Схема последовательного выделения сульфидных минералов имеет тот существенный недостаток, что через каждый флотационный цикл проходит почти полностью вся руда. Гораздо выгоднее сразу отбросить пустую породу, выделив все сульфидные минералы в коллективный концентрат. При этом измельчение руды можно производить в две стадии. Так как сульфидные минералы чаще всего связаны друг с другом, задача первой стадии — отделить сростки сульфидов от кварца. Это требует более грубого измельчения и обходится гораздо дешевле, чем высвобождение каждого из сульфидных минералов. А если учесть, что 87 % всех энергетических затрат на фабрике приходится на измельчение, эффект от более грубого помола довольно значительный.
Сростки сульфидов флотируют небольшими дозами ксантогената, чтобы не слишком сильно активировать минералы и не затруднять их последующее разделение. Как говорится у обогатителей, коллективную флотацию сульфидных минералов ведут «на голодном режиме». Тем не менее благодаря хорошей флотируемости сульфидов они довольно полно переходят в пенный концентрат.
Этот концентрат доизмельчают, чтобы разъединить сульфидные минералы, и обрабатывают сернистым натрием, который способен вытеснить ксантогенат с поверхности. Далее селективную флотацию ведут последовательно, по уже с гораздо меньшим количеством материала, что дает возможность сэкономить реагенты. В хвостах селективной флотации коллективного сульфидного концентрата после удаления меди, свинца и цинка остается пирит.
Существует множество разнообразных сочетаний сульфидных минералов в рудах, и для каждого сочетания выработано несколько возможных реагентных режимов флотации. Эти режимы учитывают не только содержание отдельных минералов, но и степень их окисленности, размеры вкраплений в пустую породу, характер сростков минералов между собой, а также требования, предъявляемые металлургами к флотационным концентратам.
Например, присутствие золота в медном или свинцовом концентрате- не мешает металлургам, а только увеличивает ценность концентрата, так как в процессе плавки золото переходит не в шлак, а в расплав металла. Иногда в концентрат даже специально добавляют золотоносный песок. Добавление песка необходимо для того, чтобы подобрать легкоплавкую шихту; при этом попутно извлекается золото. В дальнейшем, например в процессе электролитической очистки меди, золото остается на дне электролитных ванн.
Присутствие цинка в медном концентрате крайне нежелательно, так как при плавке медного концентрата в отражательных печах весь цинк улетучивается с отходящими газами. В газоходах он быстро оседает, образуя «настыли», которые забивают весь газоход. Кроме того, присутствие цинка увеличивает тугоплавкость шихты, что ведет к необходимости повышения температуры при плавке. Присутствие меди в цинковом концентрате также нежелательно, так как усложняет гидрометаллургическую переработку цинка.
В то же время активация цинковой обманки ионами меди, всегда присутствующими в пульпе медной руды, затрудняет селективную флотацию сульфидов меди от сульфидов цинка. Подавление флотации цинка осуществляется в этом случае сложным комплексом реагентов-депрессоров: цинковым купоросом, цианидом, сернистым натрием, известью. Каждый из этих реагентов выполняет одну или несколько функций. Цианид связывает ионы меди в пульпе и на поверхности цинковой обманки в нерастворимые комплексные соединения, нейтрализуя их активирующее действие; известь подавляет пирит и создает щелочную среду, которая необходима для флотации халькопирита. Кроме того, щелочная среда обязательна при применении цианида, так как в кислой среде ион цианида превращается в молекулу грозного яда — синильной кислоты, выделяющейся из раствора в виде газа.
Таков тонкий и сложный механизм комплексной переработки сульфидных полиметаллических руд. Из них получают медь, цинк, свинец, золото, серебро, кадмий, селен, теллур, серную кислоту. Стоит вопрос о безотходной технологии: предполагается использовать также железо из пиритного огарка, хвосты обогащения для закладки выработанного пространства в шахтах, утилизировать шлаки и кеки выщелачивания для производства строительных материалов.
Минералы XX века
Истинные законы — великие законы природы — обычно начинаются за третьим десятичным знаком, в тонких мелочах строения, в неуловимых чертах лица скрыты глубочайшие тайны мироздания. Надо присмотреться, вдуматься в каждый камень, и он сам расскажет тебе… о своем прошлом.
Редки ли «редкие элементы»?
XX век, ставший веком невиданного развития физики, химии и техники, потребовал применения новых материалов и новых элементов. Уран для ядерных реакторов; литий для термоядерных реакций; вольфрам, молибден, цирконий, титан для производства жаропрочных, кислотоупорных и сверхпрочных сплавов; цирконий, бериллий, церий, лантан, тантал, ниобий для производства ракет, атомных реакторов, электронных приборов.
Наш XX век — это век не только завоевания космоса, развития ядерной энергии, электроники, но и век освоения и использования в технике почти всех элементов менделеевской таблицы — от водорода до урана. Вот тогда-то и пошли в ход ранее не применявшиеся элементы с необычными свойствами, элементы, которые по странному недоразумению всего 100 лет назад были названы «редкими».
Название «редкие» вовсе не соответствует содержанию этих элементов в земной коре. Кладовая Земли богата многими из них даже в большей степени, чем обычными, например свинцом, серебром, оловом. Скорее под этим названием подразумевалась редкая применимость, но сейчас оно безнадежно устарело. И все же руды редких элементов слишком бедны, чтобы их можно было сразу направлять металлургам. Некоторые из них, например руды тантала, ниобия, лантана, бериллия, урана, тория, содержат сотые доли процента этих металлов. Поэтому переработка руд редких элементов тоже начинается с обогащения.
Иногда использование определенных редких элементов обусловлено не только их полезными свойствами, но и возможностью их попутного получения при добыче более распространенных элементов.
Хотя апатит добывается из массивов щелочных пород как фосфорное сырье, в нем содержится значительное количество редких земель и стронция. Из нефелина апатит-нефелиновых руд можно получать глинозем, галлий, литий, рубидий и цезий. Открытие германия в магнетитах метаморфизованных осадочно-эффузивных месторождений и разработка технологии его извлечения из шлаков при плавке железных руд коренным образом изменяют состояние сырьевой базы этого, элемента. Обнаружение в халькопирите и борните медистых песчаников рения, заключенного главным образом в форме мельчайших включений джезказганита, изменяет установившиеся представления об источниках его получения. Выявлены весьма высокие (до 10 %) содержания ртути в некоторых сфалеритах, считавшихся основным источником цинка, а также кадмия, индия и германия. Высокая концентрация таллия обнаружена в некоторых сульфосолях свинца (геокронит, менегинит), известны золотоносные пириты и магнетиты, в которых золото можно обнаружить только с помощью микроанализатора или электронного микроскопа.
Первым практическим использованием редких элементов (еще в средние века) является применение висмута как антисептика в медицине и солей стронция в фейерверках. В начале нашего века в небольших количествах производились молибден, вольфрам, тантал, селен, литий и кадмий. Гафний и рений еще даже не были открыты. Рост потребления лития и стронция был связан с изготовлением трассирующих пуль и осветительных ракет. Стали, легированные вольфрамом, молибденом, ванадием, широко использовались в военной технике. Впервые из стали, содержащей цирконий, была отлита знаменитая дальнобойная немецкая пушка «Большая Берта». Сплавы с ниобием и танталом стали основой авиационных газотурбинных двигателей. Для самолетостроения с 1942 г. стали применять бериллиевые бронзы. Для производства первых атомных бомб, кроме урана, были необходимы бериллий, кадмий и тантал.