Способы переработки вольфрамовых концентратов. Обогащение вольфрамовых руд Структура производства фабрики обогащение вольфрамовой руды

Вольфрамовые минералы, руды и концентраты

Вольфрам - малораспространенный элемент, среднее его содержание в земной коре Ю-4 % (по массе). Известно око­ло 15 минералов вольфрама, однако практическое значение имеют только минералы группы вольфрамита и шеелит.

Вольфрамит (Fe, Mn)WO4 представляет собой изоморфную смесь (твердый раствор) вольфраматов железа и марганца. Если в минерале вольфрамата железа более 80 %, минерал называют ферберитом, в случае преобладания вольфрамата марганца (более 80%) - гюбнеритом. Смеси, лежащие по со­ставу между этими пределами, называют вольфрамитами. Ми­нералы группы вольфрамита окрашены в черный или коричне­вый цвет и обладают высокой плотностыо(7Д-7,9 г/см3) и твердостью 5-5,5 по минералогической шкале. В минерале содержится 76,3-76,8 % W03. Вольфрамит слабомагнитен.

Шеелит CaWOA - вольфрамат кальция. Цвет минерала - бе­лый, серый, желтый, бурый. Плотность 5,9-6,1 г/см3, твер­дость по минералогической шкале 4,5-5. Шеелит часто со­держит изоморфную примесь повеллита - СаМо04. При облуче­нии ультрафиолетовыми лучами шеелит флюоресцирует сине - голубым светом. При содержании молибдена более 1 % флюо­ресценция приобретает желтую окраску. Шеелит немагнитен.

Вольфрамовые руды обычно бедны вольфрамом. Минимальное содержание W03 в рудах, при которых рентабельна их экс­плуатация, в настоящее время составляет 0,14-0,15 % для крупных и 0,4-0,5% для мелких месторождений.

Вместе с минералами вольфрама в рудах встречаются мо­либденит, касситерит, пирит, арсенопирит, халькопирит, танталит или колумбит и др.

По минералогическому составу различают два типа мес­торождений - вольфрамитовые и шеелитовые, а по форме руд­ных образований - жильный и контактовый типы.

В жильных месторождениях вольфрамовые минералы большей частью залегают в кварцевых жилах небольшой мощности (0,3-1 м). Контактовый тип месторождений связан с зонами контакта гранитных пород с известняками. Для них харак­терны залежи шеелитоносного скарна (скарны - окварцован - ные известняки). К рудам скарнового типа относится круп­нейшее в СССР Тырны-Аузское месторождение на Северном Кавказе. При выветривании жильных месторождений вольфра­мит и шеелит накапливаются, образуя россыпи. В последних вольфрамит часто сочетается с касситеритом.

Вольфрамовые руды обогащают, получая стандратные кон­центраты, содержащие 55-65 % W03. Высокой степени обога­щения вольфрамитовых руд достигают, применяя различные методы: гравитацию, флотацию, магнитную и электростати­ческую сепарацию.

При обогащении шеелитовых руд используют гравитацион­но-флотационные или чисто флотационные схемы.

Извлечение вольфрама в кондиционные концентраты при обогащении вольфрамовых руд колеблется от 65-70 % до 85-90 %.

При обогащении сложных по составу или труднообогатимых руд иногда экономически выгодно выводить из цикла обога­щения промпродукты с содержанием 10-20 % W03 на химичес­кую (гидрометаллургическую) переработку, в результате ко­торой получают "искусственный шеелит" или технический триоксид вольфрама. Подобные комбинированные схемы обес­печивают высокое извлечение вольфрама из руд.

Государственный стандарт(ГОСТ 213-73) предусматривает содержание W03 в вольфрамовых концентратах 1-го сорта не ниже 65 %, 2-го сорта - не ниже 60 %. В них лимитируется содержание примесей Р, S, As, Sn, Си, Pb, Sb, Ві в пре­делах от сотых долей процента до 1,0 % в зависимости от сорта и назначения концентрата.

Разведанные запасы вольфрама по состоянию на 1981 г. оцениваются в 2903 тыс. т, из них в КНР 1360 тыс. т. Значи­тельными запасами обладают СССР, Канада, Австралия, США, Южная и Северная Корея, Боливия, Бразилия, Португалия. Производство вольфрамовых концентратов в капиталистичес­ких и развивающихся странах в период 1971 - 1985 гг. ко­лебалось в пределах 20 - 25 тыс. т (по содержанию ме­талла).

Способы переработки вольфрамовых концентратов

Основной продукт непосредственной переработки вольфра­мовых концентратов (помимо ферровольфрама, выплавляемого для нужд черной металлургии) - триоксид вольфрама. Он служит исходным материалом для вольфрама и карбида вольфрама - главной составляющей твердых сплавов.

Производственные схемы переработки вольфрамовых кон­центратов подразделяют на две группы в зависимости от принятого способа разложения:

Вольфрамовые концентраты спекают с содой или обра­батывают водными растворами соды в автоклавах. Вольфрами - товые концентраты иногда разлагают водными растворами ги - дроксида натрия.

Концентраты разлагают кислотами.

В тех случаях, когда для разложения применяют щелочные реагенты, получают растворы вольфрамата натрия, из кото­рых после очистки от примесей производят конечные проду­кты - паравольфрамат аммония (ПВА) или вольфрамовую кис­лоту. 24

При разложении концентрата кислотами получают осадки технической вольфрамовой кислоты, которую в последующих операциях очищают от примесей.

Разложение вольфрамовых концентратов. щелочными реагентами Спекание с Na2C03

Спекание вольфрамита с Na2C03. Взаимодействие вольфрамита с содой в присутствии кислоро­да активно протекает при 800-900 С и описывается следую­щими реакциями: 2FeW04 + 2Na2C03 + l/202 = 2Na2W04 + Fe203 + 2C02; (l) 3MnW04 + 3Na2C03 + l/202 = 3Na2W04 + Mn304 + 3C02. (2)

Эти реакции протекают с большой убылью энергии Гиббса и практически необратимы. При соотношении в вольфрамите FeO:MnO = i:i AG°1001C = -260 кДж/моль. При избытке Na2C03 в шихте 10-15 % сверх стехиометрического количества достигается полное разложение концентрата. Для ускорения окисления железа и марганца в шихту иногда вводят 1-4 % селитры.

Спекание вольфрамита с Na2C03 на отечественных пред­приятиях проводят в трубчатых вращающихся печах, футеро­ванных шамотным кирпичом. Во избежание расплавления шихты и образования настылей (наростов) в зонах печи с более низкой температурой в шихту добавляют хвосты от выщелачи­вания спеков (содержащих оксиды железа и марганца), сни­жая содержание в ней W03 до 20-22 %.

Печь длиной 20 м и внешним диаметром 2,2 м при скоро­сти вращения 0,4 об/мин и угле наклона 3 имеет произво­дительность 25 т/сут по шихте.

Составляющие шихты (измельченный концентрат, Na2C03, селитра) с помощью автоматических весов подаются из бун­керов в шнековый смеситель. Шихта- поступает в бункер печи, из которого подается в печь. Куски спека по выходе из печи проходят дробильные валки и мельницу мокрого раз­мола, из которой пульпу направляют в выше лачиватель (рис.1).

Спекание шеелита с Na2C03. При темпе­ратурах 800-900 С взаимодействие шеелита с Na2C03 может протекать, по двум реакциям:

CaW04 + Na2CQ3 Na2W04 + СаС03; (1.3)

CaW04 + Na2C03 *=*■ Na2W04 + CaO + C02. (1.4)

Обе реакции иду г с относительно небольшим изменением энергии Гиббса.

Реакция (1.4) протекает в заметной степени выше 850 С, когда наблюдается разложение СаС03. Присутствие оксида кальция в спеке приводит при выщелачивании спека водой к образованию малорастворимого вольфрамата кальция, что снижает извлечение вольфрама в раствор:

Na2W04 + Са(ОН)2 = CaW04 + 2NaOH. (1.5)

При большом избытке Na2C03 в шихте эта реакция в зна­чительной мере подавляется взаимодействием Na2C04 с Са(ОН)2 с образованием СаС03.

Для снижения расхода Na2C03 и предотвращения образова­ния свободного оксида кальция в шихту добавляют кварцевый песок для связывания оксида кальция в труднорасворимые силикаты:

2CaW04 + 2Na2C03 + Si02 = 2Na2W04 + Ca2Si04 + 2C02;(l.6) AG°100IC = -106,5 кДж.

Все же и в этом случае для обеспечения высокой степени извлечения вольфрама в раствор приходится вводить в шихту значительный избыток Na2C03 (50-100% от стехиометричес - кого количества).

Спекание шихты шеелитового концентрата с Na2C03 и ква­рцевым песком проводят в барабанных печах, как выше опи­сано для вольфрамита при 850-900 °С. Для предотвращения плавления в шихту добавляют отвалы выщелачивания (содер­жащие в основном силикат кальция) из расчета снижения со­держания W03 до 20-22%.

Выщелачивание содовых спеко в. При выщелачивании спеков водой в раствор переходят вольф­рамат натрия и растворимые соли примесей (Na2Si03, Na2HP04, Na2HAs04, Na2Mo04, Na2S04), а также избыток Na2C03. Выщелачивание ведут при 80-90 °С в стальных реак­торах с механическим перемешиванием, работающих в иерио-

Концентратов с содой:

Элеватор, подающий концентрат в мельницу; 2 - шаровая мельница, работаю­щая в замкнутом цикле с воздушным сепаратором; 3 - шнек; 4 - воздушный сепа­ратор; 5 - рукавный фильтр; 6 - автоматические весовые дозаторы; 7 - транс­портирующий шнек; 8 - шнековый смеситель; 9 - бункер шихты; 10 - питатель;

Барабанная печь; 12 - валковая дробилка; 13 - стержневая мельница- выщелачиватель; 14 - реактор с мешалкой

Дическом режиме, или барабанных вращающихся выщелачивате- лях непрерывного действия. Последние заполняют дробящими стержнями для измельчения кусков спека.

Извлечение вольфрама из спека в раствор составляет 98-99 %. Крепкие растворы содержат 150-200 г/л W03.

Автоклави о-с одовый способ разложения вольфрамовых концентратов

Автоклавно-содовый способ предложен и разработан в СССР1 применительно к переработке шеелитовых концентратов и промпродуктов. В настоящее время способ применяют на ряде отечественных заводов и в зарубежных странах.

Разложение шеелита растворами Na2C03 основано на обменной реакции

CaW04CrB)+Na2C03(pacTB)^Na2W04(pacTB)+CaC03(TB). (1.7)

При 200-225 °С и соответствующем избытке Na2C03, зави­сящем от состава концентрата, разложение протекает с до­статочной скоростью и полнотой. Концентрационные констан­ты равновесия реакции (1.7) имеют небольшую величину, возрастают с температурой и зависят от содового эквива­лента (т. е. количества молей Na2C03, приходящихся на 1 моль CaW04).

При содовом эквиваленте, равном 1 и 2 при 225 С, кон­станта равновесия (Кс = С /С cq) равна 1,56 и

0,99 соответственно. Из этого следует, что при 225 С ми­нимально необходимый содовый эквивалент равен 2 (т. е. из­быток Na2C03 равен 100 %). Реальный избыток Na2C03 выше, так как с приближением к равновесию скорость процесса за­медляется. Для шеелитовых концентратов с содержанием 45-55 % W03 при 225 С необходим содовый эквивалент 2,6-3. Для промпродуктов, содержащих 15-20 % W03, тре­буется 4-4,5 моля Na2C03 на 1 моль CaW04.

Образующиеся на частицах шеелита пленки СаС03 пористые и до толщины 0,1-0,13 мм не обнаружено их влияние на ско­рость разложения шеелита растворами Na2C03. При интенсив­ном перемешивании скорость процесса определяется скоро­стью химической стадии, что подтверждается высоким значе­нием кажущейся энергии активации Е = 75+84 кДж/моль. Однако в случае недостаточной скорости перемешивания (что

Имеет место в горизонтальных вращающихся автоклавах) реа­лизуется промежуточный режим: скорость процесса опреде­ляется и скоростью подвода реагента к поверхности, и ско­ростью химического взаимодействия.

0,2 0,3 0, it 0,5 0,5 0,7 0,8 Ш гЩУШгС031

Как видно из рис.2, удельная скорость реакции умень­шается примерно обратно пропорционально возрастанию отно­шения молярных концентраций Na2W04:Na2C03 в растворе. Это

Ряс. 2. Зависимость удельной ско­рости разложения шеелита раство­ром соды в автоклаве j от моляр­ного отношения концентраций Na2W04/Na2C03 в растворе при

Обусловливает необходимость существенного избытка Na2C03 против минимально необходимого, определяемого значением константы равновесия. Для снижения расхода Na2C03 прово­дят двухстадийное противоточное выщелачивание. В этом случае хвосты после первого выщелачивания, в которых мало вольфрама (15-20 % от исходного), обрабатывают свежим ра­створом, содержащим большой избыток Na2C03. Получаемый раствор, являющийся оборотным, поступает на первую стадию выщелачивания.

Разложение растворами Na2C03 в автоклавах применяют также для вольфрамитовых концентратов, однако реакция в этом случае протекает сложней, так как сопровождается ги­дролитическим разложением карбоната железа (карбонат мар­ганца гидролизуется лишь частично). Разложение вольфрами­та при 200-225 °С можно представить следующими реакциями:

MnW04(TB)+Na2C03(paCT)^MiiC03(TB)+Na2W04(paCTB); (1.8)

FeW04(TB)+NaC03(pacT)*=iFeC03(TB)+Na2W04(paCTB); (1.9)

FeC03 + HjO^FeO + Н2С03; (1.10)

Na2C03 + H2C03 = 2NaHC03. (l. ll)

Образующийся оксид железа FeO при 200-225 °С претерпе­вает превращение по реакции:

3FeO + Н20 = Fe304 + Н2.

Образование гидрокарбоната натрия ведет к снижению ко­нцентрации Na2C03 в растворе и требует большого избытка реагента.

Для достижения удовлетворительных показателей разложе­ния вольфрамитовых концентратов необходимо тонкое их из­мельчение и увеличение расхода Na2C03 до 3,5-4,5 г-экв в зависимости от состава концентрата. Более трудно разла­гаются высокомарганцовистые вольфрамиты.

Добавление в автоклавную пульпу NaOH или СаО (что при­водит к каустификации Na2C03) позволяет улучшить степень разложения.

Скорость разложения вольфрамита можно увеличить введением в автоклавную пульпу кислорода (воздуха), окисляющего Fe (II) и Mil (II), что приводит к разрушению кристаллической решетки минерала на реагирующей поверхности.

Вторичный пар

Ряс. 3. Автоклавная установка с горизонтально вращающимся автоклавом: 1 - автоклав; 2 - загрузочная труба для пульпы (по ней же вводится пар); 3 - пульповый насос; 4 - манометр; 5 - реактор-подогреватель пульпы; 6 - самоис­паритель; 7 - каплеотделитель; 8 - ввод пульпы в самоиспаритель; 9 - отбой­ник из броневой стали; 10 - труба для отвода пульпы; 11 - сборник пульпы

Выщелачивание проводят в стальных горизонтальных вра­щающихся автоклавах с обогревом острым паром (рис.3) и вертикальных автоклавах непрерывного действия с перемеши­ванием пульпы барботажным паром. Примерный режим процес­са: температура 225 давление в автоклаве ~2,5 Мпа, отношение Т:Ж=1:(3,5*4), продолжительность на каждой ста­дии 2-4 ч.

На рис.4 приведена схема батареи автоклавов. Исходная автоклавная пульпа, подогретая паром до 80-100 °С, по­дается насосом в автоклавы, в которых нагревается до

Вторичный пар

Рве. 4. Схема автоклавной установки непрерывного действия: 1 - реактор для подогрева исходной пульпы; 2 - поршневой насос; 3 - автокла вы; 4 - дроссель; 5 - самоиспаритель; 6 - сборник пульпы

200-225 °С острым паром. При непрерывном режиме работы давление в автоклаве поддерживается путем выпуска пульпы через дроссель (калиброванную шайбу из твердого сплава). Пульпа поступает в самоиспаритель - сосуд, находящийся под давлением 0,15-0,2 МПа, где происходит быстрое охлаж­дение пульпы вследствие интенсивного испарения. Преимуще­ства автоклавно-содового разложения шеелитовых концентра­тов перед спеканием состоят в исключении печного процесса и несколько меньшем содержании примесей в вольфрамахных растворах (особенно фосфора и мышьяка).

К недостаткам способа следует отнести большой расход Na2C03. Высокая концентрация избыточной Na2C03 (80-120 г/л) влечет за собой повышенный расход кислот на нейтрализацию растворов и соответственно большие затраты на утилизацию сбросных растворов.

Разложение вольфраматовых к о н ц е н і р атов раств о р а м и гидроксида натрия

Растворы гидроксида натрия разлагают вольфрамит по обменной реакции:

Me WC>4 + 2Na0Hi=tNa2W04 + Ме(0 Н)2, (1.13)

Где Me - железо, марганец.

Величина концентрационной константы этой реакции Кс = 2 при температурах 90, 120 и 150 °С равна соответственно 0,68; 2,23 и 2,27.

Полное разложение (98-99 %) достигается при обработке тонкоизмельченного концентрата 25-40 %-ным раствором гид­роксида натрия при 110-120 °С. Требуемый избыток щелочи - 50 % и выше. Разложение проводят в стальных герметичных реакторах, снабженных мешалками. Пропускание в раствор воздуха ускоряет процесс благодаря окислению гидроксида железа (II) Fe(OH)2 в гидратированный оксид железа (III) Fe203-«H20 и гидроксида марганца (II) Мп(ОН)2 в гидрати­рованный оксид марганца (IV) Мп02-лН20.

Применение разложения растворами щелочи целесообразно лишь для высокосортных вольфрамитовых концентратов (65-70 % W02) с небольшим содержанием примеси кремнезема и силикатов. При обработке низкосортных концентратов по­лучают сильно загрязненные растворы и труднофильгруемые осадки.

Переработка растворов вольфрамата натрия

Растворы вольфрамата натрия, содержащие 80-150 г/л W03, с целью получения триоксида вольфрама требуемой чис­тоты до настоящего времени преимущественно перерабатывали по традиционной схеме, которая включает: очистку от сое­динений элементов-примесей (Si, Р, As, F, Мо); осаждение

Вольфрамага кальция (искусственного шеелита) с последую­щим его разложением кислотами и получением технической вольфрамовой кислоты; растворение вольфрамовой кислоты в аммиачной воде с последующей выпаркой раствора и кристал­лизацией паравольфрамата аммония (ПВА); прокаливание ПВА с получением чистого триоксида вольфрама.

Основной недостаток схемы - многостадийность, проведе­ние большинства операций в периодическом режиме, длитель­ность ряда переделов. Разработана и уже используется на некоторых предприятиях экстракционная и ионообменная тех­нология перевода растворов Na2W04 в растворы (NH4)2W04. Ниже кратко рассмотрены основные переделы традиционной схемы и новые экстракционный и ионообменный варианты тех­нологии.

Очистка от примесей

Очистка от кремния. При содержании в растворах Si02, превышающем 0,1 % от содержания W03, необходима предварительная очистка от кремния. Очистка основана на гидролитическом разложении Na2Si03 при кипя­чении раствора, нейтрализованного до рН=8*9 с выделением кремниевой кислоты.

Растворы нейтрализуют соляной кислотой, добавляемой тонкой струйкой при перемешивании (во избежание местных перекислений) к нагретому раствору вольфрамата натрия.

Очистка от фосфора и мышьяка. Для очистки от фосфат - и арсенат-ионов используют метод осаждения аммонийно-магниевых солей Mg(NH4)P04 6Н20 и Mg(NH4)AsC)4 6Н20. Растворимость этих солей в воде при 20 С 0,058 и 0,038 % соответственно. В присутствии избытка ионов Mg2+ и NH4 растворимость ниже.

Осаждение примесей фосфора и мышьяка ведут на холоду:

Na2HP04 + MgCl2 + NH4OH = Mg(NH4)P04 + 2NaCl +

Na2HAsQ4 + MgCl2 + NH4OH = Mg(NH4)AsQ4 + 2NaCl +

После длительного стояния (48 ч) из раствора выпадают кристаллические осадки аммонийно-магниевых солей.

Очистка от фторид-ионов. При высо­ком содержании флюорита в исходном концентрате содержание фторид-ионов достигает 5 г/л. Растворы очищают от фторид - ионов осаждением фторидом магния из нейтрализованного раствора, в который добавляют MgCl2. Очистку от фтора мо­жно сочетать с гидролитическим выделением кремниевой кис­лоты.

Очистка от молибдена. Растворы вольф­рамата натрия" необходимо очищать от молибдена в том слу­чае, если его содержание превышает 0,1 % от содержания W03 (т. е. 0,1-0,2 т/л). При концентрации молибдена 5-10 г/л (например, при переработке шеелито-повеллитовых Тырны- Аузских концентратов) выделение молибдена приобретает особое значение, так как имеет целью получение молибдено­вого химического концентрата.

Распространенный способ состоит в осаждении из раство­ра малорастворимого трисульфида молибдена MoS3.

Известно, что при добавлении в растворы вольфрамата или молибдата натрия сернистого натрия образуются сульфо - соли Na23S4 или оксосульфосоли Na23Sx04_x (где Э - Мо или W):

Na2304 + 4NaHS = Na23S4 + 4NaOH. (1.16)

Константа равновесия этой реакции для Na2Mo04 значите­льно больше, чем для Na2W04(^^0 » Кцг). Поэтому, если в раствор добавлено количество Na2S, достаточное лишь для взаимодействия с Na2Mo04 (с небольшим избытком), то преи­мущественно образуется сульфосоль молибдена. При после­дующем подкислении раствора до рН=2,5*3,0 сульфосоль раз­рушается с выделением трисульфида молибдена:

Na2MoS4 + 2НС1 = MoS3 j + 2NaCl + H2S. (1.17)

Оксосульфосоли разлагаются с выделением оксосульфидов (например, MoSjO и др.). Вместе с трисульфидом молибдена" соосаждается некоюрое количество трисульфида вольфрама. Растворением сульфидного осадка в растворе соды и повтор­ным осаждением трисульфида молибдена получают молибдено­вый концентрат с содержанием W03 не более 2 % при потере вольфрама 0,3-0,5 % от исходного количества.

После частичного окислительного обжига осадка трисуль - фида молибдена (при 450-500 °С) получают молибденовый хи­мический концентрат с содержанием 50-52 % молибдена.

Недостаток способа осаждения молибдена в составе три- сульфида - выделение сероводорода по реакции (1.17), что требует затрат на обезвреживание газов (используют погло­щение H2S в скруббере, орошаемом раствором гидроксида на­трия). Выделение трисульфида молибдена ведут из раствора, нагретого до 75-80 С. Операцию проводят в герметичных стальных реакторах, гуммированных или покрытых кислотоу­порной эмалью. Осадки трисульфида отделяют от раствора фильтрацией на фильтр-прессе.

Получение вольфрамовой кислоты из растворов вольфрамата натрия

Вольфрамовую кислоту можно непосредственно выделить из раствора вольфрамата натрия соляной или азотной кислота­ми. Однако этот способ применяют редко вследствие трудно­стей отмывки осадков от ионов натрия, содержание которых в триоксиде вольфрама лимитировано.

Большей частью первоначально из раствора осаждают во­льфрамат кальция, который затем разлагают кислотами. Во­льфрамат кальция осаждают, добавляя в нагретый до 80-90 С раствор вольфрамата натрия раствор СаС12 при остаточной щелочности раствора 0,3-0,7 %. При этом выпа­дает белый мелкокристаллический легко отстаивающийся оса­док, в маточном растворе остаются ионы натрия, что обес­печивает низкое их содеражние в вольфрамовой кислоте. Из раствора осаждается 99-99,5 % W, маточные растворы содер­жат 0,05-0,07 г/л W03. Отмытый водой осадок CaW04 в виде пасты или пульпы поступает на разложение соляной кислотой при нагревании до 90°:

CaW04 + 2НС1 = H2W04i + CaCl2. (1.18)

При разложении поддерживают высокую конечную кислотность пульпы (90-100 г/л НСІ), что обеспечивает отделение воль­фрамовой кислоты от примесей соединений фосфора, мышьяка и отчасти молибдена (молибденовая кислота растворяется в соляной кислоте). Осадки вольфрамовой кислоты требуют тщательной отмывки от примесей (особенно от солей кальция

И натрия). В последние годы освоена непрерывная промывка вольфрамовой кислоты в пульсационных колоннах, что сущес­твенно упростило операцию.

На одном из предприятий в СССР при переработке раство­ров вольфрамата натрия вместо соляной кислоты используют азотную кислоту для нейтрализации растворов и разложения осадков CaW04, а осаждение последнего проводят, вводя в растворы Ca(N03)2. В этом случае азотнокислые маточные растворы утилизируют, получая азотнокислые соли, исполь­зуемые в качестве удобрения.

Очистка технической вольфрамовой кислоты и получение W03

Техническая вольфрамовая кислота, полученная описанным выше способом, содержит 0,2-0,3 % примесей. В результате прокаливания кислоты при 500-600 С получают триоксид во­льфрама, пригодный для производства твердых сплавов на основе карбида вольфрама. Однако для производства воль­фрама необходим триоксид более высокой чистоты с суммар­ным содержанием примесей не более 0,05 %.

Общепринят аммиачный способ очистки вольфрамовой кис­лоты. Она легко растворяется в аммиачной воде, при этом большая часть примесей остается в осадке: кремнезем, гид - роксиды железа и марганца и кальций (в виде CaW04). Одна­ко аммиачные растворы могут содержать примесь молибдена, соли щелочных металлов.

Из аммиачного раствора выделяют, в результате выпаривания и последующего охлаждения, кристаллический осадок ПВА:

Выпаривание

12(NH4)2W04 * (NH4)10H2W12O42 4Н20 + 14NH3 +

В производственной практике состав ПВА часто записыва­ют в оксидной форме: 5(NH4)20- 12W03- 5Н20, что не отражает химической его природы как соли изополикислоты.

Выпаривание ведут в аппаратах периодического или не­прерывного действия, изготовленных из нержавеющей стали. Обычно в кристаллы выделяют 75-80 % вольфрама. Более глу­бокую кристаллизацию проводить нежелательно во избежание загрязнения кристаллов примесями. Существенно, что боль­шая часть примеси молибдена (70-80 %) остается в маточном растворе. Из маточного раствора, обогащенного примесями, вольфрам осаждают в виде CaW04 или H2W04, возвращаемых на соответствующие стадии производственной схемы.

Кристаллы ПВА отжимают на фильтре, затем на центрифуге, промывают холодной водой и сушат.

Триоксид вольфрама получают термическим разложением вольфрамовой кислоты или ПВА:

H2W04 =» W03 + Н20;

(NH4)10H2W12O42 4Н20 = 12W03 + 10NH3 + 10Н20. (1.20)

Прокаливание проводят во вращающихся электропечах с трубой из жаростойкой стали 20Х23Н18. Режим прокаливания зависит от назначения триоксида вольфрама, требуемой ве­личины его частиц. Так, для получения вольфрамовой прово­локи марки ВА (см. ниже) ПВА прокаливают при 500-550 °С, проволоки марок ВЧ и ВТ (вольфрам без присадок) - при 800-850 °С.

Вольфрамовую кислоту прокаливают при 750-850 °С. Трио­ксид вольфрама, полученный из ПВА, имеет более крупные частицы, чем триоксид, полученный из вольфрамовой кисло­ты. В триоксиде вольфрама, предназначенном для производ­ства вольфрама, содержание W03 должно быть не ниже 99,95 % для производства твердых сплавов - не ниже 99,9 %.

Экстракционный и ионообменный способы переработки растворов вольфрамата натрия

Переработка растворов вольфрамата натрия существенно упрощается при извлечении вольфрама из растворов экстра­кцией органическим экстрагентом с последующей реэкстрак - цией из органической фазы раствором аммиака с выделением из аммиачного раствора ПВА.

Поскольку в широком интервале рН=7,5+2,0 вольфрам на­ходится в растворах в форме полимерных анионов, для экст­ракции применяют анионообменные экстрагенты: соли аминов или четвертичных аммониевых оснований. В частности, в промышленной практике используют сернокислую соль триок- тиламина (i?3NH)HS04 (где R - С8Н17). Наиболее высокие по­казатели экстракции вольфрама наблюдаются при рН=2*4.

Экстракция описывается уравнением:

4(i?3NH)HS04(opr) + Н2\У120*"(водн) + 2Н+(водн)ї=ї

Ї=ї(Д3ГШ)4Н4\У12О40(орг) + 4Н80;(водн). (l.2l)

Амин растворяют в керосине, в который добавляют техни­ческую смесь многоатомных спиртов (С7 - С9) для предотв­ращения выделения твердой фазы (вследствие малой раство­римости солей аминов в керосице). Примерный состав орга­нической фазы: амины 10 %, спирты 15 %, керосин - осталь­ное.

На экстракцию направляются растворы, очищенные от мрлибдена, а также примесей фосфора, мышьяка, кремния и фтора.

Вольфрам из органической фазы реэкстрагируют аммиачной водой (3-4 % NH3), получая растворы вольфрамата аммония, из которых выпаркой и кристаллизацией выделяют ПВА. Экс­тракцию проводят в аппаратах типа смеситель-отстойник или в пульсационных колоннах с насадкой.

Преимущества экстракционной переработки растворов вол­ьфрамата натрия очевидны: сокращается число операций тех­нологической схемы, создается возможность осуществления непрерывного процесса получения растворов вольфрамата Ам­мония из растворов вольфрамата натрия, сокращаются произ­водственные площади.

Сточные воды экстракционного передела могут содержать примесь 80-100 мг/л аминов, а также примеси высших спир­тов и керосина. Для очистки от этих экологически вредных примесей применяют методы пенной флотации и адсорбцию на активированном угле.

Экстракционная технология используется на зарубежных предприятиях и реализована также на отечественных заводах.

Применение ионообменных смол - конкурирующее с экстра­кцией направление схемы переработки растворов вальфрамата натрия. С этой целью применяют низкоосновные аниониты, содержащие аминные группы (чаще третичные аминьі) или амфотерные смолы (амфолиты), содержащие карбоксильные и аминные группы. При рН=2,5+3,5 на смолах сорбируются по­лианионы вольфрама, причем для некоторых смол полная емкость составляет 1700-1900 мг W03 на 1 г смолы. В слу­чае смолы в 8С>5~-форме сорбция и элюация описываются соответственно уравнениями:

2tf2S04 + H4W12044; 5^«4H4W12O40 + 2SOf; (1.22)

I?4H4WI2O40 + 24NH4OH = 12(NH4)2W04 +4ДОН + 12H20. (l.23)

Ионообменный способ разработан и применен на одном из предприятий СССР. Требуемое время контакта смолы с раст­вором 8-12 ч. Процесс проводят в каскаде ионообменных ко­лонн со взвешенным слоем смолы в непрерывном режиме. Зат­рудняющим обстоятельством является частичное выделение на стадии элюирования кристаллов ПВА, что требует их отделе­ния от частиц смолы. В результате элюации получают раст­воры, содержащие 150-170 г/л W03, поступающие на выпарку и кристаллизацию ПВА.

Недостаток ионообменной технологии по сравнению с экс­тракционной состоит в неблагоприятной кинетике (длитель­ность контакта 8-12 ч против 5-10 мин при экстракции). Вместе с тем к преимуществам ионитов следует отнести отсутствие сбросных растворов, содержащих органические примеси, а также пожаробезопасность и нетоксичность смол.

Разложение шеелитовых концентратов кислотами

В промышленной практике, преимущественно при переработке высокосортных шеелитовых концентратов (70-75 % W03), применяют непосредственное разложение шеелита соляной кислотой.

Реакция разложения:

CaW04 + 2НС1 = W03H20 + CoCl2 (1.24)

Практически необратима. Однако расход кислоты значительно выше стехиометрически необходимого (250-300 %) вследствие торможения процесса пленками волфрамовой кислоты на час­тицах шеелита.

Разложение проводят в герметичных реакторах с мешалка­ми, футерованных кислотостойкой эмалью и обогреваемых че­рез паровую рубашку. Процесс ведут при 100-110 С. Длите­льность разложения варьируют от 4-6 до 12 ч, что зависит от степени измельчения, а также происхождения концентрата (шеелиты различных месторождений отличаются по реакцион­ной способности).

Однократная обработка не всегда приводит к полному вскрытию. В этом случае после растворения вольфрамовой кислоты в аммиачной воде остаток повторно обрабатывают соляной кислотой.

При разложении шеелито-повеллитовых концентратов с со­держанием 4-5 % молибдена большая часть молибдена перехо­дит в солянокислый раствор, что объясняется высокой раст­воримостью молибденовой кислоты в соляной. Так, при 20 С в 270 г/л НС1 растворимости Н2Мо04 и H2W04 равны 182 и 0,03 г/л соответственно. Несмотря на это, полное отделе­ние молибдена не достигается. Осадки вольфрамовой кислоты содержат 0,2-0,3 % молибдена, извлечь который повторной обработкой соляной кислотой невозможно.

Кислотный способ отличается от щелочных способов раз­ложения шеелита меньшим числом операций технологической схемы. Однако при переработке концентратов с относительно невысоким содержанием W03 (50-55 %) при значительном со­держании примесей для получения кондиционного параволь - фрамата аммония приходится проводить две-три аммиачных перечистки вольфрамовой кислоты, что неэкономично. Поэто­му разложение соляной кислотой большей частью применяют при переработке богатых и чистых шеелитовых концентратов.

Недостатки способа разложения соляной кислотой заключаются в высоком расходе кислоты, большом объеме сбросных растворов хлористого кальция и сложности их утилизации.

В свете задач создания безотходных технологий представляет интерес азотнокислый способ разложения шеелитовых концентратов. В этом случае маточные растворы легко утилизировать, получая азотнокислые соли.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http :// www . allbest . ru /

Навоийский горно-металлургический комбинат

Навоийский государственный горный институт

«Химико-металлургический» факультет»

Кафедра «Металлургия »

Пояснительная записка

к выпускной квалификационной работе

на тему: «Выбор, обоснование и расчет технологии переработки вольфрамо-молибденовой руды»

Выпускник: К. Сайфиддинов

Навои- 2014

• Введение
• 1. Общие сведения о методах обогащения вольфрамовых руд
• 2. Обогащение молибдено-вольфрамовых руд
• 2. Технологический раздел
• 2.1 Расчет схемы дробления с выбором оборудования
• 2.2 Расчет схемы измельчения
• 2.3 Выбор и расчёт мельниц полусамоизмельчения
• Список использованной литературы

Введение

Полезные ископаемые являются основой народного хозяйства, и нет ни одной отрасли, где бы ни применялись полезные ископаемые или продукты их обработки.

Значительные запасы полезных ископаемых многих месторождений Узбекистана позволяют строить крупные высокомеханизированные горно-обогатительные и металлургические предприятия, добывающие и перерабатывающие многие сотни миллионов тонн полезных ископаемых с высокими технико-экономическими показателями.

Горнодобывающая промышленность имеет дело с твёрдыми полезными ископаемыми, из которых при современном уровне техники целесообразно извлекать металлы или другие минеральные вещества. Главными условиями при разработке месторождений полезных ископаемых являются повышение извлечения их из недр и комплексное использование. Это обусловлено:

- значительными материальными и трудовыми затратами при разведке и промышленном освоении новых месторождений;

- возрастающей потребностью различных отраслей народного хозяйства практически во всех минеральных компонентах, входящих в состав руды;

- необходимостью создания безотходной технологии и тем самым предотвращения загрязнения окружающей среды отходами производства.

По этим причинам возможность промышленного использования месторождения определяется не только ценностью и содержанием полезного ископаемого, его запасами, географическим расположением, условиями добычи и транспортирования, другими экономическими и политическими факторами, но и наличием эффективной технологии переработки добываемых руд.

1. Общие сведения о методах обогащения вольфрамовых руд

Вольфрамовые руды обогащают, как правило, в две стадии - первичное гравитационное обогащение и доводка черновых концентратов различными методами, что объясняется низким содержанием вольфрама в перерабатываемых рудах (0,2 - 0,8% WO3) и высокими требованиями к качеству кондиционных концентратов (55 - 65% WO3), Общая степень обогащения составляет примерно 300 - 600.

Вольфрамитовые (гюбнеритовые и ферберитовые) коренные руды и россыпи обычно содержат ряд других тяжелых минералов, поэтому при первичном гравитационном обогащении руд стремятся выделить коллективные концентраты, которые могут содержать от 5 до 20% WO3 , а также касситерит, танталитколумбит, магнетит, сульфиды и др. При доводке коллективных концентратов необходимо получение кондиционных мономинеральных концентратов, для чего могут быть применены флотация или флотогравитация сульфидов, магнитная сепарация магнетита в слабом магнитном поле, а более сильном - вольфрамита. Возможно применение электрической сепарации, гравитационного обогащения на столах, флотации минералов пустой породы и других процессов для разделения минералов, тем, чтобы готовые концентраты удовлетворяли требованиям ГОСТов и техническим условиям не только по содержанию основного металла, но и по содержанию вредных примесей.

Учитывая большую плотность вольфрамовых минералов (6 - 7,5 г/см 3), при обогащении могут успешно применяться гравитационные методы обогащения на отсадочных машинах, концентрационных столах, шлюзах, струйных и винтовых сепараторах и др. При тонкой вкрапленности ценных минералов применяют флотацию или сочетание гравитационных процессов с флотацией. Учитывая возможность ошламливания вольфрамита при гравитационном обогащении, флотацию применяют как вспомогательный процесс даже при обогащении крупно вкрапленных вольфрамитовых руд для более полного извлечения вольфрама из шламов.

При наличии в руде крупных богатых вольфрамом штуфных кусков или крупных кусков пустой породы может быть применена сортировка руды крупностью - 150 +50 мм на ленточных конвейерах с целью отделения богатого крупнокускового концентрата или кусков породы, разубоживающих руду, поступающую на обогащение.

При обогащении шеелитовых руд также применяют гравитацию, но чаще всего сочетание гравитационных методов с флотацией и флотогравитацией или только флотацию.

При сортировке шеелитовых руд применяют люминесцентные установки. Шеелит при облучении ультрафиолетовыми лучами светится ярко-голубым светом, что позволяет отделять куски шеелита или куски пустой породы.

Шеелит - легкофлотируемый минерал, характеризующийся большой шламуемостью. Извлечение шеелита значительно возрастает при флотационном обогащении по сравнению с гравитационным, поэтому при обогащении шеелитовых руд в странах СНГ в настоящее время на всех фабриках стали применять флотацию.

При флотации вольфрамовых руд возникает ряд трудных технологических проблем, требующих правильного решения в зависимости от вещественного состава и ассоциации отдельных минералов. В процессе флотации вольфрамита, гюбнерита и ферберита трудно отделить от них оксиды и гидроксиды железа, турмалин и другие минералы, содержащие нивелируют флотационные свойства их с минералами вольфрама.

Флотация шеелита из руд с кальцийсодержащими минералами (кальцит, флюорит, апатит и др.) осуществляется анионными жирнокислотными собирателями, обеспечивающими их хорошую флотируемость с катионами кальция шеелита и других кальцийсодержащих минералов. Отделение шеелита от кальцийсодержащих минералов возможно лишь с применением таких регуляторов, как жидкое стекло, кремнефтористый натрий, сода и др.

2. Обогащение молибдено-вольфрамовых руд

На Тырныаузской фабрике обогащаются молибдено-вольфрамовые руды Тырныаузского месторождения, которые являются сложными по вещественному составу не только ценных минералов, имеющих очень тонкую вкрапленность, но и сопутствующих минералов пустой породы. Рудные минералы - шеелит (десятые доли процента), молибденит (сотые доли процента), повеллит, частично ферримолибдит, халькопирит, висмутин, пирротин, пирит, арсенопирит. Нерудные минералы - скарны (50-70%), роговики (21-48%), гранит (1 - 12%), мрамор (0,4- 2%), кварц, флюорит, кальцит, апатит (3-10%) и др.

В верхней части месторождения молибден на 50-60% представлен повеллитом и ферримолибдитом, в нижней части их содержание снижается до 10-20%. В шеелите в виде изоморфной примеси присутствует молибден. Часть молибденита, окисленная с поверхности, покрыта пленкой повеллита. Часть молибдена очень тонко прорастает с молибдошеелитом.

Более 50% окисленного молибдена связано с шеелитом в виде включений повеллита - продукта распада твердого раствора Ca(W, Мо)О 4 . Подобные формы вольфрама и молибдена возможно выделить лишь в коллективный концентрат с последующим разделением гидрометаллургическим способом.

Начиная с 1978 г. на фабрике полностью реконструирована схема рудоподготовки. Ранее руда после крупного дробления на руднике транспортировалась на фабрику в вагонетках по подвесной канатной дороге. В дробильном отделении фабрики руда додрабливалась до - 12 мм, разгружалась в бункера и далее измельчалась в одну стадию в шаровых мельницах, работающих в замкнутом цикле с двухспиральными классификаторами, до 60% класса - 0,074 мм.

Новая технология рудоподготовки была разработана совместно институтом Механобр и комбинатом и введена в действие в августе 1978 г.

В схеме рудоподготовки предусмотрено крупное дробление исходной руды до --350 мм, грохочение по классу 74 мм, раздельное складирование каждого класса в бункерах с целью более точного регулирования подачи в мельницу самоизмельчения крупного и мелкого классов руды.

Самоизмельчение крупнодробленой руды (--350 мм) осуществляется в мельницах типа «Каскад» диаметром 7 м (ММС-70Х Х23) с доизмельчением крупнозернистой фракции до 62% класса --0,074 мм в мельницах МШР-3600Х5000, работающих в замкнутом цикле с односпиральными классификаторами 1КСН-3 и размещаемых в новом корпусе на склоне горы на отметке около 2000 м над уровнем моря между рудником и действующей фабрикой.

Подача готового продукта из корпуса самоизмельчения на флотацию осуществляется гидротранспортом. Трасса гидротранспорта представляет собой уникальное инженерное сооружение, обеспечивающее транспортирование пульпы при перепаде высот более 600 м. Она состоит из двух трубопроводов диаметром 630 мм, протяженностью 1750 м, оснащенных успокоительными колодцами диаметром 1620 мм и высотой 5 м (по 126 колодцев на каждый трубопровод).

Использование системы гидротранспорта позволило ликвидировать цех грузовых канатных дорог, корпус среднего и мелкого дробления, мельницы МШР-3200Х2100 на обогатительной фабрике. В главном корпусе фабрики построены и введены в эксплуатацию две секции основной флотации, новые отделения шеелитовой и молибденовой доводок, цех варки жидкого стекла, системы оборотного водоснабжения. Значительно расширен фронт сгущения черновых флотационных концентратов и промпродуктов за счет установки сгустителей диаметром 30 м, что позволяет снизить потери со сливами сгущения.

Вновь вводимые мощности оснащаются современными АСУТП и локальными системами автоматизации. Так, в корпусе самоизмельчения функционирует АСУ в режиме непосредственного управления на базе вычислительных машин М-6000. В главном корпусе внедрена система централизованного контроля вещественного состава пульпы с помощью рентгеноспектральных анализаторов КРФ-17 и КРФ-18 в комплексе с вычислительной машиной М-6000. Освоена автоматизированная система отбора и доставки проб (пневмопочтой) в экспресс-лабораторию с управлением от вычислительного комплекса КМ-2101 и выдачей анализов на телетайп.

Один из наиболее сложных переделов -- доводка черновых шеелитовых концентратов по методу Н. С. Петрова -- оснащен системой автоматического контроля и управления, которая может работать либо в режиме «советчика» оператору-флотатору, либо в режиме непосредственного управления процессом, регулируя расход подавителя (жидкого стекла), уровень пульпы в перечистных операциях и другие параметры процесса.

Цикл флотации сульфидных минералов оснащен системами автоматического контроля и дозирования собирателя (бутилового ксантогената) и подавителя (сернистого натрия) в цикле медно-молибденовой флотации. Системы работают с использованием в качестве датчиков ионселективных электродов.

В связи с увеличением объема производства фабрика перешла на переработку новых разновидностей руд, отличающихся пониженным содержанием некоторых металлов, большей степенью их окисленности. Это потребовало усовершенствования реагентного режима флотации сульфидно-окисленных руд. В частности, в сульфидном цикле применено прогрессивное технологическое решение -- сочетание двух пенообразователей активного и селективного типов. В качестве активного пенообразователя используются реагенты, содержащие терпеновые спирты, и в качестве селективного -- новый реагент ЛВ, разработанный для обогащения многокомпонентных руд, и в первую очередь тырныаузских.

В цикле флотации окисленных минералов жирнокислотными собирателями используются интенсифицирующие добавки реагента-модификатора на основе низкомолекулярных карбоновых кислот. Для улучшения флотационных свойств пульпы циркулирующих промпродуктов внедрено регулирование их ионного состава. Более широкое применение нашли методы химической доводки концентратов.

Из мельницы самоизмельчения руда поступает на грохочение. Класс +4 мм доизмельчается в шаровой мельнице. Слив мельницы и подгрохотный продукт (--4 мм) подвергаются I и II классификации.

В шаровую мельницу подают 690 г/т соды и 5 г/т трансформаторного масла. Слив классификатора поступает на основную молибденовую флотацию, куда подают 0,5 г/т ксантогената и 46 г/т терпинеола. После I и II перечистных флотации молибденовый концентрат (1,2--1,5% Мо) подвергается пропарке с жидким стеклом (12 г/т) при 50--70°С, III перечистной флотации и доизмельчению до 95--98% класса --0,074 мм с подачей 3 г/т цианида натрия и 6 г/т жидкого стекла.

Готовый молибденовый концентрат содержит около 48% Мо, 0,1% Си и 0,5% WO 3 при извлечении Мо 50%. Хвосты контрольных флотации III и IV перечистных операций сгущаются и направляются на медно-молибденовую флотацию с подачей 0,2 г/т ксантогената и 2 г/т керосина. Дважды перечищенный медно-молибденовый концентрат после пропарки с сернистым натрием поступает на селективную флотацию, где выделяется медный концентрат, содержащий 8--10% Си (при извлечении около 45%), 0,2% Мои 0,8% Bi.

Хвосты контрольной молибденовой флотации, содержащие до 0 2% WO 3 , направляются на шеелитовую флотацию, осуществляемую по очень разветвленной и сложной схеме. После перемешивания с жидким стеклом (350 г/т) проводят основную шеелитовую флотацию с олеатом натрия (40 г/т). После I перечистной флотации и сгущения до 60% твердого шеелитовый концентрат пропаривается с жидким стеклом (1600 г/т) при 80--90 °С. Далее концентрат еще дважды перечищается и снова поступает на пропарку при 90--95 °С с жидким стеклом (280 г/т) и снова трижды перечищается.

2. Технологический раздел

2.1 Расчет схемы дробления с выбором оборудования

Проектируемая обогатительная фабрика предназначена для переработки молибденсодержащих вольфрамовых руд.

Руда средней крупности (f=12±14 ед. по шкале профессора Протодьяконова) характеризуется плотностью с = 2,7 т/м 3 , на фабрику поступает с влажностью 1,5%. Максимальный кусок d=1000 мм.

По величине производительности обогатительная фабрика относится к категории средней производительности (табл. 4/2/), по международной классификации - к группе С.

На фабрику руда D max . =1000 мм подается с открытых горных работ.

1. Определим производительность цеха крупного дробления. Расчет производительности ведем по Разумову К.А. 1, стр. 39-40. Проектом принята доставка руды 259 дней в году, в 2 смены по 7 часов, 5 дней в неделю.

Коэффициент учета крепости руды /2/

где: Q ц. др. - суточная производительность цеха дробления, т/сут

Коэффициент, учитывающий неравномерность свойств сырья /2/

где: Q ч..ц. др - часовая производительность цеха дробления, т/ч

k n - коэффициент учитывающий неравномерность свойств сырья,

n сут - расчетное число рабочих дней в году,

n см - количество смен в сутки,

t см - продолжительность смены,

k" - коэффициент учета крепости руды,

Расчет годового фонда рабочего времени:

Ц = (n сут. · n см. · t см) = 259 · 2 · 5 · = 2590 (3)

Коэффициент использования по времени:

k в = 2590/8760 = 0,29 д.е. = 29%

2. Расчет схемы дробления. Расчет ведем согласно стр. 68-78 2.

По заданию влажность исходной руды - 1,5%,т. е.

Порядок расчета:

1. Определим степень дробления

2. Примем степень дробления.

3. Определим максимальную крупность продуктов после дробления:

4. Определим ширину разгрузочных щелей дробилки, приняв по типовым характеристикам Z - закрупнение дробленого продукта относительно размера разгрузочной щели.

5. Проверим соответствие выбранной схемы дробления выпускаемому оборудованию.

Требования, которым должны удовлетворить дробилки, указаны в таблице 1.

Таблица 1

По ширине приемного отверстия и диапазону регулировки щели разгрузочной подходят дробилки марки ЩДП 12Х15.

Произведем расчет производительности дробилки по формуле (109/2/):

Q кат. = м 3 /ч

Q дроб. = Q кат. · с n · k f · k кр. · k вл. · k ц, m 3 /ч (7)

где с n - насыпная плотность руды = 1,6 т/м 3 ,

Q кат. - паспортная производительность дробилки, м 3 /ч

k f . , k вл. , k кр, k ц - поправочные коэффициенты на крепость (дробимость), насыпная плотность, крупность и влажность руды.

Значение коэффициентов находим по таблице k f =1,6; k кр =1,05; k вл. =1%;

Q кат. = S пр. / S н · Q н = 125 / 155 · 310 ? 250 м 3 /ч

Найдем фактические производительности дробилки для условий, определенных проектом:

Q дроб. = 250 · 1,6 · 1,00 · 1,05 · 1 · 1 = 420 т/ч

По результатам расчета определим количество дробилки:

Принимаем к установке ЩДП 12 х 15 - 1 шт.

2.2 Расчет схемы измельчения

Выбранная в проекте схема измельчения представляет собой разновидность ВА Разумов К.А. стр. 86.

Порядок расчета:

1. Определяем часовую производительность цеха измельчения, которая является фактически часовой производительностью всей фабрики, так как цех измельчения является главным корпусом рудоподготовки:

где 343- количество рабочих дней в году

24 - непрерывная рабочая неделя 3 смены по 8 часов (3х8=24 часа)

К в - коэффициент использования оборудования

К н - коэффициент, учитывающий неравномерность свойств сырья

Принимаем: К в =0,9 К н =1,0

Склад крупнодробленой руды обеспечивает двухсуточный запас руды:

V= 48 127,89 / 2,7 = 2398,22

Принимаем исходные данные

зададимся разжижением в сливе и песках классификации:

R 10 =3 R 11 =0,28

(R 13 взято на основе ряда 2 стр. 262 в зависимости от крупности слива)

в 1 -0,074 =10% - содержание класса - 0,074 мм в дробленой руде

в 10 -0,074 =80 % - содержание класса - 0,074 мм в сливе классификации.

Принимаем оптимальную циркуляционную нагрузку С опт =200%.

Порядок расчета:

Измельчение I и II стадий представлены схемой типа ВА стр. 86 рис. 23.

Расчет схемы В сводится к определению весов продуктов 2 и 5 (выхода продуктов находятся по общей формуле г n = Q n: Q 1)

Q 7 = Q 1 С опт =134,9 · 2 = 269,8 т/ч;

Q 4 = Q 5 = Q 3 + Q 7 = 404,7 т/ч;

г 4 = г 5 = 300 %;

г 3 = г 6 = 100 %

Расчет ведем согласно Разумову К.А. 1 стр. 107-108.

1. Расчет схемы А

Q 8 = Q 10 ; Q 11 = Q 12 ;

Q 9 = Q 8 + Q 12 = 134,88 + 89,26 = 224,14 т/ч

г 1 = 100 % ; г 8 = г 10 = 99,987 %;

г 11 = г 12 =Q 12: Q 1 = 89,26: 134,88 = 66,2 % ;

г 9 = Q 9: Q 1 = 224,14: 134,88 = 166,17 %

Технологическая схема обога щ ения молибдено-вольфрамовых руд .

Расчет по качественно-количественной схеме .

Исходные данные для расчета качественно-количественной схем ы.

Извлечение вольфрама в окончательный концентрат - е вольфрам 17 =68%

Извлечение вольфрама в коллективный концентрат - е вольфрам 15 =86%

Извлечение вольфрама в молибденовый концентрат - е вольфрам 21 =4 %

Извлечение молибдена в окончательный концентрат - е Мо 21 =77%

Извлечение молибдена в хвосты вольфрамовой флотации - е Мо 18 =98%

Извлечение молибдена в концентрат контрольной флотации - е Мо 19 =18%

Извлечение молибдена в коллективный концентрат - е Мо 15 =104%

Выход коллективного концентрата - г 15 =36%

Выход вольфрамого концентрата - г 17 =14%

Выход молибденового концентрата - г 21 =15%

Выход концентрата контрольной флотации - г 19 =28%

Определяем выхода продуктов обогащения

г 18 = г 15 - г 17 =36-14=22%

г 22 = г 18 - г 21 =22-15=7%

г 14 = г 13 + г 19 + г 22 =100+28+7=135%

г 16 = г 14 - г 15 =135-36=99%

г 20 = г 16 - г 19 =99-28=71%

Определяем массы продуктов обогащения

Q 13 = 127,89т/ч.

Q 1 4 = Q 13 х г 14 = 127,89х1,35=172,6 т/ч

Q 1 5 = Q 13 х г 15 = 127,89х0,36=46,0 т/ч

Q 1 6 = Q 13 х г 16 = 127,89х0,99=126,6т/ч

Q 1 7 = Q 13 х г 17 = 127,89х0,14=17,9 т/ч

Q 1 8 = Q 13 х г 18 = 127,89х0,22=28,1 т/ч

Q 1 9 = Q 13 х г 19 = 127,89х0,28=35,8 т/ч

Q 20 = Q 13 х г 20 = 127,89х0,71=90,8 т/ч

Q 21 = Q 13 х г 21 = 127,89х0,15=19,1 т/ч

Q 22 = Q 13 х г 22 = 127,89х0,07=8,9 т/ч

Определяем извлечение продуктов обогащения

Для вольфрама

е вольфрам 13 =100 %

е вольфрам 18 = е вольфрам 15 - е вольфрам 17 =86-68=28 %

е вольфрам 22 = е вольфрам 18 - е вольфрам 21 =28-14=14 %

е вольфрам 14 = е вольфрам 13 + е вольфрам 22 + е вольфрам 19 =100+14+10=124 %

е вольфрам 16 = е вольфрам 14 - е вольфрам 15 =124-86=38%

е вольфрам 20 = е вольфрам 13 - е вольфрам 17 + е вольфрам 21 =100 - 68+4=28%

е вольфрам 19 = е вольфрам 16 - е вольфрам 20 =38-28=10 %

для молибдена

е Мо 13 =100%

е Мо 22 = е Мо 18 - е Мо 21 =98-77=11 %

е Мо 14 = е Мо 13 + е Мо 22 + е Мо 19 =100+11+18=129 %

е Мо 16 = е Мо 14 - е Мо 15 =129-94=35 %

е Мо 17 = е Мо 15 - е Мо 18 =104-98=6%

е Мо 20 = е Мо 13 - е Мо 17 + е Мо 21 =100 - 6+77=17%

е Мо 19 = е Мо 16 - е Мо 20 =35-17=18%

Определяем количество металлов в продукт ах обогащения

Для вольфрама

14 =124 х0,5 / 135=0,46%

15 =86х0,5 / 36=1,19%

16 =38 х0,5 / 99=0,19%

17 =68 х0,5 / 14=2,43%

18 =28 х0,5 / 22=0,64%

19 =10 х0,5 / 28=0,18%

20 =28 х0,5 / 71=0,2%

21 =14 х0,5 / 15=0,46%

22 =14 х0,5 / 7=1%

Для молибдена

14 =129 х0,04/ 135=0,04%

15 =94х0,04/ 36=0,1%

16 =35 х0,04 / 99=0,01%

17 =6 х0,04 / 14=0,017%

18 =98 х0,04 / 22=0,18%

19 =18 х0,04 / 28=0,025%

20 =17 х0,04 / 71=0,009%

21 =77 х0,04 / 15=0,2%

22 =11 х0,04 / 7=0,06%

Таблица 3. Таблица качественно-количественной схемы обогащения

№ операции прод.		Q, т/ч	, %	медь , %	медь , %	цинк , %	цинк , %
I	Измельчение I стадия
	поступает
	дроблёная руда
	выходит
	измельчённая руда
II	Классификация
	поступает
	Измел ь ченн ы й продукт I ст. измельчения
	Измел ь ченн ы й продукт II ст .измельчения
	выходит
	слив
	пески
III	Измельчение I I стадия
	поступает
	Пески классификации
	выходит
	Измелченн ы й продукт
IV	Коллективная Wo 3 -Mo флотация
	поступает
	Слив классификации
	Хвосты Mo флотаци и
	выходит
	концентрат
	хвост ы
V	Контрольная флотация
	поступает
	Хвост ы коллективной флотации
	выходит
	концентрат
	хвост ы
VI	Вольфрамовая флотация
	поступает
	Концентрат коллективной флотации
	выходит
	концентрат
	хвост ы
	Мо флотация
	поступает
	Хвост ы Wo 3 флотации
	выходит
	концентрат
	хвост ы

Расчет водно-шламовой схемы .

Целью расчета водно-шламовой схемы является: обеспечение оптимальных отношений Ж:Т в операциях схемы; определение количества воды, добавляемой в операции или, наоборот, выделяемой из продуктов при операциях обезвоживания; определение отношений Ж:Т в продуктах схемы; определение общей потребности воды и удельного расхода воды на тонну перерабатываемой руды.

Для получения высоких технологических показателей переработки руды каждую операцию технологической схемы необходимо проводить при оптимальных значениях отношения Ж:Т. Эти значения устанавливаются по данным испытаний обогатимости руды и практики работы действующих обогатительных фабрик.

Относительно низкий удельный расход воды на тонну перерабатываемой руды объясняется наличием на проектируемой фабрике внутрифабричного водооборота, так как сливы сгустителей подаются в цикл измельчение - классификация. Расход воды на смыв полов, промывку аппаратов и на другие цели составляет 10-15% от общего расхода.

Таблица 3. Таблица качественно-количественной схемы обогащения.

№ опе рации прод.	Наименование операций и продуктов	Q, т/ч	, %	R	W
I	Измельчение I стадия
	поступает
	дроблёная руда			0 , 0 25
	выходит
	измельчённая руда
II	Классификация
	поступает
	Измел ь ченн ы й продукт I ст. измельчения
	Измел ь ченн ы й продукт II ст .измельчения
	выходит
	слив
	пески
III	Измельчение I I стадия
	поступает
	Пески классификации
	выходит
	Измелченн ы й продукт
IV	Коллективная Wo 3 -Mo флотация
	поступает
	Слив классификации
	Концентрат контрольной флотации
	Хвосты Мо флотаци и
	выходит
	концентрат
	Хвост ы
V	Контрольная флотация
	поступает
	Хвост ы коллективной флотации
	выходит
	концентрат
	Хвост ы
VI	Вольфрамовая флотация
	Поступает
	Концентрат коллективной флотации
	Выходит
	Концентрат
	Хвост ы
	Мо флотация
	Поступает
	Хвост ы вольфрамовой флотации
	Выходит
	концентрат
	хвост ы

Выбор и расчёт дробилки .

Выбор типа и размера дробилки зависит от физических свойств руды, требуемой производительности дробилки, крупности дробленого продукта и твердости руды.

Вольфрамо-молибденовая руда по категории крепости является рудой средней крепости.

Максимальный размер куска руды, поступающей в операцию дробления равен 1000 мм.

Для дробления руды, поступающей с рудника, принимаю к установке щековую дробилку с простым качанием щеки ЩДП 12x15. *

Производительность дробилки, Q равна:

Q =q*L*i, т/ч,

где q - удельная производительность щековой дробилки на 1 см 2 площади разгрузочной щели, т/(см 2 * ч);

L - длина разгрузочной щели шековой дробилки, см;

i - ширина разгрузочной щели, см. /4/

По данным практики работы дробильного отделения обогатительной фабрики удельная производительность щековой дробилки равна 0,13 т/см 2 * час.

Производительность щековой дробилки определится:

Q= 0,13*150*15,5 = 302,25 т/ч.

Принятая к установке дробилка обеспечивает заданную производительность по руде.

Максимальный размер куска в питании дробилки составит:

120*0,8 = 96 см.

Выбор и расчёт колосникового грохота

Перед дробилкой устанавливается колосниковый грохот с размером отверстий 95 см (950 мм).

Необходимая площадь грохочения определяется по формуле:

где Q* - производительность, т/ч;

а - коэффициент равный ширине щели между колосниками, мм. /5/ По условиям компоновки ширину колосникового грохота принимаем равной 2,7 м, длину 4,5 м.

Практика работы дробильного отделения фабрики показывает, что в руде, доставляемой из карьера, содержится около 4,5 % кусков крупностью более 950 мм. Куски такой крупности доставляют фронтальным погрузчиком на рудный двор, где они подвергаются дроблению и снова подаются погрузчиком на колосниковый грохот.

2.3 Выбор и расчёт мельниц полусамоизмельчения

В последнее время при переработке золотосодержащих руд в мировой и отечественной практике в первой стадии измельчения все больше распространение находят мельницы полусамоизмельчения с последующим цианированием. В этом случае исключаются потери золота с железным скрапом и крошкой, снижается расход цианида при цианировании и улучшаются санитарные условия работы на кварцевых силикатных рудах. Поэтому принимаю к установке в первой стадии измельчения мельницу полусамоизмельчения (ПСИ).

1. Находим удельную производительность по вновь образованному классу действующей мельницы ПСИ, т/(м 3 * ч):

где Q - производительность действующей мельницы, т/ч;

- содержание класса -0,074 мм в сливе мельницы, %;

- содержание класса -0,074 мм в исходном продукте, %;

Д - диаметр действующей мельницы, м;

L - длина действующей мельницы, м.

2. Определяем удельную производительность проектируемой мельницы по вновь образованному классу:

где q 1 - удельная производительность работающей мельницы по тому же классу;

К и - коэффициент, учитывающий различия в измельчаемости проектируемой к переработке и перерабатываемой руды (Ки=1);

К к - коэффициент, учитывающий различие в крупности исходного и конечного продуктов измельчения на действующей и на проектируемой фабриках (К к =1);

К D - коэффициент, учитывающий различие в диаметрах барабанов проектируемой и работающей мельниц:

К D = ,

где D и D 1 соответственно номинальные диаметры барабанов проектируемой к установке и работающей мельниц. (К D =1,1);

К т - коэффициент, учитывающий различия в типе проектируемой и работающей мельниц (Кт=1).

q = 0,77*1*1*1,1*1 =0,85 т/(м 3 * ч).

Принимаю к установке мельницу самоизмельчения « Каскад» диаметром 7 м и длиной 2,3 м с рабочим объемом 81,05 м 3

3. Определяем производительность мельниц по руде по формуле:

где V - рабочий объем мельницы. /4/

4. Определяем расчетное число мельниц:

n- 101/125,72 = 0,8;

тогда и принятое будет равно 1 . Мельница «Каскад» обеспечивает заданную производительность.

Выбор и расчёт грохота II стадии грохочения .

Слив мельниц полусамоизмельчения насосами...

Подобные документы

Выбор технологической схемы обогащения железной руды. Расчет мощности и выбор типа обогатительного сепаратора. Определение производительности сепараторов для сухой магнитной сепарации с верхним питанием. Технические параметры сепаратора 2ПБС-90/250.

контрольная работа , добавлен 01.06.2014


Определение общей степени дробления для цеха дробления. Подбор степени дробления. Расчет и выбор дробилок, колосникового грохота. Расчет грохота второй стадии дробления. Расчет схемы измельчения и выбор оборудования для измельчения и классификации.

курсовая работа , добавлен 20.01.2016


Изучение вещественного состава руды. Выбор и расчет мельниц первой и второй стадий измельчения, гидроциклонов, магнитных сепараторов. Расчет дешламатора для операции обесшламливания. Требования к качеству концентрата. Расчет водно-шламовой схемы.

курсовая работа , добавлен 15.04.2015


Выбор и обоснование схемы измельчения, классификации и обогащения руды. Вычисление выхода продукта и содержания в нем металла. Расчет качественно-количественной и водно-шламовой схемы. Методы контроля технологического процесса средствами автоматизации.

курсовая работа , добавлен 23.10.2011


Выбор и обоснование схемы дробления и измельчения, дробильного, классифицирующего и измельчительного оборудования. Характеристика крупности исходной руды. Расчет стадий дробления, грохотов, мельниц, классификатора. Ситовые характеристики крупности.

курсовая работа , добавлен 19.11.2013


Геологическая характеристика месторождения. Характеристика перерабатываемой руды, разработка и расчет схемы ее дробления. Выбор и расчет оборудования для дробильного отделения. Определение количества смен и трудозатрат на обеспечение технологии дробления.

курсовая работа , добавлен 25.02.2012


Технология обогащения железной руды и концентрата, анализ опыта зарубежных предприятий. Характеристика минерального состава руды, требования к качеству концентрата. Технологический расчет водно-шламовой и качественно-количественной схемы обогащения.

курсовая работа , добавлен 23.10.2011


Построение качественно-количественной схемы подготовительных операций дробления, грохочения железной руды: выбор метода, выход продуктов. Обзор рекомендуемого оборудования. Магнитно-гравитационная технология и флотационное обогащение железной руды.

курсовая работа , добавлен 09.01.2012


Особенности и этапы осуществления технологии дробления. Уточненный расчет схемы грохочения. Выбор и расчет дробилок. Определение потребности оборудования для рудоподготовки, вспомогательного оборудования. Положения техники безопасности в цехе дробления.

курсовая работа , добавлен 12.01.2015


Выбор и расчет основного технологического оборудования процесса переработки минерального сырья, питателей. Расчет операций грохочения. Выбор и обоснование количества основного оборудования, их технические характеристики, назначение и основные функции.

ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

Артемова Олеся Станиславовна

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ВОЛЬФРАМА ИЗ ЛЕЖАЛЫХ ХВОСТОВ ДЖИДИНСКОГО ВМК

Специальность 25.00.13- Обогащение полезных ископаемых

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Иркутск 2004

Работа выполнена в Иркутском государственном техническом университете.

Научный руководитель: Доктор технических наук,

профессор К. В. Федотов

Официальные оппоненты: Доктор технических наук,

профессор Ю.П. Морозов

Кандидат технических наук А.Я. Машович

Ведущая организация: Санкт-Петербургский государственный

горный институт (технический университет)

Защита состоится 22 декабря 2004 г. в /О* часов на заседании диссертационного совета Д 212.073.02 Иркутского государственного технического университета по адресу: 664074, Иркутск, ул. Лермонтова, 83, ауд. К-301

Ученый секретарь диссертационного совета профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Сплавы вольфрама находят широкое применение в машиностроении, горном деле, металлообрабатывающей промышленности, в производстве электроосветительной аппаратуры. Главным потребителем вольфрама является металлургия.

Увеличение производства вольфрама возможно за счет вовлечения в переработку сложных по составу, труднообогатимых, бедных по содержанию ценных компонентов и забалансовых руд, путем широкого применения методов гравитационного обогащения.

Вовлечение в переработку лежалых хвостов рудообогащения Джидинского ВМК позволит решить актуальную проблему сырьевой базы, увеличить выпуск востребованного вольфрамового концентрата и улучшить экологическую ситуацию в Забайкальском регионе.

Цель работы: научно обосновать, разработать и апробировать рациональные технологические методы и режимы обогащения лежалых вольфрамсодержащих хвостов Джидинского ВМК.

Идея работы: изучение взаимосвязи структурного, вещественного и фазового составов лежалых хвостов Джидинского ВМК с их технологическими свойствами, позволяющей создать технологию переработки техногенного сырья.

В работе решались следующие задачи: оценить распределение вольфрама по всему пространству основного техногенного образования Джидинского ВМК; изучить вещественный состав лежалых хвостов Джижинского ВМК; исследовать контрастность лежалых хвостов в исходной крупности по содержанию W и 8 (II); исследовать гравитационную обогатимость лежалых хвостов Джидинского ВМК в различной крупности; определить целесообразности использования магнитного обогащения для повышения качества черновых вольфрамсодержащих концентратов; оптимизировать технологическую схему обогащения техногенного сырья ОТО Джидинского ВМК; провести полупромышленные испытания разработанной схемы извлечения W из лежалых хвостов ДВМК.

Методы исследования: спектральный, оптический, оптико-геометрический, химический, минералогический, фазовый, гравитационный и магнитный методы анализа вещественного состава и технологических свойств исходного минерального сырья и продуктов обогащения.

Достоверность и обоснованность научных положений, выводов обеспечены представительным объемом лабораторных исследований; подтверждены удовлетворительной сходимостью расчетных и экспериментально полученных результатов обогащения, соответствием результатов лабораторных и опытно-промышленных испытаний.

НАЦИОНАЛЬНАЯ I БИБЛИОТЕКА I СПек гЛЙЛ!

Научная новизна:

1. Установлено, что техногенное вольфрамсодержащее сырье Джидинского ВМК в любой крупности эффективно обогащается гравитационным методом.

2. С помощью обобщенных кривых гравитационной обогатимости определены предельные технологические показатели переработки лежалых хвостов Джидинского ВМК различной крупности гравитационным методом и выявлены условия получения отвальных хвостов с минимальными потерями вольфрама.

3. Установлены новые закономерности разделительных процессов, определяющие гравитационную обогатимость вольфрамсодержащего техногенного сырья в крупности +0,1 мм.

4. Для лежалых хвостов Джидинского ВМК выявлена надежная и достоверная корреляционная связь межу содержаниями WO3 и S(II).

Практическая значимость: разработана технология обогащения лежалых хвостов Джидинского ВМК, обеспечивающая эффективное извлечение вольфрама, позволяющая получить кондиционный вольфрамовый концентрат.

Апробация работы: основное содержание диссертационной работы и ее отдельные положения докладывались на ежегодных научно-технических конференциях Иркутского государственного технического университета (г.Иркутск, 2001-2004 гг.), всероссийской школе-семинаре молодых ученых «Леоновские чтения - 2004» (г.Иркутск, 2004 г.), научном симпозиуме «Неделя горняка - 2001» (г.Москва, 2001 г.), всероссийской научно-практической конференции «Новые технологии в металлургии, химии, обогащении и экологии» (г.Санкт-Петербург, 2004 г.), Плаксинские чтения - 2004. В полном объеме диссертационная работа представлялась на кафедре Обогащения полезных ископаемых и инженерной экологии в ИрГТУ, 2004 г. и на кафедре Обогащения полезных ископаемых СПГГИ (ТУ), 2004 г.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 8 печатных

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 3 глав, заключения, 104 библиографических источников и содержит 139 страниц, включая 14 рисунков, 27 таблиц и 3 приложения.

Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю д.т.н., проф. К.В. Федотову за профессиональное и доброжелательное руководство; проф. О.Н. Бельковой - за ценные советы и полезные критические замечания, высказанные в процессе обсуждения диссертационной работы; Г.А. Бадениковой - за консультирование по расчету технологической схемы. Автор искренне благодарит сотрудников кафедры за всестороннюю помощь и поддержку, оказанные при подготовке диссертации.

Объективными предпосылками вовлечения в производственный оборот техногенных образований являются:

Неизбежность сохранения природно-ресурсного потенциала. Обеспечивается сокращением добычи первичных минерально-сырьевых ресурсов и снижением объема наносимого окружающей среде ущерба;

Необходимость замены первичных ресурсов вторичными. Обусловлена потребностями производства в материально-сырьевых ресурсах, в том числе тех отраслей, природно-сырьевая база которых практически исчерпана;

Возможность использования техногенных отходов обеспечивается внедрением достижений научно-технического прогресса.

Производство продукции из техногенных месторождений, как правило, в несколько раз дешевле, чем из специально добываемого для этого сырья, и характеризуется быстрой окупаемостью капиталовложений.

Хранилища отходов рудообогащения являются объектами повышенной экологической опасности из-за их негативного воздействия на воздушный бассейн, подземные и поверхностные воды, почвенный покров на обширных территориях.

Платежи за загрязнение представляют собой форму возмещения экономического ущерба от выбросов и сбросов загрязняющих веществ в окружающую природную среду, а также за размещение отходов на территории Российской Федерации.

Джидинское рудное поле относится к высокотемпературному глубинному гидротермальному кварц-вольфрамитовому (или кварц-гюбнеритовому) типу месторождений, играющих важнейшую роль в добыче вольфрама. Главным рудным минералом является вольфрамит, состав которого колеблется от ферберита до побнерита со всеми промежуточными членами ряда. Шеелит - менее распространенный вольфрамат.

Руды с вольфрамитом обогащаются главным образом по гравитационной схеме; применяются обычно гравитационные методы мокрого обогащения на отсадочных машинах, гидроциклонах и концентрационных столах. Для получения кондиционных концентратов применяют магнитную сепарацию.

Руды на фабрике Джидинского ВМК до 1976 г. перерабатывались по двухстадиальной гравитационной схеме, включающей тяжелосредное обогащение в гидроциклонах, двухстадиальную концентрацию узко классифицированных рудных материалов на трехдечных столах типа СК-22, доизмельчение и обогащение промродуктов в отдельном цикле. Шламы обогащались по отдельной гравитационной схеме с использованием отечественных и зарубежных концентрационных шламовых столов.

С 1974 по 1996 гг. складировались хвосты обогащения только вольфрамовых руд. В 1985-86 году руды перерабатывались по гравитационно -флотационной технологической схеме. Поэтому в основное хвостохранилище сбрасывались хвосты гравитационного обогащения и сульфидный продукт флотогравитации. С середины 80х годов ввиду возросшего потока руды, подававшейся с Инкурского рудника, возрос удельный вес отходов крупных

классов, вплоть до 1-3 мм. После остановки Джидинского ГОКа в 1996 г. прудок-отстойник самоликвидировался за счет испарения и фильтрации.

В 2000 г выделено как самостоятельный объект «хвостохранилище аварийного сброса» (ХАС) в связи с достаточно существенным его отличием от основного хвостохранилища по условиям залегания, масштабу запасов, качеству и степени сохранности техногенных песков. Другим побочным хвостохранилищем являются аллювиальные техногенные отложения (АТО), к которым относятся переотложенные хвосты флотации молибденовых руд на участке долины р. Модонкуль.

Базовые нормативы платы за размещение отходов в пределах установленных лимитов по Джидинскому ВМК составляют 90 620 000 руб. Ежегодный экологический ущерб от деградации земли из-за размещения лежалых хвостов рудообогащения оценивается в 20 990 200 руб.

Таким образом, вовлечение в переработку лежалых хвостов рудообогащения Джидинского ВМК позволит: 1) решить проблему сырьевой базы предприятия; 2) увеличить выпуск востребованного "-концентрата и 3) улучшить экологическую ситуацию в Забайкальском регионе.

Вещественный состав и технологические свойства техногенного минерального образования Джидинского ВМК

Проведено геологическое опробование лежалых хвостов Джидинского ВМК. При обследовании побочного хвостохранилища (хвостохранилище аварийного сброса (ХАС)) отобрано 13 проб. На площади месторождения АТО было отобрано 5 проб. Площадь опробования основного хвостохранилища (ОТО) составила 1015 тыс. м2 (101,5 га), отобрано 385 частных проб. Масса отобранных проб - 5 т. Все отобранные пробы проанализированы на содержание "03 и 8 (И).

ОТО, ХАТ и АТО статистически сравнивались по содержанию " 03 с помощью критерия Стьюдента. С доверительной вероятностью 95% установлено: 1) отсутствие значимого статистического различия по содержанию "03 между частными пробами побочных хвостохранилищ; 2) средние результаты опробования ОТО по содержанию "03 в 1999 и 2000 гг. относятся к одной генеральной совокупности; 3) средние результаты опробования основного и побочных хвостохранилищ по содержанию " 03 значимо отличаются друг от друга и минеральное сырье всех хвостохранилищ не может быть переработано по одной и той же технологии.

Предметом нашего исследования является ОТО.

Вещественный состав минерального сырья ОТО Джидинского ВМК установлен по данным анализов рядовых и групповых технологических проб, а также продуктов их переработки. Рядовые пробы анализировались на содержание "03 и 8(11). Групповые пробы использованы для минералогического, химического, фазового и ситового анализов.

По данным спектрального полуколичественного анализа представительной аналитической пробы выявлены основной полезный компонент - " и второстепенные - РЬ, /и, Си, Аи и Содержание "03 в форме шеелита

достаточно стабильно во всех классах крупности различных разностей песков и составляет в среднем 0,042-0,044%. Содержание WO3 в форме гюбнерита неодинаково в различных классах крупности. Высокие содержания WO3 в форме гюбнерита отмечены в частицах крупности +1 мм (от 0,067 до 0,145%) и особенно в классе -0,08+0 мм (от 0,210 до 0,273%). Эта особенность характерна для светлых и темных песков и сохраняется для усредненной пробы.

Результаты спектрального, химического, минералогического и фазового анализов подтверждают, что свойства гюбнерита, как основной минеральной формы \УОз, будут определять технологию обогащения минерального сырья ОТО Джидинского ВМК.

Гранулометрическая характеристика сырья ОТО с распределением вольфрама по классам крупности приведена на рис. 1,2.

Видно, что основная масса материала пробы ОТО (~58%) имеет крупность -1+0,25 мм, по 17% приходится на крупный (-3+1 мм) и мелкий (-0,25+0,1 мм) классы. Доля материала крупностью -0,1 мм составляет около 8%, из которого половина (4,13%) приходится на шламовый класс-0,044+0 мм.

Для вольфрама характерно незначительное колебание (0,04-0,05%) содержания в классах крупности от -3 +1 мм до -0,25+0,1 мм и резкое повышение (до 0,38%) в классе крупности -0,1+0,044 мм. В шламовом классе -0,044+0 мм содержание вольфрама снижается до 0,19%. То есть 25,28% вольфрама сосредоточено в классе -0,1+0,044 мм при выходе данного класса около 4% и 37,58% - в классе -0,1+0 мм при выходе данного класса 8,37%.

В результате анализа данных по вкрапленности гюбнерита и шеелита в минеральном сырье ОТО исходной крупности и измельченном до - 0,5мм (см. табл. 1).

Таблица 1 - Распределение зерен и сростков побнерита и шеелита по классам крупности исходного и измельченного минерального сырья _

Классы крупности, мм Распределение, %

Гюбнерит Шеелит

Своб. зерна | Сростки Своб. зерна | Сростки

Материал ОТО в исходной крупности (- 5 +0 мм)

3+1 36,1 63,9 37,2 62,8

1+0,5 53,6 46,4 56,8 43,2

0,5+0,25 79,2 20,8 79,2 20,8

0,25+0,125 88,1 11,9 90,1 9,9

0,125+0,063 93,6 6,4 93,0 7,0

0,063+0 96,0 4,0 97,0 3,0

Сумма 62,8 37,2 64,5 35,5

Материал ОТО, измельченный до - 0,5 +0 мм

0,5+0,25 71,5 28,5 67,1 32,9

0,25+0,125 75,3 24,7 77,9 22,1

0,125+0,063 89,8 10,2 86,1 13,9

0,063+0 90,4 9,6 99,3 6,7

Сумма 80,1 19,9 78,5 21,5

Сделан вывод о необходимости классификации обесшламленного минерального сырья ОТО по крупности 0,1 мм и раздельного обогащения получаемых классов. Из крупного класса следует: 1) выделить свободные зерна в черновой концентрат, 2) хвосты, содержащие сростки, подвергнуть доизмельчению, обесшламливанию, объединению с обесшламленным классом -0,1+0 мм исходного минерального сырья и гравитационному обогащению для извлечения тонких зерен шеелита и побнерита в промпродукт.

Для оценки контрастности минерального сырья ОТО использована технологическая проба, являющаяся совокупностью 385 частных проб. Результаты фракционирования частных проб по содержанию WO3 и сульфидной серы приведены на рис.3,4.

0 Ы ОС 0.2 »л М ол О 2 СС * _ " 8

С(кк|Юпытетр«окнсмм»фр**м.% Содержатся гульфкшоЯ

Рис. 3 Кривые условной контрастности исходного Рис. 4 Кривые условной контрастности исходного

минерального сырья ОТО по содержанию Ч/О} минерального сырья ОТО по содержанию 8 (II)

Установлено, что показатели контрастности по содержанию WO3 и S (II) равны 0,44 и 0,48 соответственно. С учетом классификации руд по контрастности исследуемое минеральное сырье по содержанию WO3 и S (II) относится к категории неконтрастных руд. Радиометрическое обогащение не

пригодно для извлечения вольфрама из мелкоразмерных лежалых хвостов Джидинского ВМК.

Результаты корреляционного анализа, с помощью которого выявлена математическая зависимость между концентрациями \\Юз и 8 (II) (Стоз=0»0232+0,038С5(и)И г=0,827; корреляционная связь является достоверной и надежной), подтверждают выводы о нецелесообразности использования радиометрической сепарации.

Результаты анализа по разделению минеральных зерен ОТО в тяжелых жидкостях, приготовленных на основе селенового бромида, использованы для расчета и построения кривых гравитационной обогатимости (рис. 5), из вида которых, особенно кривой следует, что для минерального сырья ОТО Джидинского ВМК в любой крупности пригоден гравитационный метод обогащения.

Учитывая недостатки в использовании кривых гравитационной обогатимости, особенно кривой для определения содержания металла во всплывших фракциях с заданным выходом или извлечением строили обобщенные кривые гравитационной обогатимости (рис 6), результаты анализа которых даны в табл. 2.

Таблица 2 - Прогнозные технологические показатели обогащения разных классов крупности лежалых хвостов Джидинского ВМК гравитационным методом_

г Класс крупности, мм Максимальные потери \У с хвостами, % Выход хвостов, % Содержание XV, %

в хвостах в конц-те

3+1 0,0400 25 82,5 0,207 0,1

3+0,5 0,0400 25 84 0,19 0,18

3+0,25 0,0440 25 90 0,15 0,28

3+0,1 0,0416 25 84,5 0,07 0,175

3+0,044 0,0483 25 87 0,064 0,27

1+0,5 0,04 25 84,5 0,16 0,2

1+0,044 0,0500 25 87 0,038 0,29

0,5+0,25 0,05 25 92,5 0,04 0,45

0,5+0,044 0,0552 25 88 0,025 0,365

0,25+0,1 0,03 25 79 0,0108 0,1

0,25+0,044 0,0633 15 78 0,02 0,3

0,1+0,044 0,193 7 82,5 0,018 1,017

По гравитационной обогатимости классы -0,25+0,044 и -0,1+0,044 мм существенно отличается от материала иной крупности. Лучшие технологические показатели гравитационного обогащения минерального сырья прогнозируются для класса крупности -0,1+0,044 мм: ^ |*0М4=82,5%, =0,018% и е* =7%.

Результаты электромагнитного фракционирования тяжелых фракций (ТФ), гравитационного анализа с помощью универсального магнита Сочнева С-5 и магнитной сепарации ТФ показали, что общий выход сильномагнитной и немагнитной фракций составляет 21,47% и потери " в них равны 4,5%. Минимальные потери " с немагнитной фракцией и максимальное содержание " в объединенном слабомагнитном продукте прогнозируются при условии, если питание сепарации в сильном магнитном поле имеет крупность -0,1+0 мм.

Рис. 5 Кривые гравитационной обогатимости лежалых хвостов Джидинского ВМК

е) класс -0,1+0,044 мм

Рис. 6 Обобщенные кривые гравитационной обогатимости различных классов крупности минерального сырья ОТО

Разработка технологической схемы обогащения лежалых хвостов рудообогащения Джидинского ВМ К

Результаты технологического опробования различных способов гравитационного обогащения лежалых хвостов ОТО Джидинского ВМК представлены в табл. 3.

Таблица 3 - Результаты тестирования гравитационных аппаратов

Получены сопоставимые технологические показатели по извлечению WO3 в черновой концентрат при обогащении неклассифицированных лежалых хвостов как при винтовой сепарации, так и при центробежной сепарации. Минимальные потери WO3 с хвостами выявлены при обогащении в центробежном концентраторе класса -0,1+0 мм.

В табл. 4 дан гранулометрический состав чернового W-концентрата крупностью -0,1+0 мм.

Таблица 4 - Гранулометрический состав чернового W-концентрата

Класс крупности, мм Выход классов, % Содержание Распределение АУОз

Абсолютное Относительное, %

1+0,071 13,97 0,11 1,5345 2,046

0,071+0,044 33,64 0,13 4,332 5,831

0,044+0,020 29,26 2,14 62,6164 83,488

0,020+0 23,13 0,28 6,4764 8,635

Итого 100,00 0,75 75,0005 100,0

В концентрате основное количество WO3 находится в классе -0,044+0,020 мм.

Согласно данным минералогического анализа по сравнению с исходным материалом в концентрате больше массовая доля побнерита (1,7%) и рудных сульфидных минералов, особенно пирита (16,33%). Содержание породообразующих - 76,9%. Качество чернового W-концентрата может быть повышено последовательным применением магнитной и центробежной сепарации.

Результатами тестирования гравитационных аппаратов для извлечения >УОз из хвостов первичного гравитационного обогащения минерального сырья ОТО в крупности +0,1 мм (табл. 5) доказано, что самым эффективным аппаратом является концентратор ККЕЬ80№

Таблица 5 - Результаты тестирования гравитационных аппаратов

Продукт Г,% ßwo>, % rßwo> ст">, %

винтовой сепаратор

Концентрат 19,25 0,12 2,3345 29,55

Хвосты 80.75 0,07 5,5656 70,45

Исходная проба 100,00 0,079 7,9001 100,00

винговой шлюз

Концентрат 15,75 0,17 2,6750 33,90

Хвосты 84,25 0,06 5,2880 66,10

Исходная проба 100,00 0,08 7,9630 100,00

концентрационный стол

Концентрат 23,73 0,15 3,56 44,50

Хвосты 76,27 0,06 4,44 55,50

Исходная проба 100,00 0,08 8,00 100,00

центробежный концентратор KC-MD3

Концентрат 39,25 0,175 6,885 85,00

Хвосты 60,75 0,020 1,215 15,00

Исходная проба 100,00 0,081 8,100 100,00

При оптимизации технологической схемы обогащения минерального сырья ОТО Джидинского ВМК учитывали: 1) технологические схемы переработки тонковкрапленных вольфрамитовых руд отечественных и зарубежных обогатительных фабрик; 2) технические характеристики современного применяемого оборудования и его габариты; 3) возможность использования одного и того же оборудования для одновременной реализации двух операций, например, разделения минералов по крупности и обезвоживания; 4) экономические затраты на аппаратурное оформление технологической схемы; 5) результаты, изложенные в главе 2; 6) требования ГОСТов, предъявляемые к качеству вольфрамовых концентратов.

При полупромышленных испытаниях разработанной технологии (рис 7-8 и табл. 6) за 24 часа переработано 15 т исходного минерального сырья.

Результаты спектрального анализа представительной пробы полученного концентрата подтверждают, что W-концентрат III магнитной сепарации является кондиционным и соответствует марке КВГ (Т) ГОСТа 213-73.

Рис.8 Результаты технологического опробования схемы доводки черновых концентратов и промпродукта из лежалых хвостов Джидинского ВМК

Таблица 6 - Результаты опробования технологической схемы

Продукт у

Кондиционный концентрат 0,14 62,700 8,778 49,875

Хвосты отвальные 99,86 0,088 8,822 50,125

Исходная руда 100,00 0,176 17,600 100,000

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе дано решение актуальной научно-производственной задачи: научно обоснованы, разработаны и в определенном объеме реализованы эффективные технологические методы извлечения вольфрама из лежалых хвостов рудообогащения Джидинского ВМК.

Основные результаты выполненных исследований, разработок и их практической реализации заключаются в следующем

Основной полезный компонент - вольфрам, по содержанию которого лежалые хвосты являются неконтрастной рудой, представлен преимущественно гюбнеритом, определяющим технологические свойства техногенного сырья. Вольфрам неравномерно распределен по классам крупности и основное его количество сосредоточено в крупности

Доказано, что единственным эффективным методом обогащения W-содержащих лежалых хвостов Джидинского ВМК является гравитационный. На основе анализа обобщенных кривых гравитационной обогатимости лежалых W-содержащих хвостов установлено, что отвальные хвосты с минимальными потерями вольфрама являются отличительным признаком обогащения техногенного сырья в крупности -0,1+Омм. Установлены новые закономерности разделительных процессов, определяющие технологические показатели гравитационного обогащения лежалых хвостов Джидинского ВМК в крупности +0,1мм.

Доказано, что из гравитационных аппаратов, применяемых в горной отрасли при обогащении W-содержащих руд, для максимального извлечения вольфрама из техногенного сырья Джидинского ВМК в черновые W-концентраты пригодны винтовой сепаратор и центробежный концентратор ККЕЬ80№ Эффективность использования концентратора ККЕЬ80К подтверждена также для доизвлечения вольфрама из хвостов первичного обогащения техногенного W-содержащего сырья в крупности - 0,1мм.

3. Оптимизированная технологическая схема извлечения вольфрама из лежалых хвостов рудообогащения Джидинского ВМК позволила получить кондиционный W-концентрат, решить проблему истощения минеральных ресурсов Джидинского ВМК и снизить негативное воздействие производственной деятельности предприятия на окружающую среду.

Предпочтительное использование гравитационного оборудования. При полупромышленных испытаниях разработанной технологии извлечения вольфрама из лежалых хвостов Джидинского ВМК получен кондиционный "-концентрат с содержанием "03 62,7% при извлечении 49,9%. Срок окупаемости обогатительной установки по переработке лежалых хвостов Джидинского ВМК с целью извлечения вольфрама составил 0,55 года.

Основные положения диссертационной работы опубликованы в следующих работах:

1. Федотов К.В., Артемова О.С., Полинскина И.В. Оценка возможности переработки лежалых хвостов Джидинского ВМК, Обогащение руд: Сб. научн. трудов. - Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2002. - 204 с, С. 74-78.

2. Федотов К.В., Сенченко А.Е., Артемова О.С., Полинкина И.В. Применение центробежного сепаратора с непрерывной разгрузкой концентрата для извлечения вольфрама и золота из хвостов Джидинского ВМК, Экологические проблемы и новые технологии комплексной переработки минерального сырья: Материалы Международного совещания «Плаксинские чтения - 2002». - М.: П99, Изд-во ПКЦ «Альтекс», 2002 - 130 с, С.96-97.

3. Зелинская Е.В., Артемова О.С. Возможность регулирования селективности действия собирателя при флотации вольфрамсодержащих руд из лежалых хвостов, Направленное изменение физико-химических свойств минералов в процессах обогащения полезных ископаемых (Плаксинские чтения), материалы международного совещания. - М.: Альтекс, 2003. -145 с, С.67-68.

4. Федотов К.В., Артемова О.С. Проблемы переработки лежалых вольфрамсодержащих продуктов Современные методы переработки минерального сырья: Материалы конференции. Иркутск: Ирк. Гос. Тех. Ун-т, 2004г. - 86 с.

5. Артемова О. С, Гайдук А. А. Извлечение вольфрама из лежалых хвостов Джидинского вольфраммолибденового комбината. Перспективы развития технологии, экологии и автоматизации химических, пищевых и металлургических производств: Материалы научно-практической конференции. - Иркутск: Изд-во ИрГТУ. - 2004 г. - 100 с.

6. Артемова О.С. Оценка неравномерности распределения вольфрама в Джидинском хвостохранилище. Современные методы оценки технологических свойств минерального сырья благородных металлов и алмазов и прогрессивные технологии их переработки (Плаксинские чтения): Материалы международного совещания. Иркутск, 13-17 сентября 2004 г. - М.: Альтекс,2004. - 232 с.

7. Артемова О.С, Федотов К.В., Белькова О.Н. Перспективы использования техногенного месторождения Джидинского ВМК. Всероссийская научно-практическая конференция «Новые технологии в металлургии, химии, обогащении и экологии» г. Санкт-Петербург, 2004 г.

Подписано в печать 12. Н 2004. Формат 60x84 1/16. Бумага типографская. Печать офсетная. Усл. печ. л. Уч.-изд.л. 125. Тираж 400 экз. Зак.460.

ИД №06506 от 26.12.2001 Иркутский государственный технический университет 664074, Иркутск, ул. Лермонтова, 83

РНБ Русский фонд

1 .ЗНАЧИМОСТЬ ТЕХНОГЕННОГО МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ

1.1. Минеральные ресурсы рудной отрасли в РФ и вольфрамовой подотрасли

1.2. Техногенные минеральные образования. Классификация. Необходимость использования

1.3. Техногенное минеральное образование Джидинского ВМК

1.4. Цели и задачи исследования. Методы исследования. Положения, выносимые на защиту

2. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЕЩЕСТВЕННОГО СОСТАВА И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЛЕЖАЛЫХ ХВОСТОВ ДЖИДИНСКОГО ВМК

2.1. Геологическое опробование и оценка распределения вольфрама

2.2. Вещественный состав минерального сырья

2.3. Технологические свойства минерального сырья

2.3.1. Гранулометрический состав

2.3.2. Исследование возможности радиометрической сепарации минерального сырья в исходной крупности

2.3.3. Гравитационный анализ

2.3.4. Магнитный анализ

3. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ВОЛЬФРАМА ИЗ ЛЕЖАЛЫХ ХВОСТОВ ДЖИДИНСКОГО ВМК

3.1. Технологическое тестирование разных гравитационных аппаратов при обогащении лежалых хвостов различной крупности

3.2. Оптимизация схемы переработки ОТО

3.3. Полупромышленные испытания разработанной технологической схемы обогащения ОТО и промышленной установки

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Разработка технологии извлечения вольфрама из лежалых хвостов Джидинского ВМК"

Науки об обогащении полезных ископаемых, прежде всего, направлены на разработку теоретических основ процессов разделения минералов и создание обогатительных аппаратов, на раскрытие взаимосвязи закономерностей распределения компонентов и условий разделения в продуктах обогащения с целью повышения селективности и скорости разделения, его эффективности и экономичности, экологической безопасности.

Несмотря на значительные запасы полезных ископаемых и сокращение в последние годы ресурсопотребления, истощение минеральных ресурсов является одной из важнейших проблем в России. Слабое использование ресурсосберегающих технологий способствует большим потерям полезных ископаемых при добыче и обогащении сырья .

Анализ развития техники и технологии обогащения полезных ископаемых за последние 10-15 лет указывает на значительные достижения отечественной фундаментальной науки в области познания основных явлений и закономерностей при разделении минеральных комплексов, что позволяет создать высокоэффективные процессы и технологии для первичной переработки руд сложного вещественного состава и, как следствие, обеспечить металлургическую промышленность необходимой номенклатурой и качеством концентратов. В то же время в нашей стране в сравнении с развитыми зарубежными государствами до сих пор наблюдается значительное отставание в развитии машиностроительной базы для производства основного и вспомогательного обогатительного оборудования, в его качестве, металлоемкости, энергоемкости и износостойкости .

Кроме того, в силу ведомственной принадлежности горно-обогатительных предприятий комплексное сырье перерабатывалось только с учетом необходимой потребности отрасли в конкретном металле, что приводило к нерациональному использованию природных минеральных ресурсов и увеличению затрат на складирование отходов . В настоящее время накоплено более 12 млрд.т отходов, содержание ценных компонентов в которых в ряде случаев превышает их содержание в природных месторождениях .

Помимо вышеперечисленных негативных тенденций, начиная с 90-х годов резко обострилась экологическая обстановка на горно-обогатительных предприятиях (в ряде регионов угрожая существованию не только биоты, но и человека), наметилось прогрессирующее снижение добычи руд цветных и черных металлов, горно-химического сырья, ухудшение качества перерабатываемых руд и, как следствие, вовлечение в переработку труднообогатимых руд сложного вещественного состава, характеризующихся низким содержанием ценных компонентов, тонкой вкрапленностью и близкими технологическими свойствами минералов. Так, за последние 20 лет содержание цветных металлов в рудах снизилось в 1,3-1,5 раза, железа в 1,25 раза, золота в 1,2 раза, доля труднообогатимых руд и угля возросла с 15% до 40% от общей массы сырья, поступающего на обогащение .

Воздействие человека на природную среду в процессе хозяйственной деятельности ныне приобретает глобальный характер. По масштабам извлекаемых и перемещаемых пород, преобразования рельефа, воздействия на перераспределение и динамику поверхностных и подземных вод, активизации геохимического переноса и т.д. эта деятельность сопоставима с геологическими процессами .

Беспрецедентный масштаб извлекаемых минеральных ресурсов ведет к их быстрому истощению, накоплению на поверхности Земли, в атмосфере и гидросфере большого числа отходов, постепенной деградации природных ландшафтов, сокращению биоразнообразия, снижению природного потенциала территорий и их жизнеобеспечивающих функций .

Хранилища отходов рудообогащения являются объектами повышенной экологической опасности из-за их негативного воздействия на воздушный бассейн, подземные и поверхностные воды, почвенный покров на обширных территориях . Наряду с этим хвостохранилища - малоизученные техногенные месторождения, использование которых позволит получить дополнительные источники рудно-минерального сырья при существенном уменьшении масштабов нарушения геологической среды в регионе .

Производство продукции из техногенных месторождений, как правило, в несколько раз дешевле, чем из специально добываемого для этого сырья, и характеризуется быстрой окупаемостью капиталовложений. Однако сложный химический, минералогический и гранулометрический состав хвостохранилищ, а также широкий набор содержащихся в них полезных ископаемых (от главных и попутных компонентов до простейших строительных материалов) затрудняют расчет суммарного экономического эффекта от их переработки и определяют индивидуальный подход к оценке каждого хвостохранилища .

Следовательно, в настоящий момент выявился ряд неразрешимых противоречий между изменением характера минерально-сырьевой базы, т.е. необходимостью вовлечения в переработку труднообогатимых руд и техногенных месторождений, экологически обостренной ситуацией в горнопромышленных регионах и состоянием техники, технологии и организации первичной переработки минерального сырья .

Вопросы использования отходов обогащения полиметаллических, золотосодержащих и редких металлов имеют как экономический, так и экологические аспекты .

В достижении современного уровня развития теории и практики переработки хвостов обогащения руд цветных, редких и благородных металлов большой вклад внесли В.А. Чантурия, В.З. Козин, В.М. Авдохин, С.Б. Леонов, JI.A. Барский, А.А. Абрамов, В.И. Кармазин, С.И. Митрофанов и др.

Важной составной частью общей стратегии рудной отрасли, в т.ч. вольфрамовой, является рост использования отходов рудообогащения, как дополнительных источников рудно-минерального сырья, при существенном уменьшении масштабов нарушения геологической среды в регионе и негативного воздействия на все компоненты окружающей среды .

В области использования отходов рудообогащения важнейшим является детальное минералого-технологическое исследование каждого конкретного, индивидуального техногенного месторождения, результаты которого позволят разработать эффективную и экологически безопасную технологию промышленного освоения дополнительного источника рудно-минерального сырья .

Рассматриваемые в диссертационной работе проблемы решались в соответствии с научным направлением кафедры Обогащения полезных ископаемых и инженерной экологии Иркутского государственного технического университета по теме «Фундаментальные и технологические исследования в области переработки минерального и техногенного сырья с целью комплексного его использования, с учетом экологических проблем в сложных индустриальных системах» и х/д темой № 118 «Исследование на обогатимость лежалых хвостов Джидинского ВМК».

Цель работы - научно обосновать, разработать и апробировать рациональные технологические методы обогащения лежалых вольфрамсодержащих хвостов Джидинского ВМК.

В работе решались следующие задачи:

Оценить распределение вольфрама по всему пространству основного техногенного образования Джидинского ВМК;

Изучить вещественный состав лежалых хвостов Джижинского ВМК;

Исследовать контрастность лежалых хвостов в исходной крупности по содержанию W и S (II); исследовать гравитационную обогатимость лежалых хвостов Джидинского ВМК в различной крупности;

Определить целесообразности использования магнитного обогащения для повышения качества черновых вольфрамсодержащих концентратов;

Оптимизировать технологическую схему обогащения техногенного сырья ОТО Джидинского ВМК; провести полупромышленные испытания разработанной схемы извлечения W из лежалых хвостов ДВМК;

Разработать схему цепи аппаратов для промышленной переработки лежалых хвостов Джидинского ВМК.

Для выполнения исследований использовалась представительная технологическая проба лежалых хвостов Джидинского ВМК.

При решении сформулированных задач использовались следующие методы исследования: спектральный, оптический, химический, минералогический, фазовый, гравитационный и магнитный методы анализа вещественного состава и технологических свойств исходного минерального сырья и продуктов обогащения.

На защиту выносятся следующие основные научные положения: Установлены закономерности распределения исходного техногенного минерального сырья и вольфрама по классам крупности. Доказана необходимость первичной (предварительной) классификации по крупности 3 мм.

Установлены количественные характеристики лежалых хвостов рудообогащения руд Джидинского ВМК по содержанию WO3 и сульфидной серы. Доказано, что исходное минеральное сырье относится к категории неконтрастных руд. Выявлена достоверная и надежная корреляционная связь между содержаниями WO3 и S (II).

Установлены количественные закономерности гравитационной обогатимости лежалых хвостов Джидинского ВМК. Доказано, что для исходного материала любой крупности эффективным методом извлечения W является гравитационное обогащение. Определены прогнозные технологические показатели гравитационного обогащения исходного минерального сырья в различной крупности.

Установлены количественные закономерности распределения лежалых хвостов рудообогащения Джидинского ВМК по фракциям различной удельной магнитной восприимчивости. Доказана эффективность последовательного применения магнитной и центробежной сепарации для повышения качества черновых W-содержащих продуктов. Оптимизированы технологические режимы магнитной сепарации.

Заключение Диссертация по теме "Обогащение полезных ископаемых", Артемова, Олеся Станиславовна

Основные результаты выполненных исследований, разработок и их практической реализации заключаются в следующем:

1. Выполнен анализ современной ситуации в РФ с минеральными ресурсами рудной отрасли, в частности - вольфрамовой. На примере Джидинского ВМК показано, что проблема вовлечения в переработку лежалых хвостов рудообогащения является актуальной, имеющей технологическое, экономическое и экологическое значение.

2. Установлены вещественный состав и технологические свойства основного W-содержащего техногенного образования Джидинского ВМК.

Основной полезный компонент - вольфрам, по содержанию которого лежалые хвосты являются неконтрастной рудой, представлен преимущественно гюбнеритом, определяющим технологические свойства техногенного сырья. Вольфрам неравномерно распределен по классам крупности и основное его количество сосредоточено в крупности -0,5+0,1 и -0,1+0,02 мм.

Доказано, что единственным эффективным методом обогащения W-содержащих лежалых хвостов Джидинского ВМК является гравитационный. На основе анализа обобщенных кривых гравитационной обогатимости лежалых W-содержащих хвостов установлено, что отвальные хвосты с минимальными потерями вольфрама являются отличительным признаком обогащения техногенного сырья в крупности -0,1+0мм. Установлены новые закономерности разделительных процессов, определяющие технологические показатели гравитационного обогащения лежалых хвостов Джидинского ВМК в крупности +0,1 мм.

Доказано, что из гравитационных аппаратов, применяемых в горной отрасли при обогащении W-содержащих руд, для максимального извлечения вольфрама из техногенного сырья Джидинского ВМК в черновые W-концентраты пригодны винтовой сепаратор и центробежный концентратор KNELSON. Эффективность использования концентратора KNELSON подтверждена также для доизвлечения вольфрама из хвостов первичного обогащения техногенного W-содержащего сырья в крупности - 0,1мм.

3. Оптимизированная технологическая схема извлечения вольфрама их лежалых хвостов рудообогащения Джидинского ВМК позволила получить кондиционный W-концентрат, решить проблему истощения минеральных ресурсов Джидинского ВМК и снизить негативное воздействие производственной деятельности предприятия на окружающую среду.

Существенными признаками разработанной технологии извлечения вольфрама из лежалых хвостов Джидинского ВМК являются:

Узкая классификация по крупности питания первичных обогатительных операций;

Предпочтительное использование гравитационного оборудования.

При полупромышленных испытаниях разработанной технологии извлечения вольфрама из лежалых хвостов Джидинского ВМК получен кондиционный W-концентрат с содержанием WO3 62,7% при извлечении 49,9%. Срок окупаемости обогатительной установки по переработке лежалых хвостов Джидинского ВМК с целью извлечения вольфрама составил 0,55 года.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Артемова, Олеся Станиславовна, Иркутск

1. Технико-экономическая оценка техногенных месторождений цветных металлов: Обзор/В.В. Оленин, Л.Б. Ершов, И.В. Белякова. М., 1990 - 64 с.

2. Горные науки. Освоение и сохранение недр Земли / РАН, АГН, РАЕН, МИА; Под ред. К.Н. Трубецкого. М.: Изд-во Академии горных наук, 1997. -478 с.

3. Новиков А.А., Сазонов Г.Т. Состояние и перспективы развития рудно-сырьевой базы цветной металлургии РФ, Горный журнал 2000 г - №8, С. 92-95.

4. Карелов С.В., Выварец А.Д., Дистергефт JI.B., Мамяченков С.В., Хилай В.В., Набойченко Е.С. Оценка эколого-экономической эффективности переработки вторичного сырья и техногенных отходов, Известия ВУЗов, Горный журнал 2002 г - № 4, С. 94-104.

5. Минеральные ресурсы России. Экономика и управление Модульные обогатительные фабрики, Специальный выпуск, сентябрь 2003 г. - HTJI ТОМС ИрГТУ.

6. Бересневич П.В. и др. Охрана окружающей среды при эксплуатации хвостохранилищ. М.: Недра, 1993. - 127 с.

7. Дудкин О.Б., Поляков К.И. Проблема техногенных месторождений, Обогащение руд 1999 г - № 11, С. 24-27.

8. Дерягин А.А., Котова В.М., Никольский A.JI. Оценка перспектив вовлечения в эксплуатацию техногенных месторождений, Маркшейдерия и недропользование 2001 г - № 1, С. 15-19.

9. Чуянов Г.Г. Хвостохранилища обогатительных фабрик, Известия ВУЗов, Горный журнал 2001 г - № 4-5, С. 190-195.

10. Воронин Д.В., Гавеля Э.А., Карпов С.В. Изучение и переработка техногенных месторождений, Обогащение руд - 2000 г № 5, С. 16-20.

11. Смолдырев А.Е. Возможности отработки хвостохранилищ, Горный журнал -2002 г-№7, С. 54-56.

12. Квитка В.В., Кумакова Л.Б., Яковлева Е.П. Переработка лежалых хвостов обогатительных фабрик Восточного Казахстана, Горный журнал - 2001 г -№9, С. 57-61.

13. Хасанова Г.Г. Кадастровая оценка техногенно-минеральных объектов Среднего Урала Известия ВУЗов, Горный журнал - 2003 г - № 4, С. 130136.

14. Туманова Е.С., Туманов P.P. Минеральное сырье. Сырье техногенное // Справочник. М.: ЗАО «Геоинформмарк», 1998. - 44 с.

15. Попов В.В. Минерально-сырьевая база России. Состояние и проблемы, Горный журнал 1995 г - № 11, С. 31-34.

16. Уздебаева Л.К. Лежалые хвосты обогащения - дополнительный источник получения металлов, Цветные металлы 1999 г - № 4, С. 30-32.

17. Фишман М.А., Соболев Д.С. Практика обогащения руд цветных и редких металлов, т. 1-2. -М.: Металлургиздат, 1957 1960.

18. Фишман М.А., Соболев Д.С. Практика обогащения руд цветных и редких металлов, т.3-4. М.: Госгортехиздат, 1963.

19. Леонов С.Б., Белькова О.Н. Исследование полезных ископаемых на обогатимость: Учебное пособие. - М.: «Интермет Инжиниринг», 2001. - 631с.

20. Трубецкой К.Н., Уманец В.Н., Никитин М.Б. Классификация техногенных месторождений, основные категории и понятия, Горный журнал - 1990 г -№ 1, С. 6-9.

21. Инструкция по применению Классификации запасов к месторождениям вольфрамовых руд. М., 1984 - 40 с.

22. Бетехтин А.Г., Голиков А.С., Дыбков В.Ф. и др. Курс месторождений полезных ископаемых Изд. 3-е перераб. и доп./Под. Ред. П.М. Татаринова и А.Г. Бетехтина-М.: Недра, 1964.

23. Хабиров В.В., Воробьев А.Е. Теоретические основы развития горнодобывающих и перерабатывающих производств Кыргызстана/Под ред. акад. Н.П. Лаверова. М.: Недра, 1993. - 316 с.

24. Изоитко В.М. Технологическая минералогия вольфрамовых руд. - Л.: Наука, 1989.-232 с.

25. Изоитко В.М., Бояринов Е.В., Шанаурин В.Е. Особенности минералого-технологической оценки руд на предприятиях вольфрам-молибденовой отрасли. М.ЦНИИЦВЕТМЕТ и информ., 1985.

26. Минелогическая энциклопедия/Под ред. К.Фрея: Пер. с англ. - Л-д: Недра, 1985.-512 с.

27. Минералогическое исследование руд цветных и редких металлов/Под общей ред. А.Ф. Ли. Изд. 2-ое. М.: Недра, 1967. - 260 с.

28. Рамдер Пауль Рудные минералы и их срастания. М.: ИЛ, 1962.

29. Коган Б.И. Редкие металлы. Состояние и перспективы. М.: Наука, 1979. - 355 с.

30. Кочурова Р.Н. Геометрические методы количественно-минералогического анализа горных пород. - Л-д: ЛГУ, 1957.-67 с.

31. Методические основы исследования химические состава горных пород, руд и минералов. Под ред. Г.В. Остроумова. М.: Недра, 1979. - 400 с.

32. Методы минералогических исследований: Справочник/Под ред. А.И. Гинзбурга. М.: Недра, 1985. - 480 с.

33. Копченова Е.В. Минералогический анализ шлихов и рудных концентратов. М.: Недра, 1979.

34. Определение минеральных форм вольфрама в первичных рудах и рудах коры выветривания гидротермальных кварцевых штокверков. Инструкция НСАМ № 207-Ф-М.: ВИМС, 1984.

35. Методические минералогические исследования. М.: Наука, 1977. - 162 с. (АН СССРИМГРЭ).

36. Панов Е.Г., Чуков А.В., Кольцов А.А. Оценка качества сырья для вторичной переработки отходов горно-обогатительного производства. Разведка и охрана недр, 1990 №4.

37. Материалы Республиканского Аналитического Центра ПГО "Бурятгеология" по исследованию вещественного состава руд Холтосонского и Инкурского месторождений и техногенных продуктов Джидинского комбината. Улан-Удэ, 1996.

38. Отчет Гиредмета "Изучение вещественного состава и обогатимости двух, проб лежалых хвостов Джидинского ГОКа". Авторы Чистов Л.Б., Охрименко В.Е. М., 1996.

39. Зеликман А.Н., Никитин JI.C. Вольфрам. М.: Металлургия, 1978. - 272 с.

40. Федотов К.В. Численное определение составляющих скорости потока жидкости в центробежных аппаратах, Обогащение руд - 1998 г № 4, С. 34-39.

41. Шохин В.И. Гравитационные методы обогащения. М.: Недра, 1980. - 400 с.

42. Фоменко Т.Г. Гравитационные процессы обогащения полезных ископаемых. М.: Недра, 1966. - 330 с.

43. Воронов В.А. Об одном подходе к управлению раскрытием минералов в процессе измельчения, Обогащение руд 2001 г - № 2, С. 43-46.

44. Барский JI.A., Козин В.З. Системный анализ в обогащении полезных ископаемых. М.: Недра, 1978. - 486 с.

45. Технологическая оценка минерального сырья. Методы исследования: Справочник/Под ред. П.Е. Остапенко. М.: Недра, 1990. - 264 с.

46. Сорокин М.М, Шепета Е.Д., Куваева И.В. Снижение потерь триоксида вольфрама с сульфидными отвальными продуктами. Физико-технологические проблемы разработки полезных ископаемых, 1988 №1, С. 59-60.

47. Отчет Научно-внедренческого центра "Экстехмет" "Оценка обогатимости сульфидных продуктов Холтосонского месторождения". Авторы Королев Н.И., Крылова Н.С. и др., М., 1996.

48. Добромыслов Ю.П., Семенов М.И. и др. Разработка и внедрение технологии комплексной переработки отвальных продуктов обогатительных фабрик Джидинского комбината. Комплексное использование минерального сырья, Алма-Ата, 1987 №8. С. 24-27.

49. Никифоров К.А., Золтоев Е.В. Получение искусственного вольфрамового сырья из низкосортных побнеритовых промпродуктов обогатительной фабрики. Комплексное использование минерального сырья, 1986 №6, С.62-65.

50. Методика определения предотвращенного экологического ущерба/Гос. Комитета РФ по охране окружающей среды. М., 1999. - 71 с.

51. Рубинштейн Ю.Б., Волков JI.A. Математические методы в обогащении полезных ископаемых. - М.: Недра, 1987. 296 с.

52. Современные методы минералогического исследования/Под ред. Е.В. Рожкова, т.1. М.: Недра, 1969. - 280 с.

53. Современные методы минералогического исследования/Под ред. Е.В. Рожкова, т.2. М.: Недра, 1969. - 318 с.

54. Электронная микроскопия в минералогии/Под общей ред. Г.Р. Венка. Пер. с англ. М.: Мир, 1979. - 541 с.

55. Фекличев В.Г. Диагностические спектры минералов. - М.: Недра, 1977. - 228 с.

56. Кэмерон Ю.Н. Рудная микроскопия. М.: Мир, 1966. - 234 с.

57. Волынский И.С. Определение рудных минералов под микроскопом. - М.: Недра, 1976.

58. Вяльсов JT.H. Оптические методы диагностики рудных минералов. - М.: Недра, 1976.-321 с.

59. Исаенко М.П., Боришанская С.С., Афанасьев Е.Л. Определитель главнейших минералов руд в отраженном свете. М.: Недра, 1978.

60. Зевин Л.С., Завьялова Л.Л. Количественный рентгенографический фазовый анализ. М.: Недра, 1974.

61. Большаков А.Ю., Комлев В.Н. Методические рекомендации по оценке обогатимости руд ядерно-физическими методами. Апатиты: КФ АН СССР, 1974.-72 с.

62. Васильев Е.К., Нахмансон М.С. Качественный рентгено-фазовый анализ. - Новосибирск: Наука, СО, 1986. 199 с.

63. Филлипова Н.А. Фазовый анализ руд и продуктов их переработки. - М.: Химия, 1975.-280 с.

64. Блохин М.А. Методы рентгеноспектральных исследований. - М., Физматгиз, 1959. 386 с.

65. Технологическая оценка минерального сырья. Опытные установки: Справочник/Под ред. П.Е. Остапенко. М.: Недра, 1991. - 288 с.

66. Богданович А.В. Пути совершенствования гравитационного обогащения мелкозернистых руд и шламов, Обогащение руд 1995 г - № 1-2, С. 84-89.

67. Плотников Р.И., Пшеничный Г.А. Флюорисцентный рентгенорадиометрический анализ. - М., Атомиздат, 1973. - 264 с.

68. Мокроусов В. А., Лилеев В. А. Радиометрическое обогащение нерадиоактивных руд. М.: Недра, 1978. - 191 с.

69. Мокроусов В.А. Изучение гранулометрического состава и контрастности полезных ископаемых для оценки возможности обогащения: Методические рекомендации/ВИМС. М.: 1978. - 24 с.

70. Барский Л.А., Данильченко Л.М. Обогатимость минеральных комплексов. -М.: Недра, 1977.-240 с.

71. Альбов М.Н. Опробование месторождений полезных ископаемых. - М.: Недра, 1975.-232 с.

72. Митрофанов С.И. Исследование полезных ископаемых на обогатимость. - М.: Металлургиздат, 1954.-495 с.

73. Митрофанов С.И. Исследование полезных ископаемых на обогатимость. - М.: Госгортехиздат, 1962. - 580 с.

74. Уральская Государственная Горно-Геологическая Академия, 2002, С. 6067.

75. Кармазин В.В., Кармазин В.И. Магнитные и электрические методы обогащения. М.: Недра, 1988. - 303 с.

76. Олофинский Н.Ф. Электрические методы обогащения. 4-е изд., перераб. и доп. М.: Недра, 1977. - 519 с.

77. Месеняшин А.И. Электрическая сепарация в сильных полях. М.: Недра, 1978.

78. Полькин С.И. Обогащение руд и россыпей редких металлов. М.: Недра, 1967.-616 с.

79. Справочник по обогащению руд. Специальные и вспомогательные процессы, испытания обогатимости, контроль и автоматика /Под ред. О.С. Богданова. М.: Недра, 1983 - 386 с.

80. Справочник по обогащению руд. Основные процессы./Под ред. О.С. Богданова. М.: Недра, 1983. - 381 с.

81. Справочник по обогащению руд. В 3-х т. Гл. ред. О.С. Богданов. Т.З. Обогатительные фабрики. Отв. Ред. Ю.Ф. Ненарокомов. М.: Недра, 1974.- 408 с.

82. Горный журнал 1998 г - № 5, 97 с.

83. Потемкин А.А. Компания KNELSON CONSENTRATOR мировой лидер в производстве гравитационных центробежных сепараторов, Горный журнал- 1998 г-№ 5, С. 77-84.

84. Богданович А.В. Разделение в центробежном поле взвешенных в жидкости частиц в псевдостатических условиях, Обогащение руд - 1992 г № 3-4, С. 14-17.

85. Станойлович Р. Новые направления в развитии гравитационной концентрации, Обогащение руд 1992 г - № 1, С. 3-5.

86. Подкосов Л.Г. О теории гравитационного обогащения, Цветные металлы - 1986 г-№7, С. 43-46.

87. Богданович А.В. Интенсификация процессов гравитационного обогащения в центробежных полях, Обогащение руд 1999 г - № 1-2, С. 33-36.

88. Полькин С.И., Обогащение руд и россыпей редких и благородных металлов. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1987. - 429 с.

89. Полькин С.И., Лаптев С.Ф. Обогащение оловянных руд и россыпей. - М.: Недра, 1974.-477 с.

90. Абрамов А.А. Технология обогащения руд цветных металлов. М.: Недра, 1983.-359 с.

91. Карпенко Н.В. Опробование и контроль качества продуктов обогащения. - М.: Недра, 1987.-214 с.

92. Андреева Г.С., Горюшкин С.А. переработка и обогащение полезных ископаемых россыпных месторождений. М.: Недра, 1992. - 410 с.

93. Енбаев И.А. Модульные центробежные установки для концентрации драгоценных и благородных металлов из россыпных и техногенных месторождений, Обогащение руд 1997 г - № 3, С.6-8.

94. Чантурия В.А. Технология переработки руд и россыпей благородных металлов, Цветные металлы 1996 г - № 2, С. 7-9.

95. Калиниченко В.Э." Установка для доизвлечения металлов из отвальных хвостов текущего производства, Цветные металлы 1999 г - № 4, С.33-35.

96. Бергер Г.С., Орел М.А., Попов Е.Л. Полупромышленные испытания руд на обогатимость. М.: Недра, 1984. - 230 с.

97. ГОСТ 213-73 «Технические требования (состав,%) к вольфрамовым концентратам, получаемым из вольфрамсодержащих руд»

99. Федотов К.В., Артемова О.С., Полинскина И.В. Оценка возможности переработки лежалых хвостов Джидинского ВМК, Обогащение руд: Сб. научн. трудов. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2002. - 204 с, С. 74-78.

100. Федотов К.В., Артемова О.С. Проблемы переработки лежалых вольфрамсодержащих продуктов Современные методы переработки минерального сырья: Материалы конференции. Иркутск: Ирк. Гос. Тех. Ун-т, 2004г. 86 с.

101. Артемова О.С., Федотов К.В., Белькова О.Н. Перспективы использования техногенного месторождения Джидинского ВМК. Всероссийская научно-практическая конференция «Новые технологии в металлургии, химии, обогащении и экологии» г. Санкт-Петербург, 2004 г.

Есть несколько путей его получения; первая стадия - обогащение руды, отделение ценных компонентов от основной массы - пустой породы. Методы обогащения - обычные для тяжелых руд и металлов: измельчение и флотация с последующими операциями - магнитной сепарацией (для вольфрамитных руд) и окислительным обжигом.

Полученный концентрат чаще всего спекают с избытком соды, чтобы перевести вольфрам в растворимое соединение - вольфрамит натрия. Другой способ получения этого вещества - выщелачивание; вольфрам извлекают содовым раствором под давлением и при повышенной температуре (процесс идет в автоклаве) с последующей нейтрализацией и осаждением в виде искусственного шеелита, т.е. вольфрамата кальция. Стремление получить именно вольфрамат объясняется тем, что из него сравнительно просто, всего в две стадии:

CaWO4 → H2WO4 или (NH4)2WO4 → WO3,

можно выделить очищенную от большей части примесей окись вольфрама.

Давайте расмотрим еще один способ получения окиси вольфрама - через хлориды. Вольфрамовый концентрат при повышенной температуре обрабатывают газообразным хлором. Образовавшиеся хлориды вольфрама довольно легко отделить от хлоридов других металлов методом возгонки, используя разницу температур, при которых эти вещества переходят в парообразное состояние. Полученные хлориды вольфрама можно превратить в окисел, а можно пустить непосредственно на переработку в элементарный металл.

Превращение окислов или хлоридов в металл - следующая стадия производства вольфрама. Лучший восстановитель окиси вольфрама - водород. При восстановлении водородом получается наиболее чистый металлический вольфрам. Процесс восстановления происходит в трубчатых печах, нагретых таким образом, что по мере продвижения по трубе «лодочка» с WO3 проходит через несколько температурных зон. Навстречу ей идет поток сухого водорода. Восстановление происходит и в «холодных» (450...600°C) и в «горячих» (750...1100°C) зонах; в «холодных» - до низшего окисла WO2, дальше - до элементарного металла. В зависимости от температуры и длительности реакции в «горячей» зоне меняются чистота и размеры зерен выделяющегося на стенках «лодочки» порошкообразного вольфрама.

Восстановление может идти не только под действием водорода. На практике часто используется уголь. Применение твердого восстановителя несколько упрощает производство, однако в этом случае требуется белее высокая температура - до 1300...1400°C. Кроме того, уголь и примеси, которые он всегда содержит, вступают в реакции с вольфрамом, образуя карбиды и другие соединения. Это приводит к загрязнению металла. Между тем электротехнике нужен весьма чистый вольфрам. Всего 0,1% железа делает вольфрам хрупким и малопригодным для изготовления тончайшей проволоки.

Получение вольфрама из хлоридов основано на процессе пиролиза. Вольфрам образует с хлором несколько соединений. С помощью избытка хлора все их можно перевести в высший хлорид - WCl6, который разлагается на вольфрам и хлор при 1600°C. В присутствии водорода этот процесс идет уже при 1000°C.

Так получают металлический вольфрам, но не компактный, а в виде порошка, который затем прессуют в токе водорода при высокой температуре. На первой стадии прессования (при нагреве до 1100...1300°C) образуется пористый ломкий слиток. Прессование продолжается при еще более высокой температуре, едва не достигающей под конец температуры плавления вольфрама. В этих условиях металл постепенно становится сплошным, приобретает волокнистую структуру, а с ней - пластичность и ковкость. Далее...

Химический элемент — вольфрам.

Перед тем как описать производство вольфрама, необходимо совершить короткий экскурс в историю. Название этого металла переводится с немецкого как «волчьи сливки», происхождение термина уходит в позднее Средневековье.

При получении олова из различных руд было замечено, что в некоторых случаях оно теряется, переходя в пенистый шлак, «словно волк пожирает свою добычу».

Метафора прижилась, дав название позднее полученному металлу, в настоящее время оно используется во многих языках мира. Но в английском, французском и некоторых других языках вольфрам называется по-другому, от метафоры «тяжелый камень» (по-шведски tungsten). Шведское происхождение слова связано с опытами знаменитого шведского химика Шееле, впервые получившего окись вольфрама из руды, впоследствии названной его именем (шеелит).

Шведский химик Шееле, открывший вольфрам.

Промышленное производство металлического вольфрама можно разделить на 3 этапа:

• обогащение руды и получение вольфрамового ангидрита;
• восстановление до порошкового металла;
• получение монолитного металла.

Обогащение руды

В свободном состоянии в природе вольфрам не встречается, присутствует лишь в составе различных соединений.

• вольфрамиты
• шеелиты

Эти руды часто имеют в составе в незначительных количествах и другие вещества (золото, серебро, олово, ртуть и др.), несмотря на очень низкое содержание дополнительных минералов, порой попутное извлечение их при обогащении экономически целесообразно.

1. Обогащение начинается с дробления и измельчения породы. Затем материал поступает на дальнейшую обработку, методы который зависят от типа руды. Обогащение вольфрамитовых руд обычно производится гравитационным методом, суть которого - в использовании совокупно действующих сил земного притяжения и центробежной силы, минералы разделяются по химико-физическим свойствам - плотности, размерам частиц, смачиваемости. Так отделяется пустая порода, а до требуемой чистоты концентрат доводится с помощью магнитной сепарации. Содержание вольфрамита в полученном концентрате составляет от 52 до 85%.
2. Шеелит, в отличие от вольфрамита, не является магнитным минералом, поэтому магнитная сепарация к нему не применяется. Для шеелитовых руд алгоритм обогащения иной. Основным методом служит флотация (процесс разделения частиц в водной суспензии) с последующим использованием электростатической сепарации. Концентрация шеелита может на выходе составлять до 90%. Руды бывают и комплексными, содержащими вольфрамиты и шеелиты одновременно. Для их обогащения используются методы, сочетающие в себе гравитационные и флотационные схемы.
   
   Если необходимо дальнейшее очищение концентрата до установленных норм, применяют различные процедуры в зависимости от типа примесей. Для снижения примеси фосфора шеелитовые концентраты обрабатывают на холоде соляной кислотой, одновременно при этом удаляются кальцит и доломит. Для удаления меди, мышьяка, висмута применяют обжиг с последующей обработкой кислотами. Существуют и другие методы очистки.

Для того чтобы перевести вольфрам из концентрата в растворимое соединение, используется несколько различных методов.

1. Например, спекают концентрат с избытком соды, получая таким способом вольфрамит натрия.
2. Может использоваться и другой метод - выщелачивание: вольфрам извлекают содовым раствором под давлением при высокой температуре с последующей нейтрализацией и осаждением.
3. Еще один способ - обработка концентрата газообразным хлором. При таком процессе образуется хлорид вольфрама, который затем отделяется от хлоридов других металлов методом возгонки. Полученный продукт можно превратить в окисел вольфрама или пустить непосредственно на переработку в элементарный металл.

Основным результатом различных методов обогащения является получение триоксида вольфрама. Далее, именно он идет на производство металлического вольфрама. Из него же получают карбид вольфрама, который является главной составляющей многих твердых сплавов. Существует еще один продукт непосредственной переработки вольфрамовых рудных концентратов - ферровольфрам. Он обычно выплавляется для нужд черной металлургии.

Восстановление вольфрама

Полученный триоксид вольфрама (вольфрамовый ангидрит) на следующем этапе необходимо восстановить до состояния металла. Восстановление чаще всего производится широко применяемым водородным методом. В печь подается движущаяся емкость (лодочка) с триоксидом вольфрама, температура по ходу движения повышается, навстречу подается водород. По мере восстановления металла происходит увеличение насыпной плотности материала, объем загрузки емкости уменьшается более чем вдвое, поэтому на практике используется прогон в 2 этапа, через разные типы печей.

1. На первой стадии из триоксида вольфрама образуется диоксид, на второй из диоксида получают чистый вольфрамовый порошок.
2. Затем порошок просеивают через сетку, крупные частицы дополнительно перемалывают для получения порошка с заданным размером зерен.

Иногда для восстановления вольфрама используют углерод. Этот метод несколько упрощает производство, но требует более высоких температур. Кроме того, уголь и содержащиеся в нем примеси вступают в реакцию с вольфрамом, образуя различные соединения, приводящие к загрязнению металла. Есть ряд других методов, применяющихся в производстве по всему миру, но по совокупности параметров восстановление водородом имеет наиболее высокую применимость.

Получение монолитного металла

Если первые две стадии промышленного производства вольфрама хорошо известны металлургам и применяются очень давно, то для получения монолита из порошка потребовалась разработка особой технологии. Большинство металлов получают простой плавкой и затем отливают в формы, с вольфрамом ввиду главного его свойства - тугоплавкости - такая процедура невозможна. Метод получения компактного вольфрама из порошка, предложенный в начале XX века американцем Кулиджем, с различными вариациями применяется и в наше время. Суть метода - порошок превращается в монолитный металл под воздействием электрического тока. Вместо обычной плавки для получения металлического вольфрама приходится проходить несколько этапов. На первом из них порошок прессуют в специальные бруски-штабики. Затем эти штабики подвергаются процедуре спекания, причем делается это в две стадии:

1. 1. Сначала при температуре до 1300ºС штабик предварительно спекается для увеличения его прочности. Процедура осуществляется в специальной герметичной печи с непрерывной подачей водорода. Водород применяют для дополнительного восстановления, он проникает в пористую структуру материала, и при дополнительном воздействии высокой температуры между кристаллами спекаемого штабика создается чисто металлический контакт. Штабик после этого этапа значительно упрочняется, теряя в размерах до 5%.
   2. Затем приступают к основной стадии - сварке. Этот процесс проводится при температуре до 3 тысºC. Штабик закрепляется зажимными контактами, и через него пропускается электрический ток. На этом этапе также применяется водород - он нужен для предотвращения окисления. Сила тока применяется очень высокая, для штабиков сечением 10х10 мм требуется ток около 2500 А, а для сечения 25х25 мм - около 9000 А. Напряжение при этом используется сравнительно небольшое, от 10 до 20 В. Для каждой партии монолитного металла вначале сваривается пробный штабик, с его помощью производят калибровку режима сварки. Продолжительность сварки зависит от размеров штабика и составляет обычно от 15 минут до часа. Этот этап, как и первый, тоже приводит к уменьшению размера штабика.

Плотность и зернистость полученного металла зависят от первоначальной зернистости штабика и от максимальной температуры сварки. Потеря размеров после двух этапов спекания составляет до 18% по длине. Окончательная плотность составляет 17–18,5 г/см².

Для получения вольфрама высокой очистки применяют различные присадки, испаряющиеся в процессе сварки, например окислы кремния и щелочных металлов. По мере нагрева эти присадки улетучиваются, увлекая вместе с собой другие примеси. Этот процесс способствует дополнительной очистке. При использовании правильного температурного режима и отсутствии следов влаги в водородной атмосфере при спекании с помощью таких присадок степень очистки вольфрама можно довести до 99,995%.

Производство изделий из вольфрама

Полученный из первоначальной руды после описанных трех этапов производства монолитный вольфрам обладает уникальным набором свойств. Помимо тугоплавкости, ему присущи очень высокая стабильность геометрических размеров, сохранение прочности при высоких температурах и отсутствие внутреннего напряжения. Вольфрам также имеет хорошую пластичность и ковкость. Дальнейшее производство чаще всего заключается в вытягивании проволоки. Это технологически относительно несложные процессы.

1. Заготовки поступают в ротационно-ковочную машину, где происходит обжатие материала.
2. Затем методом волочения получают проволоку различного диаметра (волочение - это протягивание прута на специальном оборудовании через сужающиеся отверстия). Так можно получить тончайшую вольфрамовую проволоку с суммарной степенью деформации 99,9995%, при этом прочность ее может достигать 600 кг/мм².

Вольфрам начали использовать для нитей накала электрических ламп еще до разработки способа производства ковкого вольфрама. Русский ученый Лодыгин, ранее запатентовавший принцип применения нити накала для лампы, в 1890 годах предложил использовать в качестве такой нити скрученную в спираль вольфрамовую проволоку. Как же получали вольфрам для подобных проволок? Сначала приготовляли смесь вольфрамового порошка с каким-либо пластификатором (например парафином), затем из этой смеси выпрессовывали тонкую нить через отверстие заданного диаметра, просушивали и прокаливали в водороде. Получалась довольно хрупкая проволока, прямолинейные отрезки которой прикрепляли к электродам лампы. Были попытки получить компактный металл и другими методами, однако, во всех случаях хрупкость нитей оставалась критически высокой. После работ Кулиджа и Финка изготовление вольфрамовой проволоки обрело прочную технологическую базу, и промышленное применение вольфрама стало стремительно нарастать.

Лампа накаливания, изобретенная русским ученым Лодыгиным.

Мировой рынок вольфрама

Объемы производства вольфрама составляют около 50 тыс. т в год. Лидером в производстве, как и в потреблении, является Китай, производит эта страна примерно 41 тыс. т в год (Россия, для сравнения, производит 3,5 тыс. т). Важным фактором в настоящее время является переработка вторичного сырья, обычно это лом карбида вольфрама, стружки, опилки и остатки порошкового вольфрама, такая переработка обеспечивает около 30% мирового потребления вольфрама.

Нити из сгоревших ламп накаливания практически не перерабатываются.

Мировой рынок вольфрама в последнее время демонстрирует спад спроса на вольфрамовые нити. Это обусловлено развитием альтернативных технологий в области освещения - люминесцентные и светодиодные лампы агрессивно заменяют обычные лампы накаливания как в быту, так и в промышленности. По прогнозам специалистов, применение вольфрама в этом секторе в ближайшие годы будет снижаться на 5% в год. Спрос же на вольфрам в целом не снижается, падение применимости в одном секторе компенсируется ростом в других, в том числе инновационных отраслях.