На тему: Месторождения ''ЭРДЭНЭТИЙН ОВОО''

РОССИЙСКИЙ  УНИВЕРСИТЕТ

ДРУЖБЫ  НАРОДОВ

 Инженерний факультет

Кафедра:  Нефтепромысловой  геологии,

горного и нефтегазого дела 

КУРСОВАЯ  РАБОТА

На тему: Месторождения ''ЭРДЭНЭТИЙН ОВОО'' 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Москва 2012 г. 

  СОДЕРЖАНИЕ

1. Ведение

2. Цель работы

3. Основные задачи  исследования

4. Методы исследований.

5. Основные положения,  выносимые на защиту

6. Научная  новизна

7. Практическое  значение

8. Транспортировка

9. История  предприятия

10. Заключение

11. Список  литературы 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ВЕДЕНИЕ

Сульфидные  медные руды с невысокой степенью окисленности являются традиционным сырьевым источником для производства первичной  меди. Высокие технологические показатели флотационного обогащения руд данного  типа обеспечивают возможность эффективной  переработки получаемых сульфидных медных концентратов  пирометаллургическим способом. Сокращение мировых запасов кондиционных медных руд приводит к вовлечению в сферу производства труднообогатимых руд с повышенной степенью окисления, что требует изыскания альтернативных технологических решений. В полной мере эта тенденция распространяется на крупнейшее месторождение сульфидных медных руд Монголии «Эрдэнэтийн Овоо», дальнейшая эксплуатация которого должна включать переработку труднообогатимых руд с повышенной степенью окисленности сульфидных минералов. Мировая практика промышленного использования медных руд такого типа основана на их гидрометаллургической переработке с применением технологии безаппаратного выщелачивания и рядом альтернативных вариантов переработки медных растворов.

    Месторождение «Эрдэнэтийн Овоо» содержит руды нескольких генетических типов сложного минералогического состава, что  не позволяет в полной мере использовать готовые технологические решения  для их гидрометаллургической переработки  в условиях резко континентального климата Монголии. В связи с  этим возникает необходимость разработки высокоэффективных энергосберегающих  решений для переработки труднообогатимых медных руд месторождения «Эрдэнэтийн  Овоо», что позволит существенно  расширить сырьевую базу медного  производства Монголии и обеспечить рациональное использование природных  ресурсов.

         Цель работы: Повышение эффективности переработки бедных труднообогатимых медных руд с высокой степенью окисления сульфидных минералов месторождения «Эрдэнэтийн Овоо». 

         Основные задачи исследования:

- научно-технический  анализ способов переработки  труднообогатимых медных руд,  технологических схем и производственного  опыта предприятий, использующих  сырьё данного типа;

- выявление  минералого-генетических типов медных  руд месторождения «Эрдэнэтийн  Овоо», топографии размещения  и складирования забалансовых  руд и отвалов труднообогатимых  руд с позиций  их вовлечения  в сферу переработки;

- экспериментальное  исследование технологических показателей  по извлечению меди из руд  сложного минералогического состава  с различной степенью окисления  сульфидных минералов и обоснование  способа их переработки;

- экспериментальная  отработка в опытно- промышленном  масштабе энергосберегающей технологии  извлечения меди из отвалов  и всесезонного кучного выщелачивания  труднообогатимых руд месторождения  «Эрдэнэтийн Овоо»;

- технологическое  опробование и отработка в  опытно- промышленном масштабе извлечения  меди из продукционных растворов  методом сольвентной экстракции  с последующим осаждением меди  из сульфатного раствора электролизом;

- технико-экономическая  оценка эффективности гидрометаллургической  переработки труднообогатимых руд  месторождения «Эрдэнэтийн Овоо».

             Методы исследований. В работе использованы теоретические и экспериментальные методы исследования физико-химических систем и технологических объектов. Экспериментальные исследования выполнялись в лабораторном, укрупнено-лабораторном и опытно-промышленном масштабах с

применением методов математической статистики, графической и графоаналитической обработки данных. Термодинамический  анализ применялся для оценки устойчивости медных минералов в условиях рудогенеза и кислотного выщелачивания.  Определение  химического состава выполнялось  методами классического химического  анализа, а также с использованием метода жидкостной фотоколориметрии, атомной адсорбции и эмиссии, рентгеновской спектрометрии. Фазовый  анализ проводился рядом физических и физико-химических методов, включая  кристаллооптический, рентгенодифрактометрический  и дериватографический. На всех этапах работы для определения технологических  характеристик материалов и показателей  процессов использовались методы опробования  и технологического контроля, принятые в заводской практике добычи и  переработки медно-молибденовой руды на горно-обогатительном  комбинате  «Эрдэнэт».

Основные  положения, выносимые  на защиту:

1. Сульфидные  медные руды месторождения «Эрдэнэтийн  Овоо» принадлежат к различным  генетическим типам и относятся  к бедному труднообогатимому  сырью, эффективная переработка  которого с извлечением до 70% меди  возможна методом гидрометаллургического  вскрытия.

2. Конкурентоспособные  показатели переработки забалансовых  руд и руд с повышенной степенью  окисления месторождения «Эрдэнэтийн  Овоо» обеспечиваются применением  гидрометаллургической технологии, включающей всесезонное кучное  выщелачивание сырья, сольвентную  экстракцию меди и электролитическое  осаждение меди  из сернокислых  растворов.

Научная новизна:

- показано  изменение параметров флотируемости,  окисляемости и гидрометаллургического  вскрытия медных руд в зависимости  от их

парагенетических, морфологических, структурно-текстурных особенностей и геологических условий  образования;

- экспериментально  определена возможность прогнозирования  показателей кислотного выщелачивания  труднообогатимых медных руд  различных генетических типов  в зависимости от их химико-минералогического  состава;

- установлены  режимные показатели гидрометаллургического  вскрытия труднообогатимых медных  руд месторождения «Эрдэнэтийн  Овоо» с использованием безаппаратурных  методов выщелачивания и их  разграничением по сезонности  проведения работ и типам перерабатываемых  материалов. 

Практическое  значение:

- проанализирован  и использован опыт применения  методов гидрометаллургической  переработки некондиционных медных  руд из практики работы предприятий  США, Канады, Австралии, Чили, Мексики,  Китая и Бирмы;

- в опытно-промышленном  масштабе обоснована высокая  экономическая эффективность переработки  некондиционных сульфидных медных  руд месторождения «Эрдэнэтийн  Овоо»  различных генетических  типов с использованием процессов  кучного (отвального) выщелачивания,  экстракционного извлечения меди  из продукционного раствора и  её электролитического осаждения  с получением катодной меди  чистотой 99,999 %;

- показана  высокая эффективность модернизации  производственного комплекса по  добыче и переработке медно-молибденовых  руд месторождения  «Эрдэнэтийн  Овоо» за счёт использования современных энергосберегающих процессов с получением товарной продукции высокой стоимости;

-  по  результатам эксплуатации опытной  установки обосновано  строительство  коммерческого предприятия производительностью  10-15 тыс. тонн в год

катодной  меди с использованием технологии безаппаратного извлечения меди из отвалов карьера  месторождения «Эрдэнэтийн Овоо»  с учётом переработки окисленной руды текущей добычи. 

    Сульфидные медные руды месторождения «Эрдэнэтийн Овоо» принадлежат к различным генетическим типам и относятся к бедному труднообогатимому сырью, эффективная переработка которого с извлечением до 70% меди возможна методом гидрометаллургического вскрытия.

   Формирование  медно-молибденового месторождения  «Эрдэнэтийн Овоо» в полной мере отвечает современной теории рудогенеза и теории минералообразования применительно  к возникновению зон первичной  и вторичной минерализации медно-порфировых руд. Особенность образования рудного тела месторождения «Эрдэнэтийн Овоо» заключается в том, что в нём нет четкого разделения на зоны окисленных, вторичных сульфидных и первичных руд. Руды с повешенной степенью окисленности встречаются в карьере в виде даек и без их раздельного складирования теряются в общем потоке руды, существенно ухудшая показатели флотационного обогащения. С другой стороны, забалансовые руды выше эксплуатационного горизонта 1400м с содержанием меди ниже 0,30 – 0,40% и забалансовые руды ниже эксплуатационного горизонта 1400м с содержанием меди 0,20 – 0,25% подлежат отдельному складированию, что определяет  топографию накопления отвалов и складирования забалансовых и труднообогатимых руд с повышенной степенью окисления.

   Согласно  энергетической теории, минералообразование, в целом, идёт с падением энергии  кристаллической решётки минералов  от нижних горизонтов к поверхностным  зонам развития рудно-метасоматических и минерально-генетических типов  руд, таблица 1. Эти процессы применительно  к месторождению «Эрдэнэтийн  Овоо» позволяют выделить по содержанию преобладающих рудных минералов  следующие типы медно-порфировых руд: окисленные, смешанные, вторично-сульфидные и первично-сульфидные. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Типизация рудогенеза по удельной энергии кристаллической  решётки минералов

   Таблица 1

   Из-за резкого отличия условий образования  этих геолого-минералогических типов  руд их обогатительно-технологические  свойства также имеют значительные различия, что приводит к необходимости  использования существенно отличающихся технологических приёмов для  их переработки. В сульфидной руде из окисленных медных минералов преимущественно  развиты карбонаты (малахит и  азурит) и далее по мере увеличения степени окисленности в руде появляются сульфаты (брошантит, антлерит и халькантит), силикаты и фосфаты меди (хризоколла, бирюза и элит), а в смешанных  рудах с окисленностью более 8% - куприт, делафоссит и самородная медь. В окисленных рудах с окисленностью  более 15% доля куприта и делафоссита  значительно возрастает среди других окисленных минералов меди. По показателю флотируемости с сульфгидрильными реагентами главные окисленные минералы  месторождения «Эрдэнэтийн Овоо» располагаются в следующий ряд в порядке убывания:

   малахит (342) > азурит (351) > брошантит (362) > куприт (375) >

   делафоссит (468) > хризоколла > бирюза (522), в скобках  приведена энергия кристаллической  решётки минерала, отнесённая к единице  валентности катионов. Кроме того, в большинстве случаев, окисленные медные минералы приурочены к выветрелым каолинитизированным дайкам андезитовых  и сиенит-диоритовых порфиров флотационная переработка которых связана  с повышенным расходом реагентов  из-за их адсорбции породообразующими  минералами. По этим причинам между  флотационным извлечением меди при  использовании ксантогенатовых  собирателей и степенью окисленности руды существует высокая отрицательная  корреляция с коэффициентом r = - 0,71. Флотационное извлечение меди (по ксантогенату) в зависимости от степени её окисленности для сульфидных руд месторождения «Эрдэнэтийн Овоо» описывается уравнением (1), а для смешанных руд уравнением (2):

                            (1)

                        (2)

   При использовании собирателей типа S-703G (АНУ), ВК-901 (Китай), Берофлот-3026 (Россия) извлечение меди описывается уравнением:

                                (3)

   Низкие  извлечения меди из руд со средней  окисленностью около 8%, составляющие при расчёте по уравнениям (1,2) соответственно 75 и 80%, вызывают необходимость карьерной классификации руды. При этом руда, поступающая на обогащение должна содержать не менее 4.5 % окисленной меди. Смешанные руды с содержанием  от 8,1 до 20% (после усреднения – не более14%) окисленной меди и руды с содержанием более15% вывозятся на внешние склады и вместе с забалансовыми рудами составляют сырьевой резерв предприятия.

   Анализ  заводской практики переработки  труднообогатимых руд с повышенной степенью окисленности минералов показывает применимость методов гидрометаллургии, дающих в большинстве случаев  положительный результат по сравнению  с флотационным обогащением. При  этом отдаётся предпочтение технологии подземного, отвального или кучного  выщелачивания медного сырья.

   Известный химизм и термодинамика кислотного растворения медных минералов с  учётом определённых фазовых составов бедных и труднообогатимых руд месторождения  «Эрдэнэтийн Овоо», позволили выполнить  прогнозные расчёты по извлечению из них меди, таблица 2.

     Экспериментальное исследование технологии безаппаратного выщелачивания бедных и труднообогатимых руд выполнялось в полупромышленном масштабе методом колонного просачивания. Испытания по выщелачиванию медных руд осуществляли в колонках диаметром 345мм и высотой 5м, куда загружали  предварительно дроблёную, фракционированную  руду крупностью -100мм. Масса единичной  загрузки составляла около 700кг. Исходный раствор серной кислоты с концентрацией  примерно 10г/л подавался автоматическими  дозаторами в верхнюю часть колонны, а в её нижней части производился отбор раствора для последующих  исследований. В процессе испытаний  изучалось влияние природы материала, его рудоподготовки и предварительной химической обработки, дозировки серной кислоты, аэрации и биологической активации процесса выщелачивания. По результатам испытаний определяли показатели извлечения меди, удельный расход серной кислоты, показатели бактериальной активности  и изменение окислительно-восстановительного потенциала. Весь комплекс испытаний по колонному выщелачиванию выполнялся в открытом и в замкнутом цикле. В последнем случае обогащённые медью растворы использовались для отработки технологии экстракционного извлечения меди с последующим возвратом растворов на выщелачивание.

   Типичные кинетические кривые показателей колонного выщелачивания приведены на рис. 1, 2. 

Показатели  прогнозного извлечения меди из отвальных  материалов при сернокислотном выщелачивании

Таблица № 2 
 

Рис. 1. Показатели выщелачивания пробы  склада № 2 с содержанием

меди 0,230%

Рис. 2. Показатели выщелачивания пробы  склада № 2 с содержанием

меди 0,328% 
 

     Выполненные исследования, по технологическим  показателям переработки и условиям образования, позволяют выделить три  минерально-генетических типа труднообогатимых руд:

     - смешанные и окисленные вторичные  сульфидные руды с содержанием  меди 0,35-1,0% и окисленностью 10-35%;

     - вторично-сульфидные бедные руды  с содержанием 0,2-0,4% и окисленностью  7-12%;

     - первичные сульфидные руды с  содержанием меди 0,1-0,35% и окисленностью  около 2%.

   Извлечение  меди при флотационном обогащении смешанных  и окисленных руд находится в  пределах 50-70%, в зависимости от степени  окисленности. По данным экспериментальных  исследований, прогнозируемое извлечение меди при безаппаратном выщелачивании  составляет 60-82% из смешанных и окисленных руд, 40-50% из бедных вторично-сульфидных руд, 16-20% из бедных первичных сульфидных руд и 40-50% из вскрышных пород, содержащих 0,09-0,13% меди. Заметный резерв дальнейшего  улучшения результатов выщелачивания  заключается в рудоподготовке, аэрации  рудного массива  и его заражении  тионовыми бактериями. 

Конкурентоспособные показатели переработки  руд с повышенной степенью окисления  и забалансовых руд  месторождения «Эрдэнэтийн  Овоо» обеспечиваются применением гидрометаллургической  технологии,  включающей всесезонное кучное выщелачивание сырья, сольвентную экстракцию меди и электролитическое  осаждение меди  из сернокислых растворов.

   Анализ  результатов опытно-промышленных испытаний  и производственного опыта переработки, медных руд с высокой степенью окисленности, позволили обосновать структурную схему опытного производства в условиях месторождения «Эрдэнэтийн  Овоо», рисунок 3. Организация безаппаратного выщелачивания включала гидрогеологическое и экологическое обоснование  производственной площадки и её подготовку для отсыпки кучи при перемещении  руды из отвала №6, расположение которого неблагоприятно для выщелачивания  на месте. Общий объём перемещённой для выщелачивания руды составил 3273 тыс. т, с содержанием меди 0,83% и количеством растворимой меди 19100т. Химико-минералогический состав руды отвала №6 приведён в таблице 2.

     Выщелачивание кучи  в лете время осуществляется посредством орошения поверхности  отвала обеднённым после экстракции раствором (рафинатом) из магистральных  полиэтиленовых  труб, оборудованных  спринклерными устройствами. Расход раствора составляет 275м³/час. Место орошения в каждое определенное время меняется в соответствии с функцией содержания меди в продуктивном растворе.

   Корректировка рафината по составу осуществляется в сборнике путём подачи серной кислоты  и воды в зависимости от рН раствора. Приведённая схема выщелачивания  не пригодна в зимнее время из-за отрицательных температур достигающих -35 ⁰С. В связи с этим была разработана технология подземного выщелачивания сформированной рудной кучи, включающая установку перфорированных труб диаметром 12см и длиной свыше 20м в предварительно  

     пробуренные скважины. Все трубы подключались к магистральному трубопроводу, а  с целью утепления устраивались колодцы высотой 8м из отработанных шин автосамосвалов и отсыпкой защитного  слоя из свежей руды. Достоинством этой системы оказалась хорошая аэрация, способствующая развитию процессов  выщелачивания при участии тионовых бактерий. Организация всесезонного кучного выщелачивания обеспечила извлечение свыше 70% меди и стабильную работу смежных переделов.

     Рисунок 3. Схема опытно-промышленной переработки  труднообогатимых руд месторождения  «Эрдэнэтийн Овоо»

     Высокие показатели экстракции меди из продуктивного  раствора обеспечиваются применением  хелатообразующих реагентов, обладающих большей избирательностью по сравнению  с обычными катионообменными экстрагентами. Органическая фаза состоит из смеси  растворителя (керосин и его производные) с реагентом (альдоксим, кетоксим или  их сочетание) в количестве 10-30%, а соотношение водной и органической фазы находится в пределах 1 / 0,4-1,2. Протекающий при этом процесс перехода меди в органическую фазу может быть описан следующим уравнением: 

Cu⁺⁺ +  SO₄^2- +   2RH  ® R₂Cu  +   2H⁺ + SO₄^2-.                       (4)

    Органическая  фаза с концентрацией меди 3–8 г/л подвергается реэкстракции обеднённым сернокислым раствором от операции электроосаждения катодной меди. Средний состав отработанного электролита в условиях опытного производства соответствует концентрации меди 35 – 38 г/л и концентрации серной кислоты 150 –170 г/л. Схематически реакция реэкстракции отвечает уравнению (4) для протекания процесса в правую сторону.  Коэффициент реэкстракции достигает 95%.

    Аппаратурное  оформление участка экстракции включает два смесителя–отстойника для проведения двухстадийной  экстракции и одного смесителя–отстойника для реэкстракции. Все смесители– отстойники идентичны  по размеру и конструкции, и представляют собой железобетонные ёмкости облицованные сварными листами из нержавеющей  стали и футерованные полиэтиленовой плёнкой высокой прочности. Так  как в процессе выщелачивания  поток раствора увлекает мелкие частицы  нерастворимых примесей, образующих взвесь, то для их отделения в  технологическом цикле предусмотрены  операции осветления и фильтрации растворов. Не содержащий взвешенных частиц сернокислый  раствор с концентрацией меди 42-45г/л поступает на электролиз, а  экстракционный рафинад на кучное выщелачивание. Оборотный раствор (рафинат) производственного  цикла, поступающий на выщелачивание, имеет следующий средний состав, г/л: Cu 0,1-0,3; Fe(общее) 1,5-3,0; Fe(2+) 0,2-0,3; Ca 0,2-0,6; K 0,4-1,5; Al 5,0-15,0; Mg 2,0-10,0.

     Электроосаждение  меди осуществляется в ваннах разделённых  на 19 камер, размещенных в один ряд. Камеры выполнены из бетона с прокладками  из поливинилхлорида.  Каждая камера содержит 36 катодов и 37 анодов. Обогащенный  электролит распределяется по камерам  через заглублённые патрубки, а истощённый раствор безнапорно сбрасывают через  регулируемый по

     высоте  трубопровод, который поддерживает в камере требуемый уровень электролита.

     По  результатам опытно-промышленной отработки  технологического режима электролиза, его показатели имеют следующие  усреднённые значения:

   - продолжительность наращивания  товарного катода массой 40-50кг  составляет                                                      7-12 сут.;

   - рабочая плотность тока    - 150-300 А/м²;

   - выход по току     - 80-95%;

   - расход электроэнергии на 1т катодной  меди - 1800-2300 кВт*ч.

     Сертифицированный анализ продукционных катодов,  выполненный  в 2009 году, установил содержание в  них  меди на уровне 99,9992%, что в  полной мере соответствует международным  требованиям качества.

      Для организации опытно-промышленного  производства по технологии гидрометаллургической  переработки труднообогатимых руд  месторождения «Эрдэнэтийн Овоо»  была создана компания «Эрдмин» с  уставным фондом 10млн долларов. Показатели инвестиций и их окупаемость приведены  в таблице 3. Проектная мощность предприятия  составляет 3000т катодной меди в год, выход на которую был обеспечен  с момента пуска в 1997 году.