CC BY
29
© Н.А. Анашкина, Л.А. Азарнова, 2008
УДК 549.08:553
Н.А. Анашкина, Л.А. Азарнова
ПРИКЛАДНЫЕ МИНЕРАЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРИ ОЦЕНКЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ РУД ЧЕРНЫХ МЕТАЛЛОВ
Семинар № 25
Одной из главных проблем современного недропользования является ухудшение воспроизводства минерально-сырьевой базы металлургических видов сырья, в том числе и черных металлов. Промышленное освоение отечественных месторождений марганцовых и хромовых руд нередко связано с неблагоприятными для добычи географоэкономическими и горно-техническими условиями. В то же время, вовлекаемые в переработку руды являются комплексными и некондиционными по главным компонентам. Поэтому перспективы развития минерально-сырьевой базы черных металлов, в первую очередь, следует связывать с созданием конкурентноспособных малоотходных технологий, позволяющих извлекать все полезные компоненты руд.
Большинство руд черных металлов, изучаемых сегодня во Всероссийском институте минерального сырья в рамках геолого-экономической переоценки резервных месторождений, относится к категории низкокачественных и труднообогатимых. Исследование таких руд представляет собой трудную для минералога задачу. Это связано с их полиминеральным составом и сложным строением, при-
сутствием в них минералов, как непрерывных, так и дискретных изоморфных рядов, нередко высокой дисперсностью рудных минералов, различными формами присутствия вредных примесей и т. д.
Для определения технологических свойств руд и выбора оптимальной схемы их переработки, необходима полная и всесторонняя информация о составе и морфоструктурных особенностях руды, физических и физикохимических свойствах как рудообразующих минералов, так и руды в целом. Поставленная задача успешно решается с помощью комплекса современных минералого-аналитичес-ких методов, который включает высокоразрешающую оптическую и электронную микроскопию, рентгенографический , микрорентгеноспектральный, микрорентгенотомографический, магнитометрический и элементный анализы.
Технологическая оценка хромовых и марганцевых руд, проведенная комплексом методов минералогического анализа, позволила получить информацию, необходимую для прогнозирования технологий их переработки. В качестве примера рассмотрим особенности вещественного состава и строения оксидных марганце-
а б
Рис. 1. а) браунит скрытокристаллического строения, б) замещение браунитом обломка породы. Отраженный свет, николи параллельны
вых руд Аскизского месторождения (республика Хакасия), выявленные комплексом методов технологической минералогии. Руды месторождения характеризуются переменным минеральным составом. Содержание Мп в них варьирует от 6,8 до 41,3 %.
Текстура оксидных марганцевых руд массивная, реже пятнистая, участками - тонко-прожилковая. Пятнистая текстура обусловлена присутствием в руде обломков пород и минералов. Наложенная прожилко вая текстура связана с наличием разноориентированных, нередко прерывистых, в основном маломощных (0,012-0,34 мм) прожилков, выполненных кальцитом. Структура руды -преимущественно скрытокристаллическая, реже тонкокристаллическая.
Главным рудным минералом является браунит, в подчиненном количестве присутствуют гаусманит, рансь-еит, пиролюзит, гематит и гидроксиды железа. Породообразующие минера-
лы представлены кальцитом, баритом и плагиоклазом, акцессорные -апатитом.
Браунит представлен двумя генерациями, различающимися составом, строением и физическими свойствами. Браунит I генерации скрытокристаллического строения слагает практически мономинеральные рудные агрегаты, прожилки в измененных магматических породах, иногда образует округлые выделения, в которых в незначительном количестве присутствуют включения породообразующих минералов (рис. 1, а). Помимо этого, отмечается замещение браунитом, как зерен минералов, преимущественно плагиоклаза, так и обломков пород, в результате чего образуются вторичные структуры замещения: фонарные, каемчатые, ажурные (рис. 1, б). Браунит II генерации тонкокристаллического строения присутствует в резко подчиненном количестве, образуя агрегаты в основном в ослаб-
Таблица 1
Химический состав браунита
(по данным микрорентгеноспектрального анализа)
Браунит Мп МпО СиО 8Ю2 Д12Оэ СаО Рв2Оэ РеО Р2О5 ВаО
I разновидности 55,81 75,99 1,25 10,45 0,95 2,16 1,46 1,32 - 0,35
II разновидности 43,61 56,31 0,57 10,22 3,96 1,55 3,34 3 - 3,48
Таблица 2
Особенности браунита
ленных зонах руды (интерстиции между крупными зернами кальцита, стенки пустот, трещины). Агрегаты сформированы кристаллами призматической и октаэдроподобной формы размером менее 0,01 мм.
Содержание главных рудных компонентов в брауните, по данным мик-рорентгеноспектральным анализа, приведено в табл. 1.
Алюминий, кальций, железо и барий присутствуют в брауните в виде самостоятельных минеральных фаз, а кремнезем изоморфно входит в структуру минерала. Также в брауните обнаружена медь (порядка 1,25 % в брауните I генерации и 0,57 % в брауните II генерации), которая равномерно распределена по матрице минерала, и, вероятно, изоморфно входит в его структуру.
Браунит I генерации имеет более высокую микротвердость, плотность и удельную магнитную восприимчивость по сравнению с более поздним браунитом II генерации (см. табл. 2).
Более низкие значения физических свойств браунита II обусловлены, прежде всего, более низким содержанием в нем марганца. При этом следует отметить, что определить плотность и удельную магнитную восприимчивость минерала не представляется возможным из-за невозможности выделения монофракции.
Резкое преобладание браунита I по отношению к брауниту II, установленное минераграфическим методом, определяет технологические свойства руды и качество получаемых концентратов.
Взаимоотношение главного рудного минерала с породообразующими фазами в значительной степени определяет степень его раскрытия. Браунит находится в тесной ассоциации с баритом, корродируя его кристаллы и выполняя трещины и пустоты в его
Таблица 3
Результаты расчетов образца браунитовой руды на системе анализа изображений “Ьеса QWin БЬапйатЬ”
Минерал Содержание, Удлинение Размерность, мкм Фактор
% мин. сред. макс. формы
Барит 12,78 1,88 8 165 2221 0,56
агрегатах. Оптико-геометрическим ан-на-лизом установлено, что размер зерен барита варьирует в широком диапазоне, их удлинение выше среднего (табл. 3.), что обусловлено кристалломорфологическими особенностями. Фактор формы зерен барита свидетельствует о достаточно прочном срастании барита и браунита и невозможности их полного селективного разделения.
Оксидные марганцевые руды, как правило, являются комплексными рудами, поэтому с целью определения в них форм нахождения цветных и благородных металлов использовались методы аналитической электронной микроскопии, позволившие выявить минеральные формы золота и меди. Установлено, что золото присутствует в брауните в самородной форме, представлено чешуйками и дендрито-
видными кристаллами. Особый интерес представляет реликты бактерий, импрегнированные самородным золотом (рис. 2). Медь присутствует в самородной и оксидной форме (тенорит). Самородная медь представлена тонкодисперсным агрегатом. Тенорит образует включения в брауните в виде хорошо ограненных кристаллов (рис. 3).
Минералогические особенности изученных руд позволяют говорить о возможности их обогащения комплексом рентгенорадиометрических, физических и химико-металлургических методов.
Применение экспрессных минералогических методов эффективно при проведении прогнозной оценки технологических свойств хромовых руд.
Хромовые руды традиционно обогащаются по гравитационно-магнитной технологической схеме обогаще-
*
А
« Ч
к » .
0,25 мкм
—
*
- ? . *
* _ ^>4
4* ■і
0,25 мкм
а б в
Рис. 2. а) Частица самородного золота (показана большой стрелкой), бактерия, импрегнированная самородньм золотом (показана маленькой стрелкой); б) агрегат ветвистых кристаллов самородного золота; в) ветвистый кристалл самородного золота. Суспензионный препарат
0,75 мкм
%
0,25 мкм
а б в
Рис. 3. а) Агрегат тонкодисперсных частиц самородной меди. Здесь же присутствуют кристаллики апатита; б) хорошо ограненный кристалл тенорита, на котором микродифракционно отмечается тонкодисперсный тенорит и самородное золото; в) агрегат частиц самородного золота и тенорита. Суспензионный препарат
ния. Успешность процесса гравитационной сепарации во многом зависит от гранулярных и морфометрических характеристик рудообразующих минералов, наряду с такими их физическими свойствами как плотность и микротвердость. Такие характеристики, статистически представительные, могут быть экспрессно получены с помощью количественного автоматического анализа изображения оптико-геометрическим методом. Наиболее перспективной аппаратурой для проведения такого анализа являются автоматические анна-лизаторы изображений.
В ВИМСе изучены морфометрические и гранулярные характеристики рудообразующего хромшпинелида средне- и густовкрапленных, а также сплошных хромовых руд одного из наиболее перспективных рудопрояв-лений Войкаро-Сыньинского массива Полярного Урала на системе анализа изображений ТотапаІувІБ.
Рассмотрим результаты, полученные при исследовании средневкрапленных руд, как наиболее характерных для изученного рудопроявления.
Г ранулометрические характери-
стики рудообразующего хромшпинелида средневкрапленной руды в графическом виде показаны на рис. 4.
Гистограмма количественного гранулометрического состава хромшпинелида наглядно показывает разнозернистую от крупно- до мелкозернистой структуру средневкрапленной руды с преобладанием мелкозернистой (в классе крупности -1+0 мм сосредоточено 80 % кристаллов хромшпинелида). Длина самого крупного зерна хромшпинелида достигает 3,45 мм, минимальная длина составляет 0,022 мм, при средней длине зерен 0,505 мм. Интерпретация значений длины зерен также указывает на разнозернистую от крупно- до мелкозернистой структуру руды и показывает, что раскрытие рудного минерала будет начинаться при крупности измельчения руды -3,5 мм.
Г истограмма массового гранулометрического состава хромшпинелида средневкрапленной руды свидетельствует о том, что при измельчении руды в мелкий класс (-1 мм) будет
Рис. 4. Гистограмма распределения хромшпинелида по классам крупности
уходить около 24 мас. % рудного минерала.
Интерпретация значений удлинения (1,79) и фактора формы (0,9) зерен хромшпинелида характеризует их как субизометричные с гладкими ровными границами. Сростки таких зерен с нерудными фазами хорошо раскрываются при измельчении руды.
Рентгеноструктурным анализом монофракции рудообразующего хромшпинелида определен параметр его элементарной ячейки, позволивший оценить содержание Сг203 в минерале на уровне 50-60 %. Зная содержание ценного компонента в рудообразующем минерале и предположительные потери и извлечение рудного минерала в гравитационный концентрат в зависимости от крупности измель-
чения руды, легко оценить теоретически возможное извлечение ценного компонента в гравитационный концентрат. Теоретическое же извлечение рудного минерала в концентрат прогнозируется, как показано выше, на основании результатов количественного автоматического анализа изображения оптико-геометрическим методом.
Таким образом, комплексирование минералогических методов позволяет оценить уже на ранних стадиях геологического изучения месторождений хромовых руд качество руды и рекомендовать наиболее эффективные методы ее обогащения.
Авторы выражают благодарность д.г.-м.н. Ожогиной Е. Г. за помощь при проведении исследований. М
— Коротко об авторах-----------------------------------------------------------------
Анашкина Н.А., Азарнова Л.А. - Всероссийский научно-исследовательский институт минерального сырья им. Н. М. Федоровского.
Доклад рекомендован к опубликованию семинаром № 25 симпозиума «Неделя горняка-2007». Рецензент д-р техн. наук, проф. А.А. Абрамов.
