Освоение техногенных минеральных ресурсов Квайсинского месторождения с применением инновационных технологий

При переработке лежалых хвостов получен цинковый концентрат, содержащий 50,0% Zn при извлечении 28,77%. Однако экономическими расчетами доказано, что выручка от реализации небольшого количества товарной продукции, получаемой из сырья низкого качества, соизмерима с затратами, связанными с переработкой. Обоснован способ построения схемы флотации смеси руд и хвостов, позволяющий снизить потери металлов с хвостами путем уменьшения влияния распределения извлекаемых минералов по флотируемости. Этот эффект достигается за счет того, что в операции основной флотации исходное питание поступает в три параллельные ступени разделения, связанные между собой концентратом так, что выделенный в первой ступени разделения концентрат последовательно смешивается с исходным питанием последующих ступеней разделения. Обогащение питания флотационно активным продуктом – концентратом – позволяет получить значительное увеличение содержания при минимальном уменьшении контрастности материала по флотационным свойствам. Для полного и селективного извлечения минералов в процессе флотации с выделением чернового концентрата в три приема разработан способ подготовки поверхности пузырьков воздуха на основе модификации технологических свойств газовой фазы. Идея модификации технологических свойств газовой фазы заключается в использовании связи устойчивости смачивающих пленок и зависящих от температуры сил, вызванных изменениями структуры жидкости на фазовых границах по сравнению со структурой жидкости в объеме – гидрофобного притяжения и гидрофильного отталкивания. Апробирована технология, особенностью которой является тепловое воздействие на смачивающую пленку со стороны газовой фазы: воздух, подаваемый для аэрации пульпы, смешивают с горячим водяным паром, теплота конденсации которого теплопроводностью жидкости отводится в смачивающую пленку. Показано, что при совместной переработке руд и хвостов предприятие получает экономический эффект, что недостижимо при индивидуальной переработке хвостов.

Габараев О. З., Евдокимов С. И., Герасименко Т. Е., Максимов Р. Н. Освоение техногенных минеральных ресурсов Квайсинского месторождения с применением инновационных технологий // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2023. – № 5-1. – С. 50–72. DOI: 10.25018/0236_1493_2023_51_0_50.

Исследование выполнено при финансовой поддержке Российского научного фонда (грант № 23-27-00093).

Габараев Олег Знаурович¹ — д-р техн. наук, зав. кафедрой, e-mail: gabaraev59@mail.ru,
Евдокимов Сергей Иванович¹ — канд. техн. наук, доцент, e-mail: eva-ser@mail.ru, ORCID ID: 0000-0002-2960-4786,
Герасименко Татьяна Евгеньевна¹ — канд. техн. наук, начальник отдела интеллектуальной собственности, e-mail: gerasimenko_74@mail.ru, ORCID ID: 0000-0001-7048-4379,
Максимов Руслан Николаевич¹ — д-р техн. наук, профессор, e-mail: maks.rn@mail.ru,
¹ Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет).

Евдокимов С.И., e-mail: eva-ser@mail.ru.

1. Матвеева Т. Н., Громова Н. К., Ланцова Л. Б., Гладышева О. И. Экспериментальное обоснование применения реагента цианэтилдитиокарбамата для повышения извлечения меди и серебра из лежалых хвостов Солнечного ГОКа // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2023. — № 1. — С. 119—129. DOI: 10.25018/0236_1493_2023_1_0_119.

2. Душин В. А. Минерально-сырьевой потенциал редких и редкоземельных металлов Уральского Севера // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 5. — С. 52—66. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_5_0_52.

3. Аленичев В. М., Аленичев М. В. Инновационная направленность ресурсосбережения при разработке россыпных месторождений // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 5-1. — С. 35—45. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_51_0_35.

4. Евдокимов С. И., Евдокимов В. С. Переработка лежалых хвостов свинцово-цинковой обогатительной фабрики // Известия высших учебных заведений. Цветная металлургия. — 2015. — № 3. — С. 3—11. DOI: 10.17073/0021-3438-2015-3-3-11.

5. Евдокимов С. И., Евдокимов В. С. Извлечение металлов из лежалых хвостов с целью утилизации // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. — 2014. — № 4. — С. 172—182.

6. Евдокимов С. И., Евдокимов В. С. Ликвидация накопленного экологического ущерба путем утилизации лежалых хвостов свинцово-цинковой обогатительной фабрики // Экология и промышленность России. — 2014. — № 8. — С. 8—13.

7. Чантурия В. А. Перспективы устойчивого развития горноперерабатывающей индустрии России // Горный журнал. — 2007. — № 2. — С. 2—9.

8. Kelso Jody, Cincilla Williama, Malhotra Deepak Opportunities and challenges for mineral waste reprocessing in North America / Mining Environmental Management. 2006, pp. 8—19.

9. Алгебраистова Н. К., Прокопьев И. В., Маркова А. С., Колотушкин Д. М., Прокопьев И. В. Разработка технологической схемы и реагентного режима коллективного цикла флотации свинцово-цинковой руды // Горный журнал. — 2017. — № 1. — С. 50—54. DOI: 10.17580/gzh/2017.01.10.

10. Семушкина Л. В., Турысбеков Д. К., Рулев Н. Н., Нарбекова С. М. Флотация хвостов обогащения свинцово-цинковых руд комбинированным собирателем с использованием микроэмульгирования // Обогащение руд. — 2017. — № 2. — С. 26—31. DOI: 10.17580/ or.2017.02.05.

11. Cairncross K. H., Tadie M. Life cycle assessment as a design consideration for process development for value recovery from gold mine tailings // Minerals Engineering. 2022, vol. 183, article 107588. DOI: 10.1016/j.mineng.2022.107588.

12. Bevandic S., Blannin R., Escobar A. G., Bachmann K., Muchez P. Metal deportament in Pb-Zn mine wastes from a historic tailings pond, Plombieres, East Belgium // Minerals Engineering. 2022, vol. 184, article 107628. DOI: 10.1016/j.mineng.2022.107628.

13. Каплунов Д. Р., Рыльникова М. В., Радченко Д. Н. Расширение сырьевой базы горно-рудных предприятий на основе комплексного использования минеральных ресурсов месторождений // Горный журнал. — 2013. — № 12. — С. 29—33.

14. Ayeni F. A., Lbitoye S. A., Adeleke A. A. Evaluation of a magnetic-gravity processing route to recover columbity from Jos Minesfield tailings dump, Nigeria // Journal of Mining and Metallurgy, Section A: Mining. 2012, vol. 48 A, pp. 143—151.

15. Chen Y., Mariba E. R., Van Dyk L., Potgieter J. H. A review of non-conventional metals extracting technologies from ore and waste // International Journal of Mineral Processing. 2011, vol. 98, no. 1-2, pp. 1—7. DOI: 10.1016/j.minpro.2010.10.001.

16. Nam K. S., Jung B. H., An J. W., Ha T. J., Tran T., Kim M. J. Use of chloride-hypochlorite leachants to recover gold from tailings // International Journal of Mineral Processing. 2008, vol. 86, no. 1, pp. 131—140. DOI: 10.1016/j.minpro.2007.12.003.

17. Valderrama L., Rubio J. Unconventional column flotation of low-grade gold fine particles from tailings // International Journal of Mineral Processing. 2008, vol. 86, no. 1, pp. 75—84.

18. Kashinath Pal, Harsha Vardhan, Mangalpady Aruna Investigation of contaminant transport in groundwater from the tailings pond of uranium mine: a case study // International Journal of Mining and Mineral Engineering. 2010, vol. 2, no. 4, pp. 290—309. DOI: 10.1504/ ijmme.2010.039039.

19. Poling G. W. Mining/milling processes and tailings generation // Marine Georesources & Geotechnology. 1995, vol. 13, no. 1—2, pp. 19—31.

20. Краденых И. А., Барчуков А. В. Роль горизонтальной интеграции в стратегическом развитии малого и среднего золотодобывающего бизнеса // Вестник Сибирского института бизнеса и информационных технологий. — 2015. — № 4 (16). — С. 10—15.

21. Кудрявский Ю. П., Черный С. А. Эколого-экономический критерий эффективности технологий переработки производственных отходов в цветной металлургии // Цветные металлы. — 2008. — № 4. — С. 8—11.

22. Пешков А. М. Формирование требований к качеству природного и техногенного минерального сырья при комплексном освоении рудных месторождений // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2013. — № 5. — С. 86—96.

23. Рыльникова М. В., Пешков А. М. Обоснование требований к качеству природного и техногенного минерального сырья при комплексном освоении месторождений // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2011. — № 1. — С. 58—64.

24. Ле Дык Нгуен Геомеханическое обоснование параметров камерной системы разработки для отработки переходной зоны месторождения Син-Куен (Вьетнам) // Маркшейдерия и недропользование. — 2011. — № 2. — С. 44—52.

25. Пешкова М. Х., Мацко Н. А., Харитонова М. Ю. Оценка возможностей повышения доступности близко расположенных россыпных месторождений за счет их совместной разработки // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2007. — № 10. — С. 29—36.

26. Сергеев И. Б., Пономаренко Т. В. Формирование и оценка синергетических эффектов при интеграции горных компаний // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2013. — № 6. — С. 316—322.

27. Зимин В. В. Оценка эффективности и результативности синергии при слияниях и поглощениях // Экономические науки. — 2019. — № 9(178). — С. 131—134. DOI: 10.14451/ 1.178.131.

28. Самыгин В. Д., Григорьев П. В. Моделирование влияния гидродинамических факторов на селективность процесса флотации. Ч. 1. Влияние диаметра пузырька и диссипации турбулентной энергии // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. — 2015. — № 1. — С. 145—152.

29. Teisala H., Butt H. J. Hierarchical structures for superhydrophobic and superoleophobic surfaces // Langmuir. 2019, vol. 35, no. 33, pp. 10689—10703. DOI: 10.1021/acs.langmuir. 8b03088.

30. Miller J. D., Wang X., Jin J., Shrimali K. Interfacial water steucture and the wetting of mineral durfaces // International Journal of Mineral Processing. 2016, vol. 156, pp. 62—68.

31. Смородин В. Е. Эндотермический эффект смачивания и механизм льдообразующего действия AgI // Коллоидный журнал. — 1991. — Т. 53. — № 2. — С. 290—297.

32. Nilsson A., Pettersson L. G. Perspective on the structure of liquid water. Chemical Physics. 2011, vol. 389, iss. 1—3, pp. 1—34.

33. Xie L., Wang J., Lu Q., Hu W., Yang D., Qiao C., Peng Q., Wang T., Sun W., Liu Q., Zhang H. Surface interaction mechanisms in mineral flotation: Fundamentals, measurements, and perspectives // Advances in Colloid and Interface Science. 2021, vol. 295, article 102491. DOI: 10.1016/j.cis.2021.102491.

34. Hu P., Liang L. The role hydrophobic interaction in the heterocoagulation between coal and quartz particles // Minerals Engineering. 2020, vol. 154, article 106421. DOI: 10.1016/j. mineng.2020.106421.

35. Xue J., Ren D., Chen T., Bu X., Wan X., Song Z., Zhao C. Hydrophobic agglomeration flotation of oxidized digenite fine particles induced by Na2S and butyl xanthate // Minerals Engineering. 2021, vol. 168, article 106932. DOI: 10.1016/j.mineng.2021.106932.

36. Guo H., Kovscek A. R. Investigation of the effects of ions on short-range non-DLVO forces at the calcite/brine interface and implications for low salinity oil-recovery processes // Journal of Colloid and Interface Science. 2019, vol. 552, pp. 295—311. DOI: 10.1016/j.jcis. 2019.05.049.

37. Li Z., Yoon R.-H. AFM force measurements between gold and silver surface treated in ethyl xanthate solutions: Effect of applied potentials // Minerals Engineering. 2012, vol. 36-38, pp. 126—131.

38. Pan L., Jung S., Yoon R.-H. A fundamental study on the role of collector in the kinetics of bubble-particle interaction // International Journal of Mineral Processing. 2012, vol. 106-109, pp. 37—41.

39. Wang J., Yoon R.-H., Morris J. AFM surface force measurements conducted between gold surface treated in xanthate solutions // International Journal of Mineral Processing. 2013, vol. 122, pp. 13—21.

40. Skvarla J. Hydrophobic interaction between macroscopic and microscopic surfaces. Unification using surface thermodynamics // Advances in Colloid and Interface Science. 2001, vol. 91, no. 3, pp. 335—390.

41. Евдокимов С. И., Герасименко Т. Е. Разработка режима флотации золотосодержащих руд смесью воздуха с водяным паром // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. — 2021. — № 2. — С. 162—167. DOI: 10.15372/FTPRPI20210217.

42. Евдокимов С. И., Герасименко Т. Е. Определение рационального расхода пара при флотации апатит-нефелиновых руд паровоздушной смесью // Записки Горного института. — 2022. — Т. 256. — С. 567—578. DOI: 10.31897/PMI.2022.62.

43. Бойнович Л. Б. Дальнодействующие поверхностные силы и их роль в развитии нанотехнологии // Успехи химии. — 2007. — Т. 76. — № 5. — С. 510—528.