¹Гершенкоп А.Ш., ¹Хохуля М.С.,  ²Бастрыгина С.В.,² Конохов Р.В., ³Пучка В.Д.

¹Горный институт Кольского научного центра Российской Академии наук, Апатиты, Россия;

²Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева Кольского научного центра Российской Академии наук, Апатиты, Россия;

³ОАО «Ковдорслюда», Ковдор, Россия

The possibility of gravitational extracting of vermiculite concentrates from tailings of the vermiculite concentration factory of JSC Kovdorslyuda is demonstrated. The level of vermiculite extraction is 57% at the depth of extraction of up to 0.2 mm. On the basis of the extracted vermiculite-containing product it is possible to manufacture a structural-heat resistant product of the compressive strength class C 1.5 with operating temperature up to 1000^oC.

При получении вермикулитового концентрата ОАО «Ковдорслюда» ежегодно направляет в хвостохранилище более 300 тыс. т отходов обогащения. За время эксплуатации Ковдорского месторождения в хвостохранилище накоплено более 9 млн т таких отходов. Наряду с пустой породой, представленной в основном оливинитами, в хвостах содержится значительная часть недоизвлеченного вермикулита, соотносимого со средним содержанием вермикулита в подсчетных блоках вермикулитсодержащих руд в целом по Ковдорскому месторождению. Общее количество вермикулита в хвостах к настоящему времени достигло 700 тыс. т. Изучение возможности использования таких богатых вермикулитом и еще не нашедших практического применения хвостов для получения строительных материалов является весьма актуальным, как с технологической, технико-экономической, так и экологической точек зрения.

Существенным недостатком технологии обогащения вермикулитовых руд и их продуктов переработки, действующей на ВОФ ОАО «Ковдорслюда», является отсутствие в голове процесса операции рудоподготовки. Многочисленными лабораторными и опытно-промышленными испытаниями, выполненными для различных типов вермикулитовых руд Ковдорского месторождения, а также ряда других месторождений Урала и Казахстана (Алтынтасское, Шолак-Кайрактинское и др.), показано положительное влияние дезинтеграции на технологические показатели гравитационного обогащения руд [1-3]. В качестве аппарата для дезинтеграции была рекомендована стержневая мельница.

Но до сих пор по разным причинам и обстоятельствам выданные рекомендации остались невыполненными, хотя с каждым годом происходит ухудшение качества получаемых фабрикой вермикулитовых концентратов из-за сложного вещественного состава перерабатываемых руд. В первую очередь это касается сунгулит-вермикулитовых и гидрофлогопитовых руд. Они характеризуются содержанием сростков, легких минералов (полевых шпатов, сунгулита, кальцита и др.) и природных пакетов вермикулита, имеющих большую толщину и повышенное значение коэффициента сферичности. Как правило, содержание концентратов, получаемых на фабрике отсадкой, не превышает 60-70% и их доводка в дальнейшем осуществляется уже сухим способом в цехе фракционирования вермикулита.

Введение дезинтеграции будет способствовать повышению контрастности свойств минералов, а выделение крупных легких минералов с привлечением гидравлической сепарации в хвосты сепаратора улучшит технологические показатели последующих операций технологического цикла.

Потенциальным источником расширения сырьевой базы вермикулита на ОАО «Ковдорслюда» могут стать отвалы хвостов, образующиеся от переработки различных типов вермикулитовых руд. Это особенно актуально в настоящее время, когда в переработку поступает руда сложного вещественного состава с более низким содержанием вермикулита, а схема фабрики, основанная на применении отсадки, не обеспечивает получение высоких технологических показателей.

Исходя из накопленного в Горном институте КНЦ РАН опыта по переработке в опытно-промышленных условиях различных типов вермикулитовых руд, предпосылками этих работ может быть обогащение по форме с использованием в голове процесса рудоподготовки исходного материала и с последующем применением гравитационного оборудования.

Технологические исследования проводились с целью выяснения принципиальной возможности получения кондиционных вермикулитовых концентратов из хвостов фабрики, что потребовало определения оптимальных режимов работы гравитационных аппаратов при переработке хвостов методом гидравлической сепарации и концентрации на столах.

Минералогическая и гранулометрическая характеристика  хвостов фабрики представлена в табл.1.

Таблица 1
Минералогическая характеристика хвостов ВОФ

В целом, по своей минералогической характеристике поступившая на исследование проба состоит из следующих минералов: вермикулит - 9.7%, оливин - около 70%, диопсид - 7.9%, магнетит - 7.3% и кальцит - более 4%.

Из анализа данной таблицы также следует, что в двух первых крупных классах незначительное количество вермикулита (около 4%) сосредоточено в сростках, а в свободном состоянии вермикулит состоит из природных пакетов большой толщины. Раскрытие сростков и уменьшение толщины чешуек вермикулита достигалось введением операции дезинтеграции в стержневой мельнице. Для этого на измельчение поступала руда крупностью -16+0.5 мм.

Подбор наиболее эффективных режимов дезинтеграции производился на основе анализа работы мельницы в различных условиях.

Измельчение проводилось при постоянном соотношении Т:Ж при изменении времени измельчения, которое составляло в опытах 10,15 и 20 минут. Наилучшие показатели обогащения хвостов были достигнуты при времени обработки, равном 15 минутам.

Гранулометрическая характеристика хвостов до и после их доизмельчения в выбранных условиях представлена в таблице 2, из которой следует, что в подготовленном для обогащения продукте отсутствовали сростки. В то же время в результате дезинтеграции увеличился почти на 15% выход двух последних фракций, а материал крупнее 2мм не содержал вермикулита и он может быть выведен в отвал без обогащения.

Таблица 2
Гранулометрический состав хвостов до и после их дезинтеграции

В дальнейшем хвосты крупностью - 2+0.5 мм направлялись на гидравлический сепаратор, а фракция крупностью -0.5+0.2 мм являлась питанием концентрационного стола.

Полученные результаты разделения хвостов гидравлической сепарацией после проведения их доизмельчения (таблица 3) свидетельствуют о заметном улучшении технологических показателей, что связано с дорасщеплением природных пакетов вермикулита с уменьшением их толщины и коэффициента сферичности и, как следствие, получением кондиционного концентрата с содержанием 92.1% вермикулита при высоком операционном извлечении (около 80%), чего нельзя было достичь на исходном материале.

Таблица 3
Показатели разделения хвостов гидравлической сепарацией

Основная концентрация на столе проводилась с получением трех продуктов: концентрата, промпродукта и хвостов. Результаты данных опытов представлены в таблице 4.

Таблица 4
Показатели обогащения класса -0.5+0.2 мм на концентрационном столе

Выделенный в этой стадии концентрат содержал 86.8% вермикулита при его операционном извлечении 39.5%, а доводка промпродукта стола введением перечистной операции на этом же аппарате дополнительно повысило  извлечение вермикулита на 31.6%, доведя общее извлечение от исходного материала до 71.1%.

На основании выполненных лабораторных технологических исследований показана принципиальная возможность выделения из вермикулитовых хвостов ВОФ гравитационным способом вермикулитовых концентратов кондиционного содержания при извлечении около 57% вермикулита при глубине обогащения до 0.2 мм. Данные технологические показатели могут быть в дальнейшем откорректированы в зависимости от изменчивости вещественного состава  более представительной  пробы отобранных хвостов.

Ранее проведенными в лаборатории бетонов ИХТРЭМС КНЦ РАН исследованиями была показана эффективность использования вспученного вермикулита для получения жаростойких бетонов [4,5].

Для получения жаростойкого конструкционно-теплоизоляционного бетона использовалась проба обогащенного вермикулитсодержащего продукта, обожженного в силитовой печи (температура обжига - 900°С, продолжительность - 3 мин.), насыпная плотность которого составила 236 кг/м³. В качестве вяжущего для получения бетона использовали портландцемент М400 при расходе 400 кг на 1 м³ бетона, а тонкомолотой добавки - золошлаковую смесь Апатитской ТЭЦ с удельной поверхностью 250 м²/кг в количестве 30% от массы цемента. Основные свойства полученных образцов жаростойкого бетона:

- средняя плотность 833 кг/м³;

- предел прочности при сжатии 2.78 МПа;

- остаточная прочность после обжига при 800°С 33%;

- термостойкость более 25 циклов;

- 4%-ная деформация под нагрузкой 1050°С.

Таким образом, на основе вермикулитсодержащего продукта может быть получен, исходя из требований ГОСТ 20910 «Жаростойкие бетоны», конструкционно-теплоизоляционный жаростойкий бетон марки прочностью на сжатие М25 с предельно допустимой температурой применения 1000°С.

Литература

1. Гершенкоп А. Ш., Хохуля М.С. Влияние процесса дезинтеграции на показатели обогащения вермикулитовых руд //Совершенствование способов разработки и обогащения руд месторождений Кольского полуострова. - Апатиты, 1978. - С.47-54.
2. Хохуля М.С., Гершенкоп А.Ш. Технологические свойства вермикулитовых руд и совершенствование схем их обогащения // Оптимизация процессов обогащения минерального сырья. - Апатиты: изд. КНЦ РАН, 2001. - С.156-165.
3. Хохуля М.С. Полупромышленные испытания технологии обогащения сунгулит-вермикулитовых руд Ковдорского месторождения // Развитие экологически безопасных технологий переработки минерального сырья. - Апатиты, 1996.- С.86-95.
4. Крашенинников О.Н., Журбенко Г.В., Бастрыгина С.В. Жаростойкий вермикулитозолобетон для футеровки ванн алюминиевых электролизеров // Цветные металлы. - 2000. - № 5. - С. 87-88.
5. Крашенинников О.Н. Вермикулитозолобетон для высокотемпературной теплоизоляции нагревательного оборудования // Новые огнеупоры. - 2006. - № 2. - С.15-19.

Научные основы химии и технологии переработки комплексного сырья том 2