СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ РУДЫ ДЛЯ СВЕДЕНИЯ К МИНИМУМУ ОБРАЗОВАНИЯ КИСЛОТНЫХ ОТХОДОВ Российский патент 2011 года по МПК C22B1/00 

Настоящее изобретение относится к общей области добычи полезных ископаемых и, в частности, касается способа переработки руды, чтобы минимизировать образование кислотных отходов.

В существующем уровне техники хорошо известно, что добыча полезных ископаемых и хранение сульфидсодержащих материалов, таких как рудничные отходы, руды металлов, угольные пласты и остатки после обогащения, помимо прочего, часто приводят к образованию кислотных отходов, которые, в свою очередь, вредны для окружающей среды. Действительно, кислотные отходы нежелательным образом действуют на фауну и флору. Более того, когда потенциал кислотообразования руды превышает нейтрализующую способность руды, часто образуется серная кислота. Серная кислота затем может растворяться в воде с образованием раствора серной кислоты. Такие растворы серной кислоты оказывают нежелательное воздействие на бетонные конструкции, такие как мосты и дамбы. Кроме того, кислоты и тяжелые металлы, такие как железо и мышьяк, которые растворимы в кислотах, портят качество воды и могут отравлять ракообразных, рыб и тому подобных.

Окисление серусодержащих соединений, таких как пирит или тому подобные минералы, действительно приводит к образованию кислотных растворов. Химические реакции включают окисление серусодержащих соединений в присутствии кислорода и воды с образованием гидроксида железа и серной кислоты. Кислотные растворы обычно называют кислыми рудничными водами или кислыми шахтными водами. Эти кислотные растворы растворяют и делают подвижными некоторые металлы, в частности железо и марганец, которые в нейтральных или основных условиях остаются относительно нерастворимыми.

В предшествующей технологии проблемы, связанные с шахтными водами, решались, главным образом, путем концентрирования образующих кислоту сульфидов и хранения их в таких водоемах как бассейн или озеро. Затопление или погружение таких сульфидов предотвращает контакт с воздухом и, тем самым, предотвращает окисление сульфидов. Хотя и полезный в некоторых отношениях, предшествующий способ имеет многочисленные недостатки.

Действительно, для некоторых случаев, погружение сульфидов требует создания осадительного пруда и поддержание его в таком состоянии, чтобы предотвратить осушение пруда, которое непременно привело бы к окислению сульфидов и, следовательно, к образованию кислоты. Далее, для некоторых руд просто невозможно извлечь достаточно сульфидов, чтобы превратить отходы в материал, не образующий кислоты.

Исходя из этого предшествующего уровня техники существует потребность в улучшенном способе переработки руды, чтобы минимизировать образование кислотных отходов. Целью настоящего изобретения является обеспечение такого способа переработки руды, который бы минимизировал образование кислотных отходов.

В первом, широком, аспекте изобретение обеспечивает способ переработки руды с использованием карбонатов таким образом, чтобы минимизировать образование кислотных отходов. Способ включает добавление карбонатов к руде и, после того как карбонаты были добавлены к руде, по существу совместное измельчение руды и карбонатов, чтобы приготовить обработанную рудную смесь. По существу совместное измельчение руды и карбонатов существенным образом смешивает и гомогенизирует руду и карбонаты таким образом, что кислоты, впоследствии образующиеся в обработанной рудной смеси, по существу нейтрализуются в обработанной рудной смеси этими карбонатами.

Преимущества настоящего изобретения включают то, что предложенный способ позволяет получить рудничные отходы, не образующие кислоты, при относительно низких затратах. Также этот способ относительно легко встраивается в существующие способы обработки руды.

Далее, предложенный способ направлен на источник проблемы, связанной с образованием кислотных отходов и поэтому относительно эффективен. Кроме того, получаемые в результате шахтные отходы можно складировать в условиях, которые требуют лишь минимального техобслуживания или вовсе его не требуют. Следовательно, этот способ обеспечивает по существу относительно безопасный способ хранения отходов, на который не влияют социально-экономические беспорядки, такие как вооруженные конфликты и банкротство, которые могли бы сделать невозможным необходимое техобслуживание места содержания отходов.

В некоторых воплощениях изобретения карбонаты добавляют в виде минералов, которые, что удобно, добывают вблизи предприятия по переработке руды, что улучшает рентабельность предложенного способа.

Оказалось, что обработанная рудная смесь относительно стабильна и ее можно подвергать большинству обычно применяемых стадий переработки руды без потери нейтрализующих свойств.

В другом широком аспекте изобретение обеспечивает способ переработки руды с использованием карбонатов таким образом, чтобы минимизировать образование кислотных отходов. Способ включает измельчение карбонатов и руды так, чтобы карбонаты и руда имели по существу сходную гранулометрию, и смешивание измельченных карбонатов и измельченной руды с получением обработанную рудную смесь. Смешиванием карбонатов и руды приготавливают такую обработанную рудную смесь, что кислоты, впоследствии образующиеся в обработанной рудной смеси, по существу нейтрализуются в этой обработанной рудной смеси карбонатами.

Другие цели, преимущества и особенности настоящего изобретения станут более очевидны при чтении нижеследующего неограничивающего описания предпочтительных его воплощений, приведенных здесь только в качестве примеров и со ссылкой на сопроводительные чертежи.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На приложенном чертеже представлена схема, иллюстрирующая способ переработки руды, использующий карбонаты таким образом, чтобы минимизировать образование кислотных отходов в соответствии с воплощением настоящего изобретения.

Предложенный способ основан на том наблюдении, что различие между кислотообразующими рудами и не образующими кислоты рудами часто состоит в том, что первые содержат недостаточно природных карбонатов, чтобы поглощать всю кислоту, которая может образоваться. Количество образуемой кислоты связано, главным образом, с различием между количеством кислоты, которую могут образовать сульфиды, содержащиеся в руде, и количеством кислоты, которую могут нейтрализовать карбонаты, содержащиеся в руде.

Поэтому предложенный способ основан на добавлении к руде карбонатов, таких, например, как доломит, кальцит, сочетание доломита и кальцита, или любые другие подходящие карбонаты. Например, но не ограничиваясь этим, карбонаты добавляют на участке измельчения установки по переработке в заранее заданном соотношении.

Применение карбонатов противостоит в горнодобывающей промышленности старой традиции использования гидроксидных продуктов для нейтрализации кислот. Действительно, в горнодобывающей промышленности чаще всего обычно применяемыми нейтрализирующими продуктами являются, как правило, негашеная известь и гашеная известь (СаО или Ca(OH)₂). Хотя эти продукты являются мощными нейтрализаторами кислоты, они относительно легко выщелачиваются дождевой водой.

Неожиданно было обнаружено, что после добавления к руде карбонаты остаются смешанными с рудой во время большинства операций, выполняемых в настоящее время с такими рудами. Кроме того, в воплощениях изобретения, где карбонаты по существу не растворимы в воде, карбонаты могут оставаться в руде относительно долгий период времени, даже когда руду складируют под дождем.

Специалист сразу оценит, что кажется алогичным добавлять к руде нейтрализующее вещество, прежде чем переработать руду, чтобы экстрагировать некоторые компоненты руды, такие например, как металлы, поскольку это увеличивает количество руды, подлежащей переработке. Однако оказалось, что дополнительные затраты на переработку увеличенного количества руды могут в будущем компенсировать затраты на техобслуживание места содержания отходов, требующиеся в случае, когда не используют нейтрализующее вещество подобным образом.

На основании вышеизложенного предложен способ 100 для переработки руды, использующий карбонаты таким образом, чтобы минимизировать образование кислотных отходов, показанный на чертеже. Способ 100 начинается на стадии 105. На стадии 110 руду дробят. Затем, на стадии 115, определяют величину потенциала кислотообразования и потенциала нейтрализации руды. Впоследствии, на стадии 120, карбонаты добавляют к руде, и карбонаты и руду, по существу совместно, измельчают на стадии 125, чтобы приготовить обработанную рудную смесь. Посредством по существу совместного измельчения руды и карбонатов существенным образом смешивают и гомогенизируют руду и карбонаты таким образом, что кислоты, впоследствии образующиеся в обработанной рудной смеси, по существу нейтрализуются в обработанной рудной смеси карбонатами. Способ 100 затем заканчивается на стадии 130. После реализации способа 100 обработанную рудную смесь можно обрабатывать по существу аналогично способу, которым обычно обрабатывают руду.

Стадию 115 определения величины потенциала кислотообразования и потенциала нейтрализации руды можно выполнять на любой подходящей стадии. В некоторых воплощениях изобретения стадию 115 опускают и карбонаты добавляют к руде в заранее заданном количестве. В других воплощениях изобретения потенциал нейтрализации руды не определяют, а определяют только потенциал кислотообразования руды.

На стадии 120 к руде добавляют карбонаты. В некоторых воплощениях изобретения карбонаты по существу нерастворимы в воде, что служит защитой обработанной рудной смеси от внешних воздействий. Например, добавляют карбонаты в виде доломита, кальцита, сочетания кальцита и доломита или любые другие подходящие карбонаты. Такие вещества, действительно, иногда обнаруживают вблизи заводов по переработке руды, что и обеспечивает относительно недорогой источник карбонатов. В других воплощениях изобретения карбонаты, по меньшей мере частично, растворимы в воде.

В некоторых воплощениях изобретения карбонаты добавляют к руде в количестве, имеющем потенциал нейтрализации кислоты, достаточный для нейтрализации, по меньшей мере, потенциала кислотообразования руды, с тем чтобы гарантировать, что имеется по меньшей мере возможность для нейтрализации всей кислоты, которую может образовать эта руда. Например, карбонаты добавляют к руде в количестве, имеющем потенциал нейтрализации кислоты, достаточный для нейтрализации примерно удвоенного потенциала кислотообразования руды. Такое количество добавленной руды было сочтено полезным, поскольку оно обеспечивает запас по безопасности на случай, если некоторые из карбонатов станут недоступны для нейтрализации кислот, образовавшихся в руде, хотя и останутся относительно недорогими.

В некоторых воплощениях изобретения карбонаты добавляют в количестве, учитывающем только потенциал кислотообразования руды. В этих воплощениях нет необходимости определять величину потенциала нейтрализации руды. В других воплощениях изобретения карбонаты добавляют в количестве, достаточном, чтобы дополнить природный потенциал нейтрализации руды.

Оказалось, что карбонаты эффективны при нейтрализации серной кислоты, образующейся в руде, содержащей сульфиты. Однако обработка руд, в которых кислоты образуются из других веществ, также лежит в области этого изобретения.

На стадии 125 в некоторых воплощениях изобретения руду и карбонаты измельчают таким образом, чтобы получить обработанную рудную смесь, в которой руда и карбонаты имеют по существу сходную гранулометрию. Это облегчает гомогенизацию и смешивание руды и карбонатов.

Хотя в способе 100 карбонаты и руду измельчают по существу совместно, но в область изобретения включена возможность перемешивать карбонаты и руду любым иным подходящим способом, чтобы приготавливать обработанную рудную смесь. В некоторых воплощениях изобретения карбонаты и руду измельчают так, чтобы карбонаты и руда имели по существу сходную гранулометрию, а потом перемешивают. Например, карбонаты и руду измельчают раздельно друг от друга, прежде чем перемешивать совместно.

В воплощениях изобретения, где руду и карбонаты измельчают по существу совместно, карбонаты могут быть добавлены на любой стадии перед измельчением, такой, например, как стадия дробления 110.

Хотя способ 100 включает стадию 110 дробления руды, в альтернативном воплощении изобретения переработанная руда имеет такую гранулометрию, которая делая стадию 110 ненужной, и эта стадия может тогда быть опущена.

Когда используют карбонаты, кислотные продукты, такие как кислота, образованная рудничными отходами, являются основными веществами, с которыми они вступают во взаимодействие. Когда минералы образуют кислоту, ее улавливают карбонаты, которые переводят кислоту в незагрязняющий гипс.

Как правило, карбонаты добавляют на участок измельчения установки по переработке таким образом, что размер гранул добавленных карбонатов по существу сходен с размером гранул карбонатов, содержащихся в руде. Поэтому добавление карбонатов создает гомогенную смесь, в которой природные и добавленные карбонаты по существу неотличимы.

Следует понимать, что хотя термин "карбонат" использован во всем тексте, но специалисту, разумеется, понятно, что карбонат кальция (кальцит), карбонат кальция-магния (доломит) или любое другое подходящее вещество могут быть использованы, не выходя за пределы области настоящего изобретения.

Карбонаты также могут быть примешаны к пустой породе при отправке в отвал. И снова, карбонаты и пустая порода должны быть сходны по размеру гранул.

Предложенный способ воздействует на количество серной кислоты, образованной сульфитами, содержащимися в отходах, путем перевода кислоты, растворенной в воде, и серы в виде сульфита в гипс, как это показано в следующем уравнении:

для кальцита:

СаСО₃+H₂SO₄=CaSO₄+Н₂О+CO₂

СаСО₃+ZnSO₄=СаSО₄+ZnCO₃

для доломита:

СаМg(СО₃)₂+H₂SO₄=СаSО₄+МgСО₃+2Н₂O+СО₂.

Специалисту известно, что сульфид кальция нерастворим. Поэтому он останется в отходах и не будет вредить окружающей среде. Сходным образом карбонаты металлов, такие как карбонат цинка, также будут оставаться в отходах.

Хотя настоящее изобретение было описано выше с помощью предпочтительных его воплощений, его можно модифицировать, не отклоняясь от идеи предмета изобретения, как это определено в прилагаемой формуле изобретения.

Изобретение относится к переработке сульфидсодержащей руды, образующей кислоту при окислении, с использованием карбонатов для минимизирования образования кислотных отходов. Способ включает добавление к руде карбонатов, совместное измельчение руды и карбонатов с получением обработанной рудной смеси, ее смешивание и гомогенизирование таким образом, что серная кислота, впоследствии образующаяся в указанной обработанной рудной смеси, нейтрализуются в обработанной рудной смеси карбонатами, добавляемыми в количестве, достаточном для нейтрализации кислоты. Карбонаты, добавляемые к руде, по существу нерастворимы в воде. В качестве карбонатов к руде добавляют, например, доломит или кальцит. Изобретение позволит получить рудничные отходы, не образующие кислоты, при относительно низких затратах и относительно легком встраивании способа в существующие способы обработки руды. 11 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ переработки сульфидсодержащей руды, образующей кислоту при окислении, с использованием карбонатов для минимизирования образования кислотных отходов, включающий добавление к руде карбонатов, совместное измельчение руды и карбонатов с получением обработанной рудной смеси, ее смешивание и гомогенизирование таким образом, что серная кислота, впоследствии образующаяся в указанной обработанной рудной смеси, нейтрализуется в обработанной рудной смеси карбонатами, добавляемыми в количестве, достаточном для нейтрализации кислоты.

2. Способ по п.1, в котором карбонаты, добавляемые к руде, по существу, не растворимы в воде.

3. Способ по п.1, в котором в качестве карбонатов к руде добавляют доломит.

4. Способ по п.1, в котором в качестве карбонатов к руде добавляют кальцит.

5. Способ по п.1, дополнительно включающий определение величины потенциала кислотообразования указанной руды, причем указанные карбонаты добавляют к указанной руде в количестве, имеющем потенциал нейтрализации кислоты, достаточный для нейтрализации, по меньшей мере, указанного потенциала кислотообразования указанной руды.

6. Способ по п.5, в котором указанные карбонаты добавляют к указанной руде в количестве, имеющем потенциал нейтрализации кислоты, достаточный для нейтрализации примерно удвоенного указанного потенциала кислотообразования указанной руды.

7. Способ по п.1, дополнительно включающий определение величины потенциала кислотообразования указанной руды и потенциала нейтрализации кислоты для указанной руды, причем указанные карбонаты добавляют к указанной руде в таком количестве, чтобы потенциалов нейтрализации кислоты для указанных карбонатов и указанного потенциала нейтрализации кислоты для указанной руды было суммарно достаточно для нейтрализации, по меньшей мере, указанного потенциала кислотообразования указанной руды.

8. Способ по п.7, в котором указанные карбонаты добавляют к указанной руде в таком количестве, чтобы указанных потенциалов нейтрализации кислоты для указанных карбонатов и указанного потенциала нейтрализации кислоты для указанной руды было суммарно достаточно для нейтрализации примерно удвоенной величины указанного потенциала кислотообразования указанной руды.

9. Способ по п.1, в котором указанную руду и указанные карбонаты измельчают таким образом, чтобы получить обработанную рудную смесь, в которой указанная руда и указанные карбонаты имеют, по существу, сходную гранулометрию.

10. Способ по п.1, в котором указанная руда включает сульфиты, имеющие потенциал образования серной кислоты.

11. Способ по п.1, дополнительно включающий дробление указанной руды перед измельчением указанной руды.

12. Способ по п.11, в котором указанные карбонаты добавляют к указанной руде перед дроблением указанной руды и осуществляют совместное дробление указанной руды и указанных карбонатов.