Комбинированный безотходный способ переработки марганцевых руд

 

Изобретение относится к комбинированному безотходному способу переработки низкосортных марганцевых руд и техногенных месторождений (ТМ) марганцевых руд и может быть использован в горнорудной промышленности. Сущность: способ включает транспортировку руд, их экспресс-анализ ядерно-физическими методами, усреднение качества руд, ядерно-физическую сортировку и покусковую сепарацию с использованием эстафетного сепаратора, реализующего рентгеновское флюоресцентное излучение, кучное бактериальное выщелачивание SiO₂ при помощи силикатных бактерий и выщелачивание марганца при помощи тионовых бактерий T. ferroxidans. Для повышения качества и сортности марганца, снижения в рудах отношения SiO₂/Mn до 0,2 - 0,4, повышения содержания марганца в 1,9 - 2,3 раза и вовлечения в переработку ТМ при помощи рентгенорадиометрической сортировки и сепарации разделяют горнорудную массу на пять продуктов: обогащенные продукты, промежуточные продукты ПП-1, ПП-2, ПП-3 и отвальные хвосты. Промежуточные продукты ПП-1 и ПП-2 перерабатывают при помощи силикатных бактерий, промежуточные продукты ПП-3 перерабатывают при помощи гетеротрофных микроорганизмов Achrombacter или тионовых бактерий. Для ликвидации потерь марганца с тонкими шламами окисленных или карбонатных марганцевых руд вводят операции сбора марганцевых руд и шлама крупностью менее 10 мм и переработки их в составе промежуточного продукта ПП-3. Вводят операции сбора необогащаемого класса крупности менее 30 (25 мм) и переработки его в составе промежуточного продукта ПП-3. При переработке промежуточного продукта ПП-3 дополнительно вводят раствор сернокислого аммония, для интенсификации окисления марганцевых руд вводят продукты живой биомассы, вводят операции, когда фильтрат, содержащий серно- и азотистокислый аммоний в промежуточных продуктах ПП-3, собирают в специальных бункерах и используют как удобрение в сельском хозяйстве для повышения урожайности полей. 10 з. п. ф-лы, 1 ил, 2 табл.

Изобретение относится к технологии обогащения и переработки рядовых и низкосортных марганцевых руд, а также к переработке старых отвалов забалансовых руд на основе использования ядерно-физической сортировки, сепарации и кучного бактериально-химического выщелачивания марганцевых руд и может быть применено в горнорудной промышленности при переработке рядовых, бедных и низкосортных руд, а также старых отвалов забалансовых руд, хвостов обогащения и отвалов и традиционной металлургической переработки марганцевых руд.

Марганцевые руды представлены несколькими типами руд: кварц-глауконитовые песчано-глинистые руды (месторождения: Никопольское, Большое Токмакское, Чиатурское и др.), карбонатные руды (месторождения Усинское, Улутелякское, Саган-Забе и др.), карбонатно-кремнистые руды (месторождения Каражальское, Тахта-Карача и др.), спилит-каратофиро-кремнистые руды (месторождения Мамлинское, Кусомовское, Клевакинское, Ир-Нимийское и др.), порфиро-кремнистые руды (месторождение Дурновское и др.). Окисные и смешанные марганцевые концентраты имеют содержание марганца не менее 43 41 (I сорт), 34 (II сорт), 25 (III сорт), карбонатные концентраты, имеющие содержание марганца не менее 25 (I сорт), 22 17 (II сорт) [9] При выплавке марганцевых ферросплавов в него должны поступать материалы крупностью не менее 10 мм. Концентраты, имеющие крупность менее 10 мм, необходимо окусковывать [9] При обогащении марганцевых руд имеют место очень большие потери марганца с тонкими шламами окисления руд, а также с карбонатными рудами [2] Удельное содержание SiO₂/Mn в марганцевом концентрате должно быть не более 0,2 0,5, его увеличение снижает извлечение марганца в металл и повышает удельный расход электроэнергии при плавках [9] Для извлечения марганца из бедных окисленных и карбонатных рядовых и забалансовых руд, а также для существенного снижения потерь марганца с тонкими шламами старых отвалов забалансовых руд, хвостов обогащения и шлакоотвалов необходимо использовать кучное бактериально-химическое выщелачивание с применением тионовых бактерий T. ferroxidans.

Низкосортные марганцевые карбонатные, карбонатно-кремнистые руды, спилит-каратофиро-кремнистые руды и порфиро-кремнистые руды имеют отношение SiO₂/Mn, значительно большее величины 0,2 0,5, и эти руды не пригодны (без обогащения) для плавки на ферросплавных заводах, поскольку увеличение в марганцевом концентрате содержания SiO₂ снижает извлечение марганца в металл и увеличивает удельный расход электроэнергии при плавках [9] Бактериально-химическое выщелачивание при помощи силикатных бактерий (группа Silucius) позволяет реализовать выщелачивание и уменьшает отношение SiO₂/Mn до величин 0,2 0,5 и эти руды могут быть с успехом переработаны на ферросплавных заводах.

Известен способ кучного бактериально-химического выщелачивания бедных марганцевых руд при помощи тионовых бактерий T. ferrooxidans и силикатных бактерий (группа Silucius) [2] Капитальные и эксплуатационные затраты этого способа составляют соответственно 20 и 40 по сравнению с затратами при извлечении марганца традиционным способом [2] Себестоимость переработки марганцевых руд бактериально-химическим выщелачиванием в 2,5 4,0 раз ниже себестоимости переработки марганцевых руд традиционным методом [2] Известны способы ядерно-физической сортировки и покусковой сепарации марганцевых руд [3] Известен комбинированный способ переработки золото-серебряных руд [4] Этот способ принят за прототип. Для усреднения качества марганцевых руд в процессе ядерно-физической сортировки и сепарации руд используют известный способ [7] Недостатком известного способа [4] является невозможность совместного использования ядерно-физической сортировки и сепарации и кучного бактериально-химического выщелачивания бедных и забалансовых руд. Вторым недостатком известного способа [4] является невозможность ликвидации больших потерь марганца с тонкими шламами марганцевых руд, невозможность уменьшения содержания фосфора и SiO₂ в низкосортных рудах и старых отвалах забалансовых марганцевых руд, хвостах обогащения и шлакоотвалов [4] Целью изобретения является устранение указанных недостатков и осуществление совместного использования кучного бактериально-химического выщелачивания в процессе ядерно-физической сортировки и покусковой сепарации марганцевых руд и повышение чувствительности, селективности и эффективности ядерно-физической сепарации марганцевых руд путем увеличения чувствительности и селективности разделения марганцевых руд.

Сортировку и сепарацию марганцевых руд реализуют при помощи нейтронно-активационного метода [3, 10] Облучение марганцевых руд тепловыми нейтронами реализуют при помощи полониево-берилиевого источника. Природный марганец представлен изотопом Mn⁵⁵. Сечение реакции (n, γ) на этом изотопе для тепловых нейтронов составляет 13,3 б [3, 10] Образующийся изотоп Mn⁵⁶ с периодом полураспада 2,58 испускает b-частицы с энергией до 2,86 МэВ и гамма-кванта, энергия которых равна 0,845; 1,81 и 2,12 МэВ. Для покусковой сепарации используют гамма-излучение Mn⁵⁶ [3] В последнее время сортировку и сепарацию марганцевых руд реализуют при помощи рентгено-радиометрического метода [3, 10] Для повышения чувствительности и селективности покусковой сепарации используют эстафетный сепаратор [6, 8] Критерий разделения марганцевых руд рентгено-радиометрическим методом определяют по выражению где N_Mn интенсивности характеристического рентгеновского излучения марганца, зарегистрированные каждым детектором эстафетного сепаратора в энергетическом диапазоне 5,3 6,1 КэВ [6, 8, 10] При наличии высоких содержаний в руде железа целесообразно использовать хромовый фильтр; N_Si интенсивности рассеянного излучения источников Плутония-238, зарегистрированные в энергетическом диапазоне 10,6 2,05 КэВ [8, 10] Используя повышенную чувствительность ядерно-физической сортировки и сепарации [4] горнорудную массу марганцевых руд разделяют на пять продуктов: промежуточные продукты ПП-1, ПП-2, ПП-3, обогащенные продукты (ОП) и отвальные хвосты (ОХ), необогащенный материал класса 30 (25) мм направляют в ПП-3. В промежуточный продукт ПП-1 выделяют горнорудную массу марганцевых руд с содержанием Mn 18-32 и более, SiO₂ 12-34 отношение SiO₂/Mn 0,8-1,5. В промежуточный продукт ПП-2 выделяют горнорудную массу марганцевых руд с содержанием Mn 12-18 SiO₂ 14-38 отношение SiO₂/Mn 1,2-3,2 и более. Выщелачивание SiO₂ из горнорудной массы марганцевых руд промежуточных продуктов ПП-1 и ПП-2 реализуют бактериально-химическим способом при помощи силикатных бактерий (группа Silucius). В промежуточный продукт ПП-3 направляют марганцевые руды с содержанием марганца 0,5 12 SiO₂ 19 48 отношением SiO₂/Mn 1,4 4,1, в промежуточный продукт ПП-3 также направляют горнорудную массу марганцевых руд необогащаемого класса крупности 30 (25) мм с содержанием марганца 9,0 18,0 [4, 6, 10] в промежуточный продукт ПП-3 также направляют марганцевые руды крупностью менее 10 мм.

Горно-рудную массу промежуточного продукта ПП-3 (карбонатные руды крупностью 10 мм и содержащая карбонаты марганца и кальция гидроокись марганца и силикаты) смешивают с раствором сернокислого аммония и обрабатывают тионовыми бактериями. Раствор сернокислого аммония является источником для энергетического обмена микроорганизмов [2] В результате их жизнедеятельности аммоний окисляют в азотистую и азотную кислоту, при этом карбонат марганца переходит в Mn(NO₂)₂ и Mn(NO₃)₂

Растворимые в воде Mn(NO₂)₂ и Mn(NO₃)₂ переходят в экстракт, а нерастворимая гидроокись марганца в осадок. Шлам, обогащенный гидроокисью марганца, обрабатывают серной кислотой и марганец переходит в раствор [2]
Mn(OH)₂+H₂SO₄ __→ MnSO₄+2H₂O
Этот марганец и ранее полученный экстракт обрабатывают гидроокисью аммония для получения гидроокиси марганца [2]
MnSO₄+2NH₄OH __→ Mn(OH₂)
Образующийся раствор аммония используют как питательную среду для бактерий. Суммарное извлечение марганца в осадок достигает 98 99 продолжительность выщелачивания колеблется от 5 до 15 сут, расход сернокислого аммония составляет 1,2 г/ч полученного марганца, фильтрат, содержащий серно- и азотнокислый аммоний, может быть использован как удобрение в сельском хозяйстве [1, 2]
При выщелачивании марганца из хвостов обогащения окисленных марганцевых руд, содержащих до 10 Mn, тионовыми бактериями T. ferrooxidans, которые в процессе своей жизнедеятельности образуют кислоты (муравьиную, уксусную, молочную, щавелевую, яблочную, масляную), которые взаимодействуют с окислами марганца и образуют комплексные металлоорганические соединения [1, 2]
2RCOOH+MnO₂ __→ Mn(RCOO)₂+nH₂O
Интенсивное окисление происходит только при наличии живой биомассы за счет высокой активности органических кислот при контакте бактериальных клеток с минералами. Растворяемые соли марганца переходят в экстракт, а нерастворимые в осадок. Экстракт отделяют от осадка и обрабатывают гидроокисью аммония [2]
Mn(RCOO)₂+2NH₄OH __→ Mn(OH)₂+2ROONH₄
На 1 г получаемого марганца расходуется около 1 г углеводов. Пульпу смешивают с культурой бактерий и питательной средой, состоящей из гидролизаторов, полученных из отходов сельскохозяйственных культур. При реализации побочных продуктов, образующихся при бактериальном выщелачивании марганца из промежуточных продуктов ПП-3, себестоимость последнего в 2 3 раза ниже себестоимости марганца, полученного традиционными методами [2]
Для промежуточного продукта ПП-1 осуществляют двухкратную бактериальную обработку при помощи силикатных бактерий (группа Silucius) в течение 3 4 сут каждая обработка, для промежуточного продукта ПП-2 осуществляют четырехкратную бактериальную обработку в течение 3 4 сут каждая обработка. Бактериальная жидкость и промывные растворы промежуточных продуктов ПП-1 и ПП-2 содержат в основном соединения кремнезема и марганца, из которых марганец может быть извлечен известными процессами. Очищенный от марганца кремниевый раствор является эффективным удобрением [1] поскольку содержит в активной форме кремнезем, аминокислоты, органические кислоты и другие продукты деятельности микроорганизмов и может быть использован в сельском хозяйстве для повышения урожайности полей [1, 2] При переработке старых отвалов забалансовых руд и хвостов обогащения марганцевых руд комбинированный безотходный способ переработки марганцевых руд нужно применять более широко.

Себестоимость переработки промежуточных продуктов ПП-1 и ПП-2 марганцевых руд при помощи силикатных бактерий (группа Silucius) в 2,5 2 раза ниже [2] себестоимости переработки низкосортных марганцевых руд традиционным способом, поэтому экономически выгодно увеличить объем переработки промежуточных продуктов ПП-1 и ПП-2, чтобы получить более дешевый конечный продукт [4, 5] Однако в условиях северных широт, а особенно в условиях Крайнего Севера, существенно сокращается летнее время, которое наиболее благоприятно для жизнедеятельности основных бактерий. Ускорение процесса выщелачивания SiO₂ за счет интенсификации деятельности силикатных бактерий (добавка в питательную среду гидрола), подачи бактериального раствора под "постель" марганцевых руд при помощи пирохлоровых труб, увеличение скорости подачи бактериального раствора и повышение давления при подаче раствора создают условия для увеличения объема переработки промежуточных продуктов ПП-1, ПП-2 и ПП-3 [4, 5] Поскольку вышеназванные факторы являются переменными величинами, то целесообразно осуществлять регулирование объема промежуточных продуктов ПП-1, ПП-2 и ПП-3 с использованием микроЭВМ и учетом эффективности экономики и реальных условий северных и средних широт, а особенно условий Крайнего Севера, где реализуют переработку марганцевых руд [4, 5] Месторождения Полуночное, Ново-Березовское, Бурматовское, Юркинское, Таньинское, Лозьвинское, Марсятское, Колинское и др. являются весьма благоприятными для опробования изобретения.

Величину регулируемого объекта промежуточных продуктов ПП-1, ПП-2 и ПП-3 определяют по измеренным средневзвешенным содержаниям марганца и количества горнорудной массы в суммарных товарных продуктах, обогащенных продуктах и отвальных хвостов [4, 5, 6]
Для промежуточных продуктов ПП-1 используют выражения

Для промежуточных продуктов ПП-2 используют выражения

Для промежуточных продуктов ПП-3 используют выражения

Для обогащения продуктов ОП используют выражения

Для отвальных хвостов (OX) используют выражения

где α_свMn средневзвешенное содержание марганца в суммарном товарном продукте;
γ_ох, γ_оп, γ_пп-1, γ_пп-2, γ_пп-3 выход отвальных хвостов, обогащенных продуктов и промежуточных продуктов ПП-1, ПП-2, ПП-3 Q_ОХMn, Q_ОПMn, Q_ПП-1Mn, Q_{ПП- 2Mn}, Q_ПП-3Mn средневзвешенные содержания марганца в отвальных хвостах, обогащенных продуктах и промежуточных продуктах ПП-1, ПП-2, ПП-3 [4, 5]
Сопоставительный анализ предлагаемого технического решения с прототипом [4] показывает, что предлагаемый способ отличается от прототипа введением ряда новых операций, а именно:
дополнительно вводят операции при помощи ядерно-физической сортировки и сепарации разделения горнорудной массы марганцевых руд на пять продуктов: обогащенные продукты (ОП), которые направляют на обогатительную фабрику или для плавки на ферросплавный завод, промежуточные продукты ПП-1 и ПП-2, которые направляют на кучное бактериально-химическое выщелачивание SiO₂ при помощи силикатных бактерий (группа Silucius), промежуточные продукты ПП-3, которые направляют на бактериальное выщелачивание марганца при помощи тионовых бактерий T. Perroxidans и отвальные хвосты;
дополнительно вводят операции переработки объема горнорудной массы промежуточных продуктов ПП-1 и ПП-2 при помощи силикатных бактерий (группа Silucius) с целью выщелачивания SiO₂ и уменьшения отношения SiO₂/Mn до величины 0,2 0,5, чтобы перерабатывать марганцевые руды традиционным способом [9]
низкосортные марганцевые карбонатные, карбонатно-кремнистые руды, спилит-каратофиро-кремнистые руды и порфиро-кремнистые руды имеют отношение SiO₂/Mn, значительно большее величины 0,2 0,5, и эти марганцевые руды не пригодны для плавки на ферросплавных заводах, но введенная операция выщелачивания SiO₂ при помощи силикатных бактерий (группа Silicius) позволяет уменьшить отношение SiO₂/Mn до величины 0,2 0,5 и эти руды могут быть переработаны на ферросплавном заводе;
с целью ликвидации больших потерь марганца с тонкими шламами окисленных и карбонатных марганцевых руд, вводят дополнительные операции бактериального выщелачивания марганца при помощи тиоповых бактерий T. ferrooxidans из горнорудной массы промежуточного продукта ПП-3;
дополнительно вводят операции сбора марганцевых руд крупностью менее 10 мм и переработки их в промежуточном продукте ПП-3 при помощи бактериального выщелачивания марганца;
дополнительно вводят операции сбора необогащенного класса крупностью - 30 (25 мм) с содержанием марганца 9,0 18,0 и переработки их в промежуточном продукте ПП-3 и при помощи бактериально-химического выщелачивания марганца;
в состав горнорудной массы промежуточного продукта ПП-3 дополнительно вводят раствор сернокислого аммония для энергетического обмена микроорганизмов, образовавшийся раствор аммония используют как питательную среду для бактерий, суммарное извлечение марганца в осадок при этом достигает 98 99 продолжительность выщелачивания колеблется от 5 до 15 сут, расход сернистого аммония составляет 1,2 г/г полученного марганца;
вводят операции, когда фильтрат, содержащий серно- и азотистокислый аммоний в промежуточном продукте ПП-3, собирают и используют как удобрение в сельском хозяйстве для повышения урожайности полей;
вводят операции для окисленных марганцевых руд промежуточного продукта ПП-3 при помощи живой биомассы, поскольку интенсивное окисление происходит только при наличии живой биомассы на контакте бактериальных клеток с минеральными, растворимые соли марганца при этом переходят в раствор, а нерастворимые в осадок, экстракт отделяют от осадка и обрабатывают гидроокисью аммония;
вводят операции, когда для промежуточного продукта ПП-1 осуществляют двухкратную бактериальную обработку при помощи силикатных бактерий (группа Silucius) в течение 3 4 сут каждая обработка, для промежуточного продукта ПП-2 осуществляют четырехкратную бактериальную обработку в течение 3 4 сут каждая обработка;
вводят операции по сбору кремнистого раствора в промежуточных продуктах ПП-1 и ПП-2, поскольку очищенный от марганца кремнистый раствор является эффективным удобрением, так как содержит в активной форме кремнезем, аминокислоты, органические кислоты и другие продукты деятельности микроорганизмов, и может быть использован в сельском хозяйстве для повышения урожайности полей;
вводят операции увеличения объема горнорудной массы промежуточных продуктов ПП-1 и ПП-2 марганцевых руд при выщелачивании SiO₂ силикатными бактериями (группа Silucius) за счет интенсификации деятельности бактерий, подачи раствора под "постель", подогревания раствора, которые позволяют увеличивать объемы горнорудной массы марганцевых руд промежуточных продуктов ПП-1 и ПП-2 в условиях северных широт и Крайнего Севера;
вводят операции количественных расчетов объемов и содержаний марганца, SiO₂, отношений SiO₂/Mn в промежуточных продуктах ПП-1, ПП-2, ПП-3, обогащенных продуктах ОП и отвальных хвостах ОХ, что позволяет осуществлять регулирование объема горнорудной массы промежуточных продуктов ПП-1, ПП-2, ПП-3 с учетом повышения эффективности экономики в реальных условиях северных и средних широт, а также условий Крайнего Севера [4]
Таким образом, предлагаемое техническое решение является новым и имеет изобретательский уровень.

Комбинированный безотходный способ переработки марганцевых руд в условиях северных и средних широт, а также для условий Крайнего Севера, дополнительная операция разделения при помощи ядерно-физической сортировки и сепарации горнорудной массы марганцевых руд на пять продуктов: промежуточные продукты ПП-1, ПП-2, ПП-3, обогащенные продукты ОП и отвальные хвосты; ввод в технологическую схему операции сбора марганцевых руд крупностью менее 10 мм и переработка их в составе промежуточного продукта ПП-3 путем бактериально-химического выщелачивания марганца при помощи гетеротрофных микроорганизмов Achrombucter или тионовых бактерий T. Ferrooxidans; ввод в технологическую схему раствора сернокислого аммония, образовавшийся раствор аммония используют как питательную среду для бактерий; дополнительный ввод в промежуточный продукт ПП-3 продуктов живой биомассы для интенсификации окисления марганцевых руд; ввод операции, когда фильтрат, содержащий серно- и азотистокислый аммоний в промежуточном продукте ПП-3 собирают в специальных бункерах и используют как удобрение в сельском хозяйстве; дополнительная операция направления на кучное бактериально-химическое выщелачивание кремнезема промежуточных продуктов ПП-1 и ПП-2 при помощи силикатных бактерий (группа Silucius) только в летнее время при круглогодичной работе ядерно-физической сортировки и сепарации, дополнительные операции регулирования объемами горнорудной массы марганцевых руд ПП-1, ПП-2, ПП-3 и дополнительные операции определения при помощи микро-ЭВМ объемов и содержаний марганцевых руд в продуктах сортировки и сепарации, являются новыми признаками как для прототипа, так и для других известных технических решений, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию "существенные отличия" [3, 4, 5, 6, 7, 8]
На чертеже приведена технологическая схема комбинированный безотходный способ переработки марганцевых руд.

Исходную горную массу марганцевых руд крупностью менее 500 мм (-500) 1 подвергают грохочению 2 с целью выделить долю горнорудной массы марганцевых руд крупнее 300 мм (+300), руду +300 мм дробят и направляют на сортировку 4. При помощи сортирующего устройства 5 разделяют горнорудную массу марганцевых руд на шесть продуктов: богатые марганцевые руды 6, рядовые марганцевые руды 7, 8, бедные марганцевые руды (промежуточный продукт ПП-2) 9, забалансовые низкосортные марганцевые руды (промежуточный продукт ПП-3) 10 и отвальные хвосты 11. Богатую марганцевую руду покусковой ядерно-физической сепарации направляют в блок усреднения качества руд 12 согласно изобретению [7]
После грохочения 13 и дробления 14 выделяют марганцевую руду крупностью -150 +20 мм, необогатимую мелочь (менее 20 мм) направляют в промежуточный продукт ПП-3. После промывки 15 и удаления в промежуточный продукт ПП-3, с сушкой и сгущением шлама 16 направляют марганцевые руды на грохочение 17 с выделением классов крупностью 200 +80 мм 18, крупностью -80 + 50 мм 19, крупностью 50 + 20 мм 20 и покусковую ядерно-физическую сепарацию класса крупности 200 + 80 мм 21, класс крупностью 80 + 50 мм 22, класс крупности 50 + 20 23 с разделением продуктов сепарации на отвальные хвосты 24 и концентрат 25. Отвальные хвосты покусковой сепарации после усреднения качества руд 26 направляют в отвал покусковой сепарации 27, а концентрат в блок усреднения качества руд 12 [7] Богатая руда и концентрат покусковой сепарации проходят операцию усреднения качества руд 12 [7] и продукты направляют в бункер ядерно-физического обогащения 28, откуда направляют в бункер суммарного обогащенного продукта 29.

Марганцевые руды промежуточных продуктов ПП-1 и ПП-2 направляют в блоки кучного бактериально-химического выщелачивания 30 49 и 50 69 при помощи силикатных бактерий (группа Silucius). Марганцевые руды промежуточных продуктов ПП-3 направляют в блок кучного бактериально-химического выщелачивания 70 89 при помощи геторотрофных микроорганизмов Achrombacter или тионовых бактерий T. ferrooxidans.

Блоки 30 49 и 50 69 бактериально-химического выщелачивания промежуточных продуктов ПП-1 и ПП-2 состоят из следующих составляющих элементов способа. Промежуточный продукт ПП-1, блок 30 49. Исходную массу марганцевых руд крупностью 150 + 20 мм подвергают грохочению 30 с целью выделить долю марганцевой руды 1 мм, руду дробят 31 до 0,14 1,0 мм, направляют на бактериальное выщелачивание 32 и сгущение 33, после сгущения выделяют твердый остаток 34 и бактериальную жидкость 35. Твердый остаток промывают 36, выделяют концентрат 37, 39 и слив 38.

После сгущения бактериальную жидкость 40 направляют на флотацию бактериальной массы 41, выделяют биомассу 42 и раствор, раствор подвергают ионнообменному извлечению марганца 44 с выделением кремнийсодержащего раствора 45, который используется как удобрение для повышения урожайности полей 46. Приготовление бактериальной суспензии реализуют в специальном узле 47, куда поступает активный силикатный бактериальный штамм 48 и биомасса 49.

Блок 50 69 состоит и функционирует идентично блоку 30 49. Марганцевый концентрат 39 и 59 суммируют в блоке 90 и направляют на переработку традиционным способом [9] Очищенный от марганца кремниевый раствор 46, 66 суммируют в блоке 91 и используют как эффективное удобрение [1, 2]
Чтобы обеспечить выщелачивание SiO₂ в промежуточном продукте ПП-1 бедных марганцевых руд, осуществляют двухкратную бактериальную обработку при помощи силикатных бактерий в течение 3 4 сут каждая обработка, в промежуточном продукте ПП-2 забалансовые марганцевые руды осуществляют четырехкратную бактериальную обработку при помощи силикатных бактерий в течение 3 4 сут каждая обработка.

Блок 70 89 бактериально-химического выщелачивания промежуточного продукта ПП-3 состоит из следующих составляющих элементов способа. Промежуточный продукт ПП-3, блок 70 89. Исходная масса марганцевых руд поступает на грохочение 70, дробление 71. На ровных площадках со специальным фундаментом 72 насыпают кучи 73, которые окружены дренажной канавой 74, откуда раствор поступает в пруд-отстойник 75 при помощи насосов 76. Пруд разделен на три части, две из них отстойник 75, 77, одна камера смешивания 78. В состав кучи горнорудной массы промежуточного продукта ПП-3 дополнительно вводят раствор сернокислого аммония 79, для интенсификации окисления марганцевых руд вводят продукты живой биомассы 80, в раствор, поступающий в пруд-отстойник 77 кроме серной кислоты H₂SO₄ вводят гидроокись аммония 81 и тионовые бактерии T.ferroxidans 82, которые в процессе своей жизнедеятельности образуют кислоты (муравьиную, уксусную, молочную, щавельную, яблочную, масляную), которые взаимодействуют с окислами марганца и образуют комплексные металлоорганические соединения. Раствор после выщелачивания поступает в головной пруд 78 и после отстаивания идет на цементацию 83. Пульпу после цементации направляют в сгуститель 84, слив которого поступает в хранилище хвостовых растворов 85 и после переработки отходы бактериального выщелачивания используют в сельском хозяйстве в качестве удобрения 86. Сушку марганца осуществляют на площадке 87, марганец собирают в блоке 88. Предусматривают испарительную площадку 89. Пульпу смешивают с культурой бактерий 82 и питательной средой, состоящей из гидролизаторов 80, полученных из отходов сельскохозяйственных культур (кукуруза и др.). Температура пульпы 20 30^oC, содержание марганца в растворе 4 5 г/л. Марганец из раствора осаждается гидроокисью аммония 81 при pH 9,5 10. Получаемый осадок содержит до 45 марганца. Себестоимость комбинированной переработки марганцевых руд в 2-3 раза ниже себестоимости марганца, получаемого известными химико-металлургическими методами.

Пример 1. В качестве примера рассмотрим состав марганцевых руд основных рудных районов России и бывшего СССР, приведенных в табл. 1.

В России выявлено более 83 месторождений марганцевых руд, однако марганцевые руды всех месторождений содержат повышенные содержания SiO₂ (17,5-52,0) при отношении SiO₂/Mn от 0,9 1,8 до 3,0 5,5. В России марганцевые руды Никопольского или Чиатурского типов не выявлены. В условиях полного прекращения поставок в Россию марганцевых руд из Украины и Грузии возникают серьезные проблемы в связи с истощением разведанных запасов марганцевых руд. Комбинированный безотходный способ переработки марганцевых руд реализуют с целью повышения качества и сортности техногеннных месторождений (ТМ) и техногенных образований (ТО) марганцевых руд, снижения в рудах отношения SiO₂/Mn до пределов 0,2 0,4 и повышения содержания марганца в 1,9 2,3 раза.

Пример 2. На конкретных марганцевых месторождениях Урала контрастность и ядерно-физическая обогатимость марганцевых руд изучалась методом геолого-технологического картирования путем оконтурирования отдельных малых рудных блоков с выделением руд каждого сорта руд. Все расчеты показателя контрастности марганцевых руд. Все расчеты показателя контрастности марганцевых руд выполнены по данным кернового и бророзового опробования, а также каротажа скважин разведочного бурения рассматриваемых месторождений.

Сводные технологические показатели контрастности для марганцевых руд приведены в табл. 2.

По результатам прогнозной оценки эффективности переработки ТМ марганца выделены месторождения низкоконтрастных руд, показатель контрастности (по Пухальскому Л.Ч.) равен 1,06 1,10, модуль контрастности (по Мокроусову В.А.) равен 0,68 0,79, коэффициент вариации равен 98 130 [3]
Для среднеконтрастных марганцевых руд показатель контрастности (по Пухальскому Л.Ч.) равен 1,10 1,16, модуль контрастности (по Мокроусову В.А.) равен 0,80 0,89, коэффициент вариации равен 130 130 [3]
Приведенные сводные технологические показатели подтверждают эффективность комбинированного безотходного способа переработки марганцевых руд для рассматриваемых месторождений, при этом эффективность комбинированного безотходного способа переработки марганцевых руд месторождений Полуночное, Ново-Березовское, Бурматовское, Юркинское, Кусимовское будет существенно выше [4, 5]
Оценим стоимость марганца в старых отвалах ТМ и ТО Полуночного Ново-Березовского, Ивдельского и Бурмантовского месторождений марганца. В старых отвалах этих марганцевых месторождений масса содержащихся в них отходов равна 2,47 млн т, со средним содержанием марганца 9,4 количество металла в старых от валах ТМ и ТО равно 232180 т.

При помощи комбинированной переработки марганцевых руд старых отвалов возможно извлечение 70 марганца, что для Полуночного, Ново-Березовского, Ивдельского и Бурмантовского месторождений составит 162526 т марганца. При биржевой цене 1400 долларов (на 05.10.95) за одну тонну марганца стоимость марганца в старых отвалах ТМ и ТО Полуночного, Ново-Березовского, Ивдельского и Бурмантовского месторождения будет равна 226,5 млн долларов (1,0872 триллионов рублей на состояние 05.10.95). Кроме Полуночного, Ново-Березовского, Ивдельского и Бурмантовского месторождений (марганцевые руд Северного Зауралья) старые отвалы ТМ и ТО марганца сосредоточены в Прикаратауском, Примагнитогорском, Каменском, Нижнеудинском, Полярном Урале, Северо-Востояном Салаире, Малом Хингане, Кузнецском Алатау и других марганцевых рудных районах России. Стоимость марганца в старых отвалах ТМ и ТО перечисленных рудных районах России будет в 2 3 раза превышать стоимость марганца в старых отвалах Полуночного, Ново-Березвского, Ивдельского и Бурмантовского месторождений и будет равна 2,171 триллионов рублей (на 05.10.95). Также будут получены эффективные удобрения с целью использования их в сельском хозяйстве для повышения урожайности полей для районов Урала и Сибири, где удобрения завозят из удаленных районов России.

Переработка старых отвалов марганцевых руд согласно изобретению позволяет существенно улучшить экологическую среду [4] поскольку забалансовые руды марганца не будут складироваться, а будут поступать в безотходную переработку, а это позволит экологически реабилитировать значительные территории.

Источники информации:
1. Александров В.Г. Терновская М.П. Силикатные бактерии эффективное удобрение. М. ВИНИТ, 1968.

2. Полькин С.И. Адамов Э.В. Панин В.В. Технология бактериального выщелачивания цветных и редких металлов. М. Недра, 1982, с. 288.

3. Мокроусов В.А. Лилеев В.А. Радиометрическое обогащение нерадиоактивных руд. М. Недра, 1979, с.192.

4. Патент РФ N 2051749, кл. B 03 B 7/00, 1994.

5. Патент РФ N 2051748, кл. B 03 B 7/00, 1996.

6. Патент РФ N 1792741, кл. B 03 B 13/06, 1990.

7. Патент России N 1802130, кл. E 21 C 41/00, 1990.

8. Патент США N 2717693, НКИ 209-111,5, 1955.

9. Справочник по обогащению руд. Обогатительные фабрики. По ред. Богданова О.С. Ненарокомова Ю.Ф. М. Недра, 1984, с. 358.

10. Синицин А.Я, Козында Ю.О. Ядерно-геохимические методы поисков месторождений твердых полезных ископаемых. М. Недра, 1991.

Формула изобретения

1. Комбинированный безотходный способ переработки марганцевых руд, включающий транспортировку руд, их экспресс-анализ ядерно-физическими методами, усреднение качества руд, ядерно-физическую сортировку и покусковую сепарацию с использованием эстафетного сепаратора, отличающийся тем, что при помощи ядерно-физической сортировки и сепарации разделяют горнорудную массу марганцевых руд на пять продуктов обогащенные продукты, которые направляют для переработки традиционным способом, промежуточные продукты ПП-1 с содержанием марганца 18 32% и более, SiO₂ 12 34% отношением SiO₂/Mn 0,8 1,5, промежуточный продукт ПП-2 с содержанием марганца 12 18% SiO₂ 14 38% отношением SiO₂/Mn 1,2 3,2 и более, промежуточный продукт ПП-3 с содержанием марганца 0,5 12% SiO₂ 19 - 48% отношением SiO₂/Mn 1,4 4,1, с добавлением горнорудной массы необогащаемого класса крупности 30(25) мм с содержанием марганца 9,0 18% и марганцевых руд с тонкими шламами окисленных и карбонатных марганцевых руд крупностью менее 10 мм, и отвальные хвосты, при этом промежуточные продукты ПП-1, ПП-2, ПП-3 дробят до 1 0,14 мм, промежуточные продукты ПП-1 и ПП-2 направляют на кучное бактериально-химическое выщелачивание кремнезема при помощи силикатных бактерий (группа Silucius), а промежуточные продукты ПП-3 направляют на выщелачивание марганца при помощи гетеротрофных микроорганизмов Achrombacter или тионовых бактерий T.ferrooxidans с дополнительным введением раствора сернокислого аммония и продуктов биомассы, образовавшийся раствор аммония используют как питательную среду для бактерий, а фильтрат, содержащий серно- и азотистокислый аммоний в промежуточном продукте ПП-3 собирают в специальных бункерах и используют как удобрение в сельском хозяйстве, промежуточный продукт ПП-1 подвергают двукратной бактериальной обработке силикатными бактериями группы Silucius без смены раствора в течение 3 4 суток, промежуточный продукт ПП-2 подвергают четырехкратной бактериальной обработке без смены раствора в течение 3 4 суток каждая обработка, с последующим удалением марганца из бактериальной жидкости и промывочных растворов кремния промежуточных продуктов ПП-1 и ПП-2 и накоплением очищенного от марганца кремния в специальных бункерах для использования кремнезема в качестве эффективного удобрения в сельском хозяйстве, при этом реализуют интенсификацию деятельности силикатных бактерий группа Silucius и регулируют объемы промежуточных продуктов ПП-1, ПП-2 и ПП-3 с использованием микроЭВМ, с учетом экономики и условий средних и северных широт, а также условий Крайнего Севера.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что чувствительность ядерно-физической сортировки и сепарации реализуют путем использования в качестве критерия разделения марганцевых руд отношения

где интенсивности характеристического рентгеновского излучения марганца, зарегистрированные каждым детектором эстафетного сепаратора в энергетическом диапазоне 5,3 6,1 КэВ;
N_Si интенсивности рассеянного излучения источников Плутония-238, зарегистрированные в энергетическом диапазоне 10,6 20,5 КэВ.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что переработку промежуточных продуктов ПП-1 и ПП-2 осуществляют при помощи силикатных бактерий группы Silucius для выщелачивания кремнезема и уменьшения отношения SiO₂/Mn до величин 0,2 0,5, доводят содержание фосфора в рудах до величин 0,2 0,25% до отношения Р/Mn не более 0,004 0,0054 путем направления промежуточных продуктов ПП-3 на выщелачивание марганца при помощи гетеротрофных микроорганизмов Achrombacter или тионовых бактерий T.ferrooxidans методом кучного бактериально-химического выщелачивания.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что для сокращения или ликвидации потерь марганца с тонкими шламами окисленных и карбонатных марганцевых руд вводят операции сбора марганцевых руд крупностью менее 10 мм в специальных бункерах и осуществляют их переработку в составе промежуточного продукта ПП-3 путем бактериально-химического выщелачивания.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в состав горнорудной массы промежуточного продукта ПП-3 дополнительно вводят раствор сернокислого аммония, являющийся источником для энергетического обмена микроорганизмов, при этом в результате их жизнедеятельности аммоний окисляют в азотистую и азотную кислоту, при этом карбонат марганца переводят в Mn(NO₂)₂ и Mn(NO₃)₂, растворимые в воде Mn(NO₂)₂ и Mn(NO₃)₂ переводят в экстракт, а нерастворимую гидроокись марганца в осадок, при этом шлам, обогащенный гидроокисью марганца, обрабатывают серной кислотой и марганец переводят в раствор, этот марганец и ранее полученный экстракт обрабатывают гидроокисью аммония для получения гидроокиси марганца, а полученный раствор аммония используют как питательную среду для бактерий.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что при переработке ПП-3, марганцевых руд и шлама крупностью менее 10 мм и необогащаемого класса крупностью менее 30 (25 мм) полученный фильтрат, содержащий серно- и азотистокислый аммоний собирают в специальный бункер и используют как удобрение в сельском хозяйстве для повышения урожайности полей.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для интенсификации окисления вводят живую биомассу для горнорудной массы промежуточного продукта ПП-3 при контакте бактериальных клеток с минералами, растворимые соли марганца при этом переходят в раствор, а нерастворимые в осадок, экстракт отделяют от осадка и обрабатывают гидроокисью аммония, пульпу марганцевых руд смешивают с культурой бактерий и питательной средой, состоящей из гидролизатов, полученных из отходов сельскохозяйственных культур.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что при переработке промежуточного продукта ПП-1 осуществляют двухкратную бактериальную обработку при помощи силикатных бактерий группы Silucius в течение 3 4 суток каждая обработка, а для промежуточного продукта ПП-2 осуществляют четырехкратную бактериальную обработку в течение 3 4 суток каждая обработка.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что для регулирования объема горнорудной массы промежуточных продуктов ПП-1, ПП-2, ПП-3 марганцевых руд проводят интенсификацию деятельности бактерий, при подаче раствора под "постель", подогреве раствора в условиях северных широт и Крайнего Севера.

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что вводят операции количественных расчетов объемов и содержаний марганца, SiO₂, отношений SiO₂/Mn в промежуточных продуктах ПП-1, ПП-2, ПП-3, обогащенных продуктах ОП и отвальных хвостов ОХ, для регулирования объема горнорудной массы промежуточных продуктов ПП-1, ПП-2, ПП-3 с использованием микроЭВМ для повышения эффективности в реальных условиях северных и средних широт, а также условий Крайнего Севера.

11. Способ по п.1, отличающийся тем, что величину регулируемого объема горнорудной массы и средневзвешенное содержание промежуточных продуктов ПП-1, ПП-2, ПП-3, обогащенных продуктов ОП и отвальных хвостов с учетом экономики и условий северных и средних широт оценивают по определениям содержания марганцевых руд и количества горнорудной массы в суммарных товарных продуктах, обогащенных продуктах и отвальных хвостах из выражений:
для промежуточных продуктов ПП-1 ядерно-физической сортировки и сепарации

для промежуточных продуктов ПП-2 ядерно-физической сортировки и сепарации

для промежуточных продуктов ПП-3 ядерно-физической сортировки и сепарации

для обогащенных продуктов ОП

для отвальных хвостов ОХ

где α_свMn- средневзвешенное содержание марганца в суммарном товарном продукте;
γ_оx, γ_оп, γ_пп-1, γ_пп-2, γ_пп-3- выход отвальных хвостов, обогащенных продуктов и промежуточных продуктов ПП-1, ПП-2, ПП-3 сортировки с сепарации марганцевых руд;
Q_охMn, Q_опMn, Q_пп-1Mn, Q_пп-2Mn, Q_пп-3Mn средневзвешенное содержание марганца в отвальных хвостах, обогащенных продуктах и промежуточных продуктах ПП-1, ПП-2, ПП-3 сортировки и сепарации марганцевых руд.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3