1Лащук В.В., 1Мельник Н.А., 1Суворова О.В., 2Лёвкин А.В., 1Мотина А.В.

1Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева, Апатиты

2ОАО «Ковдорслюда», Ковдор, Мурманская область, Россия

Особенности гранулометрического и минерального составов, инженерно-геологических и радиационно-гигиенических свойств лежалых хвостов вермикулитовой обогатительной фабрики ОАО «Ковдорслюда»

The results of a geoecological examination of stored vermiculite dressing tailings, which are of interest for the production of ceramics, ameliorating agents and fillers for heat-resistant concretes, are presented. The tailings are found to be differentiated in grain size and mineral composition. Nearing the pond centre, the size, density and radioactivity of the crushed material diminish.

Месторождения, приуроченные к Ковдорскому массиву ультращелочных пород и карбонатитов, характеризуются широким разнообразием промышленных минералов. Полезные компоненты содержатся, как в этих комплексных рудах, так и в отходах их обогащения [1]. В настоящее время, разработано более совершенное технологическое оборудование, позволяющее рентабельно доизвлекать промышленные минералы из слюдяных отвалов или хвостохранилищ [2, 3].

Первые исследования лежалых хвостов вермикулитовой обогатительной фабрики (ВОФ), проведенные при помощи шурфового опробования, показали, что материал слабо дифференцирован по гранулометрическому и минеральному составам, и представляет интерес в качестве сырья для производства грубой керамики [4].

Настоящая работа является продолжением предыдущих исследований. Она посвящена изучению распространения разновидностей отходов в пределах хвостохранилища ВОФ. Для достижения этой цели дополнительно был пройден горизонтальный профиль с шагом 60 м и отобрано 14 проб в южной части этого техногенного образования.

Результаты геоэкологических исследований 2006-2007 г.г. представлены в таблицах 1-4.

Анализ гранулометрического состава показал, что отходы по крупности зерен соответствуют гравелистому крупнозернистому песку (таблица 1).

Таблица 1
Гранулометрический состав отходов обогащения, отобранных на поверхности (профиль)  и с глубины (шурф) хранилища ВОФ

 Примечание:

1 Дов. инт. - границы доверительной оценки точности среднего значения при надежности 0.95

2 Гравий: ГРк, ГРс и ГРм - соответственно крупный, средний и мелкий. Песок: ПЕСг, ПЕСк, ПЕСс, ПЕСм и ПЕСт - соответственно грубый, крупный, средний, мелкий и тонкий. ПЫЛ - пылеватые частицы. ГЛ - глинистые частицы.

3 Жирным шрифтом выделены и подчеркнуты средние значения, которые соответственно выше и ниже доверительных интервалов, установленных для конкретного показателя.

В этом песке преобладают (более 10%) следующие виды грунта: песок средний (26-27%) > песок крупный (16-17%) > песок грубый (13-15%) > гравий мелкий (10-12%). Низкое содержание (менее 10%) характерно для гравия среднего (5-6%) > гравия крупного (4-6%) > тонких песков, содержащих пылеватые и глинистые частицы (3-6%). На поверхности хранилища отходы отличаются повышенным содержанием тонких песков с пылеватыми и глинистыми частицами (3.5-9.6 мас.%). Это связано с близким расположением профиля опробования к технологическому водоёму.

Инженерно-геологическими исследованиями установлено, что отходы характеризуются высокой истинной плотностью (таблица 2). Она, как видно, превышает значение 3.00 г/см³. Это определяется минеральным составом этих техногенных образований.  Такие грунты на поверхности обладают средней плотностью, а на глубине - плотным сложением [5]. Об этом свидетельствуют показатели плотности в сухом состоянии, которые составляют соответственно 1.51-1.90 и 1.84-1.93 г/см³. Это подтверждаетcя также пористостью этих гравелистых песков, значения которой составляют 40-50 %. Коэффициент пористости их на глубине практически не превышает нормируемое значение 0.70 /5/, а на поверхности - как правило, превышает это значение.

Таблица 2

Инженерно-геологические характеристики отходов обогащения, отобранных на поверхности (профиль) и с глубины (шурф) хранилища ВОФ

Примечания такие же, как в таблице 1.

Радиационно-гигиенические исследования показали, что отходы имеют ториевый характер радиоактивности (таблица 3).

Таблица 3

Радиационно-гигиенические характеристики отходов обогащения, отобранных на поверхности (профиль)  и с глубины (шурф) хранилища ВОФ

Примечания такие же, как в таблице 1.

Содержание радионуклида ²³²Th определяет общую эффективную радиоактивность (А_эфф) отходов. На глубине А_эфф существенно выше (98-110 Бк/кг), чем на поверхности (38-82 Бк/кг) хранилища. Это, по-видимому, связано с увеличением содержания  темноцветных породообразующих минералов в нижней части этого техногенного образования.

Лежалые хвосты характеризуются мелилит-слюдяно-оливино-диопсид-карбонатным составом, в котором второстепенными минералами являются апатит и магнетит, а редкими - цеолиты, другие вторичные и акцессорные минералы (таблица 4).

Таблица 4 Минеральный состав отходов обогащения, отобранных на поверхности (профиль) и с глубины (шурф) хранилища ВОФ

Примечания такие же, как в таблице 1. * Пробы: Зп, 7п, 10п и 13 п.

В нижней части (шурф) хранилища, отходы отличаются высоким содержанием магнетита (6.3 мас.%), низким содержанием слюд (6.8 мас.%) и цеолитов (0.6 мас.%). Установлено также, что в слюдах существенно увеличивается содержание флогопита (в среднем до 26 %).
Химический состав отходов обогащения - алюминий-железо-кальций-магний-силикатный (таблица 5).

Таблица 5

Химический состав отходов обогащения, отобранных на поверхности (профиль)  и с глубины (шурф) хранилища ВОФ, мас.%

Примечания такие же, как в таблице 1. * Профиль: пробы 3п, 7п, 10п и 13 п; шурф: пробы 1в, 5в и 10в.

В лежалых отходах, располагающихся в нижней части хранилища, установлено существенное увеличение Fe₂O₃, FeO и MnO - в среднем, соответственно до 11.80, 6.44 и 0.32 мас.%, и существенное понижение содержания Al₂O₃, потерь при прокаливании (ппп) и содержания H₂O  - в среднем, соответственно  до 1.22, 2.75 и 1.18  мас.%. Это связано, главным образом, с увеличением содержания магнетита и уменьшением содержания слюд.

В целом, анализ гранулометрического, минерального и химического составов, инженерно-геологических и радиационно-гигиенических характеристик показал, что на поверхности отходы отличаются очень высокой изменчивостью. Об этом свидетельствуют значения коэффициентов вариации содержаний фракций, превышающие аналогичные показатели для проб, которые отобраны по вертикальному разрезу хранилища (таблицы 1-5).

Распределение показателей гранулометрического состава, плотности в сухом состоянии и общей эффективной радиоактивности представлено на рисунке.

Как видно, при сбросе отходов обогащения вермикулитовых и флогопитовых руд в техногенный водоём отмечается их дифференциация по гранулометрическому и минеральному составам. Крупность дроблёного материала, его плотность и радиоактивность уменьшаются при приближении к центру искусственного водоёма.

В экологическом аспекте лежалые отходы ВОФ, содержащие карбонаты и слюды, минимальное количество сульфидных минералов, можно рассматривать, как техногенный полупродукт для получения мелиорантов. Он характеризуется низкой радиоактивностью и признан материалом первого класса, который пригоден для использования в промышленных масштабах без каких-либо ограничений. Первые технологические исследования показали, что текущие и лежалые хвосты ВОФ представляют практический интерес соответственно в качестве заполнителей жаростойких бетонов и компонентов в производстве стекла и керамики [6, 7].

Рисунок - Распределение гранулометрического состава (а), плотности в сухом состоянии (б), удельной эффективной радиационной активности (в) отходов обогащения флогопитовых и вермикулитовых руд на поверхности хранилища отходов вермикулитовой обогатительной фабрики.

Условные обозначения: (а) виды грунта: ПЕС гр-кр - песок грубый и крупный гравелистый, ПЕС ср - песок среднезернистый, ПЕС мел - песок мелкий и тонкий, содержащий пылеватые и глинистые частицы. С - спецотвал отходов обогащения флогопита, ЦСОФ - цех сухого 
 обогащения флогопита, - 240 - горизонталь и её подпись в метрах.

Литература

1. Дудкин О.Б. Технологическая минералогия комплексного сырья на примере месторождений щелочных плутонов. - Апатиты: КНЦ РАН, 1996. - 133 с.
2. Разработка технологии обогащения тонкозернистого апатитсодержащего техногенного сырья / И.Б.Белобородов, И.Б. Захарова, Г.П. Андронов, Н.М. Филимонова, И.С. Бармин // Современные методы комплексной переработки руд и нетрадиционного минерального сырья (Плаксинские чтения). Материалы международного совещания. Часть 1. - Апатиты: КНЦ РАН, 2007. - С.108-109.
3. Гершенкоп А.Ш., Хохуля М.С., Канторина Т.А. Повышение эффективности гравитационной переработки слюдянного сырья Карело-Кольского региона // Там же - С.204-207.
4. Оценка отходов обогащения вермикулитовой обогатительной фабрики ОАО «Ковдорслюда» как сырья для получения керамических материалов / В.В. Лащук, Н.А. Мельник, Д.В. Макаров, О.В. Суворова, И.С. Кожина, А.В.Мотина // Проблемы рационального использования природного и техногенного сырья Баренцева региона в технологии строительных и технических материалов: Материалы III Международной научной конференции, Сыктывкар: ИГ Коми НЦ УрО РАН, 2007. - С.110-111.
5. Ломтадзе В.Д. Инженерная геология. Инженерная петрология. - Л.: Недра, 1970. - 528 с.
6. Возможность использования хвостов обогащения вермикулитовых руд в качестве заполнителя жаростойких бетонов / С.В. Бастрыгина, Р.В. Конохов, В.К. Задорожный В.А. Комлева. // Проблемы рационального использования природного и техногенного сырья Баренцева региона в технологии строительных и технических материалов: Материалы III Международной научной конференции, Сыктывкар: ИГ Коми НЦ УрО РАН, 2007. - С.77-78.
7. Суворова О.В., Макарова И.В. Снижение техногенной нагрузки на окружающую среду при использовании отходов горно-металлургического комплекса в производстве стекла и керамики // Там же - С.51-57.

Научные основы химии и технологии переработки комплексного сырья том 2