Material composition of magnetic fractions of copper-smelting slag flotation tailings

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Finely ground tailings from flotation processing of waste copper reverberatory smelting slags of the Sredneuralsky Copper Smelter ("SUMZ technical sands") was accumulated in significant amounts and may pose a threat to the environment as a potential source of heavy metals. At the same time, the waste can be considered as a promising source of useful components due to relatively high contents of zinc (3.3–3.9%) and copper (0.4–0.5%). Development of technologies for recycling the "technical sands" is a promising task of nonferrous metallurgy and requires their comprehensive study. The purpose of this research was to study the material composition of magnetic fractions of the "SUMZ technical sands" and assess the prospects of extraction of useful components (zinc and copper) from their flotation tailings using wet magnetic separation. Chemical analyses of the obtained fractions were carried out at the Center for Collective Use "Geoanalitik" of the Institute of Geology and Geochemistry, UB RAS by inductively coupled plasma mass spectrometry method using an Elan-9000 quadrupole mass spectrometer. Phase analyses were carried out at the Ural-M Collective Use Center of the Institute of Metallurgy, UB RAS by X-ray phase analysis using a Bruker D8 Advance diffractometer. The magnetic properties of the magnetic separation fractions were studied by thermomagnetic analysis. After treating the tailings by wet magnetic separation, the yield of the magnetic fraction (48 kA/m) was approximately 83%, that of the weakly magnetic fraction (200 kA/m) was 11%, and that of the non-magnetic fraction, 6%. The data on the phase and chemical composition of the tailings magnetic separation fractions were obtained. It was found that zinc and copper were distributed relatively uniformly among the fractions with a slightly higher content of copper in the non-magnetic fraction and that of zinc in the weakly magnetic fraction. The dependence of magnetic susceptibility of the "technical sands" minerals on the presence of isomorphic impurities in them was confirmed. The joint evaluation of the data of X-ray phase and thermomagnetic analyses showed that at practically identical X-ray diffraction patterns the thermomagnetic curves in the range of 20–700°C demonstrate significant differences between the magnetic separation fractions. All the obtained thermomagnetic curves are irreversible. At the used parameters of wet magnetic separation, this method proved inefficient for the "technical sands" separation, and additional research is required to find optimal methods of the tailings pretreatment and magnetic intensity modes. The research findings contribute to the study of magnetic properties of copper-smelting slag processing tailings and are of interest for the development of new flow schemes for their utilization and recycling.

About the authors

А. L. Kotelnikova

Zavaritsky Institute of Geology and Geochemistry of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences (IGG UB RAS)

Email: kotelnikova@prm.uran.ru
ORCID iD: 0000-0003-4968-1938

E. S. Zolotova

Zavaritsky Institute of Geology and Geochemistry of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences (IGG UB RAS)

Email: zolotova@igg.uran.ru
ORCID iD: 0000-0002-5892-9205
SPIN-code: 7310-2005

References

  1. Bexeitova R., Veselova L., Kassymkanova K. K. et al. The problem of environmental safety of the fields of mining industrial production of arid zone of Kazakhstan. Geodesy and Cartography. 2018;44(4):146–155. https://doi.org/10.3846/gac.2018.4314
  2. Worlanyo A. S., Jiangfeng L. Evaluating the environmental and economic impact of mining for post-mined land restoration and land-use: A review. Journal of Environmental Management. 2021;279:111623. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2020.111623
  3. Covre W. P., Ramos S. J., da Silveira Pereira W. V. et al. Impact of copper mining wastes in the Amazon: Properties and risks to environment and human health. Journal of Hazardous Materials. 2022;421:126688. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2021.126688
  4. Izydorczyk G., Mikula K., Skrzypczak D. et al. Potential environmental pollution from copper metallurgy and methods of management. Environmental Research. 2021;197:111050. https://doi.org/10.1016/j.envres.2021.111050
  5. Jia L., Liang H., Fan M. et al. Spatial distribution characteristics and source appointment of heavy metals in soil in the areas affected by non-ferrous metal slag field in the dry-hot valley. Applied Sciences. 2022;12(19):9475. https://doi.org/10.3390/app12199475
  6. Men D., Yao J., Li H. et al. The potential environmental risk implications of two typical non-ferrous metal smelting slags: contrasting toxic metal(loid)s leaching behavior and geochemical characteristics. Journal of Soils and Sediments. 2023;23:1944–1959. https://doi.org/10.1007/s11368-023-03468-0
  7. Мамонов С. В., Газалеева Г. И., Дресвянкина Т. П. и др. Повышение технологических показателей переработки отвальных шлаков медеплавильного производства на основе их медленного охлаждения и ультратонкого измельчения. Известия высших учебных заведений. Горный журнал. 2018;(2):83–90. https://doi.org/10.21440/0536-1028-2018-2-83-90
  8. Sibanda V., Sipunga E., Danha G., Mamvura T. A. Enhancing the flotation recovery of copper minerals in smelter slags from Namibia prior to disposal. Heliyon. 2020;6(1):e03135. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2019.e03135
  9. Zhou H., Liu G., Zhang L., Zhou C. Mineralogical and morphological factors affecting the separation of copper and arsenic in flash copper smelting slag flotation beneficiation process. Journal of Hazardous Materials. 2021;401:123293. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2020.123293
  10. Alp İ., Deveci H., Süngün H. Utilization of flotation wastes of copper slag as raw material in cement production. Journal of hazardous materials. 2008;159(2–3):390–395. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2008.02.056
  11. Гуман О. М., Долинина И. А., Макаров А. Б., Рудой А. Г. Использование отходов переработки отвальных шлаков для рекультивации земель горнодобывающего комплекса. Известия высших учебных заведений. Горный журнал. 2010;(4):43–49.
  12. Гуман О. М., Макаров А. Б., Вегнер-Козлова Е. О. Техногенные образования как рекультивационный материал. Управление техносферой. 2020;3(4):447–461. https://doi.org/10.34828/UdSU.2020.35.32.004
  13. Zhai Q., Liu R., Wang C. et al. A potential industrial waste–waste synchronous treatment scheme of utilizing copper slag flotation tailings to remediate Cr (VI)-containing wastewater. Journal of Environmental Chemical Engineering. 2022;10(3):107685. https://doi.org/10.1016/j.jece.2022.107685
  14. Золотова Е. С., Рябинин В. Ф., Котельникова А. Л., Иванова Н. С. Оценка мобильности элементов из отходов переработки медеплавильных шлаков в лесные почвы. Литосфера. 2020;20(5):717–726. https://doi.org/10.24930/1681-9004-2020-20-5-717-726
  15. Zolotova E., Kotelnikova A., Ryabinin V. The content of toxic elements in soil-plant system based on ombrotrophic peat with the copper smelting slag recycling waste. Pollution. 2023;9(1):286–298. https://doi.org/10.22059/poll.2022.346474.1551
  16. Kart E. U. Evaluation of sulphation baking and autogenous leaching behaviour of Turkish metallurgical slag flotation tailings. Physicochemical Problems of Mineral Processing. 2021;57(4):107–116. https://doi.org/10.37190/ppmp/138839
  17. Gümüşsoy A., Başyi̇ği̇t M., Kart E. U. Economic potential and environmental impact of metal recovery from copper slag flotation tailings. Resources Policy. 2023;80:103232. https://doi.org/10.1016/j.resourpol.2022.103232
  18. Светлов А. В. Разработка методов обогащения для сложных объектов цветной металлургии Мурманской области. Минералогия техногенеза. 2018;(19):205–216.
  19. Tian H., Guo Z., Pan J. et al. Comprehensive review on metallurgical recycling and cleaning of copper slag. Resources, Conservation and Recycling. 2021;168:105366. https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2020.105366
  20. Araujo F. S., Taborda-Llano I., Nunes E. B., Santos R. M. Recycling and reuse of mine tailings: A review of advancements and their implications. Geosciences. 2022;12(9):319. https://doi.org/10.3390/geosciences12090319
  21. Макаров А. Б., Гуман О. М., Долинина И. А. Минеральный состав отходов переработки отвальных шлаков Среднеуральского медеплавильного завода и оценка их потенциальной экологической опасности. Вестник Уральского отделения Российского Минералогического Общества. 2010;(7):80–86.
  22. Грудинский П. И., Дюбанов В. Г. Исследование процесса сульфатизирующего обжига цинксодержащих хвостов производства меди с использованием сульфатов железа. Международный научно-исследовательский журнал. 2018;(12–1):83–87. https://doi.org/10.23670/IRJ.2018.78.12.014
  23. Котельникова А. Л., Рябинин В. Ф. Особенности вещественного состава и перспективы использования отхода вторичной переработки отвальных медеплавильных шлаков. Литосфера. 2018;18(1):133–139. https://doi.org/10.24930/1681-9004-2018-18-1-133-139
  24. Реутов Д. С., Халезов Б. Д. Поиск оптимальных условий сернокислотного выщелачивания для извлечения меди и цинка из хвостов флотации медеплавильных шлаков. Бутлеровские сообщения. 2015;44(12):199–203.
  25. Современные технологии переработки техногенного сырья. Под общей ред. Булатова К. В., Газалеевой Г. И. Монография. Екатеринбург: АО"ИПП "Уральский Рабочий"; 2019. 200 с.
  26. Li S., Guo Z., Pan J. et al. Stepwise utilization process to recover valuable components from copper slag. Minerals. 2021;11(2):211. https://doi.org/10.3390/min11020211
  27. Филатов В. В., Иванченко В. С., Глухих И. И. Петромагнетизм в рудной геофизике. Екатеринбург: Изд-во УГГУ; 2011. 414 с.
  28. Горлова О. Е., Орехова Н. Н., Колодежная Е. В. и др. Обоснование интегративного критерия для прогноза возможности селективной дезинтеграции техногенного сложноструктурного сырья. Вестник МГТУ им. Г.И. Носова. 2023;21(3):15–26. https://doi.org/10.18503/1995-2732-2023-21-3-15-26
  29. Санакулов К. С., Хасанов А. С. Переработка шлаков медного производства. Ташкент: Фан; 2007. 206 с.
  30. Ерохин Ю.В., Козлов П.С. Фаялит из шлаков Среднеуральского медеплавильного завода (г. Ревда). Минералогия техногенеза. 2010;(11):32–40.
  31. Belley F., Ferré E. C., Martín-Hernández F. et al. The magnetic properties of natural and synthetic (Fex, Mg1−x)2SiO4 olivines. Earth and Planetary Science Letters. 2009;284(3–4):516–526. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2009.05.016
  32. Geiger C.A., Vielreicher N. M., Dachs E. Are the thermodynamic properties of natural and synthetic Mg2SiO4–Fe2SiO4 olivines the same? American Mineralogist: Journal of Earth and Planetary Materials. 2021;106(2):317–321. https://doi.org/10.2138/am-2021-7764CCBY
  33. Ерохин Ю. В., Козлов П. С. Магнетитовый шлак из Среднеуральского медеплавильного завода. Минералогия техногенеза. 2013;(14):29–37.
  34. Ziese M., Esquinazi P.D., Pantel D. et al. Magnetite (Fe3O4): a new variant of relaxor multiferroic. Journal of Physics: Condensed Matter. 2012;24(8):086007–086015. https://doi.org/10.1088/0953-8984/24/8/086007
  35. Пелевин А. Е. Магнитная восприимчивость слабомагнитных породных минералов. В: Научные основы и практика переработки руд и техногенного сырья: материалы XXIV Международной научно-технической конференции, проводимой в рамках XVII Уральской горнопромышленной декады. Екатеринбург, 09–12 апреля 2019 года. Екатеринбург: Издательство "Форт Диалог-Исеть"; 2019. С. 314–316.
  36. Писакин Б. Н. Идентификационные признаки пирротина как катиондефицитного магнитного минерала. Вестник СПбГУ. Науки о Земле. 2004;1(7):3–12.
  37. Кармазин В. И., Кармазин В. В. Магнитные методы обогащения. М.: Недра; 1984. 416 с.
  38. Гзогян Т. Н., Головин Ю. И., Тюрин А. И., Гзогян С. Р. Влияние границ срастания минералов железистых кварцитов на рудоподготовку. Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2017;(3):154–162.
  39. Юсупов Т. С., Уракаев Ф. Х., Исупов В. П. Прогноз структурно-химических изменений минералов при механических воздействиях в процессе измельчения. Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2015;(5):161–168.
  40. Гзогян Т. Н. К вопросу генетической дефектности магнетита Михайловского месторождения КМА. Обогащение руд. 2002;(3):29–33.
  41. Харлов А. В. Установки для электроразрядных технологий и их технические применения (обзор). Приборы и техника эксперимента. 2022;(1):14–43. https://doi.org/10.31857/S0032816221060173
  42. Прокопьев С. А., Прокопьев Е. С., Емельянова К. К., Напольских С. А. Получение высококачественного магнетит-гематитового железорудного концентрата методом винтовой сепарации. Горный журнал. 2021;(6):86–90. https://doi.org/10.17580/gzh.2021.06.07

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».