Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,791

Ресурсы благородных металлов в техногенных объектах горно-металлургического комплекса России

Петров Г.В. 1 Бодуэн А.Я. 1 Мардарь И.И. 1 Иванов Б.С. 1 Богинская А.С. 1
1 Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»
1. Петров Г.В., Грейвер Т.Н., Лазаренков В.Г. Современное состояние и технологические перспективы производства платиновых металлов при переработке хромитовых руд. – СПб., Недра, 2001. – 200 с.
2. Додин Д.А., Изоитко В.М. // Обогащение руд. – 2006. – № 6. – С. 19–23.
3. Нафталь М.Н., Шестакова Р.Д. // Цветные металлы. – 2001. – № 6. – С. 43–48.
4. Кайтмазов Н.Г., Пыхтин Б.С. и др. // Цветные металлы. – 2001. – № 6. – С. 41–42.
5. Сенютина А.Б. // Изв. вузов. Геология и разведка. – 2006. – № 6. – С. 70–73.
6. Петров Г.В. Концентрирование платиновых металлов при переработке традиционного и нетрадиционного платинометального сырья. – СПб.: Cанкт-Петербургский горный ин-т, 2001. – 106 с.

В настоящее время мировые запасы металлов платиновой группы (МПГ) насчитывают свыше 100 тыс. т, из которых около 90 % приходится на три крупных рудных района: Бушвельд (ЮАР), Норильск (Россия) и Великая Дайка (Зимбабве), при этом основное производство МПГ пока осуществляется из сырья рудных месторождений ЮАР и России [1].

Важным аспектом развития российского платинометального комплекса и укрепления позиций на мировом рынке МПГ является расширение и реструктуризация минерально-сырьевой базы платиновых металлов. Россия располагает мощным потенциалом для прироста ресурсов и запасов платиноидов, существенным элементом которого в ближайшем будущем могут стать техногенные отходы переработки полиметаллических руд. Все крупные мировые производители МПГ обладают техногенными объектами различной значимости, но только с российским горно-металлургическим комплексом связаны крупнейшие техногенные платинометальные месторождения [2].

В России в качестве дополнительных источников платиновых металлов целесообразно рассматривать заскладированные хвосты обогащения сульфидных медно-никелевых руд, «лежалые» пирротиновые концентраты (ЛПК);заскладированные магнетитовые концентраты и шлакопылевые отвалы «Горно-металлургической компании «Норильский никель» (ГМК «НН»), а также техногенные платинометально-хромитовые россыпи Урала и Алдана.

Норильские техногенные месторождения. В ГМК «НН» значительные потери платиновых металлов (до 20 %) связаны с обогащением первичного сульфидного медно-никелевого сырья. Применение развернутых обогатительных схем с широким спектром операций (гравитация, обогащение в тяжелых суспензиях, флотация и др.), ориентированных преимущественно на концентрирование цветных металлов, большой объем перечистных операций и соответственно формирование значительных количеств полупродуктов, в различной степени содержащих МПГ, приводит к безвозвратному техногенному рассеянию благородных металлов.

В металлургическом цикле переработки сульфидных концентратов цветных металлов основная часть платиновых металлов коллектируется в анодных шламах электролиза меди и никеля. В ГМК «НН» переработка шламов осуществляется по технологиям, обеспечивающим получение богатых платинометальных концентратов, удовлетворяющих требованиям аффинажного производства. Потери МПГ в металлургическом цикле оцениваются в 3-5 % и связаны преимущественно с отвальными шлаками и пылями плавильных и обжиговых переделов. Следует отметить, что частичный возврат образующихся полупродуктов в основное производство приводит к циркуляции части платиновых металлов в технологическом цикле.

В ГМК «НН» накоплено более 300 млн. т сухих платинометальных техногенных отходов, представляющих собой перспективный источник благородных металлов, учитывая, что в связи с уменьшением доли богатых руд в товарной массе Норильских месторождений снижается объем отечественного производства МПГ [1, 2].

Норильские техногенные платинометальные месторождения складывались в течение нескольких десятилетий при переработке богатых сульфидных медно-никелевых руд. Формирование техногенных массивов Норильского промышленного региона сопровождается протеканием активных геомеханических процессов, определяющих условия миграции благородных металлов и их перераспределение. Совокупность этих процессов в сочетании с другими природными и технологическими факторами определяет две тенденции в формировании техногенных месторождений МПГ – миграциюплатиновых металлов в продуктах техногенного комплекса и их локализованное концентрирование, что способствует появлению экстремально богатых по платиноидам зон.

Хранение отвальных продуктов обогащения и металлургического производства характеризуется низкой упорядоченностью складирования и смешиванием разнотипных продуктов (отвалы забалансовых руд и вскрышных пород, хвостов, шлаков, пылей, лежалых пирротиновых концентратов, донных осадков прудов-накопителей и др.), что особенно проявлялось на первом этапе функционирования ГМК «НН» при переработке богатых сульфидных руд, а позднее пирротиновых руд.

Хвосты обогатительных фабрик. Прогнозные ресурсы МПГ лежалых хвостов обогатительных фабрик превышают 800-1000 т. Наиболее крупным из норильских техногенных месторождений является хвостохранилище Норильской обогатительной фабрики № 1 площадью 6,2 км2 с общими запасами не менее 240 млн. т отвальных хвостов. Материал хвостохранилища представлен однородной массой, содержащей от 0,2 до 5,5 г/т МПГ.В хвостах в целом сохраняется тот же набор платиновых минералов, что и в исходных медно-никелевых рудах. 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).

Лежалые пирротиновые концентраты и железистые кеки.Руды Талнахского и Октябрьского месторождений представлены в основном пентландит-халькопирит-пирротиновой разновидностью, особенностью которой является высокое содержание (30-60 %) пирротина Fe1-хS. При флотационном обогащении пирротиновых руд формируется самостоятельный сульфидный промпродукт – никель-пирротиновый концентрат. В силу относительно большого выхода и высокого содержания МПГ этот концентрат представляет собой уникальный источник получения платиновых металлов, и прежде всего редких платиноидов, которые встречаются исключительно в форме твердых растворов в пирротине и пентландите.

В зависимости от режима никелевой и пирротиновой флотации в норильский пирротиновый концентрат извлекается: 13-28 % Ni; 4-6 % Сu; 15-30 % Со; 15-30 % суммы МПГ [3].Химический, минералогический и гранулометрический составы никель-пирротинового концентрата определяются набором исходных руд и условиями обогащения.В среднем на 1 т содержащегося никеля приходится до 20-25 т железа и 12-17 т серы. Несмотря на значительный прогресс и эффективность современных методов автогенной плавки, непосредственная переработка такого материала на штейн в условиях Норильска до существенного повышения цены на МПГ считалась нерентабельной. Никель-пирротиновый концентрат многие годы складировался в хвостохранилищах, которые сегодня являются серьезным загрязняющим фактором: твердая часть склонна к пылению, а присутствие искусственного водоема, в котором находится обработанный флотореагентом материал, приводит к эрозии почв, изменению криогенной обстановки и загрязнению сточных вод.

ЛПК состоит из очень мелких частиц (содержание класса -0,045 мм составляет 57-95 %), что существенно усложняет его переработку. Он представляет собой смесь оксидов кремния, кальция, алюминия, магния (35-40 %), сульфидов цветных металлов (3-6 %) и железа в форме магнетита (10-15 %) и пирротина (35-45 %). 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 [4, 5].

Общие запасы в пирротинохранилищах составляют 10 млн. т, ориентировочные прогнозные ресурсы платины и палладия в них превышают 100 т, золота – 3 т, серебра – 100 т, никеля и кобальта более 500 тыс. т. Благородные металлы рассеяны в сложной и тонкой композиции сульфидных минералов в виде вкраплений, что делает малоэффективными механические методы их отделения от породы. Кроме того, изменение свойств сульфидных минералов в процессе хранения существенно снижает эффективность применения традиционных технологий для переработки лежалых сульфидных материалов.

Магнетитовые концентраты. Перспективными техногенными месторождениями МПГ являются хранилища магнетитовых концентратов, сформировавшиеся к 1975 году 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.

Шлакопылевые отвалы пирометаллургических переделов. Перспективным источником благородных и цветных металлов являются отвальные шлаки и пыли систем сухой и мокрой газоочисток металлургических печей, накопленные вшлакопылевых отвалах ГМК «НН».

Пыли газоочисток и отвальные шлаки коллектируют часть МПГ в пирометаллургических операциях переработки медно-никелевых руд. Пыли представляют собой малоразмерные корольки шлака, штейна и металлической фазы, которые образуются в результате вспенивания расплавов при барботировании иокислении сульфидов. МПГ коллектированы в металлической фазеFe-Cu-Ni состава, металлических иридии и серебре, новообразованных сульфидах, селенидах и теллуридах платиновых металлов, конденсатах возгонов летучих соединений – оксидах осмия, рутения, иридия и серебра. Для пылей систем газоочистки характерно повышенное содержание осмия, рутения и иридия по сравнению с исходными рудами, в которых преобладают платина и палладий.

Ресурсы благородных металлов (золото + МПГ) на шлаковом отвале Никелевого завода оцениваются более чем в 20 т. Содержание металлов в шлаках крайне неравномерное. Отдельные их разности, несущие включения сульфидов и штейна, характеризуются двухзначным содержанием благородных металлов и первыми (до десятков) процентами Cu и Ni.

В целом, уровень содержания благородных металлов в шлаковых отвалах (суммарное содержание МПГ и Au по различным отвалам от 1 до 2,2 г/т) и их ресурсы позволяют говорить о металлургических отвальных шлаках как потенциальном сырье, в котором кроме благородных металлов заключены Ni – 16 тыс. т (содержание от 0,04 до 0,12 %), Cu – 52 тыс. т (содержание от 0,2 до 0,37 %) и Co – 11 тыс. т (содержание от 0,05 до 0,07 %).В шлакопылевых пробах наблюдается значимая корреляция содержаний Cu, Ni, Co и благородных металлов, что позволяет обоснованно предположить возможность получения методами обогащения концентрата цветных металлов, МПГ, золота и серебра.

Уральские техногенные месторождения. За двухвековую эксплуатацию платиновых россыпных месторождений Урала образовались богатые по запасам техногенные платинометально-хромитовые россыпи, основная масса которых приурочена к двум главным промышленным узлам – Исовскому и Нижне-Тагильскому [1, 2]. В техногенных уральских россыпях преобладают микрочастицы минералов МПГ и золота средним размером 2-12 мкм с колебаниями от 1-2 до 20-30 мкм, которые не извлекаются стандартными гравитационными методами при разработке первичных россыпей. Ценные составляющие уральских техногенных месторождений представлены более чем 30 видами минералов МПГ, самородными золотом и серебром, хромшпинелидами, магнетитом, ильменитом. Основные платинометальные минералы россыпей – изоферроплатина и тетраферроплатина. В техногенных месторождениях Урала содержатся десятки тонн МПГ (преимущественно платины, осмия и иридия), десятки тысяч тонн высокохромистых платинометальных хромшпинелидов и тонны попутного золота.

Сибирские техногенные месторождения. Следует также обратить внимание на техногенные запасы платиносодержащих хромитов, образовавшихся при отработке платиновых россыпей Алдана (Инаглинское и Кондерское месторождение). Хромитовые концентраты, выделяемые при обогащении россыпей, относятся к химическому типу (содержание Cr2O3 < 48 %, Cr:Fe < 3:1). Представляя собой комплексное сырье, хромиты содержат до 0,5-1 г/т платиновых металлов, находящихся преимущественно в рассеянных формах, трудно поддающихся концентрированию обогатительными способами. Ежегодное техногенное накопление хромитов составляет до 50 тыс. т, в связи с чем, проблема выделения из них платиноидов является не менее актуальной, чем извлечение основного компонента – хрома. Рентабельная химико-металлургическая переработка приисковых, относительно небольших техногенных месторождений хромитов, может быть осуществлена лишь при производстве товарных соединений хрома (например, дорогостоящих хромового ангидрида или металлического хрома) и попутно платиносодержащего продукта непосредственно при отработке россыпей, в том числе на передвижных модульных установках, сразу после выделения шлихового платинового концентрата в обогатительном цикле [6].

Резюмируя, можно отметить, что исследования последних лет показывают, что объекты вторичного платиносодержащего сырья разнообразны по своей природе, содержанию металлов, масштабам накопления и экономической значимости. Вторичные ресурсы, несмотря на большие объемы, характеризуются нестабильным содержанием МПГ и цветных металлов. Формы нахождения платиновых металлов в техногенном сырье таковы, что сырье является упорным для переработки с использованием традиционных технологических схем. При этом себестоимость извлечения МПГ из техногенных месторождений иногда бывает ниже, чем при обогащении исходных руд и песков, поскольку из технологической цепочки исключаются дорогостоящие операции, связанные с добычей, дроблением, измельчением и классификацией.

Существенным обстоятельством, сдерживающим вовлечение техногенного сырья в переработку, является то, что они рассматриваются крупными горнодобывающими предприятиями, прежде всего как геотехнические системы, обеспечивающие долговременное хранение горнопромышленных отходов, и в меньшей степени как вторичные минеральные ресурсы. С этих позиций перспективным представляется концессионная разработка техногенных платинометальных месторождений с использованием современных гидрометаллургических технологий.


Библиографическая ссылка

Петров Г.В., Бодуэн А.Я., Мардарь И.И., Иванов Б.С., Богинская А.С. Ресурсы благородных металлов в техногенных объектах горно-металлургического комплекса России // Успехи современного естествознания. – 2013. – № 3. – С. 145-148;
URL: https://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=31477 (дата обращения: 20.10.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074