Особенности рентгенорадиометрической сепарации кварц-антимонитовых руд Восточного Забайкалья при рудоподготовке Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

УДК 622.772

Поляков Олег Анатольевич Oleg Polyakov

ОСОБЕННОСТИ

РЕНТГЕНОРАДИОМЕТРИЧЕСКОЙ СЕПАРАЦИИ КВАРЦ-АНТИМОНИТОВЫХ РУД ВОСТОЧНОГО ЗАБАЙКАЛЬЯ ПРИ РУДОПОДГОТОВКЕ

THE PECULARITIES OF X-RAYS RADIOMETRIC SEPARATION OF QUARTS ANTI-MONITE ORES IN EASTERN ZABAIKALIE DURING ORE PREPARATION

<,i

По результатам экспериментов по применению рентгенорадиометрической сепарации установлена зависимость концентрации сурьмы в промпродук-тах от её содержания в исходной кварц-антимоно-вой руде, позволяющая прогнозировать качество промпродуктов и получать кондиционный штуфной концентрат ещё на этапе рудоподготовки

Ключевые слова: месторождение, антимонит, сурьма, рудоподготовка, зависимость, концентрат, промпродукт, Восточное Забайкалье

Based on the results of experiments using X-rays radiometric separation, the dependence be-tween antimony concentration in industrial products from its content in quarts-antimony ore which helps to forecast the quality of industrial products and get piece of ore concentrate during ore preparation was stated in the article

Key words: deposit, antimony, ore preparation, dependence, industrial product, concentrate, Eastern Zabaikalie

Изучение и освоение минерально-сырьевых ресурсов Восточно-Забайкальской сурьмяной провинции [8] представляет актуальную задачу в связи с нарастающим дефицитом металла в стране и расширением сферы его потребления. В регионе известно около 250 преимущественно мелких месторождений с относительно высоким содержанием антимонита, вовлечение которых в эксплуатацию определяется возможностями и эффективностью методов прежде всего рудоподготовки. Этап рудоподготовки вносит 50...60 % затрат в стоимость переработки руды, где используется дорогое и быс-троизнашивающееся оборудование. Для повышения качества перерабатываемых руд и расширения сырьевой базы предприятия вынуждены привлекать и осваивать новые, более богатые малые месторожде-

ния и проявления, часто значительно удаленные от обогатительной фабрики, изыскивать прогрессивные методы переработки минерального сырья ещё на предпроектной стадии [11; 13].

Рентгенорадиометрическая сепарация (РРС) — новая высокоэффективная, экологически чистая технология обогащения руд и техногенного сырья (отвалы забалансовых и некондиционных руд и пр.), использующая современное технологическое оборудование для покусковой сепарации

— рентгенорадиометрические сепараторы [14]. В комплектацию сепараторов входят промышленные компьютеры и программное обеспечение, рентгеновские аппараты, блоки детектирования, электротехнические и электронные устройства. Метод основан на прямой оценке содержаний

сурьмы, содержащихся в сухом кусковом рудном материале в диапазоне крупности 300.20 мм, реже — в мелкокусковом материале 20.5 мм, чем отличается от известных «косвенных» традиционных «мокрых» методов обогащения (флотация, гравитация).

Эффективность РРС базируется на высокой селективности, информативности рентгеновского излучения и на свойстве руды при взрывании и дроблении разламывается по плоскостям низкой прочности (плоскостям минерализации). В связи с последним свойством поверхность кусков более обогащена рудными компонентами, что даже при небольшой глубине проникновения рентгеновского «мягкого» излучения в материал (0,1.1 мм) обеспечивается надежное распознавание рудных кусков. Метод эффективен в решении следующих геологических, технологических и экономических горнорудных задач:

— повышения и управления качества исходного сырья;

— вовлечения в переработку запасов бедных и забалансовых руд, т.е. расширения сырьевой базы и полноты использования недр;

— исключения из дальнейшей переработки вмещающей породы;

— сокращения удельных затрат на транспортировку, обогащение руд и складирование отходов в хвостохранилище;

— снижения себестоимости добычи руды за счет исключения или уменьшения селективной отбойки;

— получения крупнокускового концентрата, готового для металлургического производства (минуя стадию обогащения);

— повышения технического уровня специалистов и предприятий в целом;

— снижения экологической нагрузки предприятий.

Технология РРС активно внедряется в работу промышленных предприятий с 2000 г. с разработкой и освоением ООО «РАДО С» производства промышленных сепараторов, в том числе на предприятиях

Забайкальского края (ОАО Приаргунское горно-химическое объединение, Жирекен-ское, Дарасунское), а также при добыче и переработке сурьмяных руд (в опытном порядке).

Технология РРС включает процессы рудоподготовки и сепарацию.

В задачу рудоподготовки входят дробление до заданной крупности, грохочение на классы крупности (-150+50, -50+20 и -20+0 мм) и подача крупнокусковой руды (машинных классов) в приемные бункеры сепараторов. Подача руды на грохот проводится дозированными мелкими порциями, обеспечивающими непрерывную работу сепараторов в течение, например, 30. 60 мин, после чего выполняется очередная перезагрузка порции руды на грохот и в бункеры сепараторов. При этом сита грохота должны обеспечить синхронную работу сепараторов на крупный и средний классы, при которой сепараторы вырабатывают руду из соответствующих бункеров практически одновременно. Этот режим соответствует максимальной общей производительности комплекса РРС. Рудоподготовка должна обеспечить, с одной стороны, минимизацию выхода мелкого несортируемого класса материала, усложняющего работу сепараторов, с другой — ограничить доступ негабаритов в крупной класс.

Сепарация призвана выделить максимальное количество породы — хвостов РРС с содержанием в них ценных компонентов желательно меньше установленного бортового содержания для забалансовых руд. Как и вся технология предварительного обогащения, технология РРС считается высокоэффективной при относительном выходе отвальных хвостов 15.50 %. Показатели этой технологии во многом зависят от выхода несортируемого класса —20+0 мм, который является основной помехой эффективного применения этого метода.

Возможности технологии РРС и предварительного обогащения в целом определяются не столько работой выбранного оборудования рудосортировочного комплекса,

сколько естественными природными свойствами обогащаемой руды. К ним относятся:

— исходный состав руд и полезного ископаемого;

— контрастность руды (чем выше неоднородность, больше различий в содержании ценных компонентов в кусковом материале, тем контрастней руда, тем легче она сортируется);

— прочностные свойства, от которых зависит гранулометрический состав руды при дроблении ее до необходимых машинных классов;

— структурно-текстурные особенности, которые определяют характер вкрапленности ценных минералов (крупно-, мелковкрапленные, штуфные и пр.), количество сростков, распределения рудных минералов в кусковом материале;

— глинистость руды — чем больше глины, тем труднее очистить поверхность кускового материала при дроблении и грохочении, тем хуже руда выпускается из бункеров и пр. ( при высокой глинистости необходима отмывка руды);

— качество поверхности кускового материала (наличие загрязняющих примазок, в т.ч. и глинистых);

— кусковатость руды, в т.ч. форма кусков (плоская, кубическая и др.);

— плотность породной и рудной части.

Сурьмяным месторождениям Восточного Забайкалья свойственны многочисленные неоднородности, связанные с изменчивостью в пространстве состава, свойств горных пород и руд. При этом руды более гетерогентны, чем сами месторождения, поскольку формируются в сложных локальных рудовмещающих структурах, подвергшихся еще и гидротермальному метаморфизму. Для рационализации и планирования переработки руд целесообразно еще в недрах выделять участки, блоки, различающиеся устойчивыми геолого-минера-

логическими особенностями, т.е. выделять природные типы руд. Природные типы месторождений, являющиеся устойчивыми поставщиками промышленного минерального сырья, представляют геолого-про-мышленные типы.

Как совокупность характеристик месторождений, отвечающих современным требованиям горнодобывающей промышленности к минеральному сырью, геологопромышленные типы сурьмы соответствуют формационному типу месторождений [8]. Геолого-статистической показатели развития четырех формационных типов сурьмяных объектов Восточного Забайкалья свидетельствуют, что в настоящее время только два (основных) из них — ан-тимонит-кварцевый пластовый и антимо-нит-кварцевый жильный и штоверковый могут представлять самостоятельные геоло-го-промышленные типы сурьмы, два других формационных типа месторождений малочисленны, представлены неизученными объектами, промышленная значимость которых остается сомнительной.

Таким образом, сурьмяные месторождения Восточного Забайкалья представлены двумя геолого-промышленными типами: 1 — ртутно-сурьмяным джаспероидным (золотосодержащим), 2 — сурьмяным золото-кварцевым [9], типичными представителями которых являются, соответственно, Солонеченское и Жипкошинское месторождения.

Поскольку по минеральному составу эти типы месторождений практически идентичны ( табл. 1) , руды представляют единый сульфидный антимонитовый технологический тип. Этот вывод убедительно подтверждается тематической обработкой результатов обогащения руд по гравитационно-флотационной схеме, которые укладываются в одну кривую У= 52,36125 + 36,25512 / х + 4,30681 / х2 (рис. 1).

БЬ в продукте, %

ю

со

---Доверительные границы (по Стьюденту с вероятностью Р=0,95)

Рис. 1. Зависимость концентрации сурьмы в продуктах гравитации и флотации от её содержания в руде

:с

о

Л

X

о

Со

а>

5

ь

а>

Таблица 1

>

а

х

2

і

а

2

-А

а

т

л

н

с

0 с

>5

2

1 I ф ш н с ф 3 ф са

Содержание ЭЬ 0,4- 27,7 % Аи 0,01-28,5 г/т ЭЬ 0,1-85 %, Аи 0,01-1,8 г/т

Минералы размер вкрапленников антимонита 1-5 мм, редко до 20 см До 5 см

второстепенные Пирит, арсенопирит, флюорит, серицит, каолинит Пирит, арсенопирит, марказит, серицит, каолинит

главные Антимонит, кварц, карбонат Антимонит, кварц

Околорудные изменения (Перекристаллизация, доломитизация, окварцевание, серицитизация, карбонати-зация)*- джаспероиди-зация - аргиллизация- гипергенез Окварцевание аргиллизация -гипергенез

Текстуры руд Брекчиевая, массивная, гнездовая, вкрапленная, пятнистая, прожил-ковая, кавернозная, крустификационная Вкрапленная, про-жилковая, пятнистая, массивная, брекчи-евая

5 6 2 & Ё £ 6 Мелко- крупнозернистая Разнозернистая

Номер типа -

н Стехиометрической особен-

§ ностью антимонита Восточно-

2 го Забайкалья (ЯЬ2Я3) является

^ изменчивое содержание сурьмы

о (71,22.74,86, среднее 73,64 %

^ вместо стандартного значения 71,

'о 4 %); несколько большее содер-

в жание сурьмы отмечено в крупно-

кристаллическом антимоните (в ^ пирите тоже отмечено повышен-

Р ное количество железа — 47,2,

в вместо 46,6 %).

Обычными примесями в антимоните являются Аз, Б1, РЬ, Си, Fe, А§, обусловленные в основном

нС

С С

си 3

^ механическими загрязнениями.

2 Они не влияют на качество полез-

и ного ископаемого даже при ло-

сЗ кально повышенных концентра-

13 циях (например, А до 0,61 % на

в~ Солонеченском месторождении).

^ Крайне неравномерная ан-

тимонитовая минерализация не-^ посредственно связана с окварцо-

ванными породами или жильным кварцем. На локальных участках антимонит составляет до 80 % объема жильной массы, слагая ^ почти мономинеральный крупно-

2 кристаллический агрегат. Чаще

же он образует прожилки (мощ-I ность 1 мм...3 см), разнозернис-

| тую вкрапленность, отдельные

^ вкрапленники, цементирует об* ломки вмещающих пород.

§ Из других свойств антимо-

о нита, согласно [4; 10], следует

О

ес

&

о

\С

С

с

о

а

отметить ромбическую сингонию, ленточную кристаллическую | структуру, металлический блеск,

п совершенную по длине кристал-

§ лов спайность, твердость по шкале

<5 Мооса, равную 2, микротвердость

« (в числителе — пределы колеба-

§ ний (кгс/мм 2), в знаменателе —

2 коэффициент анизотропии [5],

-с

равную 65.167 / 1,8. Характер л й спайности объясняется строением

ч

н

£ в минерала, в связи с которым силы О £2 сцепления в одних направлени-

ях оказываются резко ослабленными по сравнению с силами других направлений. В зависимости от механических примесей минерал может иметь различный удельный вес и колебания собственного химического состава. Минерал несколько гибок, хрупок, удельный вес 4,6 (тяжелый), электричество не проводит, плавится в пламени свечи. Ромбические кристаллы антимонита обычно сложные, представляют комбинации ромбических призм, пирамид и пина-коидов, различающихся пространственным положением.

В ковалентном антимоните пространственная ориентация связей определяется четырьмя типами гибридизации валентных орбиталей (катионы): p 3 (ЯЬ 3 +), sp 3 (ЯЬ 5 +), p 3d 2 (ЯЬ 3 +), р 3(с резонансом) sp 3d

2 (ЯЬ 3 +). Поскольку неполновалентные р-катионы в связи с ближайшими халько-лигандами имеют между s и р-орбиталями (формула атома ЯЬ 1s22^2р63s23р63d10 4^ 4р64dI0 5в25р3) большую энергетическую щель, ш 2 — орбиталь занимает несвязывающая пара электронов. Она влияет на углы связей р- орбиталей с хальколигандами — в случае с ЯЬ 3 + формируются зонтичные группы с треугольником хальколигандов в основании и выступающими над ними атомами элементов тип-аналогов (Ай, ЯЬ, Б1). Электронная пара образует вокруг таких атомов четвертую мнимую вершину, вместе с nd-орбиталями формирует длинные остаточные связи типа sp3d2.

В молекулярной структуре антимонита, стремящейся к плотной упаковке, проявляются, таким образом, электростатические силы, удерживающие структурные единицы в упорядоченном состоянии, определяющие соотношение размеров, количества катионов и анионов (координационные числа 3, 4 и 6), а также физико-химические свойства различных типов структур пространственной ориентации. Поскольку неполновалентные катионы ЯЬ 3 + имеют координацию с числом ближайших соседей

3 (ЯЬЯ3 — зондичная группа) и 5 (ЯЬЯ3 — по-луоктаэдры), на микроуровне структурная формула антимонита имеет вид (5) ЯЬ23+(3) ЯЬ23+Я62-, в которой расстояние ЯЬ — Я в

пределах молекулы равно 0,246.0,285, а между молекулами — 0,311.0,364 нм [ 1 ]. Энергией кристаллического вещества обусловлены такие свойства антимонита, как растворимость, летучесть, температура плавления, твердость и др. На энергию кристаллической решетки антимонита, не содержащего сильно поляризуемых ионов, ее структуру, а соответственно, и свойства должны существенно влиять энергетические поля. Об этом свидетельствуют:

— переменное количество структурных единиц (ионов) сурьмы;

— недостаточная «прочность» энергетических уровней электронов N и О в атоме;

— валентность, равная 3 (и 5), свидетельствующая о повышенной гетерополярности, стремлении перестроить внешнюю электронную оболочку атома путем упрочнения ее тремя электронами ( до устойчивой структуры ксенона, № 54 в таблице Д.И. Менделеева);

— близость к магическому числу 50, характеризующему наиболее устойчивые свойства изотопов 6 элементов при наличии в атомных ядрах 2, 8, 20, 50, 82 и 126 нуклонов (нейтронов или протонов); магические ядра наиболее прочны, как прочны атомы благородных газов [3].

Кварц представлен несколькими генерациями. В джаспероидах кварц от криптозернистого ( сотые доли миллиметра) до мелкозернистого, а также гребенчатый, шестоватый. Кварц, цементирующий обломки массивной текстуры, мелкозернистый ( сотые до первых десятых долей миллиметра) , обрастающий обломки, кристаллизующийся в микропустотах, трещинах (наиболее поздний) — шестоватый, гребенчатый (десятые доли миллиметра — первые миллиметры) . На других стадиях метасоматоза кварц крупно- и среднезернистый (десятые доли миллиметра до первых миллиметров) , на стадии березитиза-ции — образует прожилки, амёбовидные зёрна с извилистыми границами и волнистым угасанием; ассоциирует с крупнозернистым кальцитом.

Жильный кварц криптозернистый (обломки среди основной массы жильного квар-

ца), мелко-среднезернистый (0,05.1,00 мм) призматический ( с антимонитом) , ксеноморфный, мелкоигольчатый. В нем отмечаются мелкие поры, микродрузы и жеоды неправильно-изометричной и уплощенной формы. Друзовые полости выполнены параллельностолбчатыми агрегатами идиоморфных кристаллов кварца с хорошо развитыми концевыми гранями пирамиды. Жеоды заполнены либо рудными минералами, либо глинистым веществом с примесью серицита и хлорита в обрамлении из мелко-, среднезернистого кварца. Во всех разновидностях пород кварц слагает жилы, прожилки, а в доломитах и доломитизиро-ванных известняках — метазернистые агрегаты.

Халцедоновидный поздний кварц вместе с халцедоном локально развит в ар-гиллизитах, слагает прожилки (мощностью более миллиметра) зонального строения.

Карбонат развит на Солонеченском месторождении, представлен несколькими разновидностями. Первичный карбонат известняков мелкозернистый, буроватый. При березитизации он доломитизируется. Кальцит, цементирующий обломки карбонатных брекчий и выполняющий прожилки различного генезиса, белый, амёбовидный (десятые доли миллиметра — первые миллиметры) . Доля карбоната изменяется в зависимости от степени окварцевания карбонатной толщи.

В межзерновом пространстве криптозернистого и мелкозернистого кварца джаспероидов наблюдаются скопления непрозрачного пылевидного вещества, в основном состоящего из углеродистого материала. Графит находится в виде листоватых и шестоватых зерен размером до 0,1.0,2 мм, образующих в породе неравномерно расположенные агрегатные скопления или единичные зерна.

Второстепенные, малорастространен-ные и редкие гипогенные минералы существенного влияния на переработку руд не оказывают. Зона окисления развита слабо.

Золото и серебро являются попутными компонентами руд. В небольшом количестве они накапливаются в сурьмяном концен-

трате. Крайне редко и только в кварце тонкодисперсное золото (0,001...0,005 мм) встречается преимущественно в самородной форме, имеет неправильные, реже овальные, округлые и извилистые границы срастаний. Непосредственного срастания золота с антимонитом не отмечается. Максимальный размер золотин 0,1 мм, преобладают же частицы размером 0,001.0,05 мм неправильной, реже проволочковидной формы. Количество свободного золота всего 7,87.8,3 %. В сростках находится 45.72 % золота, связанного с сульфидами

— 2,25.12,17 %, в силикатной тонкодисперсной форме — 17- 33,8 %. Содержание золота в пробах 0,01.28,5 г/т, максимальное в штуфной пробе — 76 г/т. Тонкодисперсное золото чаще связано с пиритом, арсенопиритом. Пробность золота 699.953, средняя — 819. Ввиду нахождения остатков золота в практически невскрываемой форме (тончайшие включения в породе и сульфидах железа), дообогащение хвостов, включая цианирование, не рентабельно.

Собственных минералов серебра не встречено. Оно установлено в самородном золоте (4,7.23,42 %), тетраэдрите (0,61.2,07, среднее 0,5 г/т), буланжерите (0,64...1,6, среднее — 0,94 г/т), геокро-ните (1,71.2,01, среднее 1,86 г/т). Содержание серебра 1.56 г/т (в блеклой руде), максимальное — 610 г/т (в буланжерите).

Физико-механические свойства пород и руд месторождений крайне неоднозначны. Естественная влажность составляет 3 %, в недрах — менее 1 %, чаще 0,3...0,5 %, насыпная плотность дробленой руды 1,6.1,75 т/м3.

Кусковатость определяется степенью нарушенности добываемого сырья в недрах (разрывные нарушения, зоны трещиноватости различной степени проявления, естественная отдельность пород и т.д.) , а также системой и плотностью зарядов при взрывных работах. Степень трещиноватости основной массы пород характеризуется структурными блоками размерами более 0,3 м, по степени выветриваемости эти породы относятся к грунтам преимущест-

венно слабовыветривающимся, неразмяг-чаемым [2]. Средний размер отдельностей ( размер структурных блоков) зависит и от глубины — при глубине 50, 100 м и более составляет соответственно 0,47, 0,69 и 0,87 м, что должно учитываться при взрывных работах.

По пробам лабораторно-технологических исследований выход класса +20.75 мм составляет 56.88,0 %, в котором сосредоточено 71. 87 % массы антимонита. При этом количество антимонита в более мелких классах крупности вне зависимости от исходного количества полезного минерала в руде относительно равномерное. Гравитационный анализ расклассифиро-ванной руды указывает на возможность применения гравитационных методов дезинтеграции; содержание сурьмы в тяжелой фракции достигает 46 %.

На Солонеченском месторождении гранулометрический состав исходной руды не проводился. Поскольку технологические исследования ориентировались на гравитационно-флотационную схему переработки руд, исходный материал, в котором присутствовали обломки до 30 см, дробился сразу до 10 мм. Лишь в одной лабораторной пробе указан ориентировочный исходный гранулометрический состав: класс плюс 10 мм — 60 %, минус 10 + 5 мм — 20 %, минус 2,5 мм — 20 %. Эти данные удовлетворительно согласуются с данными гранулометрического состава руд Жипкошинского

Гранулометрический состав руд Жип-кошинского месторождения и распределение сурьмы по классам крупности благоприятствуют эффективному использованию в процессе переработки минерального сырья методов рудоподготовки (табл. 2).

Таблица 2

месторождения. Наряду с этими данными указывается на полное раскрытие антимонита, начиная с крупности 0,7 мм, присутствие в сростках с породообразующими всего 0,7 % минерала, что благоприятствует его гравитационному извлечению в голове технологической схемы.

Средняя расчетная объемная масса руд Жипкошинского месторождения (У), определенная по уравнению регрессии У=

0,0235 X +2,2931, составляет 2,36 т/м 3, на Солонеченском месторождении изменяется в пределах 1,92.3,76 т/м3 и определяется уравнением У = 0,0169Х + 2,6926, где X — содержание сурьмы в процентах. В целом руды Солонеченского месторождения несколько тяжелее жипкошинских. Объемная масса гранитов 2,51.2,61 г/см3 (средняя 2,57 г/см3), известняков — 2,75.2,85 г/см3 (среднее 2,78 г/см3), алевролитов — в среднем 2,74 г/см3. Плотность доломита, кальцита, кварца менее 3 г/см 3, антимонита — 4.5 г/см 3. Средняя плотность кварц-антимонитовых руд 2,64 т/м3. Пористость пород составляет 5.11 %, руд — достигает 33,7 %.

Распределение сурьмы по классам крупности в пробах: [ТП-1, 2006 г.] - (ТП-2) - ТП-1

Классы, мм Выход,% Содержание Sb, % Извлечение Sb, %

- 75 + 40 [3,4] - (58,07) - 71,23 [18,67] - (5,29) - 34,35 [17,3] - (56,85) - 71,03

-40 +20 [53,0] - (24,84) - 16,77 [3,67] - (6,22) - 34,86 [54,0] - (28,52) - 16,98

-20+10 [27,2] - (6,54) - 4,64 [4,31] - (3,54) - 28,20 [15,7] - (4,26) - 3,77

-10+ 5 [3,4] - (2,87) - 2,39 [2,54] - (3,74) - 33,87 [2,4] - (2,04) - 2,35

-5 + 2,5 [2,7] - (1,13) - 1,06 [2,61] - (4,19) -33,54 [1,9] - (0,92) - 1,01

-2,5 [10,3] - (6,54) - 3,91 [38,62] - (6,06) - 42,85 [7,7] - (7,41) - 4,85

Итого 100 [3,66] - (5,40) - 34,45 100,00

Твердость и микротвердость кварца соответственно 7 и 1023.1236 (средняя 1135 кгс/мм 2), спайности нет, кальцита

— также 3 и 103-202, спайность совершенная. Коэффициент крепости вмещающих пород по М.М. Протодъяконову 10.12 ед., руды - 8.10 ед.

Из структурно-химико-энергетических свойств руд важное значение имеет люминесценция - неравновесное излучение, избыточное над тепловым, с длительностью, существенно превышающей период световых колебаний (больше 10-9 с). Из известных шести способов возбуждения люминесценции [7] практический интерес представляет рентгенолюминесценция (РЛ). При высокоэнергетических возбуждениях РЛ происходит ионизация основного вещества с образованием в кристалле электронов, дырок и экситонов. Энергия от кристаллической решетки передается к центру люминесценции по рекомбинационному механизму - центр возбуждается за счет энергии электронно-дырочных рекомбинаций. В рамках зонной теории твердого тела центры свечения, центры рекомбинации и центры захвата представляются в виде локальных уровней, расположенных между валентой зоной и зоной проводимости [6].

Люминесцировать могут только диэлектрики и полупроводники. Антимонит, как представитель халькогенидов, является полупроводником с небольшой шириной запретной зоны, которая уже при комнатной температуре имеет свободные электроны в зоне проводимости [1]. Благодаря этому, он непрозрачен в видимой области спектра, характеризуется металлическим блеском, анизотропной структурой с цепочечными кристаллами вытянутой формы и совершенной спайностью. Для него характерно свечение донорно-акцепторных ассоциированных пар, создаваемых вакансиями металла и серы.

Для практических целей используют рентгеновское излучение с энергией квантов 1.100 кэВ (103.105 эВ), присущей характеристическому рентгеновскому из-

лучению, испускаемому при возбуждении атомами химических элементов. Эта энергия атомов (£ — спектральная линия определенной длины волны и частоты) связана с атомным номером элемента ^) функциональным соотношением £ =Z 2 . Излучение атомов обусловлено строением электронных оболочек атомов и возникает при удалении ( выбивании) одного электрона из внутренних слоев атома (К- и L-оболочки атома) и перехода на освободившееся место электрона с более внешней оболочки. Вторичное излучение от куска регистрируется блоками детектирования ДЭУ (детектор электронный управляемый). Электрические импульсы ДЭУ с помощью электронных средств и компьютерной обработки преобразуются в аппаратурный спектр вторичного регистрируемого излучения в реальном масштабе времени. Аналитический параметр от каждого куска (Р1) представляет функцию содержания искомого анализируемого элемента (С1) и вычисляется способом спектрального отношения

р _ \ _ ^2^2 + к^ ы,

где N ,...N ! — количество импульсов, регистрируемых ДЭУ от куска;

N и N — флуоресцентное излучение сопутствующих и мешающих элементов, которое учитываются при расчете Р1;

N — область рассеянного куском излучения;

К2 и К4 — знакопеременные спектральные коэффициенты, выбираемые при разработке методики РРС.

В рентгенорадиометрическом сепараторе СРФ (сепаратор рентгеновский флуоресцентный) первичное облучение кусков и возбуждение в них анализируемых элементов производится рентгеновским излучателем, а вторичное, регистрируемое от кусков, представляет флуоресцентное излучение анализируемого элемента с определенной долей рассеянного куском рентгеновское излучение первичного спектра (табл. 3).

Таблица 3

Сепараторы рентгенорадиометрические [12]

Тип сепаратора

Технические данные СРФ-4-50 СРФ-4-150

двухпродуктовые

1. Классы крупности сортируемой руды, мм 10-60 30-150

2. Диапазоны класса крупности, мм 10-40 20-40 20-50 20-60 30-80 30-100 40-120 50-150

3. Производительность, т/ч * (в зависимости от диапазона) 3-8 10-25

4. Источник первичного рентгеновского излучения Специализированные портативные рентгеновские аппараты ПРАМ-50

5. Детекторы рентгеновского излучения Блоки детектирования на основе пропорциональных газовых счетчиков

6. Исполнительные механизмы тип Быстродействующие электромагнитные шиберные устройства

(частота срабатывания, Гц) МИ 30(15-20) МИ 80 (10-12) МИ 400 (6-8)

7. Количество каналов сортировки, шт. 4 4

8. Напряжение электропитания при частоте переменного тока 50±1Гц, В 220/380 220/380

9. Потребляемая мощность, кВт, не более 3,0 5,0

10. Габаритные размеры, мм (длина х ширина х высота) 3520x1200x3150 5070x1500x3150

11. Пульт оператора Промышленный компьютер

12. Масса, кг, не более Сепаратора Пульта оператора 1600 10 3900 10

* Примечания.

1. Производительность зависит от класса и диапазона крупности, удельной плотности сортируемой руды (материала), качества исходной руды (материала), поступающей на РРС (зашламо-ванность, загрязненность, глинистость), технологических требований к продукту и «хвостам» сепарации (технологических задач).

2. Оптимальная величина производительности определяется и выбирается по результатам технологических испытаний РРС с учетом условий п. 2.

В целом, основные технологические — способность рудных минералов, в

свойства кварц-антимонитовых руд, оп- отличие от вмещающих пород, издавать ха-ределяющие технологию их обогащения, рактеристическое излучение при воздейс-включают: твии на них рентгеновских лучей;

— контрастный удельный вес рудных минералов;

— гидрофобность рудных минералов.

Рентгенорадиометрическое свойство

рудных минералов благоприятствует рентгенорадиометрической сепарации, контрастное отличие объёмных весов рудных и нерудных минералов — обогащению в тяжёлых средах, отсадки и классификации, а гидрофобность рудных минералов — флотации.

По сравнению с ручной сортировкой естественные технологические свойства руды обеспечивают получение на основе «сухой» технологии обогащения методом РРС сурьмяных концентратов более высокого качества.

Этот метод, благодаря высокой контрастности свойств руд и пород, обеспечивает:

— покусковую сепарацию и предварительное обогащение руды в целом;

— позволяет с высокой эффективностью реализовать технологию предварительного обогащения руды, управлять качеством и количеством товарных концентратов (ЯЬ > 45.50 %), обогащенных продуктов (ЯЬ= до 30 %) и хвостов; продукт и кон-

центрат являются товарной рудой, а хвосты используются для производства щебня;

— несортируемый класс -20+0 мм (как первичный, так и вторичный) представляет отдельный продукт, который под-шихтовывается к обогащенным продуктам, увеличивая общее количество товарной продукции;

— оперативное реагирование на качество добываемых руд (богатые руды подвергаются одной стадии сепарации, бедные — двум), использование не только бедных, но и забалансовых руд (в опытной схеме эффективный порог содержания ЯЬ опускается до

0,25 %, а концентрация в хвостах — падает до 0,14 %). Эта особенность способствует максимальному использованию недр, исключает селективную добычу руд, оптимизирует транспортные расходы.

Таким образом, использование технологии РРС при переработке руд Солонечен-ского и Жипкошинского месторождений обеспечивает существенное улучшение схемы рудоподготовки, приемлемой и для других сурьмяных месторождений Восточного Забайкалья. Она включает следующие основные стадии и процессы (рис. 2):

Рис. 2. Технологическая схема РРС

1. Дробление (1 стадия) исходной руды крупностью минус 500 мм до крупности минус 150 мм.

2. Грохочение исходной руды по классам минус 150+ 50, минус 50 +20 и минус 20+0 мм; 75 % антимонита находится крупном (-150+20 мм) и 25 % — в мелком (-20+0 мм) классах.

3. Рентгенорадиометрическая сепарация (РРС) класса минус 150+20 мм в две стадии.

В первую стадию из бедной руды ( в среднем 2 %) уверенно выделяются продукты с содержанием ЯЬ 8.13 % (в зависимости от порога), в среднем составляя 9 % (с порогом 0,26 %) и 11,5 (с порогом 0,30 %), выход продукта 15.30 %, извлечение 97.98 %. Из очень бедной руды (ЯЬ около 1,0 %) получается продукт с содержанием ЯЬ 4 % при выходе около 25 %; при снижении выхода до 10.12 % содержание в продукте составило бы те же 8.10 % ( прогноз) . Задача первой стадии РРС

— повысить содержание ЯЬ в бедных рудах (80 % исходной руды) до уровня рядовых руд (средний уровень 10 % сурьмы), получить отвальные хвосты с содержанием металла менее 0,26 % и выходом — 70.80 % (средний 75 %), т.е. отчленить от рудной массы 75 % пустой породы или 60 % исходной массы.

Примечательно, что из руды с содержанием ЯЬ 1 % класса минус 20 + 2 мм в опытах получен продукт с содержанием ЯЬ

4 %, что выше соответствующего продукта, полученного методом ТСС. Это свидетельствует о «чистоте» граней даже мелкого кускового материала, благоприятствующих использованию метода РРС. Несмотря на положительные результаты, эта фракция не рекомендуется технологией РРС, поскольку существенно осложняет работу сепараторов.

Во вторую стадию сепарируется продукт первой стадии. В связи со склонностью антимонита к переизмельчению, продукт первой стадии подлежит предварительному вторичному грохочению. В эту стадию по-

лучается три продукта: штуфной концентрат, промпродукт и хвосты. При содержании в исходном продукте ЯЬ 10 %:

— выход концентрата составит 14 %, содержание сурьмы — 40 %, извлечение — 65 %; при содержании ЯЬ 14 % эти показатели существенно изменяются — выход и содержание возрастают соответственно до 16 и 51 %, а извлечение — падает до 59 % (высокая чувствительности метода РРС на содержание ЯЬ в сепарируемой руде);

— выход промпродукта составит 56 %, содержание сурьмы — 10 %, извлечение — 30 %; при содержании ЯЬ 14 % выход составит 53 %, содержание остается примерно тем же (9,5 %), а извлечение — 36 %;

— выход хвостов составит 30 %, содержание сурьмы — 0,1 %, извлечение — 75 %; при содержании ЯЬ 14 % выход составит 31 %, содержание ЯЬ — 0,14 %.

В результате двухстадиальной сепарации от дальнейшей переработки крупной фракции исключается 82,5 % массы хвостов (66 % исходного количества руды) и выходит кондиционный штуфной концентрат с содержанием сурьмы 40 % в количестве 3,5 % от фракции и 2,8 % от количества исходной руды. Из этой крупной фракции дальнейшей переработке подлежит только 14 % (11 ,2 % от исходной руды) или, соответственно, в 5,7 (8,9) раза меньше соответствующих объемов рудной массы.

Несмотря на ограниченное число опытов, по результатам исследований для основного класса крупности (минус 150+20 мм) при пороге чувствительности 0,3 мВ установлены зависимости концентрации полезного компонента в концентрате РРС от содержания его в исходном продукте, извлечения антимонита от количества его в концентрате (рис. 3, 4), а также определены пределы содержаний компонента в хвостах РРС. Из графиков следует:

— концентрирование сурьмы в продуктах РРС целесообразно из руд с содержанием ЯЬ до 12.13 % (бедные и рядовые руды) до предела в 50 %, выше этих показателей эффективность процесса резко падает;

Коэффициент корреляции г = 0,987. Погрешность аппроксимации+\-в = 3,08714 ----Доверительные границы (по Стьюденту с вероятностью Р=0,95)

Рис. 3. Зависимость концентрации сурьмы в промпродукте от ее содержания в руде по методике РРС

Вестник ЧитГУ №2(81)2012

Извлечение 8Ь. %

со

со

Коэффициент корреляции г = 0,940. Погрешность аппроксимации +ИЗ = 7,40201

— Доверительные границы (по Стьюденту с вероятностью Р=0,95)

Рис. 4. Зависимость извлечения сурьмы в промпродукте от её содержания в руде по методике РРС

:с

о

Л

X

о

Со

а>

5

ь

а>

— извлечение металла в концентрат наиболее высокое (более 95 %) характерно для бедных и рядовых руд, при более высоких содержаниях сурьмы в богатых рудах и промпродуктах извлечение резко падает и практически прекращается при содержании металла около 53 %;

— для получения кондиционного концентрата марки К СУШ минимальное количество сурьмы в руде для одностадийной сепарации методом РРС должно быть не ниже 6.7 %, извлечение составит около 75%;

— количество металла в хвостах РРС при сепарации бедных и рядовых руд очень низкое (0,046.0,12 %) и только при сепарации концентратов с содержанием ЯЬ более 50 %, показатели потерь возрастают до 1,0.1,1 %;

— установленные зависимости однозначно свидетельствуют о правомерности выделения граничных показателей эффективности процесса РРС.

Таким образом, исследованиями установлено:

— РРС является наиболее эффективным методом переработки сурьмяных руд и должна непременно применяться на этапе рудоподготовки;

— установлена зависимость концентрации сурьмы в промпродуктах (У) от её содержания в исходном сырье (У= X /

0,18223 + 0,00571Х + 0,00024Х2), позво-

ляющая прогнозировать качество промпро-дуктов и получать кондиционный штуфной концентрат ещё на этапе рудоподготовки;

— для бедных и части рядовых руд метод РРС используется для предварительной концентрации минерального сырья, а для большей части рядовых и богатых руд — как основной, обеспечивающий получение кондиционной продукции;

— технологические возможности метода исключают необходимость выделения сортов руд, открывают возможность существенного снижения бортового содержания сурьмы, что упрощает морфологию месторождения, подготовку месторождения к эксплуатации, расширяет возможность применения открытого способа отработки запасов;

— возможности метода по концентрированию полезного компонента требуют расширения перечня марок штуфных сурьмяных концентратов.

— метод РРС не требует больших затрат, позволяет работать в широком диапазоне крупности материала — сортировать как крупные, так и небольшие по размеру куски;

— внедрение комплексов РРС на рудниках позволит снизить издержки производства, убрать из переработки пустую породу, создать новые рабочие места, продлить жизнь предприятий.

Литература

1. Годовиков А.А. Минералогия: 2-е изд. перераб. и доп. — М.: Недра, 1983. — 647 с.

2. ГОСТ 25100-95 Грунты. Классификация.

3. Детская энциклопедия: в 12 т. Т. 3. Вещество и энергия / науч. ред. И.В. Петрянов. — М.: Педагогика, 1973. — 544 с.

4. Изоитко В.М. Технологическая минералогия и оценка руд. — СПб.: Наука, 1997. — 582 с.

5. Лебедева С.И. Микротвердость минералов. — М.: Недра, 1977. — 118 с.

6. Марфунин А.С. Введение в физику минералов. — М.: Недра,1974.

7. Методы минералогических исследований: справочник / под ред. А.И. Гинсбурга. — М.: Недра, 1985. — 480 с.

8. Павленко Ю.В., Поляков О.А. Восточно-Забайкальская сурьмяная провинция // Вестн. Чит. гос. ун-та. — 2010. — № 9. — С. 77-84.

9. Павленко Ю.В. Основы минерагении Восточного Забайкалья и месторождения полезных ископаемых: учебное пособие. — Чита: ЧитГУ, 2011. — 187 с.

10. Смольянинов Н.А. Практическое руководство по минералогии: учебник. — М.: Госгеолте-хиздат, 1955. — 432 с.

11. Соложенкин П.М., Бондаренко Е.В., Чертогова Е.В. Обогащение сурьмяных руд Забайкалья. — М.: Обогащение руд. — 2008. — № 1. — С. 15-19.

12. ТУ 3132-015-05820239-2001.

13. Тюменцев Ю.А. Предпроектная сравнительная оценка эффективных методов обогащения кварц-антимонитовых руд месторождения Жипкоша: автореф. дис. ... канд. техн. наук: 25.00.13.

— Чита, 2009. — 23 с.

14. [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://www.rados.ru/info-article.html?st=10.

Коротко об авторе________________________________________________Briefly about the author

Поляков О.А., соискатель, Забайкальский госу- O. Polyakov, applicant, Zabaikalsky State University дарственный университет (ЗабГУ)

Служ. тел.: (3022) 35-25-72

Научные интересы: методы обогащения различ- Scientific interests: methods of mineral products en-ных видов минерального сырья richment