Примеси в рудах могут повышать или снижать качество сырья. Для более полного извлечения ценного компонента (или ценных компонентов) из руды и производства качественного конечного продукта необходимо знать элементный состав руды и влияние того или иного элемента на процесс извлечения ценного компонента (или ценных компонентов) и качество конечного продукта.
Цель данной работы — на основе анализа опубликованных данных охарактеризовать вредные и ценные элементы-примеси, содержащиеся в рудах и отходах месторождений цветных металлов.
В комплексных рудах часто содержатся примеси редких металлов, например: в бокситах — Ga, La и Sc. Наличие примесей редких элементов (V, Ge, Ga, TR и др.) повышает ценность руд, в таком случае говорят о наличии ценных элементов-примесей. Вредные примеси затрудняют металлургический передел руд (и их концентратов) или ухудшают качество получаемого продукта [10].
Промышленные кондиции зависят от форм нахождения полезных компонентов в руде, технологических способов ее добычи и переработки. При совершенствовании последних изменяется оценка руды конкретного месторождения. Чем выше ценность металла, тем меньше могут быть запасы его руды в месторождении и ниже его содержание в руде. Особенно это относится к редким, радиоактивным и благородным металлам. Например, скандий получают из руд при его содержании около 0,002 %, золото и платину — при содержании 0,0005 % [10].
Обычно под техногенным минеральным сырьем понимаются отвалы вскрышных и вмещающих пород отработанных месторождений, а также хвостохранилища горно-обогатительных фабрик, где концентрация компонентов основной добычи, а также попутных полезных соединений меньше, чем в разрабатываемых промышленных пластах. Тем не менее, эти компоненты могут быть извлечены с применением новейших технологий [1].
Остро стоит проблема вторичной переработки техногенных масс на крупнейших месторождениях ныне дефицитных руд, например, медно-молибденовых. Это обусловлено не только дефицитом меди и молибдена в мире, но также ухудшением качества сырья, вовлекаемого в переработку.
Порода, идущая в отвал, состоит из тех же минералов, и соответственно, из тех же элементов, что и рудоносная порода. Поэтому вредные и ценные элементы-примеси будут рассмотрены в руде месторождений. Однако следует принять во внимание, что порода отходов производства в процентном соотношении будет отличаться от рудоносной породы: в отходах содержание примесей возрастет по отношению к ценному компоненту.
Ценные примеси месторождений меди: Au, Ag, Cd, In, Tl, Ga, Со, Ni, Pt, Zn, S и Se. При флотации извлечение золота и серебра в медный концентрат составляет 60–65 %. При металлургической переработке практически все золото и серебро переходят в медь, а из нее в шламы, собирающиеся при электролитическом рафинировании меди.
Кадмий на 80–85 % извлекается в цинковый и частично свинцовый концентрат, а при металлургическом переделе — из медно-кадмиевых кеков электролитических установок. Индий и галлий аналогично кадмию сосредотачиваются в цинковом концентрате, а таллий находится также в медном и пиритном концентратах. Они извлекаются из тех же отходов производства, что и кадмий. Кобальт извлекается при электролизе никелевых концентратов, а также из пиритных огарков.
В процессе обогащения металлы платиновой группы (никель и платина) концентрируются в никелевом концентрате и при металлургическом переделе переходят в никель, а из него при электролитическом рафинировании — в анодный шлам. Цинк при металлургическом переделе медных концентратов возгоняется в виде оксида и осаждается из отходящих газов на электрофильтрах [3].
Сера улавливается в виде сернистого газа при всех видах пирометаллургической обработки колчеданных руд с последующим производством серной кислоты. Селен извлекается из пыли металлургических печей и шламов, остающихся при электрическом рафинировании меди.
На медеплавильных заводах России используются разные технологии плавки. В последнее время интенсивно внедряются автогенные процессы получения черновой меди (плавка в жидкой ванне, плавка во взвешенном состоянии и др.), что позволяет упростить технологию за счет совмещения процессов обжига, плавки на штейн и даже конвертирования в одном технологическом цикле. Это дает возможность повысить комплексность использования сырья, исключить или резко сократить расход топлива, предотвратить загрязнение окружающей среды. Из отходящих газов металлургического производства получают серную кислоту или элементарную серу, а из пыли — свинец, цинк, висмут, кадмий, германий и другие элементы [3].
Электролитическое рафинирование черновой меди обеспечивает получение меди высокой чистоты и извлечение многих ценных компонентов. Из электролитных шламов извлекаются селен, теллур и благородные металлы.
В зарубежных странах заметную роль в производстве меди стала играть новая технология извлечения меди, основанная на экстракции и электролизе (технология SX-EW), позволяющая извлекать медь из бедных и забалансовых руд, труднообогатимых окисленных руд, хвостов обогатительных фабрик и шлаков металлургического производства. За период 1990–2000 гг. производство меди по указанной технологии увеличилось в 3,3 раза, а в Чили — в 12,5 раз [3].
В качестве вредных примесей в медных рудах часто встречаются мышьяк и сурьма (10–3–10–2 %), иногда ртуть (10–4 %) [8].
Ценные примеси месторождений свинцово-цинковых руд: Au, Ag, Cd, Tl, In, Se, Те, Ga, Gе, Bi и Hg. Выплавляемый черновой свинец, содержащий также благородные металлы и другие примеси, подвергается рафинированию, которое проводится пирометаллургическим или электролитическим способом. При рафинировании извлекаются все ценные компоненты, и происходит очистка свинца от вредных примесей [5]. До 50 % золота, находящегося в рудах в самородном виде, выделяется в голове процесса гравитацией; остальное его количество накапливается в свинцовом, цинковом, медном и пиритном концентратах. Суммарное извлечение золота колеблется в широких пределах, достигая 70–80 %. Серебро сосредоточивается преимущественно в свинцовом и цинковом концентратах.
Кадмий на 80–85 % извлекается в основном в цинковый и частично в свинцовый концентраты, а при металлургическом переделе улавливается в пыли заводов [5]. Таллий в основном сосредоточивается в цинковых концентратах; извлекается из пыли сернокислотных заводов и цехов, а также из медно-кадмиевых осадков, получаемых при очистке цинкового электролита.
Индий, связанный главным образом со сфалеритом, извлекается в цинковый концентрат (извлечение индия находится на уровне 50–60 %). При пирометаллургической переработке концентратов индий накапливается в пыли и отходах, а при гидрометаллургическом производстве цинка — в кеках от выщелачивания огарка и в медно-кадмиевом кеке.
Селен и теллур, рассеянные обычно по всем сульфидам, извлекаются (20–40 %), как правило, в свинцовый и цинковый, а также в пиритный концентраты; в свинцовом и цинковом производстве селен и теллур получают из пыли обжиговых печей [5].
Основная масса галлия сосредоточивается в цинковом концентрате (извлечение в концентрат составляет 6–20 %), при пирометаллургической переработке галлий в основном переходит в ретортные остатки (раймовки); при гидрометаллургическом процессе галлий остается в кеках после выщелачивания огарков.
Германий, присутствующий в качестве примеси в силикатах, теряется с хвостами флотации, а связанный с рудными минералами может извлекаться в цинковом производстве из кадмиевой пыли, ретортных остатков и кеков после выщелачивания огарков. Висмут извлекается при рафинировании свинца. Ртуть накапливается в свинцовом (до 87–98 %) и цинковом (до 76–83 %) концентратах и может быть получена в свинцовом и цинковом производстве.
Сурьма — вредная примесь, но может быть полностью извлечена даже при содержаниях в рудах 0,001 % при рафинировании свинца по щелочному способу [5].
В России для получения никеля и кобальта в настоящее время используются руды только двух промышленных типов: сульфидные медно-никелевые и силикатные никелевые коры выветривания. Все попутные компоненты при обогащении переходят в различные концентраты и извлекаются при дальнейшей их металлургической переработке.
Кобальт извлекается из конверторных шлаков никелевого производства на кобальтовых заводах гидрометаллургическим способом. Из отходящих газов при выплавке файнштейна и анодной меди производятся серная кислота и техническая сера [4]. Благородные металлы, селен и теллур накапливаются в анодных шламах никелевого и медного производства.
Товарной продукцией, получаемой из руд сульфидных медно-никелевых месторождений, являются: никель и медь электролитные, кобальт металлический и кобальтовые продукты, металлы платиновой группы, золото, серебро, селен, теллур, техническая сера и серная кислота [4].
Вредными примесями сульфидных медно-никелевых руд являются цинк, свинец и мышьяк, фтор, кадмий, висмут.
К вредным примесям в силикатных никелевых рудах относят медь и хром, а при плавке на ферроникель — и фосфор. Окисленные и смешанные руды обогащаются значительно хуже, чем сульфидные, особенно содержащие медь в силикатной форме. Цинк в оксидной форме в товарные концентраты практически не извлекается [9].
Из вышесказанного следует, что: качество концентрата характеризуется содержанием ценного компонента, содержанием полезных и вредных примесей, влажностью и гранулометрической характеристикой.
На современном этапе развития особое внимание уделяется изучению техногенных месторождений. Таким образом, одна и та же рудная залежь отрабатывается дважды: сначала из первоисточника, а затем из отходов первоначальной добычи. Этому способствует развитие технологий обогащения.
Литература:
1. Трофимов В. Т., Зилинг Д. Г. Экологическая геология: учебник — М.: ЗАО «Геоинформмарк», 2002. — 415с.
2. Методические рекомендации по применению Классификации запасов месторождений и прогнозных ресурсов твердых полезных ископаемых. Железные руды. — М.: ФГУ «Государственная комиссия по запасам полезных ископаемых», 2007. — 40 с.
3. Методические рекомендации по применению Классификации запасов месторождений и прогнозных ресурсов твердых полезных ископаемых. Медные руды. — М.: ФГУ «Государственная комиссия по запасам полезных ископаемых», 2007. — 39 с.
4. Методические рекомендации по применению Классификации запасов месторождений и прогнозных ресурсов твердых полезных ископаемых. Никелевые и кобальтовые руды. — М.: ФГУ «Государственная комиссия по запасам полезных ископаемых», 2007. — 37 с.
5. Методические рекомендации по применению Классификации запасов месторождений и прогнозных ресурсов твердых полезных ископаемых. Свинцовые и цинковые руды. — М.: ФГУ «Государственная комиссия по запасам полезных ископаемых», 2007. — 40 с.
6. Вещественный состав руд, парагенетические ассоциации элементов в минералах и рудах // Биофайл: научно-информационный журнал. [Электронный ресурс] URL: http://biofile.ru/geo/15143.html (дата обращения: 08.02.2015)
7. Железная руда // Украинская Ассоциация Сталеплавильщиков: информационный портал о черной и цветной металлургии. [Электронный ресурс] URL: http://uas.su/allmet/1ore/ironore/003.php (дата обращения 08.02.2015)
8. Медные руды. // Горная энциклопедия. [Электронный ресурс] URL: http://www.mining-enc.ru/m/mednye-rudy (дата обращения 08.02.2015)
9. Никелевые руды // Горная энциклопедия. [Электронный ресурс] URL: http://www.mining-enc.ru/n/nikelevye-rudy/ (дата обращения 08.02.2015)
10. Руда // Электронный справочник. [Электронный ресурс] URL: http://www.chemport.ru/data/chemipedia/article_3319.html (дата обращения 08.02.2015)
