Обґрунтування потенційних показників збагачення полімінеральних руд азовського родовища

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки України

Національний гірничий університет

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Спеціальність 05.15.08 - «Збагачення корисних копалин»

Обґрунтування потенційних показників збагачення полімінеральних руд Азовського родовища

Виконав Когон Еліазар Шабсенович

Дніпропетровськ - 2009



АНОТАЦІЯ

Когон Е.Ш. Обґрунтування потенціальних показників збагачення полімінеральних руд Азовського родовища. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.15.08 -"Збагачення корисних копалини". - Національний гірничий університет, Дніпропетровськ, 2009.

Дисертація присвячена розробці нового підходу до оцінки потенційних показників збагачення полімінеральних руд Азовського родовища який базується на математичній моделі прогнозування із рахунком обліку розподілу рідкісних елементів та технологічних властивостей мінералів в рудах. Методом оцінки потенційних показників збагачення полімінеральних руд показано, що спосіб прогнозування, який визначений теоретично, дозволяє отримати розрахункові дані цих показників по магматичному та літологічному чиннику.

Ключові слова: технологічна мінералогія, синергетичний аналіз, мінералоутворення, природні різновиди руд, нерівноважні процеси, магматичні, литологічні та структурно-тектонічні природні чинники, рівняння множинної регресії, дендограма, спектрограма, нормована продуктивність.

полімінеральний руда магматичний тектонічний



1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність роботи. Збільшення потенціалу ресурсної бази вимагає разом із пошуком і відкриттям нових родовищ, підвищення ефективності існуючих технологій збагачення, що дозволить залучити в експлуатацію позабалансові, що важко збагачуються, та некондиційні руди. Це особливо актуально для рідкометальних-рідкісноземельних родовищ. Характерним представником даного класу є Азовське родовище полімінеральних руд. Воно відноситься до серії сієнітових штоків і унікально за своїм рідкісноземельним зруденінням. В ньому містяться силікатно-ітрій-рідкісноземельно-цирконієві руди.

Традиційні технологічні підходи до збагачення даного виду мінеральної сировини і більш повного вилучення рідкісних компонентів малоефективні. Без глибокого проникнення в генезис мінеральної речовини, як причину її речовинного складу і технологічних властивостей та побудови на базі цього математичної моделі прогнозування потенційних показників збагачення не представляється можливим.

Новий науково-методичний підхід може бути заснований на роботах А.Е. Ферсмана, який запропонував комплексну переробку мінеральної сировини, і роботах А.В. Сидоренко, В.З. Близьковського, Ю.Г. Гершойга, А.І. Гінзбурга, Д.П. Григорьева, Б.І. Пирогова, Н.Ф. Челіщева, Н.П. Юшкіна, Т.А. Олійник та ін., в яких теоретично розглядаються нерівноважні процеси із спрямованістю перетворень в мінералах при дії природних чинників. В дисертаційній роботі рішення проблеми комплексної переробки мінеральної сировини Азовського родовища розглядається на підставі синергетичного аналізу процесів формування рудоутворюючої системи та розподілу вмісту елементів в продуктах збагачення. Такий підхід дозволяє створити нову методику оцінки збагачуваності корінних порід і порід кори вивітрювання широкого класу полімінеральних руд.

В результаті досліджень вирішена наукова задача, яка полягає у науковому обґрунтуванні методики визначення потенційних показників збагачення полімінеральних руд Азовського родовища на підставі врахування розподілу рідкісних елементів та технологічних властивостей мінералів в рудах.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Дисертаційна робота виконана відповідно тематичним планам науково-дослідних робіт Інституту геологічних наук НАН України за темами: "Геологічне обґрунтування раціонального видобутку рідкіснометалевих і рідкісноземельних руд на Мазурівському і Азовському родовищах Приазов'я" (номер держреєстрації 0104U006533), "Науково-методологічні основи ефективного використання мінеральних ресурсів України в сучасних економічних умовах" (номер держреєстрації 0105U005429), "Прогнозна геолого-економічна оцінка флангів і глибоких горизонтів рідкіснометалевих і рідкісноземельних родовищ Приазов'я з метою нарощування їх мінерально-ресурсного потенціалу" (номер держреєстрації 0107U007392), "Дослідження і розробка технології комплексної переробки корінних руд Мазурівського родовища", що виконувалася спільно з ВАТ "ММК ім. Ілліча" і КП "Південукргеологія".

Мета, ідея і задачі досліджень.

Мета роботи - створення науково обґрунтованої методики визначення показників збагачення полімінеральних руд Азовського родовища з урахуванням генетичних чинників їх формування.

Ідея роботи - встановлення залежності технологічних показників збагачення полімінеральних руд Азовського родовища від генетичних чинників їх формування на базі синергетичного підходу до вивчення нерівноважних процесів рудоутворення та формування мінералів.

Для досягнення зазначеної мети виконані наступні дослідження:

– аналіз існуючих методик і обґрунтування перспективних підходів до прогнозування потенційних показників збагачення полімінеральних руд;

– дослідження розподілу рідкісних елементів і технологічних властивостей мінералів за генетичними чинниками та типами руд;

– встановлення кореляційних зв'язків розподілу рідкісних елементів і мінералів у продуктах збагачення;

– розробка математичної моделі перерозподілу мінералів за продуктами збагачення та методики визначення потенційних показників збагачення полімінеральних руд за кожним з генетичним факторів їх формування;

– оцінка достовірності та збіжності потенціальних показників збагачення, що прогнозуються, у порівнянні з експериментальними даними.

Об'єкт досліджень - полімінеральні руди Азовського родовища.

Предмет досліджень - збагачуваність, прогнозування і достовірна оцінка потенційних показників збагачення з врахуванням впливу генетичних чинників формування природних різновидів полімінеральних руд.

При рішенні наукової задачі використані такі методи досліджень: наукове узагальнення та систематизація сучасного рівня та шляхів підвищення достовірності прогнозування оцінки потенційних показників збагачення полімінеральних руд з метою удосконалення технологій збагачення; статистичні методи обробки даних пошуково-розвідувальних робіт - для отримання геохімічних і технологічних характеристик мінералів; кластерний аналіз мінералів родовища для визначення групування властивостей об'єкту дослідження; синергетичний аналіз для визначення енергетичного стану і термодинамічних умов формування рудоутворюючої системи; регресійний аналіз для визначення показників збагачення; аналітичні методи для складання і вирішення системи рівнянь; лабораторна та дослідницько-промислова апробація для перевірки розроблених технологічних рішень із збагачення руди та визначення їх ефективності.

Наукова новизна отриманих результатів полягає у наступному:

1) вперше запропонований синергетичний підхід до прогнозування потенційних показників збагачення полімінеральних руд Азовського родовища;

2) вперше за результатом регресійного аналізу доведено, що технології та показники збагачення руд Азовського родовища, визначаються розподілом концентрації основних мінералів за магматичними та літологічними факторами;

3) доведено, що технологічні режими збагачення циркону, бритолиту, магнетиту, амфіболу визначаються магматичним фактором їх формування; польового шпату флюориту. Карбонатів - літологічним фактором;

4) розроблена математична модель перерозподілу мінералів за продуктами збагачення та методики визначення потенційних показників збагачення полімінеральних руд за кожним з генетичних факторів їх формування;

5) встановленні закономірності розподілу рідкісноземельних та цирконових мінералів в продуктах збагачення, яка відповідає закону нормального розподілу та дозволяє здійснювати корегування режимів гравітаційно-магнітної схеми збагачення.

Наукове положення, яке захищається в дисертації:

- технологія і потенційні показники збагачення полімінеральних руд Азовського родовища визначаються генетичними чинниками: магматичним, літологічним та структурно-тектонічним;

- магматичний чинник визначає показники збагачення залежно від вмісту циркону, бритоліту, магнетиту, амфіболу; літологічний чинник - від вмісту флюориту, біотиту, карбонатів та польового шпату; структурно-тектонічний чинник визначає вихід цирконового концентрату від вмісту гідроксиду заліза.

- розподіл мінералів за генетичними факторами визначається на підставі аналізу дендрограм їх кореляційних зв'язків.

Обґрунтованість та достовірність наукових положень, висновків і рекомендацій підтверджується аналізом літературних джерел, відповідністю експериментальним даним, зазначених в роботі мети, ідеї і задачам досліджень, достатнім обсягом експериментальних і статистичних даних, збігом розрахункових потенційних показників збагачення із отриманими експериментальними результатами при проведенні укрупнених випробувань, де розбіжність не перевищує 15 %.

Практичне значення одержаних результатів полягає в розробці методики оцінки потенційних показників збагачення полімінеральних руд, пов'язаної із природними чинниками мінералоутворення;

Впровадження результатів роботи. Розроблена методика визначення потенційних показників збагачення полімінеральних руд використовується КП "Південукргеологія" для проведення ревізійних робіт з оцінки рідкісноземельних об'єктів в Центральних та Східних частинах Українського щита. Економічний ефект, що очікується за рахунок зниження обсягу технологічних проб складає 2061,5 тис. грн.

Особистий внесок здобувача. Дисертаційна робота є самостійним, завершеним дослідженням автора, який провів дослідження із збагачуваності, обробив експериментальний та статистичний матеріал, провів аналіз і наукове узагальнення; сформулював мету, ідею і задачі дослідження, обґрунтував методи дослідження і вирішив поставлені в роботі задачі досліджень, розробив нову методику потенційної оцінки збагачення полімінеральних руд із врахуванням розподілу їх різновидів в надрах, що дозволяє в подальшому обґрунтовувати технології збагачення широкого класу полімінеральних руд.

Апробація результатів роботи. Основні положення і результати дисертації доповідалися на виробничих і науково-технічних нарадах Приазовської комплексної геологічної експедиції, засіданнях Вченої ради Інституту геологічних наук НАНУ (м. Київ), IV міжнародній конференції "Благородні і рідкісні метали" (м. Донецьк, 22-26 вересня 2003 р.,), міжнародній конференції "Сучасні економічні можливості розвитку і реалізації мінерально-сировинної бази України і Росії в умовах глобалізації ринку мінеральної сировини" (м. Київ, травень 2005 р.), Міжнародній промисловій конференції "Карпати - 2007", науково-практичній конференції "Розвиток мінерально-сировинної бази рідкісних металів і рідкісноземельних елементів і їх використання в сучасних технологіях" (м. Київ, 21-23 травня 2002 р.), спільному засіданні науково-технічної наради Мінпромполітики і робочої групи з проблемних питань розвитку кольорової металургії (8 жовтня 2002 р.), науково-практичних конференціях Національного гірничого університету (м. Дніпропетровськ).

Публікації. Основні положення виконаних досліджень опубліковані у 12 наукових працях, у тому числі: 3 у фахових виданнях, 6 - у збірниках наукових праць, 3 - матеріалах конференцій.

Структура і об'єм роботи. Дисертаційна робота складається із вступу, 5 розділів, висновків, списку використаних джерел з 131 найменувань на 12 сторінках. Загальний обсяг дисертації - 165 сторінок, у тому числі 153 сторінки основного тексту з 19 рисунками і 37 таблицями.

2. ОСНОВНІЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтована актуальність дисертаційної роботи, зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами, сформульована мета, ідея і задачі досліджень, визначений об'єкт досліджень, відображений предмет досліджень, використані методи досліджень, сформульована наукова новизна отриманих результатів та наукові положення, які захищаються в дисертації, показана достовірність отриманих результатів, наведені основні висновки та рекомендації.

Перший розділ присвячено аналізу комплексного підходу до технології збагачення полімінеральних руд. Встановлено, що застосування розробок технологічної мінералогії П.Є. Остапенко, В.І. Ревнівцева, О.І. Гінзбурга, Ю.Г. Гершойга та ін. неможливе без вивчення генезису мінеральної речовини, як причини її речовинного складу і технологічних властивостей. В надрах рідкісноземельні елементи знаходяться в різних мінералах, яки за властивостями поділяються на церієву та ітрієву групи. Проте традиційний підхід до технології збагачення визначається не тільки кристалохімічними параметрами мінералів у родовищах, а і закономірністю розподілу рідкісних елементів і технологічних властивостей мінералів в рудах за генетичними чинниками. Як перспективний напрям, для вирішення проблеми обґрунтування залежності технологічних показників збагачення полімінеральних руд Азовського родовища від генетичних чинників їх формування, визначено синергетичний підхід, який базується на нерівноважної термодинаміці формування рудних покладів і мінералів. Родовище розглядається як нерівноважна система, де кларковий вміст елементів присутній в кожному із типів сформованої рудної структури, пов'язаної із термодинамічним процесом. При визначених фізико-хімічних умовах формування родовища, термодинамічна рівновага відповідає максимальному значенню термодинамічної ентропії S(P, T, q_i)=max, в яких зміна вмісту елементів залежить від розподілу елементів q(t)=(q₁,q₂….q_n), зовнішнього впливу, належності фтору, лугів і кремнію. Опис цього процесу визначається стандартним нелінійним диференціальним рівнянням:

, (1)

де - флуктуючі (випадкові сили),

- параметр порядку, який відтворює належності фтору, лугів і кремнію,

- детермінанта.

Результати його розв'язання є основою для створення методики прогнозування потенційних показників збагачення полімінеральних руд Азовського родовища.

В другому розділі розглянуті мінералогічні і генетичні особливості Азовського родовища. Показано, що вони пов'язані із послідовним формуванням Володарського масиву. Вперш за все в них виділяються сієніт-пегматити-лейкократові породи, які становлять лужний польовий шпат (70-90 %), біотит (10-15 %) та кварц (10-15 %) із явно визначеною акцесорною асоціацією: ільменіту, апатиту, циркону, флюориту, бастнезіту, ортиту. Встановлено, що основна маса мінералів рідкісних земель приурочена до олівінвміщуючих сієнітів, а в меланократових сієнітах локалізована цирконова, бастнезитова та бритолітова мінералізація. За загальним мінеральним складом розбіжність масових часток рудних елементів та породоутворюючих мінералів невелика. Так масова частка рідкісних земель коливається від одного до двох відсотків. Вміст діоксиду цирконію має більшу розбіжність: від 0,95 до 4 %. Загальна масова частка амфіболу складає від 6,2 до 28,8 %, біотиту від 1,6 до 1,8 %, магнетиту від 0,4 до 3,5 %, польового шпату від 59,1 до 72,8 %. За результатами кореляційного аналізу із розрахунком рангових коефіцієнтів кореляції встановлено стійку рідкометальну (Y, Yb, Ce, La, Zr) асоціацію та асоціацію фемафільних елементів (Cr, Ni) за численністю елементів та тісноти зв'язку між елементами. Доведено, що єдиний мінерал цирконію - циркон утворює скупчення і незакономірні зростки з кристалами породоутворюючих мінералів - амфібол, слюда, флюорит, польовий шпат, рідше одинокі кристали. Рідкісноземельні мінералі представленні значно різноманітніше - бритолітом, ортитом, бастнезитом, де бритоліт утворює зростки з кристалами циркону. Виділено декілька різновидів цього мінералу. Одна із них містить церієві рідкісні землі, а друга ітрієві. Виявлено, що ортит, як рідкісноземельний мінерал утворює крупні зерна та знаходиться у взаємних проростаннях із породоутворюючими мінералами - польовим шпатом, амфіболом і магнетитом, саме ортит має слабкі магнітні властивості, але із-за включень магнетиту він розподіляється в декількох магнітних фракціях.

Рідкісноземельні карбонати (бастнезит) заповнюють мікротріщини кристалів бритоліта, утворюючи мікроскопічні включення в цирконі і флюориті. Ці мінерали під час магнітної сепарації концентруються під впливом сильного магнітного поля і спричиняють основну частку втрат рідкісних земель. Наявність породоутворюючих мінералів: амфіболу, біотиту, флюориту, впливає на показники збагачення циркону, бритоліту та ортиту. Виявлена відсутність чіткої кореляції вмісту рідкісних земель і породоутворюючих мінералів, та рідкісних земель і диоксиду цирконію. Зазначено, що високий вміст диоксиду цирконію відповідає підвищеному вмісту темнокольорових мінералів та магнетиту. Зі збільшенням розподілу елементів по розрізу рудного покладу, виявляється нерівномірність розповсюдження рідкісних земель. Вміст циркону у покладах зростає зверху вниз, вміст амфіболу та магнетиту збільшується. Встановлено що більша частина рідкіснометального зруденіння Азовського родовища пов'язана із магматичною кристалізацією. Циркон та мінерали рідкісних земель (бритоліт, ортит), як тугоплавкі фази, кристалізувалися першими, а тому не брали участь в подальшому процесі мінералоутворення. Припускаючи, що основна маса рідкісноземельних мінералів була розпорошена в породоутворюючих мінералах - амфіболах, лужних польових шпатах та слюдах, встановлена послідовність магматичної кристалізації мінералів із достатньої температурною гомогенізацією розплаву та їх розподіл в об'ємі рудного тіла.

В третьому розділі розглянуті закономірності просторового розподілу зруденіння в надрах Азовського родовища. Нерівномірність побудови родовища спричиняє зміну вмісту рудних елементів у вилученому об'ємі руди. Це підтверджується зміною інтенсивності зруденіння в об'ємі рудного тіла.

Закономірність розподілу вмісту елементів пов'язана із зональністю побудови родовища і відновленням мінералів циркона, бритоліта, ортита у покладах із різною інтенсивністю зруденіння. Встановлено, що до нижніх горизонтів цих покладів приурочений максимальний вміст циркону, а легші рідкісноземельні елементи збагачувалися у верхніх і середніх горизонтах. Такий розподіл мінералів співпадає з умовами їх кристалізації під впливом магматичних (температура, тиск) і літологічних (вміст фтору, лугів, кремнезему) факторів.

Інтенсивність рудоутворюючих процесів визначається спектрограмами Фур'є, які відображують одну із складових методу потенційної оцінки збагачуваності руд на різних ділянках родовища. Встановлено, що вони мають різноманітний спектр частот вмісту циркону та рідкісних елементів. Безрудна частка родовища із постійною частотою, яка зростає із приближенням до рудної формації. Така багаточастотність освідчує про те, що родовище сформовано у нерівноважних умовах із спрямованістю перетворень в мінерали при дії природних чинників. Тому теоретичний підхід до оцінки потенційних показників збагачуваності руд визначається математичною моделлю, яка дозволяє проводити розрахунки очікуваних показників збагачення руд. В основу моделі покладене припущення, що кореляційні зв'язки залежності потенційних показників збагачення від вмісту мінералів відображуються рівняннями регресії у загальному виді:

y = N (х₁, х₂…… х_n) + д,

де y - показник збагачення, наприклад, вихід продукту;

N - закономірна мінливість (залежність) прогнозованого показника від вмісту мінералів х₁, х₂…..х_n;

д - випадкова мінливість показника;

Рішення рівняння (1) полягає у наступному: встановлений вміст мінералів в достатньо великому часі, залежить від початкових умов існування елементу q₀ та постійних значень елементів , при яких ймовірний показник збагачення відображується рівнянням . Для його рішення вводимо елемент q^*, який відображує стійкий стан у формуванні мінералів родовища. Тоді рівняння регресії відображуються через . При наявності початкових умов: вмісту елементів - при початкових умовах q₀, та наявності , маємо рівняння (1) у вигляді:

.(2)

З надходженням зовнішньої енергії - q=q₀ +w із нескінченною малою величиною w, система переходить у нестійкий стан, який відображується рівнянням:

. (3)

Розкладаючі це рівняння в статистичний ряд за величиною w, зберігаючи тільки обидва головних члена, отримаємо рівняння

,(4)

які відображують процеси самоорганізації рудоутворення Азовського родовища. Виходячи із рівнянь 3, 4, стійкого стану (q^*), перетворене рішення виглядає як лінійні алгебраїчні рівняння:

,(5)



де - матриця розміром mЧn;

- встановлена величина стійкого стану;

- встановлені зовнішні сили.

При цьому отримаємо систему рівнянь:

, (6)

,(7)

,(8)

,(9)

де - матриця транспонована до матриці ;

- матриця зворотна до транспонованої матриці і прямої матриці, яке забезпечує рішення оцінки потенційних показників збагачення у вигляді:

(10)

Розрахунок показників збагачення із рівнянь регресії по кожному чиннику: магматичному, літологічному, структурно-тектонічному дозволяє визначити постійні коефіцієнти, вміст мінералів - за допомогою матричного аналізу, який базується на методі ідентифікації систем по Д. Гропу та регресійного аналізу.

В четвертому розділі представлені узагальнені експериментальні дані попереднього збагачення у відібраних малих картувальних технологічних пробах (50) по кожній фракції: легка фракція попереднього гравітаційного збагачення, магнетитового та амфіболового продукту магнітної сепарації, рідкісноземельного концентрату, цирконового концентрату, польовошпатового концентрату, шламів збагачення, які проводилися по стандартній технологічній схемі збагачення картувальних проб. Кореляційний аналіз залежності показників збагачення на стадіях попередньої гравітації від вмісту мінералів та хімічного складу початкових проб показав, що вихід легкої фракції в основному залежить від вмісту польового шпату в руді і дорівнює 30-65 %. Темнокольорові породоутворюючі та акцесорні мінерали у агрегатах із польовим шпатом дають негативні зв'язки на виході продукту збагачення, тобто чим більше їх в руді, тим нижче вихід легкої фракції. Кореляційні зв'язки показників збагачення магнетитового продукту визначають, що втрати рідкісних земель у цьому продукті, які мають слабку зворотну залежність, показують що втрати циркону не мають значимого лінійного зв'язку від його начального вмісту. Вихід продукту збагачення (начальний вміст магнетиту) пов'язаний зворотною залежністю із втратами рідкісних земель та циркону в пробах.

Втрати циркону в магнетитовому продукті залежать від вмісту магнетиту, тобто високий вміст циркону підвищує, а низький вміст циркону знижує ці втрати. Кореляційні зв'язки показників збагачення амфіболового продукту пов'язані із співвідношенням породоутворюючих та рудних мінералів, окрім відсутності лінійного зв'язку із вмістом рідкісних земель. Позначається додаткова зворотна залежність масової долі рідкісних земель від вмісту темнокольорових та рудних мінералів (амфіболу, циркону, магнетиту). Ортит має підвищені магнітні властивості та частково попадає, при слабкому магнітному полі, у амфіболовий продукт, що пояснює велике число значимих зв'язків, які супроводжуються масовою долею як рідкісних земель так і втратами продуктів збагачення. Кореляційні зв'язки показників збагачення рідкісноземельного концентрату зазначають вплив вмісту амфіболу, де масова доля рідкісних земель підвищена, а в зворотному випадку, вона занижена. Вихід рідкісноземельного концентрату залежить тільки від вмісту рідкісних земель у пробі, на що вказують і значимі зв'язки із бритолітом і карбонатами.

Найбільш тісний зв'язок на виході рідкісноземельного концентрату позначається у вилучені рідкісноземельного концентрату із масовою долею рідкісних земель концентраті та вмістом TR₂O₃ у пробі. Незначний зворотний вплив оказує амфібол, у меншій ступені магнетит та гідрооксиди заліза, які знижують цей показник за рахунок невилучених включень в них рідкісноземельних мінералів. Зв'язки масової долі циркону повністю протилежні, де із збільшенням масової долі ZrO₂, у рідкісноземельному концентраті впливає вміст циркону, амфіболу, магнетиту, гідрооксидів заліза. Зворотній вплив має польовий шпат, кремнезем, та луги. Кореляційні зв'язки показників збагачення цирконового концентрату показують вихід цього продукту, який знаходиться у лінійній залежності із вмістом циркону, амфіболу, бритоліту, магнетиту, гідрооксидів заліза в пробах. Зворотній зв'язок показника збагачення цирконового концентрату пов'язаний із польовим шпатом, карбонатами, кремнеземом, гідрооксидами заліза та лугами, що збільшує вилучення циркону в концентрат при низькому його вмісту в технологічних пробах. Виявлена слаба пряма залежність вилучення циркону від вмісту амфіболу і бритоліту. Вилучення циркону в концентрат від начального вмісту в пробах фіксується тісним позитивним зв'язком із цирконом і ZrO₂. Кореляційні зв'язки показників збагачення польовошпатового концентрату із точністю "до навпаки" похожі на зв'язки для цирконового концентрату. Особливо ці зв'язки близько проявляють себе в процесах збагачення циркону та рідкісних земель. Це зазначає однакові агрегатні форми входження рудних мінералів у польовий шпат та інший породоутворюючий мінерал. Кореляційні зв'язки показників збагачення шламів характеризуються втратами рідкісних земель зі шламами, які знаходяться у зворотній залежності від начального вмісту рідкісних земель у пробах. Вміст диоксиду цирконія у первинних шламах і шламах подрібнювання значно (у 2 рази) відрізняється від середніх показників, де для шламів дроблення вони становлять 1,886 %, а для шламів додроблення 1,519 %. При цьому прямої залежності втрат диоксиду цирконію від начального вмісту рідкісних земель не просліджується. Після аналізу кореляційних зв'язків, виявляється група зв'язків мінералів у відібраних технологічних пробах, які представлені на побудованій дендрограмі. На дендрограмі чітко відокремлюються дві групи мінералів. Перша з них (справа на дендрограмі) включає мінерали: циркон, амфібол, магнетит, ільменіт, бритоліт, сульфіди. Вони зумовлені магматичним чинником, оскільки сюди увійшли як породоутворюючі, так і рудні мінерали магматичного генезису.

Друга група мінералів (ліворуч на дендрограмі) пов'язана із різними породоутворюючими процесами: вилуговування (польовий шпат), біотізації (біотит), карбонатизації (карбонати) і флюоритизації (флюорит) які впливають на технологічні властивості порід.

Ця група мінералів пов'язана із літологічним природним чинником. Значимі коефіцієнти кореляції вмісту мінералів магматичного та літологічного фактору із показниками збагачення наведені в табл. 1,2.

Позитивні значення коефіцієнтів кореляції визначають збільшення вмісту групи мінералів: циркону, бритоліту, магнетиту, амфіболу, які призводить до збільшення вихідних показників збагачення (вихід, масова частка, втрати, вилучення) в початковій руді та продуктах збагачення. Від'ємні значення коефіцієнтів кореляції визначають зниження вихідних продуктів збагачення із зменшенням вмісту мінералів: польового шпату, флюориту, карбонатів. При цьому магматичний чинник означає ступень прогріву порід, характер рудоносних розчинів та стадійність рудоутворення. З ним пов'язана комплексність мінерального складу руд, ступінь ідіоморфізму окремих мінералів. По цьому чиннику представлена найбільш велика група мінералів: циркон, амфібол, магнетит, ільменіт, бритоліт, сульфіди. Літологічний чинник є вирішальним при визначенні технологічних типів руд. В групу мінералів цього чинника входять польовий шпат, біотит, карбонати та флюорит.



Таблиця 1 .Значимі коефіцієнти кореляції вмісту мінералів магматичного фактору із показниками стадій збагачення руди

Технологічна фракція	Циркон	Бритоліт	Магнетит	Амфібол
Вихідна руда: TR2O3 ZrO2		- 1,0		0,40 0,74	- -		0,47				- 0,57
Легка фракція: TR2O3 ZrO2	-0,69	- 0,70	-0,47 -0,57	-0,39	- 0,33	-0,51 -0,29	-0,63	- 0,47	-0,38 -0,30	-0,84	- 0,61	-0,39 -0,45
Магнетитова: TR2O3 ZrO2	0,49	- 0,77	- -	-	- 0,34	- -	0,99	-0,37 -	0,64 0,33	0,57	-0,36 0,47	0,31 -
Амфіболові: TR2O3 ZrO2	0,54	- 0,59	0,34 -0,50	-	- -	-0,38 -0,31	0,51	-0,29 -	0,52 -	0,73	-0,60 -	0,73 -
Рідкоземельна: TR2O3 ZrO2	-	- 0,62	- -0,66	0,64	0,52 -	0,57 -	-	- 0,40	-0,34 0,43	-	-0,32 0,58	-0,46 -0,36
Цирконова: TR2O3 ZrO2	-0,71	-0,56 0,59	0,45 -0,73	0,41	- 0,33	- 0,41	0,45	-0,37 -	- -	0,56	-0,48 0,42	- 0,38
Польовошпатова: TR2O3 ZrO2	-0,62	- 0,83	-0,47 -0,68	-	0,43 0,43	-0,48 -0,35	-0,66	-0,39	-0,36 -0,36	-0,79	- 0,46	-0,40 -0,56
Шлами: TR2O3 ZrO2	1,0	0,44 -	- 0,61	-	0,36 -	-0,44 -	0,58 -	- 0,33	- -	0,68	-0,31 -	- -

Таблиця 2. Значимі коефіцієнти кореляції вмісту мінералів літологічного фактору із показниками збагачення руди

Технологічна фракція	Лужний польовий шпат	Флюорит	Карбонати
Вихідна руда: TR2O3 ZrO2		- -0,75			-0,42			- -0,37
Легка фракція: TR2O3 ZrO2	0,95	- -0,67	0,56 0,56	0,33	- -	- -	0,29	- -0,35	- 0,28
Магнетитова: TR2O3 ZrO2	-0,72	- -0,57	-0,37 -	-	- -	- -	-0,25	0,35 -	- 0,29
Амфіболова: TR2O3 ZrO2	-0,79	0,49 -	-0,61 -	-	- -	- -	-0,34	- -	-0,49 -
Рідкоземельна: TR2O3 ZrO2	-	- -0,60	0,28 0,40	-	- -	- 0,43	0,34	- -0,39	0,40 0,42
Цирконова: TR2O3 ZrO2	-0,71	0,54 -0,50	- -0,47	-0,42	0,40 -	-0,33 -0,40	-0,37	0,36 -	-0,33 -0,33
Польовошпатова: TR2O3 ZrO2	0,87	- -0,59	0,57 0,64	0,37	- -0,41	- 0,38	0,33	0,49 -0,33	- 0,32
Шлами: TR2O3 ZrO2	-0,75	-0,47 -	-0,66 0,28	- -	- -	- -	-0,34	- -	0,28 -

Лужний польовий шпат легко вилучається при гравітації, але при дробленні руди ще залишаються агрегати польового шпату із іншими мінералами, що обумовлює присутність його у важкій фракції і магнітних продуктах збагачення. Карбонати присутні у всіх фракціях збагачення. З ними пов'язані втрати рідкісних земель у легкій та тяжких фракціях збагачення, а також втрати циркону у рідкісноземельному концентраті. Це пояснюється тим що процеси карбонізації впливають на ефективність процесів збагачення: чим інтенсивніше вони проявляються, тим вище втрати корисних компонентів. Вплив флюориту на показники збагачення неоднозначні.

На підставі встановлених кореляційних зв'язків, отримані рівняння множеної регресії, які характеризують потенційні показники збагачення полімінеральних руд (табл. 3, 4).

Таблиця 3. Рівняння зв'язків вмісту мінералів із показниками збагачення за літологічним чинником

Рівняння	Показники точності рівняння
	стандартна помилка	Множина коефіцієнту кореляції	стандартна помилка	Рівень значності
y1=10,18-0,22x1 +0,16x2+0,43x3-0,22x4	2,71	0,48	3,37	0,017
y2=9,23-0,02x1 +0,23x2+0,12x3-0,04x4	5,85	0,28	0,96	0,44
y3=57,19-0,02x1 +0,18x2+0,33x3-0,14x4	8,02	0,46	2,97	0,03
y4=74,78-0,05x1 +0,23x2+0,03x3-0,48x4	7,24	0,51	3,94	0,008
y5=107,2-0,28x1 +0,02x2-0,18x3-0,31x4	8,56	0,56	5,18	0,002
y6=14,26-0,24x1 +0,08x2-0,13x3-0,59x4	2,07	0,75	14,08	0,000

В магматичному процесі вплив флюориту позитивний, а у постмагматичному періоді формування - негативний, що підтверджується негативним коефіцієнтом кореляції вмісту флюориту із вмістом циркону в руді. Вплив вмісту цих мінералів відображається кореляційними зв'язками за системою лінійних регресійних рівнянь.

Таблиця 4. Рівняння зв'язків вмісту мінералів із показниками збагачення за магматичним чинником

Рівняння	Показники точності рівняння
	стандартна помилка	Множина коефіцієнту кореляції	стандартна помилка	Рівень значності
y1=6,60-0,15x1 +0,703x2-0,03x3-0,03x4	3,01	0,66	8,72	0,000
y2=13,11+0,14x1+0,51x2-0,14x3-0,38x4	4,61	0,65	8,42	0,000
y3=72,03-0,12x1 +0,67x2-0,10x3-0,41x4	5,53	0,79	18,65	0,000
y4=50,5+0,48x1+0,13x2-0,12x3+0,20x4	7,24	0,51	3,94	0,008
y5=69,92+0,74x1+0,12x2-0,15x3+0,02x4	8,56	0,56	5,18	0,002
y6=0,02+1,01x1 +0,01x2-0,03x3-0,01x4	0,14	0,999	5145,2	0,000

Позначки у рівняннях:

x_1, x_2, x_3, x₄ - відповідно, вміст флюориту, біотиту, карбонатів, польового шпату;

y₁ - вихід рідкісноземельного концентрату; y₂ - масова доля рідкісних земель;

y₃ - вилучення рідкісних земель до концентрату; y₄ - масова частка циркону; y₅ - вилучення циркону до концентрату; y₆ - вихід цирконового концентрату.

Рівняння зв'язків із показниками збагачення за структурно-тектонічним чинником y₁=0,8760+0,424x₁ із наступними показниками точності: стандартна помилка 0,262, множинний коефіцієнт кореляції 0,42, F-критерій Фішера 10,53, рівень значимості 0,0021.

Межі змін потенційних показників збагачення і вмісту мінералів підтверджуються рівнем значимості і стандартною помилкою, із відображенням коефіцієнтів множеної кореляції за критерієм Фішера.

В п'ятому розділі представлені результати показників збагачення дослідженої руди за технологічними сортами, виходячи із гірничо-рудничних особливостей розташування п'ятдесяти проб, які представлені рудами:

- вищого сорту (35 проб) з вихідною масовою часткою рідкісних земель більше 0,8 %, що дозволяє отримати рідкісноземельний концентрат масовою часткою 16,58 % при вилученні 77,7 %;

- нижчого сорту (10 проб) з вихідною масовою часткою рідкісних земель 0,411-1,167 %, що дозволяє отримати концентрат якістю не вище 8,66 % TR₂O₃;

- позабалансові руди (5 проб) з вихідною масовою часткою 0,472 % TR₂O₃ при якості отриманого концентрату, який не перевищує 5,84 % TR₂O₃. Руди трьох вказаних сортів за вмістом ZrO₂ і показниками збагачення отриманого цирконового концентрату характеризуються в середньому: виходом 3,36, 3,53, і 3,08 %, масовою часткою 61,55, 61,31 і 61,51 ZrO₂, та вилученням 84,5, 83,6 і 80,9 %.

Загальна характеристика показників збагачення дослідженої руди за технологічними сортами представлена в табл. 5.

Таблиця 5. Характеристика показників збагачення полімінеральної руди Азовського родовища

Технологічна фракція	Взагалі (50 проб)	Виший сорт (35 проб)	Нижчій сорт (10 проб)	Позабалансові (5 проб)
Вихідна руда TR2O3 ZrO2		1,63 2,466			2,02 2,448			0,82 2,588			0,383 2,344
Легка фракція TR2O3 ZrO2	33,17	0,116 0,08	2,4 1,1	34,50	0,13 0,078	2,2 1,1	27,59	0,096 0,10	3,2 1,1	34,815	0,042 0,06	3,8 0,9
Магнетитова фракція TR2O3 ZrO2	3,03	0,70 0,21	1,3 0,3	2,71	0,93 0,23	1,2 0,2	3,7	0,453 0,203	2,0 0,3	4,09	0,03 0,145	0,3 0,3
Амфіболова фракція TR2O3 ZrO2	20,87	0,47 0,36	6,0 3,1	18,99	0,54 0,36	5,1 2,8	26,8	0,377 0,372	12,4 3,9	22,635	0,256 0,377	15,1 3,6
Рідкісноземельна фракція TR2O3 ZrO2	8,70	14,22 0,78	75,9 2,7	9,46	16,60 0,78	77,7 3,0	7,5	7,18 0,80	64,6 2,3	5,76	3,74 0,76	56,2 1,9
Цирконова фракція TR2O3 ZrO2	3,37	0,3 61,5	0,6 84,0	3,36	0,33 61,55	0,5 84,5	3,3	0,202 61,31	0,9 83,6	3,08	0,284 61,51	2,3 80,9
Польовошпатова фракція TR2O3 ZrO2	18,67	0,11 0,11	1,3 0,8	19,20	0,126 0,116	1,2 0,9	17,53	0,071 0,082	1,5 0,6	17,13	0,058 0,116	2,6 0,8
Шлами TR2O3 ZrO2	12,19	1,65 1,67	12,3 8,3	11,78	2,04 1,624	11,9 7,8	13,54	0,924 1,60	15,3 8,4	12,49	0,516 2,181	16,8 11,6

Дослідженні проби за показниками збагачення представляють чотири геологічних розрізи, де для двох розрізів вони є достатньо дослідженими (35 проб), що дає можливість виділити якісну руду для відпрацювання. Показники збагачення підтверджуються розподілом вмісту TR₂O₃ і ZrO₂ у фракціях збагачення (магнітній, амфіболовій, рідкісноземельній), представлених на рис. 6.

Виходячи із загального статистичного закону, розподіл вмісту TR₂O₃ у магнітній, амфіболовій та рідкісноземельній фракціях збагачення змінюється до нормального, а розподіл вмісту ZrO₂, у тих же фракціях, не відповідає цьому закону, що засвідчує про найбільше вилучення рідкісноземельного концентрату (77,7 %) у рудах вищого сорту. Для цирконового концентрату показники збагачення варіюють в середньому на виході продукту із найбільшим вилученням (84,5, 83,6 та 80,9 %).Порівняння результатів прогнозування за розробленою методикою та результатів експериментальних досліджень збагачення руди Азовського родовища наведено у табл. 6.

Таблиця 6. Порівняльні результати експериментальних та розрахункових показників збагачення

Продукти і показники збагачення	експериментальні дані	за магматичним чинником	за літологічним чинником
Рідкісноземельний концентрат: - вихід % - масова частка УTR2O3, % - вилучення УTR2O3, %	12,30 8,84 72,99	11,2 8,8 72,4	11,47 9,9 75,7
Цирконовий концентрат: - вихід % - масова частка ZrO2, % - вилучення ZrO2, %	2,47 63,05 72,4	1,96 62,7 71,9	3,2 68,2 82



ВИСНОВКИ

В дисертації, яка є завершеною науково-дослідною роботою, вирішена наукова задача, яка полягає у науковому обґрунтуванні методики визначення технології та потенційних показників збагачення полімінеральних руд Азовського родовища на підставі врахування розподілу рідкісних елементів та технологічних властивостей мінералів в рудах.

Найбільш важливі наукові та практичні результати, висновки і рекомендації полягають у наступному:

1. Необхідність збільшення потенціалу ресурсної бази вимагає поряд з пошуком і відкриттям нових родовищ створення адекватних технологій збагачення. Традиційні підходи до розробки технологій збагачення полімінеральних руд потребують нового науково-методичного погляду, в якому враховуються нерівноважні процеси рудоутворення із спрямованістю перетворень в мінералах при дії природних чинників.

2. На підставі синергетичного підходу та аналізу дендрограм кореляційних зв'язків мінералів встановлено їх розподіл за генетичними чинниками, на базі якого створено методику прогнозування потенційних показників збагачення полімінеральних руд, що враховує процеси формування мінералів та розподіл вмісту елементів в продуктах збагачення.

3. Встановлено, що збагачення різновидів порід Азовського родовища рідкісноземельними та породоутворюючими мінералами проходило за рахунок процесів магматичної кристалізації, де важкі кристали циркону збагачували нижні горизонти рудних покладів, а найбільш легкі рідкісноземельні мінерали збагачували верхні та середні горизонти.

4. На підставі експериментальних даних із збагачення проб руді встановлені кореляційні зв'язки, показників збагачення від вмісту амфіболу, циркону, бритоліту, магнетиту, гідроксидів заліза на стадіях попередньої гравітаційної сепарації, магнетитового та амфіболового продукту магнітної сепарації, рідкісноземельного та цирконового концентрату, польовошпатового продукту та шламів. Визначена група зв'язків мінералів зумовлених магматичними та літологічними природними чинниками.

5. Розроблена характеристика показників збагачення дослідженої руди за технологічними сортами. Встановлена мінливість вмісту TR₂O₃ і ZrO₂ у магнітній, амфіболовій та рідкісноземельній фракціях збагачення за законом нормального розподілу.

6. Запропонована математична модель прогнозування потенційних показників збагачення, в основу якої покладені рівняння множеної регресії та ряд стандартних нелінійних диференціальних рівнянь, які вирішені за допомогою методу ідентифікації систем по Д. Гропу.

7. На підставі розробленої математичної моделі отримані рівняння множеної регресії для потенційних показників збагачення полімінеральних руд, межи змін яких та вмісту мінералів підтверджені рівнем значимості та стандартною помилкою із відображенням коефіцієнтів кореляції за критерієм Фішера.

8. Розроблена методика прогнозування потенційних показників збагачення полімінеральних руд за магматичним та літологічним чинниками має розбіжність не більш 15 % у порівняні з експериментальними даними. Вона дозволяє визначати раціональні технології та режими збагачення та використовується КП "Південукргеологія" для проведення ревізійних робіт з оцінки рідкісноземельних об'єктів в Центральних та Східних частинах Українського щита. Економічний ефект, що очікується за рахунок зниження обсягу технологічних проб складає 2061,5 тис. грн.



ПУБЛІКАЦІЇ

1. Когон Е.Ш. Синергетика рудообразования редкоземельных минералов Азовского месторождения // Збагачення корисних копалин: Наук.-техн. зб. - 2008. - Вип. 34(75). - С. 47-53.

2. Когон Е.Ш. Новый подход в оценке обогатимости полиминеральных редкоземельных руд на примере Азовского месторождения // Збагачення корисних копалин: Наук.-техн. зб. - 2008. - Вип. 35(76). - С. 18-24.

3. Когон Е.Ш. Методика обработки экспериментальных технологических данных в объеме Азовского месторождения // Збагачення корисних копалин: Наук.-техн. зб. - 2009. - Вип. 36(77)-37(78). - С. 23-27.

4. Когон Е.Ш. Особенности технологической минералогии редкометальной и редкоземельной сырьевой базы Приазовья / Е.Ш. Когон, Черниенко Н.Н. // Геологічний журнал. - 2006. - №4. - С. 87-90.

5. Когон Е.Ш. Акцесорні рідкіснометальні мінерали Приазов'я як індикатори рудогенезу // Геологічний журнал. - 2007. - №2. - С. 57-61.

6. Когон Е.Ш. Прогноз рідкіснометалевого зруденіння за допомогою системних досліджень // Мінеральні ресурси України. - 2007. - №3. - С. 13

7. Когон Е.Ш. Технологічні властивості руд рідкісноземельних елементів // Зб. наук. праць УКРДГРІ. - 2007. - №4. - С.69-73.

8. Когон Е.Ш. Особенности минерагении и технологичность руд редкометальных месторождений Приазовья // Зб. наук. праць УКРДГРІ. - 2008. - №1. - С. 14-18.

9. Когон Е.Ш. Оптимизация процессов комплексной переработки цирконий-редкоземельных руд Азовского месторождения // Зб. наук. праць Донецького технічного університету. - 2008. - С. 257-262.

10. Когон Е.Ш. Переработка лежалых хвостов ХМФ ОАО "ММК им. Ильича" / О.М. Ивасишин, С.П.Ошкадеров, В.Б. Спиваковский и др. Сучасні економічні можливості розвитку та реалізації мінерально-сировинної бази Україні і Росії в умовах глобалізації ринку мінеральної сировини // Зб. наук. праць ІГН НАНУ. - 2005. - С. 130-132.

11. Когон Е.Ш. Перспективы развития редкометальной промышленности в Украине / Л.С. Галецкий, С.П. Кириченко, Е.Ш. Когон // Матеріали ІV міжнар. конф. "Благородні і рідкісні метали". - Донецьк, 2003. - С. 65-67.

12. Когон Е.Ш. Збалансований розвиток мінерально-сировинного комплексу України - шлях до європейської та світової інтеграції / Л.С. Галецький, І.М. Скопіченко, Е.Ш. Когон // Геологічний журнал. - 2004. - №2. - С. 109-110.

Размещено на Allbest.ru