Лекція 20

Нові напрямки розвитку спеціальних методів
збагачення мінеральної сировини

Діалектика розвитку технічних рішень у практично будь-яких галузях така, що спершу навіть дуже перспективне рішення, ідея проходить апробацію в одиничному, вузькому масштабі і є по суті на першому етапі спеціальним методом (технологією) того чи іншого процесу. Згодом, в залежності від затребування практикою винайденого рішення, тривалості і масштабів його використання, технологічності та ін. характеристик, воно переходить у розряд традиційних, або залишається спеціальним (тобто вузько спеціалізованим, таким, що має особливе призначення). Так, адґезійні методи збагачення золота з'явилися, імовірно, раніше або одночасно з гравітаційними, але вони й до сьогодні залишилися спеціальними, а інші (гравітаційні) отримали широке застосування, розвинулися і є вже давно традиційними.

Поява нових спеціальних методів збагачення корисних копалин обумовлюється сьогодні рядом факторів: вичерпанням традиційних ресурсів корисних копалин, новими потребами науки і техніки, розширенням ноосфери, збільшенням номенклатури перероблюваної мінеральної сировини, виникненням у зв'язку з розвитком нашої технологічної цивілізації нових глобальних задач – екологічних, стабільного розвитку тощо.

Наведемо декілька прикладів.

Вичерпання традиційних ресурсів корисних копалин

Одним з вирішальних факторів, які кардинально впливатимуть на подальші темпи технологічного розвитку, є вичерпання мінеральних ресурсів. Чи такий далекий цей час, коли родовища корисних копалин вичерпаються? За даними авторитетного міжнародного аналітичного центру, так званого "Римського клубу", поклади алюмінієвих руд будуть вичерпані за наступні 55 років, хрому – за 154 роки, вугілля – за 150, міді – за 49, заліза – за 173, свинцю – за 64, нафти – за 50, природного газу – за 49 років. Причому термін вичерпання ресурсів обчислений виходячи з припущення, що протягом наступних десятиліть розвідані ресурси виростуть в 5 разів у порівнянні з сучасними даними. Тобто будуть розвідані нові поклади, відкриті нові родовища, але, незважаючи, на це, час, коли вичерпаються запаси руд металів і паливно-енергетичних ресурсів, дуже близький – він співвимірний зміні 1-2 до 3-4 поколінь. Це вимушує шукати нові об'єкти переробки для отримання життєво важливих для людства хімічних елементів та речовин.

Що це за об'єкти? Перш за все – води Світового океану, корисні копалини його дна, поховані води і розсоли земних надр, а також сьогоднішні відходи переробки мінеральної сировини – терикони, хвостосховища, мулонакопичувачі, інші відвали тощо. Майже всі ці об'єкти попри свою різноплановість мають одну характерну особливість – дуже низький (у порівнянні з перероблюваними сьогодні рудами) вміст корисного компонента. В попередніх лекціях ми вже зупинялися на спеціальних біотехнологіях бактеріального вилуговування, які широко застосовують для збагачення некондиційних забалансових руд і відходів. Саме для переробки таких матеріалів сьогодні, крім уже відомих, опрацьовуються і випробовуються в лабораторних, напівпромислових та промислових умовах сорбційні технології.

Сорбційні технології вилучення металів. У найкрупнішому в Греції Університеті Аристотеля розроблено новітні технології для вилучення металів з водних розчинів за схемою: сорбція йонів металів на носіях-сорбентах (частинках піриту, цеоліту, гематиту, карбонатах лужних металів, активованому вугіллі) – флотація навантажених сорбентів. Технологія може бути застосована для вилучення золота, рідкісних і рідкісноземельних металів з вод різних типів.

Активно розвивається сорбційна технологія збагачення золота – "вугілля в пульпі", в якій сорбентом-носієм золота є активоване вугілля. Вилучення золота за цією технологією складає 71-75%. При цьому вміст золота у вихідному продукті – приблизно 1-2 г/т.

Розвиток технологій вилугогування. У світовій практиці спостерігається активний розвиток: а) автоклавного сірчанокислого вилугогування під високим тиском (процес HPAL), який застосовується для переробки міднонікелевих латеритних руд; б) комплексної технології видобування і збагачення міді "рідинна екстракція – електроліз" (процес SX-EW).

Нові потреби науки і техніки

Сьогоднішні технології все більше потребують надчистих матеріалів, зокрема металів. Такі матеріали використовують у комп'ютерній техніці, електронних пристроях різного призначення. Їх одержання можливе за рахунок якісно нових технологій та апаратів. До них вже сьогодні можна зарахувати ряд біофільтраційних технологій, ґенерацію і використання надпотужних електромагнітних полів, проведення завершальних стадій процесів переробки мінеральної сировини у вакуумі або в атмосфері інертних газів тощо.

Іноді виникає збагачувальна задача, яка є спеціальною виходячи з характеру концентрату і перероблюваної сировини. Наприклад, в технології термоізоляційного покриття космічних апаратів використовують скляні кульки мікронних розмірів, які в невеликій кількості (декілька %) входять до складу золи виносу сучасних ТЕС. Вилучення цих кульок з одержанням збагаченого ними концентрату – предмет спеціального флотаційного процесу, який був розроблений у 80-90-х роках у Національному гірничому університеті (м. Дніпропетровськ).

Розширення ноосфери

Ноосфера, як відомо, в широкому розумінні її ідеї В.Вернадським – це частина Всесвіту, де виявляється вплив людини. Прогнозні етапи індустріалізації космосу, які потребуватимуть гірничих технологій, такі:

1. 2180-2200 – індустріальне освоєння супутника Землі – Місяця;

2. 2400 – транспортування і використання малих астероїдів як мінеральної сировини;

3. 2500 – використання речовини (гірських порід) інших планет.

Вже сьогодні, скажімо, виокреслюється найближча в часі задача – переробки місячного ґрунту – реґоліту. Що це за матеріал?

Завдяки своїм унікальним якостям – крупності (від декількох мм до часток мкм), високій пористості – до 50%, густині, тривкості, складу – цей матеріал має надзвичайно цінні теплопровідні і міцнісні характеристики. Теплопровідність реґоліту приблизно в 10 разів менша, ніж у повітря. Тому на глибині близько 1 м температурні коливання, які на поверхні Місяця складають близько 300 ^оС, невідчутні. Запаси реґоліту досить великі – він покриває поверхню Місяця товщиною від часток метра до десятків метрів. Все це свідчить, що саме реґоліт – чудовий будівельний матеріал для майбутніх житлових і технологічних терміналів на Місяці.

Отже, реґоліт треба буде як мінімум видобувати, просіювати, можливо, виділяти окремі його сорти за складом – і все це в специфічних умовах практичного вакууму, гравітації, яка складає 1/6 від земної, в жорстких температурних умовах. Зрозуміло, що це – спеціальна задача. Збагачувальні процеси, які при цьому застосовуватимуться, – спеціальні. І створювати їх – поколінням, які житимуть через 100-150 років.

Збільшення номенклатури перероблюваної мінеральної сировини

Вище в цьому розділі ми вже сказали про те, що вичерпання традиційних мінеральних ресурсів – руд металів, нафти, вугілля, газу тощо приведе до необхідності переробляти води Світового океану, корисні копалини його дна, поховані води і розсоли земних надр, а також техногенні родовища (відходи).

Крім того, є ще цілий ряд таких сировинних ресурсів, які вже через декілька десятиліть потребуватимуть масової (багатотоннажної) переробки. Серед них – газові гідрати і гірські породи різного походження, просякнуті вуглеводнями. Специфічність цих об'єктів вимагає вже сьогодні розробляти спеціальні процеси, в тому числі і збагачувальні, їх переробки.

Отже, ми переглянули декілька важливих напрямків розвитку спеціальних методів збагачення мінеральної сировини в близькому і далекому майбутньому. В дійсності їх більше – ми не згадали попереднє збагачення безпосередньо на дні океану, яке здійснюється вже сьогодні в комплексі з процесами добування руд і розсипів, не назвали також процесів підземного зрідження-збагачення вугілля. Крім того, в рамках спеціальних процесів збагачення слід згадати про ціле сімейство так званих суміщених процесів – коли відомий процес, наприклад селективну флокуляцію, ґрануляцію тощо, реалізують в нових (нетрадиційних) апаратах, наприклад, суміщаючи їх з гідротранспортом матеріалу, перекачуванням через байпас тощо. Такі суміщені процеси (які основані на новому, за патентною термінологією, несподіваному застосуванні відомого апарата, пристрою) вже запатентовані в ряді країн, зокрема Україні, і чекають на "нішу" для свого застосування. Вони високоефективні і водночас характеризуються мінімальною собівартістю.

Великі потенційні можливості, на нашу думку, в галузі збагачення як спеціальні рішення мають нанотехнології, застосування при ґрудкуванні активованих тонких матеріалів, ряд хімічних і комбінованих процесів.

В цілому спостерігається тенденція на розширення сфери застосування спеціальних процесів збагачення корисних копалин, збільшення їх кількості, розширення фізичних і хімічних ефектів, які складають фундаментальну основу процесу.

вгору