Технология переработки марганцевых руд Ванданского месторождения и перспективы применения отходов переработки в промышленности

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Технология переработки марганцевых руд Ванданского месторождения и перспективы применения отходов переработки в промышленности

Ванданский рудный узел располагается в Амурском районе Хабаровского края и рассматривается в качестве перспективного объекта способного обеспечить рудным сырьем металлургический комбинат «Амурсталь». История открытия Ванданского месторождения связана с изысканиями в 1933 г. трассы для железнодорожной ветки Волочаевка - Комсомольск, в процессе которых были обнаружены признаки марганцевого оруденения. что послужило основанием к организации в этом районе поисково-разведочных работ. В результате проведения поисковых работ, проводившихся под руководством профессора М.А. Павлова, было выявлено Ванданское месторождение и около 20 рудопроявлений [1].

Среди выявленных в пределах перспективной площади (500 кв. км) точек марганцевого оруденения предварительной разведке и оценке подверглись следующие: Северо-восточное, Марганцевая Сопка, «72-й км», «70-й км», «69-й км», Васильевское, Норвинское, Помако, Шокминское. Все девять участков находятся друг от друга на расстоянии 1-5 км и близко раположены от железной дороги Хабаровск-Комсомольск. Марганцевые руды Ванданского месторождения локализуются среди кремнистых сланцев и яшмовидных пород ванданской свиты верхней перми, слагая два вытянутых в северо-восточном направлении рудных горизонта, приуроченных к различным стратиграфическим уровням. Более бедный нижний горизонт, залегающий в основании верхней подсвиты ванданской свиты, сложен серыми кремнистыми сланцами мощностью от 30 до 80 м. К этому горизонту приурочены рудные тела пяти участков: Северо-Восточного, Марганцевой Сопки, «72-й км», «70-й км», «69-й км».

Пластовые залежи марганцевых руд связаны с более продуктивным верхним горизонтом, представленным сургучными и пестроокрашенными кремнистыми сланцами мощностью 60-90 м. Верхний горизонт отделен от нижнего пачкой глинистых и кремнисто-глинистых сланцев мощностью до 400 м. К верхнему горизонту приурочены рудные тела Норвинского, Помако, Васильевского, Шокминского участков, имеющие форму линзообразных залежей, контуры которых устанавливаются опробованием по бортовому содержанию 10%. Протяженность рудных тел составляет - 25-500 м, мощность 0,6-5 м. По падению рудные тела выклиниваются и прослежены до глубины 25-50 м. В трудах А.Г. Бетехтина отмечено, что действительные мощности рудных тел могут быть меньше, чем это представляется по поверхностным разведочным выработкам, так как имеется явление размазывания марганцевых оксидов в зоне окисления [2]. По мнению других исследователей данного региона, оценка перспектив Ванданского месторождения необоснованно занижена, так как были изучены лишь близповерхностные части рудных тел [3,4]. Предполагается, что прогнозные ресурсы месторождения до глубины 200 м могут быть оценены в 8-10 млн. т по категории Р₂. Из этого следует, что на Ванданском месторождении, уже подвергавшемся ранее поисково-разведочным исследованиям, необходимо проведение ревизионных работ с целью доизучение вещественного состава, обогатимости руд и создания эффективной технологии их переработки.

Наиболее полные исследования минерального состава были выполнены в 40-е годы Михалевым Д.Н. [5]. В результате предпринятого изучения ванданских руд автором идентифицированы следующие минералы (в порядке распространения): псиломелан, пиролюзит, опал, халцедон и кварц, гематит, гидроксиды железа, браунит, манганит, серицит и мусковит, каолинит, монтмориллонит, а также хлорит и эпидот, близкий к пьемонтиту, жильный карбонат (ферри-кальцит). Кроме этого, в руде преобразованного, Ванданской кислой интрузией Северо-восточного месторождения дополнительно отмечены: родонит, силикат марганца переходный от родонита к бустамиту или бустамит, карбонат, вероятно, родохрозит.

Проведенные ранее исследования химического состава руд Ванданского месторождения определили их качество, как очень невысокое [2]. Среднее содержание марганца для наиболее богатых участков отдельных месторождений доходило до 27-40%. Однако, такие руды малочисленны по запасам. В основном содержание марганца колебалось в пределах 15-20%.

На рудах рудопроявлений «72-й км», «Северовосточное», «Помако» сотрудниками института «Механобр» в период с 1938 по 1942 гг. были проведены работы с применением доступных в то время методов обогащения: крупнокусковая отсадка, концентрирование на столах Вильфлея, электромагнитная сепарация. Лучшие результаты достигнуты при использовании отсадочных машин на классах крупности 25-12 мм, 12-2 мм. Содержание марганца в выделенных подобным способом концентратах составило 44% при извлечении 38,5% и выходе - 17%. Электромагнитное обогащение позволило получить концентрат с содержанием марганца 38,3% при выходе 16,2% и извлечении 31,6%. При концентрировании измельченной руды на столах Вильфлея был получен концентрат с содержанием марганца 36,4% при выходе 45,1% и извлечении 32,0%. Таким образом, была оценена принципиальная возможность получения марганцевого концентрата, но окончательная схема разработана не была.

В 2007-2008 г. в Всероссийском институте минерального сырья им. Н.М. Федоровского (ФГУП ВИМС) исследовалась возможность переработки марганцевой руды рудопроявлений «Марганцевая сопка» и «72-й км». На материале технологической пробы массой 235 кг при крупности -100 мм проведено изучение вещественного состава и технологических свойств руды. Проба отбиралась ФГУП «Дальгеофизика», как представительная для всех рудопроявлений Ванданской группы и была сформирована кусками оксидной марганцевой руды брекчиевидной, прожилково-пятнистой, реже массивной текстуры, содержащей обломки рудовмещающих в разной степени омарганцованных и безрудных кремнистых пород серого цвета. Основной компонент руды - кремнезем (67,1%), содержание марганца - 12,0%, железа - 1,74%.

По данным минералогического анализа главными рудными минералами исходной руды являлись - нсутит и псиломелан. В подчиненном количестве в ассоциации с нсутитом присутствовал криптомелан. Методом рентгенографического анализа идентифицированы пиролюзит, тодорокит и бернессит (1-2%). На долю породообразующих минералов кварца, опала и халцедона, приходится 65%. К особенностям руды можно отнести то, что марганцевые минералы образуют тонкую вкрапленность в кремнистых породах (кварцитах, яшмах) (рис. 1) и присутствуют в тесном срастании друг с другом при доминирующей роли нсутита, имеют близкие значения по физическим свойствам, что может вызвать затруднение при селективном выделении конкретных минеральных фаз марганца и привести к получению коллективного марганцевого продукта, состоящего из полиминеральных рудных агрегатов.

Рис. 1 Вкрапленность гидроксидов и оксидов марганца в кварците. Отраженный свет, николи.

При переработке сложного по составу, тонко-вкрапленного, бедного по содержанию основного полезного компонента минерального сырья повысить рентабельность может создание малоотходного передела учитывающего все особенности исходной руды.

Применение рентгенорадиометрической и фотометрической сепарации позволило выделить отвальные хвосты с содержанием марганца 2,04% при выходе 22,8%. Потери марганца с хвостами невелики и составили 4,09%. Однако, получение кондиционного концентрата осложнилось низкой контрастностью руды.

Продукты РРС (рентгенорадиометрической сепарации) и ее отсев после додрабливания до крупности -15 (-5) мм подвергались гравитационному и магнитному анализу. Использование гравитационного обогащения для данной руды оказалось неэффективным. При проведении гравитационного анализа не было выделено богатых по марганцу тяжелых фракций.

Использование магнитной сепарация как основного метода обогащения подтверждено результатами исследования магнитных свойств руды. Магнитный анализ для классов крупностью +1 мм проводили на электромагнитном роторном сепараторе ЭРЛ-1 с высокоинтенсивным магнитным полем, -1+0,074 мм - на индукционно-роликовом сепараторе 138-СЭМ, -0,074 мм - на полиградиентном сепараторе. Экспериментально установленные значения напряженности магнитного поля показали возможность концентрирования марганцевых минералов в магнитных фракциях. Следует отметить, что при напряженности магнитного поля 550-7200 эрстед в магнитной фракции концентрировались условно «свободные» агрегаты марганцевых минералов и богатые сростки кварца, иногда отмечались зерна гематита. В магнитной фракции 9200 эрстед наряду с рядовыми и бедными рудными сростками присутствовали обломки кварца с тончайшей вкрапленностью марганцевой минерализации. Немагнитная фракция была представлена обломками кварца с тонкой рудной вкрапленностью и бедными сростками. Марганец в материале немагнитной фракции отмечался в (незначительном) переменном количестве.

Таким образом, магнитная сепарация оказалась эффективнее гравитационного разделения. Использование магнитной сепарации позволило выделить магнитные продукты с содержанием марганца 34-39% при извлечении 96%, пригодные для последующего передела.

Распределение по классам крупности объединенного продукта РРС, поступающего на магнитное обогащение, согласно данным химического анализа выглядело следующим образом: -1+0,5 мм - 14,07%; -0,5+0,2 мм -14,95%; -0,2+0,07 мм - 15,31%; -0,07 мм+0 - 17,46%. Минералогическими исследованиями подтверждено, что содержание марганцевых минералов в материале крупностью -1+0,5 и -0,5+0,2 мм практически одинаково. В основном отмечались сростки оксидов и гидрооксидов марганца с кварцем, полиминеральные рудные агрегаты. В более тонком материале происходило частичное раскрытие рудных агрегатов, а также высвобождение марганцевых минералов из кремнистой матрицы.

На основании проведенных исследований определена технологически эффективная схема обогащения руды, включающая рентгенорадиометрическое обогащение и последующую магнитную сепарацию. Выделен концентрат с содержанием марганца 38%, выход которого более 20% при извлечении 65%.

Таблица 1. Показатели обогащения руды ванданского месторождения по комбинированной схеме (РРС + магнитное обогащение)

месторождение минеральный сепарация руда

Необходимой операцией при создании технологии переработки руд Ванданских месторождений являлось окускование концентрата магнитного обогащении, так как полученный концентрат имел крупность менее 3 мм и без окускования не мог быть использован для производства ферросплавов [5]. Из возможных способов окускования был выбран способ брикетирования, включающий следующие операции: введение связующих добавок, увлажнение, формирование брикета под воздействием давления в течение определенного времени и последующее упрочнение сырых брикетов сушкой и обжигом.

В результате проведенных исследований установлены оптимальные параметры по составу и расходу связующих, влажности шихты, усилию прессования. В качестве связующих веществ использовали бентонит и цемент. Химический состав готовых брикетов приведен в табл. 2. Прочностные характеристики брикетов соответствуют требованиям, принятым в металлургической промышленности. Прочность на сжатие составила - 7,5 МПа (для брикетов с бентонитом) и 6,5 МПа (для брикетов с цементом). Выход класса <5 мм - 6,4 и 4,8%, соответственно.

Таблица 2. Химический состав готовых брикетов

Определенным недостатком предлагаемой схемы являлось образование значительного количества отходов: хвосты (до 70%), промпродукт (более 10%). Как и исходная руда, концентрат и хвосты обогащения содержали повышенное количество кремнезема и фосфора.

Целесообразность дальнейшей переработки бедных по содержанию марганца продуктов решалась при использовании гидрометаллургического передела, что позволило получить товарный марганцевый концентрат, а также попутные продукты пригодные для использования в стекольной, керамической промышленности.

Промпродукт, полученный в обогатительном цикле, и, содержащий 18% марганца ввиду повышенных содержаний в нем фосфора - 0,17%, кремния - 57,5% не мог быть непосредственно использован в металлургии. В тоже время, применение гидрометаллургических процессов при переделе марганцевого сырья на высокосортные концентраты, с одной стороны, - рентабельно при содержаниях марганца в широком диапазоне 15-45%, а с другой может решить проблему использования сырья с повышенным содержанием фосфора, вследствие наличия в этих процессах стадий очистки растворов, в том числе и от фосфора.

Исследование условий гидрометаллургической переработки проводили на исходной руде. В качестве выщелачивающих реагентов опробованы соляная и серная кислоты. Результаты исследований по кислотной переработке руды показали возможность использования для вскрытия как соляной, так и серной кислоты. Более высокое (свыше 98%) извлечение марганца в раствор и более низкое кремнезема (не выше 9%) достигнуто при использовании соляной кислоты с концентрацией 200 г./л. Вскрытие промпродукта обогащения осуществляли с использованием соляной кислоты в условиях, позволивших получить лучшие результаты при переработке исходной руды (табл. 3). Фосфор при кислотной обработке промпродукта на 97,9% извлекался в раствор. Извлечение марганца в раствор составляло не менее 97%.

Таблица 3. Результаты кислотного вскрытия продукта обогащения и исходной руды Ванданского месторождения (кр материала - 0,074 мм, Т:Ж=1:5, температура процесса 80-85^о С, ф=2 ч).

Для выделения из раствора соединений марганца использовали способ селективного гидролитического осаждения, предварительно очищая раствор от примесей железа и фосфора нейтрализацией щелочными реагентами. Основным продуктом гидрометаллургической переработки являлся оксидный марганцевый концентрат, содержащий марганца - 55,4% (в пересчете на MnO₂ - 87,7%), фосфора 0,0055%, SiO₂ - 0,13%. По данным рентгенографического анализа основная фаза марганцевого концентрата - гаусманит. В незначительном количестве присутствовали оксиды марганца - партриджеит, нсутит, файткнехтит.

Отходами кислотного вскрытия, как марганцевой руды, так и промпродукта обогащения являлись силикатные кеки (рис. 2), содержащие 91-93% SiO₂. В качестве основного сопутствующего компонента в их состав входил Al₂O₃, содержание которого колебалось в интервале 2-4%. Рентгенографический анализ показал, что основная фаза силикатного кека представлена кварцем, в количестве 5-10% присутствуют алюмосиликатные минералы - гидрослюда и кианит, марганец и железо в качестве незначительной примеси (<3%) сохраняются в виде силикатов и лепидокрокита.

а) б)

Рис. 2 а) исходная руда; б) руда после обработки соляной кислотой.

Такие отходы могут быть рассмотрены как потенциальное сырье для производства стекла и керамики. Анализ состава компонентов шихты, различных видов стекол в сравнении с составом силикатных кеков показал, что содержание кремнезема в основном превышает требуемое для стекольной промышленности количество. Содержание железа и алюминия, как вредных примесей соответствует требованиям для производства химико-лабораторного стекла и стекольного волокна (табл. 4). Возможно применение подобной шихты для производства темного бутылочного стекла ГОСТ Р 52022-2003 «Тара стеклянная для пищевой и парфюмерно-косметической продукции».

Необходимо отметить, что основными отходами в предлагаемой схеме являются хвосты обогащения по химическому составу сходные с силикатными кеками и содержащие в среднем 85,0-90,0% SiO₂. Однако, использование хвостов для производства стекла потребует предварительного обогащения либо по традиционной схеме, включающей отмывку, грохочение, электромагнитную сепарацию, либо гидрометаллургическими способами (кислотной обработкой), что связано с некоторым превышением в них содержаний марганца и железа.

Таблица 4. Основные компоненты силикатных отходов переработки исходной руды и промпродукта обогащения, и компоненты шихты различных видов стекол

Проведенными технологическими исследованиями показаны перспективы промышленного освоения бедных марганцевых руд Ванданского месторождения. Предлагаемая комбинированная схема обогащения руды (рис. 3) позволила повысить суммарное извлечение марганца в концентрат до 65%, что практически в два раза превышает полученные ранее результаты, а возможность выделения высококачественных (высокосортный марганцевый концентрат) и побочных товарных продуктов может улучшить экономические и экологические показатели при разработке месторождения.

Литература

1. Павлов М.А. Ванданское месторождение марганцевых руд/ Отчет по разведке месторождения в 1934-1936 г. / Рукопись. Фонд ДВГУ.

2. Бетехтин А.Г. Промышленные марганцовые руды СССР. Из-во Академии наук СССР, М., 1946, 315 с.

3. Потконен Н.И. / Марганец России: состояние, перспективы освоения и развития минерально-сырьевой базы. «Минеральное сырье». Серия геолого-экономическая, №10, М.: Изд. ВИМС, 2001, 84 с.

4. Архипов Г.И., Кулиш Е.А., Кулиш Л.И., Меркурьев К.М., Фрумкин И.М. Железные и марганцевые руды Дальнего Востока/ Владивосток: ДВНЦ АН СССРб 1985. 296 с.

5. Михалев Д.Н. Месторождения марганца Дальнего Востока / Рукопись, 1944, Фонд ДВГУ.

6. Справочник по обогащению руд. Обогатительные фабрики / Под ред. О.С. Богданова, Ю.Ф. Ненарокова, 2-е изд. перераб. и доп. М.: Недра, 1984, 358 с.

Размещено на Allbest.ru