Рудная и технологическая минералогия
Покупка
Основная коллекция
Тематика:
Минералогия. Петрография
Издательство:
Сибирский федеральный университет
Автор:
Коннова Наталья Ивановна
Год издания: 2019
Кол-во страниц: 176
Дополнительно
Вид издания:
Учебное пособие
Уровень образования:
ВО - Магистратура
ISBN: 978-5-7638-4086-5
Артикул: 765760.01.99
Приведен теоретический материал, необходимый для изучения вещественного состава минерального сырья, технологических свойств и способов их определения, а также направленного изменения свойств минералов и руд.
Предназначено для студентов, обучающихся по направлению подготовки 22.04.02 «Металлургия», магистерская программа 22.04.02.06 «Оценка и глубокая переработка минерального сырья».
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Сибирский федеральный университет Н. И. Коннова РУДНАЯ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ МИНЕРАЛОГИЯ Учебное пособие Красноярск СФУ 2019
УДК 549(07) ББК 26.303я73 К646 Р е ц е н з е н т ы: Н. Ф. Усманова, кандидат технических наук, научный сотрудник ИХХТ СО РАН; А. В. Зашихин, кандидат технических наук, главный обогатитель ООО «Артель старателей Ангара-Север» Коннова, Н. И. К646 Рудная и технологическая минералогия : учеб. пособие / Н. И. Коннова. – Красноярск : Сиб. федер. ун-т, 2019. – 176 c. ISBN 978-5-7638-4086-5 Приведен теоретический материал, необходимый для изучения вещественного состава минерального сырья, технологических свойств и способов их определения, а также направленного изменения свойств минералов и руд. Предназначено для студентов, обучающихся по направлению подготовки 22.04.02 «Металлургия», магистерская программа 22.04.02.06 «Оценка и глубокая переработка минерального сырья». Электронный вариант издания см.: УДК 549(07) http://catalog.sfu-kras.ru ББК 26.303я73 ISBN 978-5-7638-4086-5 © Сибирский федеральный университет, 2019
ОГЛАВЛЕНИЕ Введение .......................................................................................................4 1. Изучение вещественного состава минерального сырья ................5 1.1. Полезные компоненты и минералы. Общие понятия о технологической минералогии, основных задача и проблемах .....5 1.2. Минералогические исследования ..................................................... 18 1.2.1. Текстурно-структурные особенности руд. Текстура руды. Структура руды ............................................. 18 1.2.2. Элементный (химический) состав руд .................................. 22 1.2.3. Минералогический анализ .................................................... 27 1.2.4. Частичный (частный) и полный анализ фазового состава минеральных объектов ............................. 33 1.2.5. Степень вскрытия минералов ................................................ 36 1.2.6. Фракционный анализ руд и углей (гравитационный и магнитный) ............................................ 40 2. Технологические свойства и способы их определения ................ 49 2.1. Физические, физико-химические и механико-физические свойства руд и продуктов обогащения ............................................. 49 2.2. Разделительные признаки минеральных частиц ............................. 66 3. Направленное изменение технологических свойств минералов и руд ....................................................................................... 92 3.1. Методы энергетического воздействия на минеральное сырье ...... 92 3.1.1. Воздействие наносекундными электромагнитными импульсами ......................................... 92 3.1.2. Применение энергии ускоренных электронов в процессах рудоподготовки и обогащения руд сложного вещественного состава ........................................ 115 3.2. Ультразвуковое воздействие. Основы электрохимической технологии направленного воздействия на минералы, руды (пульпу), реагенты и технические воды с целью интенсификации процессов обогащения минерального сырья ... 122 Заключение ............................................................................................. 143 Библиографический список ............................................................... 144 Приложение ............................................................................................ 147
ВВЕДЕНИЕ Последние годы характеризуются развитием производства и потребления минерального сырья. Все большее число видов минерального сырья вовлекается в переработку. В 1913 г. в нашей стране использовалось всего около 40 видов минерального сырья, в 1940 г. – 70 видов, в 1974 г. – 150 видов, в 1980 г. – более 200, а сейчас – более 500 видов! В настоящее время минеральное сырье составляет 70 % всех видов сырья, используемых промышленностью. По оценкам академика Н. П. Юшкина, для обеспечения жизни только одного человека расходуется около 25 вагонов минерального сырья, лишь одной соли (галит) человек за свою жизнь съедает около полутонны [6]. Технологическая минералогия является важной составной частью прикладной минералогии и направлена на разработку и совершенствование технологий комплексного использования минерального сырья за счет максимального извлечения полезных компонентов из руд. Технолого-минералогические исследования позволяют определить полный количественный элементный, фазовый и гранулометрический состав руды и минералов, оценить параметры раскрытия главных рудных минералов в стадиально дробленой руде, составить баланс распределения основных и попутных компонентов по минеральным фазам, определить технологические свойства разделяемых минеральных фаз и степень их контрастности. Целью преподавания курса «Рудная и технологическая минералогия» является изучение особенностей состава, строения и технологических свойств минералов, горных пород и руд современными методами исследования, а также изменений их характеристик в процессах технологии добычи, обогащении, переработки минерального сырья и утилизации отходов производства.
1. ИЗУЧЕНИЕ ВЕЩЕСТВЕННОГО СОСТАВА МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ 1.1. Полезные компоненты и минералы. Общие понятия о технологической минералогии, основных задача и проблемах Минеральное сырье – это полезные ископаемые, вовлеченные (учтенные или используемые) в сферу материального производства. Полезные ископаемые – минеральные образования земной коры, химический состав и физические свойства которых позволяют эффективно использовать их в сфере материального производства. Полезные ископаемые делятся на твердые (угли, руды, нерудные), жидкие (нефть, сильноминерализованные воды) и газообразные (природные горючие и инертные газы). Твердые полезные ископаемые, добываемые из земных недр, являются объектом обогащения. Руды – минеральное вещество, из которого на современном этапе развития науки, техники и технологии возможно и экономически целесообразно извлекать валовым способом металлы или минералы для использования их в народном хозяйстве. Различают руды металлические, в которых полезные компоненты представлены металлами, и неметаллические, в которых полезные компоненты представлены минералами и соединениями, не содержащими металлов (алмазы, апатит, слюда, графит и др.). Нерудное минеральное сырье – горные породы или минералы, используемые непосредственно в промышленности или служащие сырьем для того или иного производства и не являющиеся источником получения металла (песок, гравий, щебень гранит, мрамор и т. п.). Горючее твердое минеральное сырье – уголь, используемый как энергетическое топливо или химическое сырье. Поскольку обогащать необходимо преимущественно рудное минеральное сырье и уголь, в дальнейшем термин «минеральное сырье» будет употребляться в отношении именно этих твердых полезных ископаемых.
Рудная и технологическая минералогия Понятие «руда» отличается от понятий «минерал», «горная порода» и «минеральное сырье» тем, что руды как вид минерального сырья предназначены для извлечения из них ценных компонентов – металлов и других элементов или химических соединений, требующихся промышленности или сельскому хозяйству. Руда – это понятие не геологическое, а скорее – экономическое и зависит от технологических возможностей и экономической целесообразности извлечения определенных компонентов. Например, до второй половины прошлого столетия богатые нефелином породы даже не рассматривались как руды. А сейчас это важнейшие руды алюминия. Именно они перерабатываются на Ачинском глиноземном комбинате и используются в производстве алюминия на Красноярском и Саяногорском алюминиевых заводах. Руды подавляющего большинства месторождений являются комплексными, т. е. содержат не один, а несколько полезных компонентов. Правильный выбор методов и технологических схем переработки минерального сырья может быть произведен и убедительно обоснован только с учетом результатов детального изучения его минералого-технологических характеристик, т. е. комплекса качественных и количественных параметров, характеризующих его. К этим параметрам относятся текстурно-структурные особенности, вещественный состав минерального сырья и свойства всех ценных и сопутствующих минералов и их совокупности. В технологической минералогии понятие вещественный состав может объединять гранулометрический состав и эквивалентные размеры частиц материала проб; форму, шероховатость поверхности и кристаллографическую ориентировку сколов в индивидах, текстурные характеристики и минеральный состав руды (породы); коэффициенты срастания минералов, раскрываемость минералов в классах крупности; неоднородность внутреннего строения минеральных индивидов (блочность, двойникование, структуры распада, включения и т. п.), привлекаются данные по концентрации и формам нахождения химических элементов в разных минepaлах. Нередко оценивается сходимость минералогического и химического анализов. По мере необходимости изучаются также конституционные параметры, физические и физико-химические свойства минералов (руд, пород) [4].
1. Изучение вещественного состава минерального сырья Под вещественным составом минерального сырья понимают его элементный, фазовый (минеральный, химический) и гранулометрический состав. Понятие «фаза» подразумевает индивидуализированное соединение того или иного химического элемента, образовавшееся в природных условиях (минерал) или техногенное соединение, образовавшееся в процессе переработки руд и концентратов, в отвалах и т. п. «Полезные» фазы содержат основной ценный элемент руды (олово или вольфрам, тантал или ниобий, железо или марганец, медь или цинк и т. п.) или представляют практический интерес непосредственно – флюорит, цеолит, тальк и другие минералы. «Вредные» фазы – природные или техногенные фазы, содержащие токсичные и радиоактивные элементы, присутствие которых нежелательно в конечном продукте переработки руды, а также фазы, нарушающие технологический процесс переработки руд и концентратов (например, флотацию молибденита нарушает присутствующий в пробе тальк) [2, 8]. Вещественный состав, текстурно-структурные особенности и свойства минерального сырья определяют технологию его переработки, так как дают информацию о его структуре, текстуре, элементном, фазовом (минеральном, химическом), гранулометрическом составе, физических, физико-механических, физико-химических и других свойствах всех ценных и сопутствующих минералов и совокупности этих минералов с учетом их взаимного влияния, характера распределения и прорастания. Задачей изучения минералого-технологических характеристик полезного ископаемого является разрешение целого ряда вопросов [2, 8]: Определение полного или частичного количественного фазового минерального состава полезного ископаемого, т. е. выяснение вопроса, из каких именно минеральных фаз состоит исследуемое полезное ископаемое и каково содержание каждой из них. Решение этого вопроса является основной и главнейшей задачей исследования. Изучение распределения какого-либо элемента по минеральным формам, им образуемым. Вопрос этот является весьма существенным, так как часто ценный элемент заключается в руде в форме различных соединений, обладающих различными химическими и физическими
Рудная и технологическая минералогия свойствами и требующих, следовательно, применения разных процессов или видоизменения одного и того же технологического процесса. Определение связи какого-либо элемента с минеральными компонентами руды, в которых он присутствует в виде высокодисперсных включений, в виде изоморфной примеси или с которыми он образует соединения типа адсорбционных. Часто оказывается необходимым изучить минеральные формы и ассоциации не ценного элемента, а наиболее вредного, загрязняющего руду. К числу таких, наиболее часто изучаемых элементов, относятся, например, фосфор и сера в железных и марганцевых рудах, а также сера в углях. Установление характера связи какого-либо элемента с минеральными фазами руды. Знание характера связи особо важно в тех случаях, когда решается вопрос о возможности механического обогащения руды или о возможности освобождения от вредных примесей, а также при выяснении причин потерь ценного элемента в процессе механического обогащения. Установление количественной и массовой характеристики крупности частиц минерала (обычно ценного), вкрапленных в породу, т. е. гранулометрического состава минерала. Знание крупности включений позволяет правильно и обоснованно установить степень измельчения руды, необходимую для достижения достаточного вскрытия или освобождения минеральных зерен, избежать переизмельчения руды, снизить потери со шламами, понизить энергозатраты. Часты случаи, когда ценный элемент ассоциирован с минеральными компонентами полезного ископаемого в форме высокодисперсных включений, как, например, в рудах: золото, платина и ее спутники. Тогда весьма важно выяснить не только распределение ценного элемента по минеральным составляющим полезного ископаемого, но и определить степень дисперсности включений соответствующего минерала в отдельных компонентах или вмещающей породе руды, т. е. установить распределение ценного минерала по крупности зерен (количественный и массовый гранулометрический состав минералов). Выяснение соотношений между свободными зернами и минеральными сростками различного характера при различных степенях измельчения руды (раскрываемость минерала).
1. Изучение вещественного состава минерального сырья При различной дробимости или измельчаемости отдельных минералов знание характеристик крупности включений зерен ценного минерала в недробленой руде не позволяет еще окончательно судить о степени освобождения рудных минералов из сростков друг с другом или вмещающей породой в окончательных продуктах измельчения. В этих случаях необходимо выяснение соотношений между свободными зернами и минеральными сростками различного характера при различных степенях измельчения исследуемой руды. Для успешного решения этой задачи следует установить гранулометрический состав измельченного материала, т. е. определить общую характеристику крупности зерен независимо от их минерального состава, а также долю свободных минеральных зерен и сростков различного качества. Этот вопрос имеет особо важное значение при разрешении ряда проблем, связанных с вопросами дробления и измельчения полезных ископаемых. Дробление и измельчение руды предшествует технологическому процессу, и правильная, точная и достаточно надежная оценка гранулометрического состава продуктов измельчения и степени раскрытия минеральных зерен играет важную роль при разработке, освоении и регулировании технологического процесса. Выяснение характера границ срастания минералов друг с другом. Границы срастания минералов между собой могут быть ровными, четкими, совпадающими фактически с границами кристаллической структуры минералов, и раскрытие минералов при дезинтеграции происходит достаточно легко, без образования большого количества сложных сростков. В большинстве же случаев границы срастания весьма сложные, извилистые, нечеткие, как бы «размытые», и раскрытие минералов будет сопровождаться образованием сростков, дальнейшее измельчение которых не приведет к достаточно полному раскрытию минералов. В этом случае важно определить, образование сростков какого состава и качества наиболее вероятно, и целесообразно ли их дальнейшее измельчение. Определение величины поверхности зерен минерала. Этот параметр особенно важен при оценке прочности закрепления на поверхности минерала и расхода различных реагентов, используемых в процессе переработки сырья. Кроме того, физико-химическое состояние поверх
Рудная и технологическая минералогия ности минерала во многом определяет его поведение в том или ином технологическом процессе. Выяснение приуроченности одних минеральных компонентов руды к другим. Обнаружение приуроченности одних минеральных компонентов руды к другим позволяет корректировать технологическую схему переработки сырья, заранее оценивая возможное качество получаемых продуктов. Определение физических, физико-механических, физико-химических свойств минеральных компонентов руды. Указанные свойства минеральных компонентов, составляющих руду, определяют свойства руды и, соответственно, выбор технологии ее переработки. Физические, физико-механические, физико-химические свойства минеральных компонентов (фаз) руды и руды как совокупности минеральных компонентов (фаз) называют также технологическими свойствами. Под технологическими свойствами руд и минералов понимаются их типоморфные особенности, используемые в выборе технологических схем и определяющие показатели переработки руд, причем влияние этих особенностей сохраняется на всех стадиях обогащения. Значение изучения минералого-технологических характеристик полезного ископаемого весьма велико для самых различных отраслей промышленности. В качестве примера можно привести марганцевую руду. Определение, в виде каких минеральных компонентов (фаз) находится в руде марганец, позволяет решить вопрос о применимости ее: а) для получения ферромарганца алюмо-термическим путем, так как пиролюзит реагирует с алюминием слишком бурно, часто – со взрывами; б) для производства йода, где необходимым является именно пиролюзит или полианит; в) для применения в электротехнической промышленности в качестве деполяризатора при изготовлении сухих элементов, при этом имеет значение форма, в которой находится марганец и содержащиеся в руде загрязнения; г) для применения в качестве сиккатива, где наиболее желательными минералами являются манганит и браунит и др. Решение вопроса о форме связи фосфора с минеральными компонентами марганцевых и железных руд позволяет на основе лабораторных исследований решить вопрос о возможности обесфосфоривания этих руд механическими методами.