» » Перовскито-титаномагнетитовые руды месторождения Африканда и технология их переработки
03.02.2015

Африкандское месторождение перовскито-титаномагнетитовых руд расположено на Африкандском массиве, представляющем собой интрузив трещинного типа (древний вулкан). Его эрозионный срез составляет площадь 6,5 км2. Сохранившаяся от естественного разрушения часть массива представляет собой воронкообразное естественное образование с падением пород к центру массива под углом 40-60°, имеющее зональное строение: внешняя зона — измененные гнейсы, периферическая зона — нефелиновые пироксениты, переходящие в зону мелкозернистых пироксенитов, и, наконец, центральная часть — средне- и крупнозернистые пироксениты. Титаномагнетитовое и перовскитовое оруденение приурочено к центральной части массива, сложенной пироксенитами, оливинитами и пегматитовыми образованиями. В плане месторождение вытянуто к северо-западу. Оно имеет извилистое очертание площадью 6,77 км2. Имеющиеся планы и разрезы определяют форму рудного тела как крупную залежь трубообразной формы, имеющее склонение 40° в указанном выше направлении.
Пироксениты по мере удаления от контакта с гнейсами обогащаются рудными минералами, поэтому месторождение не имеет четко очерченных границ и его контуры определяются требованиями на сырье.
Содержание перовскита в горной породе изменяется от 10 до 36% и титаномагнетита от 20 до 30%, причем наибольшее его содержание(~34%) в оливинитах (табл. 34). В среднем сырая африкандская руда содержит (в мас.%): 14-16 - TiO2; 17-18 - Fe; 0,17-0,25 - (Nb, Та)2О5 и 0,47-0,64 - редкие земли.
Перовскито-титаномагнетитовые руды месторождения Африканда и технология их переработки

Наиболее богаты по содержанию диоксида титана оливиниты (20,02% TiO2). От 89 до 97% диоксида титана по балансу сосредоточено в двух минералах — перовските и титаномагнетите. В подготовленном к эксплуатации участке различается три типа руды: крупнозернистые пироксениты, амфиболитовые пироксениты и рудные оливиниты. Кроме того, обнаруживаются на месторождении рудные жилы, титаномагнетиты, слюдяные, нефелино-шорломитовые и др. Пироксениты и оливиниты заметно разрушены и легко выбираются экскаватором и только титаномагнетитовые жилы сохраняют внешне облик скальных пород. Руда опытной партии, составленная из всех типов руд, взятых в количестве пропорционально их запасам, представляет собой рыхлую массу при средней величине зерен 1—3 мм (80—85%), более мелкие образования составляют 6—8% и куски 30— 40 см (глыбы) — не более 10%.
Характеристика минералов представительной пробы. Рудные минералы представлены в основном перовскитами и титаномагнетитами.
Перовскит. К этой группе минералов, состав которых меняется от перовскита до лопарита, относится африкандский перовскит, за которым полностью можно сохранить это название (табл. 35), хотя в жилах перовскит ближе по составу к дизаналиту (минерал, содержащий наряду с железом и редкими землями ниобий). В редких землях Африкандского месторождения преобладает цериевая группа. Среднее содержание диоксида титана в перовските: 55% (52, 12—56, 35%), содержание редких земель колеблется в пределах 2,1—7,08%, оксидов ниобия и тантала — 0,8—2%. Удельный вес перовскита — 4,04—4,17 г/см3. По важнейшим типам руд перовскит характеризуется колебаниями состава по редким и редкоземельным элементам.
Перовскито-титаномагнетитовые руды месторождения Африканда и технология их переработки

Перовскито-титаномагнетитовые руды месторождения Африканда и технология их переработки

Титаномагнетит — тонкая кристаллическая структура срастания минералов. В травленных полированных шлифах на фазе потемневшего магнетита отчетливо выступают пластинчатые вростки ильменита и неправильные обособления гематита. Африкандский титаномагнетит сильно магнитен. Твердость — 5,5—6,5. Удельный вес — 5,05 г/см3 (4,75-5,11). Колебания удельного веса определяются включениями ильменита и микровключениями перовскита. Химический состав титаномагнетитов (табл. 36) изменяется по содержанию диоксида титана от 6,96 до 20,15%, однако для титаномагнетита из руды содержание близко к 7,5%. Содержание оксида железа (III) 50-68%, оксида железа (II) — от 20 до 33%, наличие редких земель обусловлено мелкими включениями в титаномагнетите перовскита и оксида ванадия ниже 0,1%.
Mагнетит. Наряду с титаномагнетитом в рудных жилах обнаруживается магнетит совместно с титаномагнетитом, а также в качестве продукта расплава оливина и метасиликата.
Перовскито-титаномагнетитовые руды месторождения Африканда и технология их переработки

Породообразующие минералы (табл. 37). Главные — пироксениты и оливин. Сравнительно широкое распространение получили амфиболы, которые образуют срастания с пироксенитами и рудными минералами, и их разновидность — роговая обманка. Большое распространение в пустой породе получили темные слюды, развивающиеся по пироксенам и амфиболам, а также в оливинах и в промежутках между указанными минералами. Содержание диоксида титана в пироксенах и амфиболах составляет около 2%. Однако наибольшее его количество (12—16% TiO2) содержится в черном железистом гранате — шорломите, являющемся ксеноморфным по отношению к нефелину. Он устойчив к поверхностному выветриванию. Содержание в нем редкоземельных элементов — до 0,3% и оксида ниобия — 6,12%.
Из рудных минералов, не имеющих промышленного значения, следует отметить сфен и нефелин. Последний обычно сильно изменен и концентрируется в пегматоидных жилах. Сфен ассоциирует с кальцитом и при переработке руды как тяжелый и устойчивый минерал концентрируется совместно с перовскигом, причем его содержание в концентрате не превышает 1%, хотя в рудах его содержание значительно ниже.
Рудные концентраты. При обогащении африкандских руд могут быть получены три вида концентратов: титаномагнетитовый, перовскитовый и коллективный. В качестве побочного продукта образуются так называемые хвосты, знание состава которых также является обязательным для решения задачи их попутного использования.
Обогащение перовскито-титаномагнетитовых руд Африкандского месторождения. Известные разности африкандских руд обогащаются при постоянном технологическом режиме по-разному. Так, наиболее богатые разности — рудные оливиниты и нефелиновые рудные пегматиты — обогащаются труднее по сравнению с бедными амфиболитовыми рудными пироксенитами и крупнозернистыми рудными пироксенитами. Исследования по обогащению указанных руд проводились рядом институтов. Однако наиболее существенный вклад в решение этой проблемы внесли Механобр, ЦНИИЧермет и Кольский филиал АН России.
Перовскито-титаномагнетитовые руды месторождения Африканда и технология их переработки

Первоначально была разработана магнитно-гравитационная схема, которая включала выделение титаномагнетитового концентрата магнитной сепарацией и перовскитового концентрата — многостадийной концентрацией на столах немагнитной фракции. Обогатительная фабрика была пущена по технологической схеме, которая включала трехстадийное дробление, измельчение (до класса 0,074 мм 45—50%), магнитную сепарацию для выделения титаномагнетитового концентрата в начале обогащения, кальцитовую и перовскитовую флотации. Однако проектный реагентный режим не обеспечил стабильную флотацию перовскита и схема была усовершенствована, но оказалась малоэффективной. Поэтому были продолжены исследования физико-химических особенностей флотируемости перовскита с новыми реагентами. В результате была разработана более эффективная схема обогащения перовскита-титаномагнетитовых руд, которая позволила получить перовскитовый концентрат с содержанием 48—51% TiO2 и извлечением 65—68%. Была осуществлена проверка разработанной схемы в промышленных условиях (табл. 38). Она включала дробление, измельчение до 200 меш (выход 45%), обесшламливание и магнитную сепарацию. В результате был получен титаномагнетитовый концентрат с содержанием 58—60% Fe и 7—8% TiO2.
Хвосты — немагнитная фракция — направлялись на кальцитовую флотацию, а затем после отмывки реагента в гидроциклонах — на перовскитовую флотацию. Кальцитовый продукт содержит 20-25% кальцита, 8—10% перовскита, до 40% слюды и 15—20% метасиликата. Операция кальцитовой флотации облегчает и стабилизирует флотацию перовскита с использованием свежей воды. В результате этой флотации выделяется перовскитовый концентрат с содержанием 49—50% TiO2.
Перовскито-титаномагнетитовые руды месторождения Африканда и технология их переработки

Суммарное извлечение TiO2 в товарные концентраты составляет 78—80%. Потери диоксида гитана (с перовскитом) имеют место в значительном объеме на операции обесшламливания и отмывки, и они могут быть уменьшены. В результате выполненных исследований и проверки флотационной ее части в промышленных условиях была рекомендована для внедрения технологическая схема обогащения перовскито-титаномагнетитовых руд Африкандского месторождения, представленная на рис. 20. Наличие в этой схеме кальцитовой флотации осложняет принятую технологическую схему, поэтому проводились значительные исследования по изучению взаимодействия жирнокислотного собирателя и комплексующих реагентов с основными минералами руды, а также ионного состава жидкой фазы пульпы и оборотных вод. Все эти исследования позволили сделать вывод о возможности прямой флотации перовскита. В табл. 39 представлены данные по прямой флотации перовскита, рекомендованной к внедрению. 80% извлечения диоксида титана соответствует почти полному извлечению перовскита.
Перовскито-титаномагнетитовые руды месторождения Африканда и технология их переработки

Коллективный концентрат. Указанный концентрат получен при гравитационном обогащении африканцской руды, содержащей перовскита и титаномагнетита — 48%, метасиликата — 37,5% и другие минералы в следующих количествах (в %) : оливин — 4, слюда — 2, апатит и мелилит — 2, кальцит — 4, полевые шпаты и нефелин — 1,5 и другие минералы (кварц, гранат, сфен) — не более 1%. Химический состав (в мас. %) характеризовался наличием диоксида титана от 13 до 16, оксида железа (III) — 17, оксида железа (II) — 10,4, ниобия и тантала — 0,31, оксида кремния — 27, оксида фосфора (V) — до 0,07, оксида магния, связанного с оливином, — 1,5—2. Данные химического и минералогического анализов показали хорошую сходимость. Среднее содержание титаномагнетита в коллективном концентрате — 47,2%, перовскита — 34,4%, метасиликатов — 15,8%, апатита и мелилита — менее 2%, другие минералы обнаруживаются в весьма малых количествах. Химический анализ представлен в табл. 40. В коллективном концентрате 98% TiO2 замечено в перовските и титаномагнетите.
Перовскитовый концентрат. Наименование он получил от преобладающего в вещественном составе минерала перовскита, содержащего самое высокое количество TiO2 (от 50,8 до 56,5%) из всех известных хитансодержащих минералов, обнаруженных в африкандских рудах. При обогащении кондиционной руды 80% извлечения диоксида титана соответствует 100% извлечения перовскита. В перовскитовом концентрате содержится 2,8% титаномагнетита, 13,3% метасиликата, около 3% оливина, менее 1% кальцита и других минералов менее 1%. Химический его состав по основным компонентам следующий (в %) : TiO2 — 43—50; (Nb, Ta)2О5 — 0,92; (TR)2O3 — 3; SiO2 — 5,2—9,8. Технологическая схема выделения перовскитового концентрата представлена на рис. 22. В схеме, заложенной в проект обогатительной фабрики, предусматривалось 85% извлечения перовскита. Около 15% указанного минерала теряется со шлаками и кальцитовым продуктом. При использовании африкандских руд более глубоких горизонтов потери будут сокращаться. Как известно, различные рудные разности африкандского сырья обогащаются неодинаково; так, наиболее богатые перовскитовые руды (рудные оливиниты и нефелиновые рудные пегматиты) обогащаются труднее. При постоянном реагентном режиме содержание рудных оливинитов в шахте не должно превышать 10%. Повышение этого значения вызывает необходимость добавки реагентов. В перовскитовом концентрате присутствуют в допустимом количестве радиоактивные элементы, суммарное содержание которых пропорционально концентрации диоксида титана.
Перовскито-титаномагнетитовые руды месторождения Африканда и технология их переработки

Титаномагнетитовый концентрат. Практически он мономинерален и содержит в своем составе 98% основного минерала. Содержание диоксида титана в титаномагнетите от 3 до 12% (среднее содержание 7,5%). Мономинеральные фракции африкандского титаномагнетита (табл. 41) представляют собой природно-легированный магнетит, в основном титаном, в незначительном количестве ванадием (0,06-0,08% V2O5) и еще в меньшем количестве ниобием. Титаномагнетиты Арфикандского месторождения — наиболее чистое сырье таких вредных примесей, как сера и фосфор. В их составе обнаруживаются высокие концентрации титана и достаточные для естественного микролегирования стали ванадия и ниобия. Этот концентрат в недалеком будущем несомненно станет исходным сырьем для прямого получения микролегированных сталей методами рудной электротермии. Наиболее богатые по ванадию титаномагнетиты Волчьих Тундр (0,80—2,46% V2O5), а по содержанию диоксида титана — Хибинские месторождения (Юкспор и Расвумчорр). Некоторые титаномагнетиты содержат никель (0,15—0,30) и в большом количестве (около 12%) оксид магния (Лесная Барака). Повышенное содержание фосфора обнаруживается в Хибинских месторождениях (0,07—0,17% Р2О5) из-за тонкого прорастания апатита в магнетите (табл. 42).
Перовскито-титаномагнетитовые руды месторождения Африканда и технология их переработки

Перовскито-титаномагнетитовые руды месторождения Африканда и технология их переработки