CC BY
28
УДК 622.7
Г.Ш. Байкелова, О.Д. Кабаев, С.Е. Абайлдаев
ИССЛЕДОВАНИЯ ВЕЩЕСТВЕННОГО СОСТАВА ЛЕЖАЛЫХ ХВОСТОВ АКТЮЗСКОЙ ОБОГАТИТЕЛЬНОЙ ФАБРИКИ
Аннотация. В качестве объекта исследования выбраны техногенные отходы Актюзской обогатительной фабрики, которые заскладированы в четырех хвостохранилищах с общим объемом 10 млн т. Актюзская обогатительная фабрика в течение 30 лет перерабатывало руду месторождения Кутессай. Низкое содержание РЗЭ в этой руде, тонкая вкрапленность минералов редких металлов и применяемые технологии позволяли извлечь ценные компоненты только на 65...69%, остальное сбрасывалось в хвосты, в том числе содержащие редкие и редкоземельные металлы. Для исследования технологических свойств отвалов были отобраны технологические пробы из хвостохранилищ № 2. Установлен фазовый состав редкоземельно-содержащего хвостов с применением растровой электронной микроскопии (РЭМ) и рентге-носпектрального микроанализа (РСМА). По данным анализа наиболее вероятными минералами, составляющими исследуемые пробы техногенного сырья, являются главные минералы редкоземельных элементов монацит (Се, La...)[PO4], бастнезит (Се, La, Рг)[С03р, лопарит (Са, Се, №) (Д Nb) 03, изоморфно-замещающие редкоземельных элементов циркон — ZrSiO4. В качестве пустой породы присутствуют алюмосиликаты, кальцит, гипс и кварц.
Ключевые слова: минералы, отходы, пробы, хвостохранилищ, частицы, порода, редкоземельные элементы.
После распада Советского Союза прекращена добыча редкометального и редкоземельного сырья по многим причинам. Одними из них являются снижение запасов существующих месторождений, а также неполное извлечение полезных компонентов из-за неэффективности технологии переработки сырья и отсутствия источников финансирования.
В последнее время на мировом рынке высокими темпами растет спрос на редкоземельные металлы. Более перспективными по содержанию и запасам полезных компонентов по сравнению с отвалами горного производства являются техногенные месторождения руд редких и редкоземельных металлов.
Одним из таких техногенных месторождений являются хвосты Актюзской обо-
DOI: 10.25018/0236-1493-2018-6-0-134-141
гатительной фабрики (далее ОФ), заскла-дированные в четырех хвостохранилищах. Актюзская ОФ в течение 30 лет перерабатывала редкоземельно-содержащие руды месторождения Кутессай-2 [1].
Месторождение Кутессай-2 Актюзской обогатительной фабрики расположено на склонах Таса-Кеминского хребта Чуй-ской области Кыргызской Республики, на высотах 2320—2500 м. Площадь месторождения сложена метаморфическими толщами нижней подсвиты куперли-сайской свиты R2 [3].
Руды месторождения — комплексные полиминеральные поликомпонентные редкоземельные церий-иттриевые. Основными концентратами редкоземельных элементов являются редкоземельно-содержащие минералы: ксенотим,
ISSN 0236-1493. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2018. № 6. С. 134-141. © Г.Ш. Байкелова, О.Д. Кабаев, С.Е. Абайлдаев. 2018.
монацит, иттропаризит, иттробастнезит, циртолит, малакон, ферриторит, иттро-флюорит, флюоцерит, а также редкоземельно-содержащие породообразующие минералы: хлорит, серицит, биотит. С минералами РЗЭ связано примерно 80% сумма окислов РЗЭ; остальные 20% рассеяны в породообразующих минералах [4].
В то время применяющие технологии позволили извлечь ценные компоненты только на 65—69%, остальные уходили в хвосты, в том числе содержащие редкие и редкоземельные металлы [1].
Целью работы является исследование технологических свойств отходов Ак-тюзской ОФ с применением рентгенофа-зового анализа растровой электронной микроскопии и рентгеноспектрального микроанализа пробы с использованием
метода порошков. Объектом наших исследований является хвостохранилище № 2.
Проба в виде порошка размещалась на двусторонней клейкой электропроводящей углеродной ленте фирмы NISSHIN EM Co. Растровые электронно-микроскопические (РЭМ) исследования и рентгеноспектральный микроанализ (РСМА) проводились в нескольких точках с помощью микроанализатора JEOL JXA-8230. Наиболее информативными РЭМ-снимками являются те изображения, которые были сделаны в режиме обратно-рассеянных электронов (СОМРО), поскольку они позволяют сортировать частицы по контрасту. В этом режиме наиболее яркий контраст формируется от тех частиц, которые содержат элементы с более высокими атомными номерами,
Gill LDE2
= ' T ' 1 i i i i ' ' ' Chi TAP
:
- p ysi /Гк k Me. | Si »i . CS. 1 . ... Л1 _____ 1 -
so 1 2C 1 60 200
— 1 1 1 1 1 1 1 c-a К Ca ' 1 ' Ch2 _
Ее Cs Q« Ti Ca L L v Y .V Y^Vj Y . Ca
SO 1 2D 1 BO 20D 240
i | i i ' I ' F Fe - ...... 1 1 cs • ."V,-.. S; ' 1 ' Ch2 ...... 'J' ...... L IF Ca .1. , . -
Acc. V 20.0 kV
Prob C 5.002e-008 A
Beam Shape Circle Probe Dia. 150
ZAF Metal Element Mass(%) Ca 2.466 1.1721
Atom(%) C 12.730 20.1956 O 49.683 59.1644 Na 0.809 0.6701 Mg 0.923 0.7233 Al 4.134 2.9195 Si 14.848 10.0712 P 0.534 0.3285 K 3.078 1.4999
Ti 0.351 0.1397 Mn 0.464 0.1608 Fe 6.450 2.2002 Zn 1.222 0.3561 Y 1.080 0.2315 Ce 1.228 0.1670
Total 100.000 100.0000
Рис. 1. ВДС-спектр характеристического рентгеновского излучения частиц пробы и табулированные концентрации элементов на данном участке
Fig. 1. Wavelength dispersion spectrum of X rays of sample particles and tabulated concentrations of elements in this range
и соответственно, относятся к так называемой тяжелой фракции. Дополнительной особенностью таких изображений является повышенное разрешение, что позволяет регистрировать изображения частиц малых размеров.
Результаты исследований
Точность данных РСМА-спектров, полученных методом энергодисперсионной спектрометрии (ЭДС), для данной геометрии взаимодействия электронного пучка с порошкообразным веществом намного уступает предельным величинам точности, которые достижимы только в случае исследования ан-
шлифов. Однако чувствительность прибора к наличию тех или иных элементов остается высокой. Поэтому с учетом негомогенности проб в микроскопическом масштабе и ограниченности толщины анализируемого слоя частиц (не более 1 мкм) полученные данные следует отнести к категории индикативных [2, а 70].
Был получен спектр характеристического рентгеновского излучения методом ВДС-анализа с полуколичественной оценкой всех зарегистрированных прибором элементов (рис. 1). Диаметр электронного пучка составлял 150 мкм и в поле его действия попадали частицы
Acc. V 20.0 kV
Prob C 4.944e-008 A
Beam Shape Circle Probe Dia. 150
ZAF Metal
Element Mass(%) Atom(%) F 3.875 6.8491 Na 1.557 2.2730 Mg 1.998 2.7583 Al 10.487 13.0504 Si 39.323 46.9977 P 1.082 1.1731 K 8.616 7.3978 Ca 6.351 5.3206
Ti 0.732 0.5141 Mn 0.904 0.5527 Fe 16.252 9.7697 Cu 1.272 0.6716 Zn 1.951 1.0022 Y 2.363 0.8920 La 1.103 0.2668 Ce 2.132 0.5108
Total 100.000 100.0000
Рис. 2. ВДС-спектр характеристического рентгеновского излучения частиц пробы в режиме следовых элементов и табулированные концентрации элементов на данном участке
Fig. 2. Wavelength dispersion spectrum of X rays of sample particle in the mode of trace elements and tabulated concentrations of elements in the given range
i
Elementsms%
О 44.63
Al 0.69
Si 1.99
P 6.00
Fe 1.10
Zr 18.06
La 8.32
Ce 19.35
mol% 79.81 0.73 2.02 5.54 0.57 5.66 1.71
_____ 3.95
100.13 100.00
Sigma Net
0.72 0.27 0.25 0.29 0.77 0.90 1.16 1.15
54729
3305
11056
32473
2532
58983
18893
45308
К ratio
0.3641103
0.0035557
0.0129341
0.0584987
0.0097174
0.1236211
0.0698774
0.1704246
Рис. 3. ЭДС-анализ центральной части частицы тяжелой фракции X 750 Fig. 3. Energy dispersion in the center of sinking fraction particle X 750
Рис. 4. ВДС-картирование на среднем увеличении по элементам частиц тяжелой фракции ГШ-1X 500 Fig. 4. Wavelength dispersion mapping at an average magnification per elements of sinking fraction particles GSH-1X 500
среднего и малого размеров как тяжелой, так и легкой фракции.
По задаче поиска следов тяжелых элементов было проведено дополнительное ВДС-исследование в режиме следовых элементов без учета таких легких элементов, как углерод и кислород (см. рис. 2). Благодаря этому режиму было дополнительно выявлено наличие таких элементов как фтор и лантан.
На рис. 3 показаны результаты ЭДС-анализа центральной части частицы тяжелой фракции, обладающей ярким конт-
растом в режиме обратнорассеянных электронов, что заведомо определяет ее принадлежность к частицам, содержащих элементы с высокими атомными номерами, т.е. к тяжелой фракции. Основные составные элементы этой частицы являются кислород, алюминий, кремний, фосфор, железо, цирконий, лантан и церий.
Для уточнения наличия других следовых элементов, пики которых в полной мере не проявились на спектрах качественного анализа, была предпри-
Рис. 5. ВДС-картирование на по элементам частиц тяжелой фракции ГШ-1Х 400(9) Fig. 5. Wavelength dispersion mapping per elements of sinking fraction particles GSH-1X 400(9)
нята попытка выявить структуру их распределения с помощью метода ВДС-картирования на среднем увеличении (Х500).
На рис. 4 представлены изображения этой же частицы в 9 окнах элементов (иттрий, титан, ниобий, лантан, цинк, церий, цирконий, молибден и празеодим). Как можно заметить, одна частица тяжелой фракции составлена главным образом из лантана, церия и празеодима, в то время как вторая частица представляет собой локализацию иттрия. Остальные элементы, кроме титана, тенденции к локализации не проявляют, что может быть связано как с низкими их концентрациями, так и с их способностью диффузного рассеяния рентгеновских лучей.
Такое же ВДС-картирование было применено и к другому участку, имеющему частицы тяжелой фракции (рис. 5). Основным результатом данного картирования стало обнаружение локализации циркония в частице тяжелой фракции. Оба картированных участка (рис. 4 и 5) свидетельствуют о способности частиц тяжелой фракции к измельчению.
По результатам исследований присутствующие в пробе отхода минералы идентифицировали с составом минералов редкоземельных элементов.
По данным проведенного анализа наиболее вероятными минералами, составляющими исследуемые пробы техногенного сырья, являются главные минералы редкоземельных элементов монацит (Се, La...)[PO4], бастнезит (Се, La, Рг) [С03^, лопарит (Са, Се, Na)(Ti, Nb) 03, изоморфно замещающие циркон — ZrSiO4.
В качестве пустой породы присутствуют алюмосиликаты, кальцит, гипс и кварц. Наиболее важные изменения минералов пустой породы связаны с окремнением, коалинизацией, хлори-тизацией и серицитизацией их поверхности.
Из-за долгого хранения техногенных хвостов, образовались новые минеральные фазы со сложной окисленной структурой, которые с целью глубокого вскрытия новых минеральных комплексов, требуется применение комплекса физико-химических и энергетических воздействий.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Байкелова Г.Ш. Разработка технологии извлечения редких элементов из хвостов Ак-тюзской обогатительной фабрики. Автореф. кан. дисс. техн. наук. — Бишкек: Институт горного дела и горных технологий им. У. Асаналиева, 2013. — 16 с.
2. Байкелова Г. Ш., Кабаев О.Д. Рентгенофазовое и электронно-микроскопическое исследования лежалых хвостов Актюзской ОФ / Инновационные процессы и технологии в современном мире: V международная научно-практическая конференция, Уфа, 29—30 ноября 2017 г. — Уфа: РИО ИЦИПТ, 2017. — С. 70—75.
3. Кабаев О. Д., Супамбаев К. С. Геологическое строение месторождения Кутессай-11 / Технико-экономическое обоснование месторождения Кутессай-2. — Бишкек, 2008. — 72 с.
4. Никоноров В. В. Месторождение редких земель и полиметаллов Кутесай-2. Кыргызская методическая экспедиция геолого экономических-исследований. — Бишкек, 2006. — 32 с.
5. ЧечельЛ. П. Особенности распределения и фракционирования рзэ в техногенных водах вольфрамовых месторождений Восточного Забайкалья // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. — 2016. — № 12—6. — С. 983—988.
6. Усманова Т.В., Рихванов Л. П. Условия образования скоплений ценных компонентов как классификационный признак техногенных месторождений // Фундаментальные исследования. — 2013. — № 8—3. — С. 745—749.
7. Башлыкова Т. В., Живаева А. Б., Аширбаева Е.А., Данильченко Л. М. Патент РФ № 2457267. Способ переработки фосфогипса с извлечением редкоземельных элементов и фосфора, 2010.
8. Бордохоев В.Я. Рентгенофлуоресцентный анализ горных пород способом фундаментальных параметров. - Магадан: СВКНИИ ДВО РАН, 1999. - 297 с.
9. Solomon E. I., Lever A. B. P. Inorganic electronic structure and spectroscopy. — New York: Wiley, 1999. — 234 p.
10. SrbJ., Ruzickova Z. Pelletization of Fines (Minerals, Ores, Coal) // Developments in Mineral Processing, D.W. Fuerstenau, Advisory Editor, Elsevier Science Publishers B.V., Amsterdam, The Netherlands, 1988. Vol. 7, 145 p.
11. Лукина К.И., Якушкин В.П., Муклакова А.Н. Обогащение полезных ископаемых // Международный журнал экспериментального образования. — 2016. — № 6—1. — С. 94—95.
12. Kazuo Kondo, Tomohiro Matsuo, Michiaki Matsumoto Adsorptive separation of La, Ce and Pr using microcapsules containing 2-ethylhexylphosphonic acid mono-2-ethylhexyl ester // Hydrometallurgy. — 2015. — № 152. — P. 204—213.
13. Shimojo K., Kurahashi K., Naganawa H. Extraction behavior of lanthanides using a diglycolamide derivative TODGA in ionic liquids // Dalton Transactions. — 2008. — № 37. — Р. 5083—5088.
14. Смирнова Е.В., Конусова В.В. Спектральное и химико-спектральное определение редкоземельных элементов в геологических материалах / Геохимия редкоземельных элементов в эндогенных процессах. — Новосибирск, 1982. — С. 3—31.
15. Николаев Н. В., Таранов В.А., Афанасова А. В. Исследование прочностных свойств руды при проектировании циклов рудоподготовки // Горный журнал. — 2015. — № 12. — С. 254—262. ЕШ
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Байкелова Гульмира Шакиновна1 — кандидат технических наук, ученый секретарь, e-mail: baikelova @mail.ru,
Кабаев Омуркул Даниярович1 — кандидат геолого-минералогических наук,
профессор, директор института,
Абайлдаев Семетей Ерболотович — преподаватель,
Институт горных технологий и горных дел им. У. Асаналиева,
1 Кыргызский институт минерального сырья.
ISSN 0236-1493. Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2018. No. 6, pp. 134-141. Material constitution of old tailings at Aktyuz Processing Plant
Baykelova G.Sh.1, Candidate of Technical Sciences, e-mail: baikelova @mail.ru, Kabaev O.D1, Candidate of Geological and Mineralogical Sciences, Professor, Director of Institute, AbayldaevS.E., Lecturer,
Institute of mining technologies and mining named after U. Asanaliev, Bishkek, Kyrgyzstan, 1 Kyrgyz Institute of Mineral Raw Materials, Bishkek, Kyrgyzstan.
Abstract. The study object is tailings stored at Aktyuz Processing Plant in four tailings ponds with a total volume of 10 Mt. Aktyuz Processing Plant has been dressing Kutessay deposit ore for 30 years. Due to low content of rare earth elements, fine dissemination of rare metals and technologies in use, extraction of valuable components makes 65-69% and the discharged tailings contain rare and rare earth metals. Aimed to analyze processing characteristics of tailings, technological samples were taken at tailings pond No. 2. The phase composition of rare earth-bearing tailings was determined using the methods of scanning electron microscopy and X-ray micro-analysis. According to the results, the most probable components in the analyzed tailings samples are the main minerals of rare earth elements—monazite (Ce,La...) [PO4], bastenzite (Ce,La,Pr)[CO3]F, loparite (Ca, Ce, Na)(Ti, Nb) O3, isomorphous substitutes of rare earth elements, zircon ZrSiO4. Waste rock is represented by aluminosilicate, calcite, gypsum and quartz. Key words: minerals, waste, samples tailings pond, particles, rocks, rare earth elements.
DOI: 10.25018/0236-1493-2018-6-0-134-141
REFERENCES
1. Baykelova G. Sh. Razrabotka tekhnologii izvlecheniya redkikh elementov iz khvostov Aktyuzskoy obogatitel'noy fabriki [Technology of rare element extraction from tailings at Aktyuz Processing Plant], Candidate's thesis, Bishkek, IGD i GT, 2013, 16 p.
2. Baykelova G. Sh., Kabaev O. D. Rentgenofazovoe i elektronno-mikroskopicheskoe issledovaniya lezha-lykh khvostov Aktyuzskoy OF [X-ray phase and electron-microscopic analyses of old tailings at Aktyuz PP]. Innovatsionnye protsessy i tekhnologii v sovremennom mire: V mezhdunarodnaya nauchno-prakticheskaya konferentsiya, Ufa, 29-30 November 2017, Ufa, RIO ITslPT, 2017, pp. 70-75.
3. Kabaev O. D., Supambaev K. S. Geologicheskoe stroenie mestorozhdeniya Kutessay-ll [Geological structure of Kutessay-ll deposit]. Tekhniko-ekonomicheskoe obosnovanie mestorozhdeniya Kutessay-2. Bishkek, 2008, 72 p.
4. Nikonorov V. V. Mestorozhdenie redkikh zemel' i polimetallovKutesay-2. Kyrgyzskaya metodicheskaya ekspeditsiya geologo-ekonomicheskikh issledovaniy [Kutessay II deposit of rare earths and polymetals. Kyr-gyz methodical expedition for geological and economic research]. Bishkek, 2006, 32 p.
5. Chechel' L. P. Osobennosti raspredeleniya i fraktsionirovaniya rze v tekhnogennykh vodakh vol'framovykh mestorozhdeniy Vostochnogo Zabaykal'ya [Distribution and classification of rare earth elements in waste water of tungsten deposits in the East Transbaikal area]. Mezhdunarodnyy zhurnal priklad-nykh i fundamental'nykh issledovaniy. 2016, no 12—6, pp. 983—988. [In Russ].
6. Usmanova T. V., Rikhvanov L. P. Usloviya obrazovaniya skopleniy tsennykh komponentov kak klassifi-katsionnyy priznak tekhnogennykh mestorozhdeniy [Conditions of accumulations of valuable components as a classification feature of man-made mineral deposits]. Fundamental'nye issledovaniya. 2013, no 8—3, pp. 745—749. [In Russ].
7. Bashlykova T. V., Zhivaeva A. B., Ashirbaeva E. A., Danil'chenko L. M. Patent RU 2457267, 2010.
8. Bordokhoev V. Ya. Rentgenofluorestsentnyy analiz gornykh porod sposobom fundamental'nykh para-metrov [X-ray fluorescence analysis of rocks using the fundamental parameter method]. Magadan, SVKNII DVO RAN, 1999, 297 p.
9. Solomon E. I., Lever A. B. P. Inorganic electronic structure and spectroscopy. New York: Wiley, 1999. 234 p.
10. Srb J., Ruzickova Z. Pelletization of Fines (Minerals, Ores, Coal). Developments in Mineral Processing, D.W. Fuerstenau, Advisory Editor, Elsevier Science Publishers B.V., Amsterdam, The Netherlands, 1988. Vol. 7. 145 p.
11. Lukina K. I., Yakushkin V. P., Muklakova A. N. Obogashchenie poleznykh iskopaemykh [Mineral dressing]. Mezhdunarodnyy zhurnal eksperimental'nogo obrazovaniya. 2016, no 6—1, pp. 94—95.
12. Kazuo Kondo, Tomohiro Matsuo, Michiaki Matsumoto Adsorptive separation of La, Ce and Pr using microcapsules containing 2-ethylhexylphosphonic acid mono-2-ethylhexyl ester. Hydrometallurgy. 2015, no 152. P. 204—213.
13. Shimojo K., Kurahashi K., Naganawa H. Extraction behavior of lanthanides using a diglycolamide derivative TODGA in ionic liquids. Dalton Transactions. 2008, no 37. Pp. 5083—5088.
14. Smirnova E. V., Konusova V. V. Spektral'noe i khimiko-spektral'noe opredelenie redkozemel'nykh elementov v geologicheskikh materialakh [Spectrographic and chemico-spectrographic detection of rare earth elements in geological materials]. Geokhimiya redkozemel'nykh elementov v endogennykh protsessakh. Новосибирск, 1982, pp. 3—31. [In Russ].
15. Nikolaev N. V., Taranov V. A., Afanasova A. V. Issledovanie prochnostnykh svoystv rudy pri proektiro-vanii tsiklov rudopodgotovki [Analysis of strength characteristics of ore in the pre-treatment circuit design]. Gornyy zhurnal. 2015, no 12, pp. 254—262. [In Russ].
A
На Первой международной выставке-форуме «ГОРПРОМЭКСПО-2018»
