ТМ цветных и редких металлов помимо доизвлечения основных полезных компонент и получения стройматериалов (щебень, песок, гравий, закладочный материал и т.д.) могут являться ценным источником попутных элементов, которые в начальный период добычи руд по тем или иным причинам не извлекались. Так, например, отвалы и хвосты медно-никелевых руд Норильска содержат промышленные с точки зрения современных технологий их переработки концентрации платиноидов, золота и серебра, которые ранее извлекались лишь частично. Практически все полиметаллические и медно-цинковые месторождения содержат Ag, Cd редкие и рассеянные элементы, потребность в которых резко возросла в последнее время, и промышленные кондиции на них в связи с этим существенно понизились.
ТМ цветных и редких металлов имеют огромные запасы полезных компонент. В качестве примера рассмотрим суммарные характеристики ТМ медной подотрасли Урала, в которой сосредоточена основная их доля России и для которой известны наиболее полные данные (таблица 7).
Таблица 7.
Характеристика ТМ медной подотрасли Урала.
| Тип техногенного сырья | Запасы, млн.т | Содержание и запасы полезных компонент, %/тыс.т | ||
| Cu | Zn | S | ||
| Некондиционные руды и породы вскрыши | 10617 | 0,34/36098 | 0,22/23357 | 8,69/922617 |
| Хвосты обогащения | 208,8 | 0,37/770,1 | 0,39/820,5 | 21,9/45811 |
| Шлаки медеплавильных заводов | 110,9 | 0,37/410,2 | 2,29/2538,6 | 0,98/1086,4 |
| Итого | 10937 | 37278 | 26716 | 969514 |
Из таблицы 7 следует, что основная доля (87,4–96,8%) запасов полезных компонент сосредоточена в ТМ, возникающих при добыче руды коренных месторождений. В целом для медной подотрасли Урала этот показатель даже превосходит соответствующие потери при добыче вольфрамовых руд [85%=65,4/(65,4+11,4) – см. рис. 2] несмотря на то, что медные и медно-цинковые кондиционные руды имеют более высокие содержания Cu (0,35-0,5%) и Zn (1,5%) и как следствие этого должны быть более однородны.
Из этой же таблицы также видно, что даже средние содержания Cu (0,34-0,37%) близки к кондиционным (0,35%-0,5%), поэтому учитывая неравномерность распределения меди в техногенных рудах (от 0,08 до 1,88%), очевидно, что они вполне конкурентоспособны с коренными рудами.
В медных рудах Урала помимо меди содержится ёще 15 других ценных компонент (Zn, Pb, S, Au, Ag, Bi, Cd, Ge, Re, Sn, Te, Ni, In, Sb). Кроме того, в шлаках содержится до 30% и более железа (CFe,кондиц.³16%), которое из них не извлекается.
Наибольшую ценность в хвостах обогащения Уральских руд представляет сера. Её стоимость составляет 30-50% от общей стоимости хвостов. Второе место принадлежит сумме драгоценных металлов (25-45%). Далее идут Cu – 10-20% и Zn – 10-15%.
Каждое ТМ обладает своими особенностями, обусловленными составом исходного сырья для них, технологией добычи, обогащения или переработки и целым рядом других факторов. Поэтому необходима объективная оценка и детальная разведка каждого перспективного для вторичной переработки ТМ. Оценочные работы проведены пока на немногих месторождениях. Рассмотрим для примера результаты таких работ на двух месторождениях: ТМ Бурибаевской обогатительной фабрики и ТМ медиплавильного комбината АООТ «СУМЗ» (Среднеуральский металлургический (медиплавильный) завод).
ТМ Бурибаевской обогатительной фабрики начало формироваться с 1937 г. Площадь хвостохранилища составляет около 18 га. Высота колеблется от 0,5 до 18 м. Хвосты представляют собой обезвоженную пульпу с размером частиц от 0,02 до 0,07 мм.
По результатам опробования шлама содержание СS=10-42%, СCu=0,12-1,64%, СZn£1%. Эти шламы могут быть использованы как сырьё для получения медного и пиритового концентратов.
Хвостохранилище разведано колонковыми скважинами по сети 50´50 м. Анализ размещения меди и серы в шламе хвостохранилища показал, что наибольшее их содержание отмечается в местах слива шлама из трубопровода. По мере удаления от него содержание меди и серы уменьшается. По содержанию этих элементов выделяют три участка:
I участок – СCu>0,5%, СS>34%.
II участок - СCu>0,5%, СS<34%.
III участок - СCu<0,5%, СS<34%
Запасы хвостохранилища составляют 3,96 млн.т при среднем содержании СCu=0,54%, СZn=0,17%, СS=28,18%. Кроме Cu, Zn и S хвосты содержат:
Au – 1,2 г/т (0,00012), Se – 41 г/т (0,0041%), Ge – 1,6 г/т (0,00016%,
Ag – 10,3 г/т (0.00103%), Te – 28 г/т (0,0028%).
Пользуясь этими данными нетрудно подсчитать запасы перечисленных выше металлов в хвостохранилище Бурибаевской обогатительной фабрики (сделать самостоятельно)
Cu – 21384 т, Au – 4,752 т, Te – 110,88 т,
Zn – 6732 т, Ag – 40,788 т, Ge – 6,33 т,
S – 1,116 млн.т, Se – 162,35 т.
ТМ медеплавильного комбината АООТ “СУМЗ” представляет собой шлакоотвал, содержащий несколько десятков млн.т шлаков.
Минеральный состав шлаков:
Магнетит (FeFe2O4), пирротин (Fe1-xS), фаялит {Fe2[SiO4]}, шпинель (MgAl2O4), виллемит {Zn2[SiO4]}, куприт (Cu2O), волластонит {Ca3[Si3O9]}, кварц (SiO2) и некоторые другие рудные и нерудные минералы.
В химическом составе преобладают
Fe – (34-42)%, SiO2 – (32-38)%, Al2O3 – (4,6-7,5)%,
Zn – (2-5)%, S – (0,9-1,2)%, Cu – (0,6-0,7)%.
В ходе отработки шлакоотвала, дробления и флотационного обогащения шлаков на обогатительной фабрике получают медно-цинковый концентрат и магнетит, содержащий песок.
ТМ этой группы, как и ТМ цветных и редких металлов формируются при добыче, обогащении и переработке продуктов обогащения коренных руд чёрных металлов (Fe, Ti, Mn, Cr). Они так же, как правило, относятся к месторождениям смешенного типа, т.е. пригодны для доизвлечения различных металлов и для получения стройматериалов.
Для месторождений Урала этой группы наблюдается аналогичное соотношение запасов для разных их типов:
· ТМ вскрышных и скальных пород и некондиционных руд - >5 000млн. т;
· ТМ хвостов обогащения - ~900 млн. т;
· ТМ шлаков металлургических комбинатов - ~200 млн. т.
Наибольший интерес среди ТМ чёрных металлов вызывают в последнее время хвосты мокрой магнитной сепарации титаномагнетитовых руд Качканарского ГОК’а (Урал). Хвостохранилище занимает площадь 2000´200 м=40 га. В среднем в него ежегодно поступает около 34 млн.т хвостов. Материал их достаточно однороден, с преобладающим фракционным составом 1-4 мм. Распределение металла по поверхности хвостохранилища равномерное. Как следствие однородности состава шламов в них отмечаются стабильные содержания одного из редких металлов–скандия (CSc»130 г/т), представляющего промышленный интерес.
ТМ металлургических предприятий представляют довольно сложные объекты. Строение подобных ТМ рассмотрим на примере ТМ Челябинского электрометаллургического комбината (АО «ЧЭМК»).
Шлаковые отвалы ЧЭМК формируются с начала ферросплавного производства в 1931г. и продолжают функционировать по настоящее время. Они имеют в плане близкую к изометрической форму плоского типа (соотношение площади верхней поверхности и нижнего основания меньше двух). Площадь отвала около 38 га. Мощность тела отвала 16-31 м, средняя её величина – 22,55 м. Плотность материала – 2,5 т/м3.
Вывалка шлаков и отходов различного состава производилась хаотически, без соблюдения системы складирования, поэтому строение отвала сложное. Большая часть его поверхности покрыта пылями различных производств и саморассыпающихся шлаков, которые впоследствии проходят процесс литификации (слёживания), превращаясь в сцементированные тонкообломочные породы.
В отвале содержится около 653 тыс.т марганца. Основное перспективное направление переработки – использование в качестве строительного материала с предварительным извлечением металлических фаз. Характерными стройматериалами, которые могут быть получены из шлаков чёрной металлургии, являются:
· гранулированные шлаки;
· шлаковая пемза как заполнитель бетона;
· шлаковата;
· литой шлаковый щебень;
· шлаковое литьё (брусчатка, плитки, бордюрный камень и пр.);
· стеклокерамические изделия;
· вяжущие добавки в цемент;
· минеральные добавки для улучшения почв.
Исследования ТМ и вовлечение их в эксплуатацию представляет собой комплексную проблему, которая может быть решена только совместными усилиями геологов, геофизиков, горняков, обогатителей и экологов. Методика исследований ТМ включает ряд этапов:
1. Рекогносцировочное геолого-геофизическое обследование ТМ. Оно выполняется путём изучения горно-геологической документации отработки коренных месторождений, осмотра техногенных образований на местах и составления схемы их залегания. На основании выполнения этих работ оценивается:
· минералогический и петрофизический состав залежей ТМ и их физические свойства (плотность, электропроводность и т.д.);
· ожидаемое содержание полезных и попутных компонент;
· гранулометрический состав;
· площадь и мощность залежей ТМ, их состояние, сроки складирования и т.д.