УДК 543+66

Прочухан Ю.А, Мухамадиев В.Ф

ОКИСЛИТЕЛЬНАЯ ОБРАБОТКА РУДНЫХ ХВОСТОВ

Башкирский государственный университет

 В данной работе рассматривается возможность методом окислительной обработки  снижать содер­жание примесей металлов в подотвальных сточных водах ГОК.

Ключевые слова: техногенные месторождения, подотвальные воды, загрязнение водоемов, озонирование сточных вод.

Key words: technological fields,  mine waters, water pollution, ozone treatment of wastewater.

Разработкой месторождений и пеработкой руд занимались и занимаются в настоящее время ОАО «Учалинский горно-обогатительный комбинат» (УГОК), ОАО «Башкирский медно-серный комбинат» (БМСК), ЗАО «Бурибайский горно-обогатительный комбинат» (БГОК), Семеновская золотоизвлекательная фабрика (СЗИФ) и др.

Извлечение металлов сопровождается переработкой большого объема рудного сырья. Например, для производства 1 тонны меди необходимо переработать около 100 т. горной массы, отвалы которой образуют техногенные месторождения. При разработке месторождения карьерами и шахтами происходит выемка горной массы, которая состоит из рудной массы и массы пустых пород и некондиционных убогих руд. Рудную массу отправляют в дальнейшем на переработку (обогащение), а пустые породы и забалансовые руды складируют во внешних отвалах рудников. Породы отвалов в различной степени сульфидизированы.

Материал отвалов Сибайского рудника (517 млн т) содержит (%): Cu – 0,01 (0,005); Zn – 0,4 (0,006); Pb – 0,01 (0,001); Se – 0,005 (0,000005); Cd – 0,003 (0,00002); Hg – 0,00072 (0,000003), As – 0,024 (0,002). В скобках для сравнения приведены значения средних содержаний данных элементов в породах земной коры Урала.[1,2].

Отвалы Учалинского месторождения по данным УГОК составляют 280 млн т. Средневзвешенное содержание меди в отвалах достигает 0,05 %, количество – 224 тыс. т, цинка – 0,12 % и 565тыс. т, серы – 2,35 % и 11,1 млн т. Общий объем накопленной вскрыши УГОК на 01.01.2001 г. – 164,3 млн м³ (473 млн т). Отвалы некондиционных руд и вскрышных пород Бурибаевского месторождения (4,866 млн т) в среднем содержат: Cu – 0,7 %, Zn – 0,12 %, серы – 7,18 %.

Существующие методы обогащения руд не позволяют извлечь все компоненты руд, вследствие чего хвосты флотации и цианирования руд содержат неизвлеченные остатки основных рудных компонентов и обогащаются неучтенными микроэлементами (Hg, Cd, Se и т.д.). Кроме хвостов обогащения к отходам переработки относится также пиритный концентрат,  который  не  имеет  спроса  на  рынке.  УГОК и БМСК могут ежегодно производить до 1 млн т пиритного концентрата. В таком объеме пиритного концентрата, полученного на УГОК, содержится (в тоннах): медь – 3000-4000, цинк – 9000-13000, кадмий – 300-400, селен – 50-60 и др.

Хвосты обогащения минерального сырья (78300 тыс. т) являются наиболее «проблемным» видом отходов недропользования. Объемы хвостов флотации (в совокупности с пиритным концентратом) предприятий цветной металлургии Башкортостана составляют (млн т): БМСК – 30; УГОК – 47,5; БГОК – 9,3.

По данным БМСК (2003 г.) в хвостохранилищах Сибайской обогатительной фабрики накоплено: 49,2 тыс. т меди (0,2 %); 114,2 тыс. т цинка (0,48 %); 9 млн т серы (38,1 %); 8 млн т железа (34,3 %); 1680 т кадмия (0,0073 %); 86,7 т индия (0,00036 %); 712,4 т селена (0,003%); 589,3 т теллура (0,0025%); 1949 т кобальта (0,0083%); 281 т галлия (0,0012%); 47,8 т германия (0,00021 %). Подобная ситуация на УГОК и БГОК.

В хвостохранилищах Семеновской золотоизвлекательной фабрики за более чем полувековую историю их деятельности аккумулировано более 2,6 млн т отходов – хвостов. В составе хвостов содержатся неизвлеченное золото и серебро, а также значительные количества токсичных элементов: ртути, свинца, кадмия, селена, теллура, мышьяка и др. Минеральное золотосодержащее сырье, переработанное на СЗИФ в разное время, в основном, было представлено окисленными рудами медно-колчеданных месторождений Южного Урала.

На территории исследуемого района отходы горнодобывающих и перерабатывающих предприятий являются основными источниками загрязнения водоемов, воздушного бассейна и прилегающих земель. Это связано с тем, что материал отвалов подвергается интенсивному окислению в результате проникновения воды, содержащей кислород и активные анионы, в толщу отвалов, что приводит к увеличению растворимости тяжелых металлов (так называемый процесс выщелачивания) и выносу их в подотвальные воды. Во время сильных дождей и таяния снега материал отвалов в виде тонких взвесей смывается в расположенные поблизости водоемы и частично оседают в виде донных отложений, в результате они превращаются во вторичные источники загрязнения рек.

Наиболее опасными являются подотвальные воды, их минерализация (>314,0 мг/л) аномальна даже по сравнению с водами зоны гипергенеза месторождений (≈12 мг/л).  Было проведено исследование (2005) химического состава фильтрата отвалов УГОК, БМСК и БГОК. Макрокомпонентный состав вод приведен в табл. 1.

Таблица 1.

Основные показатели химического состава подотвальных вод

Кроме приоритетных металлов с подотвальными водами мигрируют (в виде гидратных, сульфатных и реже хлоридных комплексов) редкие, редкоземельные элементы, уран, торий. Например, содержание урана (0,0005 %) по классификации концентраций урана в природных водах относится к очень высоким (>3•10^-4 %).

Окислительная обработка руды приводит к образованию  нерастворимых так и растворимых солей ме­таллов, переходящих в водную фазу,  что создает определенные перспективы для использо­вания окислительной активации руды в гидрометаллургии. В лабораторных условиях прове­дена окислительная обработка пульпы руды Учалинского ГОК. В таблице 2. приведены данные результатов анализов на содержание меди и цинка, выделенных из подотвальных вод, в зависимости от времени окисления.

Таблица 2.

Содержание  металлов, выделенных из подотвальных стоков

Существует принципиальная возможность озонирования в режиме «импульсной» по­дачи озона, при котором кратковременный барботаж озон-воздушной смеси играет роль ста­дии, инициирующей дальнейший процесс осаждения металлов благодаря окислению металлов кислородом воздуха. Основанием высказанного вывода служат следующие результаты, приведенные в табл.3:

Таблица 3.

Зависимость количества осажденных металлов от времени озонирования; объем пробы 50 мл, скорость подачи озон-кислородной смеси 55,4л/час.

Методом окислительной обработки сточных вод удается значительно снизить содер­жание примесей металлов в подотвальных сточных водах. В отдельном опыте с образцом подотвальной воды Учалинского ГОКа  (результаты экспериментов лета 2000 г.) с общим со­держанием металла 8000 мг/л найдено, что после обработки окислителем руды содержание примесей металлов снижается до 65 мг/л.с. Оценочный расчет показывает, что при таком со­держании металлов в стоках при годовом стоке 3,5 млн. м³ годовая потеря металла составит около 25000 т. Отметим, что предварительные анализы стоков по данным лета 2000 г. свиде­тельствуют о наличии в стоках достаточно большого содержания марганца - одного из де­фицитнейших металлов в российской металлургии. Существенно также и то, что в результа­те окислительной обработки стоков сточная вода доводится до рыбохозяйственных нормати­вов по содержанию примесей тяжелых металлов.

Литература

1.  Кадмий в геотехносфере Урала; Емлин Э.Ф.  Екатеринбург: УГГГА, 1997. 283 с.

2.  Государственный доклад «О состоянии окружающей среды Республики Башкортостан в 2002 году».– Уфа: Гос. комитет Республики Башкортостан по охране окружающей среды, 2003. 208 с.

3.  Механизм окисления озонов ионов переходных металлов в водных растворах. Деп. В ГПНТБ Украины 8.7.94,   №1254-Ук94; РЖХим, 1994, Т.23, деп. Б486 ДЕП