В задачу исследования входила разработка принципиальной технологической схемы извлечения стронция и рубидия как непосредственно из рассолов, обводняющих месторождение и вскрывающихся разведочными и эксплуатационными скважинами, так и из дренажных вод, поступающих в карьер в процессе добычи кимберлитовой руды.
Технологические пробы высокоминерализованных вод были отобраны из скважины № 322 на глубине 550 м и на карьере трубки "Удачная" с горизонта - 155 (западное рудное тело) из емкости ЦНС, расположенной на горизонте - 65 (проба №2 - "карьер"). Результаты анализа вод, выполненные аналитическим путем, а также расчетные содержания представлены в таблице 1.
Данные, приведенные в таблице 1, показывают, что все микрокомпоненты относятся к промышленно-ценным компонентам, превышение по сравнению с минимально-промышленными концентрациями составляет для стронция в 3,5-5,3 раза; для лития в 13-22,5 раза; для рубидия в 2,9-4,3 раза.
Содержание ионов в форме простых катионов зависит от природы, концентрации компонентов и минерализации рассолов. Стронций в рассолах преимущественно находится в виде простого иона, в то время как кальций - в виде различных соединений.
Необходимо добавить, что существует значительная разница между содержанием макро- и микрокомпонентов и формой нахождения ионов в рассолах. Концентрации натрия, кальция, калия, магния в десятки раз превышают концентрации стронция, лития, рубидия. Это обстоятельство создает дополнительные трудности их разделения в технологических процессах, близость свойств ионов данных металлов и взаимное влияние значительно снижает возможности их селективного выделения в индивидуальные продукты.
Данная особенность природных рассолов является основным ограничением для вовлечения в промышленную переработку, так как необходимость разделения микро- и макрокомпонентов значительно усложняет технологические схемы, что ведет к их удорожанию и снижению рентабельности производства, вплоть до отрицательного значения.
Таблица 1. Результаты определения характеристик изучаемых рассолов расчетным и аналитическим методами
|
Показатель |
Скважина № 322 (район трубки «Удачная») |
Карьер «Удачный» |
||
|
1 |
2 |
3 |
||
|
Минерализация, г/дм3 |
350,232 |
283,500 |
||
|
Концентра-ция солей, моль/ 1000г Н2О |
Аналитические данные |
8,948 |
6,128 |
|
|
Расчетные данные |
6,489 |
6,672 |
||
|
Ионная сила |
Аналитические данные |
7,195 |
4,826 |
|
|
Расчетные данные |
7,837 |
6,295 |
||
|
Компоненты, мг/дм3 |
||||
|
Натрий |
Аналитические данные |
20000 |
16000 |
|
|
Расчетные данные (в форме Na+) |
11733 |
27196 |
||
|
Коэффициент активности |
0,5492 |
0,5972 |
||
|
Магний |
Аналитические данные |
13200 |
6000 |
|
|
Расчетные данные (в форме Mg2+) |
4011,79 |
2563,33 |
||
|
Коэффициент активности |
0,0322 |
0,0498 |
||
|
Кальций |
Аналитические данные |
62300 |
44000 |
|
|
|
Расчетные данные (в форме Ca2+) |
22637,1 |
20289,4 |
|
|
Коэффициент активности |
0,0542 |
0,0902 |
||
|
Хлор |
Аналитические данные |
208918 |
151832 |
|
|
Расчетные данные (в форме Cl-) |
85611,8 |
92134,6 |
||
|
Коэффициент активности |
0,7106 |
0,7643 |
||
|
Стронций |
Аналитические данные |
1500 |
1060 |
|
|
Расчетные данные (в форме Sr2+) |
1389,68 |
944,39 |
||
|
Коэффициент активности |
0,01496 |
0,02469 |
||
|
Литий |
Аналитические данные |
250 |
125 |
|
|
Расчетные данные (в форме Li+) |
188,45 |
104,972 |
||
|
Коэффициент активности |
0,8276 |
0,9439 |
||
|
Рубидий |
Аналитические данные |
20 |
13 |
|
|
Расчетные данные (в форме Rb+) |
17,36 |
11,70 |
||
|
Коэффициент активности |
0,3862 |
0,4129 |
||
Тем не менее, получение максимально возможного числа продуктов при одновременном снижении энергоемкости и уменьшении разветвленности технологических схем - единственный реальный путь для возможности эффективной промышленной реализации процессов получения товарной продукции из данного сырья.
При изучении рассолов Сибирской платформы с позиции теории водных растворов электролитов установлено значительное влияние состава рассолов на их структурно-химические характеристики, которые, в свою очередь, отражаются на технологических свойствах рассолов и способности отдельных компонентов к выделению в индивидуальные продукты в технологических процессах извлечения. Это подтверждено, в том числе, расчетами структурного коэффициента, позволяющего учитывать наряду с соотношением находящихся в рассоле ионов их способность к гидратации.
Наиболее важной задачей при извлечении металлов из рассолов является селективность процесса. Результаты проведенных исследований свидетельствуют, что в системе рассолов в связи с их высоким солесодержанием и значительной разницей в содержаниях макро- и микрокомпонентов изначально создаются условия для селективного выделения микрокомпонентов. Селективность обусловлена свойствами ионов и их способностью выделяться в составе более или менее индивидуальных продуктов; а также свойствами среды, в которой они находятся, то есть растворителя. В свою очередь в рассолах эти свойства оказывают друг на друга взаимное влияние.
Нами проведены исследования по селективному извлечению стронция и рубидия из рассолов и дренажных вод карьера на основе применения ионообменной технологии с применением ряда синтетических ионитов, а также ионной флотации и вымораживания
Основной задачей при разработке технологии является необходимость наиболее полного разделения извлекаемых компонентов. С этой целью разработан способ отделения микрокомпонентов от макрокомпонентов рассола на основе применения метода градиентного элюирования и установлены основные параметры процесса селективной десорбции микрокомпонентов из фазы ионита.
Для рассолов Удачнинского ГОКа разработано и испытано на укрупненных пробах рассолов, изливающихся из скважины № 322, расположенной вблизи карьера, и на дренажных водах карьера, несколько вариантов технологической схемы. В результате их применения достигается по одной из схем извлечение стронция с использованием ионита КБ-4П*2 на 70,5 %, извлечение рубидия с использованием ионита КУ-2*8 - 97,9 %; по второй схеме - извлечение стронция с использованием ионита КУ-2*8 составляет 76,8 %, рубидия - с использованием ионита КБ-4П*2 98,5 %.
На основании проведенных исследований по флотации были разработаны принципиальные схемы извлечения стронция из рассолов хлоридно-кальциевого типа Удачнинского ГОКа. Отработка стадии извлечения металлов из пенного продукта проводилась на основе исследований регенерации ПАВ методом осаждения либо пирометаллургической переработки сублатов с изучением продуктов обжига методами термогравиметрии и дифференциально-термического анализа. Применение разработанной технологической схемы ионной флотации микрокомпонентов из хлоридно-кальциевых рассолов позволит извлекать в селективные продукты стронций до 96%, рубидий до 86%.