Магистерская работа по коллоидной химии на тему Влияние содержания меди, железа, золота в исходной руде на процессы флотации на примере Быстринской ОФ

Введение

Россия, единственный крупный производитель золота, которая полу-чает более половины его из россыпей. В то же время сырьевая база рос-сыпного золота истощена, ухудшились горно-геологические показатели, возросли издержки производства.
В настоящее время рост добычи золота в основном производится за счет мелких по запасам участков россыпных месторождений, что видно по структуре доказанных запасов, в которых в последние годы все большую долю составляют сначала средние, а затем небольшие месторождения.
Значительная часть золотодобывающего потенциала Российской Фе-дерации находится в отдаленных районах Сибири и Дальнего Востока, и его реализация сопряжена с большими инвестиционными рисками и эколо-гическими проблемами, которые влияют на стоимость золота. В этих усло-виях одним из способов увеличения сырьевой базы золота является вклю-чение в переработку сложных золотосодержащих руд в основном полиме-таллических и медных месторождений, примером чего является Быстрин-ское месторождение Забайкальского края.
Особенностью Быстринского месторождения является наличие в руде большого количества меди, которую можно использовать в качестве кол-лектора для плавки золота [ ].
Можно отметить, что в горнорудной отрасли происходит постепен-ное замещение выбывающих из эксплуатации месторождений богатыми легкообогатимыми рудами, крупными, а зачастую гигантскими месторож-дениями бедных труднообогатимых руд. Например, еще 30 лет назад в мире разрабатывались медные месторождения с содержанием меди 1-2 %, а сегодня основная масса меди извлекается из месторождений с содержа-нием 0,3-0,9%.
Полиметаллические руды являются очень сложным объектом обога-щения. Помимо основных металлов - меди, железа, они содержат золото, серебро и другие элементы, значительно повышающие сырьевую ценность руды. Поэтому основная задача обогащения таких пород заключается в максимальном извлечении всех ценных компонентов руды. Полиметалли-ческие руды Быстринского месторождения по золоту характеризуются упорностью, проявляющейся в тесном срастании с сульфидными минера-лами (пиритом, галенитом, сфалеритом и др.) [ ], а также в наличии, кроме гравитационно-извлекаемых классов золота, тонко-вкрапленных неравно-мерно распределенных мелких зерен ценных компонентов.
При этом существующая технология переработки руды на горно-обогатительной фабрике в основном направлена на извлечение минераль-ных комплексов меди и железа, преобладающих в руде, а добыча концен-трата золота рассматривается как попутное.
Согласно практическим данным, добыча концентрата золота из этого вида руды невелика и составляет от 5 до 30%. Это связано с тем, что усло-вия, оптимальные для добычи цветных металлов, не всегда благоприятны для извлечения золота. Например, более тонкая переработка руды или продуктов обогащения, необходимых для полного раскрытия ценных компонентов, приведет к значительным потерям свободного золота с от-вальными хвостами и технологическими продуктами из-за их переизмель-чения.
В связи с этим необходимы специальные методы приемы раскрытия минеральных сростков, особенно вначале технологического процесса, а также подбор эффективных флотоагентов для извлечения свободных зе-рен ценных компонентов.
В то же время повышение эффективности процессов переработки руд золотосодержащих полиметаллических руд в начале процесса предопре-деляет другие показатели флотационного обогащения минерального сы-рья.
Актуальность работы.
Полиметаллические руды Быстринского месторождения являются сложным объектом обогащения и помимо меди, железа они содержат зо-лото, серебро и другие элементы, что значительно повышают сырьевую ценность руды. Поэтому изучение влияния вещественного состава руды на максимальное извлечение всех ценных компонентов, составляющих руду, является основной задачей.
Цель работы.
Разработка алгоритма (схемы) эффективной технологии обогащения полиметаллических руд.
Предмет исследования.
На примере Быстринского горно-обогатительного комбината рас-смотреть основные факторы флотационных процессов, влияющих на рас-крытия сростков минералов и последующего гравитационного выделения ценных компонентов.
Задачи исследования:
- рассмотреть современное состояние и развитие минерально-сырьевой базы России;
- дать характеристику полиметаллической руды Быстринского ме-сторождения и рассмотреть технологию обогащения полиметаллической руды на примере Быстринского ГОК;
- определить флотационную активность компонентов вмещающих пород полиметаллических руд;
- изучить влияние различных флотоагентов (собирателей) на процесс обогащения руды;
- разработать алгоритм процесса флотации реагентами Dsp 017, Oxfloat H94LR, Oxfloat H88LR для извлечения ценных компонентов;
- показать экологические последствия воздействия горнопромыш-ленных техногенных систем на природную среду, привести мероприятия на Быстринском ГОК, обеспечивающих защиту окружающей среды.
Методы исследований.
В работе использованы: химический, пробирный, рентгенофазовый и атомно-абсорбционный спектральные методы анализа, гранулометриче-ский анализ продуктов обогащения и руды.

1 Современное состояние и развитие минерально-сырьевой базы
России

  В мире насчитывается 166 стран, имеющих горнодобывающую промышленность. По числу добываемых минералов лидируют США, Ки-тай и Россия, занимая первое, второе и третье места соответственно. Эти три государства добывают фактически 41 % всего объема извлекаемого из земной коры минерального сырья.
Первая десятка горнодобывающих стран формирует 63,8 % мирово-го объема добычи минералов, в том числе 87 % черных металлов, где ли-дирует Бразилия (29 %); 61,1 % цветных металлов, где лидирует Австра-лия (31 %); 44 % добычи драгоценных металлов, где также лидирует Ав-стралия (11 %) и 62 % добычи промышленных минералов, где лидирует Китай (16%). Таким образом, распределение основных видов полезных ископаемых по поверхности Земли крайне неравномерно [9].
На рисунке 1 приведен рейтинг стран мира по добыче золота.

Рисунок 1- Объем добычи золота в 2020 году, тонн
США, Англия, Германия, Франция, Япония, на долю которых при-ходится 16 % населения Земли, используют более половины добываемых в мире полезных ископаемых. Картина для отдельных видов сырья еще бо-лее впечатляющая. Эти страны потребляют более 80 % урана, около 77 % меди, 72 % свинца, 59 % цинка, 67 % никеля, от 50 до 80 % олова, воль-фрама, молибдена, более 50 % фосфатного сырья [9].
Развитие минерально-сырьевого комплекса (МСК) должно способ-ствовать достижению национальных целей развития Российской Федера-ции в целях обеспечения дальнейшего развития экономики России на дол-госрочную перспективу с учетом глобальных тенденций. Так рост числен-ности населения и мировой экономики обуславливает наращивание спроса на энергетические и сырьевые ресурсы [ ].
Россия - великая сырьевая держава, но великой экономической дер-жавой она станет лишь тогда, когда основная часть добываемых сырьевых ресурсов будет использоваться внутри страны. Переход к устойчиво высо-ким темпам экономического роста уже в среднесрочной перспективе неиз-бежно потребует изменения пропорций между экспортом и внутренним потреблением минерально-сырьевых ресурсов (МСР) в пользу последнего [ ].
Например, Россия располагает достаточно крупной сырьевой базой редкоземельных металлов (25 % мировых запасов), требуемых для произ-водства высокотехнологичной и инновационной продукции в различных отраслях промышленности. Однако из-за отсутствия полной производ-ственной цепочки для глубокой переработки сырья, спрос на эти металлы удовлетворяется за счет импорта. Также импортируются более 1/3 видов стратегического минерального сырья:
- марганец, хром, литий, бериллий и рений – 100 %,
- цирконий – 98 %,
- титан – 95 %,
- олово – 70 %,
- бокситы – 64 %,
- уран – 65 %,
- молибден – 45 %.
Высока доля импортной сырьевой продукции, не относящейся к стратегическим, но имеющей важное значение для промышленности: пла-виковый шпат – 99 %, каолин и глинозем – 60 %, полевой шпат – 40 %.
Более того, мероприятиями для снижения зависимости от импорта не охвачены цирконий, бокситы, молибден, а также некоторые дефицитные виды минерального сырья. В случае срыва импортных поставок в зоне риска окажутся предприятия черной и цветной металлургии, военно-промышленной и авиакосмической отраслей, судостроения, медицины и химической промышленности.
Анализ выявил нормативные и управленческие проблемы, которые сдерживают развитие минерально-сырьевой базы страны. По мнению ав-торов [ ], в первую очередь – это несовершенство нормативно-правовой базы. Существующая регуляторная основа развития отрасли не отвечает современным требованиям.
Другая проблема – слабый приток частных инвестиций в геологиче-ское изучение недр, особенно на ранних стадиях. Инвесторов останавлива-ет отсутствие эффективных экономических стимулов и чрезмерно длитель-ный процесс получения разрешительной документации на геологическое изучение недр – от 180 до 300 дней. Еще один сдерживающий фактор – недостаточная доступность геологической информации. Значительная часть геологических отчетов, созданных в период СССР, остается засекре-ченной при том, что их тематика в настоящее время открыта [ ].
В настоящее время из выявленных в недрах Российской Федерации 283 видов полезных ископаемых из них добываются только 86, основная добыча приходится на 1/5 из них [ ]. При этом можно отметить, МСБ ха-рактеризуется неоднородностью, в связи, с чем не все технологически из-влекаемые запасы являются рентабельными для добычи [ ].
В таблице 1 приведена стоимость и предварительно оцененных запа-сов групп видов полезных ископаемых на территории РФ [ ].
Таблица 1 - Стоимость и предварительно оцененных запасов групп видов полезных ископаемых

Виды полезных ископаемых Трлн.долл.США
Газ 9190
Уголь и сланцы 6651
Нефть и конденсат 4481
Черные металлы 1962
Цветные и редкие металлы 1807
Благородные металлы и алмазы 272
Уран 4
Прочие полезные ископаемые 4193

Как видно из приведенных данных стоимость предварительно оце-ненных запасов полезных ископаемых обладают гигантскими финансовы-ми ресурсами.
Крупнейшие сырьевые резервы Арктики, где по текущим оценкам имеется порядка 80 % общероссийских разведанных запасов газа, 60 % нефти, 98 % никеля, 87 % платиновых металлов, 66 % редкоземельных ме-таллов, 49 % олова, 31 % хрома и пр., однако их добыча при освоении ме-сторождений может нарушить «хрупкость» арктических экосистем и эко-логический баланс территории [ ] .
Фактически исчерпан потенциал открытия крупных месторождений в освоенных рудных и нефтегазоносных провинциях. Перспективы выявле-ния качественных руд некоторых видов полезных ископаемых невелик.
Рост добычи и повышение эффективности отрасли в последние годы происходят, в основном, на действующих и открытых ранее месторожде-ниях, на созданной инфраструктуре, поэтому и потребность в инвестициях для этого роста была достаточно низкой. При этом большинство компаний наращивают добычу минерального сырья преимущественно за счет вос-становления производственно-технического потенциала ранее введенных месторождений в ранее освоенных районах. Именно такой подход позво-лил российским компаниям МСК добиться низких издержек в добыче ре-сурсов и обеспечить тем самым экономическую основу получения ими вы-сокой прибыли [ ] .
Стратегией развития минерально-сырьевой базы (МСБ) к 2025 год запланирован переход на финансирование поисковых работ по воспроиз-водству МСБ твердых полезных ископаемых, имеющих первостепенное государственное значение, исключительно за счет средств недропользова-телей [ ].
Одним из основных направлений геологоразведочных работ на пе-риод до 2035 года является поиск крупных месторождений высоколиквид-ного минерального сырья для создания новых минерально-сырьевых цен-тров в пределах приоритетных территорий Российской Федерации.
Новыми открытиями компенсируется не более 25 % выбывающих запасов. В 2019 году были открыты и поставлены на государственный ба-ланс 59 новых месторождений углеводородного сырья, однако все из них относятся к категории «мелкие». Ситуация усугубляется высокими риска-ми инвестирования в развитие МСБ в малоосвоенных регионах страны.
Открытие и последующая разработка новых месторождений стано-вятся драйверами экономического роста. При этом мероприятия по разви-тию геологической отрасли отражения в национальных проектах не нашли. С учетом мировых трендов на внедрение наукоемких «зеленых» технологий, необходимость наращивания запасов по отдельным видам по-лезных ископаемых, наличие которых создает конкурентные преимуще-ства в мире, очевидна [ ].
Стратегия средне- и долгосрочного развития минерально-сырьевого комплекса (МСК) России - важнейшей составляющей части экономики, сдерживается нерешенностью целого ряда проблем, которые уже в бли-жайшие годы могут стать серьезной угрозой социально-экономическому развитию страны. В числе этих проблем [ ]:
- дефицит инвестиционных ресурсов;
- ухудшение состояния минерально-сырьевой базы;
- несовершенство системы государственного регулирования и управ-ления деятельностью компаний сырьевого сектора;
- старение основных производственных фондов;
- низкая эффективность разработки минерально-сырьевых ресурсов;
- структурные диспропорции в комплексе и высокая монополизация сырьевого рынка;
- отсутствие крупных проектов.
Таким образом, можно выделить две группы причин негативных тенденций в развитии МСК России на современном этапе [ ]:
- объективные, характеризующиеся истощением недр, неблагоприят-ным географическим расположением ряда наших основных месторожде-ний минерально-сырьевых ресурсов, сложными горно-геологическими условиями их залегания и т.п. В результате - высокие издержки их освое-ния;
- субъективные, заключающиеся в отсутствии эффективного государ-ственного участия в регулировании и управлении собственностью, в фор-мировании инвестиционного климата, в регулировании процессов нед-рользования в целом.
Отсюда, следует вывод МСК — важнейшая бюджетообразующая от-расль - находится в неустойчивом состоянии, во многом базирующемся на действии конъюнктурных, а не долговременных факторах, которое может нарушить, как гарантированные поставки сырьевых ресурсов, так и ста-бильные поступления средств в консолидированный бюджет Российской Федерации и региональные бюджеты, что угрожает экономической без-опасности страны.






1.1. Перспективы устойчивого развития горно-перерабатывающей
отрасли

Устойчивость развития минерально-перерабатывающей индустрии страны определяется объемом добычи рудной массы, количеством пере-раба-
тываемого сырья и извлекаемых ценных компонентов, их ассортиментом, эф-
фективностью технологии извлечения минералов, экологичностью процес-са,
запасами минерального сырья и потребностью в нем общества [ ].
В России, при добыче и комплексной переработке минерального сы-рья не происходит полного извлечения всех видов полезных ископаемых при существующих промышленных технологиях. На стадиях добычи и комплексной переработки минерального сырья эксплуатационные и тех-нологические потери полезных компонентов составляют около 40%,
Всего в России насчитывается более 100 горно-обогатительных и гор-
но-металлургических предприятий, перерабатывающих руды черных, цвет-
ных и благородных металлов (всего около 1 млрд т рудной массы), в со-став которых входят 60 крупных карьеров, 75 рудников и 90 обогатитель-ных фабрик.
Однако качество руд полезных ископаемых в России (медно-цинковые, редкометаллические, оловянные, вольфрамовые, титановые, бокситовые и др.) существенно уступает зарубежным аналогам. За послед-ние 20 лет содержание цветных металлов в рудах снизилось в 1,3–1,5 раза, железа и золота – в 1,25 раза, доля труднообогатимых руд и угля возрос-ла с 15 до 40 % от общей массы сырья, поступающего на обогащение. В переработку вовлекаются руды, характеризующиеся низким содержанием ценных компонентов, тонкой вкрапленностью и близкими технологически-ми свойствами минералов.
Предварительные расчеты показывают, что большинство рудных ме-
сторождений России, учтенных государственным балансом, по многим ви-дам
полезных ископаемых могут перейти в категорию забалансовых, так как учи-
тывая мировые цены на конечную продукцию, их разработка с примене-нием традиционных технологий нерентабельна.
В сравнении с развитыми зарубежными государствами до сих пор наблюдается сильное отставание в уровне машиностроительной базы для про-
изводства обогатительного оборудования, его качества, металлоемкости, энергоемкости и износостойкости. Вследствие недостаточной автоматиза-ции
и компьютеризации процессов обогащения полезных ископаемых произ-води-
тельность труда на отечественных обогатительных фабриках ниже по срав- нению с мировым уровнем по соответствующим аналогам.
Износ основного и вспомогательного оборудования на обогатитель-ных фабриках достиг критической отметки и составляет от 60 до 90 %. Практи-
чески полностью разрушены и утеряны опытно-промышленные обогати-тель-
ные предприятия, на которых отрабатывались новые технологии и обору-до-вание, основные машиностроительные заводы по производству горно-обогатительного оборудования остались на Украине.
Следовательно, в настоящий момент выявился ряд серьезных проти-воречий между изменением характера минерально-сырьевой базы, т.е. необхо-
димостью вовлечения в переработку труднообогатимых руд и месторож-дений, экологически обостренной ситуацией в горнопромышленных реги-онах и состоянием техники, технологии и организации первичной перера-ботки минерального сырья на горно-обогатительных предприятиях.
Ухудшение качества природного минерального сырья и условий до-бычи полезных ископаемых, исчерпание разрабатываемых месторождений ведет к тому, что качество природных минеральных ресурсов становится сравнимым с качеством накопленного техногенного сырья. В результате увеличивается удельная составляющая отходов в добываемом сырье и со-здаются условия для неизбежного перехода на новый уровень кондиций. По-прежнему не решается проблема комплексного использования горно-рудного сырья. Большинство рудных полезных ископаемых имеют поли-компонентный состав, в то время как месторождения разрабатываются, как правило, по моносырью.
Недропользователи добывают основное полезное ископаемое, а по-путные полезные ископаемые и ценные компоненты уходят в отходы до-бычи и первичной переработки. В итоге продолжается плохо контролиру-емое накопление отходов, темпы накопления имеют тенденцию к возраста-нию, несмотря на прилагаемые в последние годы усилия по увеличению использования (утилизации) отходов добычи и связанных с ней перераба-тывающих производств.
Традиционно использование отходов горного производства рас-сматривается как фактор, обеспечивающий расширение минерально-сырьевой базы, преодоление дефицита природного минерального сырья, экономию средств на размещение отходов, снижение потребности в инве-стициях для освоения новых месторождений, предотвращение и снижение ущерба ОС, получение дополнительных социальных эффектов. Однако не все отходы добычи и переработки полезных ископаемых могут рассматри-ваться как минеральные ресурсы, пригодные для промышленного освое-ния.
Существуют разнообразные источники, в которых приводятся оце-ночные данные, характеризующие ресурсный потенциал накопленных на территории России ГПО. Государственным балансом запасов учтены раз-личные полезные ископаемые техногенного генезиса. Среди них преобла-дают золотосодержащие техногенные объекты (свыше ста объектов). Кро-ме того, учтено восемнадцать оловянных, семнадцать железорудных, де-сять мусковитных, семь медных и шесть вольфрамовых ТМ. От одного до четырех техногенных объектов учтено по платиноидам, алмазам, молиб-дену, хрому, мышьяку, свинцу, цинку, цирконию, бокситам, фосфоритам и апатитам, а также редкоземельным и рассеянным элементам [10].
Общее количество железа в отвалах бедных и разубоженных руд, окисленных железистых кварцитов, металлургического шлака черной ме-таллургии приближается к 200 млн т. По данным Госкомстата и других источников, только в отходах цветной металлургии России содержится (тыс. т): меди — 7790, свинца — 980, цинка — 9000, олова — 540, никеля — 2480, вольфрама — 129, молибдена — 114, лития 97 и др. Основные объемы цветных металлов сосредоточены в отвалах некондиционных руд и хвостохранилищах обогатительных фабрик [10]. Отходы добычи и обо-гащения металлических руд и горно-химического сырья, отходы метал-лургического производства обладают значительным потенциалом для из-влечения редкоземельных металлов. Например, источником получения ре-ния может служить пыль обжига молибденовых концентратов; для полу-чения селена и теллура пригодны отходы переработки сульфидных мед-ных руд; кадмия, таллия, индия — полиметаллических руд, галлия — от-ходы переработки бокситов и нефелинов [10].
Порой содержание полезных компонентов в отходах горно-обогатительного и металлургического комплексов нередко превышает их содержание в рудах, извлекаемых из недр и поступающих на обогащение. В особенности это относится к старым отвалам и хвостохранилищам, ко-торые формировались в 1940–1950-е гг., когда использовались примитив-ные технологии добычи и обогащения. На современном этапе при добыче теряется около 12 % угля, 3 % меди и 4 % железа. При этом в процессе до-бычи одной тонны цветных металлов образуется не менее 100–150 т отхо-дов, а при их переработке — более 50–60 т. В процессе добычи одной тонны редких, драгоценных и радиоактивных металлов образуется до 5–10 тыс. т отходов, а при их переработке — от 10 до 100 тыс. т [ ].
Отходы горнопромышленных предприятий являются важным источ-ником сырья для стройиндустрии. По имеющимся данным, около 40 млрд т отходов потенциально пригодны для производства строительных мате-риалов (не менее 30 % вскрышных пород и хвостов обогащения, практи-чески все металлургические и топливные шлаки). Для производства щебня, цемента, керамических стеновых материалов пригодна большая часть вскрышных пород железорудных месторождений.
По своим технологическим параметрам и физико-механическим свойствам отходы горнодобывающих предприятий не уступают природ-ному строительному сырью, а объемы техногенного сырья многократно превышают потребности стройиндустрии. Однако их активному вовлече-нию в хозяйственный оборот препятствуют низкий спрос в районах распо-ложения техногенных образований и другие факторы, в частности высокие транспортные издержки для удовлетворения потребностей в отдаленных районах..
Изучение опыта зарубежных стран показывает, что там степень во-влечения отходов в хозяйственный оборот гораздо выше. Большинство развитых стран давно практикует политику сбережения своих минераль-ных ресурсов, интенсивно утилизируя отходы производства и разрабаты-вая технологии их переработки. Из отходов с помощью нетрадиционных технологий (различных видов выщелачивания) получают более 40 % го-дового объема меди, 35 % золота и значительную долю других металлов. Например, в США еще в 1993 г. доля вторичного сырья в производстве цветных металлов составляла (%): по меди — 55, вольфраму — 28, никелю —25. Подобная тенденция использования вторичных ресурсов наблюдает-ся в Канаде, Великобритании, ЮАР, Испании и других странах [10].