К настоящему моменту в Казахстане разведаны и находятся на различных стадиях освоения более 130 месторождений руд редких и редкоземельных металлов (Р и РЗМ). Эти руды являются комплексными, тонко- и, порой, ультрадисперсными по ценным компонентам, труднообогатимы. Чрезвычайная распыленность минералов концентрирования Р и РЗМ в этих «упорных» рудных месторождениях практически всегда приводит к экономической нецелесообразности их отдельной разработки существующими способами и требует специфических технологических решений для вовлечения в активную переработку. В результате имеет место ситуация, когда практически все руды Р и РЗМ отнесены к категории забалансовых, а сами ценные металлы производятся (а, точнее, производились в советское время) на предприятиях лишь как попутные при добыче и извлечении базовых цветных металлов (медь, цинк, свинец, алюминий, никель), либо из специально завезенных извне концентратов Р и РЗМ. С распадом экономических связей в СНГ на ведущих перерабатывающих предприятиях подотрасли в РК (Иртышский ХМЗ и АО «Каскор») произошел резкий спад производства РЗМ по причине прекращения поставок сырья. В настоящее время на предприятиях ГМК РК и РФ практически остановлен выпуск индивидуальных металлов этой категории [1].
В силу своего происхождения руды Р и РЗМ относят к доманиковым образованиям (ДО), состоящим из глинистого вещества (компонент 1), органического вещества (ОВ) (компонент 2), кремнеземистого аморфного вещества (компонент 3) и вещества в основном аккумулирующего ценные металлы (компонент 4). В нашем случае объектом интереса естественно является компонент 4, представленный, как правило, гаммой минералов, содержащих все извлекаемые металлы и диспергированных во вмещающей породе. Взаимодействие минералов с вводимыми в процессе переработки реагентами в водной среде определяется особенностями и специфическими различиями минералов (изоморфизм, генезис, энергия кристаллической решетки, характер раскрытия ненасыщенных химических связей, распространение некомпенсированных зарядов на поверхности зерен и т.д.). В идеале металлургическая технология выводит из оборота компоненты 1, 2, 3 (вмещающие породы) на предварительных стадиях и извлекает металл из компонента 4 в основном переделе. Однако вещество 4 в случае Р и РЗМ тонкодисперсно распределено во вмещающей породе и легко отделить его практически невозможно. Взаимопроникновение всех четырех упомянутых компонетов настолько масштабно и содержание ценных компонентов настолько низкое, что современные промышленно освоенные методы концентрирования (гравитация, флотообогащение и др.) показывают «размазывание» металлов по разделяемым фазам и не позволяют рентабельно извлекать из руд металлы.
Таким образом, несмотря на то, что только механическими или физическими методами (дробление, измельчение и последующие гравитация, сепарация и т.д.) невозможно эффективно обогатить этот вид руд, стадия рудоподготовки во всей технологической цепочке производства металлов необходима, т.к. позволяет многократно увеличить площадь контакта для реакций последующего гидрохимического вскрытия породы и отдельных стадий группового концентрирования металлов, а также зачастую снижать без ущерба для извлечения массу перерабатываемого материала в голове процесса. Процесс дробления-измельчения должен обеспечивать предельную крупность зерен измельчаемого продукта в определенном диапазоне (0,20-0,25 мм на примере представленных образцов руд) и его гранулометрический состав с ограничением по содержанию мельчайшего класса в зависимости от конкретного месторождения руд Р и РЗМ на основании следующих положений:
- компоненты (глина, кремнезем, ОВ) в рудовмещающей породе образуют взаимопроникающий сеточный «каркас», в котором распределен целевой компонент, и для эффективного раскрытия полезных минералов и перехода в раствор ценных металлов степень измельчения должна быть достаточно высокая. Высокая степень измельчения означает и высокий процент самого низкого класса (как правило - 0,74 мкм) в гранулометрическом составе после рудоподготовки.
- при переизмельчении руды глинистый и органический компоненты каркаса в виде мельчайших зерен при последующем гидрометаллургическом выщелачивании начинают переходить в раствор (щелок) и как природные сорбенты концентрировать на себе ценные металлы, тормозя последующие процессы сорбции на специально подобранных и введенных искусственных сорбентах группового извлечения. Как результат, имеет место конкуренция между искусственными (полезными) и природными (вредными) сорбентами, снижающая сквозное извлечение и увеличивающая длительность и соответственно производительность следующих за рудоподготовкой переделов.
- при оптимальной степени измельчения и гранулометрическом составе обеспечивается такая крупность, при которой ценные металлы могут переходить в продуктивный раствор при выщелачивании без радикального разрушения «каркаса», облегчая оседание последнего в донную фазу (шламообразование) с полнейшим выводом ее из процесса и препятствуя образованию в растворе природных центров сорбирования [2, 3].
В исследованиях использовались образцы руды месторождений Кундыбай и Балаусаскандык, как типичных представителей руд первой и второй групп, соответственно. Типичный химический состав руды Р и РЗМ приведен в табл. 1.
Таблица 1 Содержание компонентов в руде, %
Номера проб |
V2O5 |
РЗМ |
С |
Мо |
Проба 001 |
1,5 |
0,064 |
14 |
0,03 |
Проба 002 |
1 |
0,05 |
8 |
0,009 |
Проба 003 |
0,9 |
0,034 |
6 |
0,0075 |
Проба 004 |
1,2 |
0,025 |
10 |
0,05 |
Проба 005 |
1,3 |
0,078 |
12 |
0,01 |
Проба 006 |
0,8 |
0,02 |
7 |
0,04 |
Проба 007 |
1,2 |
0,042 |
12 |
0,008 |
Проба 008 |
0,8 |
0,02 |
5 |
0,0064 |
Проба 009 |
1 |
0,072 |
9 |
0,03 |
Проба 010 |
1,4 |
0,064 |
13 |
0,02 |
Среднее содержание |
1,1 |
0,047 |
10 |
0,021 |
Крупность зерен, до которой надо измельчить исходный материал, определяется размером вкрапленности полезных минералов. Эту крупность необходимо установить опытным путем при исследовании обогатимости. Так как основные капитальные и эксплуатационные затраты при рудоподготовке связаны с процессами дробления и измельчения, ошибки при расчете и выборе оборудования являются главными причинами низкой производительности обогатительного участка, снижения объемов товарной продукции и нерационального использования энергии [4]. Базовыми характеристиками, на основании которых рассчитывались параметры (размеры, мощность) промышленных дробилок и мельниц, являются объемная плотность, пределы прочности руды при сжатии и растяжении, а также индексы дробимости, абразивности, стержневого и шарового измельчения, определяемые по методикам Ф. Бонда (США); индексы само/полусамоизмельчения (ПСИ), определяемые по методике Дж. Старкея (Канада).
Исследования фазово-минералогического состава показали, что основная ткань породы состоит из тонкозернистого кварца, зерна которого имеют неправильную продолговатую форму и тесно соприкасаются друг с другом. Одной из важнейших черт ДО, в целом представляющего собой пачку пород черного цвета, обусловленного присутствием ОВ, является сетчатая структура. Химический состав рудных прослоев изучен электронно-зондовым микроанализом при расфокусированном зонде (табл. 1, рисунок), где ясно прослеживаются листочки металлоносных слюд (светло-серое, белое).
Микрофотография образца породы
Таблица 2 Химический состав рудных прослоев
Компоненты |
Содержание в руде, % |
SiО2 |
70,50 |
C |
10,30 |
V2O5 |
1,100 |
МоО3 |
0,030 |
РЗЭ |
0,065 |
Fe2O3 |
5,400 |
Al2O3 |
4,600 |
CaО |
3,420 |
BaО |
0,860 |
P2О5 |
0,710 |
MnO |
0,200 |
MgO |
0,520 |
S2- (сульфиды) |
1,950 |
(сульфаты) |
0,120 |
Прочие |
0,500 |
Данные рисунка и табл. 2 подтверждают, что основную часть месторождения Р и РЗМ составляют кремнезем, сульфиды, слюды и углеродистое вещество.
Следовательно, на стадии рудоподготовки схема комплексной переработки руд с извлечением всех ценных компонентов, включая Р и РЗМ, должна решать следующие задачи:
-
избежать неоправданных энергетических, временных и трудовых затрат на проведение как самого этапа рудоподготовки, так и следующих стадий последовательного извлечения металлов;
-
дать на выходе оптимальный размер частиц механически или физически подготовленного материала, позволяющий обеспечить необходимую площадь взаимодействия минералов с реагентами на последующих этапах переработки руды и сократить время массопереноса к границе взаимодействия (табл. 3).
Таким образом, предложенная в исследовании компоновка технологической схемы с ее аппаратурным оснащением позволяет решить неизбежные сопутствующие проблемы подготовки руд Р и РЗМ и облегчить проведение последующей стадии гидрометаллургического вскрытия при высокой степени дальнейшего группового извлечения компонентов для получения порошковых материалов.
Таблица 3 Гранулометрическая характеристика продуктов измельчения
Класс крупности, мм |
Выход классов крупности, % |
|||
дробленая руда, г |
разгрузка мельницы, г |
надрешетный продукт грохота, г |
подрешетный продукт грохота (измельченный продукт), г |
|
-10,0 + 5,0 |
63,42 |
- |
- |
- |
-5,0 + 2,0 |
22,25 |
- |
- |
- |
-2,0 + 1,0 |
2,22 |
- |
- |
- |
-1,0 + 0,63 |
2,15 |
- |
- |
- |
-0,63 + 0,315 |
2,72 |
25,74 |
81,45 |
- |
-0,315 + 0,250 |
0,82 |
5,28 |
9,42 |
3,74 |
-0,250 + 0,160 |
1,10 |
9,44 |
3,58 |
11,02 |
-0,160 + 0,100 |
1,05 |
9,06 |
1,25 |
14,47 |
-0,100 + 0,074 |
0,91 |
7,87 |
0,66 |
9,89 |
-0,074 + 0,00 |
3,37 |
42,61 |
3,65 |
60,88 |
Итого: |
100,0 |
100,0 |
100,0 |
100,0 |
Рецензенты:
-
Ходжаев Р.Р., д.т.н., директор ТОО «Научно-инженерный центр «ГеоМАРК», г. Караганда;
-
Данияров Н.А., д.т.н., зам. директора по научной работе ДГП «КазНИИ БГП», г. Караганда;
-
Пачурин Г.В., д.т.н., профессор, зав. кафедрой «ПБиЭ» Нижегородского государственного технического университета, г. Нижний Новгород.
Работа поступила в редакцию 25.01.2012.
Библиографическая ссылка
Козлов В.А., Нуржанова С.Б., Жанабай Ж.Д., Алимжанова А.М., Портнов В.С., Турсунбаева А.К., Далабаев Д.Б. ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССА РУДОПОДГОТОВКИ ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ЦЕННЫХ КОМПОНЕНТОВ // Фундаментальные исследования. – 2012. – № 3-2. – С. 261-264;URL: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=29588 (дата обращения: 17.08.2024).