Размещено на http://www.allbest.ru/

Контрастность свойств минеральных компонентов и эффективность комплексного использования сырья

Ф.Д.Ларичкин, А.И.Николаев, А.А.Александров

Производство товарных продуктов при использовании многокомпонентного минерального сырья связано с необходимостью разделения его на составные части. На стадии обогащения (механической обработки) сырья в идеале предполагается получение мономинеральных концентратов. Поскольку механическое измельчение не исключает наличия сростков различных минералов и осуществляется без разрушения их кристаллической решетки, зачастую содержащих изоморфные и механические (неструктурные примеси) других ценных компонентов, на практике концентраты содержат в разных количествах все ценные компоненты исходного сырья и, в свою очередь, рассматриваются как многокомпонентные продукты. Последующая более глубокая комплексная переработка концентратов осуществляется по экологически наиболее безопасным металлургическим, химическим технологиям на различные соединения (оксиды, соли, кислоты, щелочи и т.п.) или простые химические элементы в соответствии с рыночным спросом, предпочтениями потребителей и экономической целесообразностью. Мономинеральное сырье, либо сырье с преобладанием одного ценного компонента и незначительными примесями всех других, комплексная переработка которого экономически не оправдана, также нуждается в разделении на полезную (товарную) часть и вмещающую «пустую» (отвальную) породу. Доводка минерального концентрата или химического соединения, элемента, до требуемого (стандартами, техническими условиями) качества путем удаления излишних составляющих также является операцией разделения получаемого вещества и сопутствующих нежелательных, либо вредных примесей. товарный руда минеральный контрастность

Принципиальная возможность успешного разделения полезных компонентов и пустой породы и, особенно, близких по физико-химическим свойствам ценных составляющих (например, сульфидов тяжелых металлов, соединений редких и редкоземельных элементов - Nb,Ta,Zr,Hf и др.) в определяющей степени зависит от контрастности перерабатываемого сырья и возможности и удачности подбора признака (фактора) разделения [1-3].

Исторически понятие контрастности минерального сырья введено, наиболее детально разработано [1,2], широко и успешно используется применительно к предварительному радиометрическому обогащению (предконцентрации): порционной сортировке руд в транспортных емкостях и сепарации-селекции кускового материала в классах крупности от +5 до 250мм, как головному процессу подготовки минерального сырья, поступающего на измельчение и последующее обогащение. При этом контрастность определена [1,2] и охарактеризована как степень различия отдельных кусков (зерен, частиц, агрегатов, минеральных комплексов, элементарных объемов) сырья по содержанию полезных компонентов (соответственно вредных или инертных примесей).

Очевидно, по мере повышения степени измельчении сырья в общем случае уменьшается количество сростков, степень дезинтеграции различных минералов и контрастность сырья возрастают, однако селективность и эффективность обогатительных процессов при переизмельчении сверх определенного уровня резко снижается вплоть до экономически неприемлемой. При переходе от механического измельчения к химическому (гидрометаллургическому) вскрытию минералов кислотами, кислыми солевыми растворами, щелочами и т.д. дезинтеграция и контрастность, по крайней мере, части обрабатываемого материала, переходят на более высокий - «наноразмерный» [4,5], молекулярный, ионный, атомный уровень. «Нанонаука», «нанотехнология», «наноматериалы» - новое направление науки, возникшей на стыке физики, химии, материаловедения, биологии, электронной и компьютерной техники, получило особенно интенсивное развитие в последние 10-15 лет. Оно оперирует наноразмерными объектами величиной приблизительно от долей нанометра (нм) до 100нм (1нм = 10⁹м). Причем верхний предел интервала размеров чисто условен, а нижний определяется размерами атомов и молекул [4]. Многие ученые, занимающиеся нанотехнологией, предсказывают в не столь отдаленном будущем революционные перемены во всех областях науки и жизнедеятельности человека, в частности в химии, биологии, медицине, экологии, электронике и др. [4,5]. Принципиальная возможность построения с помощью нанотехнологии материальных структур атом за атомом или молекула за молекулой [4,5] позволяет перейти в перспективе к идеальному, в принципе, комплексному безотходному (малоотходному) использованию определенной части практически любого природного или техногенного материала, рециклированию полезных химических элементов из отходов производства и потребления и, соответственно, резкому ограничению объемов добычи первичного природного сырья.Очевидно, таким путем человечество в будущем сможет перейти к экологосбалансированному устойчивому экономическому развитию, научному преобразованию биосферы в ноосферу, сферу разума по В.И.Вернадскому [6].

Таким образом, контрастность свойств компонентов сырья в сложных неоднородных многофазных системах и разделительный процесс являются одними из специфических и основополагающих категорий комплексного использования многокомпонентного минерального сырья Даже самородные ископаемые (золото, платина, медь, алмазы и др.) нуждаются в доводке, доочистке, огранке. (как и каждого материального ресурса любой природы).

Для количественной характеристики покусковой контрастности минерального сырья используется показатель проф. Мокроусова В.А. (М), представляющий собой средневзвешенное относительное отклонение содержаний компонента в элементарном объеме (кусках или порциях) от среднего содержания в исследуемом массиве (пробе) руды [1,2]:

i - доля массы куска или фракции (порции, интервала) в общей массе руды.

Теоретически показатель покусковой контрастности изменяется в пределах от нуля для абсолютно неконтрастных руд (все куски, порции имеют одинаковое содержание изучаемого полезного компонента) до 2 при абсолютной контрастности руды (куски полностью представлены либо полезным минералом, либо пустой породой; аналог - смесь металлических и пластмассовых шаров или других изделий). Низкая контрастность конкретного минерального сырья (определенной крупности!) означает принципиальную невозможность удовлетворительного разделения его на отдельные составляющие, соответственно повышения концентрации ценных компонентов, снижения содержания вредных примесей и удаления пустой породы (т.е. обогащения руды). Соответственно, повышенная контрастность сырья является необходимым (хотя и не исчерпывающим, не достаточным) условием высокой эффективности его разделения, следовательно, комплексного использования и получения высококачественных готовых продуктов.

Для практических целей руды, поступающие на предварительное обогащение (предконцентрацию), по величине контрастности подразделяются на пять групп (табл. 1).

Таблица 1. Классификация руд по контрастности [1,2]

Из изложенного видно, что успешное разделение многокомпонентного минерального сырья на отдельные его ценные составляющие и выделение «балласта» - пустой породы, не имеющей в данный момент рациональных областей практического применения, наряду с высокой контрастностью, связано с поиском и подбором эффективного признака (фактора) разделения Эффективность разделения в конечном счете зависит также от совершенства применяемой аппаратуры, квалификации, мотивации и ответственности обслуживающего персонала и т.д., как правило, близких по совокупности физико-химических свойств ценных компонентов и безрудных составляющих.

Признаки разделения, используемые в разнообразных методах предварительного радиометрического обогащения полезных ископаемых представлены в табл. 2. Под радиометрическим обогащением понимается процесс механического разделения добытой рудной массы на продукты, различающиеся по содержанию полезных компонентов или вредных примесей, на основе регистрации плотности потоков нейтронного, гамма-, рентгеновского излучения или изменений электромагнитных полей, обусловленных величиной концентрации как основных, так и сопутствующих полезных компонентов, либо вредных примесей, находящихся с ними в парагенетической или генетической связи [2].

Таблица 2 Характеристика методов радиометрического обогащения полезных ископаемых [2]

Предварительное радиометрическое обогащение минерального сырья является высокоэффективным, высокопроизводительным, экологически чистым (безреагентным) и дешевым процессом. В зависимости от конкретных условий на практике одновременно могут быть реализованы несколько возможных эффектов радиометрических методов сепарации [10]:

вывод из процесса обогащения (после крупного дробления) значительной части крупнокусковой породы (отвальных хвостов) и уменьшение объемов сырья, поступающего на измельчение и основной процесс обогащения;

упрощение и удешевление процессов добычи (переход на валовую отработку руд высокопроизводительными системами) и обогащение облагороженного сырья;

повышение качества конечных продуктов обогащения, соответственно сокращение затрат на их транспортировку и последующую химико-металлургическую переработку;

повышение уровня извлечения ценных компонентов и комплексности использования сырья;

вовлечение в переработку запасов бедных и забалансовых руд, накопленных отвалов некондиционного сырья без снижения результирующих экономических показателей;

использование крупнокусковых отходов сепарации для строительных целей и других нужд;

сокращение тонкоизмельченных отходов и затрат на их обезвреживание и складирование.

В основных процессах обогащения минерального сырья широко используются разнообразные признаки (факторы) разделения (различия отдельных минералов): промывистость материала, плотность, твердость, трение, крупность, магнитная восприимчивость, электропроводность, смачиваемость, флотоактивность и др. Еще более разнообразен арсенал факторов (признаков) разделения химических элементов и их соединений в процессах химико-металлургической переработки минерального сырья: различия в температурах плавления, кипения, кристаллизации, конденсации, экстракции, сорбции, кинетики выщелачивания, сульфатизации, хлорирования, фторирования и т.д. Изучение, наиболее полное выявление признаков сходства и различий физико-химических свойств химических элементов и соединений является необходимым условием и перспективным направлением разработки эффективных методов управления контрастностью свойств минеральных компонентов, разделением и комплексным использованием различных видов минерального сырья.

Литература

Мокроусов В.А, Лилеев В.А. Радиометрическое обогащение нерадиоактивных руд. - М.: Недра, 1979. -192с.

Требования к изучению радиометрической обогатимости минерального сырья при разведке месторождений металлических и неметаллических полезных ископаемых. М.: ГКЗ, 1992.

Чантурия В.А. Теоретические основы повышения контрастности свойств и эффективности разделения минеральных компонентов //Цветные металлы, 1998, №9. - С.11-17.

Нанотехнология в ближайшем десятилетии. Прогноз направления исследований /Под ред. М.К.Роко, Р.С.Уильямса и П.Аливисатоса. Пер. с англ. - М.: Мир, 2002. - 292с.

Скорина М.Л., Юртов Е.В. Нанотехнология в материалах сайтов сети Интернет //Химическая технология, 2003, №1. - С.39-43.

Вернадский В.И. Химическое строение биосферы Земли и ее окружения. - М., 1965.

Чантурия В.А. Основные направления комплексной переработки минерального сырья //Горный журнал, 1995, №1. С.50-54.

Чантурия В.А. Состояние и перспективы обогащения руд в России //Цветные металлы, 2002, №2. С.15-21.

Чантурия В.А. Теория и практика использования электрохимических и радиационных воздействий в процессе первичной переработки минерального сырья. - М.: МГГУ, 1993.

Экономика предварительной радиометрической сепарации апатитовых руд /Ф.Ларичкин, С.Терещенко, В.Марчевская, П.Полубелков //Север и рынок: формирование экономического порядка, 1999, №2. - С.79-84.

Аренс В.Ж. Геотехнологические методы добычи полезных ископаемых. - М.: Недра, 1975. - 264с.

Аренс В.Ж. Скважинная добыча полезных ископаемых (геотехнология). - М.: Недра, 1986. - 279с.

Рациональное использование Прибалтийских фосфоритов /Ларичкин Ф.Д., Шеремета Р.И., Сыркин Л.Н. и др. - Таллинн: Валгус, 1986. -144с.

Размещено на Allbest.ru