ИЗУЧЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ НИОБИЕВЫХ, ТАНТАЛОВЫХ РУД И РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

44. Технологические свойства руд, как правило, изучаются в лабораторных и полупромышленных условиях на минералого-технологических, малых технологических, лабораторных, укрупненно-лабораторных и полупромышленных пробах. При имеющемся опыте промышленной переработки для легкообогатимых руд допускается использование аналогии, подтвержденной результатами лабораторных исследований. Для труднообогатимых или новых типов руд, опыт переработки которых отсутствует, технологические исследования руд и, в случае необходимости, продуктов их обогащения должны проводиться по специальным программам, согласованным с возможными потребителями и заинтересованными организациями.

45. Отбор проб для технологических исследований на разных стадиях геологоразведочных работ следует выполнять в соответствии с Методическими рекомендациями № 102 «Отбор технологических проб при геологоразведочных работах на рудные полезные ископаемые» [16].

Проведению технологических исследований руд должно предшествовать изучение возможности радиометрической крупнопорционной сортировки добываемой горнорудной массы в транспортных емкостях. Предварительные прогнозные технологические показатели получаются расчетным путем при обработке данных опробования или каротажа в предполагаемых технологических контурах эксплуатационных блоков. Устанавливаются: порционная контрастность руд выделенных природных разновидностей, физические признаки, которые могут быть использованы для разделения горнорудной массы, показатели радиометрической сортировки для порций разного объема. Для экспериментального подтверждения технологических показателей крупнопорционной сортировки проводятся опытные горные работы с экспресс-анализом горнорудной массы в транспортных емкостях на рудоконтролирующей станции (РКС) и сортировкой на кондиционную, некондиционную руду и отвальную породу. Достоверность экспресс-анализа руды в транспортных емкостях и качество продуктов сортировки должны быть заверены контрольным валовым опробованием.

46. Согласно «Требованиям к изучению радиометрической обогатимости минерального сырья при разведке месторождений металлических и неметаллических полезных ископаемых» [6] должны быть проведены исследования радиометрической обогатимости на лабораторных пробах в соответствии с Методическими рекомендациями № 104 «Оценка обогатимости комплексных редкометалльных руд радиометрическими методами» [17], которые включают:

- определение гранулярного состава руды после крупного дробления с оценкой распределения металла по классам крупности;

- изучение неравномерности с оптимизацией признака разделения;

- экспериментальную оценку технологических показателей радиометрической сепарации с получением отвальных хвостов, концентрата и промпродукта;

- изучение вещественного состава продуктов обогащения;

- разработку принципиальной схемы радиометрического обогащения.

Дальнейшие испытания способов переработки руд проводятся с учетом возможностей и экономической эффективности включения в общую технологическую схему обогащения руд радиометрической сортировки и (или) сепарации.

47. Для выделения технологических типов и сортов руд проводится геолого- технологическое картирование, при котором сеть опробования выбирается в зависимости от числа и частоты перемежаемости природных разновидностей руд. При этом рекомендуется руководствоваться стандартом Российского геологического общества — СТО РосГео 09–002–98 «Твердые полезные ископаемые и горные породы. Геолого-технологическое картирование» [11].

48. Минералого-технологическими и малыми технологическими пробами должны быть охарактеризованы все природные разновидности руд, выявленные на месторождении. По результатам их испытаний проводится геолого-технологическая типизация руд месторождения с выделением промышленных (технологических) типов и сортов руд, изучается пространственная изменчивость вещественного состава, физико-механических и технологических свойств руд в пределах выделенных промышленных (технологических) типов и составляются геолого-технологические карты, планы и разрезы.

49. На лабораторных и укрупненно-лабораторных пробах должны быть изучены технологические свойства всех выделенных промышленных (технологических) типов руд в степени, необходимой для выбора оптимальной технологической схемы их переработки и определения основных технологических показателей обогащения и качества получаемой продукции. При этом важно определить оптимальную степень и способ измельчения руд, который обеспечит максимальное вскрытие ценных минералов при минимальном ошламовании и сбросе их в хвосты.

50. Полупромышленные технологические пробы служат для проверки технологических схем и уточнения показателей обогащения руд, полученных на лабораторных пробах.

Полупромышленные технологические испытания проводятся в соответствии с программой, разработанной организацией, выполняющей технологические исследования, совместно с недропользователем и согласованной с проектной организацией. Отбор проб производится по специальному проекту.

51. Укрупненные лабораторные и полупромышленные технологические пробы должны быть представительными, т е. отвечать по химическому и минеральному составу, текстурно-структурноым особенностям, контрастности, физическим и другим свойствам средним параметрам руд данного промышленного (технологического) типа с учетом возможного разубоживания при добыче и повышения содержания в руде компонентов после крупнопорционной сортировки. По гранулярному составу пробы должны соответствовать отбитой горнорудной массе принятой системы отработки.

52. При исследовании исходной руды или промпродукта радиометрической сепарации и отсева с использованием методов, и приемы технологической минералогии, изучаются степень их окисленности, минеральный состав, структурные и текстурные особенности, а также физические и химические свойства минералов и минеральных комплексов, степень контрастности этих свойств, устанавливается наличие попутных компонентов и вредных примесей.

53. Технологические свойства руд ниобиевых, танталовых и редкоземельных месторождений зависят от их минерального состава, текстурно-структурных особенностей, содержания Nb₂O₅, Ta₂O₅ и TR₂O₃, комплексности, степени радиоактивности. При этом оценивается дробимость, степень раскрытия минеральных фаз, промываемость руды, проводят ситовой и гравитационный анализы узких классов мытой руды и шламов промывки, магнитный анализ мелких классов.

54. Многие редкоземельные минералы, кроме тория, содержат уран, титан, тантал и ниобий. В одних минералах преобладают элементы цериевой группы, а в другой — иттриевой. К минералам цериевой группы относят лопарит, бастнезит, паризит, монацит, эшинит, ортит и др. В них содержится 30–59 % Ce₂O₃, 15–30 % La₂O₃, 10–20 % Nd₂O₃, 5–8 % Pr₂O₃.

К минералам иттриевой группы относят иттропаризит, фергусонит, самарскит, приорит, ксенотим, гадолинит и др. В них содержится от 20 до 80 % Y₂O₃, от 3 до 12 % Eu₂O₃ и от 4 до 15 % Dy₂O₃.

55. Все ниобиевые и танталовые минералы обладают повышенным удельным весом (от 4 до 8 г/см³) и хрупкостью, что обуславливает применение к рудам гравитационных методов обогащения и неизбежность значительных потерь металла в шламовых фракциях.

Редкоземельные минералы имеют сравнительно большую плотность (4–9 г/см³), они слабомагнитны, с очень низкой электропроводностью.

Технологические схемы обогащения ниобиевых руд включают в различном сочетании все известные в настоящее время методы обогащения и предусматривают 2 стадии: первичное обогащение и доводку чернового концентрата.

56. По методам первичного обогащения все схемы переработки ниобиевых и танталовых руд подразделяют на гравитационные, гравитационно-флотационные, флотационные и магнитные. Гравитационные схемы применяют для крупно- и средневкрапленных легкообогатимых пирохлоровых, колумбитовых руд; флотационно-гравитационные — для руд, где целесообразно выделение вначале легкофлотируемых попутных компонентов, a затем выделение тонковкрапленных легкообогатимых минералов гравитационными методами; флотационные — для тонковкрапленных труднообогатимых руд.

Весьма перспективен магнитный метод первичного обогащения для тех руд, в которых ниобийсодержащие минералы способны полностью выделятся в электромагнитную фракцию.

57. Исследования по гравитационному обогащению ниобиевых руд начинают с определения начальной крупности измельчения, при котором освобождается не менее 20–30 % зерен ниобиевых минералов при этом конечная крупность измельчения должна обеспечить наиболее полное раскрытие рудных зерен. Размер зерен ниобиевых минералов в рудах характеризуется широким диапазоном крупности от 5 (2) до 0,01 мм. Для их постепенного раскрытия и концентрации применяют развернутые многостадиальные схемы гравитационного обогащеия, включающие отсадку, винтовую сепарацию, концентрацию на столах. Шламы гравитационного обогащения исследуют на обогатимость на специальном шламовом оборудовании. В результате изучения гравитационного обогащения исходных руд устанавливают начальную и конечную крупность измельчения, число стадий обогащения, рациональное сочетание обогатительных аппаратов, возможность обогащения неклассифицированной руды и тд.

Основные и попутные компоненты доизвлекают из хвостов, шламов и промпродуктов основной концентрации гравитационными, флотационными, магнитными методами и их сочетанием.

58. Исследования по флотационному обогащению проводят для первичного обогащения руд, для доизвлечения ниобиевых минералов из хвостов и шламов гравитационного обогащения, для доводки черновых гравитационных концентратов. В зависимости от минерального состава руды и поставленных задач исследуют прямую селективную, обратную флотацию, c выделением вначале легкофлотируемых компонентов руды, коллективную флотацию ниобатов и других ценных компонентов с дальнейшей их селекцией.

Для прямой флотации ниобиевых руд изучают возможность применения комплексообразователей, катионных и жирнокислотных собирателей и др. (чаще всего ИМ-50, АНП-14, алкилсульфат натрия, олеат натрия). В качестве модификаторов флотации испытывают жидкое стекло, полифосфат натрия, фтористые соединения, кислоты, щелочи, спирты и др. Устанавливают оптимальные режимы флотации: крупность измельчения, глубину обесшламливания, расходы реагентов, рН флотации, температуру, время флотации, число и режимы перечисленных и контрольных операций и другие необходимые параметры.

59. Черновые гравитационные концентраты подвергают доводочным операциям, выбор которых зависит от их минерального состава. Изучают гранулярный состав концентрата, распределение минералов в магнитном и электрическом поле. В случае близости физических свойств каких-либо групп минералов и невозможности их разделения изучают методы изменения их физических свойств, путем термической, ультразвуковой кислотной или других обработок.

Для выделения легкофлотируемых минералов (сульфиды, апатит, карбонатиты, слюды и др.) применяют флотационный метод или флотогравитацию. Все эти операции часто чередуются с доизмельчением и классификацией материала, его сушкой и обогащением в водной и воздушной средах.

Лопаритовые руды обогащаются гравитационным методом. Черновые концентраты доводятся до требований кондиций методами магнитной и электрической сепарации. Товарные концентраты содержат 93–98 % лопарита, его извлечение из руды составляет 75–80 %. Состав концентрата (%): Ta₂O₅ — 0,5–0,6, Nb₂O₅ — 7–8, ∑TR₂O₃ — 36–38, TiO₂ –38–42, Fe₂O₃ — 2,5, SiO₂ — 2,9, ThO₂ — 0,6.

60. При оценке обогатимости ниобиевых руд разведуемых месторождений нередко получают концентраты и полупродукты, не отвечающие по содержанию основных компонентов и примесей существующим ОСТам и техническим условиям. В одних случаях это происходит из-за низкого содержания ниобия в минерале, в других из-за весьма больших потерь при дальнейшей доводке полупродуктов механическими методами обогащения. Поэтому часто технологически целесообразно и экономически выгодно получать методами механического обогащения полупродукт и направлять его на химическую переработку, которая осуществляется c высокой эффективностью.

Пирохлоровые концентраты, направляемые на выплавку феррониобия, лимитируются по содержанию в них ниобия, тантала и вредных примесей (фосфор, сера, титан, кремний). В пирохлоровых концентратах содержание суммы оксидов ниобия и тантала должно составлять не менее 38 %. Содержание вредных примесей ограничивается на 1 % пентаоксидов ниобия и тантала (% масс.): Р — 0.0023, сера — 0.003, Тi — 0.32, Si — 0.32.

61. Пирохлоровые концентраты, из которых не предусматривается получение тантала (Nb:Та> 30), поступают непосредственно на производство феррониобия. Для переработки пирохлоровых концентратов, некондиционных по содержанию вредных примесей, используют пиро- и гидрометаллургические методы: хлорирование, сульфатизацию, выщелачивание растворами минеральных кислот (HF, H₂SO₄, HF + H₂SO₄, H₂SO₄ + (NH₄)₂SO₄), спекание с карбонатами щелочных и щелочноземельных металлов.

62. Переработка лопаритового концентрата производится химико-металлургическим способом по хлорной технологии с получением следующих продуктов: пентаоксидов ниобия (Nb₂O₅) и тантала (Ta₂O₅), плава хлоридов редкоземельных металлов, тетрахлорида титана. Плав хлоридов редкоземельных металлов направляется на гидрометаллургическую переработку с целью получения индивидуальных оксидов, чистых металлов черновой группы и другой продукции.

63. Весьма перспективен магнитный метод первичного обогащения для руд, в которых танталсодержащие минералы способны полностью выделятся в электромагнитную фракцию.

Размер зерен танталовых минералов в рудах характеризуется широким диапазоном крупности (от 1–2 мм до 0,05 мм). Для их постепенного раскрытия и концентрации применяют развернутые многостадийные гравитационные схемы, включающие отсадку, винтовую сепарацию, концентрацию на столах. Шламы гравитационного обогащения исследуют на обогатимость на специальном шламовом оборудовании. В результате изучения гравитационного обогащения исходных руд устанавливают начальную и конечную крупность измельчения, число стадий обогащения, рациональное сочетание обогатительных аппаратов, возможность обогащения неклассифицированной руды и тд.

Основные и попутные компоненты доизвлекают из хвостов, шламов и промпродуктов основной концентрации гравитационными, флотационными, магнитными методами и их сочетанием.

64. Флотацию используют для первичного обогащения руд, для доизвлечения танталовых минералов из хвостов и шламов гравитационного обогащения, для доводки черновых гравитационных концентратов. В зависимости от минерального состава руды и поставленных задач исследуют прямую селективную, обратную флотацию, c выделением вначале легкофлотируемых компонентов руды, коллективную флотацию танталовых минералов и других ценных компонентов с дальнейшей их селекцией.

Для прямой флотации танталовых руд изучают возможность применения комплексообразователей, катионных и жирнокислотных собирателей и др. (чаще всего ИМ-50, АНП-14, алкилсульфат натрия, олеат натрия). В качестве модификаторов флотации испытывают жидкое стекло, полифосфат натрия, фтористые соединения, кислоты, щелочи, спирты и др. Устанавливают оптимальные режимы флотации: крупность измельчения, глубину обесшламливания, расходы реагентов, рН флотации, температуру, время флотации, число и режимы перечисленных и контрольных операций и другие необходимые параметры.

65. Черновые гравитационные концентраты подвергают доводочным операциям, выбор которых зависит от их минерального состава. Изучают гранулярный состав концентрата, распределение минералов в магнитном и электрическом поле. В случае близости физических свойств каких-либо групп минералов и невозможности их разделения изучают методы изменения их физических свойств, путем термической, ультразвуковой кислотной или других обработок.

Для выделения легкофлотируемых минералов (сульфиды, апатит, карбонатиты, слюды и др.) применяют флотационный метод или флотогравитацию. Все эти операции часто чередуются с доизмельчением и классификацией материала, его сушкой и обогащением в водной и воздушной средах.

Лопаритовые руды обогащаются гравитационным методом. Черновые концентраты доводятся до требований кондиций методами магнитной и электрической сепарации. Товарные концентраты содержат 93–98 % лопарита, его извлечение из руды составляет 75–80 %. Состав концентрата (%): Ta₂O₅ — 0,5–0,6, Nb₂O₅ — 7–8, ∑TR₂O₃ — 36–38, TiO₂ –38–42, Fe₂O₃ — 2,5, SiO₂ — 2,9, ThO₂ — 0,6.

66. При оценке обогатимости танталовых руд разведуемых месторождений нередко получат концентраты и полупродукты, не отвечающие по содержанию основных компонентов и примесей существующим ОСТам и техническим условиям. В одних случаях это происходит из-за низкого содержания тантала в минерале, в других из-за весьма больших потерь при дальнейшей доводке полупродуктов механическими методами обогащения. Поэтому часто технологически целесообразно и экономически выгодно получать методами механического обогащения полупродукт и направлять его на химическую переработку, которая осуществляется c высокой эффективностью.

67. В промышленной практике используют два основных способа переработки лопаритового концентрата хлорирование и сернокислотный. Универсальная технологическая схема переработки лопарита первым методом основана на хлорировании в присутствии восстановителя газообразным хлором в расплаве при температуре 850–900 °С, с получением плава хлоридов РЗЭ и хлоридные возгоны титана, ниобия, тантала, которые разделяются в конденсационной системе на индивидуальные хлориды.

Сернокислотный способ предусматривает разложение лопарита концентрированной серной кислотой с получением сульфатного продукта, подвергаемого выщелачиванию. В результате выщелачивания и фильтрации получают раствор, содержащий титан, ниобий, тантал. После осаждения титана в виде двойной соли растворы фторируют и жидкостной экстракцией разделяют ниобий и тантал.

Кроме сернокислотного разработаны еще несколько вариантов кислотной технологии для переработки лопаритовых концентратов: азотно-сернокислотный, азотно-хлоридный, азотно-фторидный, щелочно-сернокислотный.

68. При исследовании руд редкоземельных элементов оценивается дробимость, степень раскрытия минеральных фаз, промываемость руды, проводят ситовой и гравитационный анализы узких классов мытой руды и шламов промывки, магнитный анализ мелких классов. Выбирается технологическая схема обогащения, устанавливается число стадий и стадиальная крупность измельчения. Определяются способы обогащения и доводки концентратов и промпродуктов, содержащих попутные компоненты.

69. В промышленном масштабе редкоземельные концентраты получают при переработке монацитсодержащих россыпей (при содержании монацита около сотни грамм на 1 м³ песка), из коренных монацитовых и бастнезитовых руд, а также при попутном извлечении.

Обогащение россыпей, содержащих редкоземельные минералы, включает промывку и гравитационные методы обогащения (отсадка, концентрация на столе, винтовая сепарация) с получением чернового концентрата.

70. Для коренных руд метод обогащения определяется особенностями вещественного состава редкоземельной руды. При этом получение чернового концентрата гравитационными методами основано на сравнительно высокой плотности редкоземельных минералов — до 5500 кг/м³, а получение чернового концентрата — выскокоградиентной магнитной сепарацией с высокой напряженностью поля (0,9–1,2 Тл), что связано со слабомагнитными свойствами редкоземельных минералов (удельная магнитная восприимчивость составляет (1–20)×10–⁹ м³/кг).

Доводка черновых концентратов осуществляется магнитными, электрическими, гравитационными методами, а также флотацией в случае близости физических свойств и наличия тонкой вкрапленности редкоземельных минералов.

71. Полученные концентраты с содержанием 30–70 % суммы оксидов редкоземельных элементов подвергаются химико-металлургической переработке методом сульфатизации или хлорирования с последующей ионообменной хроматографией или экстракцией, имеющей целью разделение компонентов и получение чистых оксидов или соединений редкоземельных элементов, которые затем восстанавливаются металлотермически или электролитически до редкоземельных металлов или лигатурных сплавов, пригодных для последующего использования в металлургии.

Редкометалльные концентраты (пирохлоровый, эшинит-фергусонитовый, бриталитовый, ортитовый, гагринитовый и др.) поступают на переработку спеканием, сульфатизацией, хлорированием, щелочным разложением с переводом РЗЭ в раствор с последующей его переработкой химическим осаждением при производстве карбонатов РЗЭ, либо экстракцией и сорбцией при получении индивидуальных оксидов.

В настоящее время экстракционные методы стали основными в схемах разделения РЗЭ. В промышленной практике для разделения преимущественно используют фосфорорганические экстрагенты — ТБФ, Д2ЭГФК и карбоновые кислоты.

72. Лопаритовые руды обогащаются гравитационным методом. Черновые концентраты доводятся до требований кондиций методами магнитной и электрической сепарации. Товарные концентраты содержат 93–98 % лопарита, его извлечение из руды составляет 75–80 %. Состав концентрата (%): Ta₂O₅ — 0,5–0,6, Nb₂O₅ — 7–8, ∑TR₂O₃ — 36–38, TiO₂ –38–42, Fe₂O₃ — 2,5, SiO₂ — 2,9, ThO₂ — 0,6.

Переработка лопаритового концентрата производится химико-металлургическим способом по хлорной технологии с получением следующих продуктов: пентоксидов ниобия (Nb₂O₅) и тантала (Ta₂O₅), плава хлоридов редкоземельных металлов, тетрахлорида титана. Плав хлоридов редкоземельных металлов направляется на гидрометаллургическую переработку с целью получения индивидуальных оксидов, чистых металлов цериевой группы и другой продукции.

73. В результате исследований технологические свойства руд должны быть изучены с детальностью, обеспечивающей получение исходных данных, достаточных для проектирования технологической схемы их обогащения и переработки с комплексным извлечением содержащихся в них компонентов, имеющих промышленное значение.

74. Промышленные (технологические) типы и сорта руд должны быть охарактеризованы по соответствующим предусмотренным кондициями показателям, определены основные технологические параметры обогащения и химической переработки. Для процессов гравитации, магнитной сепарации и флотации: выход концентрата, его качество (содержание редких металлов, других полезных компонентов и вредных примесей), метод переработки концентрата, извлечение редких металлов и других полезных компонентов в отдельных операциях и их сквозное извлечение, расход реагентов, объем и характеристика продуктов, направляемых в хвостохранилище, необходимость и способы обезвреживания промстоков.

75. Достоверность данных, полученных в результате полупромышленных испытаний, оценивают на основе технологического и товарного баланса. Разница в массе металла между этими балансами не должна превышать 10 %, и она должна быть распределена пропорционально массе металла в концентратах и хвостах. Показатели переработки сравнивают с показателями, получаемыми на современных обогатительных фабриках и ГМЗ по переработке редкометалльных руд.

76. Твердо установленных кондиций на концентраты нибиевых руд нет. Государственные и отраслевые стандарты, а также технические условия на редкоземельные концентраты отсутствуют.

Качество концентратов должно в каждом конкретном случае регламентироваться договором между поставщиком (рудником) и металлургическим предприятием или должно соответствовать существующим стандартам и техническим условиям.

Колумбитовые концентраты первого сорта должны содержать не менее 60 % Nb₂O₅, второго — не менее 50 %; для пирохлоровых концентратов см. таблицу (Таблица Ю.6) кондиции на пятиокись ниобия снижаются до 37 % и для лопаритовых — до 8 % в связи с более низким содержанием пятиокиси ниобия в самих минералах. Лимиты на примеси также значительно колеблются в зависимости от сорта концентрата (SiO₂, TiO₂ и SnO_{2 —} от 2 до 5 %) и типа руды (в пирохлоровых концентратах допускаются более высокие содержания SiO₂ и P₂O₅, в лопаритовых — TiO₂).

Конечным продуктом, непосредственно получаемым из пирохлорового и колумбитового концентратов, является феррониобий (FeNb), с содержанием около 65 % Nb и используемый для легирования стали. Из некондиционных по содержанию Nb₂O₅ пирохлоровых концентратов методом алюминотермии возможно получение алюмониобиевых лигатур, в дальнейшем перерабатываемых на феррониобий.

77. Для попутных компонентов в соответствии с «Методическими рекомендациями по комплексному изучению месторождений и подсчету запасов попутных полезных ископаемых и компонентов» [9], необходимо выяснить формы нахождения и баланс их распределения в продуктах обогащения и передела руд и концентратов, а также установить условия, возможность и экономическую целесообразность их извлечения.

78. Должна быть изучена возможность использования оборотных вод и отходов, получаемых по рекомендуемой технологической схеме переработки шламов для микроудобрений; даны рекомендации по очистке промстоков.

Таблица Ю.6 — Основные требования к концентратам

Концентраты и содержащиеся в них компоненты		Содержание
	I сорт		II сорт		III сорт		IV сорт
Лопаритовые (ТУ 48–4–300–74) – лопарит, не менее – сумма Nb2O5 и Ta2O5, не менее – фосфор, не более – кремнезем, не более		90 8,0 0,016 2,5		90 8,0 0,1 2,5		90 8,0 0,3 6,0		65 8,0 0,5 8,0
Пирохлоровые (ОСТ 48–37–72) – сумма Nb2O5 и Ta2O5, не менее – влага, не более – примеси на 1 % суммы Nb2O5 и Ta2O5, не более:		38,0 1,0		– –		– –		– –
SiO2 TiO2 P S С		0,32 0,32 0,0025 0,003 0,005		– – – –		– – – –		– – – –
Танталовые (ТУ 48–233–72) марка ТАК – тантала, не менее – кремнезема, не более		40 Не нормируется		26 7		17 7		5 10

 

---

Дата добавления: 2019-07-17; просмотров: 425; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!