Крупнейшие платинометальные техногенные месторождения мира расположены в Норильском промышленном регионе, формировавшиеся в течение нескольких десятилетий при переработке сульфидных медно-никелевых руд ОАО ГМК «Норильский никель» (ГМК «НН»). В ГМК «НН» накоплено более 300 млн. т сухих техногенных отходов, представляющих собой перспективный источник благородных металлов [1-4].
В качестве дополнительных источников благородных и цветных металлов сегодня рассматриваются: заскладированные хвосты обогащения сульфидных медно-никелевых руд; «лежалые» пирротиновые концентраты (ЛПК); заскладированные магнетитовые концентраты; шлакопылевые отвалы.
В настоящее время для переработки техногенных отходов ГМК «НН» предлагается достаточно большое количество обогатительных и металлургических технологий, которые значительной степени ориентированы на получение концентрата благородных металлов с его дальнейшей переработкой в шламовой технологии.
Хвосты норильских обогатительных фабрик. Прогнозные ресурсы МПГ лежалых хвостов обогатительных фабрик превышают 800-1000 т. Заскладированные хвосты характеризуются повышенными содержаниями платины (до 2,1 г/т), палладия (до 5,8 г/т), родия (до 0,24 г/т), иридия (до 0,044 г/т), рутения и осмия (до 0,01-0,05 г/т), золота (до 1,4 г/т), меди (до 0,8 г/т), никеля (до 0,6 г/т) [1].
Актуальной проблемой вовлечения в производство техногенных отходов, в том числе содержащих МПГ, является создание эффективной и экономически обоснованной обогатительной технологии, способной обеспечить получение качественного концентрата ценных компонентов, пригодного для дальнейшей переработки в рамках существующих технологий. Тем более что, в заскладированных хвостах обогащения значительная часть МПГ находится в виде свободных минералов, выделение которых возможно при использовании гравитационного обогащения с получением богатых концентратов, пригодных для переработки на Надеждинском металлургическом заводе (НМЗ) [5].
В районе Норильска в течение ряда лет ГК «Рутений» по гравитационной технологии ведет отработку современной техногенной россыпи МПГ и золота по реке Щучьей, в верховьях которой находится склад отвальных хвостов Норильской обогатительной фабрики. Содержания МПГ в россыпи в 2–3 раза больше, чем в хвостах, и достигают иногда десятков грамм на тонну (до 66,6 г/т Pt, 77,8 г/т Pd и 18,6 г/т Аu). Применяемая гравитационная схема обогащения включает дезинтеграцию, классификацию и дополнительную дезинтеграцию в скруббере, получение первичного концентрата с помощью виброцентробежных и центробежных сепараторов, доводку полученного промпродукта до требуемых параметров. Извлечение МПГ составляет в среднем 59 %, колеблясь от 25 до 67 % [6].
Известны результаты технологических испытаний центробежных сепараторов для переработки техногенных отвалов, которые показали возможность получения богатого концентрата, содержащего МПГ в количестве до 20 кг/т [1].
В ГМК «НН» разработана технология доизвлечения МПГ из хвостов Норильской обогатительной фабрики методом магнитной сепарации. Из пульпы выделяют магнитные концентраты, извлечение суммы Рt, Pd, Rh и Au в которые колеблется в пределах от 20 до 40 %. Для дальнейшей переработки получаемых магнитных концентратов предложена плавка на штейн в присутствии древесного угля. Также существует возможность направлять их в технологическую цепочку Никелевого завода как частичного заменителя песчаника на рудно-термической плавке [7].
По проекту ЗАО «Механобр Инжиниринг» (СПб) пульпу хвостохранилища ГМК «НН», с содержанием 20 % твердого вещества подвергают классификации с выделением с выделением материала крупностью –1,2 + 0,25 мм, который затем поступает на обогащение в концентраторах «Knelson». Извлечение платины из песковой фракции текущих хвостов обогащения вкрапленных руд составляет 40 % при выходе гравиконцентрата 0,4 %. Предусматривается гравиконцентрат с содержанием благородных металлов 4 кг/т и более перерабатывать в металлургическом цехе, а ниже 4 кг/т – в составе шихты ряда операций пирометаллургического передела [8].
Лежалые пирротиновые концентраты и железистые кеки. При флотационном обогащении пирротиновых руд Талнахского и Октябрьского месторождений формируется самостоятельный сульфидный промпродукт – никель-пирротиновый концентрат, запасы которого в пирротинохранилищах составляют более 10 млн. т. В ЛПК содержится до 10 г/т и более МПГ, 0,3 г/т Аu, более 10 г/т Аg, 1-3 % Ni и Сu, 0,1 % Со. Благородные металлы рассеяны в сложной и тонкой композиции сульфидных минералов в виде вкраплений, что делает малоэффективными механические методы их отделения от породы [9, 10, 11].
В ГМК «НН» ЛПК перерабатывается с помощью флотации, которой предшествуют классификация и измельчение в шаровых мельницах для раскрытия слежавшихся зерен. Готовый концентрат ЛПК объединяется с общим никелевым концентратом Норильской обогатительной фабрики [11]. Недостатком этой технологической схемы является то, что происходит обеднение общего никелевого концентрата и увеличение удельных затрат энергии при дальнейшей пирометаллургической переработке материала, так как ЛПК – это богатый по железу и бедный по никелю продукт.
С июня 2009 г. началось вовлечение в переработку ЛПК, хранящегося под слоем воды в пирротинохранилище Кайерканского угольного разреза, по технологии автоклавного окислительного выщелачивания. ЛПК в количестве 25-30 % (масс.) подшихтовываются к пирротиновым концентратам Талнахской обогатительной фабрики для их совместной переработки в гидрометаллургическом производстве НМЗ. Недостатком этого способа являются существенные потери МПГ в ходе автоклавного окислительного выщелачивания [12].
Группой авторов разработана гравитационно-флотационную технология переработки ЛПК, которая представляет собой выделение гравитационного концентрата на аппаратах «Knelson», обогащение его на концентрационном столе «Gemeni» (извлечение цветных металлов в хвосты сепарации составляет 99,0-99,5 %) и флотацию хвостов обогащения с получением богатого по драгоценным металлам концентрата, пригодного для последующей переработки в металлургическом цикле ГМК «НН» [10].
Магнетитовые концентраты. Перспективными техногенными месторождениями МПГ являются хранилища магнетитовых концентратов, сформировавшиеся при переработке богатых халькопиритовых руд Талнахского месторождения. В те годы ферроплатина из этих руд не извлекалась и содержание МПГ в отвальных хвостах флотации достигало 26 г/т. ГМК «НН» ведет отработку техногенного магнетитового месторождения по гравитационной обогатительной технологии. Использование концентраторов «Knelson» и концентрационных столов «Gemeni» позволяет получать гравитационные концентраты, содержащие 5–7 кг/т благородных металлов и пригодные для дальнейшей переработки в металлургическом цикле. Только за первый год из магнетитовых концентратов получено 1200 кг МПГ, около 1500 т никеля и 1000 т меди [13].
Шлакопылевые отвалы. Перспективным источником благородных и цветных металлов являются отвальные шлаки и пыли систем сухой и мокрой газоочисток металлургических печей, накопленные в шлакопылевых отвалах ГМК «НН». Например, в шлаковых отвалах Никелевого завода, наряду с никелем (содержание от 0,04 до 0,12 %), медью (от 0,2 до 0,37 %) и кобальтом (от 0,05 до 0,07 %), содержится от 1 до 2,2 г/т суммы МПГ и Au [14].
В работе [14] предложена технологическая схема переработки шлаков основанная на применении рентгенрадиометрической сепарации. Рентгенрадиометрической сепарации должно предшествовать грохочение шлаков по классу – 10 мм. Подрешетный продукт после гравитационного обогащения может быть переработан по пирометаллургической или флотационной схеме. Данная технология доизвлечения благородных и цветных металлов должна удачно вписаться в существующее на шлакоотвале производство щебня и материала для подсыпки дорог и наполнителя в бетон. Проведенные технологические испытания показали реальность такого подхода. Возможна также переработка предварительно обогащенных шлаков по пирометаллургической схеме.
В Санкт-Петербургском горном университете исследования по разработке технологии концентрирования благородных металлов осуществлялись на пробах донных осадков шлакопылевых прудов-накопителей, содержащих суммарно до 20 % Cu, Ni, Co. Пробы имели весьма высокое содержание (50-100 г/т) суммы Au, Ag и МПГ. Экспериментально показано, что коллектирование сульфидной составляющей исходного материала методом адгезионной флотации в оптимальных условиях (расход солярового масла 20-50 % от питания; крупность материала > 95 % фракции – 44 мкм; ж:т = 2-4) при относительной простоте реализации процесса обеспечивает высокие показатели концентрирования ценных компонентов с получением концентрата, обогащенного в 3-5 раз по благородным металлам.
Дальнейшая переработка флотоадгезионного концентрата способом, сочетающим плавку на металлизированный штейн и его последующую жидкофазную сульфатизацию при 200 °С, ж:т = 5 в течение 6 часов обеспечивает получение богатого концентрата Pt, Pd и Au (суммарное содержанием не менее 1,5 %) с извлечением серебра, цветных металлов и редких платиноидов в сернокислый раствор.
На основании выполненных исследований предложена принципиальная технологическая схема концентрирования благородных металлов из материала шлаковых отвалов ГМК «НН», включающая в качестве основных стадий адгезионную флотацию, коллектирующую плавку концентрата, сульфатизационную переработку штейна с получением богатого платинометального концентрата и сорбционное извлечение редких платиноидов из раствора сульфатизации. Данная схема обеспечивает замкнутый цикл адгезионной флотации с полной регенерацией адгезива, получение селективных концентратов благородных металлов и возможность попутного извлечения цветных металлов [15].