но и с использованием методов металлургии [1]. По условиям образования промышленные типы руд классифицируются также на коренные и россыпные. Коренные руды залегают в месте первоначального образования и расположены внутри общего массива горных пород. В таких рудах ценные минералы и минералы вмещающих пород находятся в тесной ассоциации между собой. Эти руды, после их добычи из шахты или из открытого рудника перед обогащением подвергаются дроблению и измельчению. Россыпи – это вторичные месторождения, образовавшиеся в результате разрушения первичных коренных руд под действием физических и химических процессов выветривания. Под действием физических процессов (колебания температуры, расклинивающее действие воды, льда, минеральных солей, ветра, ледников, морского прибоя и т.п.) происходит механическое разрушение горной массы. Эти процессы являются как бы подготовительными к химическим процессам выветривания, которые осуществляются при участии кислорода, углекислоты, воды, микроорганизмов. Сульфидные минералы при этом окисляются и выщелачиваются, удаляются щелочные и щелочноземельные элементы. Речными водными потоками и под действием морских волн россыпи переносятся на большие расстояния. Устойчивые к химическим воздействиям минералы принимают окатанную форму и освобождаются от сростков с другими минералами. Поэтому пески россыпных месторождений не подвергаются дроблению и измельчению, гравитационные процессы их обогащения значительно проще и дешевле. В последние годы наряду с рудами и россыпями, добываемыми из различных месторождений, источниками получения цветных и редких металлов становится так называемое техногенное сырье – отходы переработки полезных ископаемых и отходы металлургических производств, например, хвостохранилища обогатительных фабрик, породные отвалы, шлаки металлургических производств меди и т.п. В настоящее время свыше 95% всех добываемых руд подвергают обогащению. Из них более 90% обогащают методом флотации. Небольшую часть руд направляют на металлургическую переработку. Независимо от того, обогащаются ли руды или поступают непосредственно на металлургические заводы, их химический и минералогический состав, физическое состояние оказывают большое влияние на полноту и комплексность извлечения ценных компонентов при последующей переработке. Ниже дается характеристика основных руд цветных и редких металлов. |