Экологически чистые геотехнологии выщелачивания металлов из твердых и жидких отходов обогащения полиметаллического сырья

Экологически чистые геотехнологии выщелачивания металлов из твердых и жидких отходов обогащения полиметаллического сырья

Автор: Голик В.И., Разоренов Ю.И., Валиев Н.Г., Гаврина О.А.

Журнал: Горные науки и технологии @gornye-nauki-tekhnologii

Рубрика: Технологическая безопасность в минерально-сырьевом комплексе и охрана окружающей среды

Статья в выпуске: 3 т.9, 2024 года.

Бесплатный доступ

Глобальные вызовы (рост потребления георесурсов, климатические изменения, ограниченность запасов) повышают актуальность проблем роста накопления отходов и экологической модернизации добычи минерального сырья. В связи с этим существующие подходы к проектированию геотехнологий добычи металлов нуждаются в совершенствовании на основе концепции циркуляционного управления отходами и экологизации технологических процессов. Статья посвящена вопросу формирования концептуальных основ и направлений экологизации геотехнологий при выщелачивании металлов из твердых и жидких отходов обогащения полиметаллического сырья. В исследовании предложены рекомендации по совершенствованию подземного выщелачивания руд в блоках, позволяющие определить оптимальные условия для повышения полноты использования недр и уменьшения ущерба окружающей среде. Выявлено, что при извлечении металлов с циркуляцией раствора через рассольные камеры содержание ионов (Na, Cl, SO4 и Ca) в диализате было низким, а без циркуляции в рассоле - существенно превышало ПДК (по Na, Cl, SO4 и Ca). Это доказывает принципиальную возможность управления процессами подземного выщелачивания путем усиления окислительного потенциала растворителей за счет добавления промышленных окислителей. Установлено, что рост продолжительности агитационного выщелачивания (как с использованием, так и без механоактивации) приводит к равномерному расширению локальных максимумов выхода Pb из пульпы при снижении минимальной концентрации NaCl с 11-12 до 7 % при H2SO4 = 0,6 %. Одним из ключевых результатов исследования является обоснование расширения области использования дезинтеграторов для осуществления направленного активационного воздействия на хвосты обогащения. Практическое значение полученных результатов заключается в возможности оптимизации технологической схемы электрохимического извлечения металлов из техногенных стоков на основании полученных результатов применения циркуляции рассолов через рассольные камеры. Кроме того, совокупность полученных результатов использования дезинтегратора для повторного извлечения свинца из геоматериалов позволит разработать методику расчета параметров механоактивационного воздействия для повышения степени извлечения металлов из хвостов обогащения полиметаллического сырья РСО-Алания (Згидское, Садонское, Архонское месторождения). Наиболее перспективным направлением дальнейших исследований является обоснование путей использования подземного пространства для полного захоронения отходов (техногенных стоков и хвостов обогащения) после их многостадийной обработки.

Еще

Хвосты обогащения, растворы/стоки, кислотное выщелачивание, механохимическая активация, извлечение pb, геотехнологии, управление отходами

Короткий адрес: https://sciup.org/140307803

IDR: 140307803   |   DOI: 10.17073/2500-0632-2023-11-184

Список литературы Экологически чистые геотехнологии выщелачивания металлов из твердых и жидких отходов обогащения полиметаллического сырья

  • Sinclair L., Thompson J. In situ leaching of copper: Challenges and future prospects. Hydrometallurgy. 2015;157:306–324. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2015.08.022
  • Liang W., Wang J., Leung C., Goh S., Sang S. Opportunities and challenges for gas coproduction from coal measure gas reservoirs with coal-shale-tight sandstone layers: A review. Deep Underground Science and Engineering. 2024. https://doi.org/10.1002/dug2.12077
  • Январёв Г. С., Бобомуротов Б. Б. Объемная цифровая модель глубоких горизонтов главной рудной залежи Урупского медно-колчеданного месторождения. Геология и геофизика Юга России. 2023;13(1):125–135. https://doi.org/10.46698/VNC.2023.90.90.009 Yanvarev G. S., Bobomurotov B. B. Volumetric digital model of deep horizons of the Main ore deposit of the Urupsky copper-crusted deposit. Geology and Geophysics of Russian South. 2023;13(1):125–135. (In Russ.) https://doi.org/10.46698/VNC.2023.90.90.009
  • Kukartsev V., Kozlova A., Kuimova O., Nelyub V., Gantimurov A. Using digital twins to create an inventory management system. E3S Web of Conferences. 2023;431:05016. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202343105016
  • Захаров В. Н., Каплунов Д. Р., Клебанов Д. А., Радченко Д. Н. Методические подходы к стандартизации сбора, хранения и анализа данных при управлении горнотехническими системами. Горный журнал. 2022;(12):55–61. https://doi.org/10.17580/gzh.2022.12.10 Zakharov V. N., Kaplunov D. R., Klebanov D. A., Radchenko D. N. Methodical approaches to standardization of data acquisition, storage and analysis in management of geotechnical systems. Gornyi Zhurnal. 2022;(12):55–61. (In Russ.) https://doi.org/10.17580/gzh.2022.12.10
  • Reddivari B. R., Vadapalli S., Sanduru B., Buddi T., Vafaeva K. M., Joshi A. Fabrication and mechanical properties of hybrid fibre-reinforced polymer hybrid composite with graphene nanoplatelets and multiwalled carbon nanotubes. Cogent Engineering. 2024;11(1). https://doi.org/10.1080/23311916.2024.2343586
  • Ghorbani Y., Franzidis J.-P., Petersen J. Heap Leaching technology current state, innovations, and future directions: A review. Mineral Processing and Extractive Metallurgy Review. 2016;37(2):73–119. https://doi.org/10.1080/08827508.2015.1115990
  • Панфилов И. А., Антамошкин О. А., Федорова Н. В., Дерюгин Ф. Ф., Бянкин В. Е. Профилактика загрязнения воздушной среды при открытой разработке рудных месторождений. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2023;(11-1):252–264. https://doi.org/10.25018/0236_1493_2023_111_0_252 Panfilov I. A., Antamoshkin O. A., Fedorova N. V., Deryugin F. F., Byankin V. E. Prevention of air pollution during openpit mining of ore deposits. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2023;(11–1):252-264. https://doi.org/10.25018/0236_1493_2023_111_0_252
  • Chaikin L., Shoppert A., Valeev D., et al. Concentration of rare earth elements (Sc, Y, La, Ce, Nd, Sm) in bauxite residue (red mud) obtained by water and alkali leaching of bauxite sintering dust. Minerals. 2020;10(6):500. https://doi.org/10.3390/min10060500
  • Евдокимов С. И., Макоева А. К., Макисмов Р. Н., Дятлова Д. И. Разработка метода и прибора для измерения сил в контактах частиц в условиях флотации микродисперсий золота. Устойчивое развитие горных территорий. 2023;15(1):81–96. https://doi.org/10.21177/1998-4502-2023-15-1-81-96 Evdokimov S. I., Makoeva A. K., Maksimov R. N., Dyatlova D. I. Development of a method and apparatus for measuring the forces in particle contacts under conditions of flotation of gold microdispersions. Sustainable Development of Mountain Territories. 2023;15(1):81–96. (In Russ.) https://doi.org/10.21177/1998-4502-2023-15-1-81-96
  • Shoppert A., Loginova I., Valeev D. Kinetics study of al extraction from desilicated coal fly ash by NaOH at atmospheric pressure. Materials. 2021;14:7700. https://doi.org/10.3390/ma14247700
  • Jiang H., Zhang H., Zhang X., Zhang J., Jiang Y. Experimental study on the influence of content and fineness of fly ash on the mechanical properties of grouting slurries. Deep Underground Science and Engineering. 2024. https://doi.org/10.1002/dug2.12070
  • Rasskazova A. V., Sekisov A. G., Kirilchukirilchu M. S., Vasyanovvasyanov Y. A. Stage-activation leaching of oxidized copper-gold ore: Theory and technology. Eurasian Mining. 2020;(1):52–55. https://doi.org/10.17580/em.2020.01.10
  • Chen T., Lei C., Yan B., Xiao X. Metal recovery from the copper sulfide tailing with leaching and fractional precipitation technology. Hydrometallurgy. 2014;147–148:178–182. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2014.05.018
  • Хайрутдинов M. M., Конгар-Сюрюн Ч. Б., Тюляева Ю. С., Хайрутдинов A. M. Бесцементные закладочные смеси на основе водорастворимых техногенных отходов. Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2020;331(11):30–36. https://doi.org/10.18799/24131830/2020/11/2883 Khayrutdinov M. M., Kongar-Syuryun Ch. B., Tyulyaeva Yu. S., Khayrutdinov A. M. Cementless backfill mixtures based on water-soluble manmade waste. Bulletin of the Tomsk Polytechnic University. Geo Assets Engineering. 2020;331(11):30–36. (In Russ.) https://doi.org/10.18799/24131830/2020/11/2883
  • Vrancken C., Longhurst P. J., Wagland S. T. Critical review of real-time methods for solid waste characterisation: Informing material recovery and fuel production. Waste Management. 2017;61:40–57. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2017.01.019
  • Zhao H., Zhang Y., Zhang X., et al. The dissolution and passivation mechanism of chalcopyrite in bioleaching: An overview. Minerals Engineering. 2019;136:140–154. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2019.03.014
  • Подрезов Д. Р. Задачи совершенствования управления и повышения эффективности функционирования технологических блоков рудника подземного скважинного выщелачивания урана. Горные науки и технологии. 2020;5(2):131–153. https://doi.org/10.17073/2500-0632-2020-2-131-153 Podrezov D. R. Issues of improving control and increasing efficiency of production blocks at an ISL uranium mine. Mining Science and Technology (Russia). 2020;5(2):131–153. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/2500-0632-2020-2-131-153
  • Гарифулина И. Ю., Абдулхалимов А. Г., Засеев И. А., Майстров Ю. А. Перспективы разработки Садонских месторождений подземным выщелачиванием. Горные науки и технологии. 2020;5(4):358–366. https://doi.org/10.17073/2500-0632-2020-4-358-366 Garifulina I. Y., Abdulkhalimov A. H., Zaseev I. A., Maystrov Y. A. Prospects for development of sadon deposits by in-situ leaching. Mining Science and Technology (Russia). 2020;5(4):358–366. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/2500-0632-2020-4-358-366
  • Джиоева А. К. Совершенствование технологии подземного выщелачивания при обеспечении экологически безопасной отработки рудных месторождений. Безопасность труда в промышленности. 2022;(9):62–68. https://doi.org/10.24000/0409-2961-2022-9-62-68 Dzhioeva A. K. Improvement of underground leaching technology while ensuring environmentally safe development of ore deposits. Bezopasnost’ Truda v Promyshlennosti. 2022;(9):62–68. https://doi.org/10.24000/0409-2961-2022-9-62-68
  • Feng X., Wang X. Characteristics of Electrical Resistance Alteration during in situ leaching of ionadsorption-type rare earth ore. Minerals. 2024;14:92. https://doi.org/10.3390/min14010092
  • Wu Zh., Liao H., Lu K. Mining consensus sequence in multi-criteria group decision making with incomparability of alternatives and conflicts of experts. Information Sciences. 2022;610:359–380. https://doi.org/10.1016/j.ins.2022.07.058
  • Deveci M., Gokasar I., Brito-Parada P. R. A comprehensive model for socially responsible rehabilitation of mining sites using Q-rung orthopair fuzzy sets and combinative distance-based assessment. Expert Systems with Applications. 2022;200:117155. https://doi.org/10.1016/j.eswa.2022.117155
  • McManus S., Rahman A., Coombes J., Horta A. Uncertainty assessment of spatial domain models in early stage mining projects – A review. Ore Geology Reviews. 2021;133:104098. https://doi.org/10.1016/j.oregeorev.2021.104098
  • Абас Висам Махди Абас, Арутюнян Р. В. Моделирование нелинейных динамических и стационарных систем на основе интегро-функциональных рядов Вольтерры и различных классов квадратурных формул. Математическое моделирование и численные методы. 2021;(2):68–85. https://doi.org/10.18698/2309-3684-2021-2-6885 Abas Wisam Mahdi Abas, Arutyunyan R. V. Modeling of nonlinear dynamic and stationary systems based on Volterra integro–functional series and various classes of quadrature formulas. Mathematical Modeling and Computational Methods. 2021;(2):68–85. (In Russ.) https://doi.org/10.18698/2309-3684-2021-2-6885
  • Yan J., Xu M. Energy and circular economy in sustainability transitions. Resources, Conservation and Recycling. 2021;169:105471. https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2021.105471
  • Shutaleva A. Ecological Culture and critical thinking: building of a sustainable future. Sustainability. 2023;15:13492. https://doi.org/10.3390/su151813492
  • Игнатьева М. Н., Юрак В. В., Душин А. В., Стровский В. Е. Техногенные минеральные образования: проблемы перехода к экономике замкнутого цикла. Горные науки и технологии. 2021;6(2):73–89. https://doi.org/10.17073/2500-0632-2021-2-73-89 Ignatyeva M. N., Yurak V. V., Dushin A. V., Strovsky V. E. Technogenic mineral accumulations: problems of transition to circular economy. Mining Science and Technology (Russia). 2021;6(2):73–89. https://doi.org/10.17073/2500-0632-2021-2-73-89
  • Brigida V., Golik V. I., Voitovich E. V. et al. Technogenic reservoirs resources of mine methane when implementing the circular waste management concept. Resources. 2024;13(2):33. https://doi.org/10.3390/resources13020033
  • Ma L., Ghorbani Y., Kongar-Syuryun C. B., Khayrutdinov M. M., Klyuev R. V., Petenko A. Dynamics of backfill compressive strength obtained from enrichment tails for the circular waste management. Resources, Conservation and Recycling Advances. 2024;23:200224. https://doi.org/10.1016/j.rcradv.2024.200224
  • Клюев Р. В., Бригида В. С., Лобков К. Ю. и др. К вопросу мониторинга трещинообразования в природно-технических системах при сдвижении земной поверхности. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2023;(11–1):292–304. https://doi.org/10.25018/0236_1493_2023_111_0_292 Klyuev R. V., Brigida V. S., Lobkov K. Y. et al. On the issue of monitoring crack formation in natural- technical systems during earth surface displacements. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2023;(11–1):292–304. (In Russ.). https://doi.org/10.25018/0236_1493_2023_111_0_292
  • Ayaz A., Ozyurt O., Al-Rahmi W. M., et al. Exploring gamification research trends using topic modeling. In: IEEE Access. 2023;11:119676–119692. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2023.3326444
  • Klyuev R., Tekiev M., Silaev V., et al. Sustainable operation analysis of the mining industry power supply system. In: E3S Web of Conferences. 2021;326:00016. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202132600016
  • Бригида В. С., Мишулина С. И., Стась Г. В. Перспективные направления экологизации структурных элементов туристского продукта краснодарского края (на примере транспортной составляющей). Устойчивое развитие горных территорий. 2020;12(1):24–25. https://doi.org/10.21177/1998-4502-2020-12-1-18-25 Brigida V. S., Mishulina S. I., Stas G. V. Perspective directions of “ecologisation” of structural elements of a tourist product of Krasnodar region (case study of transportation component). Sustainable Development of Mountain Territories. 2020;12(1):24–25. (In Russ.) https://doi.org/10.21177/1998-4502-2020-12-1-18-25
  • Pavlov M. V., Vafaeva K. M., Karpov D. F. et al. Impact of environmental factors on indoor air temperature in gas-fired radiant heated cultivated structures. In: E3S Web of Conferences. International Conference on “Advanced Materials for Green Chemistry and Sustainable Environment” (AMGSE-2024). 2024;511:01036. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202451101036
  • Vafaeva K. M., Karpov D. F., Pavlov M. V. et al. Analyzing thermal images to evaluate thermal protection in residential structures: lessons from russian practices. In: E3S Web of Conferences. International Conference on “Advanced Materials for Green Chemistry and Sustainable Environment” (AMGSE-2024). 2024;511:01037. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202451101037
  • Li G., Zhou Q., Zhu Z., et al. Selective leaching of nickel and cobalt from limonitic laterite using phosphoric acid: An alternative for value-added processing of laterite. Journal of Cleaner Production. 2018;189:620–626. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2018.04.083
  • Конгар-Сюрюн Ч. Б., Ковальский Е. Р. Твердеющие закладочные смеси на калийных рудниках: перспективные материалы, регулирующие напряжённо-деформированное состояние массива. Геология и геофизика Юга России. 2023;13(4):177–187. https://doi.org/10.46698/VNC.2023.34.99.014 Kongar-Syuryun Ch. B., Kovalski E. R. Hardening backfill at potash mines: promising materials regulating stress-strain behavior of rock mass. Geologiya i Geofizika Yuga Rossii. 2023;13(4):177–187. https://doi.org/10.46698/VNC.2023.34.99.014
  • Кондратьев Ю. И., Выскребенц А. С., Бетрозов З. С., Дзеранова К. Б. Снижение энергозатрат на подземное электрохимическое выщелачивание металлов из руд. Устойчивое развитие горных территорий. 2017;(4):419–426. https://doi.org/10.21177/1998-4502-2017-9-4-419-426 Kondratyev Yu. I., Vyskrebenets A. S., Betrozov Z. C., Dzeranova K. B. Energy costs reduction on underground electrochemical metal leaching from ores. Sustainable Development of Mountain Territories. 2017;(4):419–426. (In Russ.) https://doi.org/10.21177/1998-4502-2017-9-4-419-426
  • MacCarthy J., Nosrati A., Skinner W., Addai-Mensah J. Atmospheric acid leaching mechanisms and kinetics and rheological studies of a low grade saprolitic nickel laterite ore. Hydrometallurgy. 2016;160:26–37. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2015.11.004
  • Ляшенко В. И., Хоменко О. Е., Голик В. И. Развитие природоохранных и ресурсосберегающих технологий подземной добычи руд в энергонарушенных массивах. Горные науки и технологии. 2020;5(2):104–118. https://doi.org/10.17073/2500-0632-2020-2-104-118 Lyashenko V. I., Khomenko O. E., Golik V. I. Friendly and Resource-Saving Methods of Underground Ore Mining in Disturbed Rock Masses. Mining Science and Technology (Russia). 2020;5(2):104–118. https://doi.org/10.17073/2500-0632-2020-2-104-118
  • Ковальский Е. Р., Конгар-Сюрюн Ч. Б., Петров Д. Н. Проблемы и перспективы внедрения многостадийной выемки руды при отработке запасов калийных месторождений. Устойчивое развитие горных территорий. 2023;15(2):349–364. https://doi.org/10.17073/10.21177/1998-4502-2023-15-2-349-364 Kovalski E., Kongar-Syuryun C., Petrov D. Challenges and prospects for several-stage stoping in potash minining. Sustainable Development of Mountain Territories. 2023;15(2):349–364. https://doi.org/10.21177/1998-4502-2023-15-2-349-364
  • Palaniandy S. Impact of mechanochemical effect on chalcopyrite leaching. International Journal of Mineral Processing. 2015;136:56–65. https://doi.org/10.1016/j.minpro.2014.10.005
  • Minagawa M., Hisatomi Sh., Kato T., et al. Enhancement of copper dissolution by mechanochemical activation of copper ores: Correlation between leaching experiments and DEM simulations. Advanced Powder Technology. 2018;29(3):471–478. https://doi.org/10.1016/j.apt.2017.11.031
  • Bumanisa G., Bajarea D. Compressive strength of cement mortar affected by sand micro filler obtained with collision milling in disintegrator. Procedia Engineering. 2017;172:149–156. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2017.02.037
  • Basturkcu H., Achimovicova M., Kanuchova M., Acarkan N. Mechanochemical pre-treatment of lateritic nickel ore with sulfur followed by atmospheric leaching. Hydrometallurgy. 2018;181:43–52. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2018.08.016
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp