Investigations on the reprocessing of fine particles from sulfidic tailings through flotation
In der Bergbauindustrie fallen jedes Jahr große Mengen an Bergbaurückständen an. Am häufigsten werden diese Bergematerialien in Bergeteichen gelagert, die enorme Ausmaße haben können. Das Management und die Lagerung solch großer Mengen an Material stellt viele Herausforderungen sowohl in Bezug auf die Stabilität der Dämme als auch an die Immobilisierung gefährlicher Schadstoffe dar, die ein Risiko für die menschliche Gesundheit und die Umwelt bergen, insbesondere bei sulfidhaltigen Rückständen. Außerdem können mit den Bergematerialien erhebliche Mengen an Edel- und Basismetallen verloren gehen. Aufgrund des wirtschaftlichen Wertes und der wachsenden industriellen Nachfrage nach diesen Edel- und Basismetallen können die Bergbaurückstände daher eine potenzielle Quelle für Sekundärrohstoffe sein. Im Rahmen dieser Forschungsarbeit wurden zwei Studien (aus einem aktiven und einem historischen Bergwerk) über die Wiederaufbereitung sulfidischer Bergematerialien mittels Flotation durchgeführt. Die erzielten Ergebnisse können zum Aufbau von Kenntnissen über die Wiederaufbereitung solch sulfidischen Bergematerialien beitragen. Der hier gewählte Ansatz konzentrierte sich auf die Entfernung sowohl wertvoller als auch gefährlicher Elemente sowie die Erzeugung saubererer Rückstände mit geringerem Schadstoffpotenzial und mit chemischen und mineralogischen Eigenschaften, die für weitere Anwendungen (z. B. in der Bauindustrie) geeignet sind. Die Bergematerialien aus dem aktiven Bergwerk wiesen eine breite Partikelgrößenverteilung auf, weshalb ein Flotationsansatz aus einer Kombination, bestehend aus klassischer Flotation und einer selektiven Flockung mit anschließender Flotation gewählt wurde. Das Material wurde sowohl im Originalzustand als auch nach einer Klassierung in zwei Fraktionen flotiert. Das Originalmaterial und die gröbere Fraktion (> 37 µm) wurden der klassischen Flotation zugeführt, während die feinere Fraktion (< 37 µm) entweder mit der klassischen Flotation aufbereitet oder nach der selektiven Flockung flotiert wurde. Die Flotation der gröberen Partikel führte zu höheren Sulfidausbringen, höheren Gehalten an Cu, Pb und Zn im Sammlkonzentrat (3,66 %), saubereren Rückständen (1,6 % S), schnelleren Flotationsraten und geringerem Reagenzienverbrauch. Die Ergebnisse der Feinpartikelflotation wiesen einen geringeren S-Gehalt in den Rückständen (3,4 % S) als im Vergleich zur Flotation des Originalmaterials auf. Die Ergebnisse des Kombinationsansatzes aus Flockung und Flotation der feineren Fraktion zeigte eine Erhöhung des Massenausbringens mit einem leichten Anstieg der Sulfidausbringen. Insgesamt erwies sich die Entwicklung eines Verfahrens zur Aufbereitung des Bergematerials als vielversprechend. Die Anwendung eines zweigleisigen Ansatzes zeigt hierbei Vorteile im Vergleich zu einem eingleisigen. Die Bergematerialien aus dem historischen Bergwerk enthielten neben den Sulfiden eine erhebliche Menge an Baryt. Aus diesem Grund wurde nach der Entfernung der Sulfide in einer weiteren Flotationsstufe der Baryt zurückgewonnen. Abschließend wurden Flotationsversuche im Pilotmaßstab (100-Liter-Flotationszelle) durchgeführt, um die Übertragbarkeit der erzielten Ergebnisse auf einen größeren Maßstab zu bewerten. Diese Ergebnisse zeigen, dass sowohl die Sulfide als auch der Baryt selektiv zurückgewonnen werden können, wobei der Baryt größere Probleme bereitet als die Sulfide. Die Flotation im Pilotmaßstab erzielte Konzentrate mit höheren Gehalten und erforderte längere Flotationszeiten, um die gleichen Ausbringen wie bei den Versuchen im Labormaßstab zu realisieren.
The mining industry generates large amounts of tailings every year. The most common destination for the tailings is deposition in tailings storage facilities (TSFs), which can have enormous dimensions. The management and storage of such large volumes of material pose many challenges in terms of dam stability and immobilization of hazardous contaminants that represent human-health and environmental risks, particularly for sulfide-containing materials. In addition, considerable amounts of precious and base metals can be lost in the tailings. Due to the economic value and growing industrial demand for precious and base metals, tailings may therefore be potential sources of secondary raw materials. This research showed two case studies (from an active and a historical mine site) on the reprocessing of sulfidic mine tailings through flotation and the results obtained can contribute to the construction of knowledge about the reprocessing of sulfidic tailings. The approach adopted here focused on the removal of valuable and hazardous elements from the tailings and the generation of cleaner residues, with lower contaminant potential and with chemical and mineralogical characteristics more adequate for further applications (e.g. in the construction industry). The tailings from the active mine site presented a broad particle size distribution, therefore the flotation approach combined classic flotation and floc flotation (flotation of flocs of targeted minerals). Flotation of the material as received, as well as after classification into two fractions was performed. The samples as received and the coarser fraction (+37 µm) underwent classic flotation, while the finer fraction (-37 µm) was processed either by using the classic or the floc flotation approach. The flotation of the coarser particles provided higher sulfide recoveries, higher combined Cu-Pb-Zn grades in the concentrate (3.66%), cleaner residues (1.6% S), faster flotation rates, and reduced reagent consumption. Likewise, the results from the fine particle flotation allowed lower S content in the residues (3.4% S) as compared to the flotation of the original material. The results of the use of floc flotation for the finer fraction showed an increase in the mass pull with a slight increase in the recovery of sulfides. Overall the development of a route to process the tailings proved to be promising and the use of a two-route approach indicates advantages as compared to a single route. The tailings from the historical mine site, in addition to the sulfides, contained a relevant amount of barite. Therefore, flotation aiming for the separation of the barite was also performed after the sulfides removal. The tailings underwent classic flotation with several steps for the removal of sulfides and barite. Finally, trials in a pilot scale (100 L flotation cell) were performed to evaluate the transferability of the results to a larger scale. The results show that either the sulfides or the barite can be selectively recovered, with the barite posing more challenges than the sulfides. The flotation in the pilot scale enabled concentrates with higher grades and needed longer flotation times to achieve the same level of recovery as the bench-scale tests
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