CC BY
109
© В.А. Иванова, Г.В. Митрофанова, 2012
УДК 622.765:622.17
В.А. Иванова, Г.В. Митрофанова
ОСОБЕННОСТИ ФЛОТАЦИИ АПАТИТА ИЗ СКЛАДИРОВАННЫХ ОТХОДОВ ОБОГАЩЕНИЯ АПАТИТ-НЕФЕЛИНОВОЙ РУДЫ
Представлены результаты минералого-технологических исследований складированных отходов рудообогащения апатит-нефелиновых руд Хибинского месторождения. Установлено, что при сохранении минеральных фаз имеет место изменение поверхностных свойств минералов. Обоснована необходимость оптимизации схемы и реагентного режима апатитовой флотации. Представлены результаты лабораторных испытаний по флотации апатита из техногенного минерального сырья. Ключевые слова: апатит-нефелиновая руда, техногенное сырье, минералого-технологическая характеристика, флотация апатита.
Истощение сырьевой базы фосфорсодержащего минерального сырья обусловило необходимость поиска новых перспективных его видов, а также вовлечение в переработку бедных руд и отходов горнопромышленных предприятий.
Крупным техногенным месторождением фосфорсодержащего сырья являются отвалы отходов обогащения апатит-нефелиновых руд ОАО «Апатит», располагающиеся в трех хвосто-хранилищах и оцениваемые на сегодня в ~ 900 млн тонн.
По содержанию полезных минералов (%) - 58-62 нефелина, 14-15 эги-рина, 3,0-3,5 сфена, 2,5 - титано-магнетита, 5-7 апатита отходы являются ценным перспективным минеральным сырьем [1,2].
Цель данной работы — установление возможности доизвлечения из такого вида сырья апатита с получением кондиционного апатитового концентрата.
Объектом исследований явились отходы обогащения, складированные в хвостохранилище АНОФ-2. В отличие от ранее выполненных работ по
оценке возможности использования отходов для дополнительного производства минеральных концентратов [3,4] изучение данного техногенного сырья позволило проследить влияние на его минералого-технологические свойства не только временного фактора и атмосферного воздействия, но и ионно-обменных процессов, протекающих в объеме жидкой фазы и на границе раздела жидкость-минерал в условиях водооборота: перевод АНОФ-2 на оборотное водоснабжение был осуществлен 1978-1981гг.
Исследования проводились на пробах, отобранных на пляжах дамбы по глубине складирования хвостов в соответствии с горизонтами хвостохра-нилища: 150, 156, 160, 170, 180. По результатам грануло-метрического анализа усредненные пробы близки по крупности, и по содержанию в них мелкой (-0,2+0,05 мм) и средней (1+0,2 мм) фракций, соответсвенно 33,0-41,6 и 53,9-57,6 %, могут быть классифицированы как мелко- и сред-незернистое техногенное сырье [5].
Минералогическими исследованиями проб показано, что, несмотря
Содержание основных минералов в пробах складированных отходов обогащения апатит-нефелиновой руды АНОФ-2 ОАО «Апатит» по горизонтам
Минералы Содержание минералов в пробах, % вес
№ 150 № 156 № 163 № 170 № 176 № 180
Апатит 10,5 10,9 8,2 9,1 7,3 7,2
Нефелин 48,5 48,1 57,0 59,2 57,2 54,2
Полевой шпат 12,8 11,2 7,4 6,3 7,7 7,6
Пироксен 18,0 18,7 17,2 15,5 16,7 18,3
Сфен 3,0 3,3 3,6 3,3 3,8 4,5
Титаномагнетит 3,7 4,1 3,4 3,3 4,0 4,2
на их длительный срок хранения и формирование в условиях водообо-рота, а также активного техногенного воздействия промышленной зоны расположения хвостохранилища, минеральные фазы крупно- и средне-зернистых фракций обнаруживают хорошую сохранность. Установленные при этом основные минералого-технологические особенности проб, а именно: равномерный гранулометрический состав по всей зоне отбора проб; отсутствие шламов; высокая степень раскрытия апатита (80-85 %); концентрация раскрытого апатита в материале +0,16 мм до 90 %; отсутствие новообразований и окисных пленок на поверхности минералов показывают, что при соответствующей подготовке и использовании комбинированных способов возможно, как и для рудного сырья, их комплексное обогащение с получением наряду с апатитовым нефелинового, сфенового, эгиринового и титаномаг-нетитового концентратов [1].
Вместе с тем, содержание основных минералов в пробах показывает (табл.1), что по сравнению с исходной апатит-нефелиновой рудой имеет место значительное изменение соотношения между главными (апатит, нефелин) и второстепенными минералами. Высокое содержание в пробах нефелина (48,1-59,2 %) и пироксенов
(15,5-18,7 %) на фоне низкого содержания апатита (7,2-10,9 %) обусловливают существенные изменения в измельчаемости такого вида сырья в направлении переизмельчения апатита и, особенно, пироксенов, что может привести к снижению эффективности разделения минералов в процессе флотации.
Отрицательное воздействие на технологические свойства исследуемого техногенного сырья возможно за счет содержащихся в нем органических включений в виде искусственных агломератов с минеральными частицами размером до 5 мм (рис.1). Такие агрегаты включают различные по размеру частицы апатита, титаномаг-нетита и других минералов. Присутствие тонкодисперсного титаномагне-тита придает агрегатам магнитные свойства.
С целью определения количества и состава органических включений проведено их выделение методом экстракции. По полученным результатам содержание органического вещества составило 21,4 г/т (проба 150) и 38,6 г/т (проба 180), т.е. прослеживается закономерность его увеличения в пробах при переходе от нижних к верхним горизонтам хвостохра-нилища.
Для идентификации образцов органического вещества сняты ИК-
Размер
Рис. 1. Агрегаты минеральных частиц с органическими включениями в складированных отходах обогащения
Рис. 2. ИК-спектры органического вещества, экстрагированного с проб (150 и 180) техногенного сырья, и битума
спектры в пленке (рис. 2), которые показывают, что оно представляет собой смесь углеводородов: на спектрах ярко выражены полосы валентных колебаний С-Н для Сэр3-Н -групп (2950-2850 см-1) и слабые полосы деформационных колебаний С-Н для Сэр3-Н -групп (1470 см- ). Полученные спектры идентичны спектру образца битума, используемого в последние годы для закрепления пылящих поверхностей на хвостохранилище АНОФ-2 ОАО «Апатит». Присутствие таких органических соединений может оказывать негативное влияние на селективность флотации за счет неизбирательной гидрофобизации поверхности минералов в процессе до-измельчения исходного сырья.
Исходя из известной закономерности флотируе-мости минералов апатит-нефелиновой руды с использованием жирнокис-лотного собирателя и практики ее обогащения, апатит флотировался непосредственно из доиз-мельченной пробы без проведения предварительной ее дешламации.
Определены оптимальные параметры измельчения проб: содержание классов +0,16 мм - 1314 % и минус 0,071 мм -38,8-40,8 %, обеспечивающие полное раскрытие минералов и одновременно кондиции получаемого апатитового концентрата по крупности. Флотация апатита осуществлялась на оборотной воде хвосто-хранилища АНОФ-2, содержащей, мг/л: 412 взвешенных частиц; 741 общих солей; 18,9 Са2+; 320 Б042-; 20 С1-; 174 НСО3; 17,6 ЭЮ2; рН оборотной воды - 8,9. Оборотную воду использовали в измельчении и во всех операциях флотации. За основу был принят реагентный режим апатитовой флотации АНОФ-2, который предусматривает использование жидкого стекла (ЖСт) как депрессора сопутствующих апатиту минералов и собирательной смеси (ФСС), состоящей из мыл кислот тал-ловых масел и моноалкилбензол-сульфокислоты (АБСК) — 13,5 %. Флотация проводилась при рН=9,7-9,8, что создавалось добавлением едкого натра.
Результаты флотации в открытом цикле с проведением основной (ОФ), контрольной (КФ) флотаций и двух-
Показатели флотации апатита из складированных отходов обогащения апатит-нефелиновой руды АНОФ-2 ОАО «Апатит» на оборотной воде в открытом цикле
Расход реагентов, г/т Пенный ОФ, Апатитовый Р2О5 в Кол-во
собиратель % Р2О5 концентрат, % Р2О5 хвостах флота- перечисток
ЖСт Неонол тип ОФ+КФ в £ в £ ции,%
Проба 150; 4,35 % Р2О5
50 10 ФСС 150+30 33,65 82,0 39,33 71,4 0,86 3
75 - ЖКТМ 90+30 35,21 78,5 39,24 75,8 0,86 2
- 5 СС: 150+30 30,00 90,3 39,67 66,6 0,46 2
- - СС2 160+30 31,08 87,9 39,87 65,1 0,55 2
Проба 170; 3,7 % Р2О5
50 5 ФСС 140+30 31,72 80,6 39,97 74,5 0,70 3
75 - ЖКТМ 90+30 33,40 77,6 39,02 73,8 0,50 3
- 5 СС: 140+30 23,40 92,0 39,32 71,1 0,30 2
- - СС2 150+30 24,30 91,9 39,65 72,0 0,31 2
Проба 180; 3,0 % Р2О5
75 - ФСС 150+30 25,44 58,2 37,61 52,8 1,45 3
75 5 ФСС 150+30 31,43 50,3 39,00 43,6 1,61 3
100 - ЖКТМ 90+30 30,04 68,5 39,58 59,7 0,85 3
- 5 СС: 130+30 24,12 83,5 39,17 76,4 0,51 3
- 5 СС2 150+30 27,89 85,1 39,20 73,8 0,44 2
трех перечисток пенного продукта ОФ и использованием различных реа-гентных режимов представлены в таблице 2 на примере проб нижнего (150), среднего (170) и верхнего (180) горизонтов.
В процессе флотационного выделения апатита установлена задепрес-сированность минералов, что косвенно подтверждается необходимостью повышенных расходов собирателя, а также высокой чувствительностью флотации к традиционно применяемым реагентам-регуляторам (ЖСт, Неонол). Это связано с повышенной гидратированностью поверхности минералов, являющейся следствием ионообменных и адсорбционных процессов, протекающих в хвосто-хранилище, в том числе и с участием жидкого стекла, используемого также для предотвращения пыления его поверхностей.
Депрессирующее действие применяемых регуляторов по отношению к апатиту проявляется в меньшей степени, если используется собиратель с более высокими коллекторными свойствами, например, жирнокислотная фракция таллового масла (ЖКТМ). Низкие расходы регуляторов или исключение их применения возможны при использовании собирательных смесей, в состав которых наряду с кислотами талловых масел взамен АБСК вводится полиалкилбензолсульфокис-лота - ПАБСК в количестве 20 % (СС1) и 30 % (СС2).
Данные табл. 2 показывают, что из всех исследуемых проб получены качественные (39,0-39,97 % Р2О5) апатитовые концентраты. При этом, если на пробах 150 и 170 такие концентраты при извлечении 7075 % Р2О5 получены при использовании всех рассматриваемых собира-
Складированные отходы
Измельчение
4-
I
Основная флотация
1 перечистка Контрольная флотация
Г
2 перечистка
3 перечистка
Хвосты
Апатитовый концентрат
Рис. 3. Принципиальная схема флотации апатита из складированных отходов обогащения апатит-нефелиновой руды в замкнутом цикле
Таблица 3
Результаты флотации складированных отходов по схеме рис. 3
Расход реагентов, г/т Технологические показатели, % Пена ОФ Пена III пер. М, %
ЖСт собиратель а Y Р2О5 в 1 S в Кп Кр Кп Кр ОФ III пер.
Проба 150
75 80 4,40 9,5 39,00 84,5 0,76 1,1 0,64 0,7 0,71 48,4 42,7
Проба 170
75 70 3,70 8,4 39,18 88,6 0,50 1,8 0,67 0,9 0,67 44,1 38,6
телей, в том числе и ФСС, то на пробе 180 эти показатели обеспечивало лишь применение смесей СС1 и СС2. Трудность получения апатитового концентрата из этой пробы можно объяснить более высоким со-
держанием в ней органических веществ (38,6 г/т), их концентрацией в пенном продукте основной флотации - до 454 г/т и неэффективностью дальнейших перечистных операций. При предварительной подготовке
сырья к обогащению такие агрегаты должны быть максимально удалены. Применение собирателя СС1 и СС2 на всех пробах обеспечивает наиболее полное выделение апатита: содержание Р2О5 в хвостах флотации составляет 0,3-0,5 %.
Основная флотация апатита протекает достаточно эффективно: степень концентрации при извлечении Р2О5 80-90 % составляет 7-9; содержание Р2О5 в хвостах флотации - 0,4-0,8 %. Получаемый при этом апатитовый продукт с содержанием 25-30 % Р2О5 может быть направлен на дообогаще-ние в соответствующий цикл переработки апатит-нефелиновой руды и обеспечить выпуск дополнительной конечной продукции.
Учитывая низкие содержания Р2О5 в промпродуктах обогащения (камерный перечисток, пенный КФ), получение кондиционного апатитового концентрата (39 % Р2О5) в самостоятельном цикле проводилось по флотационной схеме, приведенной на рис.3. Представленные в таблице 3 результаты флотации показывают на возможность получения апатитовых концентратов с содержанием 39,0-39,2 % Р2О5 при извлечении 84,5-88,6 %. Процесс характеризуется низкой циркуляционной нагрузкой - 4-6 %.
Кп, Кр -коэффициенты соответственно пенообразования и разрушения пены; М -минерализация пены, %.
1. Григорьев A.B., Шаль Э.Э. Экологические аспекты развития ОАО «Апатит» // Горный журнал. - 1999. - №9.
2. Техногенные месторождения - дополнительный источник минерального сырья / Мельников H.H., Козырев А.А., Гершенкоп А.Ш., Калашник А. И. // Фундаментальные проблемы комплексного использования природного и техногенного сырья Баренце-
Выводы
Показано, что при сохранности минеральных фаз мелко- и средне-зернистой части складированных отходов обогащения апатит-нефелиновой руды имеет место повышенная гидратированность поверхности минералов, являющаяся следствием ионно-обменных и адсорбционных процессов, протекающих в хвосто-хранилище.
Установлено негативное влияние на флотацию содержащихся в отходах органических соединений битума, используемого для предотвращения пы-ления на откосах хвостохранилища.
Научно обоснованы и разработаны технологические решения и реагент-ные режимы выделения апатита, позволяющие из мелко- и среднезерни-стых песков складированных отходов, содержащих 3,0-4,3 % Р2О5, получать кондиционные апатитовые концентраты (39 % Р2О5) при извлечении 8588 % Р2О5 и отвальные хвосты с содержанием 0,5-0,8 % Р2О5.
Разработанные режимы и схема флотации требуют дальнейшей проверки применительно к флотации апатита из тонкозернистой части складированных отходов обогащения апатит-нефелиновой руды.
Складированные отходы обогащения являются ценным фосфорсодержащим техногенным сырьем и в перспективе — потенциальным источником получения дополнительной продукции.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ва региона в технологии строительных материалов: Материалы межд. научн. конференции. - Апатиты: КНЦ РАН, 2003.
3. Гершенкоп А.Ш., Маслов А.Д. Влияние временного фактора и расположения хвостохранилищ на технологические показатели переработки отходов ОАО «Апатит» // Плаксинские чтения: Тез. докл. межд. совещания. - Иркутск, 1999.
4. Комплексное обогащение отходов апатитового производства и их гидрометаллургическая переработка / Николаев А.И., Гершенкоп А.Ш., Герасимова Л.Г. и др. // Химия и химическая технология в освоении природных ресурсов: Тез. докл. научной конференции. - Апатиты: КНЦ РАН, 1999.
5. Иванова В.А., Рухленко Е.Д. Оценка минералого-технологических свойств складированных отходов обогащения апатит-нефелиновых руд // Горный журнал. -2010. - №9.
6. Дудкин О. Б. Технологическая минералогия комплексного сырья. — Апатиты, 1996. Н2Е
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Иванова Валентина Алексеевна — кандидат технических наук, старший научный сотрудник, Митрофанова Галина Викторовна — кандидат технических наук, доцент, Горный институт Кольского научного центра РАН, e-mail: [email protected].
А
- ОТДЕЛЬНЫЕ СТАТЬИ
ГОРНОГО ИНФОРМАЦИОННО-АНАЛИТИЧЕСКОГО БЮЛЛЕТЕНЯ
(ПРЕПРИНТ)
СНИЖЕНИЕ ЭМИССИИ ПАРНИКОВЫХ ГАЗОВ ЗА СЧЕТ ВНЕДРЕНИЯ
ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ
Петров Иван Васильевич — доктор экономических наук, профессор, Московский государственный горный университет, [email protected]
Коробова Ольга Сергеевна — кандидат экономических наук, доцент, Российский университет дружбы народов, [email protected].
Отдельные статьи Горного информационно-аналитического бюллетеня (научно-технического журнала). — 2012. — № 1. — 24 с.— М.: издательство «Горная книга».
Приведены последствия выбросов парниковых газов на элементы соииально-эколого-экономической системы. Предложена экономико-математическая модель определения дополнительного дохода предприятий при внедрении мероприятий, способствующих снижению эмиссии парниковых газов.
Ключевые слова: потенииал снижения парниковых газов, экономико-математическая модель, углепромышленный регион.
DECREASE IN ISSUE OF HOTBED GASES AT THE EXPENSE
OF INTRODUCTION OF ENERGY SAVING TECHNOLOGIES
PetrovI.V., Korobova O.S.
Consequences of emissions of hotbed gases on elements social- ecology-economic system are given. The economic-mathematical model of definition of the additional income of the enterprises is offered at introduction of the actions promoting decrease in issue of hotbed gases.
Keywords: potential of decrease in hotbed gases, economic-mathematical model, coal-mining region.
