CC BY
154
УДК 553.632:622.765
С.А. Миронова, О.К. Косвинцев, В.З. Пойлов, К.Г. Кузьминых
Березниковский филиал Пермского государственного технического университета
ОПТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ СИЛЬВИНИТОВОЙ РУДЫ ВЕРХНЕКАМСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ И ПРОДУКТОВ ОБОГАЩЕНИЯ БКПРУ-3 ОАО «УРАЛКАЛИЙ»
Проведены исследования состояния поверхности минералов, входящих в состав сильвинитовой руды на разных стадиях процесса обогащения в условиях флотофабрики БКПРУ-3 ОАО «Уралкалий».
Сильвинитовая руда Верхнекамского месторождения перерабатывается в основном методом пенной флотации в насыщенных солевых растворах. Эта руда характеризуется высоким содержанием полезного компонента сильвина в диапазоне 24-34 % и водонерастворимыми примесями, которые легко флотируются по причине большого значения поверхностной энергии.
Нерастворимые примеси представлены галопелитом, который называют нерастворимым остатком (н.о.) или шламом, представляющим собой различное сочетание глинистых минералов, карбонатов, сульфатов и т.д. Преобладающая часть находится в виде прослоек, толщина которых колеблется от долей миллиметра до нескольких сантиметров.
Особенность галопелита состоит в том, что в сухом виде, сразу после извлечения из шахты, он является довольно прочным минералом и поддается измельчению несколько хуже, чем кристаллы хлорида калия и хлорида натрия, однако в водных средах он набухает и размягчается с диспергированием в жидкую фазу в виде мельчайших частиц. Наличие в измельченной руде тонкодисперсного глинисто-карбонатного шлама оказывает отрицательное влияние на процесс флотации калийных солей. Это объясняется тем, что мелкие частицы галопелита имеют большую поверхность и адсорбируют на ней катионный собиратель (амин), тем самым увеличивая расход реагента в процессе флотации из-за необходимости образования достаточного сорбционного
слоя на частицах сильвина, необходимого для их закрепления на пузырьках воздуха. В связи с этим влияние шламов проявляется в ухудшении флотируемости сильвина, особенно его крупных фракций, и соответственно увеличении потерь крупных фракций сильвина с галито-вым отвалом.
В данной работе проведен оптический анализ поверхности агрегатов сильвинитовой руды с использованием оптического микроскопа.
Как видно на рис. 1, руда в мелкой фракции представлена сильвином, галитом, сростками сильвина и галита, а также нерастворимым остатком. Последний представлен тонким несоляным материалом, сцементированным мелкими частицами каменной соли, основная масса которого быстро, особенно в условиях повышенной влажности и в водных растворах разрушается с образованием тонкодисперсных частиц несоляного материала.
На рис. 1 также видно, что основная масса тонко-, микрозерни-стого галопелита связана с зернами сильвина (облекающая и межзер-новая составляющая). В отличие от сильвина галитовые зерна практически лишены примесей галопелита, он присутствует в виде мелкозернистой фазы.
Рис. 1. Мелкая фракция сильвинита, поступающего на флотационную обогатительную фабрику (х16)
Также необходимо отметить, что на измельченных частицах сильвинитовой руды удельная концентрация глинисто-карбонатных минералов, сцементированных мелкими частицами каменной соли, значительно меньше. Присутствуют частицы руды, не покрытые нерастворимым остатком. В то же время существуют слои глинистокарбонатных минералов, прочно закрепленные на поверхности минерала. Эти слои н.о. относятся к ранее сформированным и закрепившимся на поверхности минерала, т.е. возникшим при генезисе солевых отложений.
В отличие от крупных агрегатов руды на измельченных частицах сильвина наблюдается большое число мелких кристаллов кубической формы прозрачного белого цвета, характерных для хлорида натрия. Видно, что такие частицы покрывают поверхность частицы сильвина примерно на 40-50 % и слабо закреплены на поверхности сильвина. При флотационном обогащении руды такие частицы будут отделяться от сильвина с выделением солевого шлама.
Как видно на рис. 2, нерастворимый остаток скапливается в местах, где наблюдаются сколы, трещины, впадины. В тех местах, где поверхность является гладкой, глинисто-карбонатные шламы отсутствуют. Поверхность сухих крупных агрегатов сильвинитовой руды покрыта островками частиц пылевидного н.о. Распределение н.о. на поверхности сильвина неравномерно, наибольшая концентрация н. о. наблюдается преимущественно во впадинах, складках, трещинах, углублениях агрегатов руды. Наблюдаются также прожилки н.о. и области сплошного тонкого слоя н. о. По силе закрепления частиц н. о. на поверхности минерала можно отметить, что существуют слабо удерживаемые (адгезионные) частицы н.о. на поверхности сильвина, попадающие на поверхность при дроблении руды, так называемый свободный н.о., а также частицы н.о., сформированные и закрепившиеся на поверхности минерала ранее при генезисе солевых отложений, так называемый связанный н. о.
Оптический анализ поверхности сильвинита, поступающего на измельчение, показывает, что независимо от размера агрегата поверхность руды сильно загрязнена мелкодисперсными частицами н.о.
Даже после процесса дробления руды (см. рис. 1, 2) и ее измельчения в стержневой мельнице на флотофабрике (см. рис. 5) н.о., связанный с сильвином, сохраняется и четко обозначен в виде сростков н. о. и сильвина.
Рис. 2. Крупные агрегаты сильвинита, поступающего на флотационную обогатительную фабрику (х8)
Несоляной материал Верхнекамского месторождения в сильвини-товой залежи присутствует в виде вкраплений внутри зерен солей, меж-зеренных вкраплений и тонких прослоек между слоями сильвинита.
Минеральный состав руды, естественный размер и форма зерен сильвина, количество и размер галита в межзерновом пространстве сильвинита - эти факторы влияют на степень раскрытия полезного компонента калийных руд.
Кроме того, на степень раскрытия оказывает влияние содержание галита в межзерновом пространстве. Чем меньше зерна галита в межзерновом пространстве, тем ниже степень раскрытия, так как чтобы полностью отделить сильвин от галита, необходимо дробить руду
до естественного размера галита. Но такое измельчение требует высоких энергозатрат. Для руды Верхнекамского месторождения принято допустимое содержание сростков в руде, соответствующее степени раскрытия 90 %.
При флотационном методе обогащения не играют роли вкрапления несоляного материала внутри зерен. Наибольшее влияние на содержание н. о. в руде оказывают прослои галопелитов, залегающие внутри слоев сильвинита.
Согласно существующей технологической схеме фабрики БКПРУ-3 исходная рудная суспензия проходит предварительную классификацию по граничной крупности обогащаемой руды. В подрешетный продукт отделяется материал, обогащенный мелкодисперсными частицами глинистокарбонатных примесей (рис. 3), а в надрешетный продукт поступают солевые частицы и агрегаты, которые измельчаются в стержневой мельнице и вторично классифицируются. Подрешетные продукты предварительной и поверочной классификации объединяются и совместно обесшламлива-ются сначала в гидроциклонах (механическое обесшламливание), а затем во флотомашине.
В подрешетный продукт первого каскада классификации по качественно-количественной схеме поступает приблизительно 25 % твердой фазы. Это фракция размером менее 0,9 мм, обогащенная мелкодисперсными частицами н. о. Надрешетный продукт поступает на второй каскад классификации. Подрешетный продукт второго каскада классификации представлен более равнозначными по массе агрегатами как соляного, так и несоляного материала (рис. 4).
В подрешетном материале как первого, так и второго каскада классификации, присутствуют сростки сильвина с н.о. Сростки представляют собой агрегаты из двух или трех зерен. Простые сростки с прямолинейным или выпукло-вогнутым контактом легко распадаются при механическом воздействии. Сложные сростки имеют вееро-, пилообразный контакт между зернами сильвина и галита, и при механическом воздействии раскол происходит чаще по спайности сильвина. Тогда образовавшееся зерно, если в нем преобладает галит, уходит с хвостами, а если преобладает сильвин - в концентрат, разубоживая его. Простые сростки образует розовый и молочно-белый сильвин. В красной, сургучно-красной и пестроокрашенной разновидностях сильвина преобладают сростки со сложным строением, поэтому они характеризуются более низкой степенью раскрытия [4].
Рис. З. Подрешетный продукт первого каскада дуговых сит предварительной классификации (х16)
При циркуляции суспензии в контуре кристаллы солей соприкасаются друг с другом и происходит оттирка с их поверхности частиц других минералов. Флотационный способ извлечения хлорида калия из сильвинитовой руды является довольно простым при условии, что в руде содержится небольшое количество галопелита. Для устранения вредного влияния глинисто-карбонатного шлама на обогатительных фабриках используют несколько способов: гидромеханический - от-
тирка шламов с последующим удалением мелких частиц в гидроциклонах и гидросепараторах; флотацию шламов; депрессию шламов с помощью реагентов депрессоров, которые, адсорбируясь на поверхности глинисто-карбонатных частиц, предотвращают адсорбцию на них собирателей.
Рис. 4. Подрешетный продукт второго каскада дуговых сит предварительной классификации (xi6)
Согласно данным технического отдела ОАО «Уралкалий», измельченный сильвинит на выходе из мельницы содержит около 20 % по массе частиц, имеющих размер менее 150 мкм. А так как гидроциклон на стадии обесшламливания работает с граничным зерном разделения 150 мкм, то, следовательно, значительная часть мелкодисперсного сильвинита в виде шлама удаляется в отвал и тем самым снижает-
ся степень извлечения хлористого калия из руды. Более интенсивный рост содержания «мелочи» при измельчении сильвинита с большим содержанием галопелита обусловлен структурой самой руды.
Рис. 5. Продукт слива мельницы (х16)
Галопелит является более прочным материалом, чем кристаллы KCl и NaCl, поэтому, естественно, он будет в первую очередь оставаться в крупной фракции.
Оптический анализ поверхности продукта питания сильвиновой флотации (рис. 6) свидетельствует об остаточной загрязненности поверхности продукта после операций обесшламливания, т.е. отделения глинисто-карбонатных шламов. На некоторых образцах наблюдается
частичное закрытие поверхности сильвина глинисто-карбонатными минералами, а на некоторых наблюдается полное закрытие поверхности минерала тонкой пленкой глинисто-карбонатных минералов.
Рис. б. Продукт питания сильвиновой флотации (x16)
Согласно материальному балансу флотационной фабрики БКПРУ-3, содержание нерастворимого остатка в питании сильвиновой флотации составляет менее 2 %, что соответствует действительности.
Оптический анализ поверхности сильвинита, отобранного с разных стадий обогащения сильвинита, показывает, что поверхность мелкокристаллического сильвинита загрязнена глинисто-карбонатными минералами. На всех образцах со стадии измельчения поверхность частиц более загрязнена несоляным материалом, чем у исходной руды
соизмеримых размеров. Наблюдаются сростки различных минералов с глиной, а также большие агрегаты глины, покрывающие почти всю частицу измельченной руды, что приводит к потере полезного минерала при последующей флотации.
Выводы:
1. Установлено, что в сильвинитовой руде глинисто-карбонатные минералы закрепляются на сильвините в дефектах на поверхности минерала (трещины, сколы, впадины и т. д.). Наименьшее содержание н. о. наблюдается на малых кусках сильвинита, имеющих гладкую поверхность.
2. После измельчения руды в среде насыщенного соляного раствора поверхность сильвинита остается загрязненной глинистокарбонатными минералами. По сравнению с мелкой исходной рудой измельченная руда является более загрязненной, что свидетельствует о наличии эффекта заиливания поверхности при измельчении. На некоторых образцах наблюдается полное экранирование поверхности минерала тонкой пленкой н.о.
3. В продукте питания сильвиновой флотации наблюдаются солевые частицы, полностью покрытые пленкой глинисто-карбонатных минералов. Экранирование поверхности сильвина приводит к потерям полезного минерала как при шламовой флотации (потери полезного компонента со шламами), так и при сильвиновой флотации (потери полезного компонента с галитовыми отходами). Наличие н. о. в черновом концентрате приводит к снижению качества товарного продукта.
Список литературы
1. Технология флотационного обогащения калийных руд / Н.Н. Тетерина, Р.Х. Сабиров, Л.Я. Сквирский, Л.Н. Кириченко. Пермь; Соликамск, 2002. 484 с.
2. Ревнивцев В.И. Селективное измельчение минералов. М.: Недра, 1988.
3. Сиденко П. М. Измельчение в химической промышленности. М.: Химия, 1977.
4. Курбацкая Ф.А., Молоштанова Н.Е. Минерало-петрографические исследования калийной руды на обрабатываемых участках Верхнекамского месторождения. Пермь: Изд-во Перм. гос. ун-та, 1985.
Получено 17.06.2009
