Брагина В.И., Брагин В.И. Технология обогащения полезных ископаемых

Подождите немного. Документ загружается.

191

тивность его замены оксиэтилированными алкилфенолами типа Неонола

с более высокой степенью оксиэтилирования [38]. Установлено их зна-

чительно большее диспергирующие действие по отношению к кальцие-

вым мылам карбоновых кислот, что позволяет эффективнее флотировать

апатит при повышенном содержании катиона кальция в пульпе. Рекомен-

дуемые реагенты характеризуются более высокой биоразлагаемостью в

сточных водах и водоемах, имеют меньшую стоимость. На АНОФ-2

ОАО «Апатит» были проведены сравнительные промышленные испыта-

ния ОП-4 и Неонола АФ 9-10 при флотации апатита в условиях 80 %-го

водооборота. В результате была показана возможность получения рав-

ных технологических показателей при меньшем на 15–20 % расходе Не-

онола. Неонол АФ 9-10 был внедрен на ОАО «Апатит». Его использова-

ние повышает экономическую эффективность и экологическую безопас-

ность апатитового производства.

Камерный продукт апатитовой флотации, в основном, представ-

лен эгирин-авгитом и полевым шпатом. Выделение последних может

быть осуществлено несколькими методами, в частности, магнитной се-

парацией в сильном поле и флотацией.

Из исследуемых сульфонатов [16] наиболее флотоактивным ока-

зался ВАС-1 с молекулярной массой 460. Несмотря на достаточную тех-

нологическую проработку процесса получения ВАС-1 и его апробацию

при флотации апатито-нефелиновых руд, создание промышленного про-

изводства имело трудности из-за дефицитности исходного сырья, а так-

же нахождения его за пределами России (Горловский химический завод,

Украина). Совместное применение жирнокислотного собирателя и высо-

комолекулярных алкилбензолсульфонатов (ВАС-1, ПАБС) для флотации

темноцветных минералов по предлагаемой технологии, включающей в

себя доизмельчение крупной фракции хвостов апатитовой флотации и

введение второй контрольной флотации апатита, позволяет повысить ка-

чество нефелинового концентрата более чем на 1% и получать коллек-

тивный концентрат темноцветных минералов с содержанием P

не бо-

лее 0,7 %.

Предложена схема комплексного извлечения полезных компонен-

тов из апатитовых эгиринитов с нижеприведенным режимом при ниже-

следующем расходе реагентов, г/т:

192

Основная флотация апатита:

Перечистая флотация апатита:

I перечистка – ОКС-1 10

II перечистка – ОКС-1 10

Флотация слюды:

сода 500

АНП-14 500

Флотация эгирина:

NaOH 200

ТЖК 1000

керосин 500

Режим магнитной сепарации:

сила тока, А 2,5

При этом получают апатитовый концентрат с содержанием

34–39,9 % Р

, 0,38–0,19 % Fе при извлечении 81–94 % Р

; эгирино-

вый – с содержанием эгирина 92–96 % при извлечении 68–86 % и поле-

вошпатовый – с содержанием последнего 96 % при извлечении 91 %.

Апатитизированные ийолиты обогащались по гравитационно-

флотационной схеме с целью полного и качественного выделения слю-

ды. Крупная слюда из исходной руды извлекалась концентрацией на

столах, мелкая – флотацией катионным реагентом АНП-14 из хвостов

апатитовой флотации.

Апатит выделялся методом флотации из тяжелой фракции кон-

центрационных столов, измельченной и объединенной с классом –0,3 мм

от исходной руды. Использовались традиционные реагенты – сода, жид-

кое стекло, ТЖК, оптимальный расход которых, соответственно, соста-

вил – 500, 1000 и 600 г/т.

Флотация пироксена велась с применением соды (500 г/т),

МДТМ (1000 г/т) и керосина (500 г/т). Камерный продукт пироксеновой

флотации содержал 87–88 % нефелина (28,6 % Аl

). Чтобы повысить

содержание в нем Аl

до кондиционного 29 % , он обрабатывался га-

шеной известью (800 г/т СаО, рН = 11,7). Флотация велась без добавле-

ния собирателя.

В результате исследований была рекомендована гравитационно-

200–500

200–1000

100–160

200–600

сода

жидкое стекло

ОКС-1

ТЖК

193

флотационная схема комплексного обогащения ийолитов месторожде-

ния Маган, позволяющая получать апатитовый концентрат с содержани-

ем Р

36,7 %, Fе – 0,25 % при извлечении Р

87%; слюдяной – с со-

держанием слюды 93 % при извлечении 76 %; пироксеновой – с содер-

жанием пироксена 95 % при извлечении 99 %; нефелиновый – с содер-

жанием Аl

29,8 % при извлечении Аl

49 % (нефелина 70 %).

Таким образом, из апатитовых руд Маймеча-Котуйской провин-

ции можно получить апатитовый, нефелиновый, эгириновый, слюдяной

и полевошпатовый концентраты. Области использования апатитового, не-

фелинового и эгиринового концентрата описаны в начале этого параграфа.

Слюдяной концентрат может найти применение в строительстве,

резиновой и электронной промышленности, в радиотехнике и электронике.

Полевошпатовый концентрат соответствует ГОСТу для изготов-

ления изделий из темноцветного стекла.

Помимо рассмотренных выше минералов в апатитовых рудах

могут содержаться довольно редкие из них. Например, в рудах Чукту-

конского месторождения кроме фосфатных и железосодержащих мине-

ралов присутствуют в значительных количествах флоренсит, гояцит, мо-

ноцит и пирохлор.

Разработанная схема (рис. 8.3) позволяет получать фосфатный,

черновой ниобиевый концентраты и редкометалльный продукт.

Разработанные схемы можно упростить, используя флотационные

колонны [39].

Флотационная колонна обеспечивает эффективную перечистку

концентрата основной флотации в одну операцию вместо трех по суще-

ствующей технологии. В колонной флотомашине создаются благоприят-

ные условия для флотации крупных зерен апатита, что приводит к сни-

жению его потерь с крупными классами. Энергетические затраты при

эксплуатации колонных флотомашин будут существенно ниже по срав-

нению с механическими и пневмомеханическими флотомашинами.

В заключении отмечено, что по результатам испытаний фирмой изгото-

вителем СРТ (Канада) рассчитаны параметры промышленных колонных

флотомашин и гарантирован рост извлечения Р

на 1 %.

Проведенные исследования, описанные в работе [46], позволяют

сделать следующие выводы: основная масса складируемых пород не

претерпевает изменений минерального состава и может рассматриваться

как источник сырья отсроченного пользования; для промстоков хвосто-

хранилище играет роль фильтра, задерживающего до 98 % взвесей; ос-

новным фактором загрязнения окружающей среды является ветровая

эрозия дневной поверхности хвостохранилища.

194

Рис. 8.3. Принципиальная схема обогащения фосфатно-редкометалльной руды

Чуктуконского месторождения

195

9. ТЕХНОЛОГИЯ ФОСФОРИТОВ

Лекция 18

План лекции:1.Характеристика руд и месторождений [10 с 254-255,46 с 46-49]

2. Технические требования к рудам и концентратам [46 с 49-51]

3. Промывка и избирательное дробление [10 с 259-260,46 с 51-57]

4. Радиометрическая сепарация [46 с 57-58]

Фосфориты представляют собой осадочную горную породу, со-

стоящую из различных минералов (кварца, глауконита, кальцита, доло-

мита и др.) и фосфата. Фосфатное вещество фосфорита состоит из высо-

кодисперсного фторапатита или минералов, близких к нему. Встречаю-

щиеся незначительные колебания параметров апатитовой решетки фос-

фатного вещества фосфоритов, показателей преломления, удельных ве-

сов и других свойств зависят, вероятно, от тех или иных изоморфных

замещений в решетке апатита.

Фосфатное вещество фосфоритов чаще всего встречается в виде

так называемой аморфной разновидности и в значительно меньшей сте-

пени в виде окристаллизованной. У аморфного или коллоидного фосфа-

та при микроскопическом исследовании шлифов поляризация не заметна

или выражена очень слабо (кристаллики меньше одного микрона). Кро-

ме фосфатов, в фосфоритах присутствует кварц, халцедон, кальцит, до-

ломит, глауконит и другие минералы, а также органическое вещество.

Окраска фосфоритов неопределенная. Встречаются фосфориты

желтоватые с коричневым оттенком, бурые с зеленоватым оттенком и

серые разнообразных оттенков – светлых и темных. Цвет фосфоритов в

основном зависит от сопутствующих примесей: органическое вещество

придает им темный цвет, железо окисное – бурый тон, железо закисное –

зеленоватый цвет, примесь марганца вызывает черную окраску (особен-

но на поверхности фосфорита), примесь глауконита – зеленоватый отте-

нок и т.д.

Удельный вес фосфоритов равен 2,8–3,0 г/см

. Твердость по шка-

ле Моосса составляет от 2 до 4.

Фосфор входит в состав целого ряда других минералов. Боль-

шинство из них, однако, встречается в природе очень редко и не имеет

поэтому промышленного значения.

По данным Г.Берга, относительное распространение разных фос-

фатов в земной коре (в %) следующее: апатит и фосфорит – 95; амблиго-

196

нит, вивианит – 3; монацит – 1; вавеллит, варисцит, пироморфит, крау-

рит, триплит – 0,5; остальные фосфаты – 0,5.

9.1. Характеристика руд

и месторождений фосфоритов

Фосфориты – это породы экзогенного происхождения, связанные

с геологическими процессами, протекающими в поверхностных частях

земли, которые в данном случае приурочены, главным образом, к мор-

ским отложениям.

Встречаются также месторождения, обязанные своим происхож-

дением вторичным процессам, протекающим в континентальных усло-

виях. Наконец, известны фосфоритные залежи, в которых под влиянием

высокой температуры и давления все минералы, в том числе и фосфат-

ные, претерпели глубокие изменения. Это так называемые метаморфизо-

ванные месторождения.

Классификация фосфоритных месторождений, предложенная

Б.М. Гиммельфарбом, охватывает основные наиболее типичные место-

рождения фосфоритов.

Классификация делит фосфоритовые месторождения на три типа:

два основных типа месторождений осадочных фосфоритов – платфор-

менные и геосинклинальные и третий тип – месторождения метаморфо-

генных фосфоритов.

Каждый из первых двух типов месторождений подразделяется по

крупности фосфоритоносных компонентов на три подтипа: месторожде-

ния желваковых, зернистых и ракушечных, пластовых (микрозернистых)

фосфоритов.

Месторождения желваковых фосфоритов представляют собой

горную породу, в которой находятся, с различной степенью концентра-

ции, отдельные конкреции (желваки) фосфоритов. Вмещающей породой

служат песок, глина, мел, известняк, фосфоритная плита, фосфоритный

конгломерат и др. Желваки имеют неправильную форму, обычно неров-

ную, бугристую поверхность темно-серого или бурого цвета. Они быва-

ют разного размера: от 0,5 до 35 см, но чаще всего встречаются довольно

крупные – до 5–10 см.

Желваки состоят из различных нефосфатных минералов (кварца,

глинистых минералов, глауконита и др.), сцементированных фосфатным

веществом в плотную конкрецию. В ряде случаев отдельные желваки

скрепляются обычно фосфатно-карбонатным, иногда железистым цементом

в один сплошной слой, называемый фосфоритной плитой. Мощность про-

197

дуктивных фосфоритоносных слоев обычно составляет 0,25–0,75 м, редко

превышает 1,0 м.

В зависимости от состава и размера минеральных компонентов вы-

деляются следующие литологические разности фосфоритных желваков.

Сферолитовые желваки, отличающиеся кристаллической структу-

рой и состоящие почти целиком из радиально-лучистого фосфата. Вследст-

вие незначительных примесей посторонних минералов желваки отлича-

ются высоким качеством и содержат до 35 % и более P

(Подольские

месторождения).

Глинистые, характеризующиеся весьма мелкими размерами мине-

ральных компонентов (около 0,05 мм) и преобладанием фосфатной мас-

сы над другими минеральными компонентами. Содержание P

в жел-

ваках равно 24–29 %, SiO

– 10–15 % и менее (месторождения Вятско-

Камское, Чувашское, нижние горизонты Егорьевского и др.).

Глауконитовые, отличающиеся большим количеством глаукони-

товых зерен, что обусловливает наличие в этих фосфоритах большого

количества полуторных окислов (4–12 % Fe

+ Al

). Содержание

в желваках обычно равно 18–24 % (верхние горизонты Егорьевско-

го месторождения и др.).

Песчанистые желваки характеризуются обилием нефосфатных

минералов, часто преобладающих над фосфатным цементом и представ-

ленных обычно терригенным кварцем, зерна которого гораздо крупнее,

чем у других разновидностей (в среднем – 0,3 мм). Содержание P

желваках равно 12–18 %; SiO

– 30–50 % (месторождения Щигровское,

Трухачевское и другие в Курской области, Полпинское в Брянской об-

ласти, Слободско-Которецкое и другие в Калужской области, Сожское в

Смоленской области, месторождения Актюбинской области и др.).

Месторождения зернистых и ракущечных фосфоритов. Зерни-

стые фосфориты представляют собой породу, содержащую те или иные ко-

личества мелких, различимых простым глазом зерен фосфорита (0,5–0,7;

реже 1,0–1,2 мм), сцементированных глинисто-железистым или карбо-

натным цементом. Зерна фосфорита имеют темно-коричневый цвет раз-

личных оттенков. В зависимости от количества и характера цемента по-

рода может быть или фосфоритным песчаником, или фосфатизирован-

ным известняком, или мелом и пр.

Иногда цементация в ней очень слабо выражена или отсутствует,

в этом случае порода представляет собой фосфоритный песок. Мощ-

ность пластов обычно колеблется от нескольких десятков сантиметров

до 1–2 м (Каратагское месторождение в Таджикистане).

Ракушечные фосфориты представляют собой слои песчано-

198

алевритовых пород, вмещающих фосфатизированные ракушки. По сво-

ему генезису это органогенные фосфориты. Раковины встречаются пре-

имущественно в виде обломков. Размер целых раковин обычно не пре-

вышает 10 мм в поперечнике, а обломки их так же, как и зерна обломоч-

ного материала вмещающей песчаной породы, – от 0,1 до 1,0 мм. Цвет

раковин различен: черный, коричневый, серый различных оттенков до

почти белого. Мощность продуктивных слоев ракушечных фосфоритов со-

ставляет 0,5–4,0 м (месторождения в Эстонии и Ленинградской области).

Пластовые месторождения фосфоритов залегают в виде мощ-

ных пластов сплошной породы, в которой невооруженным глазом нельзя

различить фосфатные и нефосфатные минералы. Порода целиком фос-

фатизирована. Обычно она состоит из мельчайших (чаще всего от 0,01

до 0,1 мм) оолитов или микроскопических зёрен чистого фосфатного

вещества, сцементированных также фосфатно-карбонатным и фосфатно-

кремнистым веществом. Мощность пластов бывает от десятков санти-

метров до 10–15 м. Большая часть месторождений пластовых фосфори-

тов связана с геосинклиналями. К ним относятся большинство месторо-

ждений бассейна Каратау, фосфоритоносные районы в Скалистых горах

США и др. К пластовым платформенным месторождениям фосфоритов

относятся месторождения в бассейне реки Хопер, месторождения Тен-

несси, Флориды в США, Египта.

Метаморфогенные фосфориты образуются на контакте осадоч-

ных фосфоритов с интрузивными породами. Под влиянием контактового

метаморфизма фосфатная порода претерпевает глубокие изменения,

происходит перекристаллизация фосфатного вещества до раскристалли-

зованного апатита. Метаморфизм в основном проявляется среди фосфо-

ритов геосинклинальных отложений (некоторые месторождения бассей-

на Каратау, в частности эксплуатируемое Чулак-Тау, апатитоносные

кварцево-диопсидовые породы Слюдянки в Прибайкалье и др.).

Фосфоритам могут сопутствовать соединения урана, ванадия,

циркония и редких земель, которые иногда целесообразно извлекать.

В России фосфориты были открыты академиком В.Севергиным на

Урале в 1798 г. В 1932 г. П.Языков нашел фосфориты среди меловых от-

ложений Поволжья. Фосфориты издавна были известны в Брянской,

Курской, Воронежской и соседних областях под названием «курский са-

мород», который тогда принимали за железистый песчаник. На протяже-

нии многих столетий его разрабатывали и применяли в качестве строи-

тельного камня для кладки фундаментов зданий, для мощения улиц, тро-

туаров и покрытия шоссе. Еще и теперь можно видеть этот камень на

улицах и тротуарах Курска, Дмитровска и других близлежащих городов.

199

«Курский самород» был описан в 1787 г. В.Зуевым, а в 1845 г. А.Ходнев

химическими анализами доказал, что «курский самород» является фос-

форитом. В 1935 г. в горах Каратау (Казахстан), Подолии были открыты

огромные залежи фосфоритов.

9.2. Технические требования

к фосфоритовым рудам и концентратам

При переработке природных фосфоритов важнейшим качествен-

ным показателем является содержание в них фосфатного вещества, вы-

раженное в процентах P

. В различных фосфоритовых рудах содержа-

ние P

значительно меняется.

В зависимости от целевого назначения большую роль играет со-

держание в руде некоторых примесей. Так, наличие в руде полуторных

окислов, карбонатов и особенно окиси магния оказывает вредное влия-

ние при дальнейшей переработке руды или концентрата.

В некоторых случаях имеет значение процентное содержание двуоки-

си кремния. Технические требования, приведенные в табл. 9.1, 9.2, относятся

к рудам и концентратам.

Известно, что для электровозгонки фосфора имеет значение со-

отношение в шихте суммы окислов (SiO

+ Al

)/(CaO + MgO), называемое

модулем кислотности, который должен находиться в пределах 0,8–1,0. Если

он ниже, то в шихту добавляют кварцит или другой фосфат с высоким

содержанием двуокиси кремния.

Таблица 9.1

Технические требования к фосфоритовым рудам

и концентратам

Показатель

Фосфаты, применяемые для производства

фосфоритовой муки

суперфосфата

желтого

фосфата

1-й сорт 2-й сорт

усваемая P

18 %

1 5 %

Содержание P

, %, не менее

32–33

28–29

23–25

%Мg

100,

%P O

⋅

не более

Не нормируется 7–8 7–8

Не нор-

мируется

%Fe O

100,

%P O

⋅

не более

Не нормируется 8 9

Не нор-

мируется

Содержание Fe

, %, не более

Не нормируется

2,5 – 3,0

Содержание влаги, %, не более

3–15

200

Мелочь меньше 10 мм по весу,

%, не более

Не нормируется 5

Остаток на сите 0,18 мм, %, не

более

20 20

Не нор-

мируется

Размер наибольших кусков, мм

Не нормируется

Таблица 9.2

Технические требования к фосфоритной муке

по ГОСТ 5716-74 (статус: действующий)

Наименование показателя

Норма

ОКП

2183100010

ОКП

2183100020

ОКП

2183100030

ОКП

2183100040

Массовая доля фосфатов

в пересчете на P

в сухом

веществе,%

Массовая доля воды,%,

не более

Гранулометрический со-

став, характеризуемый мас-

совой долей класса 0,18 мм

на сите с сеткой N 018К

(ГОСТ 6613-86),%, не более

29±1

1,5

26±1

1,5

23±1

1,5

20±1

1,5

П р и м е ч а н и я: 1. Допускается превышение верхнего предела содержа-

ния нормы фосфатов в перерасчете на массовую долю P

2O5, %.

2. Допускается для фосфоритной муки Чилисайского месторождения мас-

совая доля фосфатов в перерасчете на P

2O5 в сухом веществе не менее 17 %.

Необходимость поддержания в шихте оптимального соотношения

суммы окислов (SiO

+ Al

)/(CaO + MgO) вызвана тем, что при этом

снижается температура реакции и возрастает ее скорость. Шлаки обла-

дают нормальной вязкостью и не вызывают затруднения при удалении

их из печи.

Согласно временным техническим условиям, разработанным на

фосфориты Кара-Тау для электротермической переработки на желтый

фосфор, они должны удовлетворять требованиям по фосфоркремниево-

му (ФК) и универсальному комплексному показателю (УКП):

ФК = 4,0∙P

+ 1,1∙(SiO

+ Al

) ≥ 100

УКП = 3,7∙P

+ 1,1∙(SiO

+ Al

) – 3,5∙(Fe

– 2,5) ≥ 100.

Кроме того, вводится показатель – фосфатное число (ФЧ):