Промышленное использование полиметаллических руд

Общие сведения о полиметаллических рудах, их типы, состав

Полиметаллические руды (от поли… и металлы) — комплексные руды, содержащие ряд химических элементов, среди которых важнейшими являются свинец Pb и цинк Zn. Почти во всех случаях цинк в большей или меньшей степени преобладает над свинцом. Кроме этого полиметаллические руды могут содержать медь Cu, золото Au, серебро Ag, кадмий Cd, иногда висмут Bi, олово Sn, индий In и галлий Ga. Основными минералами, формирующими полиметаллические руды, являются галенит PbS, сфалерит ZnS, часто присутствуют пирит FeS₂, халькопирит CuFeS₂. иногда блёклые руды, арсенопирит FeAsS и касситерит SnO₂.

Медь входит в состав полиметаллических руд обычно в виде халькопирита. Серебро и висмут связаны часто с галенитом. Золото в полиметаллических рудах находится в свободном состоянии или в виде тонкой примеси в пирите и халькопирите. Кадмий содержится преимущественно в сфалерите [19].

Полиметаллические руды (первичные) формировались в различные эпохи (от кембрия до кайнозоя) путем кристаллизации из гидротермальных растворов. Большей частью они приурочены к геосинклинальным прогибам, наложенным на срединные массивы и, как правило, залегают среди вулканогенных пород кислого состава. При отсутствии заметных количеств меди полиметаллические руды обычно локализуются в геоантиклинальных поднятиях, среди карбонатных пород [29].

Породы, вмещающие полиметаллические руды, обычно интенсивно изменены гидротермальными процессами: хлоритизацией (метасоматический процесс, при котором темноцветные минералы горных пород, а иногда и основная масса породы замещаются хлоритами), серицитизацией (процесс замещения плагиоклазов и других минералов серицитом при воздействии на горные породы низкотемпературных гидротермальных растворов) и окварцеванием [43].

Кроме гидротермальных месторождений некоторое значение имеют окисленные (вторичные) полиметаллические руды, образующиеся в результате процессов выветривания приповерхностных частей рудных тел (до глубины 100−200м); они обычно представлены гидроокислами железа, содержащими церуссит PbCO₃, англезит PbSO₄, смитсонит ZnCO₃, каламин Zn₄[Si₂O₇][OH] ₂*H₂O, малахит Cu₂[CO₃](OH) ₂, азурит Cu₂ [CO₃] ₂ (OH) ₂.

В зависимости от концентрации рудных металлов различают сплошные и вкрапленные полиметаллические руды.

Рудные тела полиметаллических руд отличаются разнообразием размеров, имея длину от нескольких м до км, морфологией (пластообразные и линзообразные залежи, штоки, жилы, гнезда, сложные трубообразные тела) и условиями залегания (пологие, крутые, согласные, секущие и т. д.) [54].

Ниже рассмотрены формы нахождения в полиметаллических свинецсодержащих рудах и концентратах некоторых сопутствующих элементов.

Кадмий присутствует в полиметаллических рудах в виде тончайшей механической или изоморфной примеси в сфалерите и других минералах цинка. Это обусловливает переход кадмия при обогащении преимущественно в цинковый концентрат.

Общее содержание кадмия в свинецсодержащих рудах составляет 0,006−0,035%, извлечение при обогащении (общее) 70−85%, в том числе в цинковый концентрат 65−80%.

Селен встречается в полиметаллических рудах в виде изоморфной примеси в сере сульфидных минералов. Большей частью ассоциирован с галенитом и халькопиритом. Исходное содержание в руде 0,0001 — 0,0035%. При обогащении селен концентрируется в свинцовом концентрате, в котором содержание его достигает 0,04%. Извлечение селена в свинцовый концентрат составляет 30−60%. Остальной селен остается в хвостах обогащения.

Теллур находится в рудах в виде примеси в основных сульфидных минералах. Исходное содержание его в руде составляет 0,0001−0,0002%. В некоторых сульфидных рудах встречаются теллуриды свинца, висмута, золота и серебра. Обычно теллуриды ассоциированы с галенитом. При обогащении основная масса теллура остается в хвостах (40−70%). Теллур обнаруживают во всех концентратах, но в наибольшем количестве он содержится в свинцовом концентрате (0,0005−0,0025%).

Мышьяк встречается в рудах в составе комплексных сульфоарсенитов свинца и серебра, арсенитов свинца, а также в виде арсенопирита. В зависимости от того, с минералами какого металла мышьяк ассоциирован, он переходит при обогащении то в свинцовый, то в цинковый концентрат. Окисленные минералы мышьяка плохо обогащаются, поэтому общее извлечение мышьяка из разных руд колеблется от 10 до 75%.

Сурьма присутствует в полиметаллических рудах в форме комплексных сульфоантимонатов свинца и серебра, а также в виде изоморфной примеси в галените. При обогащении сурьма извлекается на 80−95%, большей частью в свинцовый концентрат, реже — в медный.

Висмут присутствует в рудах в незначительном количестве — от следов до 0,01%. Минералы висмута в рудах встречаются редко. Обычно висмут находится в руде в виде включений в основных сульфидных минералах или в виде изоморфной примеси в галените. В процессе обогащения руды висмут накапливается в свинцовом или медно-молибденовых концентратах.

Никель и кобальт встречаются в рудах в количествах, не превышающих 0,005%. При обогащении большая часть их переходит в хвосты, так как, по-видимому, они ассоциированы в основном с минералами пустой породы.

Таллий обнаружен во всех рудах в количествах от 0,0002 до 0,0021% в виде примеси в основных сульфидных минералах (галенит, пирит). При обогащении извлекается на 25—50%. Концентрируется в свинцовом концентрате (0,0005−0,0075%).

Индий встречается в полиметаллических рудах в виде примеси в сфалерите и вюртците ZnS в количестве 0,0001−0,01%. Общее извлечение индия при обогащении составляет 70−82%, в том числе 65−74% - в цинковый концентрат с 0,07% In.

Галлий и германий присутствуют во всех рудах, но основная часть их остается в хвостах обогатительных фабрик (80−95%) в виде ассоциатов с алюмосиликатами (галлий), углистыми сланцами (германий) и другими составляющими горной массы.

Серебро и золото присутствуют во всех рудах. Серебро, содержание которого составляет 20−120 г/т, извлекается при обогащении руды на 85−95%. Золото при обогащении извлекается на 50−90% и переходит в медный (~50%), свинцовый и пиритный концентраты [4].

Основная масса (80−85%) цветных металлов в полиметаллических рудах представлена сульфидными минералами. Благородные металлы и примеси присутствуют в рудах главным образом в виде изоморфных примесей и тонкодисперсных включений в минералы основных и сопутствующих полезных компонентов, таких, как пирит, халькопирит, галенит, барит, молибден.

Несульфидные минералы представлены окислами, силикатами, карбонатами, фосфатами и другими минералами в различном соотношении.

Руды весьма разнообразны и изменчивы по химическому и минеральному составу, характеру вкрапленности и текстурно-структурным особенностям, степени окисленности, обогатимости.

По классификации баланса запасов к важнейшим промышленным типам полиметаллических руд относятся: свинцово-цинковые; медно-свинцово-цинковые; барито-полиметаллические; барито-свинцово-цинковые; свинцовые; барито-свинцовые, колчеданные медно-цинковые.

Промышленные типы полиметаллических руд выделяются главным образом по содержанию в них основных и сопутствующих компонентов, а также по форме рудных тел и генезису. Дальнейшее дифференцирование руд как объектов обогащения производится путем выделения подтипов и разновидностей их по степени окисленности, крупности и характеру вкрапленности рудных минералов, крепости, текстурно-структурным особенностям и другим признакам.

Так, в зависимости от соотношения сульфидных и окисленных минеральных форм основных металлов полиметаллические руды подразделяют на сульфидные, смешанные и окисленные. Если основные металлы в полиметаллических рудах более чем на 80% представлены сульфидными минералами, то руды считаются сульфидными. Если содержание сульфидных фракций основных металлов меньше 50%, то — окисленными. При промежуточных содержаниях сульфидных форм основных металлов руды считаются смешанными. Основная масса (80−85%) цветных металлов сосредоточена в сульфидных орудинениях, и сульфидные руды являются основным источником их производства.

По содержанию сульфидов в полиметаллической руде различают вкрапленные (менее 25% сульфидов) и массивные (более 50% сульфидов). По крупности вкрапленности различают руды: крупновкрапленные — размер включений извлекаемых минералов более 0,4 мм, средней вкрапленности — размер включений составляет 0,15−0,4 мм, тонковкрапленные — размер вкрапленности менее 0,15 мм. По характеру вкрапленности различают равномерно вкрапленные, неравномерно вкрапленные и руды с агрегативной вкрапленностью минералов.

По крепости полиметаллические руды классифицируют таким образом:

• — мягкие, если коэффициент их крепости по шкале проф. М. М. Протодьяконова не превышает 10;
• — средние — при значении коэффициента 10−14;
• — твердые — 14−18;
• — весьма твердые > 18.

По содержанию минералов полиметаллические руды делятся на богатые, бедные и забалансовые (не промышленные), границы между которыми определяются состоянием техники и технологии обогащения, экономическими интересами и потребностями государства в производстве металлов.

Приведенная выше классификация промышленных типов полиметаллических руд не полностью раскрывает их обогатимость, зависящую от сочетания многих природных факторов. Различные сочетания свойств руд создают большое многообразие их типов и разновидностей, отличающихся между собой важными технологическими свойствами по отношению к процессам дробления, измельчения, обогащения [46].

В настоящее время промышленное значение имеют в основном сульфидные полиметаллические руды, залегающие в карбонатных или силикатных породах.

Содержание металлов в рудах недостаточно высоко для их прямой переработки на металлургическом заводе, поэтому более 95% добываемых руд подвергают обогащению. В результате обогащения полиметаллических руд сокращаются затраты на металлургические операции и снижается стоимость конечного продукта металлургического производства — чаще всего очищенного (рафинированного) свинца. Совершенствование процессов обогащения полиметаллических руд способствует вовлечению в переработку все более бедных руд [23].