Научный журнал

Фундаментальные исследования

ISSN 1812-7339

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,674

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

Козлов В.А. 1 Нуржанова С.Б. 1 Жанабай Ж.Д. 1 Алимжанова А.М. 1 Портнов В.С. 1 Турсунбаева А.К. 1 Далабаев Д.Б. 1

---

1 Карагандинский государственный технический университет, Караганда

Проблема, рассмотренная в данной работе, относится к разделу о металлургии. Авторами изучен химический состав рудных прослоев электронно-зондовым микроанализом, проведён научный обзор работы и предложены рекомендации, по совершенствованию процессов рудоподготовки труднообогатимого сырья редких и редкоземельных металлов. Научная новизна работы заключается в решении частной научной задачи, которая позволит избежать неоправданных энергетических, временных и трудовых затрат на проведение как самого этапа рудоподготовки, так и следующих стадий последовательного извлечения металлов, а также 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.

Статья в формате PDF

379 KB

ценные компоненты

редкие и редкоземельные металлы

1. Раденко И.Л., Корецкая Т.Л. Перспективы редкоземельного оруденения в комплексных месторождениях Казахстана // Геология Казахстана. - 2001. - № 1. - С. 21-40.

2. Андреев С.Е. Законы дробления // Горный жур- нал. - 1952. - №7.

3. Новые технологии обогащения и комплексной переработки труднообогатимого природного и техногенного минерального сырья: материалы межд. совещ. - Екатеринбург, «Форт Диалог-Исеть», 2011.

4. Андреев С.Е., Говаров В.В., Перов В.А. Закономерности измельчения и вычисления характеристик гранулометрического состава // Металлургиздат, 1959.

5. Козловский Е.А. Горная энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия, 1991.

6. Carr D.D. Littleton. Rare earth minerals // Industrial Minerals and Rocks. - 1994. - 6th edition. - P. 827-839.

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.

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).

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:

1. избежать неоправданных энергетических, временных и трудовых затрат на проведение как самого этапа рудоподготовки, так и следующих стадий последовательного извлечения металлов;
2. 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.

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