CC BY
97
УДК 622. 7. 016. 622. 341. 11 Т.Н. Гзогян
ПРОГНОЗНАЯ ОБОГАТИМОСТЬ ЖЕЛЕЗИСТЫХ КВАРЦИТОВ ПРИОСКОЛЬСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ НА ОСНОВЕ МИНЕРАЛОГО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ
Приведены результаты минералого- технологического изучения свойств железистых кварцитов Приоскольского месторождения КМА. Показана значительная неоднородность основного рудного минерала - магнетита и приведены его состав и свойства, которые необходимо учитывать в процессе переработки и, особенно, выборе способа рудоподготовки.
Ключевые слова: железистые кварциты, магнетит, маггемит, силикатный комплекс, измельчаемость, обогатимость.
Семинар № 26
~щу уды Приоскольского месторож-
-ИГ дения КМА рассматриваются как перспективная сырьевая база проектируемого Приоскольского ГОКа. Утвержденные на месторождении запасы представлены: неокисленными (97.9 % общих запасов) и окисленными (0.9%) железистыми кварцитами и природнобогатыми (1.2%) железными рудами [1].
По главным минералам выделены минералого-петрографические разновидности: магнетитовые, силикато-
магнетитовые, гематито-магнетито-вые, малорудные. Наибольший интерес для исследований представляют магнетито-вые и силикато-магнети-товые, на их долю приходится 95.0 %. Минералоготехнологические исследования проводились на образцах керновых проб по схеме, представленной на рис. 1.
Минералогические исследования кроме данных о составе и текстурноструктурных особенностях кварцитов, дают сведения о технологических свойствах рудообразующих минералов, зависящих от формы выделений минералов, их состава, кристаллической струк-
туры, степени ее упорядоченности, типа и особенностей распределения микропримесей в минералах.
Минералогическими исследованиями установлено, что магнетитовые кварциты характеризуются чередованием прослоев существенно-магнети-товых (от 1 до 4 мм) с существенно- кварцевыми (от 2 до 10 мм) и силикатными (от10 до 20 мм), между которыми четкая граница, как правило, отсутствует. Средняя часть рудных прослоев обогащена оксидом железа (до 90%), в краевых частях рудная и нерудная части примерно одинаковы, для верхней и нижней части характерно присутствие отдельных кристаллов рудной фазы в нерудной массе.
Магнетит ^е304) - основной рудообразующий минерал, представлен как отдельными зернами, так и агрегатами. Форма зерен магнетита гипидиоморф-ная, идиоморфная, в магнетитовых прослоях образует полиэдрические агрегаты, вытянутые вдоль полосчатости, форма которых неоднородна. Размер агрегатов варьирует от 0.22х1.35 до 0.3х1.71 мм.
Рис. 1. Схема изучения проб Приоскольского месторождения
В магнетите отмечены микровключения других минералов, пойкилитовые прорастания с кварцем и силикатами, эмульсевидные вкрапления сульфидов (пирротина, пирита, халькопирита), удлиненно-призматические зерна рутила. Вкрапленники сульфидов наблюдаются размером от 0.065 до 0.19 мм.
Кварцевые прослои выполнены мозаичным кварцем, который переполнен рудными включениями.
В силикатных прослоях магнетит образует рассеянные вкрапления до 20% объема породы, размером от 0.009 до 0.063 мм.
Рис. 2. Дефектный магнетит. Увелич. 200
С проявлением интенсивного магнезиально-железистого метасоматоза и тектонических процессов изменяются особенности вещественного состава и структуры кварцитов. На месторождении это проявилось с образованием пластинчатого гематита в виде самостоятельных скоплений, либо псевдоморфоз по магнетиту, вызывая коррозию последнего, формирование новых минералов и перекристаллизацию кварца. Размер пластинок гематита достигает 0.065х0.1 мм, в центре которых отмечаются ядра магнетита. В гематите микровключений других минералов не обнаружено.
Силикато-магнетитовые кварциты характеризуются чередованием существенно- рудных прослоев (от 0.29 до 2 мм) с силикатными (от 0.3 до 1.5 мм). Ширина рудных прослоев может достигать 20 мм, массовая доля магнетита колеблется от 55 до 80% объема прослоя. Магнетит представлен зернами размером от 0.02х0.03 мм до 0.63х0.81 мм, спорадически встречаются эмульсевид-ные вкрапления сульфидов. Зерна магнетита разбиты системой трещин, границы зерен частично нарушены: извилистые, зазубренные, ступенчатые, мелкозаливчатые (рис. 2). При травлении кислотой выявляется неоднородность строения зерен магнетита, с образовани-
ем структур распада с пластинчатым ильменитом и неровная пятнистость с извилисто-причудливыми формами -маггемит (у Ре203).
Таким образом, кварциты месторождения отличаются более широкими рудными, смешанными и нерудными прослоями, их средняя мощность в 1.5 раза больше чем на других месторождениях.
По размеру зерен магнетита кварциты относятся к крупновкрапленным, средний размер зерен магнетита составил 0.083 - 0.144, средний размер силикатов составляет 0.180, кварца - 0.110 мм.
Съемка образца железистых кварцитов в отраженных электронах иллюстрирует внутреннее строение пород: выделение кристаллических фаз и микроструктуры основной массы породы, образованной этими фазами. Последующая съемка в рентгеновских характеристических лучах констатирует распределение химических элементов (М^, Si, Бе) на выделенной площади участка. Анализ полученного свидетельствует, что порода сложена в основном магнетитом. Характерно, что Si и Mg равномерно распределены по площади распространения Бе, что позволяет обоснованно предположить, что эти элемент входят в решетку минерала. Электрон-
Таблица 1
Результаты определений магнитных характеристик при напряженности 80 кА/м.
Минеральная разновидность Удельная магнитная восприимчивость, см3/г^103 Коэрцитивная сила, кА/м Остаточная намагниченность, гс
Магнетитовая 41.6 - 42.5 5.20 - 5.60 2.7 - 3.0
Силикато- 26.6 - 30.5 4.72 - 7.12 1.8 - 2.4
магнетитовая
ная растровая микроскопия, картина дифракции которой представлены на рис. 3, показала, что подавляющее большинство кристаллов, представленных оксидами железа, относится к магнетиту, но отсутствие периодичности в расположении некоторых рефлексов свидетельствует о наличии дефектов и дислокаций в решетке магнетита и образовании маггемита. Наличие экзотермического эффекта при 340-350°С на термограммах также подтверждает наличие маггемита.
Кроме того, изучение значения ребра элементарной ячейки магнетита показало, что средний размер ее равен 8.373А и это меньше, чем у магнетита стехиометрического состава (8.396А), для примера: Михайловского - 8.395, Стойленского - 8.381, Коробковского - 8.384, Лебединского -8.371. Оценка деформаций магнетита рентгеновскими исследованиями позволяет сделать вывод о том, что изменение главных межплоскостных расстояний в большей степени характерно для Приосколь-ского и Лебединского месторождений. Уменьшение ребра элементарной ячейки магнетита при переходе в маггемит вызвано заменой Бе2+ с ионным радиусом 0.80А на Бе3+ с ионным радиусом 0.67А с одновременным выносом одной трети ионов Бе2+ из структуры магнетита [3], что также подтверждается месбауэровской спектроскопией.
Данные высокотемпературной магнитометрии также подтверждают некоторое отличие магнетитов месторожде-
ния (средняя температура Кюри 578.3°) от стехиометрического (585 °С), для примера: Михайловского - 576, Стойленского - 571.8, Коробковского - 574.2, Лебединского - 573.3. Значение точки Кюри указывает на недостаток ионов Бе2+. Изменение соотношения Бе3+ и Бе2+ обуславливает и невыдержанность магнитных свойств магнетита, которые являются одним из важнейших факторов, влияющих на обогатимость железистых кварцитов.
Магнетиты месторождения являются магнитожесткими и при переработке таких кварцитов необходимо в схемы обогащения вводить операции дефлокуляции и селективной флокуляции. Коэффициент неоднородности магнетита, который составил в среднем 0.681, свидетельствует о значительной неоднородности минерала и является следствием протекания процессов метасоматоза и рекристаллизации. Для сравнения коэффициент неоднородности магнетитов других месторождений Старооскольского железорудного узла составляет: Стойленского - 0.704, Коробковского -0.688, Лебединского - 0.683; для Михайловского - 0.715.
Детальное исследование микрозон-довым анализом показало дефицит железа в зернах магнетита, массовая доля которого колеблется от 67.3 до 72.17%, модуль магнитности варьирует от 0.48 до 0.91.
Рис. 3. Электронограммы железосодержащих фаз, снятые с частиц оксида железа под разными углами ориентировки прибора: а - диспергированный материал на подложке: частицы оксида железа, диоксида кремния, силиката; б, в - картины дифракции от частиц магнетита; г - энергодисперсионный спектр и химический состав частицы оксида железа (примесь Si02 связана с включениями наноразмерного уровня)
Магнетит является весьма чувствительным индикатором условий образования месторождения и изучение вариации состава магнетита имеет существенное значение для прогноза технологических показателей обогащения при переработке железистых кварцитов.
Минеральный состав, текстурноструктурные признаки, физические, химические и физико-механи-ческие свойства кварцитов являются следствием определенных условий образования месторождения, поэтому их технологические свойства (дробимость, измельчае-
мость, обогатимость, раскрываемость рудных и нерудных минералов), находятся в прямой зависимости от генезиса.
Рентгено-фазовым анализом и оптикоминералогическими исследованиями кроме магнетита установлено наличие и других рудных минералов: маггемита, марти-та, гематита, гетита и гидрогетита, ильменита, сидерита и магнезиоферрита.
Основными породообразующими минералами на месторождении являются минералы силикатного комплекса, обращает на себя внимание их весьма разнообразный состав - арфведсонит, антофиллит, биотит, зеленая слюда, куммингто-нит, лепидомелан, рибекит, рихтерит, эги-рин, эккерманит. Это является отличительной особенностью железистых кварцитов данного месторождения от других месторождений Старооскольского железорудного узла: повышенное содержание силикатов (в особенности куммингтонита до 32%) и относительно низкое содержание кварца (20 -30%).
Среди карбонатов присутствуют анкерит, доломит и кальцит.
Сульфиды представлены преимущественно эмульсионными включениями пирита, пирротина и халькопирита в магнетит и силикаты, наблюдается факт замещения пиритом магнетита, что может их перевести в разряд существенных второстепенных компонентов. Изучению сульфидной минерализации стоит уделить особое внимание и учитывать этот фактор при разработке технологии переработки.
Оценка технологических свойств выполнена по показателям дробимости, из-мельчаемости и обогатимости.
Показатель дробимости определялся по методике, разработанной ОАО «Белмеха-нобр», критерием оценки в которой является величина удельного расхода электроэнергии, отнесенной к единице вновь образованной поверхности. Анализ результатов определения дробимости показал, что
самыми прочными оказались силикато-магнетитовые (1.65 кВт час/м2) и малорудные (1.84 - 1.92 кВт час/м2), менее прочными - магнетитовые (1.24 кВт час/м2) кварциты.
По физико-механическим свойствам, из выделенных групп кварцитов, наименее прочными являются магнетитовые, наиболее прочными - малорудные и си-ликато-магнетитовые: удельная работа
разрушения изменяется от 6.16 до 15.18 кгм/м3, коэффициент крепости по Прото-дьяконову - от 6.48 до 13.22, прочность на растяжение - от 153 до 233.5 кгм/м3 (табл. 2).
Следует отметить, что из исследованных проб, физико-механические свойства в разных участках месторождения практически идентичны и кварциты относятся к низким и средним по прочности.
Значения микротвердости магнетита (552 - 566.5 кгс/мм2) месторождения превышают значения микротвердости магнетита Лебединского (520 кгс/мм2) и Стойленского (502 кгс/мм2) месторождений.
Микротвердость основного породообразующего минерала - куммингтонита (694 - 764 кгс/мм2) - меньше значений микротвердости кварца (977 - 1426
кгс/мм2).
Измельчаемость кварцитов относительно кварцитов Стойленского месторождения определялась по методике проф. М.К. Широкинского.
Анализ табл. 3 показывает, что худшей измельчаемостью характеризуются сили-като-магнетитовые кварциты, которые имеют самое высокое значение удельной производительности - 0.513 кг/л час. Установлено, что по мере снижения крупности измельчения удельная производительность лабораторной мельницы резко снижается по классам крупности более
0.071 мм (Котн=1.05 - 1.44), чем по классам менее 0.071 мм (Котн=0.6-0.9).
Измельчаемость силикато-магнети-товых кварцитов по всем классам крупности хуже по сравнению со сравниваемыми кварцитами, чему способствует куммингтонит, имеющий микротвердость выше, чем у магнетита и спутано-волокнистую структуру.
Обогатимость малой технологической пробы кварцитов месторождения осуществлялась согласно ГОСТ 25114-82 Руды железные. Метод магнитного анализа. При массовой доле класса минус 0.045 мм 90-92% получен магнетитовый концентрат с массовой долей железа общего 68.3 - 68.7%. Для кварцитов характерно повышенное раскрытие нерудной фазы (до
0.80) и высокий выход хвостов - до 53%.
Полученные результаты свидетельствуют о значительной неоднородности магнетита железистых кварцитов Приосколь-ского месторождения. Следует отметить, что весьма неоднородными являются маг-нетиты, связанные с незавершенными процессами мартитизации.
Имеющиеся специфические особенности минерального состава, значительной неоднородности состава и свойств магнетита влияют на изменчивость степени его окисления в процессе измельчения, эффективность флокуляции переизмельчен-ных частиц и, как следствие, на технологические показатели обогащения. В обогатительном переделе при измельчении рудной шихты, особенно шаровом, возможны фазовые превращения за счет окисления части магнетита, что может обуславливать дебаланс магнетита и повышенные его потери с хвостами [4]. Так как при шаровом измельчении дислокации распределяются по всему объему материала в отличие от бесшарового. При соударении рудной гали с измельчаемым материалом контактные напряжения значительно ниже, трещин на поверхности зерен образуется меньше и раскалывание происходит преимущественно в местах
наиболее подверженных разрушению, т.е. по границам срастания, где происходит концентрация дислокаций и микротрещин.
Исследованиями установлено, что для получения одинаковой массовой доли железа общего в концентрате при шаровом измельчении и бесшаровом конечная крупность должна быть на 1.5 - 2.0 % больше при шаровом. Кроме того, при шаровом измельчении выход зерен размером 0.002 - 0.003 мм увеличивается, что приводит к снижению выхода концентрата и увеличению потерь металла с хвостами. Процесс обогащения предусматривает освобождение извлекаемых минералов и минералов пустой породы из сростков друг с другом. Эту задачу решает операция рудоподготовки. Мерой эффективности данной операции и эффективных условий ее реализации служит коэффициент раскрытия рудной фазы в концентрате. Учитывая хрупкость минералов силикатного комплекса (172) и кварца (187) по сравнению с магнетитом (138), следует, что при шаровом измельчении раскрытие нерудной фазы будет происходить интенсивнее, что приведет к ошламованию концентрата и образованию труднорас-крываемых сростков. Так, например, степень раскрытия рудной фазы в концентрате Стойленского ГОКа составляет 0.93, а Лебединского - 0.99.
В этой связи должен быть применен рациональный комплекс минералогоаналитических и технологических исследований, позволяющих рекомендовать наиболее эффективные методы рудопод-готовки и обогащения.
Выводы
1. Главный рудный минерал - магнетит - претерпел значительные изменения. Массовая доля железа общего в минерале изменяется от 67.3 до 72.17%. Неоднородность состава и свойств основного минерала - магнетита оказывает влия-
ние на механические и физические свойства кварцитов, что влечет за собой изменение не только технологических свойств (измельчаемости и обогатимости), но, в конечном счете, и технологических показателей обогащения.
2. Важной особенностью рудных минералов является проявление мор-фотропных преобразований в ряду оксидов железа и наличие в кварцитах месторождения до 10% маггемита, в то время как на Лебединском и Стойленском до 5-8, Коробковском - до 6%.
3. Специфической особенностью минерального состава данных железистых кварцитов является заметное преобладание минералов силикатного комплекса над кварцем и их весьма разнообразный состав.
4. Важно отметить сульфидную минерализацию железистых кварцитов и наметившиеся предпосылки неоднозначных и сложных взаимоотношений сульфидов и оксидов железа, которые при переработке могут оказать существенное влияние на получение высококачественного магнетитового концентрата.
5. По физико-механическим свойствам кварциты можно отнести к кварцитам
1. Железные руды КМА (под редакцией В.П.Орлова, И.А.Шевырева, Н.А.Соколова). -М.: ЗАО «Геоинформмарк», 2001.
2. Гзогян Т.Н. Особенности состава и свойств железистых кварцитов Приоскольско-го месторождения КМА.//Материалы 8-ой межд. конф. «Ресурсовоспроизводящие, мало-
низкой и средней прочности, по измель-чаемости к категории легко- и среднеиз-мельчаемым, по обогатимости - к легко-обогатимым.
6. Учитывая текстурно-структурные особенности, физико-механические и технологические свойства кварцитов месторождения считаю, что при разработке основных технологических решений необходимо максимально установить и учитывать специфические особенности железистых кварцитов месторождения и последние достижения в области разработки современных технологий и оборудования.
7. Следует особо подчеркнуть, что приведенное в статье показывает, что кварциты Приоскольского месторождения индивидуальны и имеют определенные отличия от других месторождений Старооскольского железорудного узла и требуют к себе иного подхода. В этой связи должен быть применен рациональный комплекс ми-нералого-аналитических и технологических исследований, позволяющих рекомендовать наиболее эффективные методы рудоподготовки и обогащения.
-------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
отходные и природоохранные технологии освоения недр», М., Изд-во РУДН, 2009.
3. Кудрявцева Г.П. Ферримагнетизм природных оксидов, М., Недра, 1988.
4. Гзогян Т.Н. К вопросу генетической дефектности магнетита Михайловского месторождения КМА, Обогащение руд, №3, 2002.
— Коротко об авторах --------------------------------------------------------------
Гзогян Т.Н. - зав. лаборатории наноисследований и инноваций в обогащении ФГУП ВИО-ГЕМ, канд. техн. наук, действительный член МАМР и АГН,
E-mail: mehanobr1@vandex.ru
