Утилизация и обезвреживание отходов обогащения сульфидных медно-никелевых руд

• Автор: Кременецкая, Ирина Петровна
• Шифр специальности: 25.00.36
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Апатиты
• Количество страниц: 161 с.

ВВЕДЕНИЕ
Интенсивное извлечение из недр Земли минерального сырья привело к неконтролируемому глобальному загрязнению природы. Образование и длительное хранение горнопромышленных отходов и, в частности, отходов добычи и обогащения сульфидных медно-никелевых руд, которые являются объектом настоящей работы, приводит к широкомасштабному загрязнению окружающей среды. Применительно к данным отходам наиболее опасным является загрязнение поверхностных и подземных вод токсичными соединениями, образующимися в результате окисления сульфидов цветных металлов и железа. Длительное воздействие этого фактора, как показал мировой и российский опыт, приводит к необратимой деградации водных источников. Кроме того, важным фактором загрязнения окружающей среды является повышенный уровень закисления воды природных водоемов. Таким образом, поиск возможных способов снижения негативного влияния горнопромышленных отходов на природу является актуальной задачей. Целью работы является разработка способов снижения экологического воздействия отходов обогащения сульфидных медно-никелевых руд на окружающую среду путем расширения области их использования для производства технических материалов и очистки природных водоемов от неконтролируемого химического загрязнения.
Радикальной мерой предотвращения негативного влияния серпентино-вых отходов на окружающую среду является их утилизация. Отходы обогащения сульфидных медно-никелевых руд представляют собой комплекс гидросиликатов магния (серпентиновых минералов), сульфидных минералов, карбонатов, оксидов железа и других минералов. Разработаны различные способы использования указанных отходов, однако большой их объем заставляет искать различные варианты получения технических материалов из данных отходов, которые с точки зрения их рекуперации представляют собой магнезиальное сырье с содержанием оксида магния 25-30%. В настоящей работе рассмотрен

вариант получения материалов на основе отходов обогащения сульфидных медно-никелевых руд с использованием фосфатной связки. Фосфатная связка получена из продуктов АО “Апатит” в лаборатории В.И. Захарова ИХТРЭМС КНЦ РАН. Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи: 1) определить характер взаимодействия серпентиновых минералов и фосфатной связки; 2) исследовать влияние технологических параметров на прочность полученных материалов.
При разработке материалов на основе отходов обогащения сульфидных медно-никелевых руд было использовано свойство серпентиновых минералов активно взаимодействовать с кислотами и кислыми растворами солей. Получены плотный и пористый материалы, которые можно использовать для различных целей. В частности, на основе плотного материала была изготовлена опытная партия абразивного инструмента для обработки мягких металлов и дерева - насадок различной формы. На способ получения пористого материала, который может использоваться в качестве щелочестойкой теплоизоляции в тепловых агрегатах, получен патент Российской Федерации.
Однако объем накопленных отходов составляет 200 млн.т и на их переработку потребуются многие десятки лет и весь этот период они будут являться источником загрязнения природных водоемов тяжелыми металлами и кислотой. Разнообразие минерально-сырьевой базы Кольского полуострова позволяет использовать для решения проблемы очистки воды от химического загрязнения местные ресурсы. Карбонатные и серпентинсодержащие вскрышные породы и отходы обогащения Ковдорского щелочного ультраосновного массива являются перспективными для получения из них реагентов для очистки воды. Для разработки способов очистки воды необходимо было решить следующие задачи: 1) определить влияние процесса растворения кальцита на основные показатели воды с повышенным уровнем закисления; 2) найти оптимальный режим обработки кальцитом природной воды с повышенным уровнем закисления; 3) определить условия осаждения соединений цветных метал-

лов из растворов в присутствии карбоната кальция; 4) разработать эффективную методику контроля качества термоактивированиого серпентинового минерала и найти оптимальный режим термоактивации; 5) определить характер взаимодействия термоактивированного серпентинового минерала с растворами соединений цветных металлов.
Анализ литературных данных показывает, что традиционным реагентом, применяемым для обработки природной воды с повышенным уровнем закис-ления, является кальцит. В то же время не удалось найти работ, посвященных определению технологических параметров процесса очистки воды в зависимости от условий конкретного водоема. Расчет этих параметров должен опираться на исследование механизма взаимодействия реагента с компонентами очищаемой воды. Для определения ионного состава растворов, образующихся при растворении кальцита в воде с повышенным уровнем закисления, выполнен расчет химических равновесий в указанной системе. Установлена взаимосвязь концентрации кальция с показателями закисления воды.
Однако в реальных условиях следует учитывать не только термодинамические, но и кинетические параметры процесса. Время пребывания реагента в воде может оказаться недостаточным для того, чтобы весь внесенный в воду кальцит растворился. Для расчета кинетических параметров процесса растворения кальцита экспериментальные данные обрабатывали с использованием обобщенного уравнения гетерогенной кинетики. Указанный способ позволяет при небольшом объеме экспериментальных исследований выполнить инженерно-технические расчеты для практического ведения процесса. На основе расчетов равновесных составов растворов, образующихся при растворении кальцита, и кинетических параметров растворения кальцита, дано обоснование способа снижения уровня закисления природной воды.
Существенное значение кинетического фактора установлено и при изучении характера взаимодействия сунгулита с раствором сульфата никеля. Необходимость постановки длительного опыта в данной системе стала очевидной

Минеральный состав отходов обогащения сульфидных медно-никелевых руд комбината «Печенганикель»
Содержание, мас.%
-0.01 +0.01-0.05 +0.05-0.063 +0.063-0.1 +0.
Размер частиц, мм
Минералы: 1 - антигорит, гидрохлориты и другие серпентиновые минералы; 2 - тальк; 3 - магнетит;
4 - карбонаты; 5 - оливин и пироксены; 6 - серпофит