Научная статья на тему 'ФЛОТАЦИОННОЕ ВЫДЕЛЕНИЕ ТИТАНИТОВОГО КОНЦЕНТРАТА ИЗ АПАТИТ-НЕФЕЛИН-ТИТАНИТОВЫХ РУД АНОМАЛЬНЫХ ЗОН ХИБИНСКИХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ'

ФЛОТАЦИОННОЕ ВЫДЕЛЕНИЕ ТИТАНИТОВОГО КОНЦЕНТРАТА ИЗ АПАТИТ-НЕФЕЛИН-ТИТАНИТОВЫХ РУД АНОМАЛЬНЫХ ЗОН ХИБИНСКИХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

CC BY
81
17
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Журнал
Записки Горного института
Scopus
ВАК
ESCI
GeoRef
Ключевые слова
АПАТИТ-НЕФЕЛИН-ТИТАНИТОВЫЕ РУДЫ / ХИБИНСКИЕ МЕСТОРОЖДЕНИЯ / ТИТАНИТОВЫЙ КОНЦЕНТРАТ / ФЛОТАЦИЯ / ГИДРОКСАМОВЫЕ КИСЛОТЫ

Аннотация научной статьи по промышленным биотехнологиям, автор научной работы — Митрофанова Г.В., Марчевская В.В., Таран А.Е.

Титановое сырье находит широко применение для синтеза различных функциональных материалов - сорбентов радионуклидов и редкоземельных элементов, разных добавок, пигментов-наполнителей и др. Ввиду того, что основное количество титановых концентратов импортируется из-за рубежа, в рамках программы импортозамещения получение титанитового концентрата из апатит-нефелиновых руд Хибинских месторождений является перспективным направлением для обеспечения титановым сырьем отечественной промышленности. В статье представлены результаты лабораторных исследований флотационного выделения титанитового концентрата из апатит-нефелин-титанитовых руд, отобранных с верхнего рудного горизонта Коашвинского месторождения, где сконцентрированы руды, обогащенные титанитом. Выделение титанитового концентрата осуществлялось с использованием двух реагентных режимов - смесь алкилгидроксамовых и карбоновых кислот с добавкой дистиллированного таллового масла и смесь талловых масел с добавкой полиалкилбензолсульфокислот. Результаты исследований показали, что наиболее эффективным режимом флотации, позволяющим селективно выделять титанит в концентрат (содержание титанита в концентрате составило 93,5 %), является первый режим. Показано, что флотационное выделение титанитового концентрата предпочтительнее по сравнению с химическим способом, основанным на сернокислотном выщелачивании.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по промышленным биотехнологиям , автор научной работы — Митрофанова Г.В., Марчевская В.В., Таран А.Е.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

FLOTATION SEPARATION OF TITANITE CONCENTRATE FROM APATITE-NEPHELINE-TITANITE ORES OF ANOMALOUS ZONES OF THE KHIBINY DEPOSITS

Titanium raw materials are widely used for the synthesis of various functional materials - sorbents of radionuclides and rare earth elements, various additives, filler pigments, etc. Since most of titanium concentrates are imported, in line with the import substitution program, production of titanite concentrate from apatite-nepheline ores of the Khibiny deposits is a promising trend for supplying national industry with titanium raw materials. The article presents the results of laboratory studies of flotation separation of titanite concentrate from apatite-nepheline-titanite ores extracted from the upper ore horizon of the Koashvinskoye deposit, where titanite-enriched ores are concentrated. Recovery of titanite concentrate was accomplished using two reagent modes - a mixture of alkyl hydroxamic and carboxylic acids with the addition of distilled tall oil and a mixture of tall oils with the addition of polyalkyl benzene sulfonic acids. The results of the research showed that the first flotation mode, which allows a selective recovery of titanite into the concentrate (titanite content in the concentrate was 93.5 %) is the most efficient. It was shown that flotation separation of titanite concentrate is preferable compared to the chemical method based on sulfuric acid leaching.

Текст научной работы на тему «ФЛОТАЦИОННОЕ ВЫДЕЛЕНИЕ ТИТАНИТОВОГО КОНЦЕНТРАТА ИЗ АПАТИТ-НЕФЕЛИН-ТИТАНИТОВЫХ РУД АНОМАЛЬНЫХ ЗОН ХИБИНСКИХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ»

ISSN 2411-3336: e-ISSN 2541-9404

ЗАПИСКИ ГОРНОГО ИНСТИТУТА

Journal of Mining Institute Сайт журнала: pmi.spmi.ru

Научная статья УДК 622.765.06

Флотационное выделение титанитового концентрата из апатит-нефелин-титанитовых руд аномальных зон Хибинских месторождений

Г.В.МИТРОФАНОВА Н, В.В.МАРЧЕВСКАЯ, А.ЕТАРАН

Горный институт Кольского научного центра РАН, Апатиты, Россия

Как цитировать эту статью: Митрофанова Г.В., Марчевская В.В., Таран А.Е. Флотационное выделение титанитового концентрата из апатит-нефелин-титанитовых руд аномальных зон Хибинских месторождений // Записки Горного института. 2022. Т. 256. С. 560-566. DOI: 10.31897/РМ1.2022.81

Аннотация. Титановое сырье находит широко применение для синтеза различных функциональных материалов -сорбентов радионуклидов и редкоземельных элементов, разных добавок, пигментов-наполнителей и др. Ввиду того, что основное количество титановых концентратов импортируется из-за рубежа, в рамках программы им-портозамещения получение титанитового концентрата из апатит-нефелиновых руд Хибинских месторождений является перспективным направлением для обеспечения титановым сырьем отечественной промышленности. В статье представлены результаты лабораторных исследований флотационного выделения титанитового концентрата из апатит-нефелин-титанитовых руд, отобранных с верхнего рудного горизонта Коашвинского месторождения, где сконцентрированы руды, обогащенные титанитом. Выделение титанитового концентрата осуществлялось с использованием двух реагентных режимов - смесь алкилгидроксамовых и карбоновых кислот с добавкой дистиллированного таллового масла и смесь талловых масел с добавкой полиалкилбензолсуль-фокислот. Результаты исследований показали, что наиболее эффективным режимом флотации, позволяющим селективно выделять титанит в концентрат (содержание титанита в концентрате составило 93,5 %), является первый режим. Показано, что флотационное выделение титанитового концентрата предпочтительнее по сравнению с химическим способом, основанным на сернокислотном выщелачивании.

Ключевые слова: апатит-нефелин-титанитовые руды; Хибинские месторождения; титанитовый концентрат; флотация; гидроксамовые кислоты

Поступила: 07.05.2022 Принята: 06.09.2022 Онлайн: 03.11.2022 Опубликована: 03.11.2022

Введение. Комплексные апатит-нефелиновые руды Хибинских месторождений представляют собой источник для получения целого ряда ценных продуктов. Один из них - титанитовый концентрат рассматривается как альтернативная замена традиционного титанового сырья для синтеза различных функциональных материалов - сорбентов радионуклидов и редкоземельных элементов [1-3], добавок к полимерным мембранам [4], биполярным пластинам [5] и электродам [6, 7] в топливных элементах, катализаторов [8], пигментов-наполнителей для ускорения скорости гидратации [9], изменения микроструктуры [10] и физико-механических свойств цемента [11] и др.

Россия обладает крупными собственными балансовыми запасами титансодержащих руд, однако добыча этого минерального сырья осуществляется в основном попутно [12, 13], основное количество титановых концентратов импортируется из-за рубежа. В рамках программы импорто-замещения получение титанитового концентрата из руд Хибинских месторождений является перспективным направлением для обеспечения титановым сырьем отечественной промышленности. Минерал титанит представляет собой титаносиликат кальция (CaTiSiO5), содержащий около 40 % ТЮ2. Известно, что из текущих [14, 15] и складированных отходов переработки апатит-нефелиновых руд [16] по флотационно-магнитной технологии возможно получение титанитового концентрата с содержанием 28-34 % ТЮ2. Проведенные исследования показали, что такой титанитовый концентрат может быть использован для производства сорбентов [17, 18], дубителей и герметиков [19, 20],

DOl: 10.31897/PMI.2022.81 Записки Горного института. 2022. Т. 256. С. 560-566

© Г.В.Митрофанова, В.В.Марчевская, А.Е.Таран, 2022

композиционных электродных материалов [21] и других неорганических материалов, востребованных на российском рынке [22].

Содержание титанита в апатит-нефелиновых рудах Хибинских месторождений в основном невелико, составляет 3-5 %. Исключение - месторождение Партомчорр, верхние слои которого представляют собой апатит-нефелин-титанитовые руды с содержанием титанита 15-17 % [23]. Кроме того, на месторождениях встречаются участки с аномально высоким содержанием минерала, так называемые «титанитовые гнезда» протяженностью до 5 км и мощностью до 50 м, где содержание титанита варьирует от 30 до 80 %. Особенность залегания такого типа руд позволяет рассматривать возможность селективной выемки и отдельной переработки богатой по титаниту руды [22, 23]. В качестве способа обогащения таких руд с высоким содержанием титанита было предложено прямое кислотное выщелачивание без предварительного концентрирования физическими методами [24]. Метод включал последовательное растворение серной или хлороводородной кислотой апатита и нефелина из тонкоизмельченной руды (-0,04 мм). Таким образом, из пробы апатит-нефелин-титанитовой руды, отобранной из апикальной части Коашвинского месторождения, с помощью сернокислотного выщелачивания были получены титанит-эгириновые продукты, содержащие около 80 % титанита, 28-32 % TiO2 [22, 25].

Однако рассматривать такой метод с точки зрения его применимости в крупнотоннажном масштабе не представляется возможным. Тонкое измельчение руды до необходимой крупности менее 40 мкм, продолжительное контактирование с кислотой (от 1 до 4 ч), использование агрессивной кислой среды - причины, ограничивающие использование этого метода обогащения лабораторным масштабом. Обогащение традиционными физическими методами остается наиболее привлекательным способом получения титанитового концентрата по сравнению с химической очисткой.

В настоящей работе приведены результаты флотационного обогащения апатит-нефелин-ти-танитовой руды с двумя реагентными режимами: с использованием гидроксамовых кислот и по-лиалкилбензолсульфокислот с добавлением к ним талловых масел.

Методы. Исследования проводились на материале апатит-нефелин-титанитовой руды с верхнего горизонта Коашвинском месторождения, на котором сотрудниками ИХТРЭМС КНЦ РАН проводилось выделение титанитового концентрата методом кислотного выщелачивания [22]. Для проведения исследований руда была раздроблена до крупности -1,6 мм последовательно на лабораторных щековой и валковой дробилках. Измельчение навески руды массой 360 г до флотационной крупности выполняли в лабораторной шаровой мельнице при соотношении Т:Ж:Ш = 1:0,8:6. После измельчения содержание в руде класса -0,071 мм составило 35,2 %, класса +0,16 мм - 28,0 %.

Беспенную флотацию в трубке Халимонда проводили на мономинеральной фракции титанита, выделенной из апатит-нефелин-титанитовой руды, и нефелина, измельченных до крупности -0,16+0,1 мм; рН флотации - 10,1-10,3. Время агитации минерала с регулятором (0,1 %-ные растворы серной кислоты или NaOH) - 1 мин, с собирателем - 2 мин. Время флотации 3 мин, скорость подачи воздуха 5,3 мл/мин. Оценка прочности закрепления реагентов на титаните проводилась флотацией в трубке Халимонда в условиях десорбции. После агитации минерала с реагентом 50 % жидкой фазы заменяли дистиллированной водой с добавлением NaOH (рН = 10,1-10,3), перемешивали еще 2 мин, после чего флотировали.

Флотацию руды вели в лабораторной флотомашине в открытом цикле на свежей воде. Апатитовый цикл включал основную (ОФ), контрольную (КФ) флотации и две перечистки пенного продукта основной флотации. Депрессор жидкое стекло (ЖСт) подавали в измельчение, рН апатитовой флотации поддерживали на уровне 9,6-9,8 добавлением в пульпу необходимого количества едкого натра. Цикл титанитовой флотации включал основную, контрольную флотации и две перечистки пенного продукта ОФ. Для активации сфена на стадии титанитовой флотации в пульпу подавали CaCl2 в количестве 25 г/т, рН титанитовой флотации, равный 10,3-10,4, создавали путем добавления раствора едкого натра.

Химический анализ проб выполнен спектрофотометрическим методом с помощью спектрофотометра UNICO (Р2О5, TiO2) способом объемного титрования (Fe, Al2O3).

Записки Горного института. 2022. Т. 256. С. 560-566 DOI: 10.31897/PMI.2022.81

© Г.В.Митрофанова, В.В.Марчевская, А.Е.Таран, 2022

Минеральный состав исходной руды и полученных в результате ее обогащения продуктов -концентрата и хвостов определяли рентгенофазовым методом на порошковом рентгеновском ди-фрактометре D2 PHASER производства компании Bruker AXS GmbH (Германия).

Обсуждение результатов. Содержание основных компонентов в апатит-нефелин-титанито-вой руде, мас.%: 22,48 T1O2; 6,42 ЛЬОзобщ; 5,45 Л12Оэк/р; 4,59 P2O5; 2,39 Fe«^.

Минеральный состав апатит-нефелин-титанитовой руды, мас.%: титанит 58,54; фторапатит 11,25; нефелин 14,01; пироксены 2,19; амфиболы 1,55; полевые шпаты 4,58; канкринит 0,60; содалит 1,14; натролит 2,16; ильменит 0,18; магнетит титанистый 0,19; лампрофиллит 0,35; слюды 3,26.

В известной технологии комплексного обогащения апатит-нефелиновых руд [26] флотация титанита происходит на стадии разделения нефелина и темноцветных минералов, когда в пенный продукт переходит основное количество титанита и эгирина. Реагентный режим, используемый на действующем производстве при выделении нефелинового концентрата, представляет собой смесь хвойного и лиственного талловых масел, флотация ведется при рН~11. Однако более высокая эффективность и селективность при флотации темноцветных минералов наблюдается при использовании в качестве добавки к талловым маслам алкил-, арилбензолсульфонатов [27] или режима на основе гидроксамовых кислот [28, 29].

Зависимости флотируемости титанита и нефелина олеиновой кислотой (Ol), полиалкилбен-золсульфокислотой (ПАБСК) и пеларгонгидроксамовой кислотой (C8Hi7CONHOH) от рН (рис.1) показывают, что оптимум флотации титанита для олеиновой и пеларгонгидроксамовой кислоты лежит в щелочной области при рН = 8,5-9 (рис.1, а), для нефелина область максимального взаимодействия с олеиновой кислотой при рН = 8-8,5, а для пеларгонгидроксамовой кислоты смещена в сторону рН = 6 (рис.1, б). Максимум эффективности действия ПАБСК с обоими минералами лежит в области рН~6. В случае нефелина концентрация реагентов в несколько раз превышает необходимую для флотации титанита.

Традиционно флотационное разделение темноцветных минералов и нефелина ведется в щелочной среде (рН~11), что обусловлено как естественным рН суспензии измельченной руды, так и рН = 9,8 апатитовой флотации на первой стадии обогащения. В области рН > 9,5 проявляется различие флотируемости титанита и нефелина пеларгонгидроксамовой кислотой (рис.1).

Концентрационные зависимости флотируемости минералов различными реагентами представлены на рис.2. Ввиду очень слабых собирательных свойств в щелочной среде полиалкилбен-золсульфокислоты как монореагента этот собиратель использовали в качестве добавки к олеиновой кислоте (80 % Ol + 20 % ПАБСК). Флотацию вели при рН = 10,1-10,3, поскольку при более высокой щелочности среды выход пенного продукта флотации со всеми рассматриваемыми реагентами был очень низким. Увеличение расхода собирателей приводило к интенсивному пенооб-разованию, что нарушало методику и ход эксперимента. Высокая склонность силикатных минералов к гидратации [30], особенно в щелочной среде, по-видимому, определяет низкую степень закрепления гидрофобных реагентов.

Рис. 1. Зависимость флотируемости титанита (а) и нефелина (б) от рН различными собирателями

1 - С8Hl7CONHOH: С = 0,0001 моль/л (а), С = 0,001 м/л (б); 2 - 01: С = 0,00003 моль/л (а), С = 0,00035 (б); 3 - ПАБСК: С = 0,00003 моль/л (а), С = 0,00007 моль/л (б)

DOI: 10.31897/PMI.2022.81

Записки Горного института. 2022. Т. 256. С. 560-566 нг^н © Г.В.Митрофанова, В.В.Марчевская, А.Е.Таран, 2022

о4 «

О

X

Я m

100 80 60 40 20 0

2 4 6 8 10 12 Концентрация реагента С-104, моль/л

Рис.2. Концентрационные зависимости флотируемости титанита (1, 1 ',1") и нефелина (2, 2', 2 ") собирателями С8НпТОМНОН (1,2); 01(1', 2) 01+ПАБСК (1'', 2")

2' a

14

о4 «

О

X

Я m

100 80 60 40 20 0

0,5 1 1,5 2 2,5 2 3,5 4 4,5 Концентрация реагента С-104, моль/л

Рис.3. Результаты беспенной флотации титанита в обычных условиях (1, 2, 3) и условиях десорбции (1', 2', 3') с использованием собирателей e8H17CONHOH (1); Ol (2); Ol+ПАБСК (3)

Из полученных результатов (рис.2) следует, что использование пеларгонгидроксамовой кислоты позволяет перевести в пенный продукт практически весь титанит, в то время как для режима с олеиновой кислотой выход титанита ограничен. В то же время при малых концентрациях реагентов большая гидрофобизация минерала достигается, что ожидаемо, с помощью олеиновой кислоты. Известно, что при высоких значениях рН на поверхности кальцийсодержащих минералов образуются нерастворимые карбонаты и гидроксокомплексы, что приводит к экранированию активных центров для взаимодействия с карбоксильным собирателем [31]. Вероятно, этот эффект и проявляется при флотации олеиновой кислотой - увеличение концентрации реагента не приводит к повышению выхода пенного продукта.

В состав пеларгонгидроксамовой кислоты входит функциональная группировка, способная к комплексообразованию с атомами переходных элементов [32], в том числе и титана. Образование прочного соединения с функциональной группировкой в случае гидроксамовой кислоты вносит преобладающий вклад функциональной группы в общую стабилизацию системы реагент-минерал и обеспечивает необходимую селективность и эффективность действия этого собирателя, несмотря на то, что длина гидрофобного радикала в нем намного меньше, чем в олеиновой кислоте.

Прочность закрепления реагентов на титаните оценивали по результатам флотации в условиях десорбции. Более высокий углеводородный радикал у олеиновой кислоты и ПАБСК определяет несколько меньшую степень «отмывки» этих реагентов при высоких концентрациях. Однако преимущество пеларгонгидроксамовой кислоты наблюдается и в этом случае. Выход пенного продукта на уровне 95 % при флотации в условиях десорбции был получен при увеличении концентрации пеларгонгидроксамовой кислоты на ~20 % (рис.3).

Анализ минерального состава пробы исходной руды (табл.1) показал необходимость проведения на первом этапе выделения апатита. Ранее проведенными исследованиями было показано, что при низком содержании апатита в качестве собирательной смеси целесообразно использовать смесь жирнокислотного собирателя (ЖКТМ) и полиалкилбензолсульфокислот. Этот реагентный режим при флотации в открытом цикле с проведением основной, контрольной флотаций и двух перечистных операций позволяет получить апатитовый концентрат, содержащий 39,0-38,7 % Р2О5, и снизить его содержание в питании титанитовой флотации до 0,52-0,61 %. Показатели апатитового цикла воспроизводятся во всех лабораторных опытах с небольшим отклонением, в табл.1 для примера представлены результаты флотации апатита в одном из них.

Для флотации титанита использовали реагент ГК, представляющий собой смесь специально синтезированных С7-С8-алкилгидроксамовых и соответствующих С7-С8-карбоновых кислот в массовом соотношении 3:1. Причем кислоты с разным углеводородным радикалом были взяты в равном массовом количестве: С7Н15СОКНОН (С7-ГК):С8Н17СОШОН (С8-ГК) = 1:1 и С7Н15СООН: С8Н17СООН = 1:1.

2

н^^н Записки Горного института. 2022. Т. 256. С. 560-566 © Г.В.Митрофанова, В.В.Марчевская, А.Е.Таран, 2022

DOI: 10.31897/РМ1.2022.81

Показатели обогащения апатит-нефелин-титанитовой руды

Таблица 1

Продукт флотации Выход, % Содержание, % Извлечение из руды, %

Р2О5 ТЮ2 А12О3 Р2О5 ТЮ2 А12О3

Апатитовый цикл

Реагентный режим: 90 г/т ЖСт; основная флотация 100 г/т СС (70 % ЖКТМ + 30 % ПАБСК); контрольная флотация 30 г/т СС, рН = 9,8

Пенный контрольной флотации 1,9 6,06 1,05 0,77 2,5 0,1 0,2

Камерный I перечистки 7,6 19,64 14,15 0,39 32,4 4,8 0,5

Камерный II перечистки 3,0 37,17 2,74 0,40 24,2 0,3 0,2

Апатитовый концентрат 3,7 38,8 0,97 0,78 31,1 0,2 0,4

Хвосты апатитовой флотации (исходный продукт титанитового цикла) 83,8 0,54 25,34 7,60 9,8 94,6 98,7

Исходный 100 4,60 22,44 6,45 100 100 100

Титанитовый цикл

Реагентный режим 1:25 г/т СаСЬ; основная флотация 200 г/т ГК + 20 г/т ДТМ; контрольная флотация 50 г/т ГК + 20 г/т ДТМ, рН = 10,4

Пенный контрольной флотации 9,0 0,40 6,40 21,41 0,8 2,6 29,9

Камерный I перечистки 12,5 0,77 11,00 15,39 2,0 6,1 29,8

Камерный II перечистки 16,9 0,46 29,04 2,35 1,7 21,9 6,1

Титанитовый концентрат (пенный продукт II перечистки) 37,6 0,40 37,80 0,39 3,7 63,3 2,3

Хвосты 7,8 0,96 2,08 25,31 1,6 0,7 30,6

Питание титанитового цикла 83,8 0,54 25,34 7,60 9,8 94,6 98,7

Реагентный режим 2:25 г/т СаСЬ; основная флотация 400 г/т СС1 + 120 г/т ПАБСК;

контрольная флотация 100 г/т СС1 + 30 г/т ПАБСК, рН = 10,4

Пенный контрольной флотации 4,5 0,34 29,03 2,80 0,3 5,9 1,9

Камерный I перечистки 5,1 0,52 17,56 10,16 0,6 3,9 7,8

Камерный II перечистки 14,6 0,53 30,56 0,93 1,7 19,9 2,0

Титанитовый концентрат (пенный продукт II перечистки) 34,3 0,89 34,30 0,30 6,6 52,6 1,6

Хвосты 25,8 0,36 8,72 21,60 2,0 10,0 84,2

Питание титанитового цикла 84,3 0,61 24,53 7,66 11,2 92,2 97,5

Собирательная смесь ГК с добавкой дистиллированного таллового масла (ДТМ) обеспечила получение в результате двух перечисток титанитового концентрата с содержанием 37,8 % ТЮ2 при извлечении 63,3 % от исходной руды (табл.1). При использовании в качестве собирателя смеси талловых масел (СС1: 70 % лиственное талловое масло + 30 % хвойное талловое масло) и ПАБСК в результате двух перечиток был получен титанитовый концентрат с содержанием 34,3 % ТЮ2 при извлечении 52,5 % от исходной руды. Следует отметить, что в этом случае попытка повысить качество получаемого концентрата дополнительной перечистной операцией приводит к значительному снижению выхода продукта.

Минеральный состав продуктов обогащения, полученных с использованием реагентного режима 1, приведен в табл.2. Из табл.2 видно, что в основном в титанитовом концентрате концентрируется основной титансодержащий минерал Хибинского массива - титанит (39,3 % ТЮ2). Остальные минералы, практически не содержащие титана - нефелин, полевые шпаты и вторичные минералы (канкринит, содалит, натролит, мелкочешуйчатые слюды), а также содержащие титан в меньших количествах - магнетит титанистый (17,2 % ТЮ2), слюды аннит-флогопитового ряда (2-3 % ТЮ2), пироксены (1,3 % ТЮ2) [23], концентрируются в хвостах.

DOI: 10.31897/PMI.2022.81 Записки Горного института. 2022. Т. 256. С. 560-566

© Г.В.Митрофанова, В.В.Марчевская, А.Е.Таран, 2022

Таблица 2

Минеральный состав продуктов обогащения при получении титанитового концентрата

Минерал Содержание в продуктах, мас.% Минерал Содержание в продуктах, мас.%

Титанитовый концентрат Хвосты Титанитовый концентрат Хвосты

Титанит 93,51 5,07 Содалит 0,25 1,37

Фторапатит 0,76 1,30 Натролит 0,31 3,72

Нефелин 0,51 69,80 Ильменит 0,43 0,10

Пироксены 0,96 1,43 Магнетит титанистый 0,06 0,40

Амфиболы 0,67 1,65 Лампрофиллит 0,21 0,47

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Полевые шпаты 0,78 6,63 Слюды 1,34 4,46

Канкринит 0,20 3,59 Итого 100 100

Концентрат, полученный флотационным способом, содержит значительно более высокое количество титана - 93,5 % титанита (37,8 % TiO2) по сравнению с концентратом, полученным путем выщелачивания кислотой - 80 % титанита, 32 % TiO2. Содержание других минералов во флотационном концентрате незначительно, что позволит использовать его без предварительной кислотной доводки [33] для дальнейшего разложения серной или соляной кислотой с получением прекурсоров разнообразных функциональных материалов.

Заключение. Минералогические особенности апатит-нефелин-титанитовых руд, образующих «титанитовые гнезда» в Хибинском массиве, позволяют получать из них флотационным способом высококачественный титанитовый концентрат. Особенности взаимодействия реагента с гидроксаматной группировкой и поверхности титанита обеспечивают наибольшую эффективность флотационного выделения титанитового концентрата. Использование наиболее эффективного режима флотации с собирателем, включающим смесь алкилгидроксамовых и карбоновых кислот с добавкой дистиллированного талового масла, обеспечивает получение титанитового концентрата с содержанием титанита не ниже 93 % с извлечением 63 % TiO2 от исходной руды. Показано преимущество флотационного выделения титанитового концентрата по сравнению с химическим способом, основанном на сернокислотном выщелачивании.

ЛИТЕРАТУРА

1. Milyutin V. V., Nekrasova N.A., Yanicheva N.Yu. et al. Sorption of cesium and strontium radionuclides onto crystalline alkali metal titanosilicates // Radiochemistry. 2017. Vol. 59. P. 65-69. DOI: 201710.1134/s1066362217010088

2. Thakkar J., Wissler B., Dudenas N. et al. Recovery of critical rare-earth elements using ETS-10 titanosilicate // Industrial & Engineering Chemistry Research. 2019. Vol. 58. P. 11121-11126. DOI: 10.1021/acs.iecr.9b02623

3. Orti'z-OliverosH.B., Flores-EspinosaR.M., Ordon~ez-RegilE., Ferna'ndez-ValverdeS.M. Synthesis of a-Ti(HPO4)2-H2O and sorption of Eu(III) // Chemical Engineering Journal. 2014. Vol. 236. P. 398-405. DOI: 10.1016/j.cej .2013.09.103

4. Yve Xian Ooi, Kyaw Zay Ya, Keiichiro Maegawa et al. Incorporation of titanium pyrophosphate in polybenzimidazole membrane for medium temperature dry PEFC application // Solid State Ionics. 2020. Vol. 344. P. 115-140. DOI: 10.1016/j .ssi.2019.115140

5. Vlaskin M.S., Grigorenko A.V., Shkolnikov E.I., Ilyukhin A.S. Gold-plated titanium vs carbon-impanted titanium as material for bipolar plates in PEM fuel cells // Surface Review and Letters. 2019. Vol. 26. № 8. № 1950038. DOI: 10.1142/S0218625X19500380

6. Lin Peijian, Miao He, Wang Zhouhang et al. Research Progress on Titanium Based Perovskite Anodes for Solid Oxide Fuel Cell (SOFC) // Materials Reports. Inorganic materials and ceramic matrix composites. 2020. Vol. 34. Iss. 5. Р. 5032-5038 (in Chinese). DOI: 10.11896/cldb. 19050165

7. Shapovalov V., Guda A., Butova V. et al. Laboratory Operando XAS Study of Sodium Iron Titanite Cathode in the Li-Ion Half-Cell // Nanomaterials. 2021. Vol. 11. Iss. 1. № 156. DOI: 10.3390/nano11010156

8. Marti'n-Yerga D., Carrasco-Rodri'guez J., Fierro JLG et al. Copper-modified titanium phosphate nanoparticles as electrocatalyst for glucose detection // Electrochim Acta. 2017. Vol. 229. Р. 102-111. DOI: 10.1016/j.electacta.2017.01.143

9. Congqi Luan, Yong Zhou, Yongyi Liu et al. Effects of nano-SiO2, nano-CaCO3 and nano-TiO2 on properties and microstructure of the high content calcium silicate phase cement (HCSC) // Construction and Building Materials. 2022. Vol. 314. Part A. № 125377. DOI: 10.1016/j. conbuildmat.2021.125377

10. Chen J., Kou S.C., Poon C.S. Hydration and properties of nano-TiO2 blended cement composites // Cementand Concrete Composites. 2012. Vol. 34. Iss. 5. Р. 642-649. DOI: 10.1016/j.cemconcomp.2012.02.009

11. Decheng Feng, Ning Xie, Chunwei Gong et al. Portland Cement Paste Modified by TiO2 Nanoparticles: A Microstructure Perspective // Industrial & Engineering Chemistry Research. 2013. Vol. 52. Iss. 33. Р. 11575-11582. DOI: 10.1021/ie4011595

Записки Горного института. 2022. Т. 256. С. 560-566 DOI: 10.31897/PMI.2022.81

© Г.В.Митрофанова, В.В.Марчевская, А.Е.Таран, 2022

12. Смороков А.А., Кантаев А.С., Брянкин Д.В., Миклашевич А.А. Разработка способа низкотемпературного обескрем-нивания лейкоксенового концентрата Ярегского месторождения раствором гидродифторида аммония // Известия вузов. Химия и химическая технология. 2022. Т. 65. Вып. 2. С. 127-133. DOI: 10.6060/ivkkt.20226502.6551

13. Архипова Ю.А. Современное состояние титановорудной базы Дальнего Востока России и перспективы ее освоения // Региональная экономика: теория и практика. 2010. Т. 8. № 32. С. 36-43.

14. Брыляков Ю.Е. Перспективы комплексного использования апатито-нефелиновых руд Хибинских месторождений // Обогащение руд. 2005. № 3. С. 28-31.

15. Ivanova V.A., Mitrofanova G.V. Aspects of comprehensive processing tehnology for stockpiled concentration wastes of apatite-nepheline ores // 15-th Balkan Mineral Proccessing Congress, 12-16 June, Sozopol, Bulgaria. St. Ivan Rilski, 2013. Vol. 2. Р. 1112-1114.

16. Митрофанова Г.В., Филимонова Н.М., Андронов Г.П., Рухленко Е.Д. Влияние минералого-технологических особенностей апатитсодержащих руд месторождения Партомчорр на выбор реагентных режимов флотации // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2017. № S23. С. 427-435. DOI: 10.25018/0236-1493-2017-10-23-427-435

17. Gerasimova L. G., Shchukina E.S., Maslova M. V. et al. Preparation and Characteristics of Titanium Silicate Filler for Functional Materials // Inorganic Materials: Applied Research. 2020. Vol. 11. Р. 903-907. DOI: 10.1134/S2075113320040103

18. Gerasimova L.G., MaslovaM. V., Shchukina E.S. Synthesis of Sorption Materials from Low Grade Titanium Raw Materials // Materials. 2022. Vol. 15. Iss. 5. № 1922. DOI: 10.3390/ma15051922

19. МасловаМ.В., Мотов Д.Л., Герасимова Л.Г. Получение комплексного титано-алюминиевого материала из некондиционного сфенового концентрата // Известия вузов. Химия и химическая технология. 2006. Т. 49. № 2. С. 63-66.

20. Калугин А.И., ПлешаковЮ.В., Герасимова Л.Г., Николаев А.И. Инновационные технологии переработки концентратов обогащения апатит-нефелиновых руд // Горный журнал. 2014. № 10. С. 69-72.

21. Maslova M., Ivanenko V., Gerasimova L. et al. Synthesis of titanium phosphates from unconventional solid precursor and their ion-exchange and electrochemical properties // Journal of Materials Science. 2021. Vol. 56. Iss. 16. P. 9929-9950. DOI: 10.1007/s10853-021-05876-4

22. Gerasimova L.G., Nikolaev A.I., Maslova M.V. et al. Titanite Ores of the Khibiny Apatite-Nepheline-Deposits: Selective Mining, Processing and Application for Titanosilicate Synthesis // Minerals. 2018. Vol. 8. Iss. 10. № 446. DOI: 10.3390/min8100446

23. Боруцкий Б.Е. Очерки по фундаментальной и генетической минералогии: 7. Эволюция представлений о генезисе Хибинских апатито-нефелиновых месторождений и метасоматическая гипотеза их формирования // Новые данные о минералах. 2015. № 50. С. 129-167.

24. Gerasimova L. G., Nikolaev A.I., Shchukina E.S., Maslova M. V. Titanite-Containing Mineral Compositions and Their Chemical Treatment with Preparation of Functional Materials // Materials. 2020. Vol. 13. Iss. 7. № 1599. DOI: 10.3390/ma13071599

25.Самбуров Г.О., Щукина Е.С., КиселевЮ.Г. Титансодержащий концентрат из «сфенитовых» руд // Труды Кольского научного центра РАН. 2017. Т. 8. № 5-1. С. 148-154.

26. Плешаков Ю. В., Алексеев А.И., Брыляков Ю.Е., Николаев А.И. Технология комплексного обогащения апатит-нефелиновых руд // Обогащение руд. 2004. № 2. С. 15-17.

27. Гершенкоп А.Ш., Гандрусов Н.А., Андреева А.И. Применение высокомолекулярных алкилбензолсульфонатов для флотации нефелина // Цветные металлы. 1978. № 10. С. 110-112.

28. Митрофанова Г.В., Черноусенко Е.В., Каменева Ю.С., Вишнякова И.Н. Опробование комплексообразующего реагента на основе гидроксамовых кислот при флотации минералов переходных металлов // Вестник Кольского научного центра РАН. 2019. Т. 11. № 2. С. 95-104. DOI: 10.25702/KSC.2307-5228.2019.11.2.95-104

29. Yaohui Yang, LonghuaXu, Yachuan Liu, Yuexin Han. Flotation separation of ilmenite from titanaugite using mixed collectors // Separation Science and Technology. 2016. Vol. 51. Iss. 11. P. 1840-1846. DOI: 10.1080/01496395.2016.1183678

30. XueX., KanzakiM. Dissolution mechanisms of water in depolymerized silicate melts: Constraints from 1H and 29Si NMR spectroscopy and ab initio calculations // Geochimica et Cosmochimica Acta. 2004. Vol. 68. Iss. 24. Р. 5027-5057. DOI: 10.1016/j.gca.2004.08.016

31. Zhou F., Liu Q., Liu X., Li W. et al. Surface Electrical Behaviors of Apatite, Dolomite, Quartz, and Phosphate Ore // Frontiers in Materials. 2020. Vol. 7. P. 35. DOI: 10.3389/fmats.2020.00035

32. Rappoport Z., Liebman J.F. The chemistry of hydroxylamines, oximes and hydroxamic acids. Wiley, 2008. Vol. 1. 1078 p.

33. Брыляков Ю.Е., Быков М.Е., Скрябин А.Н., Алексеев А.И. Гидрометаллургическая технология получения сфенового и эгиринового концентратов // Горный журнал. 2004. № 9. С. 66-68.

Авторы: Г.В.Митрофанова, канд. техн. наук, ведущий научный сотрудник, g.mitrofanova@ksc.ru, https://orcid.org/0000-0003-1230-5381 (Горный институт Кольского научного центра РАН, Апатиты, Россия), В.В.Марчевская, канд. техн. наук, ведущий научный сотрудник, https://orcid.org/0000-0002-7258-4952 (Горный институт Кольского научного центра РАН, Апатиты, Россия), А.Е.Таран, технолог I категории, https://orcid.org/0000-0002-7439-0924 (Горный институт Кольского научного центра РАН, Апатиты, Россия).

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.