Медно-никелевые руды Кольского полуострова – их добыча, переработка, комплексное использование

7. Основы производства цветных и драгоценных металлов из сульфидных руд

Технологическая схема производства металлов на ОАО «ГМК «Норильский никель»

Добыча руды

Основные технологические процессы:

Проведение (проходка) горных выработок; бурение, взрывание горных пород; проветривание, отгрузка горной массы; доставка горной массы электровозным транспортом; крепление и закладка выработанного пространства; подъем руды на поверхность.

Руда - выход 100%

Обогащение руды (концетрация)

Основные технологические процессы:

Дробление руды, измельчение руды; флотация (разделение металлов); сгущение, фильтрация, сушка концентрата.

Концентраты - выход до 45%

Металлургия

Основные технологические процессы:

Плавка концентрата и руды (продукт - штейн); конвертирование (продукты - файнштейн, черновая медь); разделение файнштейна, анодная плавка (продукты - никелевые и медные аноды); электролиз (продукты - товарные никелевые и медные катоды, шламы драгоценных металлов)

Товарные металлы - выход ~6%

Добыча руды, как правило, осуществляется карьерным способом. То есть вырывается глубокий карьер несколько сот метров в диаметре и около полукилометра в глубину. Далее с его дна огромными машинами вывозится железная руда, которая затем транспортируется на металлургические и сталелитейные комбинаты, где она перерабатывается в железо или сталь (Приложение 5).

Руда

Дробление руды осуществляется в несколько стадий. Крупное дробление (размеры куска менее 400 мм), среднее дробление (менее 100 мм) и мелкое дробление (менее 20 мм). Все это происходит в системе мельниц. На обогатительных фабриках Норильска применяется метод селективной флотации, при которой полезные минералы выделяются последовательно. Руда, поступившая с подземных горизонтов, на обогатительной фабрике прошла многочисленные стадии дробления и измельчения. Из тяжелых комьев она превратилась в массу, напоминающую песок или даже пыль, состоящую из частиц различных минералов, перемешанных между собой.

Давно замечено избирательное прилипание минеральных частиц, взвешенных в пульпе, к пузырькам воздуха: плохо смачиваемые водой частицы минералов прилипают к ним и поднимаются с ними на поверхность пульпы, образуя на ней пену. В то же время хорошо смачиваемые минералы не прилипают к пузырькам и остаются в пульпе. На этом и основан процесс флотации. Она проводится во флотомашинах в аэрированной (насыщенной воздушными пузырьками) среде. Сюда подается пульпа с уже растворенными в ней реагентами. Они усиливают или понижают смачиваемость минералов. В результате увеличивается пеновыделение, а вместе с этим - и эффективность процесса.

Пена образуется механически - путем перемешивания специальными лопатками и пневматическим путем - подачей сжатого воздуха. Иногда эти способы комбинируют.

Всплывающие минералы концентрируются в пене, которая удаляется с поверхности пульпы.

Норильские руды содержат большое количество пирротина. Вывод его в отвал сразу же резко сокращает объемы непроизводительной переработки сырья.

Пирротиновый концентрат содержит значительное количество полезных минералов и драгоценные металлы. Поэтому он должен пройти через очередную стадию обогащения - пирротиновую флотацию. В результате получают два различных продукта: богатый пирротиновый концентрат (2,2% Ni и 1,2% Cu) и малоникелистый пирротиновый концентрат (меньше 0,9% Ni и меньше 0,2% Cu). А. Н. Бурухин. Общие основы получения цветных металлов - Москва, 2005

Концентратом принято называть продукт обогащения с повышенным содержанием извлекаемого металла. А свое наименование он получает по преобладающему в нем металлу (медный, никелевый). Концентрат, содержащий металлы в сопоставимых количествах, называют коллективным (например, медно-никелевый).

В этих концентратах содержатся и драгоценные металлы. Традиционно их полупродукты металлурги выводят в процессе электролиза. Однако в последнее время стали получать гравиоконцентраты обогащения. Он основан на различии скоростей движения минеральных частиц, отличающихся по массе, в водной среде.

Выделение гравиоконцентратов производят на центробежных концентраторах. С помощью этих агрегатов получают продукт с содержанием металлов платиновой группы приблизительно 500 г/т при содержаниях в руде 5-15 г/т.

Далее в специальных емкостях производится сгущение. Сгустители служат для удаления из концентрата части излишков воды.

Сушка концентрата до влажности менее 9% осуществляется в специальных сушильных печах.

После фильтрации и сушки концентрат готов для металлургической переработки.

В горно-металлургической компании работают две обогатительные фабрики.

Талнахаская перерабатывает богатые руды месторождений Талнаха. У этого предприятия большая переспектива: предполагается увелечение его мощности с целью переработки здесь всей руды Талнаха.

Норильская фабрика построена более 50 лет назад. Она морально и физически устарела. Предполагается автоматизировать процесс обогащения и снизить численность производственного персонала.

На обеих фабриках предполагается оборудование автоматизированных систем контроля качества поступающего сырья и продуктов обогащения.

Металлургия

Из всего этого предстоит получить файнштейн - полупродукт, состоящий из сплава сульфидов никеля и меди.

Предварительно подготовленный никелевый концентрат, руда и цеховые обороты расплавляются в руднотермической печи при температуре 1000-1400°C.

Сульфиды металлов (никеля, меди, кобальта и совершенно не нужного железа) образуют сульфидный сплав (штейн).

В этом «коллективе» металлов находятся и драгоценные.

В процессе плавки оксиды железа, магния, кальция, взаимодействуя со специально добавленным в качестве флюса песчаником, образуют шлак.

Штейн (полупродукт) с содержанием суммы цветных металлов 15-25%, железа 50% и серы 20-27% направляется на конвертирование.

Главная задача этого процесса - избавиться практически от всего железа. А его в перерабатываемом полупродукте - штейне, прктически половина. «Борьба» с железом происходит в конвертере - огромной многотонной вращающейся бочке. Это достигается путем продувки расплавленного штейна воздухом, который подается через десятки специальных отверстий - фурм. Благодаря тому, что в конвертер добавляется песчаник, связывающий образующиеся оксиды железа, поучается конвертерный шлак. После слива шлака готовая продукция цеха - файнштейн.

Файнштейн предстоит разделить на медный и никелевый концентраты. Для того чтобы обеспечить последующую качественную флотацию, его подвергают медленному охлаждению в интервале температур 650-400°C. Для этого используют специальные емкости - металлические 25-тонные изложницы. Охлаждение файнштейна в таком режиме способствует образованию максимально крупных зерен минералов.

Файнштейн содержит приблизительно равное количество никеля и меди. И теперь металлы предстоит разделить.

Этот процесс вначале напоминает то, что происходит на обогатительной фабрике. Файнштейн дробят и измельчают до крупности 92-96% класса 50-55 мкм. Эта драгоценная «пыль» поступает на флотационное разделение сульфидов меди и никеля. Сам метод основан на различной способности минералов смачиваться водой.

Несмачиваемые водой медные минералы переходят в пенной продукт. Смачиваемые никелевые минералы - в камерный продукт.

После дополнительных перечисток, контрольных флотаций, сгущения и фильтрации получаются два продукта - никелевый и медный концентраты.

При этом никелевый концентрат содержит уже 64-66% Ni, до 4,8% Cu, 0,8-1% Co. Остальное - немного железа, 22-23% S, до 9% влаги.

Медный концентрат. В свою очередь, содержит до 68-69% Cu, до 5,8% Ni, до 0,12% Co. Все прочее - приблизительно в таких же объемах, как и в никелевом концентрате. А. Н. Бурухин. Общие основы получения цветных металлов - Москва, 2005

Медный концентрат направляется на переработку на металлургические заводы.

8. Медно-никелевые предприятия Кольского Заполярья:

Кольская горно-металлургическая компания

Комльская горно-металлургимческая компамния -- дочернее предприятие ОАО ГМК «Норильский Никель» созданное на базе комбинатов «Североникель» и «Печенганикель». Является единым горно-металлургическое производством по добыче сульфидных медно-никелевых руд и производству цветных металлов (Приложение 6).

АО комбинат «Североникель» расположен на Кольском полуострове в г. Мончегорске. Комбинат работает на привозном сырье. Предприятие перерабатывает богатую медно-никелевую руду и файнштейн АО “Норильский комбинат”, ГМК «Печенганикель», а также лом, отходы, сырье отечественных и зарубежных поставщиков.

Основными цехами комбината являются плавильный цех, цех разделения файнштейна, рафинировочный и плавильный цеха анодного никеля , два цеха электролиза никеля, цех электролиза меди и карбонильного никеля, а также металлургический, медный и сернокислотный цеха (Приложение 7). Комбинат выпускает 12 видов продукции. Это никель электролитный, никелевый карбонильный порошок и никелевая карбонильная дробь, медь электролитная, концентраты драгоценных металлов, серная кислота и др.

Характеристика объектов размещения отходов

Промышленными отходами АО комбинат «Североникель» являются шлаки пирометаллургического передела и отвал вскрышных пород карьера Риж-губа. (Приложение 8)

Проектная площадь, отведенная под шлакоотвал 93,3 га. На момент инвентаризации (1995г) площадь, занимаемая шлакоотвалом, составила 68,8 га. С 1937 по 1998 год на шлакоотвале накоплено 37,7 млн. тонн металлургических шлаков, степень заполнения шлакоотвала составляет 69%. http://ru.wikipedia.org

По проектной производственной программе по выпуску металлов в зависимости от набора сырья образуется порядка 850-950 тыс. тонн в год электропечных шлаков. Отвальные шлаки металлургического производства в основном состоят из двуокиси кремния и окиси железа. Плотность отвальных шлаков руднотермических печей - 2,95 т/куб.м., печей обеднения - 3,3 т/куб.м. Средневзвешенная плотность отвальных шлаков - 3,06 т/куб.м.

Агрегатное состояние шлаков твердое. Не пылящие. Не токсичные. Компонентов 1-3 класса опасности не содержат. По результатам исследований, проведенных кафедрой коммунальной гигиены Московского медицинского института им. И.М.Сеченова, шлаки данного типа в гранулированном состоянии могут использоваться в качестве фильтрующей загрузки на очистных сооружениях по очистке питьевой воды. Шлаки пригодны для получения щебенки, но делать это не целесообразно в связи с наличием в шлаках цветных металлов и платиноидов.

Отвал вскрышных пород карьера Риж-губа расположен в 4,6 километрах от горы Монча. На момент инвентаризации в отвале накоплено 17100 тыс.куб.м. или 45, 828 млн. тонн породы. Степень заполнения отвала вскрышными породами составляет порядка 70,2%. Отвальные породы карьера Риж-Губа в небольших объемах используются для приготовления щебня.

Отходами лесопромышленного цеха являются отходы производства по обработке древесины - опилки (70%); щепа, рейки - (30%). Площадь территории для хранения отходов в пределах границы лесопромышленного цеха 2,85 га, за пределами границы - 2,94 га.

Хранение производственно-бытовых отходов в количестве 29800 куб.м. в год производится на организованном полигоне с левой стороны дороги от плавильного цеха к кобальтовому участку ЦЭН -1.

В 1997 году АО “Комбинат Североникель” отправил на демеркуризацию ртутьсодержащих ламп (1 класса опасности) в объеме 3,5 тонны.

На основании лимитов размещения отходов по АО Комбинат «Североникель» на 1998 г. в отвалах и хранилищах (собственных объектах комбината) будет размещено:

1. шлаки металлургического производства - 675 тыс.т;

2. вскрышные породы карьера “Риж-Губа” - 2218 тыс.т;

3. отходы лесопромышленного цеха - 0.3 тыс.т;

4. производственно-бытовые отходы - 29.8 тыс.т.

8.2 АО “ГМК Печенганикель”

Общие сведения о предприятии

АО “ГМК Печенганикель” расположен в северо-западной части Кольского полуострова у границы с Норвегией на двух промплощадках: в г. Заполярном и п. Никель (Приложение 9). В состав комбината входят 2 подземных рудника, 2 карьера, обогатительная фабрика, цех обжига, плавильный и сернокислотный цеха, автотранспортный, железнодорожный и другие цеха обеспечения производства.

Комбинат производит добычу сульфидной медно-никелевой руды, ее обогащение и металлургическую переработку до файнштейна. Технологическая схема производства показана на (Приложение 10). Ежегодно добывается около 7.5 млн. т руды. Основу запасов составляют рядовые вкрапленные руды с содержанием никеля 0.5-0.6 % (95 % всех запасов). На долю богатых руд приходится 5 % запасов руд (12.4 % запасов металла).

Богатые руды направляются в плавильный цех, расположенный в п. Никель. Туда же поступают обожженные окатыши и руда Норильского ГМК. Конечным продуктом плавцеха является файнштейн, направляемый на дальнейшую переработку в АО “Североникель”.План размещения основных цехов предприятия, включая отвалы и хвостохранилище, представлен на (Приложение 11).

Качественная характеристика отходов

Нефтесодержащие отходы (отработанные масла, 2 класс опасности) в количестве 500 тонн направляются в энергоцехи №1, 2, где сжигаются в котлах пос. Никель и ТЭЦ г. Заполярный.

Объемы отходов определены, исходя из планов производства цеха добычи и обработки природного камня, и по достигнутому уровню образования промышленных отходов, износа автошин и т.п. Общее планируемое на 1998 год количество образования отходов составляет 12000 тонн. Указанные отходы хранятся на полигоне автомобильного отвала вскрышных пород рудника “Западный”.

9.1 Антропогенное воздействие на почву

Проблема промышленного загрязнения почв чрезвычайно актуальна для Мурманской области. Сегодня вопрос о загрязнении почвы из сугубо научного перешел в разряд практических, непосредственно связанных с нашим здоровьем. Общая площадь пахотных земель в области составляет около 20 тысяч гектар, их которых значительная часть расположена в зонах воздействия предприятий цветной металлургии, выбрасывающих в атмосферу сернистый газ и тяжелые металлы. Все это оседает на почву и растительность в виде сухих влажных атмосферных выпадений (пыли, дождя, снега).

Сернистый газ, попадая в атмосферу, участвует в происходящих в ней химических процессах, переносится на значительные расстояния и несет «ответственность» за кислотные, выжигающие растительность.

Тяжелые металлы оседают на почву в относительной близости от источника выбросов, попадают в систему почва - растение и через сельскохозяйственную продукцию могут попасть организм человека.

На основе проведенных научных исследований установлено, именно тяжелые металлы являются приоритетными загрязнителями почвы в нашей области. Тяжелые металлы являются протоплазматическими ядами, токсичность которых возрастает по мере увеличения относительной атомной массы металла. К очень токсичным относятся серебро, ртуть, олово, свинец, кадмий.

Усиливающийся процесс техногенного загрязнения почв превзошел по мощности естественные почвенные процессы, влияющие на распределение тяжелых металлов по профилю почвы. В районах сразвитым горнопромышленным комплексом образовались геохимические аномалии техногенного происхождения. В эпицентре загрязнения в поверхностном слое почвы (0-2см) количество никеля достигло 2,2% , меди-1,1%, кобальта-0,1%, что превысило фоновый уровень для меди и никеля более чем в 350 раз. Для сравнения следует отметить, что среднее содержание никеля в руде Печенгского месторождения составляет 0,7%. Экология и охрана природы Кольского Севера - Апатиты, 1994

Уровень загрязнения почв металлами резко снижается мере удаления от источника выбросов. В таблице представлены результаты многолетних исследований содержания тяжелых металлов в целинных почвах к югу от промышленной площадки КГМК г. Мончегорска по направлению господствующих в этом районе ветров. Виден не только высокий уровень тяжелых металлов в лесных почвах, но и снижение его по мере удаления от комбината.

Среднее содержание меди, никеля и кобальта в органогенном горизонте целинных почв к югу от комбината «Североникель»

ПДК тяжелых металлов в почве, мг/кг

9.2 Антропогенное воздействие на водные экосистемы

Антропогенная нагрузка на водные экосистемы Кольского Севера впервые появилась в 30-40-е годы, и была связана с началом освоения природных ресурсов региона. В настоящее время она осуществляется в огромных масштабах. Здесь представлены практически все виды воздействий, которые могут возникать при хозяйственном освоении северных регионов. Особенно значительную нагрузку испытывают центральные крупные озера Кольского полуострова. Их народнохозяйственное использование носит комплексный характер: водоемы служат для питьевого и технического водоснабжения, в качестве приемников и утилизаторов сточных вод - промышленных, коммунальных и сельскохозяйственных; для водного транспорта и лесосплава; для выработки гидроэлктроэнергии, для охлаждения агрегатов АЭС; в интересах рыбного хозяйства (рыболовства и рыбоводства); в интересах рекреации. (Приложение 12).

Состав выбросов многокомпонентен. Наиболее массовыми являются выбросы сернистого газа - более 500 тысяч тонн в год. На втором месте стоят выбросы окиси углерода - 80 тысяч тонн, далее пыли - 60, окислов азота - 18, углеводородов - 14, никеля - 3,7 и меди - 2,6 тыс. тонн в год. Эти данные являются усредненными величинами за период 1987-1991 г.г. На долю комбинатов «Северноникель» и «Печенганикель» приходится от 70 до 90% ежегодных выбросов сернистого газа и почти 100% никеля и меди. Наиболее токсичными компонентами являются металлы, соединения фтора, сернистый газ.

Суммарный выброс загрязняющих веществ от основных источников загрязнения атмосферного воздуха Мурманской области

Компания продолжает принимать меры по улучшению экологической ситуации в тех районах, где она ведет свою деятельность. На фоне значительного увеличения физических объемов производства в 2003 г. экологическая ситуация на Таймырском полуострове продолжала постепенно улучшаться: суммарные выбросы загрязняющих веществ в атмосферу Заполярным филиалом снизилось на 0,2%.

На Кольском полуострове выбросы загрязняющих веществ Кольской ГМК были снижены на 2,3%. Экология и охрана природы Кольского Севера - Апатиты, 1994

Стратегия развития производства до 2015 г. предусматривает меры по дальнейшему сокращению вредных выбросов.

9.4 Перспективы развития медно-никелевой отрасли

Перспективы КГМК

Стратегия развития производства базируется на следующих четырех принципах:

· изменение объемов производства в зависимости от ожидаемого рыночного спроса;

· повышение эффективности производства;

· решение экологических проблем;

· обеспечение устойчивости и экономической эффективности производственной деятельности Компании.

Строительство рудника «Северный - Глубокий», реконструкция обогатительной фабрики.

Продажа активов, не представляющих стратегического интереса. А. Н. Бурухин. Общие основы получения цветных металлов - Москва, 2005

Заключение

Работая над темой «Медно-никелевые руды Кольского полуострова - их добыча, переработка, комплексное использование», я узнала, что такое медно-никелевые руды и как происходило образование их месторождений.

Я познакомилась со стадиями металлургического производства, выявила, как нелегко и затратно производятся металлы, и какое огромное значение они имеют в хозяйстве страны.

Я узнала, какое большое влияние оказывает металлургия на окружающую среду, здоровье человека. Но человек по-прежнему будет производить металлы, так как их потребление с каждым годом возрастает.

В этом году отмечается 130-летие со дня рождения выдающего геолога и минералога Алекснадра Евгеньевича Ферсмана, который сыграл важную роль в изучении и освоении Кольского края. Его слова посвящаются человеку, который проявляет интерес к минералам:

1. Собирай минералы в природе и наблюдай их там.

10. http://ru.wikipedia.org