В Республике Бурятия, располагающей запасами практически всех цветных, редких и благородных металлов, идет активное промышленное освоение и эксплуатация месторождений полезных ископаемых.
Однако руды многих месторождений цветных и редких металлов Республики Бурятия труднообогатимы. Эффективность использования такого типа сырья может быть достигнута при условии его комплексной, глубокой переработки с извлечением всех ценных компонентов и получением конкурентоспособной продукции на основе новых достижений науки и техники.
Рассмотрим технологические особенности по переработке руд цветных и редких металлов месторождений, а также отходов предприятий МСК Бурятии и возможные конечные продукты, которые могут быть получены благодаря новым технологическим разработкам.
Добыть и переработать без ущерба природе
В Джидинском рудном поле разрабатывались два вольфрамитовых месторождения: Холтосонское и Инкурское (последнее месторождение относится к одному из крупнейших вольфрамитовых в мире). Труднообогатимые руды этих месторождений отличаются низким содержанием вольфрама. Извлечение вольфрама по традиционной гравитационно-флотационной технологии составляло 30 – 50% во все времена функционирования предприятий. В начале 80-х годов учеными Бурятского института естественных наук СО АН СССР была разработана комбинированная технология переработки гюбнеритовых концентратов. По данной схеме стало возможным увеличение извлечения триоксида вольфрама до 70%.
Предложен также оригинальный способ переработки низкокачественных вольфрамовых концентратов и промпродуктов, позволяющий получать из рудного сырья индивидуальные соли – вольфрамат и сульфат натрия. Данный процесс не требует применения сложного оборудования, обеспечивает полноту разложения вольфрамового концентрата и перевод вольфрама в раствор с последующей гидрометаллургической переработкой их в товарные продукты: паравольфрамат аммония, вольфрамовую кислоту или триоксид вольфрама. Описанный способ можно применить для переработки лежалых хвостов предприятий или природных россыпных концентратов с высоким ожидаемым экономическим эффектом.
Многолетние лабораторные и опытно-полупромышленные испытания бедных и труднообогатимых молибденовых руд месторождения Мало-Ойногорское показали весьма низкую эффективность их флотационного обогащения, особенно на стадиях доводки. Сотрудниками института был разработан вариант комбинированной технологии, основанный на первичной флотации руды с получением низкосортного молибденового концентрата с высоким извлечением молибдена и последующем спекании или ликвации. В качестве конечного продукта получается трисульфид молибдена.
В настоящее время в стадии подготовки к разработке находится Озерное месторождение полиметаллов. Озерное месторождение не входит в охранную зону озера Байкал. Освоение данного месторождения позволит полностью покрыть дефицит страны по цинку и существенно снизить его по другим металлам. Балансовые запасы полиметаллических руд Озерного месторождения составляют 105,0 млн тонн руды по категориям В и С1 и 23,2 млн тонн – по категории С2. Освоение месторождения позволит также создать тысячи новых рабочих мест в Республике Бурятия, развить инфраструктуру района и сделает доступным разработку других месторождений Озернинского рудного поля.
Институт ООО «СПбГипрошахт» (город СанктПетербург) в 2020 году выполнил технико-экономический расчет по объекту Озерный ГОК и объекты его инфраструктуры. Для месторождения предложена флотационная схема обогащения руд. В результате обогащения будут получать четыре продукта: цинковый и свинцовый концентраты, пиритный промпродукт и отвальные хвосты флотации. Первые два концентрата являются товарной продукцией. Хвосты флотации и пиритные промпродукты планируют временно складировать под слоем воды в одном хранилище. Пока отсутствуют решения по дальнейшей рекультивации этих отходов.
Положительные стороны проекта – снижение объема перерабатываемой руды с 8 млн тонн до 6 млн тонн в год и повышение качества выпускаемых концентратов (КС-6 – до КС-5, КЦ-3 – до КЦ-2) за счет совершенствования технологии обогащения по сравнению с проектом Озерного ГОКа, выполненного ОАО «Сибцветметниипроект» (Красноярск, 2012). Повышение показателей извлечения, качества выпускаемой продукции и экологичность технологии обогащения достигнуты путем применения новых флотореагентов без цианидов и современного технологического оборудования. Кроме того, положительными качествами проекта и представленного ОВОСа является изменение системы водоснабжения – замена поверхностных источников озер Исинга и Хорга на подземные технические воды Зазинского месторождения и подземные воды Сурхебтского месторождения (хозяйственно-бытовое).
Вопросы использования окисленных и смешанных руд не нашли проектного решения. Запасы окисленных руд составляют 5788 тыс. тонн, и эти руды планируют складировать в контуре карьера месторождения Озерное в отдельный склад окисленных руд, размещаемый в северо-западной части от карьера. В проекте не предусмотрена не только переработка, но и извлечение, хранение смешанных руд (о смешанных рудах вообще не говорится). Известно, что зона смешанных руд мощностью от 20 – 30 до 50 – 70 метров со средним содержанием Pb 0,91, Zn 4,29 % проходит под зоной окисления повсеместно (ЦНИГРИ, Роснедра МПР России, 2007). Складирование этих руд на поверхности будет еще более опасным, чем окисленные, из-за большего количества в них сульфидов тяжелых металлов, соответственно, и содержания свинца, цинка и токсичного кадмия.
В большинстве случаев извлечение окисленных минералов цветных металлов из окисленных и смешанных руд является технологической проблемой. Вовлечение в переработку окисленных и смешанных свинцово-цинковых руд месторождения значительно снизит техногенную нагрузку на окружающую среду и явится дополнительным источником получения таких стратегически важных металлов, как свинец, цинк, кадмий и т. д. В институте имеется большой задел по способам подготовки окисленных свинцово-цинковых руд разных типов к флотационному обогащению, основанные на пиросульфидировании окисленных минералов цветных металлов в атмосфере водяного пара с использованием в качестве сульфидизатора некондиционные пиритные концентраты. При применении данной технологии на окисленных рудах месторождения Доватка извлечение свинца и цинка в концентраты составило 90 и 71% соответственно. Извлечение кадмия в цинковый концентрат составило 70%, а извлечение серебра в свинцовый концентрат – 92%.
Известно, что сульфидные руды Озерного по минеральному и фазовому составу неоднородны и сложны, характеризуются увеличением доли труднообогатимых руд с тонкой вкрапленностью минералов свинца, цинка, железа и повышенным содержанием взаимопроросшихся сульфидных минеральных форм.
Данные проблемы, на наш взгляд, решает предлагаемый способ переработки окисленных и смешанных свинцово-цинковых руд на основе совместного их обжига с труднообогатимыми колчеданными рудами или пиритным промпродуктом в атмосфере водяного пара. В традиционную флотационную схему сульфидов добавится только один передел – обжиг. Предварительный обжиг обеспечит дезинтеграцию по межфазным границам за счет селективного окисления сульфидов железа и активирование сложных минералов, что значительно повысит извлечение ценных компонентов в концентраты. Также использование данного процесса при промышленном содержании благородных металлов позволит вскрыть тонкое и мелкое золото и попутно его извлечь при дальнейшей переработке хвостов обогащения.
Таким образом, проблемы рационального недропользования на территории Озерного месторождения должны решаться на основе комплексных и экологически безопасных подходов.
Перспективным нетрадиционным комплексным сырьем для развития алюминиевой отрасли и агропромышленного комплекса страны являются ультракалиевые алюмосиликатные породы – сынныриты. Они были обнаружены в Сыннырском (Республика Бурятия) и Сакунском (Забайкальский край) массивах нефелиновых сиенитов в начале 60-х годов прошлого столетия. Прогнозные ресурсы сырья в Сыннырском массиве, доступные для открытой разработки, оцениваются в 2,6 млрд тонн (на Калюмном участке оценены в 2150 млн тонн руды, на Трехглавом – в 300 млн тонн, на Верхнеушмунском – в 150 млн тонн). Минеральный состав сынныритов при их комплексной переработке позволяет получать промышленные продукты широкого ассортимента, такие как бесхлорные калийные удобрения, глинозем и строительные материалы.
Однако недостаточно эффективные технологии переработки сдерживают процесс вовлечения их в производство. В последние годы усилия лаборатории были направлены на проведении исследований по усовершенствованию схемы комплексной переработки сыннырита Калюмного месторождения. Предлагаемый нами комбинированный способ переработки сыннырита основан на термохимическом активировании исходного сырья магниевыми минералами (доломит или магнезит) с получением спека, пригодного для сернокислотного разложения. Разработаны два варианта переработки полученных алюмокалиевых квасцов на конечные продукты: традиционно – с получением глинозема Al2O3 и сульфата калия K2SO4; и впервые – на более дефицитные материалы и продукты: алюмомагниевую шпинель MgAl2O4 и калимагнезию K2Mg(SO4)2. Калимагнезия и сульфат калия являются дефицитными, хорошо растворимыми, слабо гигроскопичными удобрениями. Алюминат магния или алюмомагниевая шпинель (MgAl2O4) – двойной оксид магния и алюминия характеризуется высокой температурой плавления (2135°С), хорошей термостойкостью, механической прочностью, высокой химической и радиационной устойчивостью, низкой плотностью, низкой электропроводностью. Этот материал находит широкое применение в производстве огнеупоров, датчиков влажности, катализаторов, электрокерамических материалов и т. п. Кроме того использование магниевых минералов в качестве флюсующей добавки позволяет в конце взаимодействий рекуперировать весь магний в гексагидрат сульфата магния (MgSO4•6H2O) в качестве дополнительного продукта. Таким образом, данный способ переработки позволяет расширить ассортимент получаемой продукции и минимизировать количество твердых и газовых отходов.
Для снижения экологических последствий от складированных окисленных бурых углей на закрытом Холбольджинском разрезе и действующем разрезе Баян-Зурхэ Гусиноозерского месторождения нами ведутся исследования с целью получения эффективных азотсодержащих сорбентов. Впервые получены азотсодержащие активные угли, прошедшие апробацию как очистители производственных сточных вод (ООО МИП «Эком» ВСГУТУ). Также продолжаются исследования по разработке технологических решений по переработке окисленных бурых углей с получением комплексных органоминеральных удобрений (ОМУ): калийсодержащее ОМУ – из окисленных бурых углей и сынныритов; фосфорно-калийное ОМУ – из окисленных бурых углей, апатитов и сынныритов. Технико-экономические преимущества комплексных ОМУ по предлагаемой технологии весьма существенны: использование дешевого сырья (отходы угледобычи и минеральное сырье); получение комплексных удобрений осуществляется без воды, химических растворителей и реактивов; отсутствие сточных вод и других выбросов, загрязняющих окружающую среду; продолжительное последействие.
Утилизация отходов
Одним из основных научных направлений лаборатории является утилизация отходов горного производства и потребления. Выступая на совещании по вопросу «О стимулировании переработки отходов производства и потребления в Российской Федерации», Президент В.В. Путин отметил, что «утилизация отходов – важнейшая проблема и для решения проблем, связанных с экологией, это безопасность для граждан, это качество жизни миллионов людей…».
Отходы горного производства можно использовать по следующим направлениям: в качестве сырья при производстве строительных материалов; как минеральные удобрения в сельском хозяйстве; как сырье для получения цветных металлов; как инертный материал при отсыпке дорог, заполнении выработок, при обустройстве нефтяных скважин; в других областях промышленности.
В Республике Бурятия отходы горного производства составляют более 100 млн тонн, в числе которых отходы Джидинского вольфрамо-молибденового комбината объемом 44,5 млн тонн. Большая часть из них представлена песчаными фракциями. Проводятся работы по их использованию в производстве строительных материалов. Хвосты обогащения представляют собой песок крупностью менее 2,0 мм, по модулю крупности относящийся к мелким пескам. Возможно их использование в качестве мелкого заполнителя при получении тяжелых бетонов, а также использование их в дорожном строительстве при приготовлении асфальтобетонных смесей.
При разработке любого месторождения образуются отвалы вскрышных и вмещающих пород, представленные в основном силикатными породами. В лаборатории разработаны технологии получения новых видов цементов, бетонов, строительной керамики с использованием силикатных отходов.
Также использование отходов горнодобывающей промышленности в виде магнийсиликатных пород позволяет получить новые виды асфальтобетонной смеси для использования в различных климатических зонах. Асфальтобетоны с использованием магнийсиликатных отходов имеют хорошие механические показатели. Это свидетельствует о том, что в летний период при высоких температурах воздуха в дорожном покрытии значительно снижается возможность появления пластических деформаций, а в зимний период при низких температурах – образование трещин.
Кроме вскрышных и вмещающих пород, в отходы попадает и некондиционное сырье. Это четко прослеживается при добыче и переработке нефрита. Повышенный спрос на изделия из ювелирно-поделочных камней, в том числе нефрита, сопровождается увеличением объема их добычи. При этом основные месторождения данного камня находятся на юге Восточной Сибири и в Забайкалье, в Бурятии их – 17. Более 70% добытого нефритсодержащего сырья является некондиционным, а значит, и невостребованным. Нахождение их в отвалах оказывает не только отрицательное воздействие на разные сферы жизни населения, но и способствует его расхищению и вовлечению в незаконный оборот нефрита. Кроме того, переработка нефритсодержащего сырья сопровождается образованием нефритового шлама. Утилизация данных отходов – актуальная задача.
В нашей лаборатории на сегодня получены новые виды декоративных бетонов из некондиционного нефрита, а из нефритового шлама – прессованные и керамические материалы.
Еще один источник загрязнения окружающей среды в республике – отвалы вскрышных пород угольных разрезов, в том числе Холбольджинского, которые занимают более 400 га площади и имеют объемы более 260 млн м3. Проведенные исследования показали, что вскрышные породы угольных разрезов являются перспективными сырьевыми материалами для производства бетонов и строительной керамики.
Среди промышленных отходов золошлаковые отходы, образующиеся от сжигания твердых видов топлива, занимают одно из первых мест. В Республике Бурятия общая площадь золошлакоотвалов составляет около 500 га. Остальные размещены на золоотвалах предприятий. Только на Гусиноозерской ГРЭС в золоотвалах находится более 8 млн тонн золошлаковых отходов. Ежегодно образуется до 410 тыс. тонн золошлаковых отходов, из них более 200 тыс. тонн сухой золы выходит из-под электрических фильтров станции. На золоотвалах ТЭЦ-1 и ТЭЦ-2 города Улан-Удэ накопилось порядка 10 млн тонн золошлаков. Проблема утилизации данных видов отходов также является актуальной задачей.
Известно, что золошлаковые отходы используются в качестве сырья для получения строительных материалов. Их можно применять в производстве цементов, бетонов, керамики и т. д. Совместный помол портландцементного клинкера и золошлаковых отходов после гидроудаления позволяет получить вяжущие материалы высокого качества. Зола уноса – хороший материал для использования в качестве минерального порошка для асфальтобетонных смесей. Перспективное направление – разделение золы на магнитную и немагнитную фракции. Выход магнитной фракции из золы ТЭЦ-2 составляет 30%. Они используются для получения высокоочищенных узких фракций магнитных микросфер, представленных глобулами сферической формы, которые в силу высокой пористости могут быть использованы в очистке сточных вод от органических загрязнений. Немагнитная фракция используется для получения строительных материалов. На данный момент достаточно остро стоит проблема рекультивации золоотвалов, над чем также работают сотрудники лаборатории.
Еще один из видов промышленных отходов – отходы эксплуатации автомобильного транспорта (изношенные автомобильные шины). Ежегодно в мире образуется свыше 10 млн тонн отработанных шин, из которых около 1 млн тонн приходится на Россию. Если в мире находят применение 25% всех выброшенных шин, то в России этот показатель не превышает 10%. В 2013 году в республике построен завод по переработке изношенных автомобильных шин, который выпускает резиновую крошку различных фракций. Данный вид продукции можно использовать для производства тротуарной плитки, спортивных покрытий, транспортерных лент, а также применять в дорожном строительстве и для получения мастик и гидроизоляционных материалов.
И это не весь перечень отходов, над утилизацией которых работают сотрудники нашего института.
Разработка экологобезопасных технологий комплексной переработки труднообогатимых руд цветных металлов и использование горнопромышленных отходов с получением новых материалов позволит прийти к рациональному природопользованию, сохраняя баланс между добычей, переработкой минеральных ресурсов и сохранением окружающей среды.
