Научный журнал

Фундаментальные исследования

ISSN 1812-7339

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,674

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

Омарова С.А. 2 Гладышев С.В. 2, 1 Жолдасбай Е.Е. 2 Досмухамедов Н.К. 2

---

1 АО Институт металлургии и обогащения

2 НАО «Казахский национальный исследовательский технический университет им. К.И. Сатпаева»

В работе представлены результаты комплексных физико-химических исследований вещественного состава накопленных хромитсодержащих шламов обогащения Донского ГОК. Показано, что основным хромсодержащим минералом в составе шлама является хромпикотит с содержанием 27 % Cr2O3. Основные породообразующие минералы в шламах представлены в виде клинохризолита, лизардита и клинохлора с содержанием 29,3 % MgO. Проведены исследования по изучению формы нахождения хрома, железа, цветных и редкоземельных металлов в хромитсодержащих шламах обогащения. Установлено, что хром в основном представлен в форме хромпикотита (хромита). Исследованиями рентгенофазового анализа установлено, что содержание хромита в шламах составляет 27,5 %. Высокое содержание хрома (до 19 %) в шламах обогащения позволяет считать, что данный продукт вполне может служить дополнительным источником сырья для его извлечения. На основании полученных результатов физико-химических исследований рассчитан рациональный состав хромитсодержащего шлама. Высокое содержание цветных металлов и РЗМ (∑РЗМ-0,025 %) в шламах указывает на принципиальную возможность их попутного извлечения в целевые продукты. Полученные результаты использованы при организации и разработке комплексной безотходной технологии переработки накопленных хромитсодержащих шламов обогащения Донского ГОК.

Статья в формате PDF

0 KB

хромитсодержащие шламы

обогащение

вещественный состав

формы нахождения

хром

железо

цветные и редкоземельные металлы

1. Колесова О.В., Островский С.В., Басов В.Н. Поисковые исследования по извлечению соединений хрома из шламов хроматного производства // Вестник ПНИПУ. – 2014. – № 4. – С. 76–90.

2. Алексеев Ю. Природное сырье – перспективы добычи // Мысль. – 2003. – № 10. – С. 43–45.

3. Каренов Р.С. Проблемы становления рынка черных металлов в Казахстане // Вестник КарГУ. Сер. Экономика. – 2007. – № 4 (48). – С. 9–25.

4. Haruna A., Uzairu A. Harrison GFS (2011) Chemical fractionation of trace metals in sewage water–irrigated soils // International Journal of Environmental Research 5: 733–744.

5. Serbaji M.M., Azri C., Medhioub K. Anthropogenic Contributions to Heavy Metal Distributions in the Surface and Sub-surface Sediments of the Northern Coast of Sfax, Tunisia // Int. J. Environ Res 6. – 2012. – Р. 613–626.

6. Manfe M.M., Attar S.J., Parande M., Topare N.S. Treatment Of Cr (Vi) Contaminated waste water Using Biosorbent Prunus Amygdalus (Almond) Nut Shell Carbon // Int. J. of Chemical Sciences 10. – 2012. – Р. 609–618.

7. Akar Sen G. Application of full factorial experimental design and response surface methodology for chromite beneficiation by Knelson concentrator // Minerals. – 2016. – Vol. 6, Iss. 1. – P. 5.

8. Kumar C.R., Tripathy S.K., Rao D.S. Characterisation and pre-concentration of chromite values from plant tailings using floatex density separator // J. Miner. Mater. Charact. Eng. – 2009. – Vol. 8, Iss. 5. – P. 367–378.

9. Tripathy S.K., Ramamurthy Y., Singh V. Recovery of chromite values from plant tailings by gravity concentration // J. Miner. Mater. Charact. Eng. – 2011. – Vol. 10, Iss. 1. – P. 13–25.

10. Tripathy S.K., Banerjee P.K., Suresh N. Magnetic separation studies on ferruginous chromite fine to enhance Cr: Fe ratio // Int. J. Miner. Metall. Mater. – 2015. – Vol. 22, Iss. 3. – P. 217–224.

Минерально-сырьевая база хромоворудной промышленности мира характеризуется высокой степенью концентрации: до 84 % мировых подтверждённых запасов хромитов сосредоточено в ЮАР, Казахстане и Зимбабве, ~4 % запасов приходится на Индию, Финляндию, Филиппины, Турцию и Албанию, 12 % – доля остальных стран [1, 2].

Территориальная структура мировой добычи товарной хромовой руды в целом аналогична структуре минерально-сырьевой базы. Почти 90 % производства в основном сосредоточено в пяти странах: ЮАР – 45,8 %, Казахстане – 18 %, Индии – 14,3 %, Турции – 6,9 % и Зимбабве – 4,4 % [3].

В мировом рынке хрома Казахстан представлен крупнейшим предприятием – АО «ТНК «Казхром», который занимает третье место по производству хромистых ферросплавов. В номенклатуру выпускаемых сплавов, помимо феррохрома всех марок, включая металлический хром, входят: высококремнистый ферросилиций, ферросиликохром, низкофосфористый силикомарганец. Ферросплавы, выпускаемые на АО «ТНК «Казхром», продаются на всех основных мировых рынках – в США, Европе, Китае, Японии, Южной Корее и Тайване.

Основным поставщиком сырья для АО «ТНК “Казхром”» является старейший в республике Донской горно-обогатительный комбинат (Донской ГОК), запущенный в производство в 1938 г. на базе Южно-Кемпирсайских месторождений хромитовых руд. По подтвержденным запасам эти месторождения занимают второе место в мире, а по высокому качеству сырья не имеют аналогов в мире. Часть руды импортируют страны дальнего зарубежья, главным потребителем из которых является Китай. Свыше 70 % товарной руды Донской ГОК поставляет на ферросплавные заводы республики, с которыми комбинат находится в единой технологической цепи в составе АО «ТНК “Казхром”».

Донской ГОК является самым крупным в мире по добыче и переработке хромового сырья. Годовой выпуск хромовой руды составляет ~20 % от общего мирового уровня производства.

Наблюдаемый общий тренд интенсивного развития хромового производства испытывает острую потребность в новых видах сырья, представляющих определенный интерес для выпуска базовой конечной продукции, увеличения производственных мощностей и комплексного извлечения сопутствующих ценных металлов. В этой связи актуальным представляется вовлечение на переработку накопленных на комбинате с начала 1970-х гг. больших объемов шламовых хвостов обогащения (~15 млн тонн). Использование данного материала в качестве дополнительного источника сырья для извлечения ценных металлов требует изыскания инновационных технологий, соответствующих современным требованиям – экологической безопасности, комплексности использования сырья и ее безотходности. Важность утилизации данного материала имеет принципиальное значение и является критической проблемой из-за негативного воздействия хрома на водную флору и окружающую среду [4–6].

В научной литературе известно незначительное количество работ, посвященных решению данной проблемы [7–10]. Принципиальное решение задачи в разработанных технологиях сводилось в основном к получению исключительно одного товарного продукта – хромитового концентрата. Несмотря на высокую эффективность для известных технологий можно выделить ряд общих характерных недостатков: невысокая степень извлечения хрома, практически не рассматриваются вопросы извлечения ценных компонентов и магния, извлечение которого в магнийсодержащие товарные продукты методами обогащения затруднено. Указанные недостатки позволяют сделать вывод о том, что существующие технологии не могут рассматриваться как перспектива для переработки хромитсодержащих шламов обогащения Донского ГОК, ввиду высоких содержаний в них магния, цветных и редкоземельных металлов.

В настоящей работе представлены результаты исследований вещественного и рационального состава хромитсодержащих шламов, которые были приняты за основу при разработке комплексной рациональной технологии их переработки с целью извлечения всех ценных элементов в товарные продукты.

Материалы и методы исследования

При проведении исследования вещественного состава исходного сырья использованы методы химического, рентгенофазового и кристаллооптического анализов. В качестве объекта исследования использованы пробы хромитсодержащих шламов Донского ГОК. При проведении комплексных исследований по изучению вещественного состава были использованы современные методы анализа с применением приборов нового поколения. В частности, для определения элементного состава проб использованы атомно-абсорбционный (спектрофотометр «Hitachi»), метод оптической эмиссионной спектрометрии (Optima 2000 DV с индукционно-связанной плазмой фирмы «Perkin Elmer SCIEX»), а также гравиметрический, пламенно-фотометрический, фотометрический и химический методы анализа.

Рентгенофазовый анализ проб проводили с использованием прибора D8 Advance (Bruker AXS GmbH), α-Cu, напряжение на рентгеновской трубке 40/40. Обработка полученных данных дифрактограмм и расчет межплоскостных расстояний проводились с помощью программного обеспечения EVA. Расшифровка проб и поиск фаз осуществляли с помощью программы Search/match с использованием Базы данных карточек ASTM. Ошибка полуколичественного анализа составляла ±5 %.

Кристаллооптические анализы проб проводили с использованием растрового электронного микроскопа и микроскопов Olympus BX-51 и Leica DM2500.

Расчет рационального состава хромитсодержащих шламов обогащения проводился на основании результатов комплексных (минералогический, рентгенофазовый) методов исследований с использованием современных методов металлургических расчетов.

Результаты исследования и их обсуждение

Для исследования были отобраны пробы хромитсодержащих шламов обогащения, полученных в результате обогащения хромитсодержащих руд Донского ГОК.

Результаты химического анализа проб на содержание в них хрома, железа и тяжелых цветных металлов (Ni, Co, Zn) представлены в табл. 1.

Таблица 1

Результаты химического анализа хромитсодержащих шламов обогащения

Таблица 2

Содержание РЗМ в хромитсодержащих шламах обогащения

Таблица 3

Фазовый состав хромитсодержащих шламов обогащения

Содержание редкоземельных металлов (РЗМ) в хромитсодержащих шламах обогащения определяли с помощью современного атомно-эмиссионного оптического спектрометра с индуктивно-связанной плазмой Optima 8300 DV. Результаты анализа на РЗМ приведены в табл. 2.

В результате рентгенофазового анализа проб на приборе D8 Advance установлен фазовый состав хромитсодержащих шламов обогащения, который представлен в табл. 3 и на рис. 1.

Минералогические исследования проб проводились под растровым микроскопом и под микроскопом OLYMPUS с различным увеличением. При увеличении 100х под микроскопом OLYMPUS были отсняты дополнительные фотоснимки пробы в проходящем свете в иммерсионной среде.

На рис. 2 приведен общий вид хромитсодержащих шламов обогащения в режиме COMPO в иммерсионной среде.

Установлено, что в исследуемой пробе основным хромсодержащим минералом является хромпикотит (хромит), минерал группы хромшпинелидов. Минерал группы кубической и гексаоктаэдрической сингонии, цвет черный, в шлифе полупрозрачный, просвечивает густо-красным или коричнево-красным цветом. Установленный состав элементов в минерале варьирует в пределах ( %): Cr – 38,37÷46,58; Fe – 10,2÷12,89; Mg – 6,17÷7,18; Al – 3,69÷4,64; O – 31,91÷39,6.

Из породообразующих минералов в пробе преобладают клинохризолит и лизардит (табл. 2). Минералы относятся к группе серпентина, сингония ромбическая и гексагональная. Цвет зеленый разной интенсивности. Показатели преломления непостоянные. В иммерсионном препарате минералы анизотропные. Элементный состав обнаруженных минералов в основном представлен следующими элементами, %:

Fe – 1,67÷8,63; Mg – 19,75÷27,72;

O – 46,37÷54,48; Si – 15,28÷19,14.

Полученные результаты минералогических исследований хорошо согласуются с данными рентгенофазового метода анализа. Наряду с установленными минералами в исследованных пробах шламов обнаружены ярко выраженные фазы металлического железа, которые нетрудно видеть на фотографии шлифов проб и на EDS-спектрах, представленных на рис. 3.

При увеличении 500х в исследованных пробах обнаружены металлические включения железа с хромом (феррохром) и кремнием (ферросилиций), а также оксид железа, которые показаны на рис. 4.

При увеличении 1000х в исследованных пробах в фазе хромпикотита обнаружены включения металлической меди (рис. 5).

Цветные металлы в пробах представлены в виде единичных зерен сплава свинца с цинком и медью.

Рис. 1. Рентгенограмма хромитсодержащих шламов обогащения

Библиографическая ссылка