скачав этот файл () - Проблемы экологической геологии и

РЕФЕРАТ
Исследована возможность усовершенствования применяемой технологии
разработки и обогащения титано-циркониевых песков. Предложена и испытана
новая комплексная схема рудоподготовки и обогащения руд без применения
воды. Доказана принципиальная возможность производства сухим способом из
исходных руд высококачественной глины, маршалита и кварцевого песка с
отгрузкой их потребителям непосредственно из карьера, минуя обогатительную
фабрику «мокрого» цикла обогащения. Выделен и подготовлен к дальнейшему
обогащению сухой «серый шлих», в котором сконцентрированы тяжелые
минералы и незначительная примесь кварца. Продукт подготовлен к
выделению из него в условиях действующей обогатительной фабрики
ильменитового, рутилового, цирконового и других концентратов, которые
могут быть также произведены методами воздушной сепарации.
1
СОДЕРЖАНИЕ
Стр.
ВВЕДЕНИЕ ………………………………………………………..........................3
1. ЛИТОЛОГО-МИНЕРАЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ
ВЫБОР МЕТОДИКИ ОБОГАЩЕНИЯ…………………………………....………4
2. ОБОГАЩЕНИЕ ПЕСКОВ МЕТОДАМИ СУХОЙ СЕПАРАЦИИ………..…..…7
2.1. Использованное оборудование………………………………………………...7
2.2. Процесс обогащения……………………………………..……………………..8
3. ПРОДУКТЫ СЕПАРАЦИИ ……….……………………………………….……..12
ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………..……………….…..15
2
ВВЕДЕНИЕ
Изученные руды представляют собой древние россыпи ильменита,
рутила, циркона и других ценных минералов. Их разработка является примером
рационального,
комплексного
использования
недр
с
одновременным
производством нескольких весьма ценных концентратов.
Вместе с тем, за годы эксплуатации месторождения стали очевидными
и технологические затруднения, связанные с выделением «второстепенных»,
однако весьма ценных и востребованных компонентов руды. В частности,
применение воды для транспортировки и рудоподготовки сырья делает
попутное производство и реализацию имеющейся в рудах глины (в среднем,
15-20%) весьма дорогостоящим и экологически не безупречным процессом.
Возможность сухой рудоподготовки исходного сырья актуален еще и
потому, что на этой стадии можно выделить главный компонент исходной
руды – кварцевый песок, и также сухим способом. Национальная Академия
наук Украины в лице Криворожского отдела проблем экологической геологии
и разработки рудных месторождений предлагает в качестве одного из
вариантов решения вопроса, собственную разработку - способ «сухой»
дешламации с последующей сепарацией песков и выделением следующих
продуктов: глины, кварцевого песка, маршалита и комплексного концентрата
тяжелых минералов, содержащего незначительную примесью кварца (во
избежание потерь рудных минералов). Применительно к способу разработано
действующее лабораторное оборудование (устройство), которое и было
использовано при выполнении данной работы. Предложенная технологическая
схема позволяет производить высококачественную глину, маршалит и
кварцевый песок без использования воды, и отгружать их потребителям
непосредственно из карьера, минуя действующую обогатительную фабрику и
3
ее хвостовое хозяйство. Экономические, экологические и технологические
выгоды предлагаемого варианта очевидны.
Гл. 1. ЛИТОЛОГО-МИНЕРАЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ
ВЫБОР МЕТОДИКИ ОБОГАЩЕНИЯ
Глинистые пески месторождения, благодаря высокому содержанию
россыпеобразующих минералов титана и циркония, хорошо изучены и
детально описаны в многочисленной литературе, включая учебники для вузов.
Потому
в
настоящей
литологические
публикации
характеристики
приведены
руды,
лишь
которые
те
минералого-
определили
выбор
технологической схемы обогащения и эффективность сепарации.
Благоприятными для обогащения являются следующие особенности
руды.
1. Значительная часть ее представлена рыхлой или слабо сцементированной
массой «раскрытых» кварцевых песчинок и глины, свободных от срастаний с
рудными минералами. Это позволяет с минимальными затратами выделить
глину и кварцевый песок в отдельные продукты уже на начальных стадиях
обогащения.
2. Главная масса кварцевых зерен (более 52 %) сосредоточена в крупных классах
песка, а рудных минералов – в тонких классах песка и, частично, в алевритопелитовых классах.
3. Кроме гранулометрических характеристик, минеральные компоненты песков
(кварц, рудные минералы и каолинит) существенно различаются по плотности,
прочностным
характеристикам,
а
глинистые
микрочастицы
еще
и
морфологически. Наблюдается существенная контрастность их технологических
свойств.
4
Приведенные
особенности
песков
обеспечивают
качественную
сепарацию их как по мокрой, так и по сухой схемам, включая гравитационные,
магнитный и комбинированные методы.
Затрудняют обогащение следующие особенности руды.
1. Кварц распространен во многих классах крупности, где ассоциирует как с
рудными минералами, так и с каолинитом.
2. В гипергенных условиях минералы россыпи претерпели изменения. Ильменит
частично замещен лейкоксеном, кварц – маршалитом. Измененные зерна
значительно отличаются от исходных по физическим свойствам, что затрудняет
обогащение.
Минеральные компоненты песка и возможные направления их
использования
В процессе минералого-технологических исследований определен и
выделен маршалит. Он образуется в гипергенных условиях из кварца в ходе
его выветривания. Его появление связано с более поздними, чем седиментация
и
перемыв
песчаной
толщи
процессами,
происходящими
уже
в
континентальных условиях. Поэтому пространственно маршалит локализуется
на месте своего возникновения - вблизи и на поверхности кварцевых зерен
(рис.1).
В продукте сухого обогащения песков маршалит образует однородную
тонкозернистую (доминируют частицы размером 20-60 мкм) фарфоровидную
сыпучую массу белого цвета с желтовато-бурым оттенком (рис. 2). Его
источником послужили выветренные (менее крепкие) и вследствие этого
переизмельченные в процессе рудоподготовки зерна кварцевого песка, а также
природно измельченный кварц из алевритового и пелитового классов песчаной
залежи. Производство маршалитового концентра при обогащении рудных
песков сводится к мобилизации и объединению вновь образованного и
находившегося в песке изначально микрозернистого кварца.
5
Рис.
Обычный
1.
(слева)
и
маршалитизированный
кварц.
Иммерсионный препарат. Увел. 100Х.
Маршалит представляет собой ценный товарный продукт, производимый в
результате помола кварца. Широко используется во многих отраслях. В стекольной
промышленности при производстве хрусталя, оптического стекла, для
обработки
поверхности стекла. В металлургии маршалит широко применяют при изготовлении
формовочных смесей, при чистовой обработке поверхности. Также как огнеупорный
материал во время литья по моделям. Он позволяет снизить воздействие высоких температур
на форму и облегчает извлечение отлитой формы. Применяется также в производстве
пластических
масс.
термореактивных
Повышает
пластмасс.
теплостойкость
Используется
в
и
электроизоляционные
производстве
ПВХ,
для
свойства
наполнения
термопластов и экструдированных стеклопластиков. Придаёт композиции повышенную
прочность, высокую водостойкость и низкую теплопроводность. Маршалит – наполнитель
для декоративных штукатурок, применяется в ландшафтном дизайне. Самое востребованное
– использование как основной составляющей при устройстве наливных промышленных
полов на эпоксидной или полиуретановой основе.
По технологическим свойствам маршалит отличаются от кварца и
глины, и может быть попутно выделен в собственный продукт обогащения
песков.
6
Рис. 2. Концентрат маршалита, выделенный методом сухой сепарации
из песков ильменит-цирконовой россыпи.
ГЛ. 2. ОБОГАЩЕНИЕ ПЕСКОВ МЕТОДАМИ СУХОЙ СЕПАРАЦИИ
2.1.
Использованное оборудование
С учетом отмеченных выше литолого-минералогических особенностей
руды, для выполнения исследований использовано следующее лабораторное
оборудование:
7






Мельница (нестандартное оборудование),
Воздушный циклон (нестандартное оборудование),
Грохот (набор стандартных сит),
Магнитный сепаратор (нестандартное оборудование),
Пылеосадительная камера (нестандартное оборудование),
Вентилятор (стандартный).
При
выборе
оборудования
предпочтение
отдавалось
новым
техническим решениям, хорошо зарекомендовавшим себя при обогащении
различных полезных ископаемых: гематитовых кварцитов, благородных и
редких металлов, сталеплавильных и ферросплавных шлаков, отходов цветной
металлургии и других природных и техногенных руд. По отдельным узлам,
используемым в способе и устройстве, Исполнитель имеет патенты и
положительные решения, по другим – принятые к рассмотрению заявки на
изобретения (патенты).
2.2.
Процесс обогащения
Представленная пробой песчано-глинистая смесь, влажностью 5,5%.
Гранулометрический
состав
определялся
методом
рассеивания
на
лабораторных ситах ЛС-200. Результаты ситового анализа представлены в
таблице 1.
Таблица 1.
Гранулометрический состав пробы песков ильменит-цирконовой россыпи
8
Класс крупности, мм
Выход, %
Порода
+0,315
10,32
+0,25-0,315
42,74
+0,100-0,25
34,33
+0,05-0,100
0,61
Алеврит
-0,05
12,00
Глина
Сумма
100,0
Песок
Из таблицы видно, что более 87% веса пробы представлена песком.
Значительно меньше в ней глины. Имеется незначительная примесь алеврита.
Порода
рыхлая
сыпучая.
Состоит
из
разобщенных
угловатых,
полуокатанных, реже окатанных зерен кварца. Глинистые минералы (в
основном каолинит) обволакивают кварцевые песчинки, образуя легко
отделяемый от обломков цемент контактного или порового типов. Рудные
минералы сосредоточены, в мелкозернистом классе песка.
Высушенная проба навесками по 1000,0 г обрабатывалась в роторной
мельнице. В ней глинистые частицы отделялись от песка и выносились
потоком воздуха из рабочей камеры мельницы в пылеосадительную камеру.
Для определения оптимального режима обработки проб в роторной мельнице
было принято время измельчения от 20 до 180 сек. Результаты испытаний
приведены в таблице 2.
Из
приведенных
данных
следует,
что
оптимальной
продолжительностью обработки пробы в мельнице является 40 сек., когда
зернистый материал в ходе сухой дешламации полностью очищается от
глинистых примесей. Одновременно с удалением глины выделяется концентрат
маршалита в количестве, ориентировочно, от 2-3% до 5-6%, в зависимости от
принятой продолжительности обработки песка в мельнице.
Выделение
промпродукта
глины,
тяжелых
маршалита,
минералов,
кварца,
а
также
подготовленного
для
комплексного
производства
товарных продуктов, предлагается осуществлять согласно следующей схеме
(рис.3.).
Схема включает следующие операции:
1. Сушка добываемой в забое руды.
2. Обработка руды в роторной мельнице и получение глины в самом
начале технологической цепочки.
3. Разделение сыпучего очищенного от глины продукта на грохоте,
выделение чистого кварцевого песка в классе +0,250 мм и направление
промпродукта (класс -0,250 мм) в магнитный сепаратор.
9
4. Разделение сыпучего продукта на магнитный и немагнитный
продукты, где величина магнитной индукции сепаратора составляет ≥ 0,7 Тл.
5. Разделение
немагнитного
продукта
на
аэросепараторах
с
выделением тяжелой фракции в виде промпродукта, содержащего рутил,
циркон, дистен, силлиманит.
Таблица 2.
Выход продуктов переработки песка в роторной мельнице
Гранулометрический
класс, мм
Разгрузка
продукта
20
Продолжительность обработки
пробы в мельнице, сек.
40
60
180
+0,315
16,48
9,34
4,1
2,93
+0,200-0,315
43,90
36,76
32,58
23,7
14,67
16,13
16,57
15,47
9,93
16,47
14,04
13,93
4,05
4,86
7,05
9,86
+0,040-0,071
1,57
1,81
3,12
4,12
-0,040
1,24
1,22
2,76
3,34
-0,020
из циклона 8,16
13,41
19,78
26,65
Сумма
100
100
100
100
+0140-0,200
+0,100-0,200
+0,071-0,100
10
из
мельницы
Исходные пески
100%
Удаление влаги
Роторная мельница
Промпродукт 1
Грохочение
Циклон
82-85%
Маршалит
2-6%
12-15%
Глина
28-35%
Магнитная
сепарация класса
-0,250 мм
Аэросепарация
30-32%
Роторная
мельница
0,5-0,8%
Грохочение
0,3-0,4%
0,2-0,2%
Рис.
3.
Ильменитовый
концентрат
2,0-2,5%
29,5-31%
Песок мелкозернистый
(-025мм)
Цирконовый
концентрат
0,1-0,2%
Промпродукт 2
Принципиальная
схема
цирконовой россыпи сухим способом.
11
45-55%
+0,250 мм
Песок рупнозернистый
обогащения
песков
ильменит-
3. ПРОДУКТЫ СЕПАРАЦИИ
Глина
3.1.
Глина представляет собой наиболее мелкозернистый продукт обогащения
песков (рис. 4). Его выход определяется исключительно содержанием
пелитовой (глинистой) компоненты в исходных песках месторождения.
Продукт
сухой
рыхлый,
имеет
высокую
степень
дисперсности.
По
химическому и минеральному составу также соответствует природному
состоянию глинистой компоненты песков.
Накопление продукта происходит в специальных пылесборниках,
исключающих его распространение в окружающей среде.
3.2.
Маршалит
По гранулометрическом составу маршалит занимает промежуточное
положение между глиной и мелкозернистым песком (рис. 2). В его составе
доминирует кварц. В отличие от природного кварцевого песка, маршалит лишь
частично имеет природное происхождение. Главная его масса, вероятно,
образуется благодаря специфическим условиях обработки исходного материала
в используемой установке. Технологические (потребительские) свойства
данного материала определяются высоким значением удельной поверхности,
весьма
малым
свойствами.
12
насыпным
весом
и
особыми
поверхностно-активными
Рис. 4. Пылевидный продукт обогащения песков Малышевского
месторождения (глина).
3.3.
Песок
Кварцевый песок накапливается на нескольких этапах сухого обогащения
(рис. 5). В зависимости от производственной необходимости и маркетинговых
соображений, установка настраивается на выпуск нескольких классов
крупности песка.
3.4. Ильменитовый («магнитный»), цирконовый, рутиловый
и другие минеральные концентраты
13
а
б
Рис. 5. Кварцевый песок: а - класс +0,250 мм; б - класс -0,250 мм.
Групповые концентраты произведены (без соответствующей доводки) с
целью демонстрации возможностей линии по сухому обогащению песков
ильменит-цирконовой россыпи (рис. 6).
Рис. 6. Произведенные в результате воздушной гравитационномагнитной сепарации промпродукты: а - магнитный промпродукт. Бинокуляр.
Класс (-) 0,200 мм. б - комплексный рутил-ильменит-цирконовый концентрат.
Бинокуляр. Класс (–) 0,200 мм.
Выполненная
НИР
показала
принципиальную
возможность
и
перспективность использования технологии сухого обогащения россыпных
руд. Она позволяет «разгрузить» основную линию обогатительной фабрики,
14
выделив еще в карьере более половины объема рудной массы в виде
высококачественной глины, маршалита и кварцевого песка.
Исполнитель имеет возможность выполнения проектных работ и
изготовления линии необходимой производительности по производству глины,
маршалита и песка, а также ильменитового, цирконового и других
концентратов методами воздушной сепарации.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. Предлагаемое направление «сухого» обогащения подготовленных в роторной
мельнице песков позволяет производить непосредственно в карьере (перед
подачей руды на обогатительную фабрику «мокрого» цикла обогащения)
нескольких товарных продуктов: высококачественную глину в виде сухого
пылевидного высокодисперсного продукта, маршалит, кварцевый песок. Все
продукты имеют влажность до 1-2% и подготовлены к отгрузке потребителям.
2. Оставшийся сухой промпродукт с содержанием тяжелых минералов до 70-80%
(качество может быть изменено по рекомендации Заказчика) направляется на
обогащение по существующей «водной» технологии.
3. Это позволяет, не меняя конечную схему получения концентратов, исключить из
технологического цикла использование пресной воды, осветление технической
воды, сушку продуктов дешламации перед сепарацией их в электростатическом
поле, транспортирование обрабатываемого материала с забоя до фабрики, с
фабрики до склада готовой продукции.
4. Разработанная технология позволяет также выполнить глубокое обогащение
россыпи
сухим
гравитационно-магнитным
способом
ильменитового, цирконового и других концентратов.
15
с
получением