Техногенные месторождения, способы их формирования и переработки (стр. 11 )

Окисленные минералы меди легко растворяются в разбавленных растворах серной кислоты по схеме:

CuCO3 • Cu(OH) 2 + 2H2SO4 → +2CuSO4 • 3H2O + CO2

или

2Cu2O + 4H2SO4 + O2 → +4CuSO4 + 4H2O .

При введении в реагент окислителя могут эффективно растворяться минералы меди, находящиеся в низшем валентном состоянии, в том числе сульфидные. Интересно отметить, что в ряде случаев для растворения сульфидных минералов не требуется раствора серной кислоты, поскольку она образуется за счет сульфидной серы в процессе окисления самого растворяемого минерала, например, халькопирита:

CuFeS2 + 4O2 → CuSO4 + FeSO4.

Это свойство сульфидов меди используется при бактериальном выщелачивании.

Медьсодержащие растворы, мигрируя в техногенном горном массиве, попадают в участки действия геохимических барьеров, где происходит осаждение полезных компонентов. Осаждение меди происходит в следующих случаях:

при взаимодействии растворов с различными геохимическими параметрами;

при взаимодействии медьсодержащих растворов с газами (прежде всего сероводородом);

путем гидролиза и образования гидрантов в меди;

при сорбции из медьсодержащих растворов глинами, гидрооксидами железа

Концентрация меди возникает на восстановительном сероводородном геохимическом барьере, глеевом, а также на щелочных, сорбционных и испарительных барьерах.

На щелочном барьере образуется сульфат меди, а на сероводородном барьере осаждаются ее сульфидные соединения. При смешении хлоридных растворов с карбонатными в осадок выпадают карбонаты меди. В результате гидролиза растворов возникает минерал меди атакит Сu2(ОН)3Сl. Медь из растворов прекрасно осаждается в результате адсорбции. Следовательно, вследствие геохимических преобразований внутри горной массы техногенных месторождений происходят процессы техногенного минералообразования и образуются сульфидные, сульфатные, карбонатные медные руды.

Золотосодержащие техногенные месторождения. При хранении золотосодержащих пород с содержанием золота 50 - 500 мг/т в отвалах и складах в раствор переходит в основном тонкодисперсное золото, которое перераспределяется и мигрирует. Оно растворяется в водах отвалов особенно интенсивно в сернокислой среде и в присутствии окислителей: диоксида кислорода, оксида железа и меди. Растворителями золота могут быть и водные растворы Fe2(SO4)3, СиСl2, CuSO4, NaCl, H2SO4. Растворение в отвалах микроскопического золота колчеданных руд происходит при участии растворов сульфата железа Выпадение золота в осадок из таких растворов возможно при их встрече с сульфидными минералами. Золото образует легкорастворимое соединение NaAuS2, которое устойчиво в щелочных сульфидных растворах, но разлагается оксидами железа с выделением самородного золота Золото растворяется также под действием активного хлора, который возникает в результате реакции отвальных кислых вод, содержащих хлориды, с диоксидами марганца и водой (МnО2 nН2О). Переход золота из рыхлой горной массы происходит при участии аминокислот, гуминовых кислот в присутствии окислителей. Растворение золота происходит под воздействием двух сильных его растворителей — щелочных растворов бромидов и йодидов, которые, реагируя с

разбавленной серной кислотой, образуют растворяющее золото химическое соединение.

При окислении в условиях хранения горной массы техногенных месторождений возможны сульфатные, тиосульфатные, сульфидные, хлоридные и другие формы золота, переходящего в раствор. Золото может мигрировать в форме галогенных и других неорганических комплексных соединений, коллоидов, соединений с органическим веществом, в виде суспензий и взвесей.

Техногенное осаждение золота в результате переотложения его из растворов возможно на таких геохимических барьерах, как восстановительном, кислородном, кислотном, сорбционном и испарительном. Следует отметить, что самородное состояние золота не характеризует интенсивность миграции, а свидетельствует только о форме осаждения из раствора, связанной с физико-химическими свойствами золота.

Урансодержащие техногенные месторождения. При окислении урансодержащих пород в процессе их хранения в техногенных месторождениях уран может переходить в раствор, мигрировать и осаждаться вновь. Миграционные свойства урана зависят главным образом от минерального состава руд и структурно-текстурных особенностей рудовмещающих пород, фильтрационных свойств горной массы. В теле техногенного месторождения уран в основном мигрирует в шестивалентном состоянии в виде уранил-карбонатных и уранил-гидроксильных комплексов.

Для растворения урана в горном отвале применяют растворы серной кислоты (концентрация растворов 0,5 - 3%), а также карбонатов и бикарбонатов натрия и аммония (0,5 - 5%) с добавлением в качестве окислителей перекиси водорода, кислорода, гипохлоритов калия и натрия. В результате химического взаимодействия растворов с урансодержащими горными породами и минералами образуются хорошо растворимые соединения четырехвалентного урана и уранил-иона Наличие в горной массе кислотоемких минералов и соединений (карбонаты, органическое вещество, глинистые минералы) приводит к выделению газообразных и твердых продуктов химических реакций, приводящих к ухудшению проницаемости горной массы. Это явление получило название кольматация.

Соединение урана активно мигрирует в окислительной обстановке, а его осаждение происходит в бескислородной среде при наличии органических веществ и сероводорода. Уран осаждается на восстановительном геохимическом барьере, а также в результате сорбции. Наиболее активными восстановителями урана являются продукты жизнедеятельности бактерий. Техногенное минералообразование осуществляется на геохимических барьерах различных типов: восстановительных, восстановительно-сорбционных, нейтрализационных кислотно-щелочных. Из геохимических факторов, способствующих восстановлению урана и осаждению его из растворов, наиболее эффективным является окислительно-восстановительный потенциал Eh среды минералообразования. На техногенных восстановительных барьерах образуются регенерированные урановые черни и многие виды вторичных урановых

минералов (гидрооксиды, сульфаты, карбонаты и др.).

Иттрийсодержащие техногенные месторождения. К минералам, содержащим редкоземельные - элементы (TR) иттриевой подгруппы, относятся ксенотим, иттросинхизит, иттробастнезит и др. Среди иттриевых минералов преобладают оксиды и силикаты. Фториды, карбонаты и фосфаты (кроме ксенотима) редки. Иттрий образует различные комплексные соединения, особенно с ионом фтора, а также карбонатные комплексы. Следует учитывать, что иттрий по химическим свойствам является сильным основанием, поэтому его соединения устойчивы к гидролитическому действию воды. Иттрий и его соединения отличаются слабой водной и биогенной миграцией, хотя возможно образование металлоорганических комплексных соединений. При формировании отвальных массивов иттрийсодержащих пород следует иметь в виду, что простые фториды, фосфаты и карбонаты иттрия в воде нерастворимы, а его комплексные соединения Na3YF6 NaзY(СО3)3 и им подобные хорошо растворимы в воде.

Соли карбонатов, сульфатов и нитратов дают хорошо растворимые соединения с иттрием и другими TR. Оксиды и гидрооксиды иттрия имеют слабоосновные свойства, нерастворимы в воде, но растворимы в минеральных кислотах с образованием солей. Они осаждаются под воздействием щелочи или аммиака на разбавленные водные растворы солей иттрия Сульфат иттрия получают при растворении его оксида или гидрооксида в разбавленной серной кислоте.

При формировании горного массива отвальных пород иттрийсодержащих техногенных месторождений необходимо учитывать, что содержание TR в водах отвалов возрастает с ростом их щелочности. Следовательно, техногенное иттриевое минералообразование происходит при наличии геохимических барьеров: щелочно-кислотного и восстановительного.

Литийсодержащие техногенные месторождения. По своим геохимическим свойствам литий является переходным элементом от щелочных к щелочноземельным металлам. Это проявляется в слабой растворимости карбоната, фосфата и фторида лития. Однако хлорид и сульфат лития - легкорастворимые соли. Слабая растворимость солей лития не оказывает существенного влияния на миграцию лития из-за низкого его кларка (3,2-10%). Геохимическая двойственность (дуализм) лития проявляется в том, что он в растворах является аналогом натрия, а в минералах, как правило, аналогом магния и железа.

В аридных условиях литий участвует в испарительной концентрации, накапливаясь в солончаках и соленых озерах в виде концентрированных рассолов. Рассолы, из которых выделяются твердые соли, называются рапой.

Техногенные месторождения лития связаны с саларами Южной Америки. Салары отличаются исключительно высокой концентрацией лития в рапе (до 0,14%).

Технология комплексной переработки рапы основана на постадийном солнечном упаривании рассолов с выделением лития в виде кристаллов смешанной

соли KLiSO4. В результате постадийного упаривания рапы концентрация лития в рассоле возрастает более чем в 25 раз. Полученная соль фактически химический концентрат лития и калия (содержание лития до 5%), из которого могут быть получены товарные калиевые и литиевые продукты. При растворении кристаллов соли в воде и последующим воздействием хлористым калием можно выделить сульфат калия. Из концентрированной рапы литий извлекают действием кальцированной соды в виде карбоната лития. Товарный продукт представляет собой 99,5% карбоната лития. Таким образом, техногенные месторождения лития формируются при участии испарительного геохимического барьера. Применение схемы постадийного солнечного упаривания. литийсодержащих рассолов обеспечивает высокий уровень рентабельности переработки руд техногенных месторождений. Себестоимость получения товарного продукта составляет 2,2 $/кг, что в 1,5 — 2 раза ниже действующих в настоящее время мировых цен на этот продукт.

8. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ПРИ ФОРМИРОВАНИИ И ПЕРЕРАБОТКЕ УРАНСОДЕРЖАЩИХ ТЕХНОГЕННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

В основном экологическая безопасность урансодержащих техногенных образований связана с радиоактивностью урановых руд и отходов их переработки, которая контролируется содержанием природных радионуклидов уранового ряда. Радиоактивность их оценивают по равновесной концентрации урана-238 или по суммарной α-активности.