Главная
Новости
Строительство
Ремонт
Дизайн и интерьер
Строительная теплофизика
Прочность сплавов
Основания и фундаменты
Осадочные породы
Прочность дорог
Минералогия глин
Краны башенные
Справочник токаря
Цементный бетон




13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017





Яндекс.Метрика
         » » Технологические исследования месторождений нерудных полезных ископаемых

Технологические исследования месторождений нерудных полезных ископаемых

26.09.2017

Промышленное использование полезных ископаемых определяется не только их природными особенностями и качеством, но и возможностью экономически выгодного обогащения и переработки минерального сырья. Поэтому выбору технологической схемы передела полезного ископаемого, отвечающему современному уровню развития науки и техники, при разведке месторождений полезных ископаемых должно уделяться самое пристальное внимание.
Технологические исследования должны производиться на всех стадиях изучения месторождения. Уже при поисково-оценочных работах должны быть установлены основные технологические особенности полезного ископаемого. В дальнейшем по мере изучения месторождения все большее значение приобретает изменчивость состава, качества и технологических свойств полезного ископаемого, что предопределяет необходимость изучения технологических свойств отдельных природных разновидностей, типов и сортов минерального сырья.
Характер технологических исследований на каждой из стадий определяется основными задачами этих стадий. Основной задачей технологических исследований на стадии предварительной разведки является разработка ориентировочной схемы и режимов рациональной технологической переработки полезного ископаемого с учетом комплексного использования компонентов, представляющих промышленный интерес. Для решения этой задачи на стадии предварительной разведки необходимо установить, к какому из технологических типов должно быть отнесено полезное ископаемое разведываемого месторождения, на основании чего определить объем и направление дальнейших технологических исследований. Для полезных ископаемых, переработка которых предполагается на близрасположенных промышленных предприятиях, необходимо в первую очередь проверить применяемую там технологическую схему и критически ее оценить. Развитие теории и практики технологической переработки полезных ископаемых позволяет шире использовать специфические особенности сырья и, пользуясь новыми методами, в сочетании с освоенными промышленностью, разработать более эффективные способы технологического передела разведываемого минерального сырья.
Технологические исследования на стадии детальной разведки должны дать необходимую и достаточную информацию для проектирования предприятия. Исходя из этого полученные на стадии предварительной разведки результаты технологических исследований оцениваются с точки зрения возможности внедрения их в промышленное производство, изучается возможность использования оборотной воды и очистки промышленных стоков, анализируются и проверяются различные технологические схемы и на основе этого анализа выбирается оптимальная по технологическим и экономическим показателям схема.
Объем технологических исследований определяется типом полезного ископаемого, степенью промышленного освоения сырья данного типа и стадией геологоразведочного процесса.
Исходя из степени промышленной освоенности минерального сырья М.А. Эйгелес и В.П. Кузнецов предложили все месторождения полезных ископаемых разделить на три технологические группы.
К первой группе они относят месторождения детально освоенного промышленностью типа, не отличающиеся по вещественному составу, гидрогеологическим и горнотехническим условиям разработки от эксплуатируемых. Для этих месторождений, по их мнению, достаточно укрупненных лабораторных испытаний, а при неоднородном качестве полезного ископаемого потребуется и технологическое картирование. Ко второй группе относятся месторождения, хотя и освоенного промышленностью типа, но взаимосвязь геолого-минералогическими характеристиками и технологическими свойствами на которых устанавливаются недостаточно четко, что характерно, например, для огнеупорных и керамических глин. Технология переработки сырья на месторождениях этой группы требует внесения соответствующих коррективов, усовершенствования или внедрения новых методов.
Технологические исследования на месторождениях этой группы, по мнению М.А. Эйгелеса и В.П. Кузнецова, должны производиться в полупромышленных условиях с экономическим анализом полученных результатов.
К третьей группе относятся месторождения новых для промышленности типов полезных ископаемых. Минеральное сырье этой группы требует детального изучения условий переработки в промышленных условиях, технологического картирования и исследования получаемых при обогащении и переделе продуктов.
Предлагаемая группировка принципиальных возражений не вызывает и может быть рекомендована для использования в процессе проведения разведочных работ на месторождениях нерудных полезных ископаемых. Однако рекомендация о необходимости проведения на месторождениях третьей группы технологических испытаний полезного ископаемого в промышленных условиях требует некоторого уточнения.
Промышленные или заводские технологические испытания проводятся в условиях действующего промышленного предприятия. При проведении промышленных испытаний проверяется весь ход технологического процесса обогащения или переработки минерального сырья по принятым на действующем предприятии схеме и технологическом режиме. Это обстоятельство не позволяет вносить в технологический процесс каких-либо существенных изменений, что легко осуществимо при проведении полупромышленных испытаний.
Полупромышленные испытания осуществляются в условиях моделирующих промышленную технологию обогащения или переработки минерального сырья. При проведении полупромышленных испытаний уточняются основные узлы технологической схемы, реагентный режим и т. д. Производятся они обычно на опытно-промышленных фабриках или в лабораторных условиях, на установках, моделирующих промышленные. Это позволяет исходя из особенностей сырья разведуемого месторождения вносить и проверять в ходе испытаний необходимые изменения как в саму схему, так и в технологический режим.
Кроме того, для производства технологических испытаний в промышленных условиях требуются пробы большой массы, отобрать которые при проведении разведочных работ весьма затруднительно. Так, например, для проведения технологических испытаний известняков как сырья для производства конверторной извести в промышленных условиях требуется проба массой 1800 т, а для промышленных испытаний доломитов как сырья для производства смолодоломитовых огнеупоров — 3000 т. Естественно, что отбор проб такой массы при разведке месторождения буровыми скважинами представляет большие трудности и обусловливает необходимость проходки только для отбора технологической пробы большого объема горных выработок, что удорожает разведочные работы и увеличивает срок их проведения. При проведении технологических исследований в полупромышленных условиях масса проб в указанных случаях может быть сокращена до нескольких сот килограмм; отбор таких проб в процессе разведочных работ особой сложности не представляет.
Исходя из изложенного промышленным технологическим испытаниям рекомендуется подвергать труднообогатимое или сложноперерабатываемое сырье новых участков или месторождений, предназначенное для обогащения или переработки на том предприятии, где производятся технологические испытания. Кроме того, испытаниям следует подвергать технологически сложное сырье новых месторождений или участков, переработка которого будет производиться на другом, новом предприятии, построенном по той же схеме, что и данное предприятие, и при условии, что на нем достигнуты высокие технологические показатели.
Во всех остальных случаях должны производиться лабораторные или полупромышленные испытания. Лабораторным испытаниям подвергаются полезные ископаемые промышленно освоенного типа, относимые М.А. Эйгелесом и В.П. Кузнецовым к первой группе, а также все полезные ископаемые на стадии предварительной разведки, независимо от технологической сложности сырья.
На стадии детальной разведки полупромышленным испытаниям должно быть подвергнуто сырье новых технологических типов, схема переработки которых промышленностью не освоена, а также сырье известных промышленных типов при внесении в схему обогащения или переработки усовершенствований, не внедренных в производство. Сырье известных промышленных типов, технология обогащения и переработки которых не вызывает затруднений, полупромышленным испытаниям, как правило, подвергать не следует. Производятся они в виде исключения, с целью уточнения деталей промышленно освоенной схемы применительно к сырью данного месторождения и улучшения технологических показателей.
Изучение технологических свойств полезного ископаемого при разведке месторождений производится на специально отбираемых для этой цели пробах. При отборе технологических проб особое внимание должно быть уделено особеспечению их представительности.
В литературе по методике разведки месторождений полезных ископаемых и в практической деятельности геологоразведочных организаций прочно укоренилось представление, что представительной может считаться проба, которая по составу и качеству полезного ископаемого соответствует среднему составу и качеству полезного ископаемого на месторождении.
Такое определение является одной из причин, обусловливающих недостижение в промышленных условиях технологических показателей, полученных при производстве технологических исследований в процессе разведки месторождения. Дело в том что на обогатительные фабрики и перерабатывающие минеральное сырье предприятия полезное ископаемое поступает не такого состава и качества, каким оно было в недрах и технологических пробах, а в определенной степени разубоженное, содержащее вредные примеси, находящиеся не только в самом полезном ископаемом, но и в разубоживающих его породах. Вовлечение в промышленное освоение новых месторождений, характеризующихся сложной морфологией тел полезного ископаемого, механизация горнодобычных работ, применение высокопроизводительных систем разработки месторождений неизбежно приводят к увеличению степени разубоживания полезного ископаемого в процессе его добычи. Поэтому приведенное выше определение представительности технологической пробы в настоящее время не может быть признано достаточным и требует уточнения.
При определении представительности технологической пробы необходимо учитывать степень разубоживания полезного ископаемого при добыче, а также вещественный состав не только полезного ископаемого, но и разубоживающих его пород.
Поскольку на результаты технологических исследований оказывают влияние не только химический состав полезного ископаемого, но и состав слагающих его минералов, их размеры, крупность, характер взаимопрорастания (свободные или тесносросшиеся), а также физическое состояние полезного ископаемого, то при оценке представительности технологических проб необходимо учитывать и эти факторы.
Кроме того, полезное ископаемое на каждом месторождении неоднородно: имеется сырье с лучшими и худшими свойствами и качеством, чем среднее по месторождению. Если вопрос о технологии переработки сырья лучшего качества, чем среднее по месторождению, не возникает, то вопрос о возможности использования сырья худшего качества (с более низким содержанием полезных компонентов, с более высоким содержанием вредных примесей, более сложным характером прорастания полезных, вредных или балластных минералов, с пониженными физико-механическими свойствами и т. д.) нередко является весьма актуальным, особенно при отсутствии возможности или нецелесообразности усреднения сырья.
Отбор и испытание таких проб позволят установить технологическую возможность и экономическую целесообразность добычи и переработки сырья с предельно допустимыми показателями.
Приведенное выше свидетельствует о том, что для отбора представительной пробы необходимо геологам, отбирающим пробу, хорошо знать вещественный состав, структуру и текстуру полезного ископаемого и вмещающих его пород, участвующих в разубоживании. Для этого в процессе разведки месторождения следует изучить минеральный и химический состав полезного ископаемого и вмещающих пород, их структуру и текстуру, физико-механическое состояние, составить баланс распределения полезных и вредных компонентов по минералам.
Для правильного определения количества технологических проб большое значение имеют разделение полезного ископаемого на природные разновидности и типы по вещественному составу, структуре и текстуре, а также количественная оценка каждой разновидности и типа.
Все выделенные на месторождении разновидности и типы прежде всего должны быть охарактеризованы самостоятельными пробами. Проведенные в лабораторных условиях технологические исследования этих проб позволят определить принципиальную возможность обогащения или переработки сырья всех разновидностей и типов по одной схеме или необходимость применения двух и более схем.
Для подтверждения возможности обогащения или переработки полезного ископаемого всех разновидностей и типов по одной технологической схеме, если это будет установлено лабораторными испытаниями частных проб, необходимо составить объединенные пробы, включающие материал проб разных разновидностей и типов пропорционально их природному соотношению на месторождении.
Направление и характер технологических испытаний, а также объем проб, на которых они должны осуществляться, определяется программой, разработанной организацией, которая будет производить технологические испытания совместно с геологоразведочной организацией, осуществляющей разведку месторождения. При определении и согласовании объема проб следует иметь в виду, что технологические организации нередко предъявляют завышенные требования, не всегда достаточно обоснованные. Так, например, для проведения технологических исследований фосфоритовых руд месторождения Чилисай была отобрана технологическая проба массой 6 тыс. т, из которой затем отбирались частные пробы для лабораторных и полупромышленных испытаний. Всего было использовано около 300 кг; остальная масса пробы оказалась ненужной. Особенно высокие требования к объему проб предъявляют технологи, испытывающие нерудное металлургическое сырье, что в большинстве случаев вызвано не технологическими нуждами, а необходимостью приспособления к работе действующих предприятий. Создание в системе Министерства геологии России собственной технологической базы во многом способствовало бы сокращению затрат на производство технологических исследований и повышению их достоверности.
Приведенное свидетельствует о необходимости критического отношения к объему проб и обоснованию соответствующими расчетами.
В практической деятельности нередко возникают вопросы о месте отбора технологических проб и должна ли технологическая проба характеризовать полезное ископаемое на полную его мощность? Технологическая проба должна отбираться преимущественно на участке первоочередной разработки месторождения, представительному по составу и качеству полезного ископаемого. Отбор проб, характеризующих полную мощность полезного ископаемого, не всегда возможен (особенно при большой его мощности), а практически и не нужен. Проба может отбираться из вскрытой горными выработками части разреза полезного ископаемого, однако нередко обеспечить представительность пробы путем взятия ее из одной выработки не всегда возможно. Вследствие этого технологическая проба может отбираться из разных выработок. Основное условие к ней — быть представительной по всем тем показателям, которые были изложены выше.
Полученные результаты технологических испытаний необходимо критически проанализировать как технологами, так и геологами. Обычно результаты технологических исследований, проведенных на нескольких единичных пробах или при непрерывных испытаниях в отчетах, выражаются средними величинами. Это не позволяет судить о стабильности технологических параметров и исключает возможность объективной оценки их воспроизводимости, что нередко приводит к неподтверждению технологических показателей в промышленных условиях.
Анализируя результаты технологических исследований, необходимо учитывать постоянство качества и свойств концентратов основных и попутных компонентов, показатели их технологического передела. С целью контроля качества технологических исследований можно воспользоваться методикой, предложенной Г.В. Остроумовым, И.Д. Ивановой и Н.С. Масалович, которая позволяет оценивать фактическую воспроизводимость полученных в процессе технологических испытаний результатов не только количественно, но и выявлять влияние различных факторов на стабильность технологических показателей.
Для нахождения суммарной погрешности методикой предусматривается определение по данным 10—12 опытов, проведенных в разное время при идентичных условиях, по известным формулам среднего квадратичного отклонения результатов от их среднего значения, которое и будет характеризовать воспроизводимость технологического процесса и позволит установить границы его возможных отклонений.
При оценке стабильности результатов обогащения следует давать оценку воспроизводимости выхода концентрата и его качества. Если в результате обогащения получается во всех случаях кондиционный концентрат, то достаточно определить воспроизводимость только по извлечению.
Факторы, влияющие на стабильность технологических показателей, могут быть как объективными (состав исходного материала, интервал между опытами и т. д.), так и субъективными (квалификация исполнителей, подбор оборудования и др.). Для исключения влияния субъективных факторов в эксперименте должны участвовать одни и те же исполнители с одним и тем же оборудованием. Продолжительность опытов, нормы расхода и последовательность введения реагентов, а также подготовка проб к анализу при проведении исследований на воспроизводимость должны быть строго одинаковыми во всей серии опытов.
В ряде случаев проведенные технологические испытания свидетельствуют о возможности переработки полезного ископаемого по двум или нескольким технологическим схемам, иногда принципиально отличным.
В этих случаях необходимо произвести сравнение техникоэкономических показателей разработанных схем, и на основе сопоставления определить не только преимущество той или иной схемы, но и установить границы эффективности каждой из них. При разведке, например, месторождений фосфоритов Kaратау обычно возникает вопрос о преимуществах и недостатках термического и кислотного способов их переработки, а при разведке месторождений калийных солей нередко трудно отдать предпочтение галургическому или флотационному способу переработки, и т. д. Решение этих вопросов возможно только путем сопоставления технико-экономических показателей каждой из схем. Естественно, что для сопоставления должны быть использованы технологические опыты, проведенные на сырье с одинаковым содержанием не только основного, но и всех других компонентов. На оценку эффективности каждой схемы немаловажное влияние оказывает и ассортимент продукции, которую предполагается получить из минерального сырья. Проведенное, например, Ю.А. Забелешинским, Э.И. Цининым и М.В. Андреевым экономическое сравнение термической и кислотной переработки фосфатного сырья показало, что термическая переработка фосфатного сырья экономически оправдана только при необходимости выпуска чистых соединений (кормовых фосфатов для животноводства, реактивов и др.) либо в тех случаях, когда технически невозможно переработать сырье кислотным методом без предварительного обогащения, а эффективный способ обогащения отсутствует.
Исследованиями Всесоюзного научно-исследовательского института галургии установлено, что калийные соли с низким содержанием хлористого калия и высоким содержанием нерастворимого остатка и окиси магния целесообразно перерабатывать галургическим способом, а соли с относительно низким содержанием вредных примесей — флотационным способом. В ряде случаев хорошие результаты дает комбинированный флотационно-галургический способ.
Оценивая результаты технологических исследований, необходимо учитывать, насколько разработанная схема соответствует особенностям вещественного состава полезного ископаемого разведуемого месторождения. Недоучет этого обстоятельства нередко приводит к тому, что существующая технология переработки минерального сырья не позволяет стабильно получать продукцию высокого качества. Происходит это потому, что при проведении испытаний технологи не учитывают возможность нейтрализации содержащихся в полезном ископаемом вредных примесей. Так, в цементном сырье, кроме основных клинкеробразующих компонентов, содержатся примеси, которые сами по себе являются вредными, но при определенном сочетании вредное влияние их нейтрализуется. Вредное влияние окиси магния, например, нейтрализуется в том случае, если в сырье присутствуют плавиковый шпат, фосфор, окись хрома и даже другая вредная примесь — щелочь. При высоком содержании щелочей их вредное влияние может быть нейтрализовано путем введения в шихту гипса, плавикового шпата, хлористого кальция или какого-либо другого минерализатора. Все это свидетельствует о необходимости при проведении технологических испытаний строго учитывать вещественный состав полезного ископаемого, соотношение в нем содержания различных примесей, добиваться устранения вредного влияния примесей путем введения соответствующих минерализаторов. Геологи, принимающие результаты технологических исследований, должны критически оценивать их и с этих позиций.
При современном высоком уровне потребления нерудных полезных ископаемых удовлетворение потребности народного хозяйства в минеральном сырье, пригодном для использования в естественном виде, становится трудно разрешимой задачей. Вследствие этого возникла необходимость использования в народном хозяйстве сложных по составу, труднообогатимых, бедных по содержанию ценных компонентов руд. Применение обычных, традиционных способов обогащения не всегда дает положительные результаты. Новые методы обогащения нерудных полезных ископаемых при разведке месторождений нерудных полезных ископаемых, к сожалению, используются редко. Широкие перспективы открывают радиометрические методы. Эти методы (фторометрический, люминесцентный, авторадиометрический, фотонейтроиный, гамма-абсорбционный и др.) обладают, как правило, высокой селективностью при обработке труднообогатимых и комплексных полезных ископаемых. Они позволяют разделить полезное ископаемое на разновидности, эффективно обогащаемые в дальнейшем другими способами, В настоящее время доказана возможность использования радиометрических способов обогащения практически для всех полезных ископаемых, но наиболее эффективно их применять для обогащения контрастных руд. Поэтому при составлении программ технологических исследований необходимо предусматривать проведение опытов по радиометрическому обогащению полезного ископаемого.
Разработанная технологическая схема обогащения или переработки минерального сырья предназначена для внедрения ее в промышленность. Вследствие этого при оценке результатов технологических исследований следует учитывать возможность ее воспроизводства в промышленных условиях, цены и возможность получения предусмотренных схемой реагентов, использование оборотной воды, а также состав сточных вод и возможность их сброса в поверхностные водоемы.