Размещено на http: //www. allbest. ru/

Ретроспективный анализ становления и развития комплексной переработки минерального сырья

Ф.Д. Ларичкин

Комплексное использование многокомпонентного минерального сырья (ресурсов вообще), заключающееся в одновременном или последовательном извлечении из него нескольких (двух и более) или всех (пользующихся спросом) ценных составляющих в обособленные продукты («мономинеральные» концентраты, химические элементы различной степени чистоты или их стандартные соединения) является характерной чертой современного производства большинства отраслей народного хозяйства [1].

Кроме минерального сырья (руд черных, цветных, редких, редкоземельных металлов, горно-химического и строительного сырья, нефти, угля, природного газа, горючих сланцев и т.п.), проблема комплексного использования относится и к сферам переработки сельскохозяйственного сырья (получение мяса и молока, шерсти и кожевенного сырья, сырья для лекарственных препаратов и т. п.), растительного сырья - при использовании основной части древесины для различного рода строительных и столярных изделий, а щепы, опилок, отходов для химической переработки и (или) в качестве местного топлива [2-16]. Подобные примеры можно продолжать, но уже приведенные убедительно свидетельствуют о целесообразности рассмотрения практически любого сырьевого ресурса в качестве потенциального источника получения разнообразной продукции и организации комплексного, как правило, многоотраслевого (межотраслевого) производства.

Однако в настоящей работе мы будем рассматривать проблемы комплексного использования минерального сырья (КИМС), главным образом, полиметаллического и горно-химического (характеризующихся особенно обширной номенклатурой содержащихся в них полезных компонентов и различным уровнем их промышленного извлечения), поскольку другие виды сырьевых источников имеют специфические особенности и требуют при их изучении профессиональных знаний в соответствующей отрасли производства.

С глубокой древности и вплоть до начала развития капитализма было известно и употреблялось восемь металлов: золото, серебро, медь, олово, свинец, железо, ртуть и висмут [17,18], встречающихся в природе в самородном виде или в виде легко разрушаемых соединений.

Примитивные (с высоты современных знаний) методы переработки с использованием принципов огневой металлургии, частично в сочетании с гравитацией, основанные, как и добыча, на ручном труде, исключали возможность эксплуатации месторождений с низким содержанием металлов и многокомпонентных руд, а также ограничивали объемы производства и потребления. Так, даже в начале XIX века общее мировое производство и потребление цветных металлов составляло 33,0 тыс.т в год [9], в том числе около двух третей приходилось на свинец. В особо благоприятных условиях и нерегулярно, наряду с серебром, из богатых окисленных свинцово-серебряных руд выплавляли свинец в качестве побочного продукта [5,18]. Свинцовые руды с высоким содержанием цинка не могли использоваться и выбрасывались в отвал. Извлечение металлов было крайне низким.

Лишь с развитием капитализма и созданием соответствующего ему технического базиса на основе крупного машинного производства, существенно возросли потребности в металлах, которые уже не могли быть удовлетворены за счет использования только богатых руд с преимущественным содержанием одного компонента и незначительными примесями других.

Таким образом, созрели необходимые технические и экономические предпосылки, и могла быть в принципе поставлена задача комплексного использования сырья. К.Маркс так определил общие условия использования отходов или, как он называл, “экскрементов” производства, т.е. по существу исходного пункта комплексного использования сырья:

“... накопление значительных масс экскрементов, которое возможно только при работе в крупном масштабе; усовершенствование машин, благодаря чему вещества, не находившие прежде употребления в данной форме, получают вид пригодный в новом производстве, успехи наук, в особенности химии, открывающей полезные свойства таких отбросов”.

Развитие машиностроения, а затем (с последней четверти XIX века) электротехнической промышленности с одной стороны увеличивали потребность в цветных металлах, с другой - способствовали созданию и совершенствованию технической базы их производства.

К концу XIX - началу XX века цветная металлургия сложилась в крупную самостоятельную отрасль промышленности с собственной сырьевой и технической базой. Важную роль в этом сыграла разработка и внедрение флотационного метода обогащения.

Флотация позволила не только эффективно перерабатывать относительно бедные, более тонковкрапленные руды с получением богатых чистых концентратов и улучшением показателей металлургического производства, но и создала предпосылки для разрешения проблемы разделения сульфидных полиметаллических руд, которые до этого либо использовались односторонне, либо (большей частью) вообще не могли использоваться. Ни один другой способ обогащения не мог, да и сейчас не может, обеспечить удовлетворительную селекцию сульфидов.

С получением чистых селективных флотационных концентратов появилась возможность технологического применения наиболее удобного и прогрессивного вида энергии - электрической, не только для рафинирования меди, но и в гидрометаллургическом процессе производства цинка [19].

В результате качественного изменения технического уровня производства, благодаря внедрению флотации, повысилась полнота использования ценных составляющих рудного сырья, расширилась сырьевая база и увеличились масштабы производства и потребления цветных металлов. Это, в свою очередь, способствовало дальнейшему развитию машиностроения и электротехники, механизации и электрификации всех отраслей материального производства, в том числе и цветной металлургии.

К началу ХХ-го века мировое производство цветных металлов уже превысило 2,0 млн.т, а их номенклатура вместе с благородными металлами достигла 15 наименований [9]. Из полиметаллических руд, в большинстве случаев, кроме свинца и цинка уже извлекались золото, серебро и частично сера. Однако уровень развития теории и практики флотации в это время были еще не высоки, а масштабы комплексного использования рудного сырья сравнительно малы.

Возникновение и развитие в начале ХХ века радиопромышленности, автомобилестроения, авиации, а также быстрый рост военного производства дали новый толчок развитию цветной металлургии и совершенствованию ее технической базы.

В технически отсталой России цветная металлургия, как самостоятельная отрасль промышленности, не существовала. В 1913г. в стране было произведено всего лишь 17 тыс.т меди, 1,5 тыс.т свинца и 3 тыс.т цинка, остальная продукция цветной металлургии вырабатывалась в ничтожном количестве. Основные районы добычи цветных металлов находились в руках иностранных концессионеров. Эксплуатировались только наиболее богатые участки и месторождения, руды практически не обогащались. Общее извлечение свинца из рудного сырья составляло 25-30%, цинка и серебра около 20% [5].

В годы гражданской войны производство цветных металлов почти полностью прекратилось. Восстановление и преобразование народного хозяйства было невозможно без тяжелой индустрии и цветных металлов, важная роль отводилась им в плане ГОЭЛРО.

Были развернуты работы по восстановлению рудников и заводов, строительству новых предприятий, расширению сырьевой базы цветной металлургии. В практику обогащения широко внедрялась селективная флотация с получением из полиметаллических руд свинцовых, цинковых, медных и пиритных концентратов. Комплексное использование полиметаллических руд являлось важным фактором развития производства основных цветных металлов в кратчайшие сроки и с меньшими затратами труда и средств. минеральный сырье металл добыча

К началу 30-х годов сквозное извлечение свинца от руды составляло 45-46%, цинка около 40% [5].

В 1933-1934гг. в отечественной практике был внедрен электролитический способ получения цинка, при этом в результате концентрации серы в газах, меди, кадмия и благородных металлов в кеках создались предпосылки для повышения комплексности использования сырья. В 1937г. по этому способу в стране производилось уже около 50% цинка.

В 1934г. впервые в стране из свинцовых концентратов был получен кадмий, и развернулись работы по его извлечению из медно- кадмиевых кеков цинковых заводов [5].

К 1940г. цветная металлургия страны по производственным мощностям и техническому уровню вышла на одно из первых мест в мире [20]. Из свинцово-цинковых руд в этот период кроме свинца и цинка извлекались уже в значительных количествах медь, благородные металлы, кадмий, висмут и сера; общее извлечение в обогатительном и металлургическом переделах достигло по свинцу 70%, по цинку 60% [5], т.е. полнота и комплексность использования полиметаллического сырья существенно возросли.

Формирование и развитие во время и, особенно, после Второй Мировой Войны новейших отраслей науки и техники - полупроводниковой, атомной, автоматики, радиоэлектроники, ракетно-космической и др. требовали создания материалов с особыми свойствами - легких с повышенной механической прочностью при высоких скоростях, давлениях, весьма высоких и очень низких температурах, коррозионно-стойких и т.п. Этим требованиям в значительной мере удовлетворяют цветные металлы и, особенно, редкие рассеянные и редкоземельные элементы и сплавы с их добавками.

Организация промышленного производства рассеянных и редкоземельных элементов, как правило, не образующих собственных месторождений, могла быть осуществлена лишь исключительно путем комплексного использования полиметаллического сырья. В данном случае повышение степени комплексного использования сырья самым непосредственным образом зависит от общего уровня развития науки и техники, требует создания специализированной технической базы и, в свою очередь, определяет масштабы производства и потребления рассеянных и редкоземельных элементов, уровень развития приборостроения, полупроводниковой и вычислительной техники, средств автоматики и т.п., т.е. дальнейший технический прогресс всех отраслей народного хозяйства и предпосылки к новому расширению комплексного использования сырья.

Промышленное производство рассеянных элементов в стране развернулось в 50-х годах после восстановления и технического перевооружения разрушенного войной народного хозяйства. Металлургические заводы были оснащены агрегатами по газоочистке и пылеулавливанию, разработаны технологические схемы и построены установки по комплексной переработке пылей, илов, возгонов и других полупродуктов с извлечением цветных и редких металлов.

В 1950г. из возгонов свинцовых пылей был получен таллий, а из вельц-окислов индиевый концентрат [5].

Промышленное освоение с 1958г. процесса сульфатизации свинцовых пылей позволило существенно расширить номенклатуру извлекаемых из свинцово-цинкового сырья редких и рассеянных элементов с одновременным повышением извлечения основных цветных металлов и выводом из процесса вредных примесей (мышьяк, хлор).

Анализ показывает, что на практике любое направление технического прогресса способствует повышению комплексности использования сырья. Либо непосредственно расширяя номенклатуру используемых ценных составляющих сырья и увеличивая полноту их извлечения, либо снижая уровень минимально-промышленного содержания в сырье полезных компонентов за счет сокращения затрат на производство; в большинстве же случаев за счет обоих указанных факторов одновременно. С другой стороны, новые технические и организационные решения не могут быть признаны перспективными, если они ухудшают использование сырья.

Не случайно, поэтому комплексное использование сырья рассматривается как одно из наиболее эффективных направлений и составных частей научно-технического прогресса [2,5,8,21], а предприятия, передовые в техническом отношении, имеют и лучшие показатели использования сырья и рентабельности производства. Степень комплексного использования сырья служит своеобразным показателем технического уровня производства [8,22].

Наиболее обширна номенклатура ценных компонентов, содержащихся в полиметаллических рудах. Современная технологическая и техническая база позволяет в промышленном масштабе извлекать из полиметаллических руд 17 химических элементов [10]. Этот перечень включает: свинец, цинк, медь, золото, серебро, барит, серу, олово, кадмий, висмут, индий, таллий, теллур, мышьяк, ртуть, сурьму и селен. В отдельные периоды в небольших количествах производились также галлий и германий. В последние годы развивается использование отвальных продуктов металлургического и обогатительного переделов (шлаков, легкой фракции, хвостов) для доизвлечения ценных компонентов, в качестве строительных и закладочных материалов взамен специально добываемого сырья.

Динамика развития комплексного использования полиметаллического сырья в минувшем столетии в рамках СССР представлена в таблице.

Таблица 1 Развитие комплексного использования полиметаллического сырья в СССР [5,10,20,24]