CC BY
81
УДК 622: 541
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МИНЕРАЛЬНОГО ВЕЩЕСТВА ТЕХНОГЕННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ, ПРЕДСТАВЛЕННЫХ
ЗОЛОШЛАКОВЫМИ ОТХОДАМИ И ТЕРРИКОНАМИ ПОДМОСКОВНОГО УГОЛЬНОГО БАССЕЙНА
А.П. Саламатин, А.А. Огер, Н.О. Лукин
В результате аналитических и минералогических исследований установлено закономерное распределение компонентов согласно использованных при обогащении гравитационных и магнитных методов. Степень контрастности технологических свойств была снижена за счет присутствия поликомпонентных сростков. Для наиболее селективного раскрытия монокомпонентов ЗШО и материала террикона рекомендуется в рудоподготовительном цикле использовать оборудование, работающее по принципу динамического воздействия.
Ключевые слова: минералогические исследования, гравитационное обогащение, магнитное обогащение, золошлаковые отходы, террикон, концентрация, технологические свойства, минералы, химический состав.
В результате осуществляемой реструктуризации угольной промышленности России и ликвидации нерентабельных угледобывающих предприятий произошла ликвидация шахт Подмосковного угольного бассейна, Восточного Донбасса и некоторых шахт Кузбасса. Следует отметить, что при добыче и переработке угля масштабы воздействия на окружающую среду, а также техногенная активизация геохимического переноса на территориях горнопромышленных регионов сопоставимы с геологическими процессами [1-4]. Особую остроту приобретают проблемы, связанные с экологическими последствиями, комплексного освоения угольных и техногенных месторождений, предусматривающих глубокую переработку энергетических углей и техногенных отходов. При этом предполагается широкое внедрение физико-химической геотехнологии отработки месторождений бурого угля как в Кузбассе, так и Центральном Федеральном округе. Проблема обеспечения экологической безопасности при комплексном освоении угольных и техногенных месторождений в различных регионах России приобрела исключительную актуальность еще во второй половине ХХ века [5-7].
Фундаментальные теоретические положения и практические рекомендации по обеспечению экологической безопасности при комплексном освоении угольных и техногенных месторождений во многом уже сформулированы [8-10]. Однако аналитический обзор показал, что существующие подходы к обеспечению экологической безопасности при комплексном освоении угольных и техногенных месторождений не отражают взаимосвязи технологических параметров и свойств окружающей среды, а методология экологически рационального
формирования инновационных горнопромышленных кластеров требует дальнейшего развития и совершенствования и, особенно, для условий Подмосковного угольного бассейна [11, 12].
Поэтому исследованы технологические продукты переработки проб золошлаковых отвалов и террикона отходов угледобычи в Тульской области. Изучение вещественного состава пробы проводилось с использованием комплекса методов технологической минералогии, который включает в себя: визуальные и оптические минералогические исследования, в том числе компьютерный имидж-анализ, масс-спектрометрический с индуктивно связанной плазмой (ICP-MS), локальный рентгеноспектральный анализы (микрозондовые исследования).
Для оптических методов исследований использовалась аппаратура фирмы «Nikon»: поляризационный микроскоп ECLIPSE LV100- POL, оптический стереомикроскоп SMZ-1500, оснащенный цифровой фотомикро-графической системой DS-5M-L1, и стереомикроскоп SMZ-645.
Анализ минералов в аншлифах-брикетах и зернах проводился в аналитической лаборатории НИТУ «МИСиС» на инструментальном автоматическом комплексе MLA 650 (FEI Company), включающем сканирующий электронный микроскоп FEI Quanta 650 SEM, оснащенный системой рентгеноспектрального микроанализа с двумя детекторами.
испытательном Центре ФГУП «ВИМС» газометрическим методом. Минералогические исследования с целью определения вещественного состава проведены по технологическим продуктам техногенных местрожде-ний:
гравитационный концентрат обогащения золошлаковых отвалов (ЗШО), сокращенно «концентрат ЗШО»;
магнитная фракция гравитационного концентрата ЗШО; слив переработки ЗШО, сокращенно «слив ЗШО»; хвосты обогащения ЗШО, сокращенно «хвосты ЗШО»; гравитационный концентрат обогащения материала террикона сокращенно «концентрат террикона»;
магнитная фракция гравитационного концентрата материала террикона;
хвосты обогащения террикона, сокращенно «хвосты террикона». Вещественный состав всех проб определялся в аншлифах-брикетах, изготовленных из исходного материала всех технологических продуктов с использованием обычных оптических методов, автоматизированного минералогического анализа, локального рентгеноспектрального анализа. Химический состав проб определялся масс-спектрометрическим методом с индукционно-связанной плазмой, результаты которого приведены в табл. 1,2. Следует учесть, что химический состав этих двух продуктов очень близок, что косвенно может указывать на идентичность их минерального состава. По содержанию оксида алюминия слив и хвосты ЗШО могут быть
перспективными как сырье для получения товарной продукции содержащей алюминий. Основными компонентами в продуктах обогащения материала террикона также являются оксиды кремния, алюминия и железа. Максимальное содержание оксида кремния и минимальное оксида алюминия (88,54 и 1,9 % соответственно) отмечаются в концентрате террикона, при содержании оксида железа в нем 8,1 %. Для магнитной фракции, выделенной из концентрата террикона, характерно наибольшее содержание оксида железа 62,6 %, а для хвостов террикона - наибольшее содержание оксида алюминия (16,1 %). По данным элементного состава технологических продуктов обращают на себя внимание повышенные содержания цинка и свинца. Однако, по данным заказчика, в процессе обогащения произошло заражение всех проб этими компонентами и поэтому, в дальнейшем, их не стоит брать во внимание. Также отмечаются незначительно повышенные содержания хрома, стронция, циркония и бария. Содержание хрома в продуктах прямо коррелирует с содержанием в них оксида железа, что является косвенным признаком того, что хром входит в состав железосодержащих минеральных фаз. Стронций, цирконий и барий - компоненты породообразующих минералов. В технологических продуктах ЗШО и в хвостах террикона отмечаются повышенные содержания ванадия (более 90 г/т). Следует отметить несколько повышенные содержания редкоземельных элементов, особенно в продуктах ЗШО.
Таблица 1
Химический состав технологических продуктов по данным ТСР-М8
Оксид ПО*, % Содержание, %
концентрат ЗШО магнитная фракция концентрата ЗШО слив ЗШО хвосты ЗШО кон-цен-трат тер-рико-на магнитная фракция концентрата террикона хвосты террикона
1 2 3 4 5 6 7 8 9
№20 0,002 0,20 0,10 0,10 0,12 0,025 0,076 0,045
М^0 0,001 0,52 0,20 0,47 0,48 0,041 0,13 0,17
М2О3 0,001 19,9 10,8 29,0 26,4 1,9 4,1 16,1
Р205** 0,006 0,045 < ПО 0,055 0,052 < ПО < ПО 0,023
с ^ ** '-'общ 0,009 0,53 0,19 0,08 0,07 0,75 0,41 1,4
К20 0,003 0,82 0,23 0,75 0,74 0,085 0,060 0,64
СаО 0,003 1,9 1,1 2,5 2,4 0,12 0,51 0,52
ТЮ2 0,0007 0,84 0,43 1,3 1,2 0,42 0,32 0,71
МПО 0,0001 0,044 0,044 0,020 0,024 0,022 0,078 0,0066
Ре20з 0,003 7,4 60,5 7,4 7,7 8,1 62,6 5,1
8Ю2*** 67,80 26,41 58,33 60,81 88,54 31,72 75,29
*ПО - порог обнаружения; ** информационные данные; *** расчетные данные
Таблица 2
Элементный состав технологических продуктов по данным ТСР-М8
Элемент ПО, мкг/г Содержание, г/т
концентрат ЗШО магнитная фракция концентрата ЗШО слив ЗШО хвосты ЗШО концентрат террикона магнитная фракция концентрата террикона хвосты террикона
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Ы 0,03 140 72,7 225 215 7,6 25,1 65,5
Ве 0,01 4,4 3,0 7,9 6,9 0,37 1,4 2,5
8с 0,1 14,3 8,0 18,8 17,7 2,1 3,6 11,5
V 0,6 98,9 78,9 123 113 22,1 72,0 90,8
Сг 0,8 138 93,5 115 114 40,1 117 91,2
Со 0,1 14,9 32,2 16,2 16,1 4,5 23,0 4,7
N1 0,3 61,7 88,4 57,4 56,7 33,3 119 22,8
Си 0,9 65,4 80,7 51,8 52,1 65,4 97,6 47,1
гп 0,4 1402 294 410 310 1277 496 268
ва 0,06 25,8 20,2 40,8 35,4 4,1 13,3 24,4
АЭ 0,07 14,5 7,8 10,4 8,7 6,5 22,4 6,3
8е 0,5 3,9 3,6 4,4 4,0 1,9 3,6 2,9
ЯЪ 0,04 35,3 12,2 23,4 20,8 4,9 3,4 35,6
8г 0,07 195 109 213 195 24,9 72,4 112
У 0,01 56,5 36,0 72,8 68,8 11,5 20,0 18,8
гг 0,06 248 170 334 317 212 143 192
NЪ 0,02 29,4 17,4 46,9 41,4 8,7 10,2 24,2
Мо 0,02 5,6 13,4 4,6 4,8 4,3 13,3 2,8
0,04 < 0.2 < ПО < 0.05 < ПО < 0.4 < 0.09 < ПО
ра 0,06 < ПО < ПО < ПО < ПО < ПО < ПО < ПО
АЙ 0,02 24,6 1,5 2,3 1,3 27,3 3,6 0,72
са 0,03 14,8 1,3 2,8 1,9 15,4 3,9 0,77
8п* 0,05 6,1 4,8 8,7 6,4 7,2 7,8 6,3
8Ъ 0,02 30,8 4,0 4,4 3,1 33,1 11,3 2,8
Те 0,04 0,25 < ПО 0,16 < 0.11 < 0.11 < ПО < ПО
С8 0,005 1,6 0,85 1,3 1,3 0,35 0,26 2,9
Ва 0,03 190 83,7 176 173 45,7 33,8 128
Ьа 0,01 62,5 38,5 79,3 71,8 12,8 12,2 44,5
Се 0,01 134 79,3 169 152 26,4 28,9 92,8
Рг 0,005 15,4 8,4 20,4 18,0 2,9 3,3 9,4
Nd 0,01 53,5 32,0 71,1 66,5 10,6 13,0 34,6
8т 0,006 10,5 6,6 14,9 13,6 2,0 3,0 6,4
Еи 0,006 1,8 1,1 2,5 2,3 0,24 0,44 1,0
0,006 9,9 6,4 14,0 13,0 1,7 3,0 4,8
Суммарные содержания редкоземельных элементов составляют: в концентрате - 316,1 г/т; сливе - 413,3 г/т; хвостах - 376,5 г/т. В магнитной
фракции ЗШО содержание РЗЭ несколько ниже и составляет 192,7 г/т. В продуктах переработки террикона наибольшее суммарное содержание РЗЭ отмечается в хвостах и составляет 206,9 г/т; в концентрате и магнитной фракции - 65,5 и 75,0 г/т соответственно.
В технологических продуктах отмечаются повышенные содержания элементов благородных металлов: золота - в концентрате ЗШО (2-4 г/т), магнитной фракции концентрата ЗШО (0,22 г/т) и сливе ЗШО (<0,04 г/т), а также в концентрате (1,7 г/т) и магнитной фракции (0,43 г/т) террикона; серебра - во всех технологических продуктах; наибольшее содержание этого элемента 24,6 и 27,3 г/т отмечается в концентратах ЗШО и террикона соответственно; родия (элемента металлов платиновой группы) - в концентрате и сливе ЗШО, а также в концентрате и магнитной фракции террикона. В хвостах обогащения ЗШО и материала террикона золото и платиноиды не обнаружено. Содержание серебра прямо коррелирует с содержанием свинца, вероятно, оно присутствует в виде изоморфной примеси в составе галенита.
Таблица 3
Содержание углерода в технологических продуктах ЗШО и террикона
Компонент Содержание, %
концентрат ЗШО магнитная фракция концентрата ЗШО слив ЗШО хвосты ЗШО концентрат террикона магнитная фракция концентрата террикона хвосты террикона
С общ 1,92 0,59 1,60 3,32 1,29 0,92 5,05
С ^ орг 1,26 0,43 1,11 1,60 0,24 0,27 4,32
С ^ неорг 0,66 0,16 0,49 1,72 1,05 0,65 0,73
В продуктах ЗШО максимальное содержание органического углерода (1,60 %) отмечается в хвостах, несколько меньше в концентрате и сливе, что объясняется присутствием в этих продуктах несгоревшего угля (так называемого «недожога»).
В продуктах террикона максимальное содержание органического углерода закономерно отмечается в хвостах (4,32 %), что связано с присутствием в них природного угля (табл. 3). Макроскопическими исследованиями исходного материала технологических продуктов установлено, что пробы золошлаковых отвалов характеризуются песчанистой размерностью, состоят из мелких обломков кварца, светлоокрашенных алюмосиликатов, темноцветных шлакоподобных агрегатов и шаровидных железистых образований (рис. 1).
Основное количество таких железистых образований сконцентрировано в магнитную фракцию.
По внешнему виду концентрат, слив и хвосты золошлаковых отвалов очень похожи, что свидетельствует о близости их минерального состава.
Исследованиями аншлифов-брикетов, изготовленных из исходного материала технологических продуктов, под микроскопом в отраженном свете, при котором алюмосиликатные минеральные фазы имеют темно-серую окраску, а фазы, в составе которых фиксируются элементы черных и цветных металлов, характеризуются более яркими цветами, установлено, что в концентрате, сливе и хвостах ЗШО основная доля (около 50 %) приходится на обломки кварца (рис. 2), часто трещиноватых, в редких случаях с микровключениями магнетита и гематита.
В подчиненном количестве присутствуют алюмосиликатные фазы, характеризующиеся неоднородной рельефной поверхностью, а также железосодержащие алюмосиликатные фазы, пирит, железная стружка и полые шаровидные выделения магнетита.
Рис. 1. Общий вид продуктов золошлаковых отвалов (изображение под стереомикроскопом): а - концентрат; б - магнитная фракция концентрата ЗШО; в - слив; г - хвосты
а б
Рис. 2. Общий вид продуктов золошлаковых отвалов (изображение в отраженном свете): а - концентрат; б - магнитная фракция концентрата ЗШО; в - слив; г - хвосты
Размер обломков кварца и алюмосиликатных фаз колеблется от 30 до 250 мкм; железной стружки и пирита - 100... 120 мкм; шаровидного магнетита - 30.50 мкм. Магнитная фракция концентрата ЗШО представлена шаровидными образованиями с неоднородным внутренним строением и составом, магнитная восприимчивость которых обусловлена присутствием в них того или иного количества магнетита. По составу выделяются магнетитовые, гематитовые, гематит-магнетитовые, магнетит-алюмосиликатные минеральные фазы; по внутреннему строению - массивные однородные и неоднородные со структурой распада твердых растворов, а также полые и частично полые; по форме - шаровидные, изомет-ричные, неправильные. Размер зерен 20.100 мкм.
Макроскопически концентрат террикона характеризуется желтоватой окраской, представлен преимущественно разнозернистыми обломками кварца (от 0,05 до 0,5 мм, в редких случаях до 1,0 мм), в которых по поверхности и микротрещинам развиваются гидроксиды железа. Кроме того, значительное количество зерен кварца содержит гематит в виде микровключений. Реже отмечаются обломки полевых шпатов, гематита в срастании с алюмосиликатами, а также единичные зерна магнетита (рис. 3 - 4). Магнитная фракция, выделенная из концентрата террикона, представлена разнозернистым материалом, размер частиц которого колеблется в очень широком диапазоне - от 0,05 до 1,5 мм. Магнитная фракция на 60 % состоит из крупных (0,5.1,5 мм) обломков металлического железа, окис-
ленных в различной степени, на 25 % из мелких железосодержащих шаровидных выделений черного цвета (0,05...0,2 мм) и на 15 % из обломков кварца размером 0,1.0,35 мм с включениями магнетита и гематита. Для улучшения качества магнетитового концентрата магнитную сепарацию следует проводить на классифицированном материале. Хвосты террикона представлены обломками кварца, алюмосиликатов, железосодержащих минеральных фаз, размер которых колеблется в широких пределах - от 0,03 до 1,5 мм. Микроскопически концентрат террикона характеризуется резким преобладанием кварцевых зерен различной степени окатанности -от полуокатанных до угловатых с преобладающим размером зерен 100.200 мкм.
Рис. 3. Общий вид продуктов шахтного террикона (изображение под стереомикроскопом): а - концентрат; б - магнитная фракция
террикона; в - хвосты
Поверхность зерен кварца ровная, иногда слабо трещиноватая; вдоль трещин и по поверхности развиваются тонкодисперсные глинистые образования; включения гематита отмечаются только в краевых частях об-
ломков кварца в ассоциации с глинистыми образованиями. Для получения кварцевого концентрата более высокого качества возможно удаление железисто-глинистых образований методом кавитации.
Магнитная фракция террикона представлена крупными обломками техногенного происхождения, внутреннее строение которых крайне неоднородно, а также шаровидными магнетит-гематитовыми образованиями, размер которых намного меньше, чем техногенных обломков. Обломки представлены агрегатами гематита, магнетита, гидроксидов железа и алю-мосиликатных минеральных фаз, присутствующих в различных количествах.
Рис. 4. Общий вид продуктов шахтного террикона (изображение в отраженном свете): а - концентрат; б - магнитная фракция концентрата террикона; в - слив; г - хвосты
Центральные части обломков более плотные, массивные, магнетит и гематит в них присутствует в виде сплошных масс или в виде ксено-морфных частиц, заключенных в матрице кварца и алюмосиликатов. Краевые части обломков сильно пористые, «рванные», обычно представлены мелкозернистыми агрегатами гематита, гидроксидов железа и алюмосиликатов. В магнитной фракции террикона наблюдаются светлоокрашенные
частицы алюмосиликатных минералов, размер которых много меньше размера техногенных железосодержащих минеральных фаз, но превышает размер шаровидных гематит-магнетитовых фаз. Хвосты террикона на 35.40 % состоят из ксеноморфных с сильно зазубренными контурами зерен алюмосиликатов размером 100.120 мкм и на 55.60 % из более крупных обломков кварца размером 300.450 мкм. Остальная доля приходится на частицы, в составе которых визуализируются оксиды и гидрокси-ды железа. С целью выявления минеральных фаз, являющихся концентраторами компонентов (железа, алюминия, кремния), преобладающих в технологических продуктах, был проведен автоматизированный минералогический анализ (МЬЛ).
Статистическая обработка результатов позволяет определить относительное содержание минералов, гранулометрический состав частиц и минералов, получить качественную и количественную характеристику минеральных агрегатов, степень раскрытия сростков.
Пошаговая обработка материала технологических продуктов при проведении данного вида анализа заключается в следующем:
препараты, изготовленные из технологических продуктов, исследовались методом ХВЗЕ-БТВ (рентгенографический анализ поверхности, выделение минеральных фаз по уровню серого цвета, пошаговый точечный рентгеноспектральный анализ каждой минеральной фазы);
на исходных изображениях в обратно рассеянных электронах (рис. 5а, 5в, 5д, 5ж; рис. 6а, 6в, 6д) по яркостным характеристикам были выделены минеральные агрегаты, яркость которых выше фона;
участки с одинаковыми яркостными параметрами и близким элементным составом выделялись в отдельную фазу;
составление базы данных минералов на основе идентификации полученных спектров и ее обработка; результирующее изображение расклассифицированных минеральных агрегатов, по которому осуществлялась последующая статистическая обработка, показано на рис. 5б, г, е, з, 6,б, г, е.
Все минеральные фазы, определенные автоматизированным минералогическим анализом, исследовались под электронным микроскопом с применением микрозондового анализа с целью определения их химического состава. Природные фазы представлены наиболее часто встречаемыми кварцем, оксидами и гидроксидами железа (гематит, магнетит, гетит), а также полевыми шпатами (ортоклаз, альбит, плагиоклаз), биотитом, хлоритом, карбонатами (кальцит, доломит), монацитом, цирконом, ангидритом, рутилом и ильменитом.
Условные цвета минеральных фаз:
- Гётит - Биотит - Сульфат Ев - 112А1г0ъ-8Юг-80ъ-тЕвг0ъ
- Гематит - Хлорит - Монацит - 6$Юг-А1гОът-СаО-пЕв;Рз
- Кварц - Кальцит - А/20З-&02 1_1 - А/2О3-2&О2Ев2О3
- Ортоклаз - Доломит - А120з-28Ю2 - 2А/20з-4^702-МЯ0
- Альбит - Рутил -тА/2О3-пЕв2О3 - Циркон
- Плагиоклаз 1_1 - Ильменит - &О2Ев2Оз ■ - Ангидрит
- Прочие минералы
Рис. 5. Изображение технологических продуктов ЗШО в обратно рассеянных электронах (а, в, д, ж) и классифицированное в соответствии с базой данных (б, г, е, з): а, б - концентрат; в, г - магнитная фракция концентрата; д, е - слив; ж, з - хвосты
Условные цвета минеральных фаз:
- Гётит - Биотит - Сульфат Гв - 1/2Л/203-5>'02-503-тГв203
- Гематит - Хлорит - Монацит - 68\02-Л1203тСа0п¥в203
- Кварц - Кальцит - Л120з-&02 [Л - А1203-28Ю2-Ре203
- Ортоклаз - Доломит - Л120з-28Ю2 - 2Лl20з■4Si02■Mg0
- Альбит - Рутил -тЛ1203пГв203 - Циркон
- Плагиоклаз и - Ильменит - &02-Гв203 1 1 - Ангидрит
- Прочие минералы
Рис. 6. Изображение технологических продуктов террикона в обратно рассеянных электронах (а, в, д) и классифицированное в соответствии с базой данных (б, г, е): а, б - концентрат; в, г - магнитная фракция
концентрата; д, е - хвосты
Техногенные минеральные фазы представлены алюмосиликатами переменного состава, в которых в качестве второстепенных компонентов присутствуют Mg, Са, Гв. В табл. 4 приведен минеральный состав технологических продуктов ЗШО и террикона. Установлено, что, помимо природных минералов, которые идентифицированы по справочной литературе, фиксируются техногенные минеральные фазы, в составе которых
присутствуют кремнезем, глинозем и оксид железа, не имеющие аналогов в справочной литературе.
Таблица 4
Минеральный состав технологических продуктов ЗШО и террикона
Минеральная фаза Содержание, %
концен- маг- слив хвосты концен- маг- хво-
трат нитная ЗШО ЗШО трат нитная сты
ЗШО фракция концентрата ЗШО террикона фракция концентрата террикона террикона
Гетит 0,43 2,99 0,29 0,38 0,03 7,38 0,19
Магнетит, гематит 4,24 64,63 3,54 5,36 8,16 61,10 1,72
Кварц 52,03 4,15 16,99 28,23 87,47 19,29 56,37
А1203-8Ю2 0,95 0,15 2,48 1,13 0,46 0,01 0,28
А1203-28Ю2 28,96 10,76 64,31 47,68 0,94 1,15 37,68
шА1203-пРе203 0,07 0,93 0,02 0,20 - 2,29 -
8Ю2-Ре203 0,56 4,70 0,38 0,94 0,10 2,00 0,05
1/2А1203-8Ю2-803-шРе203 0,21 1,76 0,24 0,34 0,16 1,70 1,53
68Ю2-А1203-шСа0-пРе203 4,19 3,83 6,71 5,69 0,03 3,31 -
А1203-28Ю2-Ре203 1,75 4,88 1,66 2,40 0,04 1,22 0,96
2А1203-48Ю2-Мй0 1,43 0,20 1,47 1,51 0,17 Зн. 0,40
Сульфаты Бе 0,02 0,18 0,01 0,05 0,01 0,14 0,04
Монацит - - 0,01 0,04 - - -
Циркон 0,28 - 0,02 0,04 0,44 0,03 0,01
Ангидрит - - - - 0,01 - 0,22
Рутил 0,27 0,01 0,16 0,19 0,12 - 0,18
Ильменит 0,17 0,15 0,05 0,17 0,49 0,17 0,11
Биотит 0,26 0,05 0,06 0,15 - - 0,02
Хлорит 0,30 0,02 0,02 0,04 - 0,03 0,01
Ортоклаз 1,27 0,06 0,24 1,13 1,27 0,07 0,06
Альбит 1,51 0,06 0,16 3,48 0,03 0,01 0,05
Плагиоклаз 0,49 0,03 0,55 0,28 - 0,03 -
Кальцит 0,20 0,07 0,13 0,21 0,01 - -
Доломит 0,05 0,01 0,02 0,05 - - -
Прочие 0,36 0,38 0,48 0,31 0,06 0,07 0,12
Сумма 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0
По данным МЬЛ, в терриконе, помимо природных минералов, присутствуют техногенные минеральные фазы, что свидетельствует о том, что в материале террикона присутствуют продукты золошлаковых отвалов. Таким образом, условно было выделено 8 групп, усредненный химический состав которых соответствует следующим химическим формулам: А/20З-&02; А/20З'2&'02; тЛ!20упГв20з; ^101-¥е10з\ И2Л110з^101-S0з•mFe20з\ 6^101-Л/10ъ-тСа0 п¥е10ъ\ Л/10ъ-2^101-¥е10ъ\ 2Л/10ъ-4^101-^^0. Как видно из табл. 4, во всех продуктах ЗШО и террикона преобладающими минеральными фазами являются кварц, Л/203-2БЮ2, гематит и магнетит; в меньших количествах отмечаются 6Si02•Л/203•mCa0• ■пГв203 и 2Л/203•4Si02•Mg0; остальные фазы присутствуют в резко подчиненных ко-
личествах. Поэтому анализ сростков будет дан только для основных и второстепенных фаз. В технологических продуктах данным видом анализа были определены галенит и сфалерит, но поскольку эти минералы являлись привнесенными, из дальнейшей обработки они были исключены.
В продуктах ЗШО основным концентратором алюминия является фаза А/2О3-2&'О2, в которую распределено от 63,00 до 87,38 % компонента; кремния - кварц и фаза А/2О3-2БЮ2, причем в концентрате основная доля компонента приходится на кварц (70,15 %), в магнитной фракции и сливе -на фазу А/2О3-25Ю2 (38,42 и 60,66 % соответственно), а в хвостах - доля кремния в этих двух фазах близка (45,02 % распределено в кварц и 41,93 % в фазу А/20з-2Б102). Основными концентраторами железа в магнитной фракции являются магнетит и гематит, в которые распределено 85,39% компонента; в концентрате, сливе и хвостах помимо магнетита и гематита значительная доля железа (34,98, 51,12 и 37,75% соответственно) распределена в алюмосиликатные фазы, в составе которых железо присутствует как второстепенный компонент или как примесь.
Несколько иное распределение кремния, алюминия и железа по минеральным фазам в продуктах террикона. Основным минералом-концентратором кремния во всех технологических продуктах является кварц, в который распределено от 72,14 % до 97,91 % компонента. Распределение алюминия по минеральным фазам следующее: в концентрате и хвостах основная доля компонента приходится на фазу А/2О3-2БЮ2 (36,50 и 95,03% соответственно), кроме того в концентрате значительная доля алюминия приходится также на ортоклаз и фазу А/2О3-БЮ2 (24,05 и 28,60 % соответственно).
В магнитной фракции основной фазой-концентратором является тА/2О3пЕв2О3 с распределением в ней 41,86 %, менее значимых алюмоси-ликатных фаз А/2О3-25Ю2, 6Б1О2-А/2О3-тСаО-пЕв2О3, А/2О3-28Ю2Ев2О3 с распределением в них соответственно 18,09, 17,74 и 10,37% алюминия. Основная доля железа во всех продуктах приходится на магнетит и гематит (от 44,47 до 95,25 %), а в хвостах террикона также на железосодержащие алюмосиликатные фазы (47,34 %).
В продуктах ЗШО все анализируемые минеральные фазы присутствуют преимущественно в виде полиминеральных сростков. Поскольку по данным ЮР-МБ в концентрате, сливе и хвостах ЗШО отмечаются повышенные содержания оксида алюминия и данные продукты перспективны для получения этого компонента, поэтому представляют интерес не только алюмосиликатные фазы, в которых высока доля алюминия, но и железосодержащие минеральные фазы, «загрязняющие» данные технологические продукты. Так, в концентрате ЗШО оксиды железа (гематит, магнетит), составляющие 4,24 %, присутствуют преимущественно в виде микровключений размером до 2 мкм в кварце, полевых шпатах и безжелезистых алюмо-силикатных фазах, однако распределение оксидов железа в данные типы
сростков составляет всего лишь 5,57 % при доле сростков 27,81 %. Основная доля оксидов железа (59,54 %) приходится на богатые сростки, в которых они ассоциируют с железистыми алюмосиликатами. Размер оксидов железа в таких сростках не превышает 25,25 мкм. Плотность рядовых и богатых сростков составляет 3,63.5,19 г/см .
Магнитные фракции, выделенные из концентратов ЗШО и террикона, характеризуются высоким содержанием оксидов железа (64,63 и 61,10 % соответственно). Кроме того, в магнитной фракции ЗШО отмечается высокая доля фазы Л/203•2Si02 (10,76 %), а в магнитной фракции террикона - кварца (19,29 %).
В магнитной фракции ЗШО только 11,37 % всех проанализированных частиц не содержит оксидов железа. Преобладающими в данной фракции являются рядовые и богатые сростки, а также свободные частицы, суммарная доля которых 74,61 % с распределением в них 97,98 % оксидов железа. Размер оксидов железа в рядовых сростках 2,79-5,58 мкм, в богатых 6,62.26,42 мкм, свободных частиц - в среднем 18,34 мкм. В срастании с оксидами железа в сростках присутствуют алюмосиликатные фазы.
Фаза Л/203•2Si02 в магнетитовом концентрате ЗШО присутствует в значительных количествах во всех типах сростков. В бедных сростках с данной фазой ассоциируют оксиды железа, доля которых в сростках достигает 35,67.42,54 %, алюмосиликатные железистые и безжелезистые фазы, кварц. Высокая доля оксидов железа в бедных сростках приводит к увеличению их плотности до 3,54.3,77 г/см . Преобладающее количество рядовых и богатых сростков имеют плотность менее 3,0 г/см .
Выводы
1. По данным химического анализа основными компонентами в продуктах (концентрат, магнитная фракция концентрата, слив, хвосты) зо-лошлаковых отвалов (ЗШО) являются оксиды кремния, алюминия, железа и кальция. Максимальное содержание оксида железа (60,5 %) отмечается в магнитной фракции, оксидов кремния и алюминия - в сливе и хвостах ЗШО (8Ю2 - 58,33 и 60,81 % соответственно и А1203 - 29,0 и 26,4 % соответственно).
2. Основными компонентами в продуктах террикона (концентрат, магнитная фракция концентрата, хвосты) являются: в концентрате - оксид кремния (88,54 %); в магнитной фракции - оксид железа (62,6 %); в хвостах - оксиды кремния и алюминия (75,29 и 16,1 % соответственно).
3. По данным анализа во всех продуктах ЗШО присутствует органический углерод вследствие неполного сгорания природного угля. Наибольшее содержание органического углерода (1,60 %) отмечается в хвостах ЗШО. В продуктах террикона максимальное содержание органического углерода закономерно отмечается в хвостах (4,32 %), что связано с присутствием в них природного угля.
4. В продуктах ЗШО основным концентратором алюминия является фаза Al2O3-2SiO2; кремния - кварц и фаза Al2O3-2SiO2; железа - магнетит и гематит.
5. В продуктах террикона основным минералом-концентратором кремния является кварц; алюминия - в концентрате и хвостах фаза Al2O3-2SiO2, в магнитной фракции - фаза mAl2O3-nFe2O3, в меньшей степени ортоклаз, фазы Al2O3-SiO2; Al2O3-2SiO2; 6SiO2-Al2O3-mCaO-nFe2O3 и Al2O3-2SiO2-Fe2O3; железа - магнетит и гематит, а в хвостах террикона также железосодержащие алюмосиликатные фазы.
Список литературы
1. Качурин Н.М., Ефимов В.И., Воробьев С.А. Методика прогнозирования экологических последствий подземной добычи угля в России // Горный журнал. 2014. №9. С. 138-142.
2. Scientific and practical results of monitoring of anthropogenic influence on mining-industrial territories environment / N.M. Kachurin, S.A. Voro-bev, T.V.Korchagina, R.V. Sidorov // Eurasian Mining. 2014. №2. P. 44-48.
3. Качурин Н.М., Калаева С.З., Воробьев С.А. Получение магнитных жидкостей из отходов // Обогащение руд. 2015. №2. С.47-52.
4. Kachurin Nikolai, ^mashchenko Vitaly, Morkun Vladimir. Environmental monitoring atmosphere of mining territories // Metallurgical and Mining Industry. 2015. № 6. P. 595-598.
5. Качурин Н.М., Комиссаров М.С., Дианов Ю.Ю. Экологическая логистика транспортирования полезных ископаемых при открытом способе добычи // Безопасность жизнедеятельности. 2012. № 12. С. 38-41.
6. Качурин Н.М., Комиссаров М.С., Королева О.С. Математическое моделирование загрязнения воздуха в приземном слое предприятиями минерально-сырьевого комплекса // Изв. вузов. Горный журнал. 2012. № 4. С. 46 - 50.
7. Качурин Н.М., Комиссаров М.С., Королева О.С. Диффузия пыле-газовых примесей в атмосфере от точечного источника загрязнения воздуха // Изв. вузов. Горный журнал. 2012. № 5. С. 73 - 79.
8. Разработка пылеуловителей нового поколения / Я.В. Чистяков [и др.] // Экология и промышленность России. 2013. №5. С.
9. Перспективы экологически безопасного использования отходов производства на территориях горнодобывающих регионов / Н.М. Качурин [и др.] // Безопасность труда в промышленности. 2014. № 9. С. 81-84.
10. Экологические последствия закрытия угольных шахт Кузбасса по газодинамическому фактору и опасности эндогенных пожаров на отвалах / Н.М. Качурин [и др.] // Экология и промышленность России. 2015. №4. С.
11. Оценка геоэкологических последствий подземной добычи полезных ископаемых // VI International Geomechanical Conference Federation of the Scientific Engineering Unions in Bulgaria. Varna. 2014. P. 323 - 331.
12. Kachurin Nikolai M., Vorobev Sergei A., Bogdanov Sergei M. Evaluating Polluting Atmosphere be Mining Enterprises and Optimizing Prophylactic Measures Resources // 5 th International Symposium. Mining and Environmental Protection. Vrdnik. Serbia. 2015. P. 135-140.
Саламатин Александр Петрович, канд. техн. наук, научный сотрудник, ecology@ tsu.tula.ru , Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Огер Алексей Александрович, асп, galina [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Лукин Никита Олегович, асп, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет
TECHNOLOGICAL PROPERTIES OF MINERAL SUBSTANCE OF ANTHROPOGENIC DEPOSITS ARE PRESENTED BY ASH-SLAG WASTES AND DUMPS OF MOSCOW COAL BASIN
A.P. Salamatin, A.A. Oger, N.O. Lukin
Regular distribution components were submitted as result of analytic and mineralogy researches according used gravitation and magnetic methods of concentration. Contrast index of technological properties was decreasing at the expense of attending poly-component junctions. It's recommended using equipment which functioning by dynamic effect principal in mining development cycle for most selection opening mono-components of ash-slag wastes.
Key words: mineralogy researches, gravitation concentration, magnetic concentration, ash-slag wastes, dump, concentration, technological properties, minerals, chemical composition.
Salamatin Alexander Petrovich, Candidate of Science, Scientific Associate, ecology @tsu.tula.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Oger Alexei Alexandrovich, postgraduate, galina_stas@,mail.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Lukin Nikita Olegovich, postgraduate, galina_stas@,mail.ru, Russia, Tula, Tula State University
