CC BY
185
----------------------------------------- © А.В. Туголуков, И.С. Бармин,
В.Ф. Попович, В.Н. Лыгач,
2011
УДК 622.364:622.7
А.В. Туголуков, И.С. Бармин, В.Ф. Попович, В.Н. Лыгач
ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ РАЗНОВИДНОСТЕЙ АПА ТИТ-ШТАФФЕЛИТОВЫХ РУД КОВДОРСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ
Изучены особенности вещественного состава и технологические свойства основных типов апатит-штафелитовых руд: каменистых, плотных и мягких, слабоцементиро-ванных. Разработана общая схема магнитно-флотационного обогащения апатит-штафелитовых руд, обеспечивающая получение качественного апатитового концентрата при оптимальном расходе флотационных реагентов. Учет особенностей перерабатываемых руд достигается изменением схемы обогащения: направления на процесс флотации обесшламленной пульпы после операции измельчения и классификации (для мягких руд) наряду с прямым направлением на процесс флотации измельченной руды, минуя операцию классификации в гидроциклонах (для каменистых руд). Одновременно предусматривается возможность корректировки реагентного режима флотации в зависимости от типа перерабатываемой руды.
Ключевые слова: Ковдорское месторождение, магнитно-флотационное обогащение, флотация, апатит-штафелитовые руды.
А патит-штафелитовые руды
./Т. (АШР) являются для Ковдорско-го ГОКа важным источником сырья [1]. Однако, достигнутые техникоэкономические показатели их обогащения не отвечают имеющимся требованиям, что требует проведения дополнительных исследований. Целью настоящей работы было установить особенности обогатимости основных типов АШР и выбрать технологические решения, позволяющие в наибольшей мере учитывать особенности перерабатываемых руд.
Ковдорское месторождение апатит-штаффелитовых руд (АШР) расположено в 3 км к юго-западу от г. Ковдор, на территории ОАО «Ковдорский ГОК».
Богатые руды собственно апатит-штаффелитового состава составляют 34 % запасов месторождения и в среднем содержат 25 % Р2О5, 8,3% железа, 2,6
% СО2. Они представлены плотными разновидностями, а также смесями рыхлых и каменистых руд, сформированными по мономинеральным карбонати-там.
Бедные руды апатит-штаффелит-гидрослюдистого состава составляют 66 % запасов и в среднем содержат 10,65 % Р2О5. Они представлены рыхлыми и твердыми разновидностями, а также их смесями, сформированными со значительным количеством реликтов и ксенолитов боковых пород силикатного состава с примесями реликтовых ассоциаций минералов вмещающих пород. Руды характеризуется неравномерным распределением минералов по участкам месторождения.
По физико-механическим свойствам АШР подразделяются на преимущественно плотные, твердые, каменистые и преимущественно рых-
лые, неустойчивые или слабоцементи-рованные.
Каменистые АШР имеют среднюю плотность 2.6 т/м3, коэффициент крепости по Протодъяконову 2-6 и естественную влажность 7 %. Рыхлые АШР имеют среднюю плотность 2.3 т/м3, коэффициент крепости 1 и естественную влажность 12 %.
Для изучения особенностей вещественного состава и разработки адаптированной технологии обогащения апатит-штаффелитовых руд были исследованы две пробы, характеризуюшие плотную, твердую и богатую по Р2О5 разновидность (проба 1) и мягкую, рыхлую и бедную по Р2О разновидность (проба 2).
Проба 1 характеризуется присутствием большей доли руд с массивной и пористой текстурой. Преобладающим минералом в этой пробе является франко-лит (42,5 %). Вместе с апатитом (около 18 %) он и определяет прочность этого типа руды. Относительно высокая крепость руд обусловлена наличием плотных натечных образований радиальнолучистого и массивного франколита, а также остаточного апатита в виде гнезд и линз. Франколит, с одной стороны, развивается в пустотах, а с другой как бы цементирует все слагающие минералы. Содержание вермикулита и глинистых минералов составляет около 21 %. Проба 1 характеризуется максимальным количеством магнетита (неизмененного) - более 7 % и минимальным содержанием пироксенов и амфидолов (0.5 %).
Проба 2 представляет собой рыхлую породу рыжего цвета. Мягкость руды обусловлена с одной стороны преобладанием в ней вермикулита (почти половина слагающих минералов), а с другой стороны наличием следов широкого развития гипергенных процессов. В породе фосфаты представлены франколитом (более 20 %) и апатититом (~8 %).
Содержание гидроокислов железа в свободных зернах близкое таковому в пробе 1, однако значительная часть их наблюдается в виде пленок и примазок на других минералах. Особенно это характерно для апатита. Соотношение прозрачных и ожелезненных зерен апатита в пробе 1 составляет примерно 2:1.
Для пробы 2 характерна значительная доля глинистых минералов. Существенное место в пробе занимают также кремнийсодержащие минералы, такие как полевой шпат, кварц, нефелин. Содержание их в пробе составляет около 8 %, тогда как в пробе 1 их менее 1 %.
Апатит - Са3(РО4)10^,ОН] в обеих пробах наблюдается в виде зерен изо-метричной, часто угловатой формы, размеры которых колеблются от 0.01 до
1 мм. Зерна апатита почти всегда трещиноваты и часто располагаются среди франколитовых или вермикулитовых образований. В рыхлой разновидности (проба 2) апатит чаще всего находится в виде отдельных, сбрекчированных другими минералами зерен. Зерна апатита, как правило, бесцветны, если не покрыты пленками гироокислов железа, наиболее характерными для рыхлых разностей руд.
Франколит -
Саю[Р04]б^2,(С0з),(0Н)2,0]. В шлифах наблюдается преимущественно в виде радиально-лучистых образований, а также в виде сплошных игольчатых масс, пространственно часто связанных с апатитом. В шлифах отчетливо виден натечный характер франколита и позднее его развитие по отношению к другим минералам.
В каменистых рудах (проба 1) фран-колит наблюдается в виде радиальнолучистых сростков игольчатых кристаллов, которые образуют корки и почковидные выделения, иногда выступающие в роли цемента в породе. Франко-лит мономинеральных участков микро-
игольчатый до скрытокристаллического). Размер большинства кристаллов 0.005-0.05 мм.
Плотность франколита меняется от 2.8 до 3,1 г/см3 и снижается с увеличением в его структуре доли карбонатной группы и воды,
Для оценки промывистости из проб, раздробленных до размера 2 мм, был выделен материал крупностью -2+0.5 мм, на котором проводилось определение размокаемости. Выполненные исследования по определению тонкодисперсных фракций (по ГОСТ Р-50298.2-92) и пластичности (по ГОСТ Р-50298.1-92) лабораторных проб показали, что глины относятся к непластичным. По выходу глинистых и шламовых фракций (-0.1 мм) и по соотношению глинистых и шламовых фракций к песковой, проба 2 относится к труднопромывистым рудам.
Важным параметром руд является их растворимость в водной среде и адсорбционная активность по отношению к флотационным реагентам [2].
Химический состав жидкой фазы рудной суспензии, полученной продолжительным контактированием руды крупностью -2 мм с водой показал, что существенного изменения химического состава жидкой фазы пульпы, в т. ч. концентрации ионов кальция, за счет растворения минералов в воде не происходит.
Анализ сорбционной активности показал, что измельченная руда пробы
2 поглощает жирнокислотные собиратели из растворов реагентов на 45-60 % больше, чем руда пробы 1. Избыточное поглощение собирателя пробой 1 обусловлено повышенной массовой долей в измельченной руде тонких фракций апатита и франколита, а так же значительной степенью ожелезне-ния этих минералов (до 35 %).
Исследования обогатимости мытой руды пробы 1 производились по схеме магнитно-флотационного обогащения.
Измельчение мытой руды позволяет получить помолы с содержанием класса -0.074 мм от 47,3 до 55,8%. Измельченная руда подвергалась мокрой магнитной сепарации в слабом поле по схеме с основной сепарацией и двойной перечисткой магнитной фракции. Немагнитная фракция подвергается обесшламлива-нию с целью удаления наиболее тонких фракций, затрудняющих ведение флотационного процесса.
Лабораторные опыты по флотации проводились в открытом цикле, в машинах механического типа при Т:Ж = 1:5 в основной и в перечистных операциях при температуре 20+2оС. После выбора оптимального ассортимента реагентов и режимных параметров флотацию осуществляли по схеме замкнутого цикла.
Флотация неиагнитной фракции пробы 1 собирателем ЖКТМ в смеси с М-246 обеспечила получение апатит-штаффелитовых концентратов с содержанием пятиокиси фосфора от 36,3 до 37,1 % Р2О5 при извлечении 90-95 % от операции и 85-89,6 % от исходного. Увеличение расхода М-246 от 0,15 до 0,5 кг/т твердого способствует улучшению селективности процесса, повышению технологических показателей и снижению объема пены. Оптимальный расход М-246 находится в интервале 0,25 - 0,5 кг/т.
Следующим этапом исследований были испытания флотацию руды пробы 1 без операции промывки. Результаты флотационных опытов показали, что флотация измельченной руды в замкнутом цикле в присутствии первичных шламов (при высокой концентрации в пульпе М-246) устойчиво протекает при малом объеме пены, которая быстро разрушается и легко транспортируется. Получаемый фос-фатный концентрат со-
держит 34,3 % Р2О5 и 6,8 % Fe2O3 (за счет активной флотации магнетита) при извлечении Р2О5 90,5 %. Последующая магнитная сепарация флотоконцентрата обеспечивает получение кондиционного апатит-штаффелитового концентрата с содержанием Р2О5 36,5 % при извлечении 89,2 % от исходной руды.
Таким образом, выполненные предварительные исследования показали принципиальную возможность исключения из схемы обогащения богатой разновидности АШР операции промывки исходной руды.
Лабораторная проба 2 готовилась к флотационным исследованиям по схеме, включающей промывку исходной руды, классификацию мытой руды по классу -0.5 мм и обесшламливание класса -0.5 мм в гидроциклоне. При обесшламливании в гидроциклоне выход первичных шламов составил 25,6 % от операции или 16,8 % от руды при содержании в них 7,1 % Р2О5 и при потерях Р2О5 со шламами 10,1 % от исходной руды.
Мокрая магнитная сепарация измельченного материала пробы 1 в слабом магнитном поле позволила получить магнети-товый концентрат, содержащий 65,2 -65,54 % Fe общ.) и 0,55 % Р2О5.
После магнитной сепарации предусмотрена операция обесшламливания в гидроциклонах. После удаления вторичных шламов массовая доля Р2О5 в песках гидроциклона, поступающих на дальнейшую флотацию, составила 12,54 % при извлечении в них 73,9% Р2О5 от операции или 66,3% от исходной руды.
Флотация фосфатов осуществлялась из обесшламленного материала пробы 1 технологической схемы, включающей основную, 3 контрольных и 3 перечист-ных операций.
В качестве реагентов-регуляторов среды использовали кальцинированную или каустическую соду и жидкое стекло. В качестве собирателя применяли мыло
дистиллированного таллового масла и мыло таллового масла из хвойных пород.
В оптимальных условиях при расходах собирателя 250-375 г/т и реагента -регулятора М-246 200-400 г/т были получены фосфатные концентраты с массовой долей Р2О5 36,4-36,65 % при извлечении 85,95-89,0 % (от операции).
Для пробы 2 также были проведены исследования по флотации фосфатов из не обесшламленой пульпы. При использовании в качестве собирателя мыла дистиллированного таллового масла (750 г/т руды), а в качестве регуляторов реагента М-246 (400 г/т) и реагента ОКР (10 г/т) были получены фосфатные концентраты с массовой долей Р2О5 33,9 - 34,05 % при извлечении 79.9-86,2 % (от операции).
Проведенные исследования позволяют считать, что технологическая схема с флотацией необесшламленной пульпы является весьма перспективной для руды пробы 2, так как позволяет снизить потери Р2О5 со вторичными шламами с 26 % до 7 %. Однако, получаемый апатитовый концентрат по качеству не является кондиционным и необходимо его смешивание с концентратом, полученным при обогащении каменистых, плотных руд.
В результате проведенных исследований на смесях обеих типов руд установлена предпочтительность схемы магнитно-флотационного обогащения предварительно промытой апатит-штафелитовой руды (рисунок), которая обеспечивает получение качественного апатитового концентрата
Исходная руда
I стадия дробления
II стадия дробления
III стадия дробления ПРОМЫВКА
У о со. Р Fe Є Р2О5 Є Fe
100 15.19 6.8 100.0 100.0
Шламы 1
>
Измельчение
У о 2 со. Р Fe Є Р2О5 Є Fe
15.5 7.41 7.0 7.5 16.0
КЛАССИФИКАЦИЯ
МОКРАЯ МАГНИТНАЯ СЕПАРАЦИЯ НМФ МФ I
I ПЕРЕЧИСТКА
II ПЕРЕЧИСТКА
У Р Р2О5 Р Fe Є Р2О5 Є Fe
15.5 7.41 7.0 7.5 16.0
Железный концентрат
СГУЩЕНИЕ I
СГУЩЕНИЕ II
Слив
Шламы 2
У Р Р2О5 Р Fe Є Р2О5 Є Fe
14.5 17.55 5.34 16.8 11.4
ОСНОВНАЯ ФЛОТАЦИЯ
—
I ПЕРЕЧИСТКА
II ПЕРЕЧИСТКА
III ПЕРЕЧИСТКА
У Р Р2О5 Р Fe Є Р2О5 Є Fe
28.9 35.43 1.2 67.4 5.1
Апатитовый
концентрат
Хвосты общие
У о 2 со. Р Fe Є Р2О5 Є Fe
67.2 7.35 5.82 32.5 57.5
Технологическая схема обогащения апатит-штафелитовых руд (АШР)
при наименьшем расходе флотационных реагентов. Выделение магнетита магнитной сепарацией перед флотацией повышает селективность последней, что выражается в снижении содержания в апатитовом концентрате оксида железа, являющегося в данном случае основной вредной примесью.
Учет особенностей технологических свойств перерабатываемых руд состоит в обеспечении возможности изменения схемы обогащения в зависимости от технологических свойств руд. Для мягких, рыхлых руд предусмотрена схема с направлением на процесс флотации обесшламленной пульпы после операции измельчения и классификации, а для твердых, каменистых руд предусмотрено направление на процесс флотации измельченной руды минуя операцию классификации в гидроциклонах. Одновременно предусматривается возможность корректировки реагентного режима флотации в зависимости от типа перерабатываемой руды.
Генеральное опробование разработанной технологической схемы и режима обогащения проходило на смеси проб 1 и 2 в соотношении 2:3. В результате обогащения смешанной пробы был получен апатит-штаф-фелитовый
1. Лыгач В.Н., Ладыгина Г.В., Саморукова В.Д., Косьмина А.Н., Бармин И.С. Особенности вещественного состава и обогатимости бедных апатит-штаффелито-вых руд спецотвала Ков-дорского ГОКа // Горный информационно-
концентрат с содержанием 36-36,9 % Р2О5 при извлечении 65,0 % от руды и железный концентрат с содержанием 64-65 % Feoбщ.
В результате проведения опытнопромышленных испытаний в условиях ОАО «Ковдорский ГОК» была разработана и апробирована аппаратурнотехнологическая схема обогащения АШР, рекомендуемая для промышленного внедрения. Оптимизированная рудоподготовка и флотационная схема с усовершенствованным реагентным режимом дали возможность получить из апатит-штаффелитовой руды содержанием 16,6 % Р2О5 и 8,5 % Feoбщ. с использованием оборотной воды действующего хвостохранилища ОАО «Ков-дорский ГОК» апатит-штаффелитовый концентрат с содержанием 36,9 % Р2О5 при извлечении 65 %, и железорудный концентрат с содержанием 64-65 % Feoбщ. при извлечении 46,7 %.
Результаты исследований показали, что получаемый апатит-штаффели-товый концентрат является кондиционным фосфатным сырьем как для получения экстракционной фосфорной кислоты, так и для производства высококачественных фосфорсодержащих удобрений.
-------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
аналитический бюллетень, № 5. -2007. С.384-388.
2. Барский ЛА, Кононов ОВ, Ратмирова Л.И. Селективная флотация кальцийсодержащих минералов. -М.: Недра, 1979. -232 с.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -----------------------------------------------------------------------
Туголуков А.В. - Минерально-химическая компания «ЕвроХим», [email protected],
Бармин И.С. - Минерально-химическая компания «ЕвроХим», [email protected],
Попович В.Ф. - начальник отдела развития, Ковдорский ГОК,
Лыгач В.Н. - кандидат технических наук, профессор, Ассоциация "Промышленные Минералы" [email protected]
