u_lectures

тивность его замены оксиэтилированными алкилфенолами типа Неонола с более высокой степенью оксиэтилирования [38]. Установлено их значительно большее диспергирующие действие по отношению к кальциевым мылам карбоновых кислот, что позволяет эффективнее флотировать апатит при повышенном содержании катиона кальция в пульпе. Рекомендуемые реагенты характеризуются более высокой биоразлагаемостью в сточных водах и водоемах, имеют меньшую стоимость. На АНОФ-2 ОАО «Апатит» были проведены сравнительные промышленные испытания ОП-4 и Неонола АФ 9-10 при флотации апатита в условиях 80 %-го водооборота. В результате была показана возможность получения равных технологических показателей при меньшем на 15–20 % расходе Неонола. Неонол АФ 9-10 был внедрен на ОАО «Апатит». Его использование повышает экономическую эффективность и экологическую безопасность апатитового производства.

Камерный продукт апатитовой флотации, в основном, представлен эгирин-авгитом и полевым шпатом. Выделение последних может быть осуществлено несколькими методами, в частности, магнитной сепарацией в сильном поле и флотацией.

Из исследуемых сульфонатов [16] наиболее флотоактивным оказался ВАС-1 с молекулярной массой 460. Несмотря на достаточную технологическую проработку процесса получения ВАС-1 и его апробацию при флотации апатито-нефелиновых руд, создание промышленного производства имело трудности из-за дефицитности исходного сырья, а также нахождения его за пределами России (Горловский химический завод, Украина). Совместное применение жирнокислотного собирателя и высокомолекулярных 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 качество нефелинового концентрата более чем на 1% и получать коллективный концентрат темноцветных минералов с содержанием P2O5 не бо-

лее 0,7 %.

Предложена схема комплексного извлечения полезных компонентов из апатитовых эгиринитов с нижеприведенным режимом при нижеследующем расходе реагентов, г/т:

191

При этом получают апатитовый концентрат с содержанием 34–39,9 % Р2О5, 0,38–0,19 % Fе при извлечении 81–94 % Р2О5; эгириновый – с содержанием эгирина 92–96 % при извлечении 68–86 % и полевошпатовый – с содержанием последнего 96 % при извлечении 91 %.

Апатитизированные ийолиты обогащались по гравитационнофлотационной схеме с целью полного и качественного выделения слюды. 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 концентрационных столов, измельченной и объединенной с классом –0,3 мм от исходной руды. Использовались традиционные реагенты – сода, жидкое 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 % Аl2O3). Чтобы повысить содержание в нем Аl2O3 до кондиционного 29 % , он обрабатывался гашеной известью (800 г/т СаО, рН = 11,7). Флотация велась без добавл е- ния собирателя.

В результате исследований была рекомендована гравитационно-

192

флотационная схема комплексного обогащения ийолитов месторождения Маган, позволяющая получать апатитовый концентрат с содержанием Р2О5 36,7 %, Fе – 0,25 % при извлечении Р2О5 87%; слюдяной – с содержанием слюды 93 % при извлечении 76 %; пироксеновой – с содержанием пироксена 95 % при извлечении 99 %; нефелиновый – с содержанием Аl2O3 29,8 % при извлечении Аl2O3 49 % (нефелина 70 %).

Таким образом, из апатитовых руд Маймеча-Котуйской провинции можно получить апатитовый, нефелиновый, эгириновый, слюдяной и полевошпатовый концентраты. Области использования апатитового, нефелинового 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 изготовления изделий из темноцветного стекла.

Помимо рассмотренных выше минералов в апатитовых рудах могут содержаться довольно редкие из них. Например, в рудах Чуктуконского месторождения кроме фосфатных и железосодержащих минералов присутствуют в значительных количествах флоренсит, гояцит, моноцит 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 существующей технологии. В колонной флотомашине создаются благоприятные условия для флотации крупных зерен апатита, что приводит к снижению его потерь с крупными классами. Энергетические затраты при эксплуатации колонных флотомашин будут существенно ниже по сравнению с механическими и пневмомеханическими флотомашинами. В заключении отмечено, что по результатам испытаний фирмой изготовителем СРТ (Канада) рассчитаны параметры промышленных колонных флотомашин и гарантирован рост извлечения Р2О5 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 хвостохранилище играет роль фильтра, задерживающего до 98 % взвесей; основным фактором загрязнения окружающей среды является ветровая эрозия дневной поверхности хвостохранилища.

193

Рис. 8.3. Принципиальная схема обогащения фосфатно-редкометалльной руды Чуктуконского месторождения

194

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, состоящую из различных минералов (кварца, глауконита, кальцита, доломита и др.) и фосфата. Фосфатное вещество фосфорита состоит из высокодисперсного фторапатита или минералов, близких к нему. Встречающиеся незначительные колебания параметров апатитовой решетки фосфатного вещества фосфоритов, показателей преломления, удельных весов 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 степени в виде окристаллизованной. У аморфного или коллоидного фосфата при микроскопическом исследовании шлифов поляризация не заметна или выражена очень слабо (кристаллики меньше одного микрона). Кроме фосфатов, в фосфоритах присутствует кварц, халцедон, кальцит, доломит, 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 (особенно на поверхности фосфорита), примесь глауконита – зеленоватый оттенок и т.д.

Удельный вес фосфоритов равен 2,8–3,0 г/см3. Твердость по шкале Моосса составляет от 2 до 4.

Фосфор входит в состав целого ряда других минералов. Большинство из них, однако, встречается в природе очень редко и не имеет поэтому промышленного значения.

По данным Г.Берга, относительное распространение разных фосфатов в земной коре (в %) следующее: апатит и фосфорит – 95; амблиго-

195

нит, вивианит – 3; монацит – 1; вавеллит, варисцит, пироморфит, краурит, 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 морским отложениям.

Встречаются также месторождения, обязанные своим происхождением вторичным процессам, протекающим в континентальных условиях. Наконец, известны фосфоритные залежи, в которых под влиянием высокой температуры и давления все минералы, в том числе и фосфатные, претерпели глубокие изменения. Это так называемые метаморфизованные месторождения.

Классификация фосфоритных месторождений, предложенная Б.М. Гиммельфарбом, охватывает основные наиболее типичные месторождения фосфоритов.

Классификация делит фосфоритовые месторождения на три типа: два основных типа месторождений осадочных фосфоритов – платформенные и геосинклинальные и третий тип – месторождения метаморфогенных фосфоритов.

Каждый из первых двух типов месторождений подразделяется по крупности фосфоритоносных компонентов на три подтипа: месторождения желваковых, зернистых и ракушечных, пластовых (микрозернистых) фосфоритов.

Месторождения желваковых фосфоритов представляют собой горную породу, в которой находятся, с различной степенью концентрации, отдельные конкреции (желваки) фосфоритов. Вмещающей породой служат песок, глина, мел, известняк, фосфоритная плита, фосфоритный конгломерат и др. Желваки имеют неправильную форму, обычно неровную, бугристую поверхность темно-серого или бурого цвета. Они бывают 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-

196

дуктивных фосфоритоносных слоев обычно составляет 0,25–0,75 м, редко превышает 1,0 м.

В зависимости от состава и размера минеральных компонентов выделяются следующие литологические разности фосфоритных желваков.

Сферолитовые желваки, отличающиеся кристаллической структурой и состоящие почти целиком из радиально-лучистого фосфата. Вследствие незначительных примесей посторонних минералов желваки отличаются высоким качеством и содержат до 35 % и более P2O5 (Подольские месторождения).

Глинистые, характеризующиеся весьма мелкими размерами минеральных компонентов (около 0,05 мм) и преобладанием фосфатной массы над другими минеральными компонентами. Содержание P2O5 в желваках равно 24–29 %, SiO2 – 10–15 % и менее (месторождения ВятскоКамское, Чувашское, нижние горизонты Егорьевского и др.).

Глауконитовые, отличающиеся большим количеством глауконитовых зерен, что обусловливает наличие в этих фосфоритах большого количества полуторных окислов (4–12 % Fe2O3 + Al2O3). Содержание P2O5 в желваках обычно равно 18–24 % (верхние горизонты Егорьевского месторождения и др.).

Песчанистые желваки характеризуются обилием нефосфатных минералов, часто преобладающих над фосфатным цементом и представленных обычно терригенным кварцем, зерна которого гораздо крупнее, чем у других разновидностей (в среднем – 0,3 мм). Содержание P2O5 в желваках равно 12–18 %; SiO2 – 30–50 % (месторождения Щигровское, Трухачевское и другие в Курской области, Полпинское в Брянской области, 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 собойпороду, содержащую те или иные количества мелких, различимых простым глазом зерен фосфорита (0,5–0,7; реже 1,0–1,2 мм), сцементированных глинисто-железистым или карбонатным цементом. Зерна фосфорита имеют темно-коричневый цвет различных оттенков. В зависимости от количества и характера цемента порода может быть или фосфоритным песчаником, или фосфатизированным известняком, или мелом и пр.

Иногда цементация в ней очень слабо выражена или отсутствует, в этом случае порода представляет собой фосфоритный песок. Мощность пластов обычно колеблется от нескольких десятков сантиметров до 1–2 м (Каратагское месторождение в Таджикистане).

Ракушечные фосфориты представляют собой слои песчано-

197

алевритовых пород, вмещающих фосфатизированные ракушки. По своему генезису это органогенные фосфориты. Раковины встречаются преимущественно в виде обломков. Размер целых раковин обычно не превышает 10 мм в поперечнике, а обломки их так же, как и зерна обломочного 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 составляет 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 фосфатизирована. 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 фосфатнокремнистым веществом. Мощность пластов бывает от десятков сантиметров до 10–15 м. Большая часть месторождений пластовых фосфоритов связана с геосинклиналями. К ним относятся большинство месторождений бассейна Каратау, фосфоритоносные районы в Скалистых горах США и др. К пластовым платформенным месторождениям фосфоритов относятся месторождения в бассейне реки Хопер, месторождения Теннесси, Флориды в США, Египта.

Метаморфогенные фосфориты образуются на контакте осадочных фосфоритов с интрузивными породами. Под влиянием контактового метаморфизма фосфатная порода претерпевает глубокие изменения, происходит перекристаллизация фосфатного вещества до раскристаллизованного апатита. Метаморфизм в основном проявляется среди фосфоритов геосинклинальных отложений (некоторые месторождения бассейна 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 отложений Поволжья. Фосфориты издавна были известны в Брянской, Курской, Воронежской и соседних областях под названием «курский самород», который тогда принимали за железистый песчаник. На протяжении многих столетий его разрабатывали и применяли в качестве строительного камня для кладки фундаментов зданий, для мощения улиц, тротуаров и покрытия шоссе. Еще и теперь можно видеть этот камень на улицах и тротуарах Курска, Дмитровска и других близлежащих городов.

198

«Курский самород» был описан в 1787 г. В.Зуевым, а в 1845 г. А.Ходнев химическими анализами доказал, что «курский самород» является фосфоритом. 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 качественным показателем является содержание в них фосфатного вещества, выраженное в процентах P2O5. В различных фосфоритовых рудах содержание P2O5 значительно меняется.

В зависимости от целевого назначения большую роль играет содержание в руде некоторых примесей. Так, наличие в руде полуторных окислов, карбонатов и особенно окиси магния оказывает вредное влияние при дальнейшей переработке руды или концентрата.

В некоторых случаях имеет значение процентное содержание двуокиси кремния. Технические требования, приведенные в табл. 9.1, 9.2, относятся к рудам и концентратам.

Известно, что для электровозгонки фосфора имеет значение соотношение в шихте суммы окислов (SiO2 + Al2O3)/(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

ния нормы фосфатов в перерасчете на массовую долю P2O5, %.

2. Допускается для фосфоритной муки Чилисайского месторождения массовая доля фосфатов в перерасчете на P2O5 в сухом веществе не менее 17 %.

Необходимость поддержания в шихте оптимального соотношения суммы окислов (SiO2 + Al2O3)/(CaO + MgO) вызвана тем, что при этом снижается температура реакции и возрастает ее скорость. Шлаки обладают 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 фосфоркремниевому (ФК) и универсальному комплексному показателю (УКП):

ФК = 4,0∙P2O5 + 1,1∙(SiO2 + Al2O3) ≥ 100

УКП = 3,7∙P2O5 + 1,1∙(SiO2 + Al2O3) – 3,5∙(Fe2O3 – 2,5) ≥ 100.

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

200