PL232492B1 - Sposób odzysku pozostałości metali z odpadów flotacji górnictwa rud miedzi i zagospodarowania odpadów końcowych tego sposobu - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób odzysku pozostałości metali z odpadów flotacji górnictwa rud miedzi i zagospodarowania odpadów końcowych tego sposobu znajdujący zastosowanie do odzysku - z odpadów zdeponowanych w składowiskach oraz odpadów końcowych flotacji głównej generowanych w zakładach przeróbczych - pozostałości miedzi, srebra oraz innych metali nieżelaznych występujących w odpadach flotacyjnych wzbogacania rud mono- i polimetalicznych w postaci siarczkowej, utlenionej lub rodzimej oraz przystosowania odpadów końcowych z tego procesu do produkcji nawozów mineralnych, cementów lub materiałów budowlanych.

Znane są sposoby odzysku miedzi i innych metali z odpadów przeróbczych pochodzących z przerobu rud występujących w obrębie skał pochodzenia magmowego głębinowego lub wylewnego, metamorficznego lub osadowego, zawierających siarczkowe lub tlenkowe minerały metali. W skali światowej ponad 80% wytwarzanych odpadów przeróbczych pochodzi ze skał magmowych okruszcowanych siarczkami miedzi i innych metali (przeciętna zawartość Cu od 0,25 do 0,7%, rzadko do kilku %). Pozostałe kilkanaście procent stanowią odpady przeróbcze powstające w procesach wzbogacania złóż ze skał zmetamorfizowanych oraz osadowych. W Polsce występują tzw. stratyfikowane złoża siarczkowych rud miedzi pochodzenia osadowo-hydrotermalno-diagenetycznego. Pod względem litologicznym złoża eksploatowane w niecce północnosudeckiej były uformowane w obrębie skał węglanowych (wapienie, margle, dolomity) dolnego cechsztynu, a na obszarze monokliny przedsudeckiej - w obrębie skał kontaktowych dolnego cechsztynu (dolomity, wapienie, łupki ilaste) oraz czerwonego spągowca (drobnoziarniste piaskowce). W złożach występujących w Polsce i eksploatowanych w kopalniach podziemnych zawartość bilansowa miedzi wynosi >0,7%. Wszystkie wymienione złoża typu siarczkowego (około 95% światowego wydobycia) są wzbogacane metodą flotacji. W wyniku tego procesu uzyskuje się koncentrat miedzi oraz produkty uboczne, zwane odpadami flotacyjnymi. Odpady stanowi zmielony materiał skalny, o granulacji odpowiadającej piaskom drobnoziarnistym, piaskom pylastym, frakcji pyłowej oraz ilastej. Zawartość miedzi Cu w tych odpadach w skali światowej wynosi od 0,05 do 0,25% Cu, a w polskim górnictwie od 0,1 do 0,3%. Odpady flotacyjne uzyskiwane ze złóż siarczkowych występujących w skałach magmowych, na ogół w porfirach, charakteryzują się niską zawartością Cu i metali towarzyszących, z uwagi na dobrą flotowalność rozdrobnionej rudy i stosunkowo wysokie uzyski metali w koncentratach. Z wymienionych względów odpady flotacyjne z magmowych rud siarczkowych nie są przedmiotem zainteresowania wtórnego odzysku. W przypadku złóż porfirowych eksploatowanych metodą odkrywkową w ich nadkładzie często występują „czapy rudy utlenionej (powstałe w wyniku oddziaływania czynników atmosferycznych na minerały siarczkowe metali zawarte w złożu), którą przy udostępnianiu złoża deponuje się na oddzielnych zwałowiskach, a następnie poddaje ługowaniu za pomocą kwasu siarkowego w celu odzysku Cu i in. metali. Z uzyskanego roztworu, zawierającego siarczany miedzi i innych metali, odzyskuje się następnie, przeważająco w procesie tzw. „cementacji” miedź metaliczną wydzieloną na powierzchni różnopostaciowego złomu żelaza lokowanego w roztworze. Dalej miedź metaliczna od złomu żelaza jest oddzielana metodami pirometalurgicznymi. Www. „czapach” rudy utlenionej, w wyniku procesów geochemicznych często występuje miedź w postaci metalicznej (rodzimej) w formie wpryśnięć, żył, gniazd, dendrytów itp. W takim przypadku do odzysku Cu stosuje się odpowiednie rozdrobnienie skały, to jest rudy łącznie z grawitacyjnym wzbogacaniem.

W przypadku odpadów flotacji w polskim górnictwie rud miedzi, (deponowanych na przestrzeni ponad 50 lat w kolejno budowanych składowiskach zawierających około 1100 min. ton tego materiału), prowadzone badania laboratoryjne i w ograniczonym zakresie w skali technicznej, wykazały nieefektywność znanych metod wtórnego odzysku miedzi i pozostałych metali, to jest:

- flotacji - z uwagi na niską zawartość Cu w siarczkach oraz rosnący w czasie proces utlenienia siarczków miedzi i in. metali;

- ługowania - z uwagi na bardzo wysoką zawartość węglanów w postaci dolomitów i wapieni (od 30 do 90% ogólnej masy odpadów), wchodzących w reakcję z kwasem i komplikujących proces ługowania metali;

Z wymienionych powodów odpady flotacji rud miedzi w Polsce, nie były dotychczas w skali przemysłowej przedmiotem wtórnego przetwórstwa. Roczny przyrost zasobów odpadów przeróbczych na wszystkich kontynentach globu wynosi około 950 min. ton/rok, w tym w Polsce około 28 min ton. Ograniczenie przyrostu ilości nowych odpadów oraz zagospodarowanie już istniejących, jako bazy surowcowej dla wielu produktów ma duże znaczenie gospodarcze oraz ekologiczne z uwagi na możliwy odzysk Cu i innych deficytowych metali kolorowych.

PL 232 492 B1

W skali światowej, w tym w Polsce, odpady flotacyjne są deponowane w postaci mieszanin fazy stałej i wody w terenowych otwartych zbiornikach - składowiskach w sposób zorganizowany pod względem technologicznym z zastosowaniem hydraulicznego namywu plaż lub zrzutów punktowych pulpy do czaszy składowiska lub też poprzez systemy hydrocyklonów wydzielających frakcję grubą z odpadów do nadbudowy zapór ziemnych (obwałowań) z jednoczesnym skierowaniem frakcji drobnodyspersyjnej do akwenu, w którym następuje sedymentacja cząstek stałych, wyklarowanie wody w celu jej ujęcia i ponownego skierowania do obiegu technologicznego flotacji.

Stwierdzono, że w procesie hydraulicznego namywu plaż i stożków napływowych następuje rozfrakcjonowanie odpadów i w wyniku tego zjawiska w strefie wylotów pulpy z rurociągów osadzają się cząstki fazy stałej w postaci agregatów skalnych, ziaren minerałów lub metali rodzimych o większej granulacji i gęstości właściwej, a w miarę oddalania się od wylotu sedymentują cząstki mniejsze i mniejszej gęstości właściwej (np. gęstość Cu w postaci metalu - 8,9 kg/dm³; chalkozynu - 5,8-5,9 kg/dm³; malachitu - około 4,0 kg/dm³; skały płonnej - 2,5-3,0 kg/dm³).

Sposób odzysku pozostałości metali z odpadów flotacji w górnictwie rud miedzi i zagospodarowania odpadów końcowych tego sposobu - według wynalazku - przy zagospodarowaniu odpadów ze składowisk polega na zastosowaniu kolejno po sobie następujących operacji technologicznych. Pierwszą operacją technologiczną procesu odzysku jest rozpoznanie i udokumentowanie przestrzennej rejonizacji petrograficzno-mineralogicznej, granulometrycznej oraz geotechnicznej odpadów zdeponowanych w danym składowisku. W trakcie tej operacji zwraca się szczególną uwagę na masywy plaż namywanych hydraulicznie na skarpy odwodne zapór ziemnych i stożków napływowych w czaszy składowiska. W namywanych obszarach plaż i stożków, w wyniku procesu sedymentacji cząstek stałych następuje, pod wpływem grawitacji, frakcyjne rozwarstwienie odpadów, co prowadzi do akumulacji cięższych agregatów i ziaren mineralnych zawierających minerały metaliczne i cząsteczki metali w postaci rodzimej. Po udokumentowaniu rozlokowania przestrzennego i zasobów metali przystępuje się do poboru odpadów flotacyjnych i ich transportu znanymi metodami do linii technologicznej grawitacyjnego wzbogacania surowca, w której najpierw prowadzony jest proces klasyfikacji, a następnie proces grawitacyjnego wzbogacania. Proces klasyfikacji realizowany jest w zespole urządzeń w postaci hydrocyklonów klasyfikujących i zagęszczających mieszaninę fazy stałej i wody, z którego - jakościowo różne - strumienie pulpy kierowane są do poszczególnych urządzeń grawitacyjnego wzbogacania. Proces ten realizowany jest w zespole urządzeń dostosowanych do charakterystyki granulometrycznej strumieni pulpy z hydrocyklonów. Z powyższych procesów wyprowadza się koncentrat stanowiący mieszaninę siarczków i związków utlenionych oraz metali rodzimych z domieszką ziaren płonnych oraz odpady końcowe.

Koncentrat uzyskany z linii grawitacyjnego wzbogacania w zależności od dominującego składu mineralnego, zawartości siarczków i stopnia ich utlenienia, zawartości sumarycznej metali, kierowany jest do dalszego przetwarzania różnymi technologiami. W praktyce oznacza to że:

a) w przypadku gdy w koncentracie dominują agregaty siarczkowe - kieruje się go do odpowiedniej fazy dalszego wzbogacania w procesie flotacji w zakładzie wzbogacania rud,

b) w przypadku gdy w koncentracie występuje bardzo wysoka zawartość tlenkowych minerałów miedzi i innych metali przy możliwie najniższej zawartości węglanów - kieruje się go do procesu hydrometalurgicznego, to jest ługowania metali z fazy stałej do roztworu.

W przypadku odzysku pozostałości metali zawartych w minerałach siarczkowych ze strumienia odpadów końcowych flotacji głównej w zakładzie wzbogacania rud, proces odzysku polega na wprowadzeniu do schematu technologicznego w części końcowej po flotacji głównej wymienionej linii urządzeń do wzbogacania grawitacyjnego. Wydzielony koncentrat kieruje się do obiegu domielania i flotacji czyszczącej. Odpady końcowe ze wzbogacania grawitacyjnego są kierowane do rząpia i dalej do składowiska lub do zagęszczania, odwodnienia i utylizacji.

Odpady końcowe pochodzące z grawitacyjnego wzbogacania, stosownie do ich składu mineralnego, lokalnych warunków i potrzeb mogą być kierowane do produkcji nawozów mineralnych dla rolnictwa, cementu albo do produkcji materiałów budowlanych, mogą być one także powtórnie deponowane w składowisku. Korzystnie ze strumieni odpadów końcowych za pomocą urządzeń do magnetycznej separacji odzyskuje się dodatkowo agregaty minerałów zawierające metale ferromagnetyczne. Odpady końcowe o charakterze węglanowym, zawierające kalcyt i dolomit wraz ze śladowymi zawartościami metali, po stosownej korekcie składu mineralnego niezbędnymi znanymi składnikami, kierowane są do produkcji nawozów mineralnych wapienno-magnezowych z mikroelementami. Odpady końcowe o charakterze węglanowym z zawartością minerałów ilastych i krzemionki, po stosownej korekcie składu mineralnego znanymi niezbędnymi składnikami, kierowane są do produkcji cementów powszechnego

PL 232 492 B1 użytku lub cementów specjalnych. Odpady końcowe z dominacją składników krzemionkowo-ilastych, po uzupełnieniu składu mineralnego znanymi stosownymi składnikami, kierowane są do produkcji prefabrykowanych materiałów budowlanych, w tym do produkcji okładzin elewacyjnych z ewentualnym dodatkiem pigmentów (barwników).

W przypadku utylizacji odpadów końcowych, poddaje się je procesowi zagęszczania z ewentualnym dodatkiem flokulantów znanymi urządzeniami jak hydrocyklony lub zagęszczacze, a następnie procesowi odwodnienia, korzystnie za pomocą pras filtracyjnych, co w konsekwencji umożliwia transport tego materiału dowolnymi środkami transportu do odbiorców.

Claims (9)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób odzysku pozostałości metali z odpadów flotacji w górnictwie rud miedzi i zagospodarowania odpadów końcowych tego sposobu, znamienny tym, że w danym składowisku odpadów flotacyjnych kolejno określa się: rejonizację petrograficzno-mineralogiczną oraz granulometryczną odpadów, zwłaszcza w obrębie hydraulicznie namywanych plaż i stożków napływowych, zawierających osadzone agregaty minerałów metalicznych i ziaren metali w postaci rodzimej, a następnie odpady z tych przestrzeni pobiera się i kieruje znanym sposobem kolejno do procesów: klasyfikacji i grawitacyjnego wzbogacania, przy czym z procesów wyprowadza się koncentrat i odpady końcowe a ponadto, korzystnie, do procesu klasyfikacji wprowadza się jednocześnie odpady flotacyjne zawierające minerały siarczkowe i tlenkowe oraz metale rodzime.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że do procesu klasyfikacji wprowadza się odpady występujące w częściach składowiska w postaci plaż lub stożków napływowych powstałych w wyniku hydraulicznego grawitacyjnego rozwarstwienia w procesie deponowania i sedymentacji cząstek stałych o różnej gęstości właściwej, w obrębie których akumulują się minerały miedzionośne.
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że koncentrat z dominującymi agregatami siarczkowymi kierowany jest do dalszego wzbogacania w zakładzie wzbogacania rud.
4. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że koncentrat o wysokiej zawartości tlenkowych minerałów miedzi i innych metali przy możliwie najniższej zawartości węglanów kierowany jest do procesu hydrometalurgicznego, to jest do ługowania metali z fazy stałej do roztworu.
5. 5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ze strumienia odpadów końcowych, za pomocą urządzeń do magnetycznej separacji, wydziela się agregaty minerałów zawierające metale ferromagnetyczne.
6. 6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że odpady końcowe o charakterze węglanowym wraz ze śladowymi zawartościami metali, po stosownej korekcie składu mineralnego niezbędnymi znanymi składnikami, kierowane są do produkcji nawozów mineralnych wapienno-magnezowych z mikroelementami.
7. 7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że odpady końcowe o charakterze węglanowym z zawartością minerałów ilastych i krzemionki, po stosownej korekcie składu mineralnego znanymi niezbędnymi składnikami, kierowane są do produkcji cementów powszechnego użytku lub cementów specjalnych.
8. 8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że odpady końcowe z dominacją składników krzemionkowo-ilastych, po uzupełnieniu składu mineralnego znanymi stosownymi składnikami, kierowany jest do produkcji prefabrykowanych materiałów budowlanych, w tym okładzin elewacyjnych, w tym z dodatkiem pigmentów (barwników).
9. 9. Sposób odzysku pozostałości metali z odpadów flotacyjnych górnictwa rud miedzi, to jest z końcowych odpadów flotacji głównej w zakładach wzbogacania rud miedzi, znamienny tym, że jako ostatnie ogniwo technologiczne w schemacie wzbogacania siarczkowych rud miedzi, wprowadza się linię urządzeń do wzbogacania grawitacyjnego, z której końcowy koncentrat kieruje się do obiegu domielania i flotacji czyszczącej, a odpady końcowe są kierowane do rząpia i dalej do składowiska lub do zagęszczania, odwodnienia i utylizacji.