Д.т.н. Сулейменов О.А.

Таразский государственный университет, Казахстан

Переработка фосфоритных руд

по схеме измельчение - сепарация

По вещественному составу фосфоритные руды месторождений Казахстана подразделяются на желваковые и вкрапленные (микрозернистые). Наиболее крупными залежами желваковых фосфоритов из Актюбинской группы месторождений обладает Чилисайское месторождение с запасами более 600 млн т.

Желваковые фосфориты после грохочения легко отделяются от пустой породы. А при отмывке в водной среде получают, так называемый, мытый концентрат. Эти концентраты обладают низким содержанием пятиокиси фосфора, поэтому фосфорная кислота, полученная путем ЭФК пригодна только для производства низкосортных удобрений. Ограниченность запасов пригодной к ЭФК богатой руды, а также неэкономичность и неэффективность подготовительных операций рядовых руд обуславливают необходимость изыскания новых путей привлечения некондиционных руд к химической переработке [1]. Многотоннажные отходы производства простых и сложных удобрений (фосфогипс, шламы и другие), накапливаемые на открытых бассейнах, являются постоянными источниками загрязнения окружающей среды [2].

В мировых запасах фосфоритов преобладают некондиционные руды карбонатного, кремнисто-карбонатного и карбонатно-кремнистого состава. С их освоением во все возрастающих объемах неминуемо придется столкнуться производителям фосфорных удобрений в XXI веке [3]. В крупнейшем в Евразии Каратауском бассейне по химическому составу и минералого-петрографическим характеристикам фосфоритов выделяются несколько разновидностей. Карбонатные фосфориты, фосфато-кремнистые сланцы, значительная часть кремнисто-карбонатных и кремнистых руд по составу не отвечают требованиям промышленности минеральных удобрений (Р₂О₅>24,5% ) и требуют предварительной подготовки (рисунок 5.1а ).

Из общих запасов разных типов фосфатного сырья бассейна Каратау высококачественные руды составляют примерно 10% . В большинстве случаев, руда состоит из микроскопических зерен фосфатного вещества и оолитов, сцементированных фосфатом или карбонатом. Трудно поддаются фосфориты к предварительной концентрации в водной среде из-за мелкокристаллических, вкрапленных частиц фосфатов. Даже отделение кремнистых минералов осложняется из-за необходимости тонкого измельчения руды вследствие высокой дисперсности включенного в фосфат халцедона. Поэтому эффективное использование месторождения является предметом непрерывных изысканий.

Экспериментальные исследования проведены с целью выявления возможности разделения вкрапленных фосфоритов Каратау в электронно-ионных процессах, в частности пневмоэлектростатической сепарацией в воздушной среде без предварительной классификации. Для освобождения зерен минералов, отличающихся тонким взаимным проростанием, требуется предварительное измельчение сырья до крупности 160 мкм и мельче. При такой крупности применение мокрых методов переработки требуют обесшламливания по классу ниже 50 мкм, выводя тем самым значительную часть исходного сырья в первичные отходы. Результаты настоящих исследований дают возможность снизить техногенные отходы в процессе предварительной подготовки руды к ЭФК и определить оптимальные параметры пневмоэлектростатической сепарации.

За основу механизма трибоэлектризации принято положение о переходе ионов от одного контактирующего вещества к другому, в результате различия концентрации в них носителей зарядов. Их общая концентрация в твердом теле зависит от наличия дефектов в структуре кристаллической решетки и состояния поверхности. Направление перехода носителей зарядов в общем случае определятся соотношениями величин работы выхода электронов контактирующих веществ.

На основании результатов полученных методом регистрации траекторий частиц [4] получено, что по мере уменьшения их эквивалентного радиуса r_экв преобладает тенденция к росту q/m. Следует ожидать увеличения эффективности разделения фосфатного сырья в пневмоэлектростатических сепараторах, в которых создаются оптимальные условия по трибоэлектризации и при разделении в электростатическом поле. На основании полученных данных была предположена возможность разделения тонкоизмельченного фосфатного сырья в пневмоэлектростатических сепараторах без предварительной классификации исходного сырья. При проведении ситовых анализов продуктов сепарации особый интерес представлял возможность разделения класса – 50 мкм. При мокрых способах для этого класса рекомендуется раздельная технология, поэтому после обесшламливания выводится из дальнейшего процесса.

При электростатической сепарации соотношения (q/m) является определяющим фактором для формирования траектории частиц, которая в свою очередь является следствием воздействия кулоновских сил (E ´ q) и mg . Рост соотношения q/m по мере уменьшения эквивалентного размера частиц указывает на возможность более эффективного разделения в электростатических сепараторах минерального сырья тонкого помола.

Опыты проводили на лабораторной установке с размерами электродов сепарационной камеры, выбранных путем масштабирования. Выбор режимных параметров производились при условии Re < Re_кр. Электрод с отрицательным потенциалом заземлен, высокое напряжение положительной полярности подавали на противоположный электрод. Исходное питание в сепаратор подавали в виде пылевоздушного потока. Наиболее оптимальное положение точки ввода материала в сепаратор определяли экспериментальным путем. Эти опыты проводили при отсутствии напряжения на электродах сепаратора, добиваясь минимального выхода хвостовой фракции. Таким образом установили, что питание целесообразно подавать в точке, сместив ее от центра сепарационной камеры в сторону отрицательного электрода на половину этого промежутка. При таком положении питающего патрубка проведены все лабораторные эксперименты.

Пылегазовый поток в нижней части сепаратора разделялся на три части. Со стороны положительного электрода отбирались хвосты, по центру сепарационной камеры - промежуточный продукт, и со стороны отрицательного электрода - концентрат. В число основных переменных параметров включены: температура предварительного нагревания материала, которую осуществляют в сушильном шкафу; температура, при которой материал подавали в питатель установки, и напряженность электростатического поля в сепараторе.

При переработке вкрапленного фоссырья Каратау, измельченного до крупности стандартной фосмуки тонкого помола, на пневмоэлектростатическом сепараторе без предварительной классификации исходного питания впервые получен эффект селективного разделения. Из рядового фосфорного сырья, содержащего 25,88% Р₂О₅ в различных режимах получены концентраты, содержащие 27,5-29,3% Р₂О₅ при извлечении соответственно 82-71%. Показана возможность получения более богатого концентрата 29-30,8% Р₂О₅ при объединении промпродукта с хвостами.

Из фосфатной руды месторождения Чилисай с 12% Р₂О₅ в сепараторах свободного падения с трубчатыми и жалюзийными электродами получена фосфоритная мука, содержащая 20,5% Р₂О₅ при извлечении до 80%. Из мытого концентрата, полученного по практикуемой на производстве технологии, содержащей 18% Р₂О₅ , в сепараторах свободного падения получен концентрат, содержащий 24,5% Р₂О₅ при извлечении 80%.

Литература

1. Копылев Б.А. Технология экстракционной фосфорной кислоты. Л. Химия. 1981. -224 с.

2. Омаров А.Т., Торегожина Ж.Р., Сулейменов И.Э., Каримов Т.У. Проблемы утилизации отходов фосфорной промышленности. //Вестник КазНУ. Серия химическая. – 2004. - №4 (36). -с. 231-234

3. Еганов Э.А., Ильин А.В., Соколов А.С. и др. Фосфаты в XXI веке. Под ред. Ю.А.Кипермана. Алматы-Тараз-Жанатас: 2006. -208 с.

4. Ангелов А.И., Верещагин И.П. и др. Физические основы электрической сепарации. Под ред. член-корр. АН СССР В.И. Ревнивцева. М.: Недра, 1983.- 271 с.