О
о
см
О ВОЗМОЖНОСТИ РАЦИОНАЛЬНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ КОБАЛЬТО-МАРГАНЦЕВЫХ КОРОК ГЛУБОКОВОДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ £ МИРОВОГО ОКЕАНА
Ю.Е.Сутырин
Всероссийский НИИ минерального сырья им. Н.М.Федоровского
Вполне закономерен интерес, проявляемый к железомарганцевым образованиям глубоководных месторождений Мирового океана как рудному сырью, содержащему никель, кобальт, медь, марганец и в значительно меньших количествах - РЗЭ, молибден, платину, серебро, золото. На дне океана, на глубине около 5000 м, обнаружены обширные залежи железомарганцевых конкреций (ЖМК), а на склонах подводных возвышенностей (поднятий) на глубине 1000-3000 м выявлены крупные рудные поля кобальто-марганцевых корок (КМК). И хотя месторождения ЖМК и КМК существенно различаются по геолого-промышленным параметрам (а также технологии добычи), различия глубоководных железомарганцевых руд по минералогическому составу не значительны, несмотря на то, что их образование и концентрирование цветных металлов в них протекало в различных условиях.
Основу рудной части ЖМК и КМК составляют рент-геноаморфные и слабо раскристаллизованные гидро-ксиды и оксиды марганца и железа. Нерудная часть представлена обломочно-глинистым материалом -кварцем, полевым шпатом, слоистыми силикатами. Схожесть минералогического состава рудного вещества ЖМК и КМК позволяет сделать важный вывод о возможности переработки полиминеральных образований такого типа по единым технологическим схемам и режимам.
Практический интерес представляют никель, кобальт, медь, марганец, среднее содержание которых в железомарганцевых конкрециях достигает: 1,28% 1\П; 0,20% Со; 1,02% Си; 26,8% Мп и в кобальтомарганце-вых корках: 0,46; 0,60; 0,40 и 22,6% соответственно [1]. Среднее содержание железа в железомарганцевых образованиях (ЖМО) - 14,0 и 16,2% соответственно. Поскольку никель, кобальт, медь и другие ценные металлы не образуют самостоятельных минералов и входят в состав марганцевых и железистых гидроксидов и оксидов, выделить их в отдельные концентраты методами физико-механического обогащения не удается. Исключением могут стать кобальтомарганцевые корки (когда будет осуществлена их добыча), неотделенные от литифицированного субстрата, в котором, как правило, отсутствует рудное вещество.
Несмотря на то, что исследования технологических процессов переработки железомарганцевых конкреций начались не-
сколько десятилетий назад, а интерес к кобальтомар-ганцевым коркам проявился не так давно, некоторые зарубежные компании считают, что экономически более предпочтительно добывать и перерабатывать КМК с целью извлечения только кобальта и никеля (в некоторых случаях и меди), оставляя марганец в отвальных продуктах. Однако для отечественной промышленности марганец в железомарганцевых образованиях представляет несомненный интерес. В связи с этим разрабатываемые в настоящее время технологические схемы переработки КМК должны предусматривать извлечение в товарные продукты как цветных металлов, так и марганца. В этом случае исходя из запасов ЖМО на дне океана можно говорить о заметном расширении отечественной сырьевой базы марганца.
Ориентировочная ценность извлекаемых металлов из кобальтомарганцевых корок составляет 146,2 долл/т перерабатываемого сырья (таблица). Причем на кобальт и никель приходится 72% этой суммы и 23% -вклад от реализации марганца.
Отдавая должное пирометаллургическим методам переработки железомарганцевых образований (сторонников этого направления прежде всего привлекает наличие развитой производственной базы и высокая производительность плавильных агрегатов), следует все-таки признать, что эти методы не выдерживают конкуренции с гидрометаллургическими способами. При большей экологической нагрузке на окружающую среду пирометаллургические методы все равно требуют привлечения операций гидрометаллургической переработки металлического сплава с целью раздельного получения цветных металлов. Для пирометаллурги-ческих методов к тому же характерны более низкие показатели извлечения цветных металлов в товарные продукты и значительные дополнительные затраты электроэнергии на переработку влажного сырья, а получение при этом марганцевого шлака невысокого ка-
Ориентировочная стоимость извлекаемых металлов стандартного качества при переработке КМК гидрометаллургическим способом
Извлекаемый металл Содержание в руде,% Извлечение в товарный продукт, % Количество получаемого товарного продукта, кг/т КМК Цена товарного продукта, долл/т Цена металла
долл/т %
Никель 0,46 88 4,04 6200 25,0 17,1
Кобальт 0,60 90 5,40 15000 81,0 55,4
Медь 0,40 84 3,36 1550 5,2 3,6
Марганец 22,6 93 350,30 100 35,0 23,9
(в 60%-ном (210,18 кг Мп)
концентрате)
30 1 РЕСУРСЫ и экология
04
R R «!
чества (около 30% Мп) снижает эффективность извлечения марганца. Именно по этим причинам гидрометаллургические способы переработки ЖМО находят более широкое распространение.
При вовлечении в переработку кобальтомарганце-вых корок испытаны различные методы [2], созданные ранее для железомарганцевых конкреций. Опробованы такие гидрометаллургические способы, как автоклавное высокотемпературное выщелачивание КМК серной кислотой и аммиачное выщелачивание КМК по технологии Cuprion-процесса. Осуществлена также плавка с предварительным обжигом КМК. С определенной долей достоверности можно считать, что в настоящее время технологические схемы переработки ЖМО практически разработаны, но их осуществление вызывает определенные сомнения из-за невысокой рентабельности. В связи с этим представляет несомненный интерес предложенная еще в 1989 г. малозатратная технология гидрометаллургической переработки ЖМО с использованием в качестве реагента при выщелачивании сырья жидких отходов металлургических производств, содержащих ион Fe2+ [3]. На всех действующих предприятиях при травлении стальных изделий образуются отработанные травильные растворы (OTP), в состав которых входят невыработанная свободная кислота и соли тяжелых металлов. С целью обезвреживания и утилизации эти растворы подвергают нейтрализации известковым молоком или аммиачной водой, а в отдельных случаях - и высокотемпературному разложению. Используемые в настоящее время методы утилизации OTP, хотя и предотвращают сброс вредных отходов, но все же не решают полностью проблем охраны окружающей среды и не обеспечивают получения из отходов кондиционных товарных продуктов. В связи с этим они, как правило, экономически невыгодны.
Более рациональным следует считать использование отработанных травильных растворов в качестве реагента при вскрытии рудного минерального сырья. Химической основой процесса выщелачивания глубоководного сырья является протекание жидкофазной реакции:
Мп02 + 2Fe2+ + 4Н+ Mn2+ + 2Fe3+ + 2Н20,
обеспечивающей восстановление 4-валентного марганца до 2-валентного, что способствует количественному переводу в раствор цветных металлов. В случае, когда OTP после травления легированных сталей содержат Ni, Со, Мп, Мо и другие элементы, ценные компоненты отходов извлекаются с основными компонентами сырья в едином технологическом цикле.
Простая методика позволяет по составу КМК и OTP рассчитать необходимый расход OTP (а при необходимости и введение дополнительного количества кислоты) на 1 т перерабатываемого продукта. Использование отработанных травильных растворов при вскрытии железомарганцевых образований обеспечивает высокие технологические показатели перевода в раствор
Кобальтомарганцевые корки
Измельчение
Приготовление пульпы
Низкотемпературная термообработка
Водное выщелачивание сухого остатка
Фильтрация
OTP
Железосодержащий продукт
Продуктовый раствор 1
I
Гидролитическое осаждение меди
I
Фильтрация Продуктовый раствор 2 Медный концентрат
I
Гидролитическое осаждение никеля и кобальта
I
Фильтрация { )
Продуктовый растворЗ
*
Никель-кобальтовый концентрат
Гидролитическое безреагентное выделение марганца
Фильтрация
Оборотный маточный раствор
Марганцевый концентрат
Принципиальная технологическая схема рациональной переработки кобальтомарганцевых корок
ценных компонентов - в жидкую фазу переходит до 99% марганца, кобальта, никеля, меди и железа. Переход железа в продуктивный рабочий раствор заметно осложняет, повышая трудоемкость, последующий процесс выделения цветных металлов. Поэтому для отделения железа пульпу после вскрытия сырья подвергают низкотемпературной термической обработке, а твердый продукт направляют на водное выщелачивание с участием оборотного раствора. Сочетание термической операции и водного выщелачивания обеспечивает концентрирование железа в виде гематита в остатке выщелачивания и селективное извлечение в раствор Со, Си и Мп. При переработке обезжелезненного рабочего раствора вместо многоступенчатой жидкостной экстракции использованы простые и доступные одностадийные методы осаждения, впервые доведенные до приемлемой степени совершенства [4, 5].
Технологическая схема переработки ЖМО с использованием отработанных травильных растворов (рисунок) может быть осуществлена на крупных металлургических предприятиях, расположенных преимущественно вблизи мест доставки на сушу глубоководного сырья. Получаемые товарные концентраты могут иметь различное назначение. Так, богатый марганцевый концентрат (60% Мп), практически не содержащий фосфора и не имеющий аналогов в номенклатуре марганцевого сырья, сможет удовлетворить возрастающие потребности черной металлургии в качественном сырье, богатые никель-кобальтовый и медный концен-
траты будут доставлять для переработки на предприятия цветной металлургии.
Таким образом, достигается существенное снижение капитальных и эксплуатационных затрат на освоение нового вида минерального сырья. Переработка железомарганцевых образований (КМК и ЖМК), совмещенная с утилизацией отработанных травильных растворов, позволяет не только решать технологические задачи комплексного использования глубоководного сырья, но и рационально извлекать ценные компоненты из отходов металлургических предприятий. При этом благодаря малоотходности совмещенная технология будет в значительной степени способствовать защите окружа
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.