CC BY
68
DOI: 10.25702/KSC.2307-5228.2018.10.4.68-72 УДК 622.7
ПОЛУЧЕНИЕ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ ПРОДУКТОВ ИЗ ТЕХНОГЕННЫХ ОТХОДОВ ПЕРЕРАБОТКИ РУД КОВДОРСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ*
Г. П. Андронов, Т. Н. Перункова
ФГБУН Горный институт КНЦ РАН, г. Апатиты
Аннотация
Изучена возможность получения дополнительных продуктов из техногенного минерального сырья второго поля хвостохранилища АО «Ковдорский ГОК». Предложена принципиальная последовательность обогатительных операций, позволяющих получать из исследуемого техногенного сырья магнетитовый, апатитовый, форстеритовый, флогопитовый, карбонатный и бадделеитовый концентраты. Показаны направления использования перспективных продуктов обогащения с учетом их гранулометрического и химического составов. Ключевые слова:
техногенное месторождение, апатит, магнетит, форстерит, флогопит, бадделеит.
PRODUCTION OF SECONDARY PRODUCTS FROM MINING-INDUCED ORE PROCESSING WASTE FROM THE KOVDOR DEPOSIT
George P. Andronov, Tatyana N. Perunkova
Mining Institute of KSC RAS
Abstract
Keywords:
Successful experience of JSC Kovdorsky GOK has shown high economic and ecological efficiency of industrial processing of mineral raw materials from a mining-induced deposit of the first tailing dump field which was formed in the early years of the magnetite dressing plant. Current processing wastes, stored in the tailing pond, are characterized by a smaller content of apatite due to the continuous improvement of the processing technology used at JSC Kovdorsky GOK and contain more magnetite, forsterite, and phlogopite. The study investigates the possibility of complex processing of mining-induced mineral raw materials of the second tailing dump field from JSC Kovdorsky GOK. The authors propose a basic sequence of processing operations, which makes it possible to yield magnetite, apatite, forsterite, phlogopite, carbonate and baddeleite concentrates from the investigated raw materials. The paper presents the trends in using promising processing products, taking into account their granulometric and chemical compositions.
mining-induced deposit, apatite, magnetite, forsterite, phlogopite, baddeleite.
Введение
Увеличение объемов добычи и переработки минерального сырья приводит не только к повышению производительности горно-обогатительных предприятий по выпуску концентратов, но и к росту отходов обогащения с образованием техногенных месторождений. Акционерное общество «Ковдорский ГОК» — одно из предприятий России, которое, перерабатывая сложные по минеральному составу бадделеит-апатит-магнетитовые руды, выпускает магнетитовый, апатитовый и бадделеитовый концентраты, тем самым показывая пример рационального отношения к минеральным ресурсам. Кроме того, по разработанной в Горном институте КНЦ РАН технологии АО «Ковдорский ГОК» с конца 1990-х гг. начато масштабное освоение запасов техногенного месторождения I («лежалые»
*Работа выполнена при поддержке Программы фундаментальных исследований РАН I.39.
хвосты I поля хвостохранилища), сформированного отходами обогащения предыдущих лет работы магнетитовой обогатительной фабрики, с выпуском высококачественных апатитового и бадделеитового концентратов [1-3]. Успешный опыт предприятия показал высокую экономическую и экологическую эффективность промышленной переработки «лежалых» отходов.
В настоящее время в результате складирования с 1985 г. отходов обогащения апатит-бадделеитовой обогатительной фабрики сформировано техногенное месторождение II (II поле хвостохранилища), куда поступают и текущие отходы переработки, что составляет примерно 50 % (8 млн т) поступающей на обогащение руды ежегодно. С ростом количества отходов увеличиваются затраты на их хранение и охрану окружающей среды [4-6]. Разработка технологии обогащения с комплексной переработкой сырья и утилизацией в экономически целесообразных объемах части отходов позволит увеличить сырьевой потенциал предприятия, получить дополнительную прибыль и в то же время снизить экологическую нагрузку на природную среду [7-9].
В данной работе рассмотрена возможность извлечения из техногенного минерального сырья II поля хвостохранилища АО «Ковдорский ГОК» максимально возможного количества полезных компонентов с получением дополнительных видов продукции.
Объекты исследования
Второе поле хвостохранилища АО «Ковдорский ГОК» отделено от первого дамбой и представляет собой юго-восточную часть техногенного месторождения. Значительную часть площади поля занимает акватория бассейна оборотного водоснабжения. Минеральный состав песков II поля хвостохранилища идентичен первому, но отличается меньшим содержанием полезных компонентов вследствие постоянного совершенствования технологии обогащения АО «Ковдорский ГОК» и более полного извлечения компонентов: беднее по концентрации апатита и содержат большее количество магнетита, форстерита, флогопита. Основными минералами сформированного месторождения являются форстерит (35-45 %), карбонаты (24-27 %), флогопит (10-15 %), апатит (10-12 %), пироксены (4-9 %) и магнетит (2,5-3,0 %), содержание бадделеита составляет менее 0,3 %.
Исследования проводили на технологических пробах хвостов техногенного месторождения II, сформированных из материалов керновых проб скважин различных горизонтов хвостохранилища. Результаты проведенного химического и гранулометрического анализа показали, что исследуемое техногенное минеральное сырье неоднородно по гранулометрическому составу и имеет отличительные особенности по горизонтам и участкам. Условно хвосты месторождения можно разделить по содержанию класса -0,071 мм на «крупные», «средние» и «мелкие» (табл. 1), в то же время характеризуются примерно одинаковым содержанием основных химических компонентов:
Р2О5 — 4,20-5,52 %; Fe,^ — 4,07-4,73 % и ZrO2 — 0,19-0,24 %.
Таблица 1
Table 1
Классификация проб по гранулометрическому составу Classification of samples according to granulometric composition
Содержание класса крупности, % Content of grade size, %
Проба Sample
«Крупная» «Coarse»
43,0
«Средняя»
«Мелкая» «Fine»
+0,2 мм +0,2 mm -0,071 мм -0,071 mm
«Medium» 15,7-27,8
2,4-4,2
6,9
14,2-33,9
61,6-70,1
Результаты лабораторных исследований
Для получения качественных железорудного, апатитового и бадделеитового концентратов ранее была использована технология обогащения, принятая на АО «Ковдорский ГОК».
Начальной операцией при подготовке сырья к обогащению является измельчение, необходимость которого обусловлена следующими факторами: подготовкой поверхности минералов к флотации, оттиркой адсорбированных реагентов на минералах за время складирования; раскрытием сростков и включений магнетита.
Ввиду наличия в исследуемом техногенном сырье магнетита (2,5-3,0 %) изучена возможность получения на первой стадии обогащения магнетитового концентрата. Показано, что магнетит, оставшийся после обогащения магнитной сепарацией исходной руды, находится как в сростках с силикатами и карбонатами (класс +0,16 мм), так и в свободных зернах, концентрируясь преимущественно в «тонких» классах (-0,071 мм). Результаты выделения магнетита (двухстадиальная магнитная сепарация) из различных по крупности проб приведены в табл. 2.
Таблица 2 Table 2
Показатели получения магнетитового и апатитового концентратов Indices for obtaining magnetite and apatite concentrates
Проба Sample Магнетитовый концентрат, % Magnetite concentrate, % Апатитовый концентрат, % Apatite concentrate, %
Содержание Fe<^ Content of Fetotal Извлечение Fe<^ Recovery of Fetotal Содержание P2O5 Content of P2O5 Извлечение P2O5 Recovery of P2O5
«Крупная» «Coarse» 60,27 19,3 38,1 42,3
«Средняя» «Medium» 60,8-61,58 21,8-22,9 38,0-38,6 25,6-31,6
«Мелкая» «Fine» 63,42 8,0 15,9-24,2 37,2-26,5
Из «мелких» проб получены концентраты с содержанием более 63 % Feoбщ, из «крупной» и «средней» — концентраты с содержанием 60-61 % Feoбщ. Получение более качественного железорудного концентрата возможно при условии проведения дополнительного более тонкого измельчения с последующей магнитной сепарацией: содержание Feoбщ в концентратах повышается до 63-64 %.
Анализ распределения Р2О5 по классам крупности показал, что более 50 % оксида фосфора в «крупной» пробе сосредоточено в классе +0,2 мм, в «мелкой» пробе 70 % Р2О5 находится в классе -0,05 мм. Апатит в пробах присутствует как в виде свободных зерен, так и виде сростков с кальцитом, магнетитом, форстеритом.
Немагнитная фракция после проведения операции обесшламливания (сгущения) является питанием апатитовой флотации. Проведенные лабораторные испытания с использованием фабричного реагентного режима показали, что получение качественного апатитового концентрата зависит от крупности обогащаемого сырья. Для «крупной» и «средней» проб извлечение P2O5 в концентрат составило 42 и 25 % соответственно при содержании P2O5 в концентрате ~38 %. Из пробы с высоким содержанием (более 60 %) класса -0,071 мм получены апатитсодержащие продукты с концентрацией 15-24 % P2O5 при извлечении 37-26 % (табл. 2).
По принятой на АБОФ схеме обогащения текущей руды хвосты флотации апатита являются питанием передела для получения бадделеитового концентрата, но так как в составе минерального сырья техногенного месторождения II присутствуют флогопит (10-15 %) и до 45 % форстерита, в настоящей работе рассмотрена возможность получения дополнительных продуктов, перспективных для последующей переработки.
Флогопит относится к группе магнезиально-железистых слюд, в пробах находится в виде тонких листочков, пластинок или таблитчатых агрегатов. Даже в «крупных» классах (+0,2 мм) флогопит присутствует в свободном виде, в незначительном количестве образует сростки с карбонатами, форстеритом и апатитом. Количество флогопита снижается от «крупных» классов к «мелким». Для флотации флогопита использовали катионоактивный собиратель АНП. Флогопитовые концентраты, полученные в оптимальном реагентном режиме, содержали 8,0-8,1 % К2О, что, согласно минералогическому анализу, соответствует содержанию флогопита в концентрате на уровне 90 %. Извлечение К2О в концентрат составило 71-80 %.
Форстерит — минерал группы оливина, представляет собой силикат магния с некоторой примесью (от 0 до 10 мол. %) фаялита Бе^Юф Ковдорский форстерит содержит 51 % MgO и от 3 до 6 мол. % Бе^Юф В исследуемом техногенном сырье 95 % форстерита находится в свободном состоянии. Флотацию форстерита проводили с использованием в качестве собирателя смеси ЖКТМ и реагента Флотол-7,9. В результате получен форстеритовый концентрат с содержанием MgO на уровне 50 % при извлечении 51 %.
Таким образом, последовательность операций для выделения дополнительных концентратов такова: получение магнетитового концентрата магнитной сепарацией, флотация апатита, флотация флогопита, флотация форстерита. Последующее выделение бадделеитового концентрата осуществляли из хвостов форстеритовой флотации. Гравитационным способом получен черновой бадделеитовый концентрат с содержанием 59,6 % 2г02 при извлечении 25 % от операции.
Еще один продукт, который может быть получен из исследуемого сырья, — карбонатный концентрат. Пески II поля хвостохранилища содержат до 27 % карбонатов, представленных в основном кальцитом (90 %) и доломитом. В сростках находится 4-5 % карбонатов, остальная часть — свободные, раскрытые зерна. Содержание в кальците СО2 составляет 43,5 %. Карбонатный концентрат может быть получен непосредственно из хвостов апатитовой флотации, однако при этом исключается возможность получения форстеритового концентрата.
Наиболее высокие технологические показатели получения флотационного карбонатного концентрата достигнуты при использовании в качестве собирателя жирнокислотного реагента в сочетании с модификатором в соотношении 3:1. Извлечение СО2 в концентрат составило 39 %, при содержании СО2 в концентрате 38,9 %.
Предварительная технологическая оценка перспективных продуктов
На сегодняшний день востребованы промышленностью и производятся АО «Ковдорский ГОК» магнетитовый, апатитовый и бадделеитовый концентраты. Флогопитовый, форстеритовый и карбонатный концентраты можно рассматривать как перспективные.
Флогопитовый концентрат с размером зерен менее 0,4 мм может рассматриваться в качестве аналога дробленых (молотых) слюд и использоваться при производстве рубероида, при буровзрывных работах для изоляции зон поглощения и цементирования нефтяных и газовых скважин, в резинотехнической промышленности. Возможно применение молотого флогопита в металлургической промышленности. В зависимости от области использования регламентируется состав концентрата и содержание примесей.
Согласно анализу гранулометрического состава флогопитового концентрата, полученного из техногенного сырья, концентрат занимает промежуточное значение между дробленой слюдой (содержание класса -0,16 мм не более 15 %) и слюдой молотой (содержание класса +0,16 мм не более 0,2 %) (табл. 3). При условии классификации по классу 0,16 мм флогопитовый концентрат полностью удовлетворяет требованиям ГОСТ 19571-74 для дробленой слюды и может быть использован при изготовлении мягкой кровли. Более мелкая фракция концентрата по крупности удовлетворяет требованиям к молотой слюде, применяемой при производстве резинотехнических изделий. Классификация по классу 0,05 мм позволит удалить из концентрата лимитирующие примеси, ограничивающие использование в традиционных для данного сырья областях промышленности.
Таблица 3 Table 3
Гранулометрический и химический состав флогопитового концентрата Granulometric and chemical compositions of phlogopite concentrate
Класс крупности, мм Grade size, mm Выход, % Output, % Содержание, % Content, % Извлечение, % Recovery, %
К2О Р2О5 СО2 К2О Р2О5 СО2
+0,16 37,6 7,98 0,24 0,24 40,0 49,1 25,5
-0,16 +0 62,4 7,19 0,15 0,46 59,8 50,9 80,5
в том числе -0,05 including -0,05 7,1 4,38 0,29 1,21 4,1 11,8 29,9
Всего Total 100,0 7,5 0,18 0,36 100,0 100,0 100,0
Одно из перспективных направлений применения форстеритового концентрата — использование его при производстве плавленых фосфорно-магниевых удобрений (ПФМУ). Получают их сплавлением фосфатов с магниевым сырьем (дунитом, кизеритом, оливинитом, форстеритом) при температуре 1350-1400 °С с последующим быстрым охлаждением водой.
Карбонатный концентрат, содержащий 53,0 % СаСО3, после предварительного гранулирования в перспективе может быть использован в качестве сырья для производства извести III сорта.
Выводы
Проведена оценка возможности получения дополнительных видов продукции из минерального техногенного сырья II поля хвостохранилища АО «Ковдорский ГОК».
Предложена последовательность обогатительных операций, методов и режимов обогащения, позволяющих получать из минерального сырья техногенного месторождения наряду с традиционными концентратами — магнетитовым, апатитовым и бадделеитовым, также дополнительно еще флогопитовый, форстеритовый и карбонатный концентраты.
Показаны направления использования перспективных продуктов обогащения с учетом их гранулометрического и химического составов.
Складированные отходы обогащения (техногенное месторождение II) является дополнительной сырьевой базой АО «Ковдорский ГОК», позволяющей производить не только дополнительные объемы апатитового, бадделеитового, форстеритового, флогопитового и карбонатного концентратов, но и сохранить лесные угодья за счет повторного использования подготовленных площадей.
ЛИТЕРАТУРА
1. Модернизация минерально-сырьевой базы в стратегии долгосрочного развития Ковдорского ГОКа / А. И. Петрик [и др.] // Горн. журн. 2012. № 10. С. 12-17. 2. Основные итоги и уроки реализации инновационного проекта крупномасштабного освоения техногенного месторождения отходов обогатительного производства / А. А. Данилкин [и др.] // Горн. журн. 2012. № 10. С. 40-44. 3. Сохранение и освоение техногенных месторождений горнопромышленного комплекса для расширения минерально-сырьевой базы региона / Н. Н. Мельников [и др.] // Обогащение руд. 2010. № 9. С. 88-92. 4. Брянцева О. С., Дюбанов В. Г. Учет экологического фактора при оценке эффективности переработки техногенных образований // Экономика региона. 2011. № 2. С. 203-208. 5. Ежов А. И. Оценка техногенного сырья в Российской Федерации (твердые полезные ископаемые) // Горные науки и технологии. 2016. № 4. С. 62-72. 6. Бусырев В. М., Чуркин О. Е. Оценка стоимости запасов и эффективности освоения техногенных месторождений // Горн. информ.-аналит. бюлл. 2016. № 6. С. 106-114. 7. Чантурия В. А., Вигдергауз В. Е. Инновационные технологии переработки техногенного минерального сырья // Горн. журн. 2008. № 6. С. 71-74. 8. Гершенкоп А. Ш., Хохуля М. С., Мухина Т. Н. Переработка техногенного сырья Кольского полуострова // Вестник Кольского научного центра РАН. 2010. № 1. С. 4-9. 9. Ivanova V. A., Mitrofanova G. V. Aspects of comprehensive processing tehnology for stockpiled concentration wastes of apatite-nepheline ores // 15-th Balkan Mineral Proccessing Congress: Paras book, Vol. 2, Sozopol Bulgaria, June 12-16. 2013. P. 1112-1114.
Сведения об авторах
Андронов Георгий Павлович — научный сотрудник Горного института КНЦ РАН E-mail: gera@goi.kolasc.net.ru
Перункова Татьяна Николаевна — ведущий технолог Горного института КНЦ РАН E-mail: gera@goi.kolasc.net.ru
Author Affiliation
George P. Andronov — Researcher of the Mining Institute of KSC RAS E-mail: gera@goi.kolasc.net.ru
Tatyana N. Perunkova — Leading Technologist of the Mining Institute of KSC RAS E-mail: gera@goi.kolasc.net.ru
Библиографическое описание статьи
Андронов, Г. П. Получение дополнительных продуктов из техногенных отходов переработки руд Ковдорского месторождения / Г. П. Андронов, Т. Н. Перункова // Вестник Кольского научного центра РАН. — 2018. — № 4 (10). — С. 68-73.
Reference
Andronov George P., Perunkova Tatyana N. Production of Secondary Products from Mining-Induced Ore Processing Waste from the Kovdor Deposit. Herald of the Kola Science Centre of RAS, 2018, vol. 4 (10), pp. 68-73 (In Russ.).
