CC BY
96
"Señ&íutc. ИГ Коми НЦ УрО РАН, сентябрь, 2014 г., № 9
УДК 549. 67
МИНЕРАЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ТИТАНОВЫХ РУД РОССЫПНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ. НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕРАБОТКИ
О. Б. Котова1, Ю. И. Рябков2, С. А. Рубцова2, А. В. Понарядов1 1 Институт геологии Коми НЦ УрО РАН, Сыктывкар 2Институт химии Коми НЦ УрО РАН, Сыктывкар kotova@geo.komisc.ru
Современные технологии минералогической оценки качества титанового сырья ориентированы на его многообразие. Показаны методы технологической минералогии, позволяющие оптимизировать мониторинг свойств руд, предопределять технологические процессы и качество ожидаемых продуктов. Представлены новые данные по титановым рудам россыпных месторождений на примере современной прибрежно-морской россыпи о. Страдброук (Восточная Австралия) и Пижемской палеороссыпи Среднего Тимана (Россия) и эффективные технологии переработки руд.
Ключевые слова: минералы титановых руд, россыпные месторождения, методы переработки и обогащения.
MINERALOGICAL FEATURES OF PLACER TITANIUM ORES. NEW PROCESSING TECHNOLOGIES
O. B. Kotova1, Yu. I. Ryabkov2, S. A. Rubtsova2, A. V. Ponaryadov1 institute of Geology Komi SC UB RAS, Syktyvkar 2Institute of Chemistry Komi SC UB RAS, Syktyvkar
Modern technologies of mineralogical evaluation of the quality of titanium raw focused on its diversity. The methods of technological mineralogy oriented on the monitoring of ore properties and predetermination of the processes and the quality of the expected products are shown. New data on the titanium ores in modern coastal-marine placers on Stradbroke island, Eastern Australia and Pizhma paleoplacer of Middle Timan, Russia and efficient processing technologies are presented.
Keywords: minerals of titanium raw, coastal-marine placers, mineral processing.
Введение
Титан относится к стратегическим видам полезных ископаемых. Практика применяемых технологий переработки и обогащения титановых руд не удовлетворяет запросам индустрии из-за высокой стоимости конечного продукта. Представляется актуальным более детально, с использованием современных подходов технологической минералогии изучить минеральный состав титановых руд россыпных месторождений и характер локализации рудных минералов и на основе этих результатов предложить эффективные технологии их переработки и обогащения.
Объекты и методы исследования
Образцы рудных песков современной прибрежно-морской россыпи были отобраны на руднике Энтерпрайз, относящемся к Восточно-Австралийской рудной провинции (13x3 км2) штата Квинсленд.
Образцы титансодержа-
щих минералов были отобраны на Пижемской россыпи Среднего Тимана (Россия). Пижемская пале-ороссыпь считается одним из крупнейших в мире месторождений по запасам титановой руды. Запасы месторождения оцениваются в 2.5 млрд т. Открытая добыча титана может осуществляться в течение 150 лет.
По минеральному составу руды указанные месторождения являются комплексными, поскольку богаты ценными попутными компонентами и полезными ископаемыми [1].
Исходные образцы исследовались оптико-минералогическим методом (стереомикроскоп высшего класса Leica MZ 12.5, световой микроскоп Leica DM RXP (Leica, Германия), ВИМС, Москва; с применением количественного рентгенографического фазового анализа (рентгеновский дифракто-мер X'Pert PRO MPD (PANalytical, Нидерланды), ВИМС, Москва. Кроме того, использовались ми-крозондовый (VEGA 3 TESCAN,
^ЪиПк Ю Кот! БО УВ ЯДБ, Бер1етЬег, 2014, № 9
Рис. 1. Титановые минералы современной прибрежно-морской россыпи о. Страдброук, Восточная Австралия (А)
и Пижемской палеороссыпи Среднего Тимана, Россия (Б)
аналитик С. С. Шевчук, ИГ Коми НЦ УрО РАН) и рентгено-флуорес-центный (ХЯБ-1800 БЫшаё/и, аналитик С. Т. Неверов, ИГ Коми НЦ УрО РАН) анализы.
Результаты и их обсуждение
При изучении особенностей однотипных руд россыпных место -рождений на примере австралийской титановой россыпи комплексом минералого-аналитических методов удалось проиллюстрировать процесс преобразования ильменита в рутил. Для россыпей характерна совокупность полезных минералов. Кроме основных рудных концентратов можно получить попутную нерудную продукцию, при этом эффективность освоения россыпей повысится. Минеральный состав исходных проб (рис.1) представлен в работе [3]. В рудных песках о. Страдброук преобладает ильменит, в то время как в Пижемском титановом месторождении — лей-коксен. Австралийский ильменит и его измененные разности в целом характеризуются достаточно высоким содержанием МпО — от 5.24 % до 11.08%. Показано неравномерное распределение оксидов железа, титана и марганца в измененном ильмените. В участках замещения ильменита псевдорутилом концентрация данных элементов резко изменяется из-за различного соотношения основных компонентов в каждом зерне, тогда как в области развития рутила эти соотношения равные [2].
Минеральный состав и формы нахождения минералов в руде, промпродуктах, концентратах, от-
ходах изменяются в ходе утилизации минерального сырья. Основным методом мониторинга состава и свойств титановых руд и продуктов технологических процессов является рентгенографический фазовый анализ, результаты которого представлены в таблице.
Для промышленного освоения Пижемского месторождения выделены два основных вида сырья: титановые руды и кварцевые песчаники. Установлено высокое содержание золота, алмазов, а также при-
металлов (форма нахождения не установлена). Для эффективного освоения комплексных месторождений технологические схемы обогащения россыпей должны предусматривать малоотходность процесса: наряду с товарными концентратами лейкоксена, рутила необходимо получать высококачественные концентраты других присутствующих минералов. Нами установлено наличие самородной меди на поверхности минералов, слагающих титаноносные песчаники Пижемской россыпи.
сутствие редких земель и редких
Минеральный состав рудных песков
Минерал Теоретическая формула Содержание, масс., %
о. Страдброук
Ильменит БеТЮз 39
Брукит ТЮ2 3
Рутил ТЮ2 8
Псевдорутил Ре2Т1309 19
Циркон гг(8Ю4) 6
Кварц БЮг 2
Кианит А120(8Ю4) 1
Эпидот Са2А12Ре3+(8Ю4)3ОН 1.5
Турмалин КаРе2+зА16816018(В0з)з(0Н)4 4
Гранаты Ье+зЬе+2[8Ю4]з, где — Мё, Бе, Мп, Са;Я3+ — А1, Ре, Сг 1.5
Хромшпинелиды (Мё, Бе)Сг204 6
Амфибол К7[814Оц]2(ОН)2, где Я — Са, Мё, Ре 5
Сумма кристаллических фаз: 96
Пижемская россыпь
Ильменит БеТЮз 7.5
Анатаз тю2 1
Рутил ТЮ2 18
Псевдорутил Ре2Т1309 45
Гематит Ре203 1.5
Кварц 8Ю2 10
Пирит А120(8Ю4) 1
Слюда К<1А12(0Н)2(А181з0ю)*ПН20 4
Рентгеноаморфная фаза 12
Сумма: 100
ЪестНик ИГ Коми НЦ УрО РАН, сентябрь, 2014 г., № 9
Рис. 2. Включение меди изометричной формы (А), угловатой неправильной формы (Б), сросток меди с кристаллом кварца пластинчатой формы (В), сросток меди с кристаллом кварца дендритоподобной формы (Г)
Самородная медь размером до 12 мкм встречается как на поверхности кварца, так и на лейкоксене. Выявлены две формы нахождения меди в виде включений монокристаллов изометричной (рис. 2, А) или угловатой неправильной (рис. 2, Б) формы в кавернах зерен кварца, покрытого гидроксидами железа; а также сростков поликристаллов пластинчатой (рис.2, В) или дендритоподобной (рис.2, Г) формы. Кроме самородной меди присутствует куприт [3].
Особенности минерального состава песков определяют выбор методов первичной переработки и последующих способов разделения минералов. Технологические свойства рудообразующих минералов, в первую очередь плотностные и магнитные, указывают на близость рассматриваемых россыпей. Полученные результаты исследования особенностей минерального состава, морфо-структурных характеристик и степени измененности титановых мине-
ралов из россыпей, а также физических свойств минералов указывают на перспективность использования физических методов обогащения (гравитационной и магнитной сепарации, флотации) и на возможность применения комбинированных технологий переработки [2].
Не следует забывать, что все методы имеют свои «плюсы» и «минусы». Например, одним из недостатков флотационной стадии является использование природных фло-тореагентов, представляющих собой смесь органических соединений, среди которых флотационную активность проявляют сераорганические соединения, карбоновые кислоты и их производные.
Прогресс в области флотационного обогащения в значительной мере определяется совершенствованием реагентного режима, улучшением способов использования флотационных реагентов, разработкой и внедрением новых эффективных реагентов и их сочетаний [4].
В ходе исследований был осуществлен поиск химических соединений (с заданными строением и свойствами), а также выбор их комбинаций в качестве флотационных реагентов для обогатительной переработки минеральных систем. Проведена экспериментальная проверка и обоснование эффективности новых флотационно-активных химических соединений в роли реагентов (собирателей) при флотации руд. В качестве собирателей использованы талловое масло (смесь смоляных и свободных жирных кислот), продукты первичной переработки арланской нефти (основной действующий компонент — сераор-ганические соединения), синтетические сераорганические соединения (дисульфиды, сульфокислоты, тиосульфонаты), пенообразователи — смесь поверхностно-активных веществ (карбоновые кислоты и их соли). Основные факторы, определяющие эффективность флотационного разделения компонентов кварц-рутиловых комплексов: дисперсность частиц, функциональный состав флотореагентов, температура и рН среды. Установлено, что при использовании природных флотореагентов (нефтяные фракции, талловое масло) содержание диоксида титана в пенном продукте достигает 69 %, при использовании синтетических сераорганических флотореагентов (некоторых суль-фокислот) выход диоксида титана в пенном продукте варьируется от 59 до 73 % [5]. Закономерности влияния функционального состава фло-тореагентов и реагентного режима на повышение выхода целевого продукта в настоящее время подробно изучаются. Необходимые концентрации сераорганических синтетических реагентов малы, а методики их синтеза являются общедоступными.
При уменьшении рН среды в диффузном слое двойного диэлектрического слоя поверхности рутила концентрируются гидрофобные жирнокислотные остатки, что приводит к увеличению выхода пенного продукта с 10 % (рН=7) до 80 % (рН=4). Положительный результат обогащения — увеличение содержания в пенном продукте диоксида титана—подтвержден при повышении температуры суспензии: за счет снижения вязкости водонера-створимых реагентов и повышения
Угйгаск Ю Кот! БО УВ ЯДБ, Эер1етЬег, 2014, № 9
их адгезии на поверхности твердых частиц, в частности диоксида титана.
Исследования влияния степени изменения зерен исходной руды на выход диоксида титана в пенный продукт показали, что с уменьшением размера зерен происходит увеличение поверхности взаимодействия рутиловой фазы и флотореагентов, что приводит к
Литература
1. Асхабов А. М., Козырева И. В., Котова О. Б. Песчаные замки на востоке Брисбена // Вестник Института геологии Коми НЦ УрО РАН. 2012. № 11. С. 39—40.
2. Голубева И. И., Котова О. Б., Рубцова С. А. Титановые минералы современной прибрежно-мор-ской россыпи о. Страдброук (Вост. Австралия) и Пижемской палеорос-сыпи Среднего Тимана (Россия) // Вестник Института геологии Коми НЦ УрО РАН. 2013. № 9. С. 24—28.
3. Котова О. Б., Ожогина Е. Г., Понарядов А. В. Минералого-техноло-
повышению эффективности фло-тообогащения титаноксидных минеральных композиций.
Заключение
На основе применения современных подходов технологической минералогии выявлены мине-ралого-технологические особенности титановых руд россыпных ме-
сторождений. Среди эффективных технологий переработки и обогащения титановых руд более подробно рассмотрена флотация с использованием синтетических реагентов. Показана перспективность этого направления исследований.
Работа выполнена при финансовой поддержке проекта Программы РАН № 12-М-35-2055.
гические особенности титановых руд россыпных месторождений // Прогрессивные методы обогащения и комплексной переработки природного и техногенного минерального сырья (Плаксинские чтения — 2014): Матер. международ. совещания. Алматы, Казахстан, 2014. С. 71—73.
4. Кусков В. Б., Никитин М. В. Обогащение и переработка полезных ископаемых: Учеб. пособие. СПб.: Санкт-Петербургский горный институт, 2002. 84 с.
5. Рябков Ю. И., Истомин П. В., Надуткин А. В., Назарова Л. Ю., Лезина О. М., Рубцова С. А., Юйхэ Тан. Раз-
работка научных основ технологий комплексной переработки кварц-рутило-вого сырья для функциональных нано-материалов на основе соединений титана и кремния // Известия Коми НЦ УрО РАН. Сыктывкар, 2013. №1. С.19—24.
Рецензент д. г.-м. н. Е. Г. Ожогина
