CC BY
32
УДК 622.7
С.В. Терещенко, Д.Н. Павлишина
РЕНТГЕНОЛЮМИНЕСЦЕНТНАЯ СЕПАРАЦИЯ БЕДНЫХ АПАТИТСОДЕРЖАЩИХ РУД
Приведена история изучения возможности использования радиометрических методов при обогащении апатитсодержащих руд Хибинского массива. Показано, что наиболее оптимальным из всей совокупности радиометрических методов является рент-генолюминесцентный (РЛ) — метод прямого определения апатита. При определенных условиях из всех породообразующих минералов руд Хибин интенсивно люминесциру-ет только апатит — его интенсивность РЛ на порядок превышает интенсивность РЛ других минералов. Апробация процесса РЛ сепарации апатитсодержащих руд проведена в полупромышленных условиях с использованием РЛ сепаратора фирмы ООО «ЭГОНТ» (г. Санкт-Петербург).
Ключевые слова: апатисодержащие руды, рентгенолюминесцентный метод, рент-генолюминесцентный сепаратор, технологические показатели, тонкоизмельченные хвосты, крупнокусковые отходы, предконцентрация технологии.
Хибинские месторождения апатитсодержащих руд отрабатываются уже более 80 лет, по-прежнему оставаясь уникальным сырьем для производства фосфорных удобрений. Однако, качество добываемой рудной массы неуклонно снижается, что приводит увеличению объемов тонкоизмельченных отходов процесса обогащения и сокращению срока службы действующих хвостохранилищ, необходимости отчуждения новых земель для их складирования.
В рамках стратегии государства с целью «привлечения внимания общества к вопросам экологического развития РФ сохранения биологического разнообразия и обеспечения экологической безопасности» 2017 г. объявлен годом экологии, и проблема снижения отходов горнопромышленного комплекса является одними из приоритетных направле-
DOI: 10.25018/0236-1493-2017-11-0-130-137
ний исследований. Решение подобной задачи возможно обеспечить за счет включения технологии предконцентра-ции в цикл переработки запасов бедных и рядовых руд, а также при вовлечении в разработку складированных отходов забалансовых запасов.
Такой подход, несомненно, является важным элементом развития системы рационального недропользования — создания ресурсосберегающих экологически сбалансированных технологий переработки полезных ископаемых. Наиболее эффективно процесс предконцентрации реализуется посредством гравитационных, магнитных и радиометрических методов.
Отличительной особенностью радиометрических методов используемых при обогащении руд является то факт, что они в большинстве своем относятся к пря-
ISSN 0236-1493. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2017. № 11. С. 130-137. © С.В. Терещенко, Д.Н. Павлишина. 2017.
мым методам определения минералов содержащих полезные компоненты, либо самих химических элементов, входящих в состав полезных компонентов (ПК).
Радиометрическая покусковая сепарация главный и перспективный элемент при создании современной экологически сбалансированной технологии переработки твердых полезных ископаемых и в частности апатитсодержащих руд.
История изучения применимости радиометрических методов при обогаще-
Таблица 1
нии апатитсодержащих руд Хибинского массива началась в 1982 г. [1]. Проведенные исследования позволили выбрать наиболее оптимальный из всей совокупности радиометрических методов — рентгенолюминесцентный (РЛ) метод — метод прямого определения апатита. Эффективность выбранного метода базируется на том, что при определенных условиях из всех породообразующих минералов апатитсодеращих руд Хибин интенсивно люминесцирует только апа-
Технологические показатели укрупненно-лабораторного рентгенолюминесцентного разделения проб апатитсодержаших руд [4]
Продукты разделения Выход, % Содержание, % Извлечение, % Степень концентрации, отн.ед.
Р 0 2 5 А1203 Р 0 25 А1203 Р 0 25 А1203
Месторождение Коашва
Обогащенная руда 76,91 21,22 9,05 98,25 62,29 1,30 0,81
Хвосты РЛС 23,09 1,26 18,26 1,75 37,71
Исходная руда 100,0 16,61 11,18 100,0 100,0
Месторождение Ньоркпахк
Обогащенная руда 72,73 13,52 11,91 96,71 68,56 1,33 0,94
Хвосты РЛС 27,27 1,22 14,56 3,29 31,44
Исходная руда 100,0 10,17 12,63 100,0 100,0
Месторождение Кукисвумчорр
Обогащенная руда 75,90 15,49 13,21 97,82 74,0 1,29 0,97
Хвосты РЛС 24,10 1,09 14,62 2,18 26,0
Исходная руда 100,0 12,02 13,55 100,0 100,0
тит, интенсивность его РЛ на порядок превышает интенсивность РЛ других минералов (рис. 1) [2].
Лабораторные и укрупненно-лабора-торные исследования показали перспективность процесса рентгенолюминес-центной сепарации апатитсодержащих руд [3]. Установлена, возможность выделения в «голове» процесса обогащения не менее 20% пустых и слабоминерализованных пород (табл. 1).
Сравнение технологических показателей флотационного обогащения проб исходной и обогащенной руды (концентрат РЛ и рудный отсев крупностью -20+0 мм) (табл. 2) свидетельствуют о том, что не менее чем на 30% снижается количество тонкоизмельченных отходов обогащения, при практически одинаковом качестве апатитового концентрата, извлечение в него полезного компонента (Р205), как минимум, остается на прежнем уровне — 92-94%.
Такая ситуация объясняется тем, что во время РЛ разделения в отходы уходят более крепкие породы, в связи с чем, при дроблении и измельчении, минералы, содержащие ПК раскрываются более эффективно, по сравнению с их раскрытие при дезинтеграции исходной рудой. За счет чего наблюдается снижение энергозатрат в дробильно-измель-чительном переделе снижаются (рис. 2).
В настоящее время актуальность применения операции предконцентрации на основе РЛ сепарации обусловлена ухудшающимися горно-геологическими условиями разработки запасов и имеющимся объемом складированных слабоминерализованных отходов, представляющих собой техногенные месторождения.
Накопленный объем знаний по рент-генолюминесцентному разделению апатитсодержащих руд Хибинского массива позволяет использовать полученные результаты в промышленных условиях. На
рис. 3 представлены месторождения, пробы которых были исследованы на обогатимость с применением РЛ метода разделения.
Апробация процесса РЛ сепарации апатитсодержащих руд проведена в полупромышленных условиях. В качестве разделительного устройства выбран рент-генолюминесцентный сепаратор фирмы ООО «ЭГОНТ» (г. Санкт-Петербург), на сегодняшний момент единственный в России разработчик рентгенолюми-несцентных сепараторов для вкрапленных руд, способных разделять кусковой материалкрупностью -50+20 мм. На рис. 4 представлена опытная установка РЛ сепарации.
Сепарации подвергалась рудная масса с содержанием Р2О5 на уровне 4—6%, согласно классификации апатитсодержащих руд, отнесенная к бедной их разновидности. Засыпанная в приемный бункер руда посредством системы двух вибропитателей (ВП), первый из которых имеет плоский лоток, второй ВП — желобчатый лоток для формирования четырех
Количество Энергозатраты Энергозатраты
перерабатываемой на дробление на измельчение руды на ОФ руды на ОФ руаы на ОФ 1 ■ Исходная рядовая руда 2 ■ Предварительно обогащенная руда
Рис. 2. Сравнительная характеристика энергозатрат в дробильно-измельчительном переделе при переработке исходной руды и прошедшей РЛ разделение
Таблица 2
Результаты комплексного обогащения исходной руды и концентратов рентгенолюминесцентного разделения руды
Продукт Выход, % Содержание, % Извлечение, % Примечание
Р O 2 5 Al2O3 Р O 25 Al2O3
Месторождение Ньоркпахк
Исходная руда
Апатитовый концентрат 21,06 39,95 0,42 86,74 0,68 апатитовая флотация с двумя дополнительными перечистками
Нефелиновый концентрат 30,64 0,28 29,10 0,88 68,48
Хвосты отвальные 48,30 2,46 8,31 12,38 30,84
Исходный 100,0 9,70 13,02 100,0 100,0
Обогащенная руда
Апатитовый концентрат 23,49 39,87 0,34 92,09 0,63 обогащенная руда с содержанием 13,53% РХ> 2 5
Нефелиновый концентрат 22,72 0,40 29,33 0,89 51,99
Хвосты отвальные 26,52 1,44 7,92 3,75 16,41
Хвосты сепарации 27,27 1,22 14,56 3,27 30,97
Исходный 100,00 10,17 12,82 100,0 100,0
Месторождение Коашва
Исходная руда
Апатитовый концентрат 37,88 39,45 0,13 92,77 0,45
Нефелиновый концентрат 28,10 0,59 29,11 1,02 74,31
Хвосты отвальные 34,02 2,94 8,17 6,21 25,24
Исходный 100,00 16,11 11,01 100,0 100,0
Обогащенная руда
Апатитовый концентрат 38,60 40,27 0,53 93,57 1,86 обогащенная руда с содержанием 20,05% РХ> 25
Нефелиновый концентрат 19,42 0,59 29,30 0,69 51,73
Хвосты отвальные 23,39 3,30 6,83 4,65 14,54
Хвосты сепарации 18,59 0,98 18,85 1,09 31,87
Исходный 100,0 16,61 11,00 100,0 100,0
Месторождение Кукисвумчорр
Исходная руда
Апатитовый концентрат 26,02 39,91 0,28 89,29 0,52
Нефелиновый концентрат 31,07 1,05 29,19 2,81 65,25
Хвосты отвальные 42,91 2,14 11,08 7,90 34,23
Исходный 100,00 11,63 13,90 100,0 100,0
Обогащенная руда
Апатитовый концентрат 27,27 40,89 0,28 94.90 0,55 обогащенная руда с содержанием 14,65% РХ> 25
Нефелиновый концентрат 24,76 0,41 29,37 0,86 52,36
Хвосты отвальные 29,01 1.35 11.38 2,99 27,91
Хвосты сепарации 18,96 1,21 13,36 1,25 19,18
Исходный 100,0 11,75 13,89 100,0 100,0
шшжт
Рис. 3. Карта Хибинского массива с месторождениями апатисодержащих руд
ручьев кускового материала крупностью -50+20 мм, распределяется из монослоя в ручейные потоки, обеспечивающие последовательный сход кусков с конца второго лоткана траекторию свободного падения, перемещая их в зону облучения рентгеновским излучением для возбуждения в кусках, содержащих апатит и регистрации интенсивности светового потока рентгенолюминесцен-ции, которая соответствует содержанию Р2О5 (рис. 5). В результате анализа соответствия светового потока рентгенолю-минесценции заданному (пороговому) значению интенсивности рентгенолю-минесценции (бортовому содержанию Р2О5), куски рудной массы разделяются на два потока: с содержанием Р2О5 выше и ниже бортового содержания. Выбор оптимального порогового значения со-
держания Р2О5 определялся по схеме, представленной на рис. 6.
Оценка технологических результатов разделения показала, что достижение максимально возможного увеличения содержания полезного компонента в ру-допотоке который может быть направлен на обогатительную фабрику при минимальных потерях полезного компонента с отходами рентгенолюминесцентной сепарации достигается при пороге разделения равном 100 усл.ед. При превышении этого порогового значения измерительно-управляющая система выдает сигнал на срабатывание исполнительного механизма — электропневмокла-пана (ЭПК), при срабатывании которого кусок за счет воздушной струи откланяется от траектории свободного падения и направляется в концентратный желоб,
Рис. 4. Общий вид сепарационной установки 134
Рис. 5. Корреляционная зависимость параметра РЛ (сигнал РЛ, приведенный к площади куска) от содержания в кусках P2O5
куски с бортовым содержанием ПК продолжают движение по траектории свободного падения в породный желоб.
На рис. 7 представлена принципиальная схема реализации процесса рентге-нолюминесцентной сепарации бедных апатитсодержащих руд.
Технологические показатели, представленные на рис. 7, свидетельствуют о том, что при включении в технологию переработки бедных апатитсодержащих руд РЛ сепарации обеспечивается повышение в 1,5 раза содержания Р2О5 в рудной массе, поступающей на обога-
Исходная руда класса-50+20мм
РЕНТГЕНОЛЮМИНЕСЦЕНТНАЯ
СЕПАРАЦИЯ порог разделения (Т=20(Л * *
Концентрат РЕНТГЕНОЛЮМИНЕСЦЕНТНАЯ РЛС СЕПАРАЦИЯ порог разделения <Т=15(П
Концентрат РЕНТГЕНОЛЮМИНЕСЦЕНТНАЯ
РЛС СЕПАРАЦИЯ порог разделения (Г=125)
*-*
Концентрат РЕНТГЕНОЛЮМИНЕСЦЕНТНАЯ РЛС СЕПАРАЦИЯ порог разделения (Г=100)
Концентрат РЕНТГЕНОЛЮМИНЕСЦЕНТНАЯ
РЛС СЕПАРАЦИЯ порог разделения (Г=75)
*-*
Концентрат РЕНТГЕНОЛЮМИНЕСЦЕНТНАЯ
РЛС СЕПАРАЦИЯ порог разделения ГГ=5(П
Концентрат РЕНТГЕНОЛЮМИНЕСЦЕНТНАЯ
РЛС СЕПАРАЦИЯ порог разделения (Г=35^
*-*
Концентрат Хвосты
РЛС РЛС
Рис. 6. Схема изучения фракционного состава рудной массы крупностью -50+20 мм для выбора порога разделения
Исходная руда
Класс +50 мм
Сепарационный класс -50+20 мм
Выход, Содержание
Рудный отсев -20+5 мм
Сепарационная установка
Дробильно-сортировочная установка
ГТ\ Г
Концентрат рентгвно-люминесцентной сепарации
55.27% 7.00%
21.11% 9.39%
Обогащенная руда Хвосты рентгено-люминесцентной сепарации
Рис. 7. Схема проведения опытно-промышленных испытаний бедных апатитсодержащих руд: 1 — аспирационная установка; 2 — система вибропитателей; 3 — электропневмоклапан; 4 — стойка управления сепаратором
щение. При этом не менее 40% пустых и слабоминерализованных (с содержанием Р2О5 ниже бортового — менее 4%) крупнокусковых пород, направляются не в хвостохранилище, как при традиционной технологии в виде тонкоизмельчен-ных хвостов апатитовой флотации, а в от-
валы вскрышных пород, увеличивая срок его службы, или могут использоваться по другому назначению (например, в качестве щебня). В этом случае снижается негативное влияние горного производства на экологию, что особенно актуально для районов Крайнего Севера.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Лагов Б. С., Терещенко С. В., Кайтмазова Т. И., Юрьев В. И., Вальщиков А. В. Поисковые исследования по радиометрической сепарации бедных апатитовых руд Хибинского массива // Лабораторные и технологические исследования обогащения минерального сырья. Отечественный производственный опыт. — 1984. — № 5. — С. 8—15.
2. Горобец Б. С., Терещенко С. В. Использование Мп2+ центров рентгенолюминесценции в качестве разделительного признака при обогащении апатитовых руд Хибин // Научно-технические достижения и передовой опыт в области геологии и развития недр. — 1992. — № 4. — С. 57—58.
3. Терещенко С.В. Основные положения теории люминесцентной сепарации минерального сырья. — Апатиты: Изд-во КНЦ РАН, 2002. — 145 с.
4. Терещенко С. В., Денисов Г. А. Теория и практика радиометрических методов опробования, сортировки и сепарации руд: учебное пособие. — Апатиты: Изд-во Кольского филиала Петрозаводского университета, 2007. — 248 с.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Терещенко Сергей Васильевич1 — доктор технических наук, профессор, зав. лабораторией, e-mail: tereshchenko@goi.kolasc.net.ru; зав. кафедрой, Мурманский арктический государственный университет, Павлишина Дарья Николаевна1 — кандидат технических наук, научный сотрудник, 1 Горный институт Кольского научного центра РАН.
ISSN 0236-1493. Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2017. No. 11, pp. 130-137.
UDC 622.7
Tereshchenko S.V., Pavlishina D.N.
X-RAY LUMINESCENCE SEPARATION OF LOW-GRADE APATITE ORES
The paper presents a history of studying potential application of radiometric methods in the Khibiny apatite-containing ore processing. It has been shown that the most optimal approach from all the radiometric technics is an X-ray fluorescent method for the apatite direct determination. Its efficiency is based on a fact that the apatite is the only mineral from all the Khibiny rock-forming minerals which intensively luminesces under certain conditions; its X-ray fluorescence intensity is an order higher than X-ray fluorescence intensity of other minerals. Process indicators of scaled-up laboratory X-ray fluorescent separation of apatite-containing ore samples evidence that the quantity of fine-grinded waste decreases by not less than 30%. At that, having almost the same concentrate quality, the recovery of useful component — P2O5 — is at a prior level of 92^94% as a minimum. The X-ray fluorescent separation process for apatite-containing ores has been approved under pilot conditions with the X-ray fluorescent separator produced by JSC EGONT (Saint-Petersburg). The process indicators obtained indicate that implementation of X-ray fluorescent separation into a processing technology for poor apatite-containing ores provides 1.5 increase of P2O5 in ore mass to be concentrated. Atthat, almost 40% of waste and low-mineralized coarse rocks in the form of fine-grinded apatite flotation tails (with P2O5 less 4%) are not delivered to a tailing as during a convenient technology, but to the dumps of stripping rocks, thus increasing its life circle, or they can be used for other aims (i.e., as rock aggregate). In this case the negative environmental impact of mining industry decreases, which is very important for the Northern regions.
Key words: apatite-containing ore, X-ray fluorescent method, X-ray fluorescent separator, process indicators, fine-grinded tails, coarse waste, preconcentration technology.
DOI: 10.25018/0236-1493-2017-11-0-130-137
AUTHORS
Tereshchenko S.V.1, Doctor of Technical Sciences, Professor,
Head of Laboratory, e-mail: tereshchenko@goi.kolasc.net.ru,
Head of Chair, Murmansk Arctic State University, 183038, Murmansk, Russia,
Pavlishina D.N1, Candidate of Technical Sciences, Researcher,
1 Mining Institute of Kola Scientific Centre of Russian Academy of Sciences,
184209, Apatity, Russia.
REFERENCES
1. Lagov B. S., Tereshchenko S. V., Kaytmazova T. I., Yur'ev V. I., Val'shchikov A. V. Laboratornye i tekhnologicheskie issledovaniya obogashcheniya mineral'nogo syr'ya. Otechestvennyy proizvodstven-nyy opyt. 1984, no 5, pp. 8-15.
2. Gorobets B. S., Tereshchenko S. V. Nauchno-tekhnicheskie dostizheniya i peredovoy opyt v ob-lasti geologii i razvitiya nedr. 1992, no 4, pp. 57—58.
3. Tereshchenko S. V. Osnovnye polozheniya teorii lyuminestsentnoy separatsii mineral'nogo syr'ya (Principal positions of a fluorescent separation theory for minerals), Apatity, Izd-vo KNTs RAN, 2002, 145 p.
4. Tereshchenko S. V., Denisov G. A. Teoriya i praktika radiometricheskikh metodov oprobovaniya, sortirovki iseparatsiirud: uchebnoe posobie (Theory and practice of radiometric methods for ore sampling, sorting and separation: Educational aid), Apatity, 2007, 248 p.
