КОМБИНИРОВАННЫЙ БЕЗОТХОДНЫЙ СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ БОКСИТОВ Российский патент 1998 года по МПК B03B7/00 B03B13/06 

Изобретение относится к технологии обогащения и переработки рядовых и низкосортных бокситов, в которых содержание Al₂O₃ менее 37%, SiO₂ более 5,5%, кремниевый модуль (отношение Al₂O₃ к SiO₂) ниже 2,1-3,5, а также к переработке старых отвалов забалансовых руд. Обогащение и переработка бокситов основаны на использовании естественной радиоактивности при сортировке и сепарации и кучного бактериально-химического выщелачивания кремнезема при помощи силикатных бактерий (группа Silicius) и может быть применено в горнорудной промышленности при переработке промышленных руд и старых отвалов забалансовых бокситовых руд.

Известен способ радиометрической сортировки и сепарации бокситов по естественной радиоактивности [7].

Известен способ выщелачивания силикатных минералов с помощью силикатных бактерий [3]. Известен способ усреднения качества руд [8].

Известен комбинированный способ переработки золото-серебряных руд [5]. Этот способ принят за прототип. В прототипе [5] разделение руд реализовано при помощи рентгенорадиометрической сортировки и сепарации.

Бокситы с высоким содержанием кремния и низким кремниевым модулем (от 0,3 до 6,6) не могут перерабатываться на глинозем по способу Байера без предварительного их обескремнивания. Способ Байера является наиболее эффективным для производства глинозема [3]. Известные механические методы обогащения низкосортных бокситов дают неудовлетворительные технологические показатели: извлечение глинозема в концентрат обычно не превышает 65-70% при незначительном улучшении качества концентрата [3]. Непосредственная переработка низкосортных бокситов в этих случаях на глинозем может осуществляться только по весьма сложной и дорогой технологии - методом спекания [3].

Переработка низкосортных бокситов старых отвалов забалансовых руд также должна осуществляться с использованием кучного бактериально-химического выщелачивания кремнезема при помощи силикатных бактерий (группа Silicius), поскольку очищенные от алюминия бактериальная жидкость и промывные растворы кремния являются эффективным удобрением, так как содержат в активной форме кремнезем, аминокислоты, органические кислоты и другие продукты деятельности микроорганизмов, и могут быть использованы в сельском хозяйстве для повышения урожайности полей. Подобная схема переработки низкосортных бокситов представляет собой практически безотходную технологию.

Основной вредной примесью в бокситах является кремнезем, входящий в состав различных алюмосиликатов (каолинит, галлуазохлориты и др.). В процессе обогащения SiO₂ должен быть удален с отвальными продуктами, однако в результате этой операции значительная часть Al₂O₃ теряется.

Для усреднения качества бокситов в процессе сортировки и сепарации по естественной радиоактивности используют известный способ, основанный на регулировании величины граничного содержания.

Недостатком известного способа [8] является невозможность совместного использования радиометрической сортировки и сепарации кучного бактериально-химического выщелачивания кремнезема при помощи силикатных бактерий (группа Silicius) [5].

Устранение указанных недостатков и осуществление совместного использования кучного бактериально-химического выщелачивания кремнезема при помощи силикатных бактерий (группа Silicius) в процессе радиометрической сортировки или покусковой сепарации бокситов и повышение чувствительности и эффективности радиометрической сепарации бокситов путем увеличения чувствительности и селективности разделения бокситов позволит повысить эффективность переработки бокситных руд.

Для повышения чувствительности, селективности и производительности процессов обогащения бокситов используют известный эстафетный способ радиометрической сепарации [9]. Способ заключается в последовательном многократном измерении интегрального потока естественного радиоактивного излучения каждого из кусков руды несколькими детекторами гамма-излучения, установленными в рабочей зоне сепаратора вдоль траектории движения кусков руды. При этом импульсы, зарегистрированные каждым из детекторов одного и того же куска, суммируются, что позволяет существенно улучшить чувствительность [9].

Куски боксита в каждой зоне детектирования облучают гамма-излучением радионуклидных источников и регистрируют гамма-излучение кусков руды в энергетических диапазонах калия, урана, тория, жесткого и интегрального излучения, а также рассеянное кусками или прошедшее через куски гамма-излучение радионуклидных источников в энергетическом диапазоне учета веса кусков [7] . Для каждого куска боксита последовательно суммируют показания детекторов гамма-излучения во всех упомянутых диапазонах регистрации и при выходе кусков из рабочей зоны сепаратора вычисляют многопараметровые признаки [7] . \\2 Повышение чувствительности и селективности разделения бокситов решают путем регистрации гамма-излучения кусков руды в канале калия от изотопа калий - 40 в энергетическом диапазоне от 1,3 до 1,55 МэВ, в канале урана от изотопа висмут-214 в энергетическом диапазоне от 1,65 до 1,85 МэВ, в канале тория от изотопа таллий-208 в энергетическом диапазоне от 2,5 до 2,7 МэВ, в канале интегрального гамма-излучения в энергетическом диапазоне от 0,15 до 3,5 МэВ и в канале учета веса кусков в энергетическом диапазоне от 0,05 до 0,15 МэВ, куски руды выделяют в отвальные хвосты при значениях ниже порогового многопараметрового разделительного признака (7), который определяют по выражению:

где
N_1c, N_2c, N_3c...N_nc - интенсивности гамма-излучения, зарегистрированные каждым детектором в канале интегрального гамма-излучения в диапазоне энергий от 0,15 до 3,5 МэВ;
N_1k, N_2k, N_3k...N_nk - интенсивности гамма-излучения, зарегистрированные каждым детектором в канале калия в энергетическом диапазоне от 1,3 до 1,55 МэВ;
N_1b, N_2b, N_3b...N_nb - интенсивности гамма-излучения, зарегистрированные каждым детектором в канале учета веса кусков в диапазоне энергий от 0,05 до 0,15 МэВ (7).

Содержание оксида алюминия определяют по вычисленным значениям содержания урана C_U и тория C_Th по выражению:

где
a, b, c - экспериментально определенные члены уравнения.

Для последующего разделения обогащенного продукта бокситов на технологические сорта реализуют многопараметровый разделительный признак, в течение которого используют отношение суммарной интенсивности гамма-излучения в канале тория и суммарной интенсивности гамма-излучения в канале калия [7].

Многопараметровый разделительный признак определяют по выражению:

где
N_1T, N_2T, N_3T...N_nT - интенсивности гамма-излучения, зарегистрированные каждым детектором в канале тория в энергетическом диапазоне от 2,5 до 2,7 МэВ;
N_1k, N_2k, N_3k...N_nk - интенсивности гамма-излучения, зарегистрированные каждым детектором в канале калия в энергетическом диапазоне от 1,3 до 1,55 МэВ.

В кусках боксита определяют содержание тория и калия, сравнивают их с пороговыми величинами этих признаков и разделяют куски на отвальные хвосты и обогащенные продукты [7].

На основе использования этого способа [7] рабочая чувствительность радиометрической сепарации увеличивается ≈ в 16,4 раза.

Используя повышенную чувствительность радиометрической сортировки и сепарации [7] , горнорудную массу бокситов разделяют на пять сортов: промежуточный продукт первой операции (ПП-1), промежуточный продукт второй операции (ПП-2), промежуточный продукт третьей операции (ПП-3), обогащенные продукты (ОП) и отвальные хвосты (ОХ).

При выделении обогащенного продукта (ОП) необходимо учитывать, что основными кремнийсодержащими минералами в бокситах являются шамозит (22-29% SiO₂) и каолинит (46,3% SiO₂). Содержание Al₂O₃ в шамозите составляет 13-21%, а в каолините 39,5%. В процессе дробления и грохочения каолинит практически удаляют из горнорудной массы. Для удаления кремнийсодержащих шамозита и остатков каолинита из обогащенных продуктов необходимо учитывать при определении гамма-интенсивности граничного содержания при выделении ОП Al₂O₃ на уровне 22% или 40% от полного содержания Al₂O₃. Эта операция позволит удалить из обогащенных продуктов радиометрической сепарации кремнийсодержащие минералы шамозита и каолинита.

В промежуточный продукт одной операции (ПП-1) выделяют горнорудную массу боксита с содержаниями Al₂O₃ 28-42%, SiO₂ - 6-14%, кремниевый модуль 3,0-6,0. В промежуточный продукт двух операций (ПП-2) выделяют горнорудную массу боксита с содержаниями Al₂O₃ 18-28%, SiO₂ 14-32%, кремниевый модуль 2,5-3,0. В промежуточный продукт трех операций (ПП-3) выделяют горнорудную массу боксита с содержаниями Al₂O₃ 10,0-18%, SiO₂ 18-40% и более, кремниевый модуль 0,3-2,0 и менее.

Для промежуточного продукта ПП-1 осуществляют однократную бактериальную обработку в течение 7-10 суток, для промежуточного продукта ПП-2 осуществляют двукратную бактериальную обработку в течение 7-10 суток каждая обработка, для промежуточного продукта ПП-3 осуществляют трехкратную бактериальную обработку в течение 9-10 суток каждая обработка.

Бактериальная жидкость и промывные растворы промежуточных продуктов ПП-1, ПП-2, ПП-3 содержат в основном соединения кремнезема и алюминия, из которых алюминий может быть извлечен ионообменными или другими известными процессами [3] . Очищенный от алюминия кремний является эффективным удобрением, поскольку содержит в активной форме кремнезем, аминокислоты, органические кислоты и другие продукты деятельности микроорганизмов и может использован в сельском хозяйстве для повышения урожайности полей. При переработке старых отвалов забалансовых руд бокситов комбинированный безотходный способ переработки бокситов нужно применять более широко, так как кроме дополнительного извлечения алюминия при переработке старых бокситов можно широко использовать для удобрений в сельском хозяйстве очищенный от алюминия кремний.

Себестоимость переработки бокситов бактериально-химическим выщелачиванием при помощи силикатных бактерий (группа Silicius) в 3-4 раза ниже себестоимости переработки низкосортного боксита методом спекания, поэтому экологически выгодно увеличить объем переработки промежуточных продуктов ПП-1, ПП-2, ПП-3, чтобы получить более дешевый конечный продукт [5]. Однако в условиях северных и средних широт, а особенно в условиях Крайнего Севера, существенно сокращается летнее время, которое наиболее благоприятно для жизнедеятельности основных бактерий (при отрицательных температурах жизнедеятельность гетеротрофных микроорганизмов затухает, а при H5 размножение силикатных бактерий прекращается). Ускорение процесса выщелачивания кремнезема за счет интенсификации деятельности силикатных бактерий (добавка в питательную среду гидрола вместо сахарозы способствует лучшему, более обильному развитию бактериальной массы), подачи раствора под "постель" боксита при помощи пирохлоровых труб, увеличение скорости подачи бактериального раствора и повышение давления при подаче раствора создают условия для увеличения объема переработки промежуточных продуктов ПП-1, ПП-2 и ПП-3 [5]. Поскольку вышеназванные факторы являются переменными величинами, то целесообразно осуществлять регулирование объема промежуточных продуктов ПП-1, ПП-2, ПП-3 с учетом эффективности экономики и реальных условий северных и средних широт, а также условий Крайнего Севера, где реализуют переработку боксита [5].

Величину регулируемого объема промежуточных продуктов ПП-1, ПП-2, ПП-3 определяют по измеренным средневзвешенным содержаниям Al₂O₃ и количествам горнорудной массы в суммарных товарных продуктах, обогащенных продуктах и отвальных хвостов (5).

Таким образом, сущность изобретения заключается в следующем.

Комбинированный безотходный способ переработки бокситов характеризуется тем, что он включает транспортировку руд, экспресс-анализ радиометрическими методами порций руды, усреднение качества руд, грохочение и дробление, радиометрическую сортировку и покусковую сепарацию с использованием эстафетного сепаратора, реализующего естественную радиоактивность и с регулированием величины граничного содержания полезного компонента, причем в процессе радиометрической сортировки и сепарации разделяют горнорудную массу бокситовых руд на пять продуктов руд: обогащенные продукты, которые направляют для переработки на глинозем по методу Байера, промежуточные продукты ПП-1, ПП-2 и ПП-3, которые дробят до 1 - 0,14 мм и направляют на кучное бактериально-химическое выщелачивание кремнезема при помощи силикатных бактерий группы Silicius, и отвальные хвосты, граничное содержание при выделении обогащенного продукта выбирают с учетом удаления их обогащенного продукта кремнийсодержащих минералов шамозита, содержащего 21% Al₂O₃ и кремнийсодержащего минерала каолинита, содержащего 39,5% Al₂O₃, в качестве критерия разделения радиометрической сортировки и сепарации по естественной радиоактивности используют отношение параметра интегрального гамма-излучения в диапазоне энергий от 0,15 до 3,5 МэВ и параметра учета кусков в диапазоне энергий от 0,05 до 0,1 МэВ и отношения аналитических параметров тория к аналитическим параметрам калия, кучное бактериально-химическое выщелачивание промежуточных продуктов ПП-1, ПП-2, ПП-3 в условиях северных и средних широт, а также в условиях Крайнего Севера реализуют только в летнее время, а в зимнее время промежуточные продукты ПП-1, ПП-2, ПП-3 накапливают на сортировочной площадке для его переработки в летнее время, для промежуточного продукта ПП-1 реализуют однократную бактериальную обработку силикатными бактериями без смены раствора в течение 7 - 10 суток, для ПП-2 реализуют двухкратную бактериальную обработку без смены раствора в течение 7 - 10 суток, для ПП-3 реализуют трехкратную бактериальную обработку без смены раствора в течение 7 - 10 суток для каждой обработки, смену растворов реализуют через 7 - 10 суток при pH 5 - 5,5, при этом из бактериальной жидкости и промывочных растворов кремния промежуточных продуктов ПП-1, ПП-2, ПП-3 удаляют Al₂O₃ и очищенный от алюминия кремний накапливают в специальных бункерах для использования кремнезема в качестве эффективного удобрения, реализуют интенсификацию деятельности силикатных бактерий группы Silicius и реализуют объемы промежуточных продуктов ПП-1, ПП-2, ПП-3 и обогащенных продуктов и средневзвешенное содержание Al₂O₃ с использованием микро-ЭВМ. Кроме того, способ характеризуется тем, что в процессе дробления и грохочения бокситовых руд каолинит практически полностью удаляют из обогащенной горнорудной массы, а в зависимости от состава бокситовых руд для удаления из обогащенного продукта шамозита граничное содержание обогащенного продукта устанавливают на уровне 22 - 25% Al₂O₃. При этом в промежуточной продукт ПП-1 при помощи радиометрической сортировки выделяют горнорудную массу боксита с содержанием Al₂O₃ 28 - 42% и более, SiO₂ - 6 - 14%, кремниевый модуль 3,0 - 6,0, в промежуточный продукт ПП-2 выделяют бокситовые руды с содержанием Al₂O₃ 18 - 28%, SiO₂ 14 - 32%, кремниевый модуль 2,0 - 3,0, в промежуточный продукт ПП-3 выделяют бокситовые руды с содержанием Al₂O₃ 10 - 18%, SiO₂ 18 - 40% и более, кремниевый модуль 0,3 - 2,0 и менее.

В качестве критерия разделения бокситовых руд используют отношение:

где
N_1c, N_2c, N_3c, ... N_nc - интенсивности гамма-излучения, зарегистрированные каждым детектором в канале интегрального гамма-излучения в диапазоне энергий от 0,15 до 3,5 МэВ;
N_1k, N_2k, N_3k, ... N_nk - интенсивности гамма-излучения, зарегистрированные каждым детектором в канале калия в энергетическом диапазоне от 1,3 до 1,55 МэВ;
N_1b, N_2b, N_3b, ... N_nb - интенсивности гамма-излучения, зарегистрированные каждым детектором в канале учета веса кусков в диапазоне энергий от 0,05 до 0,15 МэВ.

При радиометрической сепарации по естественной радиоактивности низкосортных бокситовых руд с пониженными содержаниями Al₂O₃ и повышенными содержаниями SiO₂, когда Al₂O₃ ≤ 20%, а SiO₂ ≥ 12%, в качестве критерия разделения руд используют отношения аналитического параметра тория - энергетический диапазон от 2,5 до 2,7 МэВ к аналитическому параметру калия - энергетический диапазон от 1,3 до 1,55 МэВ, при этом критерий разделения ξ_б бокситовых руд определяют по выражению:

где
N_1T, N_2T, N_3T, ... N_nT - интенсивности гамма-излучения, зарегистрированные каждым детектором в канале тория в энергетическом диапазоне от 2,5 до 2,7 МэВ;
N_1k, N_2k, N_3k, ... N_nk - интенсивности гамма-излучения, зарегистрированные каждым детектором в канале калия в энергетическом диапазоне от 1,3 до 1,55 МэВ, в кусках боксита определяют содержание тория и калия, сравнивают их с пороговыми величинами этих признаков и разделяют куски на отвальные хвосты и обогащенные продукты.

Так же способ характеризуется тем, что при радиометрических методах сортировки регулирование объема и средневзвешенного содержания Al₂O₃ промежуточных продуктов ПП-1, ПП-2, ПП-3 и обогащенных продуктов осуществляют путем изменения граничных содержаний Al₂O₃ при сортировке и сепарации в сложных условиях северных и средних широт, а особенно условиях Крайнего Севера.

Величину регулируемого объема горнорудной массы и средневзвешенное содержание Al₂O₃ промежуточных продуктов ПП-1, ПП-2, ПП-3 с учетом экономики и условий северных и средних широт определяют по измеренным средневзвешенным содержаниям Al₂O₃ и количествам горнорудной массы в суммарных товарных продуктах, обогащенных продуктах и отвальных хвостах из выражений:
для промежуточных продуктов ПП-1 радиометрической сепарации и сортировки
γ_пп-1=100-γ_ох-γ_оп-γ_пп-2-γ_пп-3,

для промежуточных продуктов ПП-2 радиометрической сепарации и сортировки
γ_пп-2=100-γ_ох-γ_оп-γ_пп-1-γ_пп-3,

для промежуточных продуктов П3-1 радиометрической сепарации и сортировки
γ_пп-3=100-γ_ох-γ_оп-γ_пп-1-γ_пп-2

где
- средневзвешенное содержание Al₂O₃ в суммарном товарном продукте;
γ_ох,γ_оп,γ_пп-1,γ_пп-2,γ_пп-3 - - выход отвальных хвостов, обогащенных продуктов и промежуточных продуктов ПП-1, ПП-2, ПП-3 сепарации и сортировки бокситовых руд;
- средневзвешенное содержание Al₂O₃ в отвальных хвостах, обогащенных продуктах и промежуточных продуктов ПП-1, ПП-2, ПП-3 сепарации и сортировки бокситовых руд.

Величину регулируемого объема горнорудной массы и средневзвешенного содержания Al₂O₃ обогащенного продукта определяют по измеренным средневзвешенным содержаниям Al₂O₃ и количествам горнорудной массы в суммарных товарных продуктах, промежуточных продуктов ПП-1, ПП-2, ПП-3 и отвальных хвостов из выражений:
γ=100-γ_оп-γ_пп-1-γ_пп-2-γ_пп-3

Величину текущего содержания Al₂O₃ в отвальных хвостах оценивают по измеренным средневзвешенным содержаниям Al₂O₃ и количествам горнорудной массы в суммарных товарных продуктах, обогащенных продуктах и промежуточных продуктов ПП-1, ПП-2, ПП-3 из выражений:
γ=100-γ_оп-γ_пп-1-γ_пп-2-γ_пп-3

где
- средневзвешенное содержание Al₂O₃ в отвальных хвостах и промежуточных продуктах ПП-1, ПП-2, ПП-3 радиометрической сепарации и сортировки;
γ_ох,γ_оп,γ_пп-1,γ_пп-2,γ_пп-3 - выход отвальных хвостов, обогащенных продуктов и промежуточных продуктов ПП-1, ПП-2, ПП-3 радиометрической сепарации и сортировки.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежом, где приведена технологическая схема - комбинированный безотходный способ переработки бокситов для условий северных и средних широт.

Исходную горную массу боксита крупностью менее 500 мм (-500) 1 подвергают грохочению 2 с целью выделить долю горнорудной массы бокситов крупнее 300 мм (+300), руду +300 мм дробят 3 и направляют на сортировку 4. При помощи сортирующего устройства 5 разделяют горнорудную массу на шесть сортов: богатые бокситы 6, рядовые бокситы 7, бедные бокситы (промежуточный продукт ПП-1) 8, забалансовые бокситы (промежуточный продукт ПП-2) 9, забалансовые низкосортные бокситы с кремнистым модулем 0,3 - 2,0 (промежуточный продукт ПП-3) 10 и отвальные хвосты 11. Богатую руду боксита без покусковой радиометрической сепарации направляют в блок усреднения качества руд 12, согласно патенту на изобретение [8]. Рядовую руду направляют на покусковую сепарацию, после грохочения 13 и дробления +150 мм 14, промывки 15 и удаления с сушкой и сгущением шлама 16 направляют бокситы на грохочение 17 с выделением классов крупности - 200 + 80 - 18, крупности 80 + 50 - 19, крупности - 50 + 30 - 20 и покусковую радиометрическую сепарацию класса крупности - 200 + 80 класс крупностью - 80 + 50 - 22, класс крупности - 50 + 30 - 23 с разделением продуктов сепарации на отвальные хвосты 24 и концентрат 25. Отвальные хвосты покусковой сепарации, после усреднения качества руд 26, направляют в отвал сепарации 27, а концентрат - в блок усреднения качества руд 12 [8]. Богатая руда и концентрат покусковой сепарации проходят операцию усреднения качества руд 12 [8] и продукты направляют в бункер суммарного обогащенного продукта 28, откуда направляют на переработку по способу Байера 29 без предварительного их обескремнивания, (чертеж 29, 108).

Бокситы промежуточных продуктов ПП-1, ПП-2, ПП-3 направляют в блоки ручного бактериально-химического выщелачивания при помощи силикатных бактерий (группы Silicius).

Бактериальные блоки 30, 31, 32 функционируют следующим образом.

Промежуточный продукт ПП-1, блок 30. Исходную массу боксита крупностью 1 мм подвергают грохочению 33 с целью выделить долю боксита крупнее 1 мм, руду дробят 34 и направляют на бактериальное выщелачивание 35 и сгущение 36, после сгущения выделяют твердый остаток 37 и бактериальную жидкость 38. Твердый остаток промывают 3 выделяют концентрат 40 и слив 41. Концентрат направляют на автоклавное разложение через блок 42.

В блоке 43 отделяют красный шлак 45, раствор на выделение глинозема 44, реализуют промывку 46, красный шлак складируют 47. После сгущения бактериальную жидкость 48 направляют на флотацию бактериальной массы 49, где выделяют биомассу 50 и раствор подвергают ионообменному извлечению алюминия 52 с выделением кремнийсодержащего раствора 53, который используют как удобрение для повышения урожайности полей 54. Приготовление бактериальной суспензии реализуют в специальном узле 55, куда поступает активный силикатный бактериальный штамм 56 и биомасса 57.

Бактериальные блоки 31, 32 состоят и функционируют идентично блоку 30. Чтобы обеспечить выщелачивание SiO₂ в промежуточном продукте ПП-1, осуществляют однократную бактериальную обработку в течение 7-10 суток (блок 35) в промежуточном продукте ПП-2, осуществляют двухкратную бактериальную обработку в течение 7-10 суток каждая обработка (блок 60) в промежуточном продукте ПП-3, осуществляют трехкратную бактериальную обработку в течение 7-10 суток каждая обработка (блок 85). Чертеж (35, 60, 85).

Бокситовый концентрат 29, 42, 67, 92 суммируют в блоке 108 и направляют на автоклавное разложение способом Байера [3]. Очищенный от алюминия кремний 54, 79, 104 суммируют в блоке 109 и используют как эффективное удобрение [1] .

Пример 1. В качестве примера рассмотрим состав алюминиевых руд.

В б. СССР только для Северо-Уральского и Средне-Тиманского рудных районов кремниевый модуль бокситов более 6. Для всех остальных рудных районов б. СССР кремниевый модуль бокситов равен 2,5-4,5, то есть бокситы большинства рудных районов б. СССР нельзя переработать на глинозем по способу Байера без предварительного их обескремнивания. Для зарубежных рудных провинций кремниевый модуль бокситов, как правило, более 10-20 и бокситы этих месторождений можно перерабатывать на глинозем по способу Байера без предварительного их обескремнивания.

В последние десятилетия развития алюминиевой промышленности в России было связано со строительством гидростанций в Сибири: Красноярская, Братская, Иркутская и другие и строительства Красноярского, Братского, Иркутского и других алюминиевых заводов. Построен уникальный листопрокатный комплекс на Красноярском металлургическом заводе (КрАМЗ). Состав алюминиевых руд группы месторождения Восточной и Западной Сибири, Южного Урала и Северного Казахстана приведен в табл.2.

Для месторождений бокситов, расположенных вблизи Красноярского, Братского, Иркутского и других алюминиевых заводов, кремниевый модуль бокситов равен 3,2-4,8, то есть бокситы большинства приведенных месторождений не могут быть переработаны на глинозем по способу Байера без предварительного их обескремнивания. Исключение составляют месторождения Татарское, Новопристанское, Катуйская группа месторождений.

в условиях отсутствия в России крупных месторождений высокосортных бокситов с кремнистым модулем более 10-20 переработка бокситов комбинированным безотходным способом приобретает особую актуальность.

Для многих бокситовых месторождений: Татарское, Порожнинское, Верхотуровское, Тулонское, Бердско-Майское, Боксонское, Новопристанское, Краснооктябрьское, Аятское, Майболыкское и другие, - комбинированный способ переработки бокситов позволяет за счет повышения содержания Al₂O₃ и обескремнивания бокситов получить промышленные сорта бокситов очень высокого качества, - марка бокситов БВ, Б-0, Б1, Б2 с содержаниями 52, 49, 46% Al₂O₃ и кремниевым модулем не менее 12-7 (согласно промышленной классификации бокситов, маркировка по ГОСТ 972-50). Так же будут получены эффективные удобрения с целью использования их с сельском хозяйстве для повышения урожайности полей. Такая схема представляет практически безотходную технологию.

Пример 2. В качестве примера рассмотрим возможность переработки отвалов бокситовых руд Богословского и Уральского алюминиевых заводов. На Богословском алюминиевом заводе (г. Краснотурьинск) в хвостохранилищах и старых отвалах отходов обогащения бокситов масса содержащихся в них отходов равна 40,0 млн.т. На Уральском алюминиевом заводе в хвостохранилищах и отвалах отходов обогащения бокситов масса содержащихся в них отходов равна 48,3 млн.т. Содержание Al₂O₃ и SiO₂ для Богословского алюминиевого завода будет равно: зона отработки карьерного участка - Первомайского, вскрышные породы Al₂O₃ - 17,7%, SiO₂ - 55,8%, кремниевый модуль - 0,31; хвостохранилище N 1 Al₂O₃ - 14,5%, SiO₂ - 11,0%, кремниевый модуль - 1,32; хвостохранилище N 2 Al₂O₃ - 17-14,5%, SiO₂ - 7,6%, кремниевый модуль - 1,91; хвостохранилище N 3 Ak₂O₃ - 17-13,0%, SiO₂ - 9,0%, кремниевый модуль - 1,44. Богословский завод перерабатывал руды месторождений Красная Шапочка, Кальинское, Ново-Кальское, Черемуховское, Кургазанское, Блиново-Каменское.

Содержание Al₂O₃ и SiO₂ для Уральского алюминиевого завода будет равно: хвостохранилище N 1 Al₂O₃ - 14,2%, SiO₂ - 8%, кремниевый модуль - 1,77; хвостохранилище N 2 Al₂O₃ - 15,6%, SiO₂ - 6%, кремниевый модуль - 2,60; хвостохранилище N 3 Al₂O₃ - 18,4%, SiO₂ - 8,4%, кремниевый модуль - 2,21.

Результаты измерений естественной радиоактивности бокситов из хвостохранилища анализатором АИ-1024 с монокристаллом размером 160•100 мм в канале интегрального гамма-излучения в диапазоне энергий от 0,15 до 3,5 МэВ, приведены в табл. 3.

Полученные результаты позволяют сделать вывод, что бокситовые руды хвостохранилищ Богословского завода с содержанием в отвалах бокситовых руд от 13 до 17,7% Al₂O₃ весьма благоприятны для радиометрической сепарации с использованием естественной радиоактивности, поскольку естественная радиоактивность концентратов в 14,4-46,0 раз выше естественной радиоактивности отвальных хвостов покусковой сепарации (K_k/K_x - 14,4-46,0). Кремниевый модуль в отвалах бокситовых руд в хвостохранилищах Богословского завода равен 1,32; 1,91; 1,44. Бактериально-химическое выщелачивание промежуточных продуктов ПП-1, ПП-2, ПП-3 при помощи силикатных бактерий (группа Silecius) позволит повысить кремниевый модуль отвалов бокситов руд хвостохранилищ Богословского завода до величины 10-15 и получить марки бокситов согласно промышленной классификации бокситов по ГОСТ 972-50. Также будут получены эффективные удобрения с целью использования их в сельском хозяйстве для повышения урожайности полей.

Для уральского алюминиевого завода с содержанием в отвалах бокситовых руд от 14 до 18% Al₂O₃ бокситовые руды также весьма благоприятны для радиометрической сепарации с использованием естественной радиоактивности, поскольку естественная радиоактивность концентратов в 7,02-29,5 раз выше естественной радиоактивности отвальных хвостов покусковой сепарации (K_k/K_x - 7,02-29,5). Кремниевый модуль в отвалах бокситовых руд в хвостохранилищах Уральского завода равен 1,77; 2,60; 2,21. Бактериально-химическое выщелачивание промежуточных продуктов ПП-1, ПП-2, ПП-3 при помощи силикатных бактерий позволит повысить кремниевый модуль отвалов бокситовых руд хвостохранилищ Уральского завода до величин 10-15 и получать марки бокситов согласно промышленной классификации бокситов по ГОСТ 972-50. Также будут получены эффективные удобрения с целью использования их в сельском хозяйстве для повышения урожайности полей. Такая схема будет представлять практически безотходную технологию.

Оценим положительный экономический эффект заявляемого технического решения для Богословского алюминиевого завода. В старых отвалах Богословского завода масса содержащихся в них отходов равна 40,0 млн. т со средним содержанием Al₂O₃ 11,0%, количество алюминия равно 1,16 млн. т. При помощи комбинированной переработки бокситовых руд старых отвалов возможно извлечение 50% алюминия, что для Богословского алюминиевого завода составляет 5,08 тыс. т алюминия. При биржевой цене 1735 долларов (на 05.10.95) за одну тонну алюминия, стоимость в старых отвалах Богословского завода будет равна 881,38 млн. долларов (4,0726 триллионов рублей на состояние 05.10.95).

Кроме Богословского алюминиевого завода старые отвалы алюминия сосредоточены на Уральском, Красноярском, Братском, Иркутском и других алюминиевых заводах. Стоимость алюминия в старых отвалах перечисленных алюминиевых заводов будет в 4-5 раз превышать стоимость алюминия в старых отвалах Богословского алюминиевого завода и будет более 16,5 триллионов рублей (на состояние 05,10.95). Также будут получены эффективные удобрения с целью использования их в сельском хозяйстве для повышения урожайности полей для районов Урала и Сибири, где удобрения завозят из удаленных районов России.

Переработка старых отвалов алюминиевых руд, согласно предлагаемому техническому решению, позволит существенно улучшить экологическую среду [5], поскольку забалансовые руды алюминия не будут складироваться, а будут поступать в безотходную переработку.

Таким образом, предлагаемое изобретение является ценным и промышленно применимым.

Источники информации:
1. Александров В.Г., Терновская М.И. Силикатные бактерии - эффективное удобрение. М., ВИНИТИ, 1968.

2. Андреев П. И. , Полькин С.И., Шавор Р.А. и др. К вопросу обогащения бокситов с помощью гетеротрофных бактерий. Изв. Вузов. Цветная металлургия, 1075, N 3, с. 8-11.

3. Полькин С. И. , Адамов Э.В., Панин В.В. Технология бактериального выщелачивания цветных и редких металлов. Москва, Недра, 1982, с. 288.

4. Мокроусов В. А., Лилеев В.А. Радиометрическое обогащение нерадиоактивных руд, Москва, Недра, 1979, с. 192.

Кирпищиков С.П., Жабин Е.Г., Паркани Е.В., Улитенко К.Я. Комбинированный способ переработки золото-серебряных руд. Решение ВНИИГПЭ от 21.06.94 о выдаче патента на изобретение по заявке N 93026834/03, МКИ B 03 B 7/00, E 21 C 41/00, приоритет 28.05.93 г (прототип).

6. Кирпищиков С.П., Жабин Е.Г., Паркани Е.В., Улитенко К.Я. Комбинированный способ переработки медных руд. Решение ВНИИГПЭ от 29.06.94 г о выдаче патента на изобретение по заявке 93017913/93, МКИ B 03 B 7/00, E 21 C 41/00, приоритет 25.05.93 г.

7. Кирпищиков С.П., Гусев С.С., Жабин Е.Г. и др. Способ радиометрической сепарации комплексных руд цветных и редких металлов. Патент России N 1792741, МКИ B 03 B 13/06, B 07 C 5/3461, приоритет 04.07.90 г.

8. Кирпищиков с. П. , Жабин Е.Г. и др. Способ усреднения качества руд, патент России N 1802130, МКИ E 21 C 41/00, B 03 B 31/00, B 07 C 5/346, приоритет 25.12.90 г.

9. Патент США N 2717693, НКИ 209-111,05, опубл. 22.07.55 г. Метод и аппаратура для сортировки испускающего радиацию материала.

10. Майерович А.С., Карсеев А.В. Современная практика извлечения благородных металлов из забалансовых руд и отвальных продуктов за рубежом. ВИЭМС, Москва, 1989, 45 с.

Изобретение относится к области технологии переработки бедных и низкосортных бокситов и техногенных месторождений (ТМ) бокситов и может быть использован в горнорудной промышленности. Способ включает транспортировку руд, их экспресс анализ ядерно-физическими (радиометрическими) методами, усреднение качества руд, ядерно-физическую сортировку и покусковую сепарацию с использованием эстафетного сепаратора, реализующего естественную радиоактивность, кучное бактериально-химическое выщелачивание SiO₂ при помощи силикатных бактерий (группа Silucius). Горнорудную массу разделяют на пять сортов: обогащенные продукты, которые направляют для переработки на глинозем по способу Байера, промежуточные продукты ПП-1, ПП-2, ПП-3, которые дробят до 1 - 0,14 мм и направляют на кучное бактериально-химическое выщелачивание кремнезема при помощи силикатных бактерий, и отвальные хвосты. В качестве критерия разделения при сортировке используют отношение аналитических параметров тория к аналитическим параметрам калия. Переработку промежуточных продуктов ПП-1, ПП-2, ПП-1 в условиях северных и средних широт, а также условий Крайнего Севера реализуют только в летнее время. В зимнее время промежуточные продукты ПП-1, ПП-2, ПП-3 накапливают на сортировочной площадке для их переработки в летнее время. За счет безотходной переработки руд способ позволяет получить экологическую среду. 8 з.п. ф-лы, 1 ил., 3 табл.

Комбинированный безотходный способ переработки бокситов, включающий транспортировку руд, экспресс-анализ радиометрическими методами порций руды, усреднение качества руд, грохочение и дробление, радиометрическую сортировку и покусковую сепарацию с использованием эстафетного сепаратора, реализующего естественную радиоактивность, и с регулированием величины граничного содержания полезного компонента, при этом в процессе радиометрической сортировки и сепарации разделяют горнорудную массу бокситовых руд на пять продуктов руд - обогащенные продукты, которые направляют для переработки на глинозем по методу Байера, промежуточные продукты ПП-1, ПП-2 и ПП-3, которые дробят до 1 - 0,14 мм и направляют на кучное бактериально-химическое выщелачивание кремнезема при помощи силикатных бактерий группы Silucius, и отвальные хвосты, граничное содержание при выделении обогащенного продукта выбирают с учетом удаления из обогащенного продукта кремнийсодержащих минералов шамозита, содержащего 21% Al₂O₃ и кремнийсодержащего минерала каолинита, содержащего 39,5% Al₂O₃, в качестве критерия разделения радиометрической сортировки и сепарации по естественной радиоактивности используют отношение параметра интегрального гамма-излучения в диапазоне энергий 0,15 - 3,5 МэВ и параметра учета кусков в диапазоне энергий 0,05 - 0,1 МэВ и отношения аналитических параметров тория к аналитическим параметрам калия, кучное бактериально-химическое выщелачивание промежуточных продуктов ПП-1, ПП-2, ПП-3 в условиях северных и средних широт, а также в условиях Крайнего Севера реализуют только в летнее время, а в зимнее время промежуточные продукты ПП-1, ПП-2, ПП-3 накапливают на сортировочной площадке для его переработки только в летнее время, для промежуточного продукта ПП-1 реализуют однократную бактериальную обработку силикатными бактериями без смены раствора в течение 7 - 10 суток, для ПП-2 реализуют двухкратную бактериальную обработку без смены раствора в течение 7 - 10 суток, для ПП-3 реализуют трехкратную бактериальную обработку без смены раствора в течение 7 - 10 суток для каждой обработки, смену растворов реализуют через 7 - 10 суток при рН 5 - 5,5, при этом из бактериальной жидкости и промывочных растворов кремния промежуточных продуктов ПП-1, ПП-2, ПП-3 удаляют Al₂O₃ и очищенный от алюминия кремний накапливают в специальных бункерах для использования кремнезема в качестве эффективного удобрения, реализуют интенсификацию деятельности силикатных бактерий группы Silucius и регулируют объемы промежуточных продуктов ПП-1, ПП-2, ПП-3 и обогащенных продуктов и средневзвешенное содержание Al₂O₃ с использованием микроЭВМ.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве критерия разделения бокситовых руд используют отношение

где N_1 c, N_2 c, N_3 c, ... N_n c - интенсивности гамма-излучения, зарегистрированные каждым детектором в канале интегрального гамма-излучения в диапазоне энергий 0,15 - 3,5 МэВ;
N_1 k, N_2 k, N_3 k . .. N_n k - интенсивности гамма-излучения, зарегистрированные каждым детектором в канале калия в энергетическом диапазоне 1,3 - 1,55 МэВ;
N_1 b, N_2 b, N_3 b, ... N_n b - интенсивности гамма-излучения, зарегистрированные каждым детектором в канале учета веса кусков в диапазоне энергий 0,05 - 0,15 МэВ.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что при радиометрической сепарации по естественной радиоактивности низкосортных бокситовых руд с пониженным содержанием Al₂O₃ и повышенным содержанием SiO₂, когда Al₂L₃ ≤ 20%, а SiO₂ ≥ 12%, в качестве критерия разделения руд используют отношения аналитического параметра тория - энергетический диапазон 2,5 - 2,7 МэВ - к аналитическому параметру калия - энергетический диапазон 1,3 - 1,55 МэВ, при этом критерий разделения ξ_б бокситовых руд определяют по выражению

где N_1 т, N_2 т, N_3 т ... N_n т - интенсивности гамма-излучения, зарегистрированные каждым детектором в канале тория в энергетическом диапазоне 2,5 - 2,7 МэВ;
N_1 k, N_2 k, N_3 k, ... N_n k - интенсивности гамма-излучения, зарегистрированные каждым детектором в канале калия в энергетическом диапазоне 1,3 - 1,55 МэВ, в кусках боксита определяют содержание тория и калия, сравнивают их с пороговыми величинами этих признаков и разделяют куски на отвальные хвосты и обогащенные продукты.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что величина регулируемого объема горнорудной массы и средневзвешенное содержание Al₂O₃ промежуточных продуктов ПП-1, ПП-2, ПП-3 с учетом экономики и условий северных и средних широт определяют по измеренным средневзвешенным содержаниям Al₂O₃ и количествам горнорудной массы в суммарных товарных продуктах, обогащенных продуктах и отвальных хвостах из выражений:
для промежуточных продуктов ПП-1 радиометрической сепарации и сортировки
γ_пп-1= 100-γ_ox-γ_оп-γ_пп-2-γ_пп-3,

для промежуточных продуктов ПП-2 радиометрической сепарации и сортировки
γ_пп-2= 100-γ_ox-γ_оп-γ_пп-1-γ_пп-3,

для промежуточных продуктов ПП-3 радиометрической сепарации и сортировки
γ_пп-3= 100-γ_ox-γ_оп-γ_пп-1-γ_пп-2,

где средневзвешенное содержание Al₂O₃ в суммарном товарном продукте;
γ_ох,γ_оп,γ_пп-1,γ_пп-2,γ_пп-3 - выход отвальных хвостов, обогащенных продуктов и промежуточных продуктов ПП-1, ПП-2, ПП-3 сепарации и сортировки бокситовых руд;
средневзвешенное содержание Al₂O₃ в отвальных хвостах, обогащенных продуктах и промежуточных продуктах ПП-1, ПП-2, ПП-3 сепарации и сортировки бокситовых руд.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что величину регулируемого объема горнорудной массы и средневзвешенного содержания Al₂O₃ обогащенного продукта определяют по измеренным средневзвешенным содержаниям Al₂O₃ и количествам горнорудной массы в суммарных товарных продуктах, промежуточных продуктах ПП-1, ПП-2, ПП-3 и отвальных хвостах из выражений
γ_оп= 100-γ_ох-γ_пп-1-γ_пп-2-γ_пп-3,

9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что величину текущего содержания Al₂O₃ в отвальных хвостах оценивают по измеренным средневзвешенным содержаниям Al₂O₃ и количествам горнорудной массы в суммарных товарных продуктах, обогащенных продуктах и промежуточных продуктах ПП-1, ПП-2, ПП-3 из выражений
γ = 100-γ_oп-γ_пп-1-γ_пп-2-γ_пп-3,

где
средневзвешенное содержание Al₂O₃ в отвальных хвостах, обогащенных продуктах и промежуточных продуктах ПП-1, ПП-2, ПП-3 радиометрической сепарации и сортировки;
γ_ox,γ_оп,γ_пп-1,γ_пп-2,γ_пп-3 - выход отвальных хвостов, обогащенных продуктов и промежуточных продуктов ПП-1, ПП-2, ПП-3 радиометрической сепарации и сортировки.