CC BY
32
© К.В. Прохоров, Т.Н. Александрова, 2013
УДК 622.7
К.В. Прохоров, Т.Н. Александрова
ОСОБЕННОСТЬ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В ПРОДУКТАХ ПЕРЕРАБОТКИ ТОНКОДИСПЕРСНОГО МАТЕРИАЛА ТЕХНОГЕННОГО ХАРАКТЕРА
Приведены данные исследования распределения благородных и редких металлов во фракциях золошлаковых отходов (ЗШО). Показаны степени концентрации РРЭ в магнитной, легкой и тяжелой фракциях ЗШО. Рассмотрена возможная последовательность стадий и схема переработки техногенного материала.
Ключевые слова: техногенные образования, редкоземельные элементы, золошлаковые отходы, переработка.
В связи с развитием новых отраслей производства редкие элементы стали находить все более широкое применение. Благодаря своим уникальным свойствам они используются во всех сферах активности человека (техника, топливо, телевидение, связь и др.)
Редкие элементы составляют почти треть периодической системы элементов Д. И. Менделеева, хотя слагают менее 0,2 % земной коры. Низкое содержание в земной коре и тенденция к рассеянию являются причиной того, что собственные крупные месторождения редких элементов встречаются достаточно редко.
Таблица 1
Группы редких элементов
Основные (имеют собственные месторождения)
Ве | ве | У | № | ТЯу 1 ТКСе | Бг | Та |Сб | гг
Попутные
V В1 | ва | Н | 1п | Са | Яе | ЯЬ | Бе | Бе | Те Т1
Многочисленными исследованиями были выявлены главнейшие типы эндогенных и некоторых осадочных месторождений: пегматиты, связанные с гранитными, щелочными и основ-
ными породами, магматические, контактно-метасоматические месторождения, разнообразные осадочные метаморфические руд, а так же главные типы изверженных, метаморфических и осадочных пород с редкометальной минерализацией [1]. Минералы и аномальные концентрации обнаружены миоценовых угольных пластах, плиоценовых аллювиальных отложениях и кварцевых жилах [2].
Отличительной чертой современного развития редкоме-тального рынка является его динамичность. Темпы роста потребления редких металлов часто превышают темпы роста потребления традиционных видов сырья.
Россия по суммарным разведанным запасам редких металлов занимает первое место в мире. Однако большинство объектов, имеющих промышленную значимость (Новинское, Ниж-не-Бикинское — ве. Майское, Итакинское, Ким — БЬ. Верх-неупьевская — Бг и др.) [1, 3] не осваиваются из-за относительно низкой рентабельности добычи или переработки.
Одну из проблем рентабельности добычи и переработки можно решить, рассматривая золошлаковые отходы от сжигания угля как объект добычи РРЭ. К тому же адсорбированные в угле редкие металлы значительно концентрируются при сгорании органической части топлива. Так же к положительным моментам извлечения РРЭ из ЗШО можно отнести отсутствие затрат на добычу и разработку месторождений. Средний класс крупности ЗШО — 2 мм, что так же снижает затраты на предварительную подготовку и переработку исходного материала.
Объектом данного исследования явились донные техногенные отложения ТЭЦ Хабаровского края.
Исследование ЗШМ проводилось по схеме, представленной на рис. 1.
Исследования предусматривали магнитную сепарацию исходного материала с дальнейшим разделением хвостов магнитной сепарации на легкую и тяжелую фракцию, с целью исследовать степень концентрирования редких и благородных металлов в продукты обогащения. Магнитное разделение проводилось на сухом магнитном сепараторе 138Т при силе магнитной индукции 700 (7*10-2) Гс (Тс).
Проба Магнитная сепарация Магн. фракция Хв°сты немага. фракц.
Грохоче^ие^^ мм
-2,0+0,2 мм -0,2+0,0 мм
СКЛ^ 2 СКЁ- 2 *-*-?-?-* *-?-?-*-*
гол конц1 конц2 пр/пр хв гол конц1 конц2 пр/пр хв
Рис. 1. Технологическая схема гравитационного разделения проб
Примечание: Разделение по классу 0,2 мм выполнено для лучшего разделения фракции на столе. После разделения продукты объединялись.
Гравитационное разделение проходило на концентрационном столе СКЛ — 2. Рабочие параметры концентрационного стола СКЛ — 2: величина хода деки — 8—12 мм; частота колебаний
— 3,3—100 Гц.
Магнитной сепарацией были выделены магнитные концентраты и сформированы навески — магнитная фракция.
Из фракций обогащения на столе: из головки и концентрата стола были сформированы навески — тяжелая фракция; из хвостов стола были сформированы навески
— легкая фракция.
Разделение на фракции выполнены для обоснования методов предварительного обогащения и сокращения объема промежуточного продукта содержащего целевой компонент. В каждом продукте методами количественного анализа определялось содержание благородных и редких металлов. Для локального качественного и количественного химического анализа фракций минералогических объектов использовали энергодисперсионный спектрометр с индук-ционно связанной плазмой (1СР-М5Е1апОНСПРегктЕ1шег (США)).
Результаты анализа представлены в табл. 2—4.
Таблица 2
Элементный анализ магнитной фракции ЗШМ
Элемент Содержание в магнитной фракции, г/т
Хабаровская ТЭЦ-1 Хабаровская ТЭЦ-3 Амурская ТЭЦ-1
Л-2 Л-3 Л-4 Л-5 Л-6 Л-7 Л-9
ва 19,13 14,30 12,2 16,27 13,6 15,52 11,44
ве 1,99 2,04 0,94 0,99 0,92 1,83 1,61
ЯЬ 33,19 28,50 4,18 5,07 11,32 19,05 18,57
Бг 335,61 426,15 157,78 199,18 233,05 457,38 560,22
У 29,16 36,78 8,75 9,87 13,94 38,96 22,23
гг 88,51 78,35 63,88 79,88 99,4 90,77 75,36
Ад 1,49 1,09 0,12 0,0 1,38 0,87 0,95
Ей 1,27 1,55 0,48 0,53 0,79 1,69 1,08
Таблица 3
Элементный анализ легкой фракции ЗШМ
Элемент Содержание в легкой фракции, г/т
Хабаровская ТЭЦ-1 Хабаровская ТЭЦ-3 Амурская ТЭЦ-1
Л-2 Л-3 Л-4 Л-5 Л-8 Л-9
ва 22,41 23,17 13,17 14,80 22,24 15,51
ве 2,15 2,28 0,87 1,22 2,69 1,68
ЯЬ 99,74 84,24 25,75 20,46 59,39 55,08
Бг 594,14 665,15 361,74 300,36 592,07 636,76
У 33,76 38,90 15,22 13,38 67,25 20,76
гг 168,74 149,80 216,92 130,02 165,27 101,25
Ад 0,85 3,88 0,87 2,28 0,07 1,08
Ей 1,53 1,83 0,79 0,69 2,37 1,00
В работе было проведено сравнение степени концентрации РРЭ по фракциям гравитационного и магнитного обогащения. Результаты приведены на рис. 2 а — в.
Анализ данных показал, что распределение РРЭ по зо-лошлаковому материалу различных ТЭЦ хабаровского края сильно отличаются. Это еще раз доказывает, что ЗШО не однородный материал, состав которого зависит от многих факторов.
Таблица 4
Элементный анализ тяжелой фракции ЗШМ
Элемент Содержание в тяжелой фракции, г/т
Хабаровская ТЭЦ-1 Хабаровская ТЭЦ-3 Амурская ТЭЦ-1
Л-2 Л-3 Л-5 Л-6 Л-7 Л-9
ва 14,67 15,14 13,30 12,72 14,20 11,92
ве 1,48 1,78 1,11 1,19 1,69 1,63
ЯЬ 65,73 54,34 12,03 22,92 49,13 45,78
Бг 654,89 1150,46 531,84 525,83 717,70 793,72
У 27,95 34,67 26,23 28,13 54,15 23,46
гг 101,43 107,77 279,51 232,28 127,11 80,48
Ад 1,16 0,19 0,75 1,08 0,99 0,25
Ей 1,21 1,49 1,37 1,59 2,09 1,05
Яи 0,17*10-3 0,32*10-3 0,1*10-3 0,11*10-3 0,42*10-3 0,49*10-3
1г — — 0,47*10-3 — 1,36*10-3 —
Аи 0,09 0,34 0,08 0,06 0,11 0,04
Степень концентрации РРЭ (ЗШО Хабаровской ТЭЦ-1)
б а Се ИЬ 5 г У гг Ей
В Концентрат В Хвосты (легк) Ь Хвосты (тяж)
Рис. 2 а. Степень концентрации РРЭ во фракциях ЗШО Хабаровской ТЭЦ-1
Степень концентрации РРЭ (ЗШО Хабаровской ТЭЦ-3)
2,5
2
О.
х 1,5
Со Со 5г У гг Ае Ей
Н Концентра! ■ Хвосты (/егк) ЫХвосты{тяж)
Рис. 2, б. Степень концентрации РРЭ во фракциях ЗШО Хабаровской ТЭЦ-3
Степень концентрации РРЭ (ЗШО Амурской ТЭЦ-1)
1,4
йа Ое КЬ 5г У Ь к% Ей И Концентрат В Хвосты (лет) В Хвосты (тяж)
Рис. 2, в. Степень концентрации РРЭ во фракциях ЗШО Амурской ТЭЦ-1
Однако степень концентрации РРЭ в магнитную фракцию во всех случаях меньше чем в хвосты (искл. ва в ЗШО Хабаровской ТЭЦ-3). Можно сделать вывод, что при разработке технологии извлечения РРЭ в голове процесса необходимо магнитное разделение материала для отделения железосодержащего концентрата (до 43 масс.%), а также сокращения объема материала для последующих операций извлечения полезных компонентов.
По результатам химического и минералогического анализов тяжелой фракции (головки стола) в концентрате обогащения ЗШМ Хабаровской ТЭЦ-1 химически определено до 0,34 г/т золота. Золото и серебро представлены отдельными частичками, видимыми под микроскопом. В концентратах обогащения ЗШМ Хабаровской ТЭЦ-3 и Амурской ТЭЦ-1 золото и серебро находится в химически связанном состоянии, частицы металлов не обнаружены под микроскопом.
Для хвостов магнитной сепарации (легкая и тяжелая фракция) характерно крайне неоднородное распределение РРЭ. В ЗШМ Хабаровской ТЭЦ-1 РРЭ больше концентрируются в легкой фракции.В ЗШМ Хабаровской ТЭЦ-3 ва и ве незначительно больше концентрируется в легкой фракции. Бг, У, гг, Еи — более в тяжелой. Для Амурской ТЭЦ-1 распределение РРЭ так же неоднородное.
Была проведена работа по изучению закономерности распределения РРЭ по фракциям ЗШМ. Измерялась плотность (г/см3) полученных фракций, в каждой из которых определен элементный состав. Уравнения регрессии каждого рассмотренного элемента представлены ниже (табл. 5).
Отрицательные значения у коэффициента Х (кроме иттрия), показывает, что содержание элемента обратно пропорционально плотности материала. Однако наклон кривой регрессии в большинстве случаев незначительный. Следовательно, зависимость содержания элемента от плотности фракции незначительная.
Таблица 5
Уравнение регрессии распределения редких элементов по фракциям разделения ЗШО
Элемент Уравнение регрессии
У у= 0,781х + 29,89
гг у= -5,786х + 155,141
Ей у = -0,008х + 1,378
Бг у = -213,086х + 113,641
Ве у = -0,115х + 4,387
ве у = -0,544х + 3,008
ЯЬ у = -21,638х + 103,339
ва у = -5,659х + 29,913
Из всего вышеприведенного можно сделать вывод, что в голове процесса переработки техногенного золошлакового материала необходимо применять магнитное разделение с получением магнитного концентрата. Разделение хвостов магнитной сепарации на тяжелую и легкую фракции нецелесообразно, т.к. РРЭ распределяются в обеих фракциях в большей или меньшей степени. Коллективный концентрат РРЭ следует получать из немагнитной фракции ЗШМ.
Сложность состава ЗШМ порождает исключительную трудность в определении формации и минеральных форм РРЭ. Минеральные формы веществ утрачены, а физические свойства изменены вследствие процесса температурного воздействия при образовании золошлаков.
Приведенные данные о РРЭ в ЗШО дают возможность рассматривать техногенный материал как перспективный объект для извлечения редких металлов. Выявленные закономерности распределения благородных и редких элементов необходимо учитывать при исследовании отходов сжигания твердого топлива других техногенных месторождений. Однако учитывая, что наличие в ЗШО благородных и редких металлов и их количество зависит от типа сжигаемых углей, а в последних — от металлогенетических особенностей района нахождения месторождения. Каждый массив ЗШО сугубо индивидуален, объединяющей чертой является обогащенность массивов многими РРЭ, что выдвигает ЗШМ в раздел комплексных редкометальных руд. Это позволяет рассматривать их как сырьевые источники будущего.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Кременецкий A.A. ИМГРЭ — редкие металлы: прошлое, настоящее, будущее / A.A. Кременецкий [и др.] // Разведка и охрана недр. — 2010. — № 12. — С. 80—87.
2. Середин B.B. Au-PGE — минерализация на территории Павловского буроугольного месторождения, Приморье / В.В. Середин // Геология рудных месторождений. — 2004. — Т. 46. — № 1. — С. 43—73.
3. Солодов H.A. Нетрадиционные типы редкометального минерального сырья / H.A. Солодов [и др.]. — М.: Недра, 1991. — 247 с.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Прохоров Константин Валерьевич — младший научный сотрудник, Институт горного дела ДВО РАН, г. Хабаровск, коБ1уап1986 пе2таП.ги, Александрова Татьяна Николаевна — доктор технических наук, доцент, Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», Санкт-Петербург, Россия, ЮО@ гатЬ1ег.ги.
