Исследование, разработка и внедрение технологии гравитационного извлечения благородных металлов при обогащении вкрапленных медно-никелевых руд Норильского промышленного района

До недавнего времени при переработке медно-никелевых руд норильских месторождений платиновые металлы (ПМ) рассматривались как сопутствующие. Выход компании «ГМК «Норильский никель» на мировой рынок продаж цветных и благородных металлов, подразумевающий жесткие условия конкурентной борьбы, потребовал разработки новых технологических решений, позволяющих значительно повысить извлечение платиновых металлов из руд и тем самым поднять рентабельность горно-обогатительного производства. Необходимость этого вызвана устойчивым, постоянно растущим спросом на платиновые металлы и увеличением доли этих металлов в товарной продукции комбината. Во избежание жесткой зависимости выпуска платиновых металлов от спроса на рынке цветных металлов необходимо создание коротких схем их производства, не связанных металлургией меди и никеля. Выбор технологических схем и оборудования требует глубокого минералогического изучения и всестороннего исследования руд на обогати-мость.

По промышленной классификации руды норильских месторождений квалифицированы как сульфидные медно-никелевые с попутной платиновой минерализацией. В современной производственной и рыночной конъюнктуре необходимо и оправдано подразделение руд на два промышленных класса:

— сульфидные медно-никелевые с попутными благородными и редкими металлами, в которые входят все разновидности богатых и медистых руд;

— платиновые руды с попутными цветными и редкими металлами, охватывающие вкрапленные и другие типы труднообогатимых и малосульфидных платиносодержащих руд.

Принципиальное отличие концентратов, получаемых при обогащении платиновых руд, заключается в том, что, имея содержание суммы платиновых металлов равные или близкие их содержанию в сульфидных медно-никелевых рудах, концентраты платиновых руд содержат существенно более высокие концентрации платиновых металлов, что делает перспективной их переработку, минуя традиционное металлургическое производство, исключив, таким образом, значительные потери со шлаками.

Платиновые руды слагают тела, пространственно обособленные, что позволяет регулировать качество сырья и управлять объемами их добычи и переработки. Во вкрапленных рудах сосредоточено 66% запасов всех платиноидов и до 50% запасов меди и никеля /1,2/.

Обогащение вкрапленных руд по технологии, принятой для сульфидных руд, с попутным извлечением платиновых металлов, сопровождается выводом больших объемов отвальных хвостов, с которыми в силу объективных плотностных и флотационных характеристик платиносодержащих фаз теряется 30−35% благородных металлов.

В начальный период отработки месторождений вкрапленных руд сведений о состоянии и доле минеральной составляющей платиновых металлов в рудах было недостаточно. Попытки применить гравитационное обогащение в цикле измельчения с использованием отсадочных машин и винтовых сепараторов не привели к положительному результату ввиду невозможности извлечения на данных аппаратах платины менее 250 мкм. Работы по совершенствованию технологии проводились с использованием флотации. Гравитационные методы считали перспективными для доизвлечения благородных металлов из отвальных хвостов.

Развитие новых инструментальных методов минералогических исследований, а также появление новых видов обогатительного оборудования позволило подойти к углубленному изучению проблемы извлечения благородных металлов.

Настоящая работа посвящена изысканию возможности увеличения извлечения платиновых металлов при переработке вкрапленных медно-никелевых руд с использованием последних достижений теории и практики гравитационного обогащения драгметального сырья.

Актуальность работы определяется постоянно растущим спросом и ростом стоимости благородных металлов, а также возможностью решить проблему увеличения их производства на комбинате за счет повышения показателей обогащения вкрапленных медно-никелевых руд. Важность работ, направленных на повышение технико-экономических показателей переработки вкрапленных руд, в связи с низкими содержаниями в них цветных металлов, в значительной мере определяется извлечением из них благородных. Кроме того, по мере отработки богатых руд, вкрапленные могут стать рудным сырьем, определяющим перспективы развития Норильского промышленного района.

Цель работы: исследование, разработка и внедрение технологии гравитационного извлечения благородных металлов при обогащении вкрапленных медно-никелевых руд на Норильской обогатительной фабрике.

Для достижения поставленной цели:

— определены формы нахождения благородных металлов в медно-никелевых рудах и продуктах обогащения;

— изучено поведение минералов, содержащих благородные металлы, в. процессах рудоподготовки и флотации;

— исследована эффективность гравитационных методов извлечения блаI городных металлов из продуктов измельчения, классификации и отвальных хвостов;

— исследованы технологические особенности центробежной сепарации тонкодисперсных продуктов обогащения;

— исследовано влияние гидратации на контрастность гравитационного разделения тонкодисперсных минеральных частиц;

— усовершенствована конструкция центробежного сепаратора, обеспечившая сквозной водный баланс в циклах гравитационного обогащения и флотации;

— теоретически обоснована и практически осуществлена технология извлечения тонкодисперсных частиц минералов благородных металлов из пульп, путем раздельного их выделения после классификации на песковую и шламовую составляющие и обесшламливания по классу -5 мкм;

— предложены и внедрены новые комбинированные технологические схемы обогащения вкрапленных медно-никелевых руд, основанные на совмещении методов гравитационного обогащения и флотации.

Работа выполнена на основе анализа отечественных и зарубежных методов обогащения руд цветных металлов.

Для осуществления поставленной цели использован комплекс современных экспериментальных методов исследования. Минералого-технологи-ческую оценку перерабатываемого сырья проводили с использованием микроспектрального микроскопа Cam-Scan-4 с системой Link JSJS 2000; использовали микроскоп Axiplan и метод анализа изображений Magiscan G.M. Для выделения минералов, содержащих благородные металлы в тонких классах, применяли концентрационные столы, трубчатые и винтовые сепараторы, концентраторы Нельсона размером от 3″ до 48″. При исследовании обогати-мости использовали ситовой и шламовый анализы, вискозиметрию, лабораторные флотационные установки, а также различные измерительные устройства и вычислительную технику.

Научное значение выполненных исследований состоит в следующем:

— уточнены формы нахождения благородных металлов во вкрапленных медно-никелевых рудах и продуктах их обогащения;

— установлено, что основные потери благородных металлов связаны с их концентрацией в циркулирующих продуктах циклов измельчения и классификации, переизмельчением и низкой флотируемостью основных минералов благородных металлов;

— установлено, что основная доля потерь благородных металлов приходится на тонкие классы, а также на относительно крупные зерна нефлотационной крупности;

— показано, что гравитационное извлечение благородных металлов происходит наиболее полно при его использовании в цикле рудооподготовки, где извлекаются труднофлотируемые фракции минералов;

— установлено, что сочетание гравитации в начальной стадии обогащения с последующей флотацией позволяет существенно повысить извлечение крупных зерен и зерен минералов благородных металлов флотационной крупности;

— установлено, что на извлечение тонких частиц благородных металлов существенное влияние оказывает гидратация, снижающая их фактическую плотность, что затрудняет отделение тонких фракций благородных металлов от сульфидов цветных металлов, поэтому необходимо предварительное удаление последних флотацией, то есть гравитационно-флотационная схема должна быть дополнена контрольным гравитационным извлечением благородных металлов из хвостов флотации;

— показана эффективность доизвлечения благородных металлов из хвостов гравитационно-флотационной схемы, причем хвосты должны быть классифицированы на песковую и шламовую составляющие;

— установлено, что лучшие показатели обогащения достигаются на центробежных концентратах Нельсона (КН), на основе которых разработана гра-витационно-флотационно-гравитационная технология обогащения вкрапленных медно-никелевых руд месторождения «Норильск-1» .

Практическая значимость работы заключается в том, что на основе исследований разработана и на Норильской обогатительной фабрике вместо флотационной внедрена технология гравитационно-флотационно-гравита-ционного обогащения вкрапленных медно-никелевых руд месторождения «Норильск-!», позволившая увеличить извлечение благородных металлов на.

16%, сократив потери с хвостами на 0,9 г/т. Достижение полученных результатов базируется на применении центробежной сепарации на концентраторах «Нельсона». Перечистка гравиоконцентрата открывает возможность извлечения благородных металлов из богатого перечищенного продукта минуя цикл металлургического производства, в котором потери благородных металлов достигают 5−7%. При непосредственной переработке эти потери сокращаются до 0,5%.

Разработанная технология позволяет с более высокими технологическими показателями перерабатывать вкрапленные и «медистые» руды Талнах-ских месторождений и малосульфидные руды Норильска.

Полученные в работе результаты явились основой для разработки технологической схемы обогащения вкрапленных медно-никелевых руд при проектируемом расширении объемов их переработки.

В работе обобщены результаты, полученные при непосредственном участии автора на стадии исследований, лабораторных, полупромышленных и промышленных испытаний, а также при внедрении выполненных разработок на Норильской обогатительной фабрике (НОФ) Производственного объединения обогатительных фабрик (ПООФ) Заполярного филиала (ЗФ) ОАО «Горно-металлургической компании «Норильский никель» .

Внедрение на НОФ разработанной технологии позволило существенно повысить эффективность обогатительного производства.

ВЫВОДЫ.

1. В результате проведенных исследований разработана и внедрена технология гравитационного извлечения благородных металлов из вкрапленных руд Норильска, обеспечившая значительное сокращение потерь платины, золота и палладия с отвальными хвостами.

2. Анализ проведенных ранее работ и выполненные исследования минерального состава вкрапленных медно-никелевых руд месторождений Норильска показали, что благородные металлы в значительной степени представлены собственными минеральными формами: платина — на 95%, палладий — на 20−30% (основная часть палладия изоморфно связана с пентланди-том либо с пирротином) и золото — на 50−80%. Наличие собственных минеральных форм благородных металлов, особенно платины, предопределяет возможность их извлечения гравитационными методами.

3. Установлено, что существенная часть минералов благородных, металлов представлена зернами размером от 20 до 500 мкм, извлекаемыми гравитационными методами. Трудно извлекаемая часть минеральной составляющей в руде и продуктах ее обогащения содержится в виде тонких шламов, а также в виде тончайшей эмульсионной вкрапленности в породных и сульфидных минералах. Наличие этой составляющей определяет уровень неизбежных потерь.

4. Показано, что потери с отвальными флотационными хвостами вкрапленных руд связаны с недостаточной флотационной активностью ряда минералов, содержащих благородные металлы, их переизмельчением и наличием ковких минералов ферроплатины и интерметаллидов.

5. Показано, что для снижения уровня потерь необходима установка гравитационных аппаратов до флотации в цикле измельчения — классификации.

6. Проведенными минералогическими исследованиями и исследованиями на обогатимость показано, что предварительная гравитация позволяет снизить потери платиновых металлов при переработке вкрапленных руд по гравитационно-флотационной схеме на, %: Pt — 19,05- Pd — 8,70- Au — 6,95.

7. Показано, что при работе по гравитационно-флотационной схеме существенную часть потерь минералов благородных металлов с хвостами можно доизвлечь с помощью контрольной гравитации. Показатели доизвлечения после внедрения данной технологии на песковой фракции отвальных хвостов составили, % (от операции): Pt — 8,9−18,8- Pd — 1−5,8- % (от исходной руды): Pt — 0,82−4,29- Pd — 0,05−0,85.

8. Экспериментально и расчетно определена величина гидратных слоев на зернах минералов, поступающих на гравитационное обогащение и показана зависимость кажущейся плотности и коэффициентов равнопадаемости от крупности минеральных зерен.

9. Установлено, что на извлечение благородных металлов из. тонких классов существенное влияние оказывает гидратированность, снижающая гравитационную контрастность минералов, в особенности, в сочетании с сульфидами цветных металловпредварительное удаление последних флотацией повышает эффективность контрольной гравитации хвостов.

10. Показано, что тонкое обесшламливание хвостов, обеспечивая снижение вязкости, способствует повышению эффективности гравитационного доизвлечения благородных металлов из хвостов.

11. Проведены лабораторные, полупромышленные и промышленные испытания, внедрение гравитационно-флотационной технологии в рудном цикле с использованием центробежных концентраторов «Нельсона», обеспечивших лучшие результаты в сравнении с другими аппаратами. Выявлен ряд технологических и эксплуатационных особенностей аппаратов «Нельсона» при использовании их на рассматриваемом рудном объекте. Впервые в России успешно в промышленных условиях апробированы концентраторы.

Knelson KC-CD" типоразмера 48″. С учетом выявленных закономерностей осуществлено поэтапное внедрение аппаратов, что обеспечило повышение извлечения платиновых металлов на фабрике. В процессе исследования совместно с фирмой-производителем выработана оптимальная схема эксплуатации и управления процессом концентрирования.

12. Расчет по формулам водного баланса позволил увязать производительность аппарата, плотность слива классификатора, количество технологической воды с заданной плотностью питания флотации. В результате снижен расход технологической воды на концентраторе Нельсона путем замены концентрирующего конуса G-4 на водосберегающую модификацию G-5 без уменьшения уровня извлечения.

13. Проведены испытания гравитационно-флотационной технологии обогащения вкрапленных руд Талнахского месторождения и отдельных разновидностей медистых руд, показавшие возможность увеличения извлечения благородных металлов на 2−5%- для руд малосульфидного горизонта1 месторождения «Норильск-1» прирост извлечения составил, %: Pt — 12,62- Pd — 2,64- Au — 12,72-? ПМ — 5,46.

14. Показано, что гравитационная доводка первичного концентрата позволяет получить богатый продукт, перерабатываемый по схеме, исключающей потери благородных металлов со шлаками.