CC BY
276
- © Т.И. Юшина, В.Н. Лыгач,
Р.Н. Моисеева, 2014
УЛК 622.7
Т.И. Юшина, В.Н. Лыгач, Р.Н. Моисеева
СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ ОСВОЕНИЯ МЕСТОРОЖДЕНИЙ РАЗЛИЧНЫХ БОРСОДЕРЖАЩИХ РУД
Представлены общие сведения о боре и его соединениях, о мировых запасах и главных месторождениях борного сырья. Даны принципиальные варианты схем обогащения борных руд и химической переработки концентратов.
Ключевые слова: бор, борная руда, сырьевая база, обогащение, структура потребления.
Бор — первый элемент третьей группы периодической системы элементов Д.И. Менделеева. Он является типичным неметаллом, обладает большим сродством к кислороду, образует с ним наиболее устойчивые соединения и вследствие этого в свободном виде в природе не встречается.
При сравнительно низкой концентрации в земной коре (5-10-3%) бор образует большое число разнообразных по составу и строению борных минералов [1]. Это связано со способностью боркисло-родных анионов к полимеризации в зависимости от изменения условий минералообразования. В настоящее время известно более 160 минералов бора и список их пополняется (открываются новые минералы). Однако промышленное значение имеют 10-15 минералов, в основном, это борсиликаты кальция и бораты щелочных и щелочноземельных металлов. В самостоятельную группу выделяется природный гидротермальный источник бора — бороносные минеральные воды и подземные рассолы.
Бор и его соединения обладают уникальными свойствами, которые позволяют отнести их к важнейшим материалам современной техники и технологии. Это высокая твёрдость, тугоплавкость одних соединений и легкоплавкость других, способность поглощать те-
497
пловые нейтроны, высокая теплотворная способность, химическая стойкость, легирующие, дезинфицирующие и антисептические свойства, огнестойкость, способность повышать урожайность многих сельскохозяйственных культур и др.
Уровень потребления бора в любой стране характеризует уровень её технического развития, так как использование элементарного бора и его соединений в различных областях экономики способствует существенному улучшению показателей качества конструкционных и композиционных материалов в промышленности, специальных видов топлива в энергетике, товаров повседневного спроса и т.д. Так, США производит ежегодно до 0,6 млн т и потребляет до 0,4 млн т В2О3.
По многообразию областей применения бор уступает лишь углероду. По мере развития мирового научно-технического прогресса сфера использования этого элемента расширяется.
Борное сырьё является одним из немногих видов полезных ископаемых, мировое производство которых за всю историю существования борной отрасли промышленности не испытало ни депрессий, ни спадов, находится на стабильном уровне, а с выявлением новых областей потребления перечень малотоннажных борных производств неуклонно возрастает.
Дальнейший научно-технический прогресс, вероятно, приведёт к открытию новых областей применения бора благодаря уникальным свойствам этого элемента и его стабильных изотопов.
Структура потребления бора и его соединений в технически развитых странах США и СССР (до его распада), хотя и различалась в количественном отношении, но была довольно близкой. Около 40-45% борной продукции использовалось для производства стекла, в т.ч. термостойкого и специальных сортов стекловолокна и стекловаты, до 10-12% в производстве пербората натрия (отбеливателя) и моющих средств, до 13% в производстве глазури и эмалей, около 7% в металлургии, до 8-12% в сельском хозяйстве, до 20-25% в производстве различных химикатов широкого ассортимента и специального назначения.
Кислородные соединения бора являются исходным сырьём для получения бескислородных веществ (элементарного бора, боридов, галогенидов и других), области применения которых также широки и многообразны, но масштабы потребления существенно меньше.
498
Мировые запасы бора в рудах (твёрдом сырье) составляют ~1 млрд т (в расчёте на В2О3). Наибольшая часть запасов приходится на Турцию и США. Остальные запасы сосредоточены в странах Южной Америки, Азии, включая Россию. В последние годы большие запасы бора открыты в Китае, где успешно начата их отработка. Средние содержания В2О3 в главной массе руд стран дальнего зарубежья достаточно высокие — до 25-40%. В России и странах СНГ борные руды имеют более низкое качество — среднее содержание В2О3 в них колеблется от 3 до 12-15%.
Мировое производство бора (в расчёте на В2О3) — 1,1-1,2 млн т в год. Бор в рудах зарубежных месторождений, относящихся, в основном, к вулканогенноосадочному типу, представлен часто легко перерабатываемыми высококачественными минералами — боратами натрового или натрий-кальциевого состава, содержащими 40-50% В2О3. Предварительное их обогащение перед химической переработкой обычно не требуется или ограничивается простой сортировкой или промывкой. Россия не располагает аналогичными месторождениями. Бор в рудах отечественных месторождений приурочен к месторождениям скарнового типа, в которых он представлен в форме борсиликатных минералов и железо-магниевых боратов с содержанием В2О3 от 21,8% (в датолите) до 5-7% (в людвигите, суаните, аксините, курчатовите и др.). Эти минералы трудно вскрываются, а ввиду низкого их содержания в сырье требуется глубокое обогащение руды перед химической переработкой. Промышленной переработке в России подвергаются лишь датолитовые руды Даль-негорского месторождения в Приморском крае.
Борные руды других месторождений России (Таёжное, Солонго, Титовское в Бурятии и Якутии) не отрабатываются главным образом из-за низкого качества руды и борных минералов и технологической недоизученности. Перспектива освоения этих месторождений, имеющих крупные запасы, весьма отдалённа и неясна [1].
Страны СНГ по качественной характеристике и масштабам бор-носырьевой базы также существенно уступают мировым лидерам: Турции и США.
Дальнегорское месторождение датолитовых руд в Приморье открыто в 1946 г. В военный и послевоенный период советская промышленность остро нуждалась в борном сырье, имевшем стратегическое значение. Потребовались интенсивные научные поиски по
499
созданию технологии обогащения нового уникального вида борного сырья и химической технологии вскрытия боросиликатного минерала датолита. Мировые аналоги по обогащению достаточно бедных и столь сложных по составу силикатно-карбонатных руд и переработке боросиликатных концентратов отсутствуют по настоящее время. В бывшем СССР эти технологии были созданы и освоены в короткие сроки.
В 1959 г. в Дальнегорске была введена в эксплуатацию первая обогатительная фабрика по выпуску датолитового концентрата, который перерабатывался на химзаводе в г. Комсомольск-на-Амуре. В 60-е годы на базе Дальнегорского датолитового месторождения был введён в эксплуатацию крупный горно-химический комбинат «Бор», который производил из датолитового концентрата первоначально борную кислоту, а позднее за счёт расширения химпроизводств обеспечивал выпуск широкого ассортимента высококачественных боропродуктов и вторичных минеральных ресурсов [2]. Это — борная кислота марок А, Б, В, борный ангидрид гранулированный, технический B2O3, октаборат натрия плавленый Na2BsOi3, пероксоборат натрия (перборат натрия), термобор СВС-М (бор аморфный с примесями боридов магния), борат кальция А и Б. Из вторичных минеральных ресурсов, которые имели преимущественно местное значение, выпускались щебень из отходов обогащения руды в тяжёлой суспензии кварц-кальцитового состава, песок крупный для бетонов, песок мелкий для строительных работ, силикатный кирпич и др. В годы перестройки мощности производства в АО «Бор» и ассортимент продукции были снижены. Но предприятие по-прежнему работает с высокими технологическими показателями, выпускает лучшую в мире по качеству борную кислоту и ряд других ценных продуктов, успешно экспортируемых.
Обогащение руды производится по комбинированной схеме (рис. 1). Из горного цеха отбитая взрывными работами руда отправляется на шихтосклад, где производится усреднение. Усреднение качества руд производится на открытых штабельных складах — смесителях с формированием штабеля послойным методом.
Приближенный химический состав датолитовой руды (%): B2O3 — 9-10; SiO2 — 40-41; CaO — 30-32; Fe2O3 — 3,0-3,5; FeO — 1,2-1,4; MnO — 0,6; Al2O3 — 0,8; CO2 — 6,0; H2O — 3,0-3,5.
500
Исходная руда (-700 мм)
Концентрат датолитовый на производство борной кислоты
И др. боропродуктов
Рис. 1. Принципиальная блок-схема обогащения латолитовых рул в АО «Бор»
Средний минеральный состав датолитовых руд характеризуется следующими показателями (%): датолит — 40-45; кальцит — 13-15; гранат — 10-11; геденбергит — 3,5-4,5; гизингерит — 5-6; кварц — 5,0; волластонит — 5,0; рудные ~ 1,0.
Хвосты общие
501
Выделены три генерации датолита: 1) мелкозернистый с размером зёрен менее 1 мм, участвующий в сложении основной массы дотолитсодержащих скарнов; 2) крупно и средне кристаллический с размером зёрен 1-4 мм, менее распространенный и 3) редко встречающийся, в виде крупных хорошо ограниченных прозрачных кристаллов, расположенных в пустотах совместно с кальцитом.
В наиболее бедных разновидностях руды (так называемый смешанный тип) отмечаются высокие содержания отдельных компонентов — граната — до 30%; кальцита — 40%; гизингерита — до 29%. Датолит в таких рудах тесно ассоциирует с кальцитами, а зёрна датолита содержат многочисленные мелкие включения граната, волластонита, кальцита и кварца. Усреднение руды способствует стабилизации качества питания фабрики по минеральному составу и количеству сростков.
Усреднённая по качеству руда обогащается по схеме рис. 1. Руда подвергается стадиальному дроблению в щековой и конусной дробилках с грохочением на классы -30+10; -10+2 мм, которые обогащаются в тяжёлой суспензии с выделением в барабанном сепараторе лёгкой фракции кварц-кальцитового состава, промежуточной датолитовой фракции и тяжёлой датолит-гранатовой фракции. Класс -10+2 мм обогащается в гидроциклоне с выделением 2-х продуктов — лёгкой и датолитовой фракции.
Лёгкая фракция направляется в отвал или складируется и в дальнейшем используется в качестве вторичного минерального ресурса. Часть датолитовой фракции -35+10 мм направляется на производство бората кальция.
Датолит-гранатовая и датолитовая фракции, а также класс -2 мм исходной руды подвергаются измельчению, магнитной полиградиентной сепарации и флотации. В процессе флотации получают датолитовый концентрат, который после сгущения и фильтрации перерабатывается в борном цехе на борную кислоту. Флотационный датолитовый концентрат содержит > 18-19% В2О3 при извлечении В2О3 — более 80%.
Представленная на рис. 1 схема обогащения датолитовых руд является гибкой. В зависимости от особенностей, свойств и состава перерабатываемых разновидностей руды, а также от потребности рынка в конкретных продуктах обогащения отдельные технологиче-
502
ские переделы могут отключаться, а технология обогащения может ограничиваться флотационным процессом.
До 90-х годов прошлого столетия Приморский Горно-химический комбинат «Бор» был основным производителем борного сырья и борных продуктов в СССР, обеспечивая выпуск 85% общего объёма боропродуктов, а 15% объёма выпускал Индерский борный рудник в Казахстане.
В настоящее время АО «Бор» — единственное предприятие в России, производящее борную продукцию. За счёт отдалённости месторождения и большой протяжённости перевозок по стране продукция предприятия реализуется преимущественно на внешнем рынке в Юго-Восточной Азии.
В СССР крупным и уже подготовленным к освоению было скарновое месторождение данбуритовых руд Ак-Архарского месторождения на Памире (Таджикистан) со средним содержанием В2О3 7-8%. Борсиликатный минерал данбурит содержит до 27-28% В2О3. Разработана и испытана в опытно-промышленном масштабе технология обогащения руды и переработки концентратов. Данбу-ритовый концентрат содержал до 20% В2О3 при извлечении около 80%. Серьёзным препятствием для освоения месторождения были географические условия его залегания — высокогорное расположение на высоте около 4000 м над уровнем моря и более низкие технико-экономические показатели переработки в сравнении с датолитовыми рудами Приморья, а также трудная вскрываемость минерала данбурита.
Казахстан располагает большими ресурсами борного сырья галогенного и элювиального типов, приуроченными к соляным куполам Прикаспийской впадины. На территории этой впадины расположены крупные месторождения калийно-магниевых бороносных руд галогенного типа, уникальные по размерам и запасам бора (Индер, Сатимола, Челкар). Морское происхождение этих месторождений при определённых физико-химических свойствах пород и специфике тектонического режима образования впадины определило подъём солевых куполов (штоков) в центральной части впадины высотой до 10 км. При этом площади куполов составляют от десятков до сотен квадратных километров, достигая 1200 км2 [3].
Залежи борно-калийно-магниевых солей имеют пластообразные и линзообразные формы протяжённостью до 300-400 м при средней
503
мощности 3-5 м, в некоторых случаях — 30-50 м. Распределение боратового оруденения неравномерное. На вершине соляных куполов в результате выщелачивания коренных пород за счёт циркуляции подземных и фильтрационных вод образовались «гипсовые шляпы», ядра которых сложены соляной толщей, включающей залежи ка-лийно-магниевых боратов. Бороносные соляные породы сложены преимущественно хлоридами и сульфатами щелочных и щелочноземельных металлов, в основном галитом, сильвином, полигалитом, карнолитом и каинитом. Подчинёнными являются лангбейнит, кизерит, ангидрит, а также карбонаты, глинистые минералы. Бораты представлены магниевыми минералами — преображенскитом, калиборитом, борацитом, реже сульфоборитом, гидроборацитом и ашаритом. Содержание В2О3 в соляных породах колеблется от долей % до десятка %-ов. Однако высокое содержание бора отмечается лишь в пропластках, сложенных мономинеральной породой. В пластах, которые представляют промышленный интерес, имеющих мощности в несколько метров, содержание В2О3 обычно находится в пределах < 2-5%. Гидроборацитовый тип руд, в отличие от ка-либоритового, имеет несколько более высокое содержание В2О3, от 3 до 9%. Содержание К2О находится в обратной зависимости и составляет в гидроборацитовом типе 3,0-4,6%, а в калиборитовом — 3-10%. Содержание МдО в солевых рудах этих типов колеблется от 4 до 6%. Калиборитовая минерализация сопутствует сульфатным и хлоридным породам (14-15% БО3 и 40-41% С1), а гидроборацито-вая — преимущественно хлоридным (44-45,6% С1 и до 1,5% БО3). Средний химический состав борных руд галогенных и элювиальных месторождений Прикаспия дан в табл. 1.
Элювиальные вторичные руды приурочены к «гипсовой шляпе» соляных куполов. «Гипсовая шляпа» сложена комплексом гипсовых, глинисто-гипсовых, карбонатно-гипсовых пород с линзами глин и залежами боратов. На Индерском месторождении в гипсовых породах распространены преимущественно ашаритовые руды, в глинистых — гидроборацитовые и полиборатовые. Рудообразующими боратами элювиальных залежей месторождения Сатимола являются улексит, гидроборацит, в меньшей степени ашарит. Реже отмечаются бораты кальция — иньоит, колеманит, пандермит. Боратовые минералы элювиальных руд, за исключением ашарита, частично растворимы в
504
Таблица 1
Средний химический состав борных руд галогенных и элювиальных месторождений Прикаспия в Казахстане
Массовая лоля, %
Минеральный тип в2о3 к2о N320 МдО СаО вОз С1 н2о Нерастворимый остаток
Галогенные руды:
калиборитовые 2,4-5,88 10,63,0 3,1-2,0 4,0-3,9 5,4-5,68 14,0-15,4 41,3-40,0 18,0-19,0 1,4-4,84
гидроборацитовые 3,2-9,84 4,6-3,0 4,0-5,17 6,0-4,2 4,8-2,83 1,56-1,43 44,1-45,6 15,0-13,7 15,48-15,0
элювиальные (про- 13,1- 2,0-1,6 7,3-6,1 16,68- 13,7-0,1 3,46-2,8 2,0-1,0 37,9- 4,85-5,3
мышленные) 22,0 10,4 30,8
воде. Значительной растворимостью в воде (до 2 г/л) также обладает разубоживающий сульфатный минерал гипс.
Средняя мощность «гипсовой шляпы» Индерского месторождения 55 м, а на месторождении Сатимола она изменяется в пределах от 15 до 16 м. «Гипсовая шляпа» Сатимолы залегает на глубине 210-360 м под покровом терригенной толщи.
Элювиальные борсодержащие руды Индерского месторождения после открытия его в 30-е годы стали первоначальной сырьевой базой борной промышленности СССР, которая интенсивно развивалась в 40-50-е годы ввиду резкого роста спроса на борные соединения ряда отраслей народного хозяйства. С получением своего сырья и отказа от импорта одновременно потребовалось быстрое развитие советской науки по обогащению и химической переработке нового вида борного магнийсодержащего сырья, которое за рубежом не перерабатывается. Специфические особенности нашего сырья и существенные отличия его от иностранного (преимущественно натровых боратов) исключали возможность использования зарубежного опыта в производстве борных соединений. Ввиду низкого, в сравнении с зарубежным, качества Индерских руд и самих борных минералов, изменчивости химического, минерального состава, текстурных и структурных свойств сырья по отдельным участкам и залежам потребовалось проведение типизации руд и разработка технологии обогащения главных рудных типов и химической переработки концентратов.
Ведущими научно-исследовательскими организациями в создании технологий переработки борных руд в бывшем СССР являлись ГИГХС (в области обогащения сырья), НИУИФ, ВНИИГ, а позднее УНИХИМ (в области химической переработки концентратов).
С 40-50-х годов ГИГХС проводил систематические минералого-технологические исследования бороносных руд главных участков Индерского и других месторождений Прикаспия. Кроме новых технологий обогащения боратовых руд были разработаны новые способы добычи их, учитывая сложные гидрогеологические условия залегания. На Индерском элювиальном месторождении по исходным данным ГИГХСа были построены: опытная обогатительная фабрика, где отрабатывались схемы обогащения разных типов руд; опытный участок по подводной добыче боратов; опытный участок скважин-
506
ной добычи галогенных (коренных) боратовых руд. По результатам геологических, горных и технологических исследований ГИГХСа утверждались запасы борных огипсованных руд месторождения Сатимола.
Элювиальные боратовые руды Индера добывались с 30-х годов прошлого столетия. Отработка месторождения велась открытым способом. Руды содержали первоначально до 17-19% В2О3, постепенно качество их снижалось до 12-13%. Переработка на химических предприятиях производилась без предварительного обогащения с получением борной кислоты невысокого качества. Ресурсы элюви-ально-боратовых руд Индерского поднятия в значительной степени выработаны. Расширение борносырьевой базы Западного Казахстана было связано с разработкой технологии обогащения бедных элювиальных руд Индерского поднятия [4]. ГИГХСом была разработана гибкая комбинированная схема обогащения бедных элювиальных руд месторождения Инд ер, включающая первичный (промывка, классификация), гравитационный, флотационный и химический методы. Посредством отключения отдельных узлов и операций в зависимости от состава руды по этой технологии обогащались различные минералого-технологические разновидности руд, при этом минимально допустимое содержание В2О3 в руде равнялось 5%.
После открытия в 60-е годы месторождения Сатимола и минера-лого-технологического его изучения перспективы расширения бор-но-сырьевой базы Казахстана стали связывать с его элювиальными рудами (глубина залегания до 340 м), а в последние десятилетия — также с борно-калийными солями, залегающими на глубине до 500 м. По составу элювиально-боратовые руды Сатимолы близки рудам Индера, но отличаются более высоким средним по месторождению содержанием В2О3 (7-10%).
Элювиальное месторождение Сатимола имеет гнездовой вкрапленный характер оруденения. Вкрапленность боратов неравномерная — от желваков со спутанно-волокнистой структурой размером 10-25 мм до тонких и весьма тонких вкраплений микронного размера в массе гипсов и глин. Эффективность обогащения руд разных участков Сатимолы зависит от многих факторов — химического состава борных минералов, их физических, физико-химических свойств, тонины вкрапления, а также от содержания бора в общей массе руды
507
и в составе глинистой её фракции. Наиболее легко обогащаются безашаритовые и малоашаритовые руды, а наиболее трудно — руды с повышенной ашаритизацией, особенно при высоком содержании в руде глинистых минералов.
При разработке технологии обогащения элювиальных руд месторождения Сатимола использовался опыт обогащения руд Индерского месторождения, довольно близких по своим свойствам рудам Сати-молы. В 70-е годы ГИГХСом были изучены 4 пробы элювиальных боратовых руд месторождения Сатимола.
Частная безашаритовая проба № 1 с содержанием В2Оэ 10% успешно обогащалась по схеме с промывкой руды и отсадкой мытого продукта — боратовый концентрат содержал 30-35% В2О3 при извлечении 60-65%. Для обогащения более бедных ашаритизиро-ванных проб с содержанием от 6,8 до 8,6% В2Оз потребовалось применение гравитационного метода — разделения в тяжёлой суспензии, так как отсадка была не эффективна. Эти пробы характеризовались преимущественно тонким вкраплением боратов в глинах и гипсах, а боратовые желваки имели небольшие размеры — менее 5 мм и были значительно разубожены тонкодисперсной примесью глинистых минералов и гипса. Полученные из этих проб концентраты содержали в среднем 13,5% В2О3 при извлечении 65-70%.
Химическая переработка таких концентратов с положительными результатами испытана УНИХИМом. При этом использовалась новая технология, которая включала автофлотацию кристаллов борной кислоты из смеси с сульфатом магния после кристаллизации раствора, образовавшегося в результате сернокислотного разложения боратовых концентратов. Позднее на нескольких неашаритовых пробах был испытан сухой метод обогащения руды — нейтронно-абсорбционная сепарация (НАС). Результаты обогащения руды по схеме с НАС были близки к результатам обогащения в тяжёлой суспензии. Технологии с нейтронно-абсорбционной сепарацией было отдано предпочтение, так как она исключала операцию промывки и применение дефицитной в регионе воды. Эта технология была принята при подсчёте запасов и утверждении временных кондиций. После распада СССР месторождения элювиальных и галогенных борных и калийных руд являются сырьевой базой Казахстана. В последние десятилетия интенсивно доизучается и готовится к освоению месторождение Сатимола.
508
В ГИГХС для исследований была направлена проба элювиальной боратовой руды, отобранной с глубины 270-340 м. Задачей исследований являлась разработка технологии обогащения, обеспечивающей получение боратовых концентратов, содержащих не ниже 30% B2O3. Проба по степени бороносности относится к богатой разновидности (содержание B2O3 22,8%), а по минеральному составу — к высокоглинистой полиборатовой руде углексит-ашарит-гидроборацитового состава. Вкрапленность боратов неравномерная. Углексит и гидроборацит кристаллизуются в виде желваков размером до 10-20 мм, присутствуют в виде мелких и тонких чистых кристаллов, ашарит в значительной степени вкраплен в гипсе и ангидрите, часть его образует чистые зёрна.
Для обогащения руды испытывались методы промывки, избирательной классификации и гравитационные методы — отсадка и концентрация на столе. Разработаны 2 варианта первично-гравитационной схемы обогащения изученной пробы: вариант А — с отсадкой кл. -20+5 мм (после додрабливания кл. -20+10 мм) и вариант Б — с тяжёлосредным обогащением кл. -20+5 и -5+2 мм. Оба варианта схемы обогащения представлены на рис. 2. Полученные обогащением по варианту А этой схемы боратовые концентраты содержали 32,8% B2O3 при извлечении 67%. Разработанная комбинированная приложенная схема может быть ограничена операциями промывки и классификации. Подбором режимных параметров этих процессов были получены первичные борные концентраты, содержащие B2O3 30-30,5% при извлечении 59-60%. Особенность вещественного состава руды позволяет обогащать её на стадии дробления до -20 мм или -10 мм. Возможно превышение верхнего предела крупности дробления при проведении дальнейших испытаний.
Кроме традиционных методов обогащения для извлечения боратов из элювиальной руды, представленной исследуемой пробой, был испытан новый метод — фотометрическая сепарация (ФМС), который успешно внедряется в последнее время при обогащении различных полезных ископаемых. Для боратовых руд месторождения Сатимола использовалась оптическая технология, основанная на распознавании минералов по цвету (бораты имеют белый цвет, а породные минералы — серый). Верхний класс -20+10 мм мытой руды, дроблёной до 20 мм, обогащался на опытно-промышленном сепараторе модели Gem Star 600 фирмы OPTOSORT (Германия).
509
Жидкие отходы в хвостохранилтце с возвратом оборошой воды
Рис. 2. Принципиальная блок-схема первично-гравитационного обогащения элювиально-боратовых рул месторождения Сатимола с содержанием 22,82% B2O3: вариант А — схема обогащения с отсадкой; вариант Б — схема с тяжёлосредным обогащением
Фотометрическое обогащение мелкого класса -10+5 мм производилось в поисковом режиме на промышленном сепараторе фирмы Steinert при несоответствии большой мощности аппарата и малого веса обогащаемой пробы. Программа распознавания образцов на сепараторе Gem Star 600 по цветовым характеристикам включала сканирование изображения эталонных образцов, классификацию цвета с получением атрибутивного изображения образцов. Далее программа рассчитывала долю площади образца, занятого каждым цветовым классом.
510
При настройке программы сепарации указывается интервал (пороговое значение), в котором должно находиться отношение атрибутивного цвета к площади поверхности куска, чтобы он подлежал выделению. Таким образом, оценивается не только цветовая, но и геометрическая характеристика объекта (его размеры). С учётом настройки программы было установлено пороговое значение — содержание белого на поверхности куска, выделяемого в хвосты, равное 15%.
Схема фотометрической сепарации кл. -20+10 мм включала основную операцию, где пороговое значение равнялось 40% с выделением готового концентрата, и перечистку промпродукта, при пороговом значении 15% с выделением отвальных хвостов (тёмного цвета). В результате ФМС из кл. -20+10 мм получен концентрат с содержанием 43% В2О3 при извлечении 75% от операции ФМС (46,7% от исходной руды) и хвосты с содержанием 10,9% при извлечении 14,17% от операции (8,03% от исходной руды). Пром-продукт содержит 25,79% В2О3 и подлежит дообогащению после додрабливания. ФМ-обогащение класса -10+5 мм мытой руды, хотя и производилось в одну операцию без перечистки тёмного продукта и без научной подготовки программы разделения, но оно позволило получить боратовый концентрат с содержанием 36,85% В2О3 при извлечении 43,9% от операции (7,28% от исходной руды).
Проведённый опыт показал принципиальную возможность эффективного ФМ-обогащения мелких классов боратовой руды. При обогащении по схеме с ФМС кл. -20+10 и -10+5 мм общее извлечение В2О3 составило 54%, а содержание В2О3 в общем концентрате — 42%. Доработка ФМС кл. -10+5 мм, является резервом повышения извлечения бора при обогащении руды с применением этого перспективного метода.
Таким образом, для обогащения элювиальных боратовых руд Сатимола, представленных пробой № 4, предложены три принципиальных варианта комбинированной схемы обогащения: первично-гравитационный с отсадкой (вариант А), первично-гравитационный с разделением в тяжёлой суспензии (вариант Б) и третий вариант — первично фотометрический. Эти варианты схем рекомендованы для пилотных испытаний на более габаритных пробах руды в сравнении с ранее испытанными пробами. После сравнительной оценки резуль-
511
татов пилотных испытаний наиболее эффективные варианты схемы будут заложены в проект опытной промышленной обогатительной фабрики, где наряду с производством готовых концентратов будут отрабатываться оптимальные условия обогащения всех разновидностей руд Сатимолы. Учитывая, что процесс промывки необходим для получения качественных концентратов по всем видам схем обогащения, нами рекомендовано в первоочередном порядке до окончательной отработки оптимальной комбинированной схемы обогащения, строительство промывочной установки на месторождении.
Ввиду того, что главные минералы, слагающие руду, частично растворимы в воде, жидкие стоки промывки имеют повышенную ионную силу, содержат большое количество солей жёсткости. Поэтому осветление сточных вод протекает с большой скоростью, осадок эффективно уплотняется, а вода легко очищается от взвешенных частиц. Все процессы обогащения будут проходить на оборотной воде с добавлением свежей в количестве не более 8-9% для возмещения безвозмездных потерь с продуктами обогащения.
Таким образом, в Казахстане на базе элювиальных руд месторождений Сатимола и Индер после соответствующей доработки вопросов технологии и горно-добычных работ будет создана собственная борно-сырьевая база, которая обеспечит внутренние потребности страны и экспорт боропродуктов в связи с высоким спросом на них мирового рынка.
Галогенные борсодержащие руды, слагающие соляные купола месторождений Сатимола и Индер, представленные преимущественно хлоридными и сульфатными минералами щелочно-земельных металлов, являются мощной калийной сырьевой базой. Запасы боратов в солевой толще — крупные, но содержание B2O3 в рудах низкое (в пределах 2-5%). Принципиальная технология получения боратовых концентратов из них разработана [5]. Но требуется решение проблем комплексного использования сырья и утилизации жидких солевых отходов. Это улучшит технико-экономические и экологические показатели процесса переработки борсолевого сырья, которые пока недостаточны.
Выводы
1. Бор и его соединения, благодаря специфике физических, химических свойств и структуры имеют важное значение для многих
512
областей экономики, включая оборонную отрасль, атомную технику, медицину, производство современных строительных и композиционных материалов и т.д.
2. Потребности в боропродуктах внутреннего рынка СССР и экспорт в 15 стран мира с 1959 г. на 85% обеспечивались эксплуатацией Дальнегорского месторождения датолитовых руд в Приморском крае. На базе этого месторождения создано высокотехнологичное производство по выпуску широкого ассортимента боропродуктов, отвечающих по качеству мировым стандартам. До 15% общесоюзного объёма борного сырья в СССР добывалось Индерским боратовым рудником в Казахстане.
3. Для поддержания и развития российской борно-сырьевой базы, которая в ходе перестройки понесла большой урон, необходима доразведка глубоких горизонтов Дальнегорского месторождения, а также проведение поисково-оценочных работ на новых перспективных участках Приморского края.
4. Другие российские месторождения борного сырья людвигит-магнетит-ашаритового состава в Бурятии, в северо-восточной Якутии (Верхоянье) имеют крайне низкое качество руды, весьма труднообо-гатимы, а концентраты из этих руд слабо поддаются переработке. Несмотря на крупные запасы, эти руды имеют очень малую степень изученности и перспектива их освоения не определена.
5. В разных странах СНГ наиболее перспективными для освоения могут быть признаны элювиально-боратовые руды Западного Казахстана — месторождение Сатимола, а также участки бедных руд Индерского месторождения, для обогащения которых ранее разработаны и опробованы разные варианты технологии. Разработаны и рекомендованы для опытно-промышленных испытаний три варианта схем обогащения элювиально-боратовых руд Сатимолы — первично-гравитационные (2 варианта) и первично-фотометрический. После промышленной отработки оптимальной технологии обогащения и вовлечения в эксплуатацию месторождений бедных элювиальных руд в Казахстане будет создана собственная крупная борно-сырьевая база.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Лисицын А.Е., Моисеева Р.Н. Бор. Минеральное сырьё: Справочник. Министерство природных ресурсов РФ. — М.: АОЗТ «ГЕОИНФОРММАРК», 1997.
513
2. Алёхин А.М., Утюгова ТА. Переработка боросиликатных руд. — М.: Недра, 1993.
3. Поиск, разведка и оценка месторождений бора / Под ред. А.Е. Лисицына, И.И. Пастушенко. — М.: Недра, 1983.
4. РатобыльскаяЛ.Д., Моисеева Р.Н., Шпенева В.И. Обогащение боратовых руд. Сб.: Геология, добыча и переработка горно-химического сырья. Вып. 15. Ч. 2. Труды ГИГХС. — М., 1969.
5. Забродин Н.И., БосиякЛ.Е., Рогозина В.Н. Технология получения боратовых концентратов из бороносных солей. Сб.: Технология борных соединений. Труды УНИХИМ. Вып. 40. — Свердловск, 1976. ЕШ
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Юшина Татьяна Ивановна — кандидат технических наук, профессор, заведующая кафедрой «Обогащение полезных ископаемых», Московский государственный горный университет, yuti62@mai1.ru
Лыгач Виктор Никифорович — кандидат технических наук, старший научный сотрудник, профессор кафедры «Обогащение полезных ископаемых», Московский государственный горный университет, victor-gog6@yandex.ru Моисеева Раиса Николаевна — кандидат технических наук, старший научный сотрудник, ИКИМСО РАЕН, victor-gog6@yandex.ru
514
