CC BY
117
9. Основные санитарные правила обеспечения радиационной безопасности (ОСПОРБ-99/2010): СП 2.6.1.261210: пост. Главного государственного санитарного врача РФ от 26.04.2010 № 40 (ред. от 16.09.2013). Доступ из СПС «КонсультантПлюс».
10. Гигиенические требования по ограничению облучения населения за счет источников ионизирующего излучения: СанПиН 2.6.1.2800-10: пост. Главного государственного санитарного врача РФ от 24.12.2010 N 171. Доступ из СПС «КонсультантПлюс».
Сведения об авторах Смирнов Андрей Анатольевич
инженер 1-й категории, эксперт, Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И. В. Тананаева ФИЦ КНЦ РАН, г. Апатиты, Россия; ООО «РусАтомЭкспертиза», г. Москва, Россия smirnov@chemy.kolasc.net.ru Икконен Петр Владимирович
инженер 1-й категории, Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И. В. Тананаева
ФИЦ КНЦ РАН, г. Апатиты, Россия
Ikkonen.p@mail.ru
Кознов Александр Венедиктович
кандидат физико-математических наук, генеральный директор, ЗАО «ТЕХНОИНВЕСТ АЛЬЯНС», г. Москва, Россия
koznov@columbite.ru
Соколов Владимир Дмитриевич
управляющий директор — руководитель проекта, ЗАО «ТЕХНОИНВЕСТ АЛЬЯНС», г. Москва, Россия, sokolov@columbite.ru
Smirnov Andrey Anatolievich
Engineer, Expert, I. V. Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of the Federal Research Centre "Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences", Apatity, Russia, RusAtomEkspertiza Open Company, Moscow, Russia smirnov@chemy .kolasc .net.ru Ikkonen Pyotr Vladimirovich
Engineer, I. V. Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of the Federal Research
Centre "Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences", Apatity, Russia
Ikkonen.p@mail.ru
Koznov Alexander Venediktovich
PhD (Physics & Mathematics), Director general, TEKHNOINVEST ALYANS JSC, Moscow, Russia koznov@columbite.ru
Sokolov Vladimir Dmitrievic
Managing Director — Project Manager, TEKHNOINVEST ALYANS JSC, Moscow, Russia sokolov@columbite.ru
DOI: 10.25702/KSC.2307-5252.2018.9.1.196-200 УДК 622.765 : 621.039
НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПОДГОТОВКИ И ПЕРЕРАБОТКИ ПЕРОВСКИТА М. С. Хохуля1, Л. Г. Герасимова2, А. И. Николаев2
1 Горный институт ФИЦ КНЦ РАН, г. Апатиты, Россия
2 Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И. В. Тананаева ФИЦ КНЦ РАН, г. Апатиты, Россия
Аннотация
Предложен эффективный метод выделения перовскитового концентрата, содержащего до 50 % диоксида титана, основанный на гравитационном принципе разделения материала с использованием винтовой сепарации и концентрации его на столе. Показано, что добавка в реакционную массу при азотнокислотном вскрытии концентрата 2-3 мас. % NH4HF2 способствует более интенсивному разрушению зерен минерала за счет высокой активности реагента. Предварительное тонкое измельчение концентрата способствует повышению скорости разложения и снижению продолжительности процесса в 2,5-3 раза. Реализация полученных результатов позволит повысить технологичность схем подготовки и переработки перовскитового концентрата. Ключевые слова:
руда, перовскит, диоксид титана, магнитная сепарация, гравитационное обогащение, концентрат, азотнокислотное разложение, извлечение компонентов в жидкую фазу, степень вскрытия.
NEW TECHNOLOGICAL SOLUTIONS FOR PREPARING AND PROCESSING PEROVSKITE
M. S. Khokhulya1, L. G. Gerasimova2, A. I. Nikolaev2
1 Mining Institute of the Federal Research Centre "Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences", Apatity, Russia
21. V. Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials
of the Federal Research Centre "Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences", Apatity, Russia
Abstract
Authors propose an effective method for yielding perovskite concentrate containing up to 50 % of titanium dioxide based on the gravitational principle of material separation using spiral separation and further concentration on a table. It has been shown that the addition of 2-3 % of the NH4HF2 mass fraction to the reaction mass during the nitric acid opening of the concentrate promotes more intensive destruction of the mineral grains due to the high activity of the reagent. Preliminary fine grinding of the concentrate helps to increase the rate of decomposition and reduce the duration of the process by 2,5-3 times. Implementation of the obtained results will allow increasing the feasibility of preparation and processing schemes for perovskite concentrate. Keywords:
ore, perovskite, titanium dioxide, magnetic separation, gravity concentration, concentrate, nitric acid decomposition, extraction of components into liquid phase, degree of opening.
Одним из наиболее перспективных и изученных объектов редкометалльного сырья является Африкандское месторождение перовскитовых руд. Общие запасы руд месторождения составляют 626,2 млн т, в которых сосредоточено до 52,2 млн т TiO2. Среднее содержание диоксида титана в рудах составляет 9,2 %.
Перовскитовые руды занимают особое место из-за специфики химического состава перовскита (около 5556 % двуокиси титана, примерно 1 % пятиокисей тантала и ниобия и до 4 % суммы редких земель) и отсутствия аналогов промышленной эксплуатации подобных руд в мировой практике. В среднем руда содержит до 45 % полезных компонентов, представленных двумя минералами: перовскитом — 21,5 % и титаномагнетитом — 23,5 %; титаномагнетит содержит 60-63 % железа, 6-9 % TiO2 и 0,1 % V2O5 [1].
Характеристика вещественного состава руды (рис. 1), прошедшей цикл дробления, показала наличие в ней более 15 % перовскита, 10,6 % титаномагнетита, около 71,0 % темноцветных минералов. Незначительную часть пробы (около 3,0 %) составляют кальцит, также полевой шпат, реже нефелин, а также присутствуют единичные зерна сфена и оливина (рис. 1, а).
а б
Рис. 1. Характеристика вещественного состава перовскитовой руды: а — минеральный состав (Prv — перовскит, Pyr — пироксены, TiMag — титаномагнетит, Cal — кальцит, et al. — прочие); б — выход класса, содержание и распределение TiO2 по классам крупности в измельченной руде
Показано, что наиболее полное раскрытие зерен перовскита и титаномагнетита от сростков достигается измельчением руды в шаровой мельнице при крупности измельчения 0,315 мм. В этом случае выход класса +0,315 мм составляет 17,5 % с распределением в него до 11,4 % TiO2 (рис. 1, б). Количество материала, сосредоточенного в самой мелкой фракции -0,071 мм, не превышает и 20 % при содержании в нем около 7,9 % диоксида титана.
Существующее различие в значениях средней плотности между титаномагнетитом от 5 г/см3 и породообразующими минералами до 2,7 г/см3 (кальцит, полевой шпат, нефелин), а также наличие минералов промежуточной плотности не более 4 г/см3 (перовскит, роговая обманка, диопсид, эгирин) указывает на возможность использования гравитационного процесса обогащения для переработки перовскитовой руды.
На основе изучения ее минералого-технологических особенностей разработана технологическая схема обогащения, которая включает в себя измельчение руды, магнитную сепарацию в слабом поле для выделения титаномагнетитового концентрата и последующее гравитационное обогащение немагнитной фракции магнитной сепарации методами винтовой сепарации и концентрации на столе с получением чернового перовскитового концентрата, промпродукта и отвальных хвостов. Технологические показатели получения перовскитового концентрата из немагнитной фракции магнитной сепарации на основе ее гравитационного обогащения приведены в табл. 1.
Таблица 1
Результаты гравитационного обогащения перовскитовой руды
Продукт Выход, % Содержание TiO2, % Распределение TiO2, %
Титаномагнетитовый концентрат 11,2 8,67 8,5
Гравитационный концентрат 7,3 50,0 32,3
Промпродукт 35,7 13,21 41,8
Циркулирующий продукт 11,9 5,85 6,2
Шламы 5,7 7,59 3,8
Отвальные хвосты 28,2 2,93 7,4
Исходная руда 100,0 11,28 100,0
Таким образом, установлена принципиальная возможность получения перовскитового концентрата, содержащего до 50 % диоксида титана при извлечении более 32 % TiO2 с выделением промпродукта, в котором сосредоточено порядка 42 % двуокиси титана. Как показали предварительные результаты его доводки флотацией, возможно дополнительное повышение извлечение TiO2 в коллективный концентрат на 20-25 % [2].
Состав образцов перовскитовых концентратов, полученных по гравитационной технологии обогащения, оценивались рентгенофлуоресцентным анализом. В табл. 2 приведены результаты этих анализов по основным химическим компонентам.
Таблица 2
Химический состав образцов перовскитового концентрата (основные компоненты)
№ образца Содержание компонентов, мас. %
ТО2 CaO SiO2 Fe2Oз Та205 Р2О5 X рзэ ТЮ2
1 50,6 30,5 3,4 2,9 1,2 0,15 0,45 4,79 0,05
2 50,0 29,5 6,7 4,0 1,0 0,14 0,1 4,95 0,05
3 50,8 30,9 4,7 3,6 1,2 0,14 - 4,63 0,07
Изучено взаимодействие измельченного перовскита (фракция менее 40 мкм) с азотной кислотой. Эксперимент проводили по следующей методике. Навеску концентрата в количестве 165 г загружали в раствор азотной кислоты концентрации 50 % НNO3. Объемный расход кислоты к массе концентрата Уж: Т = 4,5 : 1. Далее пульпу постепенно нагревали до кипения (113-115 °С) и выдерживали при перемешивании в течение 10 ч с возвратом паро-газовой фазы в зону реакции [3]. В названных условиях происходит выщелачивание компонентов и распределение их в гидратированный осадок (титан, редкие металлы и железо) и жидкую фазу (кальций, РЗЭ и торий). На рис. 2 приведены данные по выщелачиванию титана и кальция из перовскита. ГП -осадок отделяли фильтрованием и промывали водой. Установлено, что в его состав входят несколько фаз и главные из них титановые фазы в виде анатаза и рутила, а также невскрытые частицы перовскита. Для определения состава рентгенофлуоресцентным анализом проводили прокаливание осадка при 850 °С. (оп. 1 в табл. 3). Значительное содержание невскрытого концентрата свидетельствует о низкой степени его разложения
Время, ч
Рис. 2. Поведение титана и кальция при взаимодействии концентрата с азотной кислотой
Таблица 3
Фазовый состав образцов после их сушки при 110 °С
№ опыта Добавка NH4HF2, % chno3,% шш, % Фазовый состав (РФА), мас. %
анатаз рутил перовскит
1 0 50 6.5 52 - 48
2 1 50 4.4 55 5 40
3 3 50 5.0 70 10 20
4 5 50 2.3 30 35 35
Добавка на вскрытие концентрата гидрофторида аммония в количестве 3 % по отношению к массе исходного концентрата способствует повышению степени его разложения с 52 до 80% (оп. 3). Увеличение расхода фторсодержащего реагента (от 0 до 5 мас. %) сопровождается ростом степени его рутилизации от 0 до 35 %. Судя по содержанию в осадках кальция (СаО) можно судить и о степени разложения концентрата. С учетом данных табл. 4 степень разложения концентрата: 1 — 50 %; 2 — 59,2 %; 3 — 79,7 %; 4 — 55 %.
Таблица 4
Степень извлечения компонентов в прокаленный ГП от их исходного содержания
в навеске концентрата, мас. %
Компонент 1 2 3 4
CaO 48,9 40,8 20,3 45,0
TiO2 92,0 98,8 100 89,0
Fe2O3 25,8 65,7 56,7 38,2
Lа2Oз 54,0 50,6 21,4 41,0
CeO2 56,0 51,7 20,8 48,5
ThO2 24,9 15,6 19,9 33,0
Определена степень извлечения компонентов в гидратированный ГП-осадок, образующегося при азотнокислотном разложении концентрата (табл. 4).
Показатели извлечения РЗЭ из концентрата в азотнокислотный раствор подтверждают приведенные выше значения степени его разложения (рис. 5). Резкое снижение степени разложения перовскита в опыте 4 с расходом гидрофторида аммония 5 % объяснить на данный момент не представляется возможным.
Таблица 5
Степень извлечения компонентов из концентрата в азотнокислотный раствор (фильтрат + репульпат)
Компонент 1 2 3 4
степень извлечения в фильт рат (ф) + репульпат (р), %
CaO 34,2 44,61 63,6 42,8
TiO2 1,67 0,40 0,30 1,06
Fe2O3 89,0 88,9 78,8 88,6
Ьа203 72,0 81,9 90,2 -
Ce02 74,1 79,9 88,4 -
Th02 66,0 93,4 84,6 58,5
На основании результатов проведенных исследований предложен и опробован в укрупненном масштабе эффективный метод выделения перовскитового концентрата, основанный на гравитационном принципе разделения материала с использованием винтовой сепарации и концентрации его на столе. Способ обеспечивает получение концентрата, содержащего до 50 % диоксида титана. Найдены условия для повышения степени разложения перовскитового концентрата азотной кислотой, и показано, что добавка в реакционную массу 2-3 мас. % NH4HF2 способствует более интенсивному разрушению зерен минерала за счет высокой активности реагента [4]. Предварительное тонкое измельчение концентрата способствует повышению скорости разложения и снижению продолжительности процесса в 2,5-3 раза. Разработанные решения можно использовать для повышения технологичности схемы переработки перовскитового концентрата.
Литература
1. Каледонский комплекс ультраосновных, щелочных пород и карбонатитов Кольского полуострова и Северной Карелии: сб. ст. / А. А. Кухаренко и др. М.: Недра, 1965. С. 335-339.
2. Обоснование гравитационно-магнитной технологии получения перовскитового концентрата с выделением из него редких и редкоземельных элементов / М. С. Хохуля и др. // Актуальные вопросы получения и применения РЗМ и РМ-2017: сб. мат-лов междунар. науч.-практич. конф. 2017. С. 138-147.
3. Перовскитовый концентрат — перспективное нетрадиционное сырье для производства титановой и редкометалльной продукции / А. И. Николаев и др. // Комплексное использование минерального сырья (КИМС). 2015. № 2. C. 26-34.
4. Линкевич Е. Г., Соколов С. В. Поведение перовскита в процессе гидрометаллургического передела // Технологическая минералогия природных и техногенных месторождений: сб. ст. IX Российского семинара по технологической минералогии (Магнитогорск, 22-24 апреля 2014 г.). Петрозаводск, 2015. С. 33-37.
Сведения об авторах Хохуля Михаил Степанович
кандидат технических наук, Горный институт ФИЦ КНЦ РАН, г. Апатиты, Россия
mike@goi.kolasc.net.ru
Герасимова Лидия Георгиевна,
доктор технических наук, Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И. В. Тананаева ФИЦ КНЦ РАН, г. Апатиты, Россия gerasimova@chemy.kolasc.net.ru Николаев Анатолий Иванович
член-корреспондент РАН, доктор технических наук, Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья
им. И. В. Тананаева ФИЦ КНЦ РАН, г. Апатиты, Россия
nikol_ai@chemy.kolasc.net.ru
Khokhulya Mikhail Stepanovich
PhD (Engineering), Mining Institute of the Federal Research Centre "Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences", Apatity, Russia mike@goi.kolasc.net.ru Gerasimova Lidia Georgievna
Dr. Sc. (Engineering), I. V. Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of the Federal Research Centre "Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences", Apatity, Russia gerasimova@chemy.kolasc.net.ru
Nikolaev Anatoly Ivanovich
Corresponding Member of the RAS, Dr. Sc. (Engineering), I. V. Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of the Federal Research Centre "Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences", Apatity, Russia nikol_ai@chemy.kolasc.net.ru
DOI: 10.25702/KSC.2307-5252.2018.9.1.200-203 УДК 338.45 : 001.895 (985)
СОЗДАНИЕ И РЕАЛИЗАЦИЯ ИННОВАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ ПРЕДПРИЯТИЙ АРКТИКИ: ПРОБЛЕМЫ И ВОЗМОЖНОСТИ
В. А. Цукерман
ФГБУН ФИЦ Кольский научный центр РАН, г. Апатиты, Россия Аннотация
Показан низкий уровень инновационной активности на арктических предприятиях. На примере создания и реализации инновационной технологии переработки медно-никелевых файнштейнов на комбинате «Североникель» показаны возможности решения проблем инновационно-промышленного развития предприятий Арктики. Ключевые слова:
технология, инновации, предприятие, Арктика, файнштейн, переработка, измельчение, методика.
CREATION AND IMPLEMENTATION OF INNOVATION TECHNLOGIES FOR ENTERPRISES OF THE ARCTIC: CHALLENGES AND POTENTIALITIES
V. A. Tsukerman
Federal Research Centre "Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences", Apatity, Russia Abstract
The work shows the level of innovation activities at the Arctic enterprises. Using the example of creating and implementing an innovative technology for processing copper-nickel feinsteins at "Severonickel" plant, the potentialities for solving the problems of innovation and industrial development of the Arctic enterprises, are shown. Keywords:
technology, innovations, enterprise, Arctic, feinstein, processing, crushing, methods.
