УДК 669.017:536

Г.Ж. Жунусова, М.Ж Буленбаев , О.А. Кальянова, Х.С. Устемиров

“НАО” КазНИТУ имени К.И. Сатпаева, Алматы, Республика Казахстан

 

ИССЛЕДОВАНИЕ ФАЗОВОГО И ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВОВ НИЗКОСОРТНЫХ СУЛЬФИДНЫХ ЦИНКОВЫХ КОНЦЕНТРАТОВ

 

Аннотация. В данной работе  изучен фазовый и химический состав цинковых концентратов Николаевского и Ново-Широкинского месторождений Республики Казахстан. Показано, что концентраты представлены в основном сульфидными (сфалерит, пирит, галенит) и породообразующими минералами (альбитом и кварцем, гипс и доломит). Установлено, что данные цинковые сульфидные концентраты являются низкосортными.

                             

 Ключевые слова: рентгенодифрактометрический анализ, фазовый состав, атомно-абсорбционный анализ, дифрактограмма, сфалерит, пирит, галенит, альбит, кварц, гипс и доломит.

 

В мировой практике цинк в основном производится из сульфидных концентратов по традиционной технологии («обжиг концентратов цинка – выщелачивание огарков – очистка растворов – электролиз цинка с получением металлического цинка»), которые эффективны для переработки сульфидных концентратов, богатых по содержанию цинка (содержание цинка более 50%). Уменьшение содержания цинка в низкосортных сульфидных концентратах отражается на показателях технологии. Так, например, на стадии выщелачивания: уменьшается степень извлечения цинка, меняется состав раствора и кека,  распределение сопутствующих элементов [1, 2].    

Для выбора оптимальной технологии переработки сульфидных цинковых концентратов важно знать содержание в них цинка.

В Казахстане происходит постепенное истощение запасов богатых цинксодержащих руд, в переработку все больше вовлекается низкосортное полиметаллическое сырье, имеющее низкое качество по содержанию цинка, железа и меди: <50% цинка, >9% железа, 2-4% меди. В республике к числу низкосортных сульфидных цинковых концентратов  относятся концентраты Николаевского и Ново-Широкинского месторождений, поступающие на переработку в Риддерский металлургический комплекс ТОО «Казцинк». 

В целях получения информации о фазовом и количественном элементном составе этих концентратов и выбора технологии их переработки были проведены следующие физико-химические анализы:

– рентгенодифрактометрический анализ;

– химический и атомно-абсорбционный анализы.

Рентгенодифрактометрический анализ проведен на автоматизированном дифрактометре ДРОН-3 с CuКa  – излучением, β-фильтр. Условия съемки дифрактограмм: U=35 кВ; I=20 мА; шкала: 2000 имп.; постоянная времени 2 с; съемка θ-2θ; детектор 2 град/мин. Рентгенофазовый анализ на полуколичественной основе выполнен по дифрактограммам порошковых проб с применением  метода равных навесок и искусственных смесей. Определялись количественные соотношения кристаллических фаз. Интерпретация дифрактограмм проводилась с использованием данных картотеки ICDD: база порошковых дифрактометрических данных PDF2 (Powder Diffraction File) и дифрактограмм  чистых от примесей минералов [3, 4].

Результаты рентгенодифрактометрического  анализа:

1) межплоскостные расстояния и фазовый состав 2-х параллелей проб № 1, 2 концентрата Николаевского месторождения  (таблица 1) и 2-х параллелей  проб № 3,4 концентрата Ново-Широкинского месторождения (таблица 3);

2) дифрактограммы 2-х параллелей проб № 1,2  концентрата Николаевского месторождения (рисунки 1-2, таблица 2) и  2-х параллелей проб № 3,4  концентрата Ново-Широкинского месторождения (рисунки 3-4, таблица 4);

3) результаты полуколичественного рентгенофазового анализа 2-х параллелей проб № 1, 2 концентрата Николаевского месторождения (таблица 2) и 2-х параллелей проб № 3, 4 концентрата Ново-Широкинского месторождения (таблица 4).

 

Таблица 1 – Межплоскостные расстояния и фазовый состав концентрата Николаевского месторождения  (пробы №1, 2)

проба №1

проба №2

d, Å

I %

Фаза

d, Å

I %

Фаза

1

2

3

4

5

6

7,59912

2,2

гипс

7,59853

2,4

гипс

5,45362

1,4

 

5,44669

1,7

 

4,39072

2,0

 

4,95307

1,3

 

4,26209

2,7

 

4,38813

2,2

 

4,02611

1,6

 

4,26074

3,0

 

3,80589

2,1

 

3,80556

2,2

 

3,61823

1,3

 

3,62083

1,6

 

3,33965

3,0

кварц

3,33934

3,4

кварц

3,21722

2,6

альбит

3,21612

2,8

альбит

3,12427

100,0

сфалерит

3,12476

100,0

сфалерит

3,03766

3,3

кальцит

3,03850

3,7

кальцит

3,00425

3,1

 

3,00474

3,2

 

2,96621

2,3

галенит

2,96854

2,0

галенит

2,89285

3,3

доломит

2,89265

2,3

доломит

2,76622

1,6

 

2,76278

1,9

 

2,70663

7,8

пирит

2,70696

7,6

пирит

2,28029

1,2

 

2,42100

1,8

 

2,20943

1,3

 

2,27046

1,3

 

2,06735

2,1

 

2,21469

1,4

 

2,02977

1,9

 

2,16280

1,6

 

1,97245

1,8

 

2,11884

1,5

 

1,91308

98,4

 

2,06669

2,5

 

1,87205

1,7

 

2,02527

1,9

 

1,85405

1,9

 

1,97314

1,6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1 – Дифрактограмма образца   концентрата Николаевского месторождения (проба № 1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 2 – Дифрактограмма образца  концентрата Николаевского месторождения (проба № 2)

 

Таблица 2 – Результаты полуколичественного рентгенофазового анализа проб № 1, 2

Проба №1

Проба №2

Название фазы

Формула

С, %

Название фазы

Формула

С, %

Sphalerit

ZnS

87,3

Sphalerit

ZnS

84,2

Pyrite

FeS2

2,7

Pyrite

FeS2

3,8

                  

   Продолжение таблицы 2

Albite

(Na0.75Ca0.25)

(Al1.26Si2.74O8)

1,5

Albite

(Na0.75Ca0.25)

(Al1.26Si2.74O8)

2,6

Calcite

Ca(CO3)

2,3

Calcite

Ca(CO3)

2,3

Gypsum

Ca(SO4)(H2O)2

1,8

Gypsum

Ca(SO4)(H2O)2

2,2

Quartz

SiO2

1,6

Quartz

SiO2

1,6

Dolomite

CaMg(CO3)2

2,2

Dolomite

CaMg(CO3)2

1,6

Galena

PbS

0,5

Galena

PbS

1,6

 

Согласно результатам полуколичественного рентгенофазового анализа цинковый концентрат Николаевского месторождения представлен в основном сульфидами (в порядке убывания по содержанию компонентов): сфалерит (84,2 – 87,3 %), пирит (2,7 – 3,8 %), галенит (0,5 – 1,6 %). Породообразующие минералы: альбит и кварц составляют от 1,5 до 2,6 % и 1,6 % соответственно, а минералы класса карбонатов: гипс составляет от 1,8 до 2,2 % и доломит  - от 1,6 до 2,2 % в параллелях.

По результатам полуколичественного рентгенофазового анализа цинковый концентрат Ново–Широкинского месторождения также представлен в основном сульфидами (в порядке убывания по содержанию компонентов): сфалерит (83,4 – 86,8 %), пирит (2,8 – 3,2 %), галенит (0,3 – 1,8 %). Породообразующие минералы составляют: альбит (1,6 – 1,8 %) и кварц (2,9 – 3,3 %), а минералы класса карбонатов: гипс  составляет от 1,9 до 2,1 % в параллелях, а доломит 1,3 %.

 

Рисунок 3 – Дифрактограмма образца  концентрата

Ново-Широкинского месторождения (проба № 3)

 

Таблица 3 – Межплоскостные расстояния и фазовый состав концентрата Ново-Широкинского месторождения (пробы № 3, 4)

Проба № 3

Проба № 4

d, Å

I %

Фаза

d, Å

I %

Фаза

7,59912

2,2

гипс

7,61150

2,8

гипс

5,45362

1,4

 

5,43853

2,1

 

4,39072

2,0

 

4,38949

4,0

 

4,26209

2,7

 

4,26351

4,0

 

4,02611

1,6

 

4,02070

2,8

 

3,80589

2,1

 

3,80628

3,0

 

3,61823

1,3

 

3,62436

2,1

 

3,33965

3,0

кварц

3,33735

4,3

кварц

3,21722

2,6

альбит

3,21682

3,4

альбит

   

   Продолжение таблицы 3

3,12427

100,0

сфалерит

3,12275

100,0

сфалерит

3,03766

3,3

кальцит

3,03713

9,6

кальцит

2,96621

2,3

галенит

2,96892

6,5

галенит

2,89285

3,3

доломит

2,76476

2,3

 

2,70663

7,8

пирит

2,70670

11,3

пирит

2,28029

1,2

 

2,42379

3,5

 

2,20943

1,3

 

2,21267

3,0

 

2,06735

2,1

 

2,16202

1,9

 

2,02977

1,9

 

2,09656

2,7

 

1,97245

1,8

 

2,06618

3,4

 

1,91308

98,4

 

2,01002

2,1

 

1,87205

1,7

 

1,91320

67,9

 

1,85405

1,9

 

1,87000

3,2

 

1,80735

1,3

 

1,85543

4,2

 

1,70126

1,4

 

1,81500

2,5

 

 

 

Таблица 4 – Результаты полуколичественного рентгенофазового анализа (2-х параллелей  проб № 3, 4 Ново-Широкинского месторождения )

Проба №3

Проба №4

Название фазы

Формула

С, %

Название фазы

Формула

С, %

Sphalerit

ZnS

86,8

Sphalerit

ZnS

83,4

Pyrite

FeS2

2,8

Pyrite

FeS2

3,2

Albite

(Na0.75Ca0.25)

(Al1.26Si2.74O8)

1,6

Albite

(Na0.75Ca0.25)

(Al1.26Si2.74O8)

1,8

Calcite

Ca(CO3)

2,3

Calcite

Ca(CO3)

4,4

Gypsum

Ca(SO4)(H2O)2

1,9

Gypsum

Ca(SO4)(H2O)2

2,1

Quartz

SiO2

2,9

Quartz

SiO2

3,3

Dolomite

CaMg(CO3)2

1,3

Dolomite

CaMg(CO3)2

-

Galena

PbS

0,3

Galena

PbS

1,8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 4 – Дифрактограмма образца    концентрата Ново-Широкинского месторождения (проба №4)

 

Результаты химического анализа исходных сульфидных цинковых концентратов Николаевского и Ново-Широкинского месторождений представлены в таблице 5. Проба № 5 характеризует среднее содержание химических элементов в  концентрате Николаевского месторождения, полученного от анализов 3-х параллельных проб, а проба № 6 – среднее содержание химических элементов  в концентрате  Ново-Широкинского месторождения, полученного также от анализов 3-х параллельных проб.

 

Таблица 5 – Химический состав концентратов

№ пробы

Месторождение концентрата

Массовая доля определяемых элементов,%

Zn

Fe

Cu

Pb

SiO2

Sобщ

SSO4

Cd

5

Николаевское

46,95

5,59

2,06

2,31

3,52

27,66

5,14

0,20

6

Ново-Широкинское

36,76

9,64

3,98

3,95

2,84

29,95

5,5

0,23

 

Продолжение таблицы 5

№ пробы

Месторождение концентрата

Массовая доля определяемых элементов,%

As

Sb

Co

Mn

MgO

CaO

Ag,г/т

Au,г/т

5

Николаевское

0,036

0,13

0,001

0,21

0,44

0,91

190,71

4,45

6

Ново-Широкинское

0,109

0,13

0,001

0,024

0,35

0,82

325,41

4,55

 

Химический анализ концентратов Николаевского и Ново-Широкинского месторождений показал, что концентраты являются низкосортными, на что указывают низкие содержания цинка, железа и меди в концентратах.

Выводы:

Проведенные исследования фазового и элементного составов показали, что концентраты Николаевского и Ново-Широкинского месторождений Республики Казахстан являются низкосортными сульфидными цинковыми концентратами. Традиционная технология для извлечения ценных компонентов из этих концентратов будет неэффективной. В голове технологической схемы переработки концентратов Николаевского и Ново-Широкинского месторождений Казахстана наиболее целесообразно применить автоклавную технологию вскрытия и высокотемпературного выщелачивания ценных компонентов в продуктивный раствор.

 

 

 

 

 

 

Литература:

 

1 Болатбаев К.М. Исследование закономерностей высокотемпературного гидрохимического окисления сульфидов цинка, свинца, железа и разработка на их основе комбинированных схем переработки труднообогатимых полиметаллических руд. - Дисс. на соискание ученой степени д.т.н. – г.Екатеринбург, 2006.

2 Шпаер В.М. Высокотемпературное автоклавное выщелачивание низкосортных сульфидных цинковых концентратов. – Дисс. на соискание ученой степени к.т.н. – г. Санкт-Петербург, 2010.

3 Горелик С.С., Расторгуев Л.Н., Скаков Ю.А. Рентгенографический и электронно - оптический анализ. М.: Металлургия, 1970.

4 Миркин Л.И. Справочник по рентгеноструктурному анализу поликристаллов. М.: Физматиздат,1960.