CC BY
62
термообработка сырья; обработка сырья проводится более концентрированными растворами кислот и в короткий срок; для очистки раствора хлористого магния от примесей металлов в основном используется исходный серпентинит; технология позволяет восстановить использованную каустическую соду и возвратить ее в процесс; технология позволяет получать продукты высокой степени чистоты; разработанная технология является безотходной.
Новизна проведенного исследования подтверждается тем, что он защищен авторским свидетельством.
Литература
1. Пат. Рос. Федерация, СО1 В33/142, СО1 F 5/02. Способ комплексной переработки серпентинита / Велинский В. В., Гусев Г. М. № 2097322; опубл. 1997.
2. Пат. Рос. Федерация, C01F5/06. Способ получения оксида магния из серпентинита / Кузиецова Т. В., Иоффе Е. М., Колбасов В. М., Чертков А.А., Сагалаевич Ю. Д. и др. № 2011638; опубл. 1994.
3. Пат. Рос. Федерация, С1. Способ комплексной переработки магний-силикатосодержащего сырья / ГригоровичМ. Г., Иванович Л. И., Кузьмина Р. В. № 2285666; опубл. 2006.
4. Пат. Рос. Федерация, С2. Способ комплексной обработки серпентинитов / Зулумян Н. О., Исаакян А. Р., ОвсепянТ. А., Казанчян А. М.,. Терзян А. М. № 2407704; опубл. 2007.
5. Нажарова Л. Н. Солянокислая переработка серпентинита: автореф. дис. ... к. т. н. Казань, 1999. 152 с.
6. Пат. Рос. Федерация, СО№. Способ переработки серпентинита / Каличенко И. И., Габдуплин А. Н. № 2292300; опубл. 2005.
7. Пат. Республика Армения, СО1 В33/00, СО9 С1/00. Способ комплексной переработки серпентинитов / Сагарунян С. А., Арустамян А. Г., Агамян Э. С., Аракелян А. М., Сагарунян А. С. № 2953 A; опубл. 2014.
Сведения об авторах Сагарунян Сергей Александрович
кандидат технических наук, Институт общей и неорганической химии им. Манвеляна НАН, г. Ереван, Армения Макарян Ирина Мкртичевна
Институт общей и неорганической химии им. Манвеляна НАН, г. Ереван, Армения Арустамян Аннета Георгиевна
Институт общей и неорганической химии им. Манвеляна НАН, г. Ереван, Армения Назарян Эдита Мушеговна
кандидат химических наук, Институт общей и неорганической химии им. Манвеляна НАН, г. Ереван, Армения editanazaryan5 0 @gmail. com Сагарунян Алиса Сергеевна
Институт общей и неорганической химии им. Манвеляна НАН, г. Ереван, Армения Saharunyan Sergey Aleksandrovich
PhD (Engineering), Institute of General and Inorganic Chemistry of National Academy of Sciences of Republic of Armenia, Yerevan, Armenia
Makaryan Irina Mkrtichevna
Institute of General and Inorganic Chemistry of National Academy of Sciences of Republic of Armenia, Yerevan, Armenia Arustamyan Annieta Georgyevna
Institute of General and Inorganic Chemistry of National Academy of Sciences of Republic of Armenia, Yerevan, Armenia Nazaryan Edita Musheghovna
PhD (Chemistry), Institute of General and Inorganic Chemistry of National Academy of Sciences of Republic of Armenia, Yerevan, Armenia editanazaryan5 0 @gmail. com Saharunyan Alisa Sergeyevna
Institute of General and Inorganic Chemistry of National Academy of Sciences of Republic of Armenia, Yerevan, Armenia
DOI: 10.25702/KSC.2307-5252.2018.9.1.191-196 УДК [622.7 + 669.29] : 551.521
РАДИАЦИОННАЯ ОЦЕНКА ПРОДУКТОВ ОБОГАЩЕНИЯ РЕДКОМЕТАЛЛЬНОЙ РУДЫ ЗАШИХИНСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ
А. А. Смирнов12, П. В. Икконен1, А. В. Кознов2, В. Д. Соколов3
1 Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И. В. Тананаева ФИЦ КНЦ РАН, г. Апатиты, Россия
2 ООО «РусАтомЭкспертиза», г. Москва, Россия
3 АО «ТЕХНОИНВЕСТ АЛЬЯНС», г. Москва, Россия
Аннотация
Дана радиационная оценка продуктов комплексного обогащения редкометалльной руды Зашихинского месторождения. Представлены радиационно-гигиенические характеристики и
классификация по содержанию природных радионуклидов (ПРН) продуктов обогащения, в том числе конечных концентратов и отвальных хвостов. Определено, что исходная руда относится к III классу материалов, цирконовый и колумбитовый концентраты — к IV, отвальные хвосты — к I категории производственных отходов, содержащих ПРН. Ключевые слова:
радиационная оценка, радиационная безопасность, редкометалльное сырье, Зашихинское месторождение.
RADIOLOGICAL ASSESSMENT OF THE PROCESSING PRODUCTS OF RARE METAL ORE (ZASHIKHINSK ORE DEPOSIT)
A. A. Smirnov12, P. V. Ikkonen1, A. V. Koznov2, V. D. Sokolov3
1 I. V. Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials
of the Federal Research Centre "Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences", Apatity, Russia
2 RusAtomEkspertiza Open Company, Moscow, Russia
3 TEKHNOINVEST ALYANS JSC, Moscow, Russia
Abstract
The paper gives a radiation assessment of the processing products of rare metal ore (Zashikhinsk ore deposit). Radiation-hygienic characteristics of the processing products, including final concentrates and tailings, and their classification in terms of the natural radio-nuclide (NRN) content, are given. It has been determined that, according to the material classification, feed ore is classified as Class III, zircon and columbite concentrates as Class IV, final tailings as Class I of industrial wastes containing NRN. Keywords:
radiation assessment, radiation safety, rare-metal raw materials, Zashikhinsk ore deposit.
Сегодня потребление ниобия и тантала в мире быстро растет [1]. Благодаря своим уникальным свойствам эти металлы нашли свое применение в электронике, металлургии, машиностроении и атомной промышленности.
По разведанным запасам тантала Россия занимает первое место в мире, ниобия — второе [2]. Однако в настоящее время Россия является импортером этих металлов. Единственным источником ниобия, тантала и редкоземельных элементов в промышленных масштабах в стране является лопаритовый концентрат, получаемый из лопаритовой руды Ловозерского месторождения в Мурманской области [2, 3]. Для решения проблемы дефицита редкометалльного и редкоземельного сырья в стране правительством РФ разработана и утверждена подпрограмма № 15 от 30 января 2013 г. «Развитие промышленности редких и редкоземельных металлов», входящая в государственную программу «Развитие промышленности и повышение ее конкурентоспособности на период до 2020 года» [4]. В рамках этой подпрограммы в 2014-2015 гг. по заказу ЗАО «ТЕХНОИНВЕСТ АЛЬЯНС» была проведена отработка и оптимизация предложенной технологии комплексного обогащения редкометалльной руды Зашихинского месторождения с получением колумбитового и цирконового концентратов на опытно-промышленной установке Горного института Кольского научного центра РАН. Испытания проводились на крупнотоннажных представительных технологических пробах руды Зашихинского месторождения.
Помимо чистых и высокочистых оксидов ниобия и тантала из концентратов планируется получение (при положительных технико-экономических показателях) диоксида циркония моноклинного, а также чистых суммарных оксидов редкоземельных металлов преимущественно среднетяжёлой группы и иттрия.
Одной из особенностей, затрудняющих переработку редкометалльного сырья, является высокое содержание в них природных радионуклидов (ПРН) рядов 238U и 232Th [5, 6]. При добыче, обогащении и переработке такого сырья происходит перераспределение ПРН и их аккумуляция в конечных продуктах — концентратах редких и редкоземельных металлов.
Сегодня проблема изучения потоков и баланса распределения ПРН обсуждаются на самом высоком уровне, а материалы по данной проблеме представляются в докладах МАГАТЭ и НКДАР ООН [7, 8].
С целью изучения распределения радионуклидов по технологическим переделам, а также получения исходных данных для проектирования Зашихинского ГОКа, во время опытно-промышленных испытаний Региональной лабораторией радиационного контроля ИХТРЭМС КНЦ РАН выполнены радиологические исследования и дана радиационная оценка продуктам обогащения редкометалльной руды Зашихинского месторождения. Также были проведены расчеты баланса распределения ПРН и радиационных факторов для промышленной схемы обогащения.
Для определения радиационно-гигиенических характеристик продуктов обогащения использовалось понятие «эффективная удельная активность» (Аэфф.), которая является интегральной характеристикой радиоактивности материала и определяется по формуле: Аэфф. = Ar3 + 1,3 ATh + 0,09 Ak, где Ar3 и ATh — удельные активности 226Ra и 232Th, находящихся в равновесии с остальными членами уранового и ториевого семейства; AK — удельная активность 40К [9, 10]. По этому показателю проводилась предварительная оценка радиационной опасности производства в соответствии с требованиями санитарных норм и правил.
Рис. 1. Комбинированная гравитационно-магнитная технологическая схема комплексного обогащения редкометалльной руды Зашихинского месторождения
Исходная руда характеризовалась повышенным содержанием ПРН. Так, измеренные значения Аэфф. составили 1794 ± 260 Бк/кг. Согласно СанПиН 2.6.1.2800-10 (п. 5.2) исходное сырье относится к III классу материалов по удельной активности ПРН, что накладывает определенные требования по обеспечению радиационной безопасности при работах. Основной вклад в Аэфф. исходной руды вносит 232^ (табл. 1).
Таблица 1
Удельная активность и вклад природных радионуклидов в Аэфф. исходной руды
Радионуклид Удельная активность, Бк/кг Вклад в Аэфф., %
294 ± 39 16
232та 1097±121 80
40К 829 ± 205 4
В дальнейшем, при обогащении измельченной руды, идет перераспределение ПРН по технологическим переделам с аккумуляцией радионуклидов в колумбитовом (КК) и цирконовом концентратах (ЦК), в которых наблюдались максимальные значения Аэфф. (табл. 2).
Таблица 2
Радиационно-гигиенические характеристики черновых и товарных (объединенных) концентратов
Шифр пробы Удельная активность, Бк/кг Аэфф., Бк/кг Класс материала
232та 40К
Колумбитовый концентрат
КК-1 6970±1165 32860±3549 < 1500 49820±5779 IV
КК-2 6250±1050 28870±2940 < 5000 44235 ± 4870 IV
КК-3 6400±780 29890±2396 < 4000 45620±3895 IV
Объединенный КК 6450±700 31150±3470 < 1500 47080±5207 IV
Цирконовый концентрат
ЦК-1 12250±1419 29170±2872 < 4500 50557±5249 IV
ЦК-2 14455 ±1649 32110±3436 < 3900 56549±6116 IV
Объединенный ЦК 12300±1337 31140±3450 < 4400 53178±5822 IV
По сравнению с исходной рудой Аэфф. в концентратах увеличилась в 26-30 раз. Из-за высокого содержания ПРН данные продукты могут создавать повышенные дозовые нагрузки на работников. Так, МАЭД на поверхности транспортной упаковки цирконового (масса 49 кг) и колумбитового (масса 42 кг) концентратов составила 3,2 и 3,8 мкЗв/ч соответственно. Поскольку концентраты относятся к IV классу, работа с ними должна проводиться с соблюдением требований безопасности, предусмотренные нормативными правовыми актами в области радиационной гигиены [9, 10].
Также, в ходе опытно-промышленных испытаний на различных стадиях обогащения были получены отвальные хвосты, радиационные характеристики которых приведены в табл. 3.
Таблица 3
Радиационно-гигиенические характеристики хвостов обогащения
Шифр пробы Удельная активность, Бк/кг Аэфф., Бк/кг Категория отходов
22(^ 232та 40К
Хвосты-1 79 ± 15 526 ± 80 1043 ± 260 857 ± 142 I
Хвосты-2 180 ± 35 410 ± 52 844 ± 240 789 ±124 I
Хвосты-3 150 ± 26 620 ± 93 995 ±120 1046±161 I
Хвосты-4 104 ± 20 287 ± 48 941±235 562 ±104 I
Хвосты-5 279 ± 54 1201±179 1343±330 1961±316 II
Хвосты-6 570 ± 75 2150±223 1179±290 3471±390 II
Хвосты объединенные 141 ± 27 601 ± 89 1004 ± 185 1014±161 I
Из таблицы 3 видно, что хвосты, полученные на различных технологических переделах, существенно различаются по содержанию ПРН, Аэфф. которых варьирует в значительных пределах, а некоторые относятся к II категории. При обращении с отходами II категории предъявляются дополнительные требования по обеспечению радиационной безопасности. Необходим контроль доз работников предприятия, ограничения по месту размещения хвостохранилища, создание дополнительных инженерных барьеров для ограничения миграции радионуклидов в окружающую среду. В то же время их количество составляет всего 3 % от массы всех отходов, а вклад в суммарную активность хвостов составляет 6,9 %. В ходе единого непрерывного процесса обогащения происходит разубоживание хвостов 5, 6 и уменьшение активности до допустимых значений, позволяющих отнести объединенные отходы к I категории. Для этой категории отходов нет ограничений по радиационному фактору при их обращении, что, в свою очередь, не приведет к увеличению эксплуатационных затрат за счет сооружения инженерных барьеров и возможных логистических издержек из-за дополнительных требований к выбору площадки размещения хвостохранилища.
Эффективная удельная активность объединенных хвостов по сравнению с исходной рудой снизилась в 1,8 раз, что, безусловно, очень важно, поскольку позволяет уменьшить влияние на окружающую среду и снизить коллективную дозу на работников предприятия. Однако с учетом неопределенности измерений Аэфф. объединенных хвостов может достигать 1175 Бк/кг, что весьма близко к предельным значениям для отходов I категории (1500 Бк/кг). Этот факт, безусловно, необходимо учитывать при проектировании и эксплуатации горно-обогатительного комбината, где схема обогащения будет несколько отличаться от схемы, примененной при опытно-промышленных испытаниях.
Также в отвалы направлялся скрап с магнитной сепарации в слабом поле, относящийся к II категории, но его вклад в суммарную активность отходов обогащения составлял всего 0,3 %.
Если использовать хвосты как строительный материал, то они относятся к IV классу, и вопрос об их использовании решается в каждом случае отдельно на основании санитарно-эпидемиологического заключения.
Эффективная удельная активность промежуточных продуктов варьировала от 600 до 59000 Бк/кг. Если провести классификацию по удельной активности ПРН, то к I классу относится 1-й продукт, ко II — 4-й, к III — 6-й, к IV классу — 7-й. К материалам I класса не предъявляется никаких требований по радиационной безопасности, и они могут использоваться без ограничений по радиационному фактору. При работе с минеральным сырьем с Аэфф. более 740 Бк/кг, т. е. для классов II-IV, необходимо проведение радиационного контроля, включающего контроль за эффективной дозой работников, а также за Аэфф. ПРН в используемом сырье.
Суммарная активность альфа-радионуклидов в сливах (проливах, в воде хвостов обогащения) и оборотной воде находилась в пределах 0,06-0,5 Бк/кг и 0,6-0,95 Бк/кг - по бета-активным радионуклидам. Суммарная альфа-активность сливов с отдельных технологических переделов превышают нормируемое значение до 2,5 раз, но при этом их объемы незначительны, и объединенные сливные и оборотные воды не превышают 0,2 Бк/кг. По суммарной бета-активности превышения нормируемого значения 1,0 Бк/кг не обнаружено ни в одной пробе, поэтому определения радионуклидного состава не требовалось. Стоит отметить, что при проектировании обогатительной фабрики планируется прохождение оборотной воды через осветлитель и отстойник, где будет происходить её дополнительная очистка от взвесей, содержащих ПРН.
Во всех продуктах, полученных в ходе обогащения, как и в исходной руде, основной вклад в Аэфф. вносил 232^ и варьировал от 65 до 85 %, 226Ra составил 13-27 %. Вклад 40К был существенным только в отвальных хвостах и достигал 18 %. В итоге в ходе обогащения происходит примерно равное разделение 23^ и 232^ между
хвостами и товарными концентратами, при этом выход концентратов составляет 15 кг на тонну руды, т. е. примерно 50 % всего 23^ и 232^ аккумулируется в 1,5 % продуктов, полученных в процессе обогащения (рис. 2).
238U
232Th
□ Колумбитовый
□ Хвосты обогащения
□ Цирконовый концентрат
концентарт
Рис. 2. Распределение 238и и 232^ в конечных продуктах обогащения руды Зашихинского месторождения
Данные, полученные в ходе испытаний, в том числе и радиационная оценка продуктов обогащения редкометалльной руды Зашихинского месторождения, легли в основу разработки технологического регламента для проектирования горно-обогатительного комбината с оценкой радиационной опасности производства. В 2016 г. по техническому заданию ЗАО «ТЕХНОИНВЕСТ АЛЬЯНС». Технологический регламент для проектирования промышленной обогатительной фабрики производительностью 1,0 млн т редкометалльной руды в год разработан ЗАО «Фирма "ИНЖИНИРИНГ ДОБЕРСЕК ГмбХ"».
Вследствие того что исходная руда и практически все промежуточные продукты обогащения, в том числе цирконовый и колумбитовый концентраты, имеют Аэфф. более 740 Бк/кг, то на проектируемом предприятии необходимы мероприятия по обеспечению радиационной безопасности. В частности, требуется проведение постоянного контроля за индивидуальными дозами облучения работников и контроль за значениями Аэфф. исходной руды и продуктов её обогащения.
Отвальные хвосты относятся к I категории отходов по удельной активности ПРН. Обращение с производственными отходами данной категории и их складирование осуществлюется без каких либо ограничений по радиационному фактору.
Коллектив авторов выражает благодарность Мельник Наталии Александровне, возглавлявшей работы по радиационной оценке технологической схемы обогащения в 2014 г.
1. Niobium (Columbium) and Tantalum Statistics and Information. Annual Publications for 1996-2017 year United States Geological Survey [Электронный ресурс]. URL: https://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/niobium.
2. Перспективы рационального освоения комплексных ниобий-тантал-редкоземельных месторождений России / Г. Г. Машковцев и др. // Разведка и охрана недр. 2011. № 6. С. 9-13.
3. Перспективы Зашихинского / В. В. Перфильев и др. // Редкие земли. 2017. № 1 (8). С. 142-151.
4. Распоряжение Правительства РФ от 30 января 2013 г. № 91-р «Об утверждении в новой редакции государственной программы «Развитие промышленности и повышение ее конкурентоспособности». Доступ из СПС «КонсультантПлюс».
5. Мельник Н.А. Радиоэкологические аспекты переработки минерального сырья Кольского региона // Цветные металлы. 2012. № 8. С. 84-89.
6. Chenghui M. Radiation safety regulatory policy and rule for NORM industries in China // Naturally Occurring Radioactive Materials (NORM VII): Proc. of Int. Symposium (Beijing, China, 22-26 April 2013). P. 241-252.
7. Assessing the need for radiation protection measures in work involving minerals and raw material. Vienna: IAEA, 2006. 56 p.
8. Sources and Effects of Ionizing Radiation (Report to the General Assembly), Annex B: Exposures from Natural Radiation Sources, United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation (UNSCEAR). N. Y.: UN, 2000. 76 p.
Заключение
Литература
9. Основные санитарные правила обеспечения радиационной безопасности (ОСПОРБ-99/2010): СП 2.6.1.261210: пост. Главного государственного санитарного врача РФ от 26.04.2010 № 40 (ред. от 16.09.2013). Доступ из СПС «КонсультантПлюс».
10. Гигиенические требования по ограничению облучения населения за счет источников ионизирующего излучения: СанПиН 2.6.1.2800-10: пост. Главного государственного санитарного врача РФ от 24.12.2010 N 171. Доступ из СПС «КонсультантПлюс».
Сведения об авторах Смирнов Андрей Анатольевич
инженер 1-й категории, эксперт, Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И. В. Тананаева ФИЦ КНЦ РАН, г. Апатиты, Россия; ООО «РусАтомЭкспертиза», г. Москва, Россия [email protected] Икконен Петр Владимирович
инженер 1-й категории, Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И. В. Тананаева
ФИЦ КНЦ РАН, г. Апатиты, Россия
Кознов Александр Венедиктович
кандидат физико-математических наук, генеральный директор, ЗАО «ТЕХНОИНВЕСТ АЛЬЯНС», г. Москва, Россия
Соколов Владимир Дмитриевич
управляющий директор — руководитель проекта, ЗАО «ТЕХНОИНВЕСТ АЛЬЯНС», г. Москва, Россия, [email protected]
Smirnov Andrey Anatolievich
Engineer, Expert, I. V. Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of the Federal Research Centre "Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences", Apatity, Russia, RusAtomEkspertiza Open Company, Moscow, Russia smirnov@chemy .kolasc .net.ru Ikkonen Pyotr Vladimirovich
Engineer, I. V. Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of the Federal Research
Centre "Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences", Apatity, Russia
Koznov Alexander Venediktovich
PhD (Physics & Mathematics), Director general, TEKHNOINVEST ALYANS JSC, Moscow, Russia [email protected]
Sokolov Vladimir Dmitrievic
Managing Director — Project Manager, TEKHNOINVEST ALYANS JSC, Moscow, Russia [email protected]
DOI: 10.25702/KSC.2307-5252.2018.9.1.196-200 УДК 622.765 : 621.039
НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПОДГОТОВКИ И ПЕРЕРАБОТКИ ПЕРОВСКИТА М. С. Хохуля1, Л. Г. Герасимова2, А. И. Николаев2
1 Горный институт ФИЦ КНЦ РАН, г. Апатиты, Россия
2 Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И. В. Тананаева ФИЦ КНЦ РАН, г. Апатиты, Россия
Аннотация
Предложен эффективный метод выделения перовскитового концентрата, содержащего до 50 % диоксида титана, основанный на гравитационном принципе разделения материала с использованием винтовой сепарации и концентрации его на столе. Показано, что добавка в реакционную массу при азотнокислотном вскрытии концентрата 2-3 мас. % NH4HF2 способствует более интенсивному разрушению зерен минерала за счет высокой активности реагента. Предварительное тонкое измельчение концентрата способствует повышению скорости разложения и снижению продолжительности процесса в 2,5-3 раза. Реализация полученных результатов позволит повысить технологичность схем подготовки и переработки перовскитового концентрата. Ключевые слова:
руда, перовскит, диоксид титана, магнитная сепарация, гравитационное обогащение, концентрат, азотнокислотное разложение, извлечение компонентов в жидкую фазу, степень вскрытия.
