КОМПЛЕКСНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РУД ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ

Лекция № 3
Комплексное использование руд
Комплексное
использование
месторождения – извлечение из недр в
пригодном для употребления состоянии
основных и совместно с ними залегающих
полезных ископаемых.
Основным
документом,
отражающим
экономическую
целесообразность
проектирования и строительства горного
предприятия,
обеспечивающего
комплексное
освоение
месторождения,
служит
технико-экономическое
обоснование (ТЭО)
Схема комплексного использования
минеральных ресурсов (Куликова Е.Ю., 2009)
Технологические материальные
ресурсы – ресурсы непосредственно
участвующие в технологическом
процессе и перемещающиеся по
технологической цепи предприятия
Группы
ресурсов:
• Главные
• Вспомогательные
• Сопутствующие
Классификация технологических
материальных ресурсов
Схема материального баланса горнообогатительного предприятия
Горно-обогатительный комбинат
Шахта
Карьер
ЖД
станция
Реч.порт
Транспортный отдел комбината
Обогатительная фабрика
Схема материального баланса горнообогатительного предприятия
Очистная
фабрика № 1
Шахта
Очистная
фабрика № 2
Подземный
транспортный
участок
Очистная
фабрика № 3
Отвал пустых
пород
Участок
подземного
дробления
руда
КОМПЛЕКСНОЕ
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РУД
ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ
Цветные металлы условно делятся на пять
групп:
1. Основные тяжелые металлы: медь,
никель, свинец, цинк и олово.
Своё название они получили из-за
больших масштабов производства и
потребления, большого («тяжелого»)
удельного веса в народном
хозяйстве.
2. Малые тяжелые металлы: висмут,
мышьяк, сурьма, кадмий, ртуть и кобальт.
Они являются природными спутниками
основных тяжелых металлов. Обычно их
получают попутно, но производят в
значительно меньших количествах.
3. Легкие металлы: алюминий, магний,
титан, натрий, калий, барий, кальций,
стронций. Металлы этой группы имеют самую
низкую среди всех металлов плотность
(удельную массу).
4. Благородные металлы: золото, серебро,
платина и платиноиды (палладий, родий,
рутений, осмий, иридий). Эта группа
металлов обладает высокой стойкостью к
воздействию окружающей среды и
агрессивных сред.
5. Редкие металлы. Подгруппы:
а) тугоплавкие металлы: вольфрам, молибден,
тантал, ниобий, цирконий, ванадий;
б) легкие редкие металлы: литий, бериллий,
рубидий, цезий;
в) рассеянные металлы: галлий, индий,
таллий, германий, гафний, рений, селен, теллур;
г) редкоземельные металлы: скандий, иттрий,
лантан и лантаноиды;
д) радиоактивные металлы: радий, уран,
торий, актиний и трансурановые элементы.
Распространенность в земной коре некоторых металлов
характеризуется следующими величинами, %:
алюминий
7,50
вольфрам
7 · 10-3
железо
4,70
молибден
1 · 10-3
кальций
3,40
свинец
8 · 10-4
натрий
2,64
олово
6 · 10-4
калий
2,40
уран
5 · 10-4
магний
1,94
селен
8 · 10-5
титан
0,58
платина
2 · 10-5
медь
0,01
серебро
4 · 10-6
цинк
0,02
золото
5 · 10-7
никель
0,018
рений
1 · 10-7
Е.П. Большина "Высокие технологии в металлургии. Ч.1 производство цветных металлов" Новотроицк 2008 г.
Цветные металлы
жаропрочны,
хорошо проводят
электрический ток,
не ржавеют
http://investments.academic.ru/1320/%D0%9F%D1%80%D0%BE%D0%BC%D1%8B%D1%88%
D0%BB%D0%B5%D0%BD%D0%BD%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C
Главные страны - производители
Добыча медной руды и
производство концентрата
Добыча бокситов
ЮАР
Чили
США
Канада
Австралия
Перу
Заир
Замбия
Мексика
Папуа Новая
Гвинея
Выплавка рафинированной
меди
Чили
США
Замбия
Перу
Германия
Бразилия
Суринам
Австралия
Греция
Индия
Производство алюминия
Австралия
Япония
Республика
Канада
Корея
Бельгия
Австралия
Гвинея
Ямайка
Россия
Китай
Россия
Германия
Франция
США
Канада
Италия
Япония
Норвегия
Австралия
Великобритания
Цветные металлы принято разделять по
физическим свойствам и назначению:
1) легкие: Al, Ti, Mg
(плотностью < 4 г/см3).
Широко распространены в природе.
Исходное сырьё этих металлов –
достаточно широко распространенные
минералы и горные породы с высокими
содержаниями полезных компонентов.

Саянский алюминиевый комбинат
2) тяжелые: Cu, Ni, Pb, Sn, Zn, Sb, Bi, Hg
и др. (плотностью 7-11 г/см3).
В природе развиты ограниченно.
Господствующим природным сырьем этих
металлов являются сульфидные руды с
невысокими содержаниями полезных
компонентов, которые одновременно
являются одним из главных источников
получения Au, Ag, Pt и платиноидов.

Расплавленный свинец
Качественный состав руд
цветных металлов
Основные типы
рудного сырья
Ценные компоненты
Ведущие
Сопутствующие
Доля
сопутств
ующих
компонентов в
суммарной
ценности сырья
%
Алюминиевая подотрасль
Бокситы
Глинозем
Галлий, ваннадий
15
Нефелины
Натрий, калий,
галлий, кремний
28
Алуниты
Натрий, калий,
кремний, сера,
галлий, ванадий
44
Качественный состав руд
цветных металлов
Основные типы
рудного сырья
Ценные компоненты
Ведущие
Сопутствующие
Доля
сопутств
ующих
компонентов в
суммарной
ценности сырья
%
Свинцово-цинковая подотрасль
Полиметалличе
с-кие руды
Свинец, цинк,
медь
Сера, кадмий, золото,
серебро, индий,
теллур, галлий,
германий, висмут,
сурьма, кобальт,
барий, ртуть, селен,
теллур
38
Качественный состав руд
цветных металлов
Основные типы
рудного сырья
Ценные компоненты
Ведущие
Сопутствующие
Доля
сопутствую
щих компонентов в
суммарной
ценности
сырья %
Медная подотрасль
Медные руды
Медь
Сера, золото,
серебро, кадмий,
рений, селен, теллур
44
Медноцинковые руды
Медь, цинк
Сера, золото,
серебро, кадмий,
селен, теллур, индий,
германий, таллий
50
Медномолибденовые
руды
Медь
Молибден, сера,
золото, серебро,
рений, селен, теллур,
кадмий
45
Качественный состав руд
цветных металлов
Основные типы
рудного сырья
Ценные компоненты
Ведущие
Сопутствующие
Доля
сопутствую
щих компонентов в
сум-марной
ценнос-ти
сырья %
Никель-кобальтовая подотрасль
Окисленные
руды
Сульфидные
медноникелевые
руды
Никель
Никель, медь
Кобальт
24
Кобальт, сера,
платина, палладий,
рутений, осмий,
иридий, золото,
серебро, селен,
теллур
24
Отходы добычи цветных металлов
составляют около 80%, а отходы
обогащения – приблизительно 10% от
добытой горной массы.
1. Комплексное
использование
алюминиевого сырья

Впервые в свободном виде алюминий был
выделен в 1825 г. датским физиком
Эрстедом путем воздействия амальгамы
калия на хлорид алюминия.
В 1827г. немецкий химик Велер
усовершенствовал способ Эрстеда,
заменив амальгаму калия металлическим
калием:

AlCl3 + 3K > 3KCl + Al

(реакция протекает с выделением тепла).
Историческая справка

Основоположники современного
электролитического способа производства
алюминия Эру во Франции и Холл в США
независимо друг от друга подали в 1886 г.
почти аналогичные заявки на
патентование способа получения
алюминия электролизом глинозема,
растворенного в расплавленном криолите.
С момента появления патентов Эру и
Холла и начинается современная
алюминиевая промышленность, которая
более чем за 115 лет своего
существования выросла в одну из
крупнейших отраслей металлургии.
Технологический процесс получения
алюминия состоит из трех
основных стадий:
1) получение глинозема (Al2O3) из
алюминиевых руд;
2) получение алюминия из глинозема;
3) рафинирование алюминия.
ГЛИНОЗЁМ-оксид алюминия (Al2O3) — минерал,
используемый как абразив, а также для электрической
изоляции и футеровки печей.
Содержащая примеси, гидратированная форма глинозема,
БОКСИТ, является основной рудой, из которой добывают
алюминий. Одной из разновидностей глинозема является
также корунд, который в сочетании с некоторыми
примесями дает драгоценные камни, САПФИР и РУБИН.
Стадия добычи алюминиевых руд зародилась еще в первой
трети XIX в., после того как впервые в мире бокситы стали
добывать в юго-восточной части Франции, у местечка Бокс
(отсюда и их название). Сначала эта отрасль развивалась
медленно, но по мере расширения использования алюминия
мировая добыча стала довольно быстро возрастать, о чем
свидетельствуют следующие цифры: в 1913 г. она составила
540 тыс. т, в 1938 г. – более 4 млн т, в I960 г. – почти 25 млн
т, в 1980 г. – 95 млн т, а в 2006 г. – более 175 млн т.
Одновременно возрастало и число бокситодобывающих
стран, которых ныне насчитывается более 30. Однако в
географическом плане именно эта отрасль претерпела
самые большие изменения. Во всяком случае, на
протяжении XX в. ведущие страны и регионы сменялись в
ней неоднократно.
Максаковский. Географическая картина мира
в 2000 г. соотношение «сил» отдельных крупных
регионов мира в добыче бокситов стало
следующим: Австралия и Океания – 38 %,
Латинская Америка – 27, Африка – 14, зарубежная
Азия– 13, все остальные регионы – 8 %.
Страны-лидеры в этой отрасли и их показатели
ПЕРВЫЕ ДЕСЯТЬ СТРАН ПО РАЗМЕРАМ
ДОБЫЧИ БОКСИТОВ В 2003 г.
В настоящее время к
алюминиевым рудам относят:

бокситы
1)
(около 98 % мирового
производства алюминия)
сложены
гидратами
глинозема
с
примесью
гидроксидов
Fe
и
Ti,
гематита и др. минералов.
Содержание
глинозема
в
промышленных бокситах
колеблется от 40% до
60% и выше.
http://www.rgo.ru/2010/12/kak-poluchayut-alyuminij/
Добытые бокситы без обогащения
отправляются на глиноземные
заводы:
 15 % (5 из них -непосредственно,
10 – после переработки на глинозем)
используется для производства
цемента, огнеупоров и абразивов;
 85% - для производства
металлического Al.
2) нефелиновые и
некоторые другие щелочные
алюмосиликатные породы.
Нефелин состоит
из:
- Si02 (40-48%),
- Al203 (30-35%),
- щелочей (17-20%).
Нефелиновые породы являются более
перспективным сырьем, чем бокситы
по ряду причин:
а) их очень много, на территории СНГ они составляют
0,7% площади всех интрузивных пород;
б) нефелиновые руды обычно слагают месторождения с
огромными (по сравнению с бокситами) запасами,
позволяющими создавать предприятия экономически
целесообразной мощности. Месторождения обычно
характеризуются
благоприятными
горнотехническими
условиями
эксплуатации
(открытая
добыча,
малая
вскрыша,
малая
обводненность и др.);
в) комплексный характер нефелинового сырья,
предполагающий совместное получение при его
переработке глинозема, кальцинированной соды,
поташа (свыше 1 тонны на 1 тонну глинозема) и
цемента (7-8 тонн на 1 тонну глинозема).
Второй
тип
перспективного
комплексного нефелинового сырья -
Псевдолейцитовые
породы
Сыннырского и
Саккунского
месторождения.
Нефелин
представлен
калиевым аналогом
- кальсилитом,
образующим
срастание с КПШ

Они характеризуются уникальными
содержаниями К20 (17-18% против 2-7% в
первом типе руд). Это обуславливает
преобладающий удельный вес калийных
соединений в стоимости товарной
продукции при комплексной переработке
руд (40-60%), тогда как на долю
глинозема приходится 18-30%. Такие
руды следует рассматривать как
агрохимическое сырье.
Схема переработки сынныритов с попутным
получением калийно-фосфoрных удобрений
Высокая ценность получаемых при
этом дефицитных щелочных бесхлорных
форм
комплексных
удобрений
с
содержанием К2O+P2O5 ~ 50% при
небольших
дополнительных
затратах
позволяет
существенно
повысить
рентабельность производства.
Однако
здесь
есть
сложности,
связанные с необходимостью удаления
Fe203 (≤ 5%), вызывающих повышение
плавкости шихты и снижение извлечения
Al203 и др. полезных компонентов.
3) алунитовые, каолиновые, анортозитовые
и дистен-силлиманитовые породы.
В настоящее время в
России
они
не
перерабатываются.
Сульфатно-калийные
соли
целесообразно
рассматривать как сырьё
для
получения
комплексных
азотнокалийных удобрений.
Производство Аl2O3 из
алунита
предполагает
получение
большого
количества
сульфатнокалийных
солей,
представляющих
собой
глазерит
с
примесью
сульфата
натрия,
алюминатов и соды.
Эти соли имеют ограниченный сбыт, а их
переработка на сульфат калия требует дорогого и
дефицитного КОН.
Сброс
сульфатно-калийных
солей
в
отвал
недопустим, так как влечёт за собой загрязнение
окружающей среды токсичными веществами.
4) Вторичное сырье.
Для производства глинозема могут быть
использованы:
- золы некоторых углей,
-высокоглинозёмистые отходы
обогащения
- металлургические шлаки.
Состав золы и других видов
глиноземсодержащего сырья
Сырье
Зола углей:
Нефелины:
Алуниты
Каолины
подмосковных
кузнецких
кольские
кияшалтырские
Al2O3
37-38
30,0
29,5
28,0
23,0
23,0
Состав, %
SiO2
49-50
50
44
41
36-40
60
SiO2:Al2O3
1,31
1,66
1,49
1,47
1,75
2,60
Т.о., зола некоторых ТЭС вполне отвечает требованиям,
предъявляемым к сырью такого вида. Для получения
глинозема из золы углей в нашей стране и за рубежом
предложено несколько технологических схем.
Глинозем получают различными
способами в зависимости от состава и
свойств сырья:

1) химико-термический способ.
получение глинозема с применением
спекания
это
комплексный
способ.
Кроме глинозема получают:
 соду,
 цемент,
 поташ (соль калия и угольной кислоты),
что важно не только с экономической
точки зрения, но и с экологической.


Способ спекания включает в себя
следующие технологические
операции:
1) приготовление шихты;
2) спекание шихты с получением спека;
3) измельчение и выщелачивание спека;
4) обескремнивание выщелоченной
пульпы;
5) отделение алюминатного раствора от
красного шлама и промывка красного
шлама;
http://itoo.urfu.ru/201/584/1331/
6) разложение алюминатного раствора;
7) отделение маточного раствора от
гидроксида алюминия;
8) упаривание спекового раствора и
выделение содо-сульфатной смеси;
9) прокалка гидроксида алюминия с
получением глинозема;
10) узел выгрузки, хранения и ввода в
процесс кальцинированной соды.
 Конечным продуктом является
глинозем.

Приготовление
шихты
сводится
к
дроблению и измельчению исходных
материалов,
дозировке
компонентов
шихты и корректировке химического
состава шихты – приготовлению шихты с
требуемыми
физико-химическими
характеристиками: химический состав,
влажность,
крупность,
соотношение
компонентов шихты.
 При переработке боксита по способу
спекания
используют
двухи
трехкомпонентную
шихту
–
боксит+сода+известь
или
боксит+сода.

Например, бокситы с повышенным
содержанием Si02 спекаются с содой и
известняком. технология пр-ва Al2O3
http://itoo.urfu.ru/201/584/1259/
Если применяют нефелины, то их
спекают с известняком. Они разлагаются
известняком с образованием алюминатов
натрия и калия и моносиликата кальция.
Спек после дробления выщелачивают
оборотным содовым раствором.
Алуниты
подвергают
восстановительному
обжигу
и
дальнейшему выщелачиванию.

Заключительным
переделом
всех
технологических
схем
глиноземного
производства является кальцинация.
Цель кальцинации – перевод исходного
гидроксида
алюминия
в
товарную
продукцию
–
металлургический
глинозем
для
электролитического
производства
алюминия
и
неметаллургический – для различных
отраслей
промышленности
(электротехнической,
керамической
и
др.).