УДК 666.96.1
Шишкин В.И., Трубкин И.С.
Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова
Текущие хвосты обогатительных фабрик представляют собой тонкодисперсную минеральную массу, состоящую примерно на три четверти из рудных минералов, остальное приходится на долю нерудных минералов. [2]. 
В рудных минералах преобладает сульфидная фракция состава: пирит – 95 – 98%; халькопирит – около 1,5%; сфалерит – 2-2,5%. Все рудные и нерудные минералы технологической группы текущих хвостов находятся в первичном виде, без признаков окисления их поверхности. Утилизация хвостов обогащения имеет несколько направлений. Наиболее значимое направление предусматривает доизвлечение из хвостов наиболее ценных компонентов, однако многотоннажные отходы остаются неиспользованными. Наиболее материалоемкой областью применения хвостов могут быть твердеющие закладочные смеси, которые по своей структуре будут относится к микробетонам. Свойства таких бетонов недостаточно изучены в области влияния рудной составляющей на свойства бетона.
Так как пирит является основным составляющим хвостов обогащения медно-серных руд, его дальнейшее поведение будет влиять на свойства микробетонов на основе хвостов обогащения.
Из литературных [1, 2] и справочных [3] источников известны и общепризнаны схемы химических реакций окисления пирита.
Окисление пирита в кислой среде протекает по суммарной реакции (1) [1, 2, 3]:
Изменение массы и объема твердой фазы при взаимодействии с водой при стехиометрическом соотношении различных соединений, входящих в состав вяжущих веществ, можно рассчитать по методике А.В. Волженского [4].
Абсолютные объемы веществ, участвующих в реакциях, рассчитывали с использованием молекулярных масс и плотности исходных веществ системы.
Основные расчеты представлены в табл. 1. Они показывают, что абсолютный объем твердой фазы образующихся веществ увеличивается по отношению к абсолютному объему твердой фазы исходных реагентов. Это происходит из-за уменьшения плотности образующихся фаз в результате присоединения гидратной воды или окисления.
Вместе с тем сравнение абсолютных объемов исходной системы и системы, возникшей при взаимодействии с химическими растворами, позволяет отметить еще очень важное положение. При реакции абсолютный суммарный объем смеси исходных веществ меньше абсолютного суммарного объем образовавшихся веществ. Следовательно, в результате реакций с присоединением воды и окислением не происходит контракция (стяжение) системы.
Расчеты показывают, что процессы окисления пирита сопровождаются значительным увеличением абсолютных объемов твердых фаз. Несомненно, такое явление приводит первоначально к заполнению пор в системе. Затем к увеличению напряжений расширения в твердеющей системе и последующему ее разрушению.
Протекание процессов окисления пирита зависит от вида и условий воздействий реагентов. Поведение пирита при воздействии различных окислителей показано в табл. 2. Результаты показывают, что кипячение в воде приводит к растворению материала в количестве 1% и такое же количество материала фиксируется в сухом остатке после выпаривания раствора, а их сумма практически составляет 100%. Следовательно, в кипящей воде при отсутствии кислорода окисление пирита не происходит.
Кипячение в растворе кислоты и щелочи приводит к значительному окислению пирита. Масса исходной пробы, обработанной раствором серной кислоты, уменьшается на 10%, а сухой остаток фильтрата достигает 46% от массы исходной пробы. Кипячение в растворе щелочи не уменьшает массу исходной пробы, а сухой остаток фильтрата достигает 50%. При этом суммарные массы осадка на фильтре (исходная проба после кипячения) и сухого остатка фильтрата значительно превосходят исходную массу, на 36% при воздействии кислотой и на 51% при воздействии щелочью.
Это свидетельствует о протекании значительных окислительных процессах при действии кислот и щелочей в жидкой фазе на продукты растворения пирита. Это подтверждают расчетные данные о пятикратном увеличении объема твердой фазы при окислении пирита щелочью (см. табл.1).
Вышеизложенное свидетельствует об ограниченных областях применения пиритных хвостов обогащения, а именно, областях исключающих окисление пирита. Одновременное присутствие кислорода и воды может привести к изменениям пирита по схеме рассмотренной выше и, следовательно, к разрушению структуры материала.
Поэтому при проектировании составов микробетонов необходимо учитывать увеличение объемов образовавшихся веществ за счет регулирования объема внутренних пор или создавать условия эксплуатации, исключающие возможность окисления пирита. Такие условия обеспечивают горные выработки, заполненные закладочной смесью. Они являются наиболее рациональной и емкой областью утилизации хвостов обогащения.
Библиографический список
- Lowson R. Aqueous oxidation of pyrite by molecular oxygen. — Chem. rev.-1982.- V. 82 — № 5.- P. 461—497.
- О влиянии некоторых факторов на сорбцию бутилксантогената калия сульфидными минералами / Б.М. Корюкин, В.П. Качалков, В.А. Яценко, М.В. Аксеньюшкина // Создание прогрессивных технологий переработки медных и медно-цинковых руд: Сб. науч. тр. — Свердловск: изд. «Унипромедь», 1987. – С. 97-104.
- Химические свойства неорганических веществ: Учеб. пособие для вузов / Лидин Р.А., Молочко В.А., Андреева Л.Л. – М.: Колос, 2003. – 480 с.
- Волженский А.В. Вяжущие вещества.– М.: Высшая школа, 1986.- 464 с.
Смотрите также:
ПОВЕДЕНИЕ ХВОСТОВ ОБОГАЩЕНИЯ МЕДНОСЕРНЫХ РУД В ВЫСОКОПЛОТНОЙ СТРУКТУРЕ МИКРОБЕТОНОВ
