CC BY
43
--------------------------------------- © Л.А. Азарнова, А.В. Темнов,
Е.Г. Ожогина, 2009
Л.А. Азарнова, А.В. Темнов, Е.Г. Ожогина
СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МИНЕРАЛОГОАНАЛИТИЧЕСКОГО И ТЕОРЕТИЧЕСКОГО МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ РАСКРЫТИЯ МАГНЕТИТА ЮНЬ-ЯГИНСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ (ПОЛЯРНЫЙ УРАЛ)
Выявлены закономерности, предоставляющие возможность проводить надежный прогноз параметров раскрытия магнетита в обогатительном процессе и на этом основании давать технологическую оценку скарновых магне-титовых руд.
Ключевые слова: минералогический метод анализа, магнетит, обогащение руды.
~П последние годы наблюдается повышенный интерес к -Я-М оценке технологических свойств руд на ранних стадиях геологоразведочных работ косвенным путем через минералогические критерии обогатимости. Для большинства промышленных типов руд ведущим критерием являются гранулометрические параметры ценных минералов. Их определение позволяет прогнозировать раскрытие минералов в процессах дробления и измельчения руды и, основываясь на полученных данных, рассчитывать основные показатели обогащения [1, 2].
В современной практике минералогических исследований параметры раскрытия минералов определяются с помощью метода минералогического анализа или путем теоретического расчета.
Традиционный минералогический метод анализа основан на подсчете под микроскопом количества открытых рудных минералов, сростков и открытых нерудных минералов в узких классах крупности. Этот метод широко распространен и дает наиболее достоверную характеристику параметров раскрытия. Его недостатками, препятствующими широкому внедрению при изучении обогатимо-сти руд на ранних стадиях проведения геологоразведочных работ, являются трудоемкость, необходимость предварительной пробо-подготовки и проведения сопровождающих аналитических работ.
Теоретический расчет параметров раскрытия основан на определении размеров рудных минералов в недробленой руде методом оптико-геометрического анализа, значительному росту производи-
тельности и надежности которого способствовало интенсивное внедрение в последние годы в практику минералогических работ современных систем анализа изображений, совмещенных с высокоразрешающими световыми микроскопами. Это позволило широко использовать теоретический расчет параметров раскрытия при опережающей технологической оценке руд.
На сегодня метод теоретического расчета успешно апробирован на оловянных, марганцевых и некоторых других типах руд [1,
5].
Целью настоящего исследования являлась апробация метода теоретического прогноза раскрытия магнетита на труднообогати-мых железных рудах скарново-магнетитового типа.
Объектом исследований послужила технологическая проба скарново-магнетитовых руд детально разведанного Юнь-Ягинс-кого месторождения Щучьинского железорудного района (Полярный Урал). Руда содержит 32,6% железа (из них 22,5% железо маг-нетитовое), представлена эпидот-гранат-магнетито-выми скарнами и состоит из (%): магнетита (30,8), ферропаргасита (14,0) андрадита (3,0) эпидота (9,0), диопсид-геденбергита (8,5), плагиоклаза (7,5), хлорита (6,0), кальцита (4,0), сульфидов железа (2,5), кварца (2,2), ортоклаза и др. (2,5).
Магнетит образует в руде вкрапленность (от дисперсной до крупной, преимущественно мелкую), «пятна» в скарнах и скарни-рованных породах, реже «цемент» в брекчиевидных скарнах, что определяет вкраплено-пятнистые и брекчиевидные текстуры руд.
Структуры магнетита преимущественно гранобластовые (образует отдельные кристаллы сложной формы и их агрегаты) и порфировидные (более крупные кристаллы или их сростки на фоне более мелкой вкрапленности), реже сидеронитовые. Характерны «ситовидные» кристаллы магнетита, содержащие значительное количество силикатных включений, а также интенсивно поддробленные зерна.
Химический состав магнетита определен комплексом методов мессбауэровской спектроскопии и микрорентгеноспектрального анализа. Минерал практически не содержит изоморфных примесей и содержание железа достигает в нем 72,4%. Однако постоянное присутствие в магнетите микровключений силикатных минералов размером около 1 мкм и менее приводит к снижению в нем содержания железа до 70,9%.
Определение гранулометрических характеристик магнетита в исходной руде проводилось методом оптико-геомет-рического анализа на световом исследовательском микроскопе Leica DM RX (Германия) с помощью систем анализа изображений Leica QWin Standart (Германия) и Tom-Analysis (Россия) на материале более 20 представительных полированных шлифов исходной магнетитовой руды в соответствии с методическими указаниями [4].
Изучение характера раскрытия магнетита на материале дробленой до крупности -2 мм и классифицированной руды проводилось методом минералогического анализа на стереоскопическом микроскопе Leica MZ 12,5B (Германия) в соответствии с методическими указаниями [3].
С помощью системы анализа изображений подсчитаны индивидуализированные зерна минерала, представляющие собой как кристаллы магнетита, так и их фрагменты. В руде кристаллы и фрагменты кристаллов магнетита обладают удлиненной формой (значение удлинения1 2,1) и сложными извилистыми, взаимопроникающими границами с другими рудообразующими минералами (среднее значение изрезанности2 0,4), что предопределяет низкую степень раскрытия минерала в процессах дезинтеграции руды. Удовлетворительное раскрытие магнетита, по-видимому, будет достигаться только при тонком измельчении, нивелирующем влияние этого фактора.
Размеры кристаллов магнетита в руде колеблются от микронных до 1,7 мм в поперечнике. Количественный гранулометрический состав магнетита характеризуется преобладанием дисперсного магнетита: 83,6%об. минерала имеет размер менее 0,044 мм (рис. 1). Более информативным показателем, используемым при технологической оценке, является массовый гранулометрический состав: например, магнетит размером менее 0,044 мм заключает 8,4%мас. всего магнетита руды.
1 Вычисляется как отношение длинной оси к короткой.
2 Здесь отношение приведенного периметра к реальному, сопоставленное с единицей.
Рис. 1. Гистограмма гранулометрического состава магнетита руды Юнь-Ягинского месторождения по данным системы анализа изображений
Для подтверждения достоверности определенного с помощью системы анализа изображений гранулометрического состава зерен магнетита, проведено его сравнение с распределением магнетита по классам ситового анализа дробленой руды, так как оно надежно характеризует крупность минерала в руде.
Полученное по данным минералогического анализа распределение свободного магнетита по классам ситового анализа в целом соответствует его размерам в исходной руде (рис. 2), что подтверждает достоверность определения гранулометрических параметров магнетита с помощью системы анализа изображений, а значит и принципиальную возможность их использования при прогнозировании характера раскрытия минерала.
Анализ массового гранулометрического состава магнетита исходной руды (см. рис. 1) показывает, что его удовлетворительное раскрытие будет достигнуто только при тонком измельчении. Так, магнетит размером крупнее 0,1 мм составляет 83% всей массы минерала в руде (рис. 1), что и характеризует его теоретическое раскрытие при крупности измельчения руды -0,1 мм. Концентрат при 83%-ном раскрытии минерала будет содержать 58-59% железа магнетитового.
Однако при крупности измельчения -0,1 мм теоретическое раскрытие не будет достигнуто. Это обусловлено как фактором высокой степени изрезанности границ срастания магнетита с другими минералами в руде, так и наличием в нем силикатных включений размером 0,06-0,08 мм, от которых магнетит невозможно избавить при данной крупности помола. Это означает образование еще большего количества сростков и снижение содержания железа в получаемых концентратах. Поэтому крупность измельчения -0,1 мм следует признать неудовлетворительной.
Исследования, проведенные технологами ФГУП «ВИМС» показали, что при измельчении руды Юнь-Ягинского месторождения до крупности -0,1 мм даже способом центробежно-ударного дробления, раскрытие магнетита остается неудовлетворительным, составляя только 73%, а полученный в результате концентрат содержит 53,3% железа.
При снижении крупности измельчения до -0,074 мм теоретическое раскрытие магнетита составит 88%. Концентрат, полученный из руды такого помола, при условии 100%-го извлечения магнетита, будет содержать не более 62-63% железа
Рис. 2. Массовый гранулометрический состав магнетита: в исходной руде — по данным метода оптико-геометрического анализа; в дробленой и классифицированной руде - по данным минералогического анализа
магнетитового. При измельчении до -0,044 мм степень раскрытия магнетита повысится и составит около 92%, что позволит получать кондиционные концентраты с содержанием железа магнетитового не менее 65-66%.
При разработке современной эффективной технологии обогащения руды Юнь-Ягинского месторождения в ФГУП «ВИМС» учтены гранулометрические параметры магнетита и на этом основании выбраны две крупности измельчения, позволяющие теоретически достичь и превысить 90%-ное раскрытие магнетита: -0,074 и -0,044 мм.
В материале крупностью -0,074 мм после операции мокрой магнитной сепарации получен концентрат с содержанием железа 65% при раскрытии магнетита 91% (теоретическое раскрытие составляет 88%); в материале крупностью -0,044мм - 67% при раскрытии магнетита 96% (теоретическое раскрытие составляет 92%), то есть прогноз раскрытия магнетита, основанный на определении его гранулометрических параметров в исходной руде, в целом подтвердился. Превышение реального раскрытия магнетита над прогнозируемым при тонком измельчении связано с его переизмельчением в процессах дезинтеграции руды, так как значительная часть рудообразующих минералов обладает большей твердостью, чем магнетит.
Полученные показатели являются, по-видимому, максимально возможными на современном этапе, что обусловлено не-дораскрытием магнетита даже при крупности измельчения -0,044 мм: концентрат операции мокрой магнитной сепарации содержит 93,2% магнетита, из которых 2,6% находится в срастании с силикатами. С магнетитовыми сростками в концентрат поступает основная масса снижающих в нем содержание железа силикатных минералов (5%), тогда как содержание раскрытых силикатных частиц, захваченных в концентрат из-за явления флокуляции, составляет только 0,3%. При этом хвосты операции содержат 0,4% магнетита, из которых 0,2% - свободный магнетит и 0,2% находится в сростках с силикатами.
Основным резервом повышения качества магнетитового концентрата Юнь-Ягинского месторождения является дальнейшее снижение крупности измельчения руды, например, до 0,022 мм, что позволит достичь практически 100%-ного раскрытия
ценного минерала (не менее 98,5%, см. рис. 1), однако включения силикатов в магнетите размером до первых микрон останутся нераскрытыми и при таком ультратонком измельчении. В результате теоретически возможно повысить содержания железа в концентрате до 70-71%.
Проведенные исследования впервые продемонстрировали для железных руд скарнового типа высокую достоверность опережающего определения гранулометрических параметров магнетита с помощью системы анализа изображений, несмотря на сложную морфологию минерала, широкие вариации его размеров и густоты вкрапленности.
Выявленные закономерности предоставляют возможность проводить надежный прогноз параметров раскрытия магнетита в обогатительном процессе и на этом основании давать технологическую оценку скарновых магнетитовых руд.
Авторы выражают благодарность Ю.С. Кушпаренко (ФГУП «ВИМС») за предоставленные материалы по результатам изучения обогатимости железной руды Юнь-Ягинского месторождения и своим коллегам Н.Н. Кривощекову, Н.И. Чистяковой (ФГУП «ВИМС»), В.В. Коровушкину (МИСиС) за помощь в проведении исследований.
----------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Иванов О.П., Кушпаренко Ю.С., Маршукова Н.К. Технологическая минералогия оловянных руд. Л.: Наука, 1989.
2. Изучение вещественного состава и обогатимости железных руд. М., Недра, 1976.
3. Методические указания НСОММИ. Виды и последовательность минералогических исследований для обеспечения технологических работ. Москва, 1990.
4. Методические рекомендации НСОММИ №154. Морфоструктурный анализ руд, горных пород и техногенного сырья с применением автоматического анализатора изображений. Москва, 2005.
5. Чантурия В.А., Башлыкова Т.В. Технологическая оценка минерального сырья с помощью автоматического анализа изображения. Горный вестник, 1/1998, с. 37-52. ЕШ
AzarnovaL.A., TemnovA.V., OzhoginaE.G.
COMPARATIVE ANALYSIS ON MINERAL, ANALYTICAL AND THEORETICAL METHODS OF DETERMINATION THE PARAMETERS OF BLACK IRON ORE OPENING AT YUN-YAGINSKOE DEPOSIT (POLAR URAL)
The mechanisms of opening of black iron ore are defined, which helps to accurately forecast the parameters of black iron ore opening during its processing and on the base of it to evaluate the characteristics of scarnified black iron ores.
Key words: mineralogical method of analysis, black iron ore, ore processing.
— Коротко об авторах --------------------------------------------------
Азарнова Л.А. - аспирант, младший научный сотрудник,
Темнов А.В. - кандидат геолого-минералогических наук, заместитель заведующего отделом геолого-экономической оценки,
Ожогина Е.Г. - доктор геолого-минералогических наук, действительный член РАЕН, заведующая отделом минералогии,
Всероссийский научно-исследовательский институт минерального сырья им. Н.М. Федоровского, actvims@aha.ru
