CC BY
85
--© В.Н. Лыгач, Р.Н. Моисеева,
З.Д. Комарова, Х.К. Камашев, М.Д. Диаров, Х. Тронкосо, Т.И. Касенов, Ж.К. Суюнталиев, Д.Н. Земсков, 2013
УДК 622.7.004.8
В.Н. Лы»1гач, Р.Н. Моисеева, З.Д. Комарова,
Х.К. Камашев, М.Д. Диаров, Х. Тронкосо, Т.И. Касенов,
Ж.К. Суюнталиев, Д.Н. Земсков
РДЗРДБОТКД ТЕХНОЛОГИИ ОБОГДЩЕНИЯ ЭЛЮВИДЛЬНЫХ БОРДТОВЫХ РУД МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПРИКДСПИЯВ ЗДПДДНОМ КДЗДХСТДНЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИХ ПРОМЫШЛЕННОГО ОСВОЕНИЯ
Даны общие сведения о боре и областях его применения, о свойствах минералов элювиально-боратовых руд Прикаспия, результат минералогических и технологических исследований проб руды месторождений Индер и Сатимола, разработанные варианты схем обогащения и задачи дальнейших работ. Ключевые слова: гипсовая шляпа, элювиальные бораты, промывка, гравитационное обогащение, фотометрия.
лювиальные боратовые ме-ч-^ сторождения гипсовой шляпы соляных куполов Прикаспийского бороносного бассейна Западного Казахстана уникальны по особенностям геологического строения, минерального состава и технологических свойств руды. Аналогичные боратовые месторождения в мире не встречаются и руды аналогичного качества не перерабатываются. От боратовых руд месторождений вулканогенно-осадочного происхождения США, Турции и др. лидеров мировой добычи боратов элювиальные руды Прикаспия отличаютмся более низким качеством: пониженным содержанием бора, повышенным содержанием вредных примесей — магния, кремния, неблагоприятными текстурно-структурными свойствами.
Боратовые минералы элювиальных руд имеют кальций-магниевый состав, разнообразны по физическим, химическим и технологическим свойствам, частично растворимы в воде и труднее разлагаются кислотами в отличие от натрий-кальциевых боратов зарубежных месторождений. Эти особенности элювиально-боратового сырья предопределяют трудности в процессах обогащения руд и химической переработки концентратов. Поэтому после открытия в 30-х годах прошлого столетия боратовых месторождений гипсовой шляпы Индерского соляного купола в Западном Казахстане потребовалось интенсивное развитие советской науки по созданию эффективной технологии обогащения нового вида борного сырья и его химической переработки.
С освоением Индерсого месторождения боратов связаны первые шаги борной промышленности СССР, которая до того времени представляла собой мелкое полукустарное производство, базировшаяся на импортном сырье.
После открытия элемента бора в 1808 году и изучение его свойств спрос на бор и боропродукты непрерывно возрастал, а производство его было стабильным и никогда не претерпевало ни спада, ни депрессии. За последние четыре десятилетия мировое производство бора и боропродуктов удвоилось. По мере открытия новых уникальных свойств этого элемента сферы применения его расширялись (их более 100). В настоящее время бор является важным элементом современной техники и по многообразию областей применения он уступает лишь углероду. Уровень потребления бора в любой стране является индикатором ее технического развития, так как применение бора или боропродук-тов способствует улучшению качества конструкционных и композиционных материалов, спец. видов топлива, товаров повседневного спроса и т.д. При этом используются такие свойства элементарного бора или его соединений, как высокая твердость, тугоплавкость одних соединений и легкоплавкость других, теплотворная способность, химическая стойкость, огнестойкость, способность поглощать тепловые нейтроны, дезинфицирующая способность и многие другие.
Освоение Индерского месторождения началась с селективной добычи богатых элювиальных руд с содержанием В2О3> 15—17 %. Перспективы развития борной сырьевой базы этого региона были связаны с обогащением
рядовых и бедных Индерских руд, а после открытия в 1963 г. купола Са-тимола — с освоением боратовых руд его «гипсовой шляпы».
Систематические минералого-технологические исследования Ин-дерских элювиально-боратовых руд проводились ГИГХСом в период 5070-х годов прошлого столетия. Результатом этих исследований явилась типизация руд по технологическим свойствам, обогатимости и разработка рационально схемы обогащения, которая позволяла из разных типов и разновидностей руд, с содержанием В2О3 > 5 %, получать боратовые концентраты с содержанием В2О3 от 18-23 % до 30-32 % при извлечении ~ 60 %. В зависимости от состава сырья, крупности вкрапления, технологических свойств минералов и текстурно-структурных свойств руды в составе комбинированной схемы обогащения использовались различные методы: промывка, отсадка, концентрация на столах, флотация и химическая доводка концентратов [1-4]. На Индерском месторождении по исходным данным ГИГХСа была построена опытная обогатительная фабрика, где отрабатывались схемы и режимы обогащения главных типов и разновидностей руд.
До 60-х годов Индерский борато-вый рудник был единственным источником сырья для развивавшейся борной промышленности СССР. Селективно добытая руда перерабатывалась без обогащения на нескольких предприятиях преимущественно на второсортную борную кислоту по разработанной в СССР технологии. Минимально допустимое содержание В2О3 в исходной руде по мере отработки богатых руд постепенно было снижено до 13,0-13,5 %.
После открытия в Приморском крае крупного по запасам скарново-го месторождения боросиликатных (датолитовых) руд и создания на его основе в начале 60-х годов горнохимического комбината (в настоящее время ОАО «Бор»), выпускающего широкий ассортимент высококачественных боропродуктов, доля индерских боратов в сырьевой базе СССР неуклонно сокращалась и уже в конце 60-х годов она составляла 15 %.
В настоящее время, когда открывается перспектива разработки коренных калий содержащих руд купола Сатимола, становится актуальной разработка рациональной технологии обогащения элювиальных руд гипсовой шляпы этого поднятия, с получением высококачественных боратовых концентратов, пригодных для химической переработки на различные боропродукты.
Первые минералого-технологичес-кие исследования элювиальных руд месторождения Сатимола выполнены в ГИГХСе в 1967 г. на частной пробе руды с содержанием В2О3 ~ 10 %. В 70-80 годы были изучены две лабораторные пробы и одна укрупнённая. На основании результатов выполненных испытаний выдавались исходные данные для утверждения временных кондиций.
В 2010г. была изучена лаборатор-но-технологическая проба № 4 элювиальных боратовых руд, отобранная из керна двух скважин с глубины 317342 м.
Все изученные в разное время четыре лабораторно-технологические пробы относятся к полиборатовому типу огипсованных элювиальных руд. Содержание В2О3 в пробах №№ 1, 24, 25, 4 составляет, соответственно, ~ 10,0; 8,6; 6,75; 28,8 %. По
степени бороносности проба №1 может быть отнесена к среднесорт-ной разновидности, пробы №№ 24 и 25 — к бедной, а проба № 4 — к богатой. Содержание других главных химических компонентов в пробах изменяется в следующих интервалах (%): МдО — 4,7-6,6; СаО — 18,022,6; М2О3 — 1,6-2,6; ЭЮ2 — 6,710.18; БО3 — 27,83-17,5; С1водн — 0,9-1,12.
Боратовые минералы в пробах представлены улекситом, ашаритом и гидроборацитом, но соотношение их в пробах разное. Проба № 1 относится к неашаритовой, преимущественно гидроборацитовой разновидности с содержанием гидроборацита 15 %, улексита 6 %. Пробы №№ 24, 25 преимущественно аша-рито-гидроборацитовые: содержание ашарита 7 и 5 %, гидроборацита 7 и 10 %, улексита по 4 % в каждой пробе. Проба № 4 в отличие от ранее изученных лабораторно-тех-нологических проб принадлежит к богатой разновидности полиборато-вых высокоглинистых руд. Бораты представлены в ней, преимущественно, улекситом (38-40 %), а также ашаритом (14-15 %) и гидроборацитом (6-7 %).
Главными примесными минералами всех проб элювиальных боратовых руд являются сульфаты — гипс (преимущественно) и ангидрит (в сумме их содержание в пробах № 24, 25 колеблется в интервалах 57-68 %), а также глинистые минералы (содержание ~ 15 %). В богатой высокоглинистой пробе № 4 содержание сульфатов составляет всего 10 %, а глинистых — около 30 %.
Элювиальным боратовым рудам свойственен гнездовой вкрапленный характер оруденения. Во всех изученных пробах отмечалось неравно-
мерное вкрапление боратов от жел-ваковых и таблитчатых агрегатов со спутанно-волокнистой структурой размером до 10-25 мм (особенно в богатых разновидностях) до тонких и весьма тонких вкраплений микронного размера в гипсах и глинах. Агрега-тивный характер вкрапленности боратов определяет повышенную твёрдость руд при крупном и среднем дроблении, специфику грансостава проб и распределения боратов по классам крупности и фракциям плотности.
При изучении гранулометрического состава дроблёных проб, которое производилось мокрым рассевом в насыщенных маточных растворах, отмечено избирательное распределение В2О3 по классам крупности. За счёт повышенного выхода верхних классов и повышенной концентрации в них бора (от 8-12 % В2О3 в бедных пробах до 28 % в богатой) извлечение В2О3 в верхние классы +10 и +5 мм (дроблёние до -25; -20 и -10 мм), находится в пределах от 63,6 % до 53,8 %. Выявленная закономерность явилась основанием для применения первичного метода промывки и классификации при разработке технологии их обогащения.
Промывка производилась в шаровой мельнице без шаровой загрузки при механическом воздействии окат-кой руды резиновыми телами при Т:Ж = 1:1,5 для усиления дезинтеграции минералов. Промытая руда классифицировалась по 25, 20, 10, 5 и 2 мм. Качественные первичные бо-ратовые концентраты (верхние классы) для химической переработки были получены лишь из богатой разновидности руды — пробы № 4. Первичные концентраты из среднесортных и бедных руд содержали не выше 15-16 % В2О3
16 % В2О3 при извлечении 57-60 % и не выше 12 % В2О3 при извлечении 74-80 %. Далее эти подлежали до-обогащению.
Выбор методов дообогащения мытой элювиальной руды производился с учётом состава, свойств разделяемых минералов и особенностей их взаимопрорастания. Определённое, хотя и небольшое плотностное различие боратов, сульфатов и силикатных минералов при разнохарактерной вкрапленности боратов позволяет использовать для их разделения гравитационные методы.
Гравитационный анализ дроблёных проб в тяжёлой жидкости указал на преимущественную концентрацию боратов в лёгких фракциях -2,25 г/см3. При дроблении проб №№ 24 и 25 до -50 мм высокое содержание В2О3 отмечено лишь в наиболее лёгкой фракции -2,05 г/см3 (38-40 % В2О3), но выход этой фракции от каждого класса не превышает 5-6 %. Фракции -2,25 г/см3 в классах крупнее 10 мм содержали от 12 до 26 % В2О3. Классы мельче -10 мм делятся на фракции по плотности 2,25 г/см3 более избирательно: содержание В2О3 в лёгкой фракции по обеим пробам составляет от 18,5 до 31 % при извлечении от 77 до 84-85 %.
Таким образом, гравитационный анализ бедных проб показал невысокое качество концентратных продуктов при достаточно крупном дроблении руды.
Гравитационный анализ богатой пробы № 4 проводился при дроблении руды до -20 мм.
Концентратные фракции -2,25 г/см3 пробы № 4 характеризуются высоким качеством — содержание В2О3 в них составляет > 41 % при из-
влечении 90-72 % от каждого класса. Значительно более высокие показатели теоретической обогатимости этой пробы в сравнении с другими определяются рядом факторов: меньшей крупностью дробления, более высоким содержанием боратов в исходном сырье, а также спецификой состава и структура руды — высоким содержанием наиболее лёгкого бората улек-сита (5 — 1,95 г/см3) и желваково-таблитчатой прочной структурой бо-ратовых агрегатов. Высокая степень глинистости руды при эффективной её отмывке обеспечила существенное улучшение питания гравитационного процесса.
Показатели теоретической гравитационной обогатимости проб, хотя и весьма различные, указывают на целесообразность испытания для их обогащения гравитационных методов — отсадки и разделения в тяжёлой суспензии.
Опыты отсадки безашаритовой пробы № 1, имеющей улексит-гидроборацитовый состав, показали высокую эффективность процесса даже в условиях неклассифицированной отсадки. На лабораторной двухкамерной отсадочной машине диафрагмового типа с непрерывной боковой разгрузкой тяжёлой фракции из мытой руды с содержанием 11,5 % получены боратовые концентраты с содержанием 30-35 % В2О3 при извлечении 60-65 % (от исходной руды).
Отсадка пробы № 25, дроблёной до -25 мм, промытой и классифицированной на классы -25+5 и -5+0,5 мм, не увенчалась успехом. Полученные концентраты содержали лишь 19,35 и 17,43 % В2О3 при извлечении 20 и 6 % от классов.
Неудовлетворительные результаты отсадки бедной пробы № 25 мы связываем, прежде всего, с неблагоприятной текстурно-структурной её характеристикой — преимущественно тонким взаимопрорастанием сульфатных, глинистых и боратовых минералов. Мономинеральные образования боратов в пробах №№ 24, 25 составляют лишь 5-10 %. Основная масса боратов прежде всего ашарита в бедных пробах находится в тесном срастании с глинистым гипсом. Отсадка богатой пробы № 4, имеющей высокое содержание аша-рита 14-15 %, протекает с меньшим извлечением бора в сравнении с безашаритовой пробой № 1 при высоком качестве концентрата 3640 % В2О3.
Таким образом, гравитационный процесс обогащения отсадкой мытых элювиальных боратовых руд протекает на разных пробах с разной эффективностью в зависимости от качественной характеристики проб. Невысокое плотност-ное различие боратовых и примесных минералов (у ашарита и сульфатов оно очень мало), тонкое и тончайшее прорастание преимущественной части боратов в массе гипсов в бедных пробах ограничивают возможности метода отсадки, в процессе которой разделение частиц происходит по принципу равнопадаемости. Испытаниями установлено, что бедные ашаритизированные руды (пробы №№ 24, 25) обогащаются менее эффективно, чем безашари-товые (проба №1). Для ашарити-зированных руд альтернативным методом гравитационного обогащения может быть разделение в
Таблица 1
Показатели разделения в тяжёлой суспензии пробЛ°№ 24 н 25 элювиальных боратовых руд месторождения Сатимола
№№ проб Наименование продуктов плотность разделения 5=2,15 г/см3
Выход, % Масс. доля Â2Î3,% Извлеч. В2О3, %
от кл. от исх. от кл. от исх.
24 Концентрат 53,0 35,2 20,22 89,2 72,2
Хвосты 47,0 31,3 2,75 10,8 8,7
Исх. мат. (кл. -25+5 мм 100,0 66,5 12,01 100,0 80,9
мытой руды -25 мм)
24 Концентрат 22,2 2,5 26,3 77,2 6,7
Хвосты 77,8 8,9 2,21 22,8 2,0
Исх. мат. (кл. -5+2 мм 100,0 11,4 7,56 100,0 8,7
мытой руды -25 мм)
25 Концентрат 44,5 25,5 17,1 81,6 60,6
Хвосты 55,5 31,7 3,1 18,4 13,7
Исх. мат. (кл. -25+5 мм 100,0 57,2 9,33 100,0 74,3
мытой руды -25 мм)
25 Концентрат 15,9 1,7 27,6 67,0 6,6
Хвосты 84,1 9,0 2,57 33,0 3,2
Исх. мат. (кл. -5+2 мм 100,0 10,7 6,55 100,0 9,8
мытой руды -25 мм)
тяжёлой суспензии, где минеральные частицы разделяются по принципу плотностного различия.
Разделение в тяжёлой суспензии было испытано на лабораторных пробах №№ 24, 25, дроблёных до -25 мм, в статических условиях. Тяжёлая суспензия готовилась из смеси гранулированного ферросилиция и магне-титового концентрата. Разделение осуществлялось по плотности 51=2,15 г/см3. Классификация проб производилась по 5 мм и 2 мм. Класс -2 мм не обогащался. Результаты суспензии-
онного обогащения проб даны в табл. 1. Содержание В2О3 в концентратных продуктах находилось на уровне 1720 % при извлечении 81-89 % (из класса -25+5 мм). Мелкие классы -5+2 мм обогащались с получением концентратов с содержанием 26,327,6 % В2О3 при извлечении 77 и 67 % от класса.
Проба №4 не обогащалась в тяжёлой суспензии, но априори можно считать, что результаты её тяжело-средного обогащения были бы значительно выше, чем на бедных пробах.
Рис. 1. Принципиальная блок-схема первично-гравитационного обогащения элювиальных руд месторождения Сатимола (А) вариант схемыг обогащением с отсадкой и Б) вариант — тяжелосредное обогащение
Укрупнёнными испытаниями суспензионного обогащения крупногабаритной пробы № 26 с содержанием около 8 % В2Оз были получены результаты близкие к результатам обогащения бедных лабораторных проб. Поэтому для ТЭО временных кондиций была предложена схема обогащения руд с разделением в тяжёлой суспензии. Качество исходной руды было принято по двум вариантам 5,89 и 7,6 % по содержанию В2О3, размер машинных классов принят равным 50-10 и 10-2 мм. Заложенное в исходные данные содержание В2О3 в концентрате составляло 13,5 % по обоим вариантам. Товарное извлечение
В2О3 составляло 65 и 70 % (соответственно, по I и II вариантам). Химическая переработка концентратов подобного качества практиковалась при использовании селективно добывавшихся руд Индерского месторождения по ТУ 113-12-55-83 «Руда боратовая».
Позднее был испытан нейтронно-абсорбционный метод обогащения на нескольких неашаритовых частных пробах месторождения Сатимола. Полученные результаты были близки к результатам обогащения в тяжёлых суспензиях. Этот вариант технологии был принят при подсчете запасов и утверждении временных кондиций.
Проба № 4, изучавшаяся в последнее время, подвергалась технологическим испытаниям с применением современного метода — фотометрической сепарации (ФМС) в аппаратах последнего поколения. Эти аппараты в качестве разделительного признака используют различия в цветовых характеристиках частиц, реакции на поляризованный свет, флюоресценцию и др. свойства. При ФМС мытой пробы № 4 использовались цветовые различия разделяемых минералов: белый цвет боратов, серый и темно-серый цвет сульфатов и силикатов.
На фотометрических сепараторах двух зарубежных фирм производилось разделение классов -20+10 мм и -10+5 мм. Полученные концентраты содержали 41-36 % В203 при извле-чении74,9 и 44,0 % от классов.
Приведённые в разное время технологические исследования проб элювиальных руд Прикаспийского бороносного бассейна показали, что их обогащение возможно на стадии дробления до -50 мм или -20 (25) мм применением различных методов — первичного, гравитационного или фотометрического.
Для обогащения элювиальных боратовых руд месторождения Са-тимола разработаны два варианта комбинированной технологической схемы, включающие промывку дроблёной до -20 мм руды, классификацию её по 10, 5 и 2 мм с последующим дообогащением выделенных классов +2 мм по двум вариантам схемы гравитационному (отсадкой или разделением в тяжёлой суспензии) или фотометрическому. Первично-гравитационная схема приведена на рис. 1. Для высокоглини-
стой и богатой по содержанию В203 разновидности руды схема может быть ограничена первичным методом промывки и классификации по 5 или 2 мм. Среднесортные и бедные руды после промывки дообога-щаются одним из гравитационных методов. Применимость фотометрической сепарации для этих руд должна быть изучена в дальнейших исследованиях. Для обогащения богатой разновидности руды высокая эффективность ФМС уже доказана экспериментально.
Мелкие и тонкие классы руды после промывки -2+05 (0,3) мм для повышения общего извлечения В203 следует обогащать флотацией. Разработка эффективных реагентных режимов потребует проведения специального комплекса исследований. Надлежит решить сложную проблему селективного разделения кальциевых и кальций-магниевых минералов повышенной растворимости — боратов и сульфатов — в присутствии алюмосиликатов и карбонатов в условиях высокоминерализованной жидкой фазы пульпы.
При обогащении элювиальных боратовых руд месторождения Са-тимола по разработанной комбинированной технологии обогащения (2 варианта: первично-гравитационный или первично-фотометрический) получены боратовые концентраты разного качества — содержание В203 в них изменялось в пределах от 13,5—16 % до 36—41 % при извлечении от 80 до 60 %.
Таким образов на основании выполненных исследований нескольких керновых проб разработана принципиальная технология обогащения элювиальных боратовых руд
месторождения Сатимола. Однако степень минералого-технологи-ческой изученности представляется недостаточной в виду сложности и специфичности месторождения. Задачами дальнейших исследований являются отбор и испытание представительных проб главных разно-
видностей руды, наработка опытных партий концентратов разного качества и проведением тестовых испытаний их химической переработки на традиционную борную кислоту и нетрадиционных видов боропродуктов различного назначения.
1. Ратобыльская Л. Д, Моисеева Р. Н., Шпенёва В. И. Отсадка — эффективный метод получения улексит-иньоитовых концентратов из полиборатовых руд. Бюлл. Промышленность горно-химического сырья и природных солей. 1967 г., № 4.
2. Ратобыльская Л. Д., Моисеева Р. Н. Способ обогащения огипсованных руд с нерастворимым полезным минералом. Авторское свидетельство № 213722. Бюлл. изобретений 1968 г., № 11.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
3. Ратобыльская Л. Д, Моисеева Р. Н. Разработка технологии обогащения огипсо-ванных боратовых руд. Материалы Всесоюзной научно-технической конференции молодых галургов. 1969 г.
4. Ратобыльская Л. Д, Моисеева Р. Н. Флотация руд полярных солеобразных минералов в условиях частичного обесшламли-вания. Химическая промышленность, 1963 г., № 4. ГТТТТ?
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Лыгач В.Н. — кандидат технических наук, профессор Московского государственного горного университета, зам. ген. директора ФГУП «ГИГХС», V.Lygach@gighs.net, Моисеева Р.Н. — кандидат технических наук, старший научный сотрудник, Комарова З.А. — аспирант, zak_17@mail.ru, Московский государственный горный университет, ud@msmu.ru, Камашев Х.К — академик АЕН Республики Казахстан,
Диаров М.Д. — доктор геолого-минералогических наук, профессор, академик НАН Республики Казахстан,
Тронкосо Х. — исполнительный директор «Сатимола Лимитед», Касенов Т.И. — ген. директор, Суюнталиев Ж.К — зам. ген. директора, ТОО с ИУ «Сатбор»,
Земсков А.Н. — доктор технических наук, вице-президент «ГП ЗУМК».
_Д
