Главная | Обратная связь

КОМПЛЕКСНАЯ ПЕРЕРАБОТКА ГОРНО-ХИМИЧЕСКОГО СЫРЬЯ

 

Ограниченность и невоспроизводимость природных минераль­ных ресурсов, высокая интенсивность их эксплуатации обусло­вили настоятельную необходимость экономного, бережного от­ношения к ним во всех отраслях промышленности. Из всех ви­дов минерального сырья особое место занимают агрохимиче­ские фосфорсодержащие руды, от которых в значительной мере зависит плодородие почв. Учитывая, что запасы богатого фос­фором сырья весьма ограничены, одной из важнейших проблем является эффективное использование их за счет повышения сте­пени извлечения полезных компонентов из недр и руды.

Многообразие состава и свойств руд горнохимического сырья дает возможность использовать их в различных отраслях народного хозяйства. В рудах некоторых месторождений кроме основного компонента содержится один или несколько ценных минералов или элементов, каждый из которых может представ­лять промышленный интерес. Кроме того, в качестве полезного сырья могут быть использованы породы вскрыши или породы, залегающие среди полезной толщи рудного тела. Однако прак­тически все месторождения руд горнохимического сырья, кото­рые характеризуются сложным минеральным составом, комп­лексностью и низким содержанием основного компонента, ис­пользуются только как сырье для промышленности минераль­ных удобрений с извлечением из него в основном одного мине­рала – апатита, фосфата и т. д. Основная же масса руды, со­держащая значительные количества других минералов, после извлечения из него полезного компонента направляется в от­вал. При этом, помимо потерь полезных компонентов с отхода­ми, большой ущерб наносится экономике и окружающей среде не только из-за недоизвлечения полезных ископаемых из недр земли и руд, но и за счет организации и эксплуатации хвостохранилищ, а также потерь значительных отторгаемых земель.

Скопившиеся в настоящее время значительные объемы от­ходов, динамика их роста, затраты на складирование, размеры занимаемых площадей под хвостохранилища, а также возмож­ность получения различных товарных продуктов из хвостов указывают на целесообразность комплексного использования руд горнохимического сырья.

Исходя из этого наибольший интерес представляют апатит-содержащие руды Кольского полуострова, кингисеппские раку­шечные фосфоритовые руды Прибалтийского бассейна, желваковые фосфориты Егорьевского, Вятско-Камского, Полпинского и Чилисайского месторождений, а также фосфоритные руды Каратауского бассейна.

Однако практически в настоящее время комплексно исполь­зовать можно в основном хибинские апатито-нефелиновые и ковдорские апатитосодержащие руды, а также кингисеппские, егорьевские и вятскокамские фосфориты, так как они наибо­лее полно изучены, для них разработана технология комплекс­ного обогащения, определены потребители ряда получаемых из них концентратов и выполнены соответствующие технико-эко­номические обоснования [1]. Для руд остальных месторожде­ний требуются дополнительные исследования состава, тех­нологии комплексного обогащения и переработки получаемых концентратов, а также выполнение технико-экономического обоснования, подтверждающего целесообразностью их комп­лексного использования. Поэтому в данной работе основное внимание уделено вопросам комплексного использования гор­нохимических руд первых пяти месторождений.

Для успешного осуществления Продовольственной программы большое значение приобретает интенсификация сельского хозяйства и, в первую очередь, его химизация. В решении по­следней первостепенная роль принадлежит минеральным удоб­рениям, проблему развития промышленности которых ЦК КПСС и Совет Министров СССР рассматривают как одну из важнейших социально-экономических задач.

Основная роль в повышении урожайности принадлежит фосфорсодержащей составляющей минеральных удобрений, так как кроме прямого назначения фосфор в значительной ме­ре оказывает влияние на эффективность азотных и калийных удобрений. Фосфор и его соединения играют большую роль в промышленной и сельскохозяйственной деятельности че­ловечества. Это, в первую очередь, связано с особым воздейст­вием соединений фосфора на растительные и животные орга­низмы, поскольку он наряду с углеродом, азотом и кислородом является одним из «кирпичиков» биосферы [4—6].

Почти все известные минеральные соединения фосфора в земной коре являются солями ортофосфорной кислоты или ее комплексов. Известно около 200 минералов, содержащих более одного процента фосфора. Однако практическое значение име­ют ортофосфаты кальция группы апатита Са₅(РО₄)₃(СО₃) (F, Cl, ОН): фторапатит, фторгидроксилапатит, карбонат-фторапатит (франколит), карбонат-гидроксилапатит (даллит) и гидроксилапатит. На долю фосфатов кальция группы апатита приходится подавляющая часть всего фосфора, содержащего в земной коре.

Общеизвестно, какую важную роль играет фосфор в жизне­деятельности растений, животных и человека. Его избыток или недостаток определяет многие жизненные функции человече­ского организма.

Минеральный фосфор в виде гидроксилапатита служит ос­новной составной частью костной ткани позвоночных и наруж­ных скелетов некоторых ракообразных и моллюсков. Кроме то­го он присутствует в мягких тканях растений и животных. Фос­форсодержащие органические соединения обеспечивают пре­вращение химической энергии в механическую энергию мышеч­ной ткани. Фосфор входит в состав нуклеиновых кислот, регу­лирующих наследственность и развитие организмов.

Роль фосфора в сельскохозяйственном производстве связа­на с участием фосфатных соединений в преобразовании свето­вой энергии, реализуемой в процессе фотосинтеза. В процессе роста и развития растения усваивают фосфор, извлекая его из почвы. Вывоз сельскохозяйственных продуктов растительного и животного происхождения из сельской местности в города приводит к истощению фосфором даже самых плодородных почв. С ростом населения городов увеличивается и вывоз с по­лей сельскохозяйственных продуктов. Чтобы поддерживать пло­дородие почвы, необходимо постоянно увеличивать количество фосфора, вносимого в них в виде удобрений, а следовательно, их производство.

Производство фосфорных минеральных удобрений – глав­ная сфера применения фосфатного сырья, наличие которого определяет планы развития туковой промышленности.

Из фосфорного сырья производятся различные виды фос­форсодержащих удобрений: простой и двойной суперфосфаты, преципитат, аммофос, нитрофоска и нитроаммофоска, термиче­ские фосфаты, жидкие комплексные удобрения, фосфоритная мука и другие. Основную часть фосфорных удобрений получа­ют путем разложения природных фосфатов кислотами; при этом труднорастворимые и плохоусваиваемые растениями соедине­ния фосфора переходят в более растворимые в почвенной вла­ге и легко усваиваемые растениями фосфаты. Для разложения природных фосфатов в основном применяются серная, азотная и фосфорная кислоты; последнюю из них также получают из этого вида сырья путем кислотной или термической его пере­работки.

Несмотря на резкое увеличение производства фосфатных удобрений, объем которого к концу нашего столетия планиру­ется увеличить почти в два раза по сравнению с кон­цом текущей пятилетки, баланс производства и потребления фосфатных удобрений в нашей стране складывается с дефици­том. В результате уже сейчас значительная часть посевных площадей страны имеет низкое содержание подвижного фосфо­ра, а к 2000 г. планируемые объемы производства фосфорных удобрений также не будут удовлетворять потребности сельско­го хозяйства [2, 7].

Непрерывно растущие потребности народного хозяйства в фосфорных удобрениях требуют соответствующих фосфорсо­держащих руд, балансовых запасов которых в настоящее вре­мя вполне достаточно, чтобы полностью обеспечить текущие и перспективные потребности страны. Однако значительная часть из них представлена бедным и труднообогатимым сырьем, рас­положенным в отдаленных и труднодоступных районах, в свя­зи с чем для их освоения требуются разработка новых эффек­тивных схем обогащения, большие капитальные вложения и эксплуатационные затраты.

Географически месторождения фосфатных руд расположе­ны на территории СССР неравномерно. Практически все запа­сы сосредоточены на территории РСФСР (59,4%), Казахстана (36,2%) и Эстонии (4,4%). При этом в РСФСР около 70% за­пасов фосфатного сырья концентрируются на Кольском полу­острове. Недостаточная обеспеченность фосфатным сырьем многих районов страны является причиной многотоннажных и дальних его перевозок, достигающих 4,0 тыс. км.

Фосфатное сырье в нашей стране характеризуется невысо­ким качеством. Если фосфориты наиболее богатых этим сырьем стран – США и Марокко – содержат 26 – 34% Р₂О₅, то фос­фатное сырье в нашей стране содержит 6 – 28% Р₂О₅. В сред­нем содержание Р₂O₅ в разведанных запасах фосфатных руд составляет 10 –13% Р₂O₅. Перспективы открытия богатых фос­фором руд пока отсутствуют. Более того, содержание Р₂O₅ в фосфатном сырье будет непрерывно снижаться в связи с вовле­чением в разработку бедных руд (3 – 8% Р₂О₅) и к 2000 г. в среднем составит около 10% Р₂О₅ [2, 4, 8].

В Советском Союзе фосфатное сырье представлено апати­товыми и фосфоритовыми рудами. Первые из них подразделя­ются на апатито-нефелиновые, апатито-магнетитовые, собствен­но апатитовые и прочие комплексные апатитсодержащие руды. Вторые также характеризуются большим разнообразием промышленно генетических типов, среди которых преобладают микрозернистые, конкреционные и ракушечные фосфориты.

Увеличение добычи фосфатного сырья в перспективе будет осуществляться в основном за счет фосфоритов, так как роль апатитов в обозримом будущем несколько уменьшится. Фосфо­риты являются менее качественным сырьем, чем апатиты. При обогащении апатитовых руд получают концентраты с содержа­нием от 36 до 39,4% Р₂О₅, а при обогащении фосфоритов со значительными трудностями и при более низких технико-эконо­мических показателях получаются концентраты, удовлетворяю­щие лишь минимальным требованиям технологии их переработки на удобрения и содержащие в основном не более 28% Р₂O₅.

Ниже приводится краткая геолого-технологическая характе­ристика, вещественный состав, комплексная обогатимость и тех­нология переработки хибинских апатито-нефелиновых и ковдорских апатитовых руд, а также фосфоритов Кингисеппского, Егорьевского и Вятско-Камского месторождений. Рассматри­ваются также основные технологические решения получения из этих руд кроме основной продукции других концентратов и способы переработки последних.

 

IV.1. Апатито-нефелиновые руды Хибинского массива

 

Кольский полуостров является одной из основных фосфатно-сырьевых баз Советского Союза, так как в этом регионе со­средоточены уникальные по своим запасам и качеству Хибин­ские месторождения апатито-нефелиновых руд. Последние яв­ляются источником апатитового концентрата – самого эффек­тивного сырья для производства фосфорных удобрений, что определяет ведущую роль Хибин в развитии агропромышлен­ного комплекса страны. В настоящее время более 70% концент­рированных фосфорных удобрений производится из хибинско­го апатитового концентрата, потребителями которого являются кроме отечественных суперфосфатных заводов и ряд зарубеж­ных стран.

Анализ современного состояния фосфатной сырьевой базы и основных направлений ее развития показывает, что как в на­стоящее время, так и в течение ближайших 10 – 20 лет основ­ным источником сырья для производства фосфорных удобрений

будут также оставаться хибинские апатито-нефелиновые руды Кольского полуострова. Это объясняется тем, что Хибинские месторождения расположены в развитом промышленном регио­не, апатито-нефелиновые руды достаточно легкообогатимы, а по­лучаемый из них апатитовый концентрат по своему качеству является лучшим в мире и используется для производства всех видов фосфорных удобрений. Все это предопределяет высокие темпы добычи апатито-нефелиновых руд, а следовательно, и выпуска апатитового концентрата, которые в соответствии с перспективным планом производства минеральных удобрений будут расти.

Однако, как показывают расчеты, промышленные запасы богатых (Р₂O₅≈15%) апатито-нефелиновых руд при планируе­мом росте объемов добычи руды и производства апатитового концентрата без соответствующего расширения сырьевых ре­сурсов производственного объединения «Апатит», перерабаты­вающего эти руды, обеспечат его устойчивую деятельность еще в течение нескольких десятилетий. В связи с этим возникает необходимость изыскания новых запасов апатито-нефелиновых руд в Хибинском массиве и целесообразность вовлечения в производство бедных руд.

Геолого-минералогическая и технологическая характеристики апатито-нефелиновых руд. Впервые залежи апатита в Хибинском горном массиве были обнаружены в конце прошлого столетия группой финских геологов во главе с Рамзаем и Гакмоном. Однако вследствие значительной отдаленности Хибин от промышленных центров, отсутствия опыта в использовании апати­та, как минерального сырья для производства удобрений, и консерватизма царского правительства открытию апатита в те далекие годы не было придано серьезного значения.

Планомерное изучение Хибинского горного массива началось только в годы Советской власти. Начатые вскоре после Великой Октябрьской со­циалистической революции геологические исследования этого региона привели к открытию богатейших залежей апатита – качественного нового сырья для производства фосфорных удобрений. Однако в то время минерал апатит не считался промышленным сырьем и нигде в мире не использовался для производства минеральных удобрений. Поэтому, в первую очередь, необходи­мо было выявить возможность получения из него суперфосфата. С этой целью одновременно с геологоразведочными работами проводились и тех­нологические исследования, которыми было доказано, что из хибинского апатитового сырья можно получить легкоусваиваемый растениями суперфос­фат. При этом было установлено, что качество суперфосфата зависит от крупности апатитового сырья, содержания в нем пентоксида фосфора и нерастворимого остатка, т.о. для производства высококачественного супер­фосфата апатито-нефелиновая руда нуждалась в предварительном обогаще­нии с получением тонкоизмельченного апатитового концентрата.

Исследования по обогащению апатито-нефелиновых руд были начаты институтом Механобр в 1928 г. В результате была разработана флотационная технологическая схема получения апатитового концентрата, содержащего 39,4% Рг05, на основе которой в 1931 г. была построена и пущена в эксплуа­тацию первая очередь первой апатито-нефелиновой обогатительной фабрики АНОФ-1.

Первые результаты геологической разведки показали, что Хибинский горный массив щелочных пород по своим масштабам и по концентрации целого ряда ценнейших компонентов в рудных минералах (апатит, нефелин, сфен, титано-магнетит и эгирин) не имеет аналогов в мировой практике, а за­пасы апатитовых руд в нем практически неисчерпаемы.

Тезис «неисчерпаемости» недр Хибин никем не оспаривался более чет­верти века, что на многие годы предопределило узкую научную направлен­ность геологических исследований, в тематике которых поискам новых апатитовых месторождений отводилась далеко не главная роль.

Освоение целинных и залежных земель явилось толчком к увеличению производства концентрированных фосфорных удобрений, выпуск которых в основном базировался на продукции комбината «Апатит». Это потребовало значительного увеличения производства апатитового концентрата, а, следова­тельно, роста темпов добычи апатитовой руды. В связи с этим перед геоло­гами была поставлена задача усиления поисковых и разведочных работ с целью обеспечения достаточных запасов руд по сравнению с темпами их добычи.

К настоящему времени Государственным балансом учтены запасы девяти апатито-нефелиновых месторождений, из которых шесть находятся в эксплуа­тации (Кукисвумчорр, Юкепор, Плато Расвумчорр, Апатитовый цирк, Коашва и Ньоркпахк), два – детально разведаны и переданы для промышленного освоения (Партомчорр и Олений ручей) и на одном месторождении ведутся геологоразведочные работы (Эвеслогчорр). Одновременно осуществляется широкая программа поисково-оценочных и геологоразведочных работ на но­вых рудных участках: Снежный цирк, Вуоннсмийок и др.

Все месторождения апатито-нефелиновых руд генетически и пространст­венно связаны с продуктивной интрузией ийолит-уртитовых пород Хибинско­го щелочного массива, вытянутой в виде дугообразной полосы на 75 км при максимально видимой мощности — 2,5 км. Внутреннее строение апатитовых залежей сложное, обусловленное переслаиванием природных руд: сфено-апатитовых, апатито-нефелиновых и апатитовых уртитов и ийолитов [9—11].

Каждое из перечисленных месторождений сложено рудами одного и того же типа, но в разных соотношениях, что предопределяет возможность их переработки по единой технологии.

По текстурным особенностям среди апатито-нефелиновых руд различают пятнистые, пятнисто-полосчатые, линзовидно-полосчатые, сетчатые, брекче-видные, блоковые, вкрапленные, уртит, обогащенный апатитом, и др. Наибо­лее характерными разновидностями из них являются богатые руды пятнис­той структуры, пространственно приуроченные к висячему боку рудного тела и бедные линзовидно-полосчатые руды, слагающие лежачий бок и централь­ную часть рудного тела. Между этими текстурами имеется множество пере­ходных разновидностей, которые залегают по довольно выдержанным по площади и мощности зонам (табл. IV.1).

Особое место среди апатитовых руд занимают труднообогатимые охрис­тые, так называемые «окисленные» руды из зон разрушения, которые обра­зовались в результате различных физических и химических процессов выветривания. Мощность разрушенных зон в апатитовых рудах колеблется в широких пределах, составляя в среднем 10—60 м.

Помимо апатито-нефелиновых руд апатитовые залежи в лежачем и висячем боках и прослойках представлены пефелинсодержащим сырьем — уртитами. Ориентировочные запасы уртитов в пределах известных апатито­вых месторождений, рассчитанных до глубины подсчетов запасов апатито-нефелиновых руд, составляют несколько десятков млрд. тонн. Учитывая, что уртиты расположены глубже апатитовых залежей, их запасы значительно выше.

Несмотря на разнообразие текстур апатито-нефелиновые руды по ве­щественному составу практически однотипны и отличаются лишь количест­венным соотношением рудообразующих минералов, которые определяют основные физико-химические свойства хибинских руд. При этом благодаря средне- и даже грубокристаллической зернистой структуре последние не тре­буют тонкого измельчения при обогащении. Измельчение руды до крупности 50% класса —0,074 мм обеспечивает практически полное раскрытие зерен апатита и нефелина [4, 9, 11].

Таблица IV. 1. Минеральный состав рудных текстур Хибинского массива (%)

 

Текстура	Апатит	Нефелин	Пироксены	Полевой шпат	Сфен	Титано-магнетит	Прочие
Пятнистая	74,7	11,5	5,7	2,5	3,0	2,0	0,6
Пятнисто-полосчатая	69,5	20,0	6,1	2,7	1,3	0,2	0,2
Брекчия	64,7	18,5	8,8	4,8	1,6	0,8	0,8
Линзовидно-полосчатая	45,7	37,5	7,7	3,2	2,2	2,9	0,8
Крупноблоковая	38,5	43,6	8,2	3,9	2,4	2,7	0,7
Мелкоблоковая	34,3	50,1	9,0	2,4	2,3	1,2	0,7
Сетчатая	27,9	48,2	16,6	2,2	2,3	2,2	0,6
Сфено-апатитовая	21,9	32,3	23,3	5,81	5,0	1,0	0,5
Ийолит с апатитом	16,4	52,2	18,1	4,6	4,7	2,2	1,5
Среднее содержание в перерабатываемых рудах	43,2	37,9	8,9	4,3	2,3	1,8	1,6

 

Основными породообразующими минералами всех текстур­ных разновидностей являются апатит, нефелин, сфен, титано-магнетит, эгирин и полевые шпаты (табл. IV.2), а второстепен­ными – лепидомелан, ринколит, канкринит, натролит и др.

Апатит Са₁₀(РO₄)₆(F, ОН)₂ – основной по значению мине­рал в апатито-нефелиновых рудах, относительное количество которого в различных текстурных разновидностях колеблет­ся от 5 до 90%. Ценность этого минерала обусловлена на­личием в нем 17% фосфора, редкоземельных металлов и фтора. Его кристаллы значительно отличаются друг от друга по цвету и варьируется в широких пределах от бледно-темного и темновато-зеленого до черного. Это связано с наличием в нем различных механических примесей, его химическим составом и особенностями кристаллической структуры. Зерна апатита обладают повышенной хрупкостью по сравнению с другими сопут­ствующими ему минералами. Плотность и твердость этого мине­рала 3,2 г/см3 и 5 соответственно.

Нефелин—(Na, К)AlSiО₄ – второй по значению минерал в Хибинском массиве, ассоциирует со всеми минералами апатито-нефелиновых руд и вмещающих пород. Он является породооб­разующим минералом наряду с пироксеном, сфеном, титано-магнетитом и полевым шпатом. Относительное количество нефелина в рудах колеблется от 10 до 70% и более. При разло­жении нефелина в кислотах образуется гель кремневой кислоты облаковидной формы. Нефелин – неустойчивый минерал, под влиянием гидротермальных процессов претерпевает существен­ные изменения вплоть до полного разрушения. Кроме основного полезного компонента – глинозема, среднее содержание которо­го в нефелине составляет около 32%, практический интерес пред­ставляют оксиды натрия и калия, а также галлий, рубидий и цезий. В нефелине постоянно присутствуют инородные включе­ния таких минералов, как эгирин, апатит, титано-магнетит, сфен, гидрослюды и глины.

 

Таблица IV.2. Химический состав минералов, содержащихся в апатито-нефелиновых рудах (%).

Состав	Апатит	Нефелин	Сфен	Эригин	Титано-магнетит	Полевой шпат
P2O5	40,36	0,18	4,10	Сл.	0,1	Сл.
Al2O3	0,22	31,8	0,31	2,61	1,02	18,73
SiO2	0,48	41,7	39,9	50,19	1,95	64,42
Fe2O3	0,32	1,99	0,79	4,93	37,62	0,39
FeO	–	0,24	0,18	8,57	39,09	0,18
TiO2	0,02	–	37,8	1,70	17,62	–
CaO	52,74	1,40	26,3	19,88	1,68	0,27
K2O	0,09	6,41	0,09	,27	0,46	14,2
Na2O	0,13	15,8	0,29	0,55	1,27	1,6

 

В рудах нефелин встречается как в виде хорошо ограненных кристаллов, так и в виде кристаллов неправильной формы от буроватого до зелено-серого и темно-зеленого цвета. Плотность нефелина – 2,6 – 2,7 г/см3. Отличительной особенностью этого минерала является довольно высокое (до 3% Fe₂О₃) содержание в нем железа, замещающего алюминий в кристаллической ре­шетке, что значительно снижает его ценность как сырья для производства стекла.

Пироксены (эгирин и эгирин – авгит) – NaFeSi₂О₆ – Ca(Mg, Fe, Al) [Si₂О₆] в Хибинском массиве являются главными темно­цветными минералами, встречающимися во всех текстурных раз­новидностях. Содержание пироксенов в апатито-нефелиновых рудах колеблется от 5 до 20%. Эгирин – авгит имеет промежу­точный состав между авгитом и эгирином и характеризуется повышенным содержанием в кристаллической решетке кальция и магния. Эгирин обычно бывает черного или ярко-зеленого цвета, цвет эгирин – авгита – черный с зеленоватым оттенком. Плотность пироксенов колеблется от 3,41 до 3,72 г/см³, а их твердость равна пяти. Пироксены – минералы хрупкие, слабо­магнитные и кислотостойкие.

Сфен – CaTiSiО₄(О, OH, F) – достаточно широко распростра­ненный минерал в Хибинских месторождениях. Однако общее содержание сфена в апатито-нефелиновых рудах невелико, лишь местами оно увеличивается, образуя зоны со сфен-апатитовыми рудами. Этот минерал присутствует в хибинских рудах в не­скольких разновидностях от светло-бурых удлиненно-призмати­ческих кристаллов до розоватого сфена. Содержание диоксида титана в сфене достигает 41%. Кроме того, в нем наблюдаются незначительные включения ниобия и тантала. Плотность сфена равна 3,4 – 3,56 г/см³, а твердость – 5 – 6. Титан, присутствую­щий в сфене, составляет основную ценность этого минерала.

Титано-магнетит – FeFe₂О₄*FeTiО₃ – является акцессорным минералом большинства хибинских пород. Он встречается вме­сте с апатитом и нефелином в виде зерен и агрегатов, но чаще содержится вместе с эгирином и сфеном. Относительное коли­чество титано-магнетита в руде обычно не превышает несколь­ких процентов (2 – 3%); иногда встречаются обогащенные участ­ки, содержащие до 20% минерала. В рудах титано-магнетит чаще всего присутствует в виде крупных кристаллов квадрат­ного или шестиугольного сечения. Наиболее часто встречаются зерна титано-магнетита размером от 0,2 до 30 мм. Среднее содержание диоксида титана в нем колеблется от 13 до 20%. Кроме того, в этом минерале содержатся значительные коли­чества железа и присутствует ванадий. Титано-магнетит – чер­ный с металлическим блеском, сильномагнитный и тяжелый минерал, его плотность равна 4,6 – 4,8 г/см3. Наличие в титано-магнетите ванадия и железа определяет основную его ценность.

Полевые шпаты— (К, Na) AlSi₃О₈ в Хибинском горном мас­сиве также является породообразующим минералом и по своему составу относится к калиевым полевым шпатам. Относительное содержание последних в рудах колеблется от 0 до 15%. В шли­фах полевой шпат прозрачен и бесцветен. Блеск минерала стеклянный, твердость равна 6, плотность 2,55 г/см3, минерал не магнитен.

Физико-механические свойства апатито-нефелиновых руд за­висят от соотношения составляющих их минералов. Богатые апатитом руды – хрупкие и на обогатительных фабриках дро­бятся и измельчаются с большей эффективностью, чем более вязкие бедные руды. В целом руды, слагающие Хибинский мас­сив, относятся к весьма плотным вулканическим породам, ко­эффициент крепости которых по шкале Протодъяконова – 5 – 10, а объемная плотность, установленная при проведении детальной разведки месторождений и при их эксплуатации, составляет 2,9 – 3 т/м³. Временное сопротивление сжатию колеблется в пре­делах от 60 до 148 МПа. В рудах зон разрушения оно в десятки раз ниже, что способствует повышению производительности из­мельчающего оборудования на обогатительных фабриках.

Апатито-нефелиновые руды легко дробятся и измельчаются, причем апатит, как наиболее хрупкий минерал, имеет тенден­цию накапливаться в мелких классах. Чтобы получить апати­товый кондиционный концентрат, содержащий не менее 39,4% Р₂О₅, апатито-нефелиновые руды необходимо подвергать обога­щению. Однако не все руды Хибинских месторождений легко поддаются этому процессу, так как богатые руды (Р₂О₅>15%) условно считаются легкообогатимыми, а бедные (Р₂О₅ от 5 до 15%) – труднообогатимыми.

По технологическим свойствам апатито-нефелиновые руды условно можно разделить на пять типов: рядовые, смешанные, «окисленные», бедные и убогие. Последние три типа труднообогатимые [9 – 11].

Рядовые, «неизменные», руды – типичные руды месторожде­ний, характеризующиеся сравнительно высокой флотационной восприимчивостью, позволяющей поддерживать высокие техно­логические показатели процесса.

Смешанные руды – естественная смесь или искусственная шихта с «окисленными», в которой преобладают рядовые руды при содержании «окисленных», как правило, не более 15%. Технологические свойства таких руд обусловлены присутствием соответствующего количества «окисленных» разностей.

«Окисленные» руды – труднообогатимые руды из зон разру­шения. Общее количество подобных руд по всем действующим месторождениям 8 – 10%. Содержание Р₂О₅ в таких рудах обыч­но выше, чем в рядовых, что объясняется химической стойкостью апатита и изменением минералов нефелина и эгирина. При из­мельчении «окисленных» руд выделяется много вторичных шламов. Эти и другие особенности руд из зон разрушения в значи­тельной мере сказываются на технологических свойствах и осо­бенно на способности к флотации апатита, зерна которого обыч­но покрыты гидрофильными пленками.

Бедные и убогие руды вследствие содержания значительных количеств вмещающих пород – уртитов, ийолит-уртитов, ювитов и др. – характеризуются низким содержанием апатита и повы­шенным нефелина, полевого шпата, гидрослюд и темноцветных минералов, что соответственно и определяет их трудную обогатимость.

Сырьевая база и обогатительное производство ПО «Апатит».В настоящее время ПО «Апатит» перерабатывает апатито-нефе­линовые руды эксплуатируемых месторождений Кукисвумчорр, Юкспор, Апатитовый цирк, Плато Расвумчорр, Коашва и Ньорк-пахк, запасы которого в 1981 – 1983 гг. подсчитаны при борто­вых содержаниях фосфорного ангидрида в недрах 4%. Следова­тельно, на обогатительные фабрики поступают достаточно бо­гатые по апатиту руды, характеристика которых приведена ниже:

Минеральный состав:
Минерал	Апатит	Нефелин	Эгирин	Сфен	Титано-магнетит	Полевые шпаты
Содержание, %	42,0	38,0	5,5	1,7	1,5	3,0

 

Химический состав:
Состав	Р2O5	А12Оэ	ТiO2	Fe2O	FeO	Na2O	K2O	CaO	SiO2
Содержание, %	15,0	13,2	2,0	3,2	1,5	5,9	3,7	23,2	25,3

 

Переработка таких руд не только сдерживает из-за ограни­ченности их запасов увеличение мощности объединения, но и приводит к потерям в недрах десятков миллионов тонн фосфат­ного сырья.

Ограниченность запасов богатых по содержанию апатита руд требует дальнейшей переоценки апатито-нефелинового сырья Хибин с вовлечением в промышленное освоение как новых ме­сторождений с более низким содержанием Р₂O₅, так и прире­заемых участков эксплуатируемых месторождений со снижен­ным бортовым содержанием Р₂O₅ в недрах до 2% и менее. Поэтому для расширения сырьевой базы важнейшей задачей является разработка соответствующих мероприятий и средств, позволяющих вовлекать в производство все апатито-нефелиновые руды Хибин, включая и апатитсодержащие вмещающие по­роды – уртиты.

С целью расширения сырьевой базы за счет бедного сырья была поставлена задача изыскать новые, бедные по содержанию апатита, месторождения Хибинского массива и всесторонне до­полнительно изучить разведанные и эксплуатируемые месторож­дения для переутверждения их запасов в связи с переводом на более низкие кондиции по бортовому содержанию.

В настоящее время проведены горно-геологические и техно­логические исследования как эксплуатируемых месторождений, так и запредельных зон. При этом изучен вещественный состав и обогатимость бедных руд и вмещающих ийолит-уртитовых пород разведуемых и новых месторождений, а также «бортовых прирезок», содержащих 8/6 – 4%, 8/6 – 2% и 4 – 2% Р₂O₅ всех эксплуатируемых месторождений. В результате проведенных работ были выявлены и разведаны новые месторождения бед­ных апатито-нефелиновых руд и доказана техническая и эконо­мическая целесообразность их добычи и переработки. Это поз­волило снизить бортовые кондиции всех месторождений до 4% Р₂О₅, утвердить новые постоянные кондиции и запасы руд экс­плуатируемых и новых месторождений Коашва, Ньоркпахк, Партомчорр и Олений ручей, что приводит к значительному увеличению запасов руд промышленных категорий и продлевает срок стабильной деятельности ПО «Апатит» на многие годы.

За период изучения и промышленного освоения Хибинских месторожде­ний накоплен большой опыт по технологии обогащения апатито-нефелиновых руд как на стадии лабораторных и опытно-промышленных исследований, так и в производственном масштабе. Изучено более 250 проб массой от 0,5 до нескольких сотен тонн, которые по своему составу представлены балансовы­ми и забалансовыми рудами, рудами из зон вторичных изменений, отдельны­ми природными (текстурными) типами и их смесями в различных сочетаниях, а также разубоживающими и вмещающими породами. Изученные пробы от­бирали в контурах открытой и подземной отработки как на эксплуатируемых, так и разведуемых месторождениях. В процессе исследований были изучены химический и минеральный состав исходного материала проб, физико-хими­ческие, гравитационные и флотационные свойства минералов; состав, строе­ние и дефекты их кристаллических решеток; наличие изоморфных примесей; параметры технологических процессов; возможные варианты обогащения и типы флотационных реагентов. При этом для селективного выделения минералов применяли различные методы обогащения, такие как первичная избирательная классификация, разделение в тяжелых средах, флотация и магнитная сепарация в слабом и сильном магнитных полях; проверялись технологические схемы с различной последовательностью выделения минера­лов и использовались разнообразные флотационные реагенты.

Выполненный обширный объем исследований показал, что так как Хи­бинские месторождения сложены одними и теми же природными типами руд и пород, но в различных количественных соотношениях, то при их фло­тации практически независимо от содержания пентоксида фосфора в исход­ном сырье можно путем изменения технологических режимов получить кондиционный апатитовый концентрат. При этом для обеспечения требова­ний ГОСТ к качеству апатитового концентрата, получаемого из бедных руд, требуется корректировка расхода реагентов и введение дополнительных перечистных операций.

Регулирование технологического процесса требуется и при обогащении более богатых руд, так как при их флотации в режимах действующих обо­гатительных фабрик наблюдается взаимосвязь показателей флотации и содержания Р₂O₅ в рудах. Поэтому только при правильном выборе техно­логической схемы и реагентного режима флотации обеспечивается кондици­онное содержание Р₂О₅ в концентрате и степень извлечения его не ниже 90%. Исследования по извлечению нефелина, титано-магнетита, эгирина и сфена из хвостов апатитовой флотации также показали возможность получения ИЗ них соответствующих концентратов.

Добыча апатито-нефелиновых руд и их переработка осуществляется про­изводственным объединением «Апатит», в состав которого входят горные И обогатительные предприятия. В настоящее время на ПО «Апатит» действу­ют три подземных рудника (Кировский, Юкспорский, Расвумчоррский) и два рудника (Центральный и Восточный) с открытой разработкой.

Переработка добываемых апатито-нефелиновых руд осуществляется на трех апатито-нефелиновых обогатительных фабриках: АНОФ-I, АНОФ-II и АНОФ-III (руда на АНОФ-II поступает пока только на дробильный комп­лекс и после дробления доставляется на АНОФ-II, где подвергается флота­ционному обогащению).

Апатито-нефелиновые обогатительные фабрики на ПО «Апатит» пред­ставляют собой мощные современные предприятия, оснащенные высокопро­изводительным технологическим и вспомогательным оборудованием [4, 9, 10]. Для фабрик характерны однотипность технологических схем при различном аппаратурном оформлении с более современным и мощным на АНОФ-II и, особенно, на АНОФ-III. Апатито-нефелиновая обогатительная фабрика АНОФ-II является одним из основных строящихся промышленных объектов производственного объединения «Апатит». В отличие от АНОФ-I и АНОФ-II на фабрике АНОФ-III предусмотрены контактирование пульпы перед фло­тацией, замкнутый цикл дробления в третьей стадии, доизмельчение проме­жуточных продуктов флотации и полный водооборот без сброса стоков в открытые водоемы за счет введения операций водоподготовки.

Апатитовый концентрат на фабриках получают методом флотации, в процессе которой из руды извлекается апатит, остальная часть — хвосты апатитовой флотации направляются в отвал и лишь небольшая доля их (АНОФ-I) – на переработку для получения нефелинового концентрата.

Технологический процесс производства апатитового концент­рата на фабриках включает следующие стадии: дробление и грохочение руды в три стадии; тонкое ее измельчение и клас­сификация по крупности; флотацию тонкоизмельченной руды; сгущение и фильтрацию флотационного концентрата; сушку апатитового концентрата; пылеулавливание и газоочистку; скла­дирование и погрузку апатитового концентрата; укладку флота­ционных хвостов в хвостохранилища.

В технологических схемах обогащения предусмотрено мокрое измельчение руды до крупности – 0,3 мм, флотационное выделе­ние из нее апатита и нефелина и обезвоживание полученных концентратов. Для извлечения апатита применяют жирнокис-лотный собиратель (до 300 г/т), содержащий сырое (30%) и дистиллированное (20%) талловые масла, окисленный петролатум (5%), вторичный масляный гудрон (25%) и технические жирные кислоты (20%))- В зависимости от качества поступаю­щей руды в собирательную смесь добавляют оксиэтилированный алкилфенол — ОП-4 (20 г/т) и каустическую соду, являющиеся регуляторами флотации. В качестве депрессора при флотации используется жидкое стекло (до 350 г/т).

Флотация апатита осуществляется в механических отечест­венных и зарубежных флотационных машинах по схеме, вклю­чающей основную флотацию, две – три перечистки чернового апатитового концентрата и контрольную флотацию хвостов с возвратом промежуточных продуктов в голову предыдущей опе­рации. На первой фабрике для обогащения руды используют свежую воду, вторая – работает на 80% водооборота; третья фабрика будет работать полностью на водообороте.

Товарное извлечение Р₂О₅ в апатитовый концентрат в сред­нем превышает 90%, а сквозное извлечение из недр с учетом потерь при добыче – 80%.

Получаемый на фабриках апатитовый концентрат является основным продуктом обогащения апатито-нефелиновой руды. До 1988 г. концентрат выпускался согласно ГОСТ 2275-76, в соответствии с которым содержание Р205 должно быть не менее 39,4% (масс), влажность 1,0±0,5%, а остаток на сите с сеткой № 016 К не более 11,5%. Вырабатываемый ПО «Апа­тит» апатитовый концентрат на 96 – 97% состоит собственно из апатита и является лучшим в мире фосфорсодержащим сырьем для производства минеральных удобрений; в 1971 г. ему при­своен Государственный Знак качества.

Кроме апатитового концентрата на АНОФ-I из хвостов фло­тации апатитового производства получают нефелиновый кон­центрат, содержащий не менее 28,5% А1₂O₃, который в основном используется в производстве глинозема и строительных мате­риалов, а также в химической промышленности.

Производство нефелинового концентрата на АНОФ-I осуще­ствляется прямой флотацией темноцветных минералов из хво­стов апатитовой флотации, с последующей доводкой до конди­ции камерного продукта (нефелинового концентрата) с помощью пенной и магнитной сепарации. В соответствии с технологиче­ской схемой (рис. IV-1) хвосты апатитового производства под­вергаются двухстадийной классификации по классу 0,2 мм в гидроциклонах, пески которых (класс +0,2 мм) направляются в отвал, а слив (класс – 0,2 мм) – обесшламливается по классу 0,020 мм, сгущается до 35% и поступает на обратную флотацию нефелина.

Флотация сгущенного продукта, содержащего около 23% А1203, осуществляется жирнокислотным собирателем – омылен­ным раствором сырого таллового масла в присутствии каусти­ческой соды; последняя подается в процесс в качестве регулято­ра среды и активатора темноцветных минералов. В результате в пенный продукт извлекаются остатки апатита, титано-магнетит, эгирин и сфен, а в камерном продукте, являющемся нефе­линовым концентратом, концентрируются нефелин, полевые шпа­ты и другие алюмосиликаты. Однако, поскольку содержание А1₂О₃ в камерном продукте, как правило, составляет 28,1 – 28,3%, то, как отмечалось выше, для получения глиноземного нефелинового концентрата, соответствующего ТУ 6-12-54–80, т. е. с содержанием не менее 28,5% А1₂О₃, камерный продукт подвергается доводке методами пенной и магнитной сепарации.

 

Рис. IV-1. Принципиальная схема нефелинового производства

 

 

Флотация сгущенного продукта, содержащего около 23% А1203, осуществляется жирнокислотным собирателем – омылен­ным раствором сырого таллового масла в присутствии каусти­ческой соды; последняя подается в процесс в качестве регулято­ра среды и активатора темноцветных минералов. В результате в пенный продукт извлекаются остатки апатита, титано-магнетит, эгирин и сфен, а в камерном продукте, являющемся нефе­линовым концентратом, концентрируются нефелин, полевые шпа­ты и другие алюмосиликаты. Однако, поскольку содержание А1₂О₃ в камерном продукте, как правило, составляет 28,1 – 28,3%, то, как отмечалось выше, для получения глиноземного нефелинового концентрата, соответствующего ТУ 6-12-54–80, т. е. с содержанием не менее 28,5% А1₂О₃, камерный продукт подвергается доводке методами пенной и магнитной сепарации.

Получаемый на фабрике нефелиновый концентрат на 76 – 80% состоит из чистого минерала – нефелина и в виде кристалличе­ского порошка серого цвета влажностью 1,0 – 1,5% отгружается в вагоны для отправки потребителю.

Анализ технологических показателей работы фабрик за дли­тельный период работы свидетельствует о том, что несмотря на увеличение доли бедных руд, поступающих на переработку, внедрение водооборота на АНОФ-II и рост масштабов произ­водства апатитового концентрата на фабриках сохраняется вы­сокое технологическое извлечение Р₂O₅ в апатитовый концентрат (>92,5%). Начиная с 1982 г. на ПО «Апатит» успешно пере­рабатываются вовлеченные в промышленное производство бед­ные забалансовые руды (бортовые прирезки с содержанием Р₂О₅ 4 – 6%) эксплуатируемых месторождений Юкспор и Плато Расвумчорр. В перспективе с увеличением объемов добычи апатито-нефелиновых руд и производства апатитового концентрата при одновременном переходе на полный водооборот и снижении Р₂O₅ в рудах текущей добычи потребуется реконструкция обо­гатительных фабрик с внедрением новых высокоэффективных реагентов и технологических процессов, а также технологиче­ского и вспомогательного оборудования с большой единичной мощностью.

Проблемы комплексного использования апатито-нефелиновых руд. Значение апатито-нефелиновых руд определяется не только наличием в нем фосфора, но и алюминия, натрия, калия, титана, железа, стронция, редких земель и др., крайне необходимых для народного хозяйства. Поэтому хибинское апатитсодержащее сырье, особенно бедное по содержанию Р₂О₅, следует рассматри­вать с точки зрения возможности его комплексного использова­ния. В связи с этим возникла необходимость разработки совер­шенных и экономически обоснованных технологических схем комплексного обогащения, а также расширения сферы потреб­ления всех полезных компонентов и изыскания новых направ­лений в их использовании (рис. IV-2).

Целесообразность комплексного использования апатит-нефе­линового сырья объясняется тем, что Хибинские месторождения содержат ценнейшие минералы: апатит (43%), нефелин (40%), сфен (2,5%), титано-магнетит (2,2%) и эгирин (9,4%)- В состав этих минералов в общей сложности входят около 22 химических элементов, к которым относятся фосфор, алюминий, натрий, калий, титан, фтор, стронций, редкие земли и др. Так, апатит содержит около 41% пеноксида фосфора, 51 – 53% оксида каль­ция, 2 – 4% фтора, а также редкие земли и стронций; нефелин содержит ≈32% глинозема, 22 – 24% оксидов натрия и калия, 44% кремнезема, галлий, рубидий и цезий; в сфене содержится 40% диоксида титана, ниобий и тантал; в титано-магнетите содержится – 80% оксидов железа, – 18% диоксида титана и 0,5% пеноксида ванадия; в эгирине содержится до 20% оксида железа, – 0,2% V₂O₅, свыше 40% кремнезема, около 6% оксидов щелочных металлов и 3—5% TiO₂.

Рис. IV.2. Схема комплексной переработки апатито-нефелиновой руды.

 

Кроме апатит-нефелиновых руд большую ценность представ­ляет нефелинсодержащее сырье – уртиты, среднее содержание нефелина в которых составляет 60%, эгирина – 16 – 20%, сфена 5 – 6% и титано-магнетита до 2%. Наряду с запасами нефелина и темноцветных минералов в рудах и уртитах достаточно боль­шие запасы их находятся в складируемых хвостах обогатитель­ных фабрик ПО «Апатит». Наличие этих минералов и содер­жащихся в них элементов указывает на то, что апатит-нефели­новые руды, уртиты и отвальные хвосты являются потенциаль­ным сырьевым источником для химической и строительной про­мышленности, цветной и черной металлургии и других отраслей народного хозяйства. В настоящее время из концентратов, ко­торые могут быть получены из апатит-нефелинового сырья, мож­но производить до 25 товарных продуктов: из апатитового сырья – фосфор и различные его соединения, фтор, стронций и редкие земли; из нефелинового – алюминий и различные его соединения, цемент и стройматериалы, соду, поташ, галлий, ру­бидий и цезий; из сфенового – металлический титан и его соеди­нения для производства титановых белил, эмалей, специальных стекол и т. д., а из титано-магнетита и эгирина – чугун, сталь, титан, ванадий и различные их соединения (см. рис. IV-2).

Потребности народного хозяйства в большинстве содержа­щихся в апатито-нефелиновом сырье элементов, а, следователь­но, и получаемых на их основе товарных продуктов удовлетво­ряются не полностью и в дальнейшем возрастут еще больше, в то время как народное хозяйство испытывает в них острый дефицит.

Анализ состояния и прогноз развития производства и потребности в целом ряде продуктов (глиноземе, кальцинирован­ной соде, поташе, диоксиде титана и др.), которые могут быть получены из апатито-нефелиновых руд, показывает, что частич­но этот дефицит покрывается за счет импорта. В то же время расчеты свидетельствуют о том, что при комплексной переработке апатито-нефелинового сырья с извлечением из него боль­шинства компонентов можно было бы отказаться от импорта и потребности страны практически были бы удовлетворены в глиноземе, редких землях, соединениях стронция, титана, в содопродуктах, цементе и др. [2]. Однако до настоящего времени апатито-нефелиновые руды в основном используются как фосфатное сырье, из которого извлекается апатит и небольшая часть нефелина (≈10%), что суммарно составляет около 50% от перерабаты­ваемой руды, или 60% стоимости полезных компонентов, со­держащихся в руде. Остальная же часть нефелина (>10млн. т), сфен, титано-магнетит, эгирин, полевой шпат и другие минералы в виде тонкоизмельченных апатитовых хвостов (более 30 млн. г в год) складируются в хвостохранилищах обогатительных фаб­рик ПО «Апатит».

 

Таблица IV.3. Гранулометрический состав технологических хвостов

Классы крупности, мм	Средний состав, %	Пределы колебаний, %
+ 0,224	15,6	13,45–18,05
– 0,224 + 0,18	6,3	5,85 – 6,55
– 0,18 + 0,16	5,95	5,55 – 6,50
– 0,16 + 0,101	19,85	18,2 – 30,4
– 0,101 + 0,071	9,0	8,4 – 10 8
– 0,071	43,3	36,95 – 46,7

 

Ниже и в табл. IV-3 приведена характеристика хвостов апа­титового производства (АНОФ-П, ПО «Апатит»):

Минеральный состав:
Минерал	Апатит	Нефелин	Эгирин	Сфен	Титано-магнетит	Полевые шпаты
Содержание, %	4 – 8	55 – 65	7 – 10	1,5 – 3,0	2,0 – 3,0	8,0 – 12

 

Химический состав:
Состав	Р2О5	А12О3	TiО2	Fe2О3	Na2О	К2О	СаО	SiО2
Содержание, %	2 – 3,5	19 – 23	41– 43	4,5—6	6 – 9	5,5 – 7,5	6 – 8,0	41 – 43

 

Неполное использование апатито-нефелиновых руд наносит значительный ущерб народному хозяйству не только в связи с недополучением важной продукции, но и в связи с необходи­мостью проведения мероприятий по охране природы и эксплуа­тации хвостохранилищ, под которые отведены большие земель­ные площади и они являются источниками загрязнения водных ресурсов и атмосферного воздуха.

Решение проблемы более полного использования апатито-не­фелинового сырья должно осуществляться по трем направле­ниям:

снижение бортового содержания Рг05 в недрах, что повысит уровень извлечения из них фосфорного ангидрида при добыче;

оптимизация качества получаемых из апатито-нефелиновых руд концентратов, что повысит уровень извлечения минералов из руды при обогащении;

комплексное использование самих руд.

Реализация этих направлений осуществляется не равномерно. Наиболее полное решение в последние годы получили первые два направления. Уже выполнены обширные исследования по снижению бортового содержания Р205 в рудах на многих Хи­бинских месторождениях, а бывшие забалансовые бортовые при­резки эксплуатируемых месторождений (кроме Кукисвумчоррского) в диапазоне содержаний Р₂О₅ от 8(6) до 4% уже успешно перерабатываются на обогатительных фабриках ПО «Апатит». Однако вовлечение в производство бедных забалансовых руд только для получения апатитового концентрата приведет к уве­личению объемов добычи и переработки руды, затрат на про­изводство продукции, снижению рентабельности предприятий и увеличению производственных отходов. В этих условиях сниже­ние потерь полезных компонентов с отходами возможно лишь при оптимизации качества апатитового и нефелинового концент­ратов и реализации малоотходной технологии.

Проблеме комплексного обогащения уникальных апатито-нефелиновых руд Хибинской группы месторождений посвящено много научно-исследовательских работ, которые проводятся поч­ти с самого начала открытия и разработки апатито-нефелиновых месторождений.

Первые работы по комплексному использованию были про­ведены в начале 30-х годов. Целью их явилось изыскание ме­тодов и разработка технологии извлечения нефелина из хвостов апатитового цикла флотации. Была показана возможность по­лучения из апатито-нефелиновых руд методом флотации высо­кокачественного нефелинового концентрата, а разработанная технология легла в основу обогатительной нефелиновой фабрики на АНОФ-I.

Наиболее обширные исследования по разработке технологии комплексного обогащения апатито-нефелиновых руд проводятся с начала 70-х годов. За этот период изучены особенности веще­ственного состава и комплексной обогатимости бедных апатито-нефелиновых руд и вмещающих ийолит-уртитовых пород новых месторождений Коашва, Ньоркапахк, Партомчорр, Эвеслогчорр и Олений ручей, а также «бортовых» прирезок в диапазоне со­держаний Р205 от 8(6) до 4%, от 8(6) до 2% и 4 – 2% эксплуа­тируемых месторождений Кукисвумчорр, Юкспор, Расвумчорр и Апатитовый цирк. При этом практически все изученные пробы руд характеризовались достаточно низким содержанием пятиокиси фосфора (0,5 – 4 –15%), повышенным содержанием оксидов титана и железа, а по содержанию глинозема были близки или несколько превышали перерабатываемые на АНОФ-I и АНОФ-II руды текущей добычи.

В результате для селективного разделения минералов из бедного и убогого апатит содержащего сырья потребовалась раз­работка комбинированной технологии с флотационным и маг­нитным обогащением. Причем путем флотационного разделения извлекались апатит, нефелин и сфен.

При разработке технологии комплексного обогащения для флотации апатита использовались схемы, включающие основ­ную флотацию, одну – две контрольные и три – четыре перечистные операции с возвращением всех промежуточных продук­тов в голову процесса или каждого в предыдущую операцию. В качестве флотационных реагентов применяли реагенты, ис­пользуемые на обогатительных фабриках ПО «Апатит», а также новые высокоселективные реагенты. Расход реагентов и точки их подачи подбирались и корректировались в каждом конкрет­ном случае в зависимости от качества изучаемых проб и ионно­го состава используемых вод.

Для получения нефелинового концентрата из апатито-нефе­линовых руд и вмещающих пород были использованы три прин­ципиально отличающиеся друг от друга технологические схемы. Первая, применяемая на АНОФ-I, включала обратную флота­цию нефелина с выделением в пенный продукт темноцветных минералов с помощью анионо-активного собирателя – сырого таллового масла или при сочетании его с алкилбензолсульфонатом в щелочной среде.

 

Рис. IV-3. Принципиальная схема прямой флотации нефелина

 

Вторая схема (рис. IV-3), разработанная для труднообогатимых бедных руд – схема прямой селективной флотации нефе­лина катионактивным собирателем в слабокислой среде, созда­ваемой кремнефторидом натрия, и третья – магнитно-флота­ционная схема с выделением перед флотацией нефелина маг­нитных минералов и применением для флотации различных жирнокислотных собирателей и коллагенно-танидных модифика­торов (рис. IV-4).

Сфеновый концентрат получали либо флотацией анионо-активным собирателем в присутствии небольших количеств кремнефторида натрия или танидсодержащего реагента, либо гра­витацией на концентрационных столах.

Возможность эффективного использования методов магнит­ной сепарации для обогащения апатито-нефелинового сырья основана на резком отличии магнитной восприимчивости титано-магнетита и эгирина от свойств других минеральных компонен­тов, входящих в состав указанных руд. При этом титано-магне-тит являлся сильномагнитным минералом (удельная магнитная восприимчивость 0,09 см³/г), а эгирин – слабомагнитным (маг­нитная восприимчивость – 60 ± 85*10 ^-6 см³/г), что позволяет се­лективно выделять их при сепарации в магнитные фракции соответственно слабым и сильным магнитным полем.

Анализ результатов проведенных работ по изучению комп­лексной обогатимости различных по содержанию Р₂О₅ апатито-нефелиновых руд показал, что особенности их качественного состава оказывали значи­тельное влияние на тех­нологические схемы и реагентные режимы флота­ции апатита, нефелина и сфена. Для всех изучае­мых проб разработаны комбинированые схемы обогащения (рис. IV-5), обеспечивающие получе­ние кондиционных апати­тового и нефелинового концентратов, а также ка­чественных сфенового, титано-магнетитового и эги-ринового продуктов.

Оптимальный вариант комбинированной техно­логии обогащения после­довательно включает фло­тацию апатита в щелочной среде анионо-активным собирателем по схеме: основная, одну – две контрольные и три – четыре перечистные операции флотации, мокрую магнитную сепарацию в слабом и сильном магнитных полях доизмельченных и обесшламленных хвостов апатитовой флотации для извлечения из них титано-магнетита и эгирина, прямую (в слабокислой среде, создаваемой кремнефторидом натрия) или обратную (в щелоч­ной среде) флотацию нефелина и флотационное выделение сфена (после предварительного доизвлечения апатита) из не­фелиновых хвостов. В результате по этой схеме (рис. IV-6) из руд содержащих от 5 до 18% Р₂О₅, получены кондиционный апатитовый концентрат (свыше 39,4% Р₂О₅) при извлечении более 90%, нефелиновый концентрат (>28,5% Аl₂О₃) при из­влечении Аl₂O₃ 50 – 90%, а также титаносодержащие продукты: сфеновый (более 28% ТiO₂), титано-магнетитовый – 14 – 19% TiO2 и 77 – 80% Fe₂O₃ и эгириновый – 3,5 – 5,5% ТiO₂ и 14 – 19% Fe₂О₃ при суммарном извлечении TiО₂ в эти продукты более 55%.

 

 

 

Рис. IV.4. Магнитно-флатационная схема получения нефелинового концентрата.

 

 

Рис. IV-5. Схема комплексного обогащения апатито-нефелиновых руд

 

На основе результатов исследований последних лет на ПО «Апатит» построена и введена в эксплуатацию опытно-промыш­ленная установка производительностью по руде 75 г/сутки, на которой осуществляется отработка технологии комплексного обогащения апатито-нефелиновых руд с целью выдачи регла­мента на промышленное проектирование предприятия для производства вышеуказанных концентратов, а также наработка крупнотоннажных партий для их технологического изучения.

 

Рис. IV-6. Схема комплексного обогащения апатито-нефелнновой руды с дву­мя вариантами получения нефелинового концентрата

 

В настоящее время выполнен достаточно большой объем ис­следований и по переработке апатитового, нефелинового, сфе­нового, титано-магнетитового и эгиринового концентратов, полу­чаемых из апатитонефелиновых руд. На основе этих работ на ПО «Апатит» построены крупная опытно-промышленная уста­новка по переработке сфенового концентрата на титано-кальциевый пигмент (производительность по пигменту 1,0 т/сут) и пилотная установка по азотнокислотной переработке нефелино­вого концентрата.

Кольский нефелин из всех сопутствующих апатиту минера­лов является важнейшим. Именно в увеличении степени исполь­зования нефелина заложена наибольшая возможность дальней­шего повышения эффективности переработки апатито-нефелино­вых руд. Кроме ценности состава перспективность Кольского-нефелина обусловлена и тем, что в процессе получения апатитового концентрата нефелин проходит полный цикл наиболее дорогостоящих операций по подготовке сырья к обогащению. В результате себестоимость 1 т нефелинового концентрата не превышает 3 руб.

С другой стороны, переработка самого нефелинового кон­центрата на глинозем, содопродукты и цемент осуществляется с высокой экономической эффективностью. Практика работы ряда предприятий показала, что себестоимость производства глинозема, содопродуктов и цемента из нефелинового концент­рата значительно ниже, чем из традиционных видов сырья.

Перспективными способами комплексной переработки нефе­линового концентрата являются кислотные (сернокислотный и азотнокислотный), так как в них исключается использование известняка и создаются благоприятные предпосылки для орга­низации соответствующего промышленного производства. Кро­ме того, эти способы не чувствительны к снижению качества концентрата и открывают перспективу непосредственной пере­работки хвостов обогатительных фабрик ПО «Апатит».

Высокие технико-экономические показатели комплексной пе­реработки нефелинового концентрата и производства глинозема, содопродуктов и цемента, значительная потребность народного хозяйства в алюминии, соде и поташе, промышленная освоен­ность технологии, отсутствие отходов и ограниченность запасов бокситов делают актуальным увеличение производства Коль­ского нефелинового концентрата. Учитывая при этом громадные запасы нефелинов в Хибинах, проблема развития нефелинового производства является первоочередной и основной задачей в об­ласти комплексного использования апатито-нефелиновых руд.

В соответствии с перспективным планом развития ПО «Апа­тит» на АНОФ-П в конце 80-х – начале 90-х годов начнется производство нефелинового концентрата. Первоначально полу­чение нефелинового концентрата предполагалось путем обрат­ной флотации из доизмельченных и обесшламленных хвостов апатитового производства АНОФ-II. Однако в связи с постоян­ным ухудшением качества апатито-нефелиновых руд и перево­дом их запасов на более низкие бортовые кондиции, в произ­водство начали поступать руды, содержащие ниже 15% Р₂О₅; в дальнейшем содержание снизится до 12%. В этих условиях при извлечении из руды апатита содержание А1₂O₃ в апатито­вых хвостах будет составлять не 22 – 24% Al₂O₃, как было ранее, а всего около 20%. Как показала практика работы АНОФ-I из таких хвостов получение нефелинового концентрата с содержа­нием А1203 более 28,5% по проектной схеме – задача трудная.

В последние годы разработана более рациональная магнит­но-флотационная технология получения нефелинового концент­рата. По этой схеме после отделения магнитной сепарацией темноцветных железомагнитных минералов содержание Аl₂O₃ в питании нефелиновой флотации повышается и составляет 25%.

Из такого сырья достаточно легко путем флотации можно по­лучить высококачественный нефелиновый концентрат для гли­ноземной промышленности. Кроме того, преимуществом этой технологии является попутное получение в виде товарных про­дуктов высококачественных титано-магнетитового и эгиринового концентратов. За счет этого сокращается на 40 – 50% расход дефицитных реагентов, которые должны быть затрачены на фло­тацию этих минералов по проектной схеме. Особенностью этой технологической схемы является также тот факт, что получае­мая после магнитной сепарации немагнитная фракция, т. е. ис­ходное питание нефелиновой флотации, есть не что иное как прекрасный алюмосиликатный продукт для производства стекла и керамики.

Исходя из вышеизложенных предпосылок и полупромышлен­ных испытаний на ОПУ «Руд» ГИГХС, Механобр и ПО «Апа­тит» разработали регламент с корректировкой первоначального проекта нефелинового п