Технические науки /1. Металлургия

магистрант Чайзаданова М.Қ., доктор PhD Әділқанова М.Ә.,

к.т.н. Кокаева Г.А.

Восточно-Казахстанский государственный технический университет им. Д. Серикбаева, Казахский агротехнический университет им. С.Сейфуллина

Обзор технологий обогащения кварц-флюоритовых руд

Теоретические и экспериментальные исследования в области обогащения плавикошпатовых руд выполнялись в разное время учеными и исследователями ВНИИХТ, МЕХАНОБР, ВИМС, ЦНИГРИ, ИрГШ, «СибцветметНИИпроект» ИОНХ АН БССР, ЛГИ им. Плеханова, ВНИИГ, ДГП «ВНИИцветмет», ТОО «Казцинктех».

Возможность применения тех или иных методов обогащения зависит от неоднородности содержаний ценного компонента в порциях или кусках руды, размере вкрапленности и характере взаимопрорастания минералов ценного компонента и вмещающих пород, наличие глинистого материала, сопутствующих примесей и форм их нахождения. Эти параметры в значительной мере обусловлены отличиями в генезисе перерабатываемых руд. Изучение и учет влияния текстуры и структуры плавикошпатовых руд на результаты их обогащения позволяет осуществить научно-обоснованный выбор основных методов и схем переработки, определить оптимальные параметры основных технологических процессов, оптимальную глубину обогащения. Одновременно должен осуществляться поиск путей повышения полноты использования сырья и обеспечение производства высококачественной продукцией, характеризующейся повышенной конкурентоспособностью на мировом рынке, с одновременным снижением затрат на производство.

Истощение запасов богатых руд, содержащих более 35% фтористого кальция и высокие требования к выпускаемой продукции очень остро ставят вопрос совершенствования технологии обогащения флюоритовых руд.

Современные направления в обогащении флюоритовых руд обусловлены следующими требованиями потребителей плавикового шпата:

1. Обеспечение нужд металлургической промышленности в кусковом флюорите;

2. Обеспечение нужд химической и других отраслей промышленности в высококачественных флюоритовых флотоконцентратах, содержащих 95-99% CaF₂.

Наиболее распространенными методами, позволяющими решить эти задачи, являются рудоразборка, гравитация, электростатическая сепарация, флотация и большое число различного вида комбинированных технологий, сочетающих перечисленные выше механические методы или совместно с пиро- и гидрометаллургическими процессами разделения минералов [1].

Флюоритовые руды в сыром виде практически промышленностью не потребляются, так как содержат недостаточное количество флюорита для рентабельного их использования. Поэтому все типы флюоритовых руд подвергаются обогащению. Преимущественное распространение получило флотационное обогащение вследствие хорошей флотируемости флюорита и тонкой вкрапленности его в рудах.

Ручную и автоматическую сортировку применяют для обогащения богатых руд с целью получения флюоритовых концентратов металлургических сортов. Рудосортировку применяют для обогащения только крупнокускового богатого по флюориту материала (с размером куска не менее 20-25 мм). Поскольку большинство руд представлено тесным срастанием флюорита и кварца, рудоразборку дополняют другими методами обогащения, что увеличивает выход дефицитного кускового концентрата. Чаще всего этот метод используется в сочетании с отсадкой или флотацией. Рудоразборка – один из дешевых методов обогащения, но эффективность ее невелика. Основная причина – ограниченный нижний предел крупности (+20 мм) материала, что не обеспечивает раскрытие сростков и снижает извлечение плавикового шпата из руды [2].

Способность флюорита светиться в ультрафиолетовых лучах использована для разработки фото- и рентгенолюминесцентного методов предварительного обогащения плавикошпатовых руд. Еще более перспективно применение рентгенолюминесцентной сепарации, увеличивающей контрастность в сравнении с фотолюминесценцией.

Эффективность рудоразборки повышается с применением различных методов сортировки, обеспечивающих механизацию этого процесса. Так, например, в Забайкалье на флюоритовых рудах Усуглинского и Солонечненского месторождений испытан в промышленных условиях люмометрический метод разделения флюорита и кварца. Эта технология основана на использовании различий в спектрах свечения минералов под действием ультрафиолетовых лучей. Люмометрическая сепарация – метод высокопроизводительный, достаточно селективен и позволяет на простых по конструкции аппаратах при минимальных затратах получить металлургические сорта плавикового шпата.

Во Франции для сортировки руды используется электросепарация. Фирмой «Лурги» разработан электростатический сепаратор для разделения флюорита и кварца. Приводятся сведения, что при обработке руды, содержащей 55% флюорита и 45% кварца с примесью железа, с помощью такого сепаратора получен плавиковошпатовый концентрат, содержащий до 98% флюорита.

Гравитационное обогащение (отсадка, разделение в тяжелых суспензиях, разделение на гравитационных столах) применяется для руд, содержащих минералы, отличающиеся от флюорита по плотности. Флюорит при отсадке хорошо отделяется от галенита, сфалерита, хуже от кварца и кальцита. Разделение гравитационными методами производится с разностью в плотностях минеральных зерен флюорита и породы до 0,05 г/см³.

В связи с необходимостью получения кускового флюорита в первые годы освоения процесса обогащения руд применялись многокамерные отсадочные машины и концентрационные столы. Полученные гравитационные концентраты часто доводятся до более высоких кондиций флотационным методом. Этот метод дает неплохой результат при отделении флюорита от сульфидов, хуже – от барита, кальцита и кварца. Преимущество отсадки – возможность получения металлургических сортов плавиковошпатового концентрата, высокая производительность машин и низкая себестоимость операции обогащения; недостаток – невозможность переработки тонковкрапленных руд.

Процесс обогащения флюоритовых руд в тяжелых суспензиях широко распространен за рубежом. Показано, что он дает возможность обогащать материал большей крупности, чем на отсадочных машинах. Для разделения в тяжелых средах достаточно разницы в плотностях минералов до 100 кг/м³. Избирательность процесса ограничивается крупностью материала. В качестве утяжелителя обычно используют ферросилиций, галенит и магнетит. Выбор утяжелителя определяется во многом способом регенерации суспензии.

Флотация – наиболее современный и распространенный метод обогащения флюоритовых руд. Применяется для тонковкрапленных руд, когда крупность вкраплений флюорита ниже 0,5 мм. Она позволяет получать очень чистые продукты обогащения, содержащие 95-99% флюорита, при высоком извлечении его в концентрат. Флотация дает возможность выделить другие ценные компоненты (барит, сульфиды тяжелых металлов, редкометалльные минералы и др.) в одноименные продукты обогащения. Кроме того, она является единственным методом обогащения тонковкрапленных и сложных по составу руд. Существенное значение имеет близость флотационных свойств рудных и нерудных минералов, содержащихся в руде. Близкими по флотационным свойствам к флюориту являются кальцит и барит. Кварц, силикаты и сульфиды отличаются от флюорита более существенно, что обеспечивает лучшие показатели флотационного обогащения [3].

Одним из основных недостатков флотации вплоть до недавнего времени считали необходимость тонкого измельчения руды, что затрудняет возможность применения полученных концентратов в металлургической промышленности. Однако в настоящее время эти вопросы могут быть успешно решены введением в технологическую схему операции окомкования, или брикетирования концентратов. Следует отметить, что это направление является единственным источником увеличения выпуска кусковых концентратов, дефицит которых в связи с истощением запасов природного штуфного плавикового шпата с каждым годом увеличивается.

Анализ практики обогащения флюоритовых руд свидетельствует о том, что наиболее широкое распространение получили гравитационно-флотационные (комбинированные) и флотационные технологические схемы. Выбор типа технологической схемы определяется характером и размером вкрапленности минералов, их содержанием в руде и флотируемостью, наличием и характером шламов, требованиями к качеству концентратов, а также необходимостью комплексного использования сырья при минимальных затратах на обогащение.

Применение гравитационно-флотационной технологии наиболее эффективно при обогащении крупновкрапленных флюоритовых руд. Комбинированные схемы предусматривают получение крупнокусковых флюоритовых концентратов металлургических сортов или выведение значительной части породообразующих минералов из процесса переработки флюоритовых руд на ранних стадиях обогащения гравитационными методами, в качестве которых на обогатительных фабриках применяют отсадку и обогащение в тяжелых суспензиях. Последующую доводку черновых флюоритовых концентратов, а также обогащение руд в тех случаях, когда гравитационные методы использовались для предконцентрации минеральной массы, осуществляют методом флотации.

Схемы флотационного обогащения кварц-флюоритовой руды в общем случае сравнительно просты: обычно они предусматривают основную, контрольную и несколько перечистных операций. Если порода представлена силикатными минералами, высокое извлечение флюорита достигается небольшими загрузками (0,2-0,3 кг/т) оксигидрильного собирателя и жидкого стекла.

Для повышения селективности флотации флюорита из карбонатных руд депрессия кальцита осуществляется обычно в сильнощелочной среде, создаваемой едким натром (0,4-0,6 кг/т), последовательной загрузкой жидкого стекла с модулем 2,6-2,8 (0,45-0,6 кг/т) и соли алюминия (0,6-0,8 кг/т). Дополнительная загрузка декстрина (0,6 кг/т), лигнин-сульфоната или других подобных им органических реагентов усиливает депрессию кальцита и активирует флотацию флюорита [4].

Качество концентратов, получаемое по схемам механического обогащения, не всегда удовлетворяет потребителей. Улучшение качества производится с помощью химической доводки, за счет которой содержание флюорита повышается до 97%. Флотационные концентраты обычно окомковываются, что решает проблему их транспортировки и удовлетворяет требованиям по крупности к флюоритовому сырью для металлургии.

Таким образом, технология переработки плавикошпатового сырья, применяемая на промышленных обогатительных фабриках, определяется технологическими типами руд, отличающимися минеральным составом и крупностью вкраплений рудных и нерудных минералов.

Литература:

1. Эйгелес М.А. Основы флотации несульфидных минералов. Кзд. 2-е перераб. и доп. М.: Недра, 1964. 407 с.

2. Коплус А.В., Коротаев В.В. Минеральное сырье. Флюорит //Справочник. М.: ЗАО «Геоинформмарк», 1997. 32 с.

3. Годэн A.M. Основы обогащения полезных ископаемых. Пер. с англ. И.Н. Плаксина. М.: Государственное научно-техническое издательство литературы по черной и цветной металлургии, 1946. 535 с.

4. Абрамов А.А. Переработка и комплексное использование твердых полезных ископаемых. Учебник для вузов. В 3 т. М.: Издательсво Московского государственного горного университета, 2004. Т. 2 Технология обогащения полезных ископаемых. 510 с.