CC BY
187
© В.И. Брагина, И.И. Бакшеева, 2012
УДК 622.7
В.И. Брагина, И.И. Бакшеева
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ОБОГАЩЕНИЯ ГРАФИТОВЫХ РУД
Изучен вещественный состав графитовой руды Курейского месторождения. В руде помимо господствующего скрытокристаллического графита присутствуют его мелко- и крупночешуйчатые разновидности и минеральные примеси (пирит, кальцит, гидросиликаты и др.). Текстура руды массивная и сланцеватая, иногда осложнена столбчатой отдельностью. Изучена кинетика измельчения графитовой руды. Приведены результаты исследований флотационными и химическими методами обогащения. Разработана технология извлечения графита из руд Курейского месторождения, позволяющая получать высококачественный концентрат с содержанием углерода 91 % и извлечением 97,2 %.
Ключевые слова: флотация, кинетика, химическое обогащение, собиратель, содержание, извлечение, графит, породообразующие.
¥ ¥ елью работы является разработка технологии получения высококачественных графитовых концентратов.
Богатствам недр Сибири принадлежит определяющая роль будущего процветания России и ее судьбы. В Сибирь смещается центр горнодобывающей промышленности, масштабы которой будут интенсивно возрастать. Поэтому особо остро стоит вопрос разработки технологии переработки минерального сырья. Так обогащение графитовых руд Курейского месторождения позволит повысить ресурсный потенциал территории.
Начало добычи графита в России относится к 40-м годам позапрошлого столетия, когда было открыто Ботоголь-ское месторождение графита в Сибири. Лучшие сорта графита вывозились за границу, где они широко применялись для изготовления карандашей.
Свыше 90 % запасов скрытокри-сталлического графита приходится на Мексику, КНР, Россию и Республику Корея.
Наиболее крупными продуцентами являются КНР (около 40 — 45 % всего производимого в мире графитово-
го концентрата), далее следуют Республика Корея, Индия, Бразилия, Мексика, Канада, Чехия. В странах СНГ наибольшая добыча приходится на Украину и Россию.
Основными потребителями графита на мировом рынке являются Япония, США, Франция, Англия, Австралия.
Графит применяется в различных отраслях промышленности, однако использование его в значительной степени зависит от структурных особенностей руд, содержания в них графитового углерода, возможностей тонкого помола графита и т.д.
Наиболее широко графит применяется в металлургии, литейном деле, электротехнике, карандашном производстве и др. В металлургии графит служит в качестве высокоогнеупорной отощающей добавки в производстве огнеупорных материалов и изделий, главным образом, в производстве графито-керамических тиглей для плавки специальных сталей, цветных и благородных металлов и различных ценных сплавов. Из малозольных графитов получают специальные графи-то-коллоидные краски и лаки для покрытия постоянных литейных форм.
Благодаря высокой электропроводности, пластичности и механической прочности графит применяется в электротехнике, где идет для производства гальванических элементов, щелочных аккумуляторов, электродов, скользящих контактов для электрических машин; для этой цели применимы исключительно высококачественные плотно-кристаллические и чешуйчатые малозольные графиты.
Вследствие малого коэффициента трения графит используется в качестве смазочного материала, а также в производстве антифрикционных изделий — втулок и вкладышей для подшипников, уплотнительных набивок и колец для поршней и т.п. Применяется твердая графитовая смазка там, где нефть или жиры могут быть вредными, например, в текстильных машинах и в аппаратуре, подверженной воздействию высоких температур. В качестве смазочных и антифрикционных используются лучшие сорта графита, свободные от абразивных примесей.
Очень тонко размолотые жирные пластинчатые графиты идут для производства карандашей, стержни которых изготавливают из смеси графита с глиной (простые черные карандаши) или из смеси графита с глиной и добавками красителя и клея (чернильные карандаши). Графит используется также в качестве замедлителя при ядерных реакциях в атомных котлах, для чего он должен быть идеально чистым. Высококачественный графит применяется в реактивной технике, где идет для изготовления сопла и лопастей турбин и ракет.
Материалы и методы
В составе руды помимо господствующего скрытокристаллического графита присутствуют его мелко- и крупночешуйчатые разновидности, в качестве основных минеральных примесей — кальцит и слюды. Тек-
стура руды массивная и сланцеватая, иногда осложненная столбчатой отдельностью.
Содержание графита в исследуемой руде составило 80 %,что соответствует техническим требованиям к графиту элементному и литейному по ГОСТ 17022—81 низкосортной марке ГЛС-3. Для повышения качества графита необходимо удалить из него основные минеральные примеси (кальцит и слюду). Для этого проводили обратную флотацию графита и химическое обогащение.
Измельчение руды осуществлялось в мельнице 40 МЛ.
Флотация проводилась на механической флотомашине ФЛ-189 с объемом камеры 0,5л.
Исследовалось действие соды, АНП-14, жидкого мыла, карбоксиме-тилцеллюлозы (КМЦ).
Для химического обогащения использовались серная и фосфорная кислоты.
Результаты исследований
Кинетика измельчения
Изучена кинетика измельчения графитовой руды. Установлено, что оптимальное содержание класса -0,074 мм составляет 84 %, которое достигается при весьма продолжительном времени измельчения (1час).
Флотация
Проводили обратную флотацию графита, в пенный продукт переводили слюду и кальцит. Результаты флотации оценивались по содержанию и извлечению углерода в графитовый концентрат (камерный продукт).
Флотация слюды осуществлялась катионным собирателем АНП-14 в щелочной среде, создаваемой содой (рис.1) при расходе АНП-14 — 50г/т. Оптимальные показатели обогащения (содержание и извлечение углерода в
О 0,5 1 1,5 2 2,5 3
Расход соды, кг/т
Рис. 1. Влияние расхода соды на флотацию слюды: 1 — содержание углерода в графитовом концентрате; 2 — извлечение углерода в графитовый концентрат
SJ 60--,-,-,-,-,-,
а 50 100 150 200 250 300 350 400
Расход собирателя, г/т
Рис. 2. Влияние расхода АНП-14 (сплошные линии) и жидкого мыла (пунктирные линии) на результаты флотации: 1 — содержание углерода в графитовом концентрате; 2 — извлечение углерода в графитовый концентрат
графитовом концентрате по 85 %) получаются при расходе соды 1кг/т руды.
Влияние расхода АНП-14 изучалось при постоянном расходе соды (1 кг/т). Увеличение расхода АНП-14 до 150 г/т (рис.2) повышает содержание углерода в камерном продукте до 85,5 % при одновременном снижении извлечения до 78 %. Дальнейшее увеличение расхода собирателя практически на содержание углерода в гра-
фитовом концентрате не влияет, а извлечение резко снижает. Наиболее высокие показатели обогащения остаются прежними.
Таким образом, за счет удаления слюды содержание углерода в графитовом концентрате можно повысить до 85 % при извлечении 85 %.
Влияние жидкого мыла на флотацию кальцита из исходной графитовой руды изучали (см. рис. 2) при постоянном рН=5 и расходе КМЦ (150 г/т).
Рис. 3. Влияние концентрации фосфорной кислоты ( сплошные линии) и серной (пунктирные линии) на выщелачивание примесей: 1 — содержание углерода в графитовом концентрате; 2 — извлечение углерода в графитовый концентрат
Рис. 4. Рекомендуемая схема обогащения
При увеличении расхода жидкого мы- Таким образом, за счет удаления
ла до 200 г/т повышается качество графитового концентрата до 87 %, извлечение же углерода в концентрат снижается до 78 %. При дальнейшем увеличении расхода показатели флотации практически не меняются.
Влияние расхода КМЦ на флотацию кальцита из исходной графитовой руды проводилось при постоянном рН пульпы (5) и расходе жидкого мыла (50 г/т).
При расходе КМЦ 350г/т содержание углерода в графитовом концентрате повышается на 1,4 %, извлечение — на 0,7 %.
кальцита содержание углерода в графитовом концентрате повысилось до 86,4 % при извлечении 85,7 %.Это несколько выше, чем при флотации слюды.
Химическое обогащение
Выщелачивание примесей из графитовой руды проводили при постоянном отношении Ж:Т=1:2, температуре 1500 С, времени перемешивания — 2 часа. После выщелачивания проводили отмывку водой с последующим фильтрованием.
С увеличением концентрации фосфорной кислоты с 1 до 10 % (рис.3)
повышается содержание и извлечение углерода в графитовом концентрате. При дальнейшем увеличении концентрации извлечение незначительно снижается, а содержание увеличивается. Лучшие показатели обогащения получаются при концентрации фосфорной кислоты 10 % (содержание углерода в графитовом концентрате 84,8 % при извлечении 94,5 %).
С увеличением концентрации серной кислоты (см. рис.3) с 1 до 10 %, как и в случае фосфорной кислоты, повышается в графитовом концентрате содержание и извлечение углерода, при увеличении концентрации с 10 % до 15 % — почти не изменяют. При дальнейшем увеличении концентрации серной кислоты содержание практически не меняется, а извлечение углерода резко падает.
Содержание углерода в графитовом концентрате максимально составило 88,34 % при извлечении 97,4 %.
С целью получения высокосортного графитового концентрата проведены испытания по различным схемам.
Рекомендуется схема, включающая флотацию слюды, кальцита и химическое обогащение (рис.4) с нижеследующим режимом.
Режим флотации Флотация слюды:
• сода — 1 кг/т;
• АНП-14 — 50 г/т. Флотация кальцита:
• рН пульпы — 5;
• КМЦ — 350 г/т;
• жидкое мыло — 50 г/т. Режим химического обогащения:
• отношение Ж:Т=1:2;
• температура -150° С;
• время растворения — 2 часа;
• концентрация серной кислоты — 10 %.
Получен графитовый концентрат с содержанием 91 % углерода и извлечением 97,2 %.
Выводы
1. Изучен вещественный состав руды.
2. Установлены зависимости действия реагентов при флотации слюды.
3. Выявлены зависимости действия реагентов при флотации кальцита.
4. Разработана технология получения высокосортного графитового концентрата.
5. Рекомендована схема обогащения, позволяющая получать высококачественный графитовый концентрат с содержанием углерода 91 % при извлечении 97,2 %.
6. Установленные закономерности, режимы, и схема могут быть использованы при разработке технологии обогащения скрытокристалличе-ских графитовых руд других месторождений.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Брагина В. И. Технология обогащения и переработки неметаллических полезных ископаемых [Текст]: учебное пособие для студентов вузов. Красноярск.: СФУ ИЦМиЗ, 2008. 264 с. 53Е
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Брагина Вера Ивановна - кандидат технических наук, профессор, Бакшеева Ирина Игоревна - аспирант,
Сибирский федеральный университет (СФУ), Институт цветных металлов и материаловедения, Irina_igorevna@mail.ru
