Главная | Обратная связь

IV.6. Апатитовые руды Ковдорского месторождения

 

Ковдорское месторождение комплексных апатитсодержащих руд расположено на юго-западе Кольского полуострова в не­посредственной близости от г. Ковдор Мурманской области. Месторождение находится среди ультраосновных щелочных пород, с которыми главным образом связаны магнетито-апатитовые руды. Кроме того, в этом массиве имеются крупные за­лежи апатитофранколитовых руд, а также франколитизированные фениты и апатитокарбонатные руды [47].

Магнетито-апатитовые руды, состоящие из магнетита (41 – 44%), апа­тита (17%), форстерита (14%), кальцита (17%) и доломита (15%) являют­ся наиболее богатыми по содержанию полезных компонентов, поэтому такие руды в основном используются при обогащении для получения магнетитового концентрата с попутным выделением апатита и бадделита.

Апатито-франколитовые руды, содержащие апатит (15%), франколит (22%), вермикулит (49%), пироксен (7%), магнетит (3%), до 4% других минералов (гетит, форстерит и т. п.), и наиболее богаты фосфором. При измельчении этой руды до – 0,3 мм происходит достаточно полное раскрытие полезных минералов, что обеспечивает возможность получения фосфорсо­держащих концентратов с содержанием 36 – 38% Р₂O₅ при извлечении свыше 80%.

Франколитизированные фениты представлены фосфорсодержащими ми­нералами (11% франколит и 3% апатита), пироксенами (28%), полевыми шпатами и нефелином (32%), вермикулитом и биотитом (13%), цеолитами (3%) и до 10% других минералов (гетит, гематит, хлорит и т. п.). В этих рудах фосфорсодержащим минералам характерно тонкое срастание зерен с другими минералами, что относит их к весьма труднообогатимым. Содер­жание свободных зерен полезных компонентов при измельчении до – 0,3 мм составляет всего 11%, в связи с этим из материала такой крупности получа­ют фосфорсодержащий концентрат низкого качества (=24% P₂O₅) при извлечении всего лишь 51%.

Апатито-кальцитовые руды также имеют сложный минеральный состав и характеризуются низким содержанием полезного компонента: 13% апати­та, 66% кальцита, 5% доломита, 6% магнетита, 4% флогопита, 4% форсте­рита и около 3% прочих минералов. Структурная особенность этих руд позволяет уже из крупных классов ( – 25 мм) выделить в тяжелых жидкос­тях в легкую фракцию (менее 2,7 г/см3) карбонатную породу с небольшим содержанием апатита (1,3% Р₂O₅). Но полнота раскрытия зерен апатита отмечается при крупности – 0,3 мм. Из такого материала в тяжелых жид­костях выделяют концентратную фракцию, содержащую 36,7% Р₂O₅ при извлечении свыше 70%. При этом значительная часть апатита (30%) пере­ходит во фракции граничной плотности. Все это указывает на теоретически достаточно хорошие показатели по обогатимости таких руд. Однако сложный их минеральный состав и близкие физико-химические и флотационные свойства апатита и кальцита относят эти руды к числу труднообогатимых,

В целом ковдорские руды неоднородны по структурно-текстурному строению и количественно-минеральному составу. Главными их минералами являются магнетит, апатит, франколит, форстерит, штаффелит, карбонаты и слюды, каждый из которых в значительной степени представляет промыш­ленный интерес. В зависимости от количественных соотношений перечислен­ных минералов определяют природные геолого-промышленные типы руд.

По промышленно ценным компонентам ковдорские руды условно под­разделяются на следующие сорта: по содержанию железа общего: убогие <15%, бедные – 15 – 25%, рядовые – 25 – 32% и богатые >32%; по содер­жанию Р₂О₅: слабофосфористые <3%, малофосфористые – 3 – 6%, умеренно фосфористые – 6 – 9% и богатофосфористые >9%.

В настоящее время в масштабах Ковдорского месторождения можно выделить следующие минералогические природные типы руд, по которым в ГКЗ СССР утверждены самостоятельные балансовые запасы: комплексные бадделит-алатит-магнетитовые руды (комплексные железные руды); мало­железистые руды; руды анамальной зоны; апатито-штафелитовые руды.

Сырьем для обогатительных фабрик являются смеси первых двух типов руд, которые в свою очередь подразделяются на геолого-технологические сорта, отличающиеся друг от друга вещественным составом, физическими и технологическими свойствами (табл. IV.4).

Геолого-минералогическая характеристика различных типов руд Ковдорского месторождения, а также их физико-химичес­кие и технологические свойства достаточно детально изучены и достаточно полно освещены в литературе [47]. В данной ра­боте дано лишь краткое описание их вещественного состава и свойств.

Ковдорские железо-апатитсодержащие руды характеризу­ются низким содержанием основных полезных компонентов: содержание магнитного железа около 22%, а пентоксида фос­фора – около 7%. При этом присутствие в руде наряду с апа­титом карбонатов (кальцит, доломит) и силикатов (форстерит, флогопит, диопсид) значительно усложняет получение апати­тового концентрата, кондиционного по содержанию примесей, и делает руды Ковдорского месторождения более труднообогатимыми по сравнению с Хибинскими [47 – 49].

Природная неоднородность вещественного состава руды, частая перемежаемость сортов руд является причиной колеба­ния качественных характеристик руды, поступающей на обо­гащение, что приводит в конечном итоге к нестабильности тех­нологических показателей обогатительного производства на Ковдорском горнообогатительном комбинате, перерабатываю­щем эти руды. Однако несмотря на это ковдорское железно-рудное месторождение является одним из объектов, где на основе комплексного использования руды может быть создана практически безотходная технология.

 

Таблица IV.4. Содержание главных компонентов в промышленных типах руд

Руды	Руды запасов по типам руд, %	Содержание компонентов*, %
Fe	P2O5	CO2
Комплексные бадделит-апатит-магнетитовые руды
Апатнто-форстерит-магне-титовые		16–36 25,04	4–20 8,77	0–14 4,8
Форстерито-магнетитовые		14–30 24,2	1–4 1,69	0–10 4,0
Магнетитовые		30-46 36,9	1–13 6,39	0–10 3,3
Карбонат-форстеритмагнетитовые		32-42 32,3	0–5 1,65	4–21 12,0
Апатито-карбонат-магнетитовые		14-36 24,2	2–13 7,14	5–21 14,8
Маложелезистые руды
Апатито-форстеритовые		2-20 11,5	3–14 6,53	0–20 4,9
Апатито-карбонатные		2-18 9,04	2–12 5,81	14–40 28,1

* В числителе – диапазон содержания компонентов, в знаменателе – среднее значе­ние содержания компонента.

Технология комплексного обогащения ковдорской руды раз­работана Механобором, Кольским филиалом АН СССР и Ковдорским ГОКом 1 [10, 11, 48, 49]. На основании их работ в 1962 г. была пущена в эксплуатацию железнорудная магнито-обогатительная фабрика (МОФ), а с 1975 г. вступила в строй апатито-бадделитовая фабрика (АБОФ) для обогащения ее хвостов. В результате образовался обогатительный комп­лекс, объединивший обе фабрики и обеспечивающий более пол­ное использование ковдорского сырья.

При освоении флотационного обогащения хвостов магнитной сепарации на АБОФ был выполнен обширный комплекс науч­но-исследовательских, опытно-промышленных и организацион­но-технических мероприятий, что позволило за сравнительно короткий срок в условиях полного использования оборотной во­ды освоить в промышленном масштабе технологию получения высококачественного апатитового концентрата, незначительно уступающего уникальному хибинскому по содержанию Р₂О₅.

На магнито-обогатительной фабрике дробленая руда круп­ностью 25 – 0 мм измельчается в стержневой мельнице до 2 мм и поступает на первую стадию магнитного обогащения. Магнитный продукт сепараторов доизмельчается до крупности 55% класса – 0,074 мм в- шаровой мельнице, работающей в замкнутом цикле с классифицирующим гидроциклоном, после чего он подвергается дополнительной двухстадийной сепарации на полупротивоточных сепараторах 209-ПП-СЭ. Полученная магнитная фракция третьей стадии перечистки представляет собой готовый магнетитовый концентрат, содержащий свыше 63% железа, извлечение которого в этот продукт превышает 90%.

Хвосты магнито-обогатительной фабрики (МОФ) круп­ностью 30% класса – 0,074 мм поступают через насосную стан­цию на апатито-бадделитовую фабрику, где в соответствии со схемой, включающей подготовку отходов МОФ к флотации, флотацию из них апатита, подготовку хвостов флотации к гра­витационному обогащению, гравитационное их обогащение и доводку гравитационного продукта, производятся апатитовый и бадделитовый концентраты.

На АБОФ исходный материал первоначально сгущается в гидроциклонах, слив которого освобождается от шлама (обесшламивается) в обезвоживающих гидроциклонах, а крупная часть песков доизмельчается до крупности – 0,3 мм в шаровой мельнице, работающей в замкнутом цикле с классифицирую­щим гидроциклоном. Затем готовый по крупности материал, содержащий 25% твердого, сгущается в радиальном сгустите­ле, из которого в слив удаляются шламы, а сгущенный продукт с 50 – 53% твердого направляется на флотацию апатита. В под­готовительных операциях имеются технологические и механи­ческие потери. Первые из них в количестве ≈28% связаны с отвальными сливами, а вторые (≈17%) – по выходу – из-за несоответствия производительности переделов.

Флотация апатита осуществляется на оборотной воде в ме­ханических флотационных машинах жирнокислотным собирате­лем (0,3 кг/т) и моноэтаноламидом (0,15 кг/т) после предва­рительной обработки флотационной пульпы содой (2 кг/т) и жидким стеклом (0,75 кг/т). Схема флотации включает основ­ную флотацию, две контрольные флотации и четыре перечист­ки концентрата. По этой технологии из руды, содержащей 7 – 8% Р₂О₅, получают апатитовый концентрат (36 – 38% Р₂О₅), а извлечение Р₂О₅ в цикле флотационного обогащения состав­ляет примерно 60 – 70%.

По действующей схеме комплексного обогащения ковдорс­кой руды отходы магнито-обогатительной фабрики после фло тационного извлечения из них апатита направляются в цикл гравитационного обогащения, где получают бадделитовый кон­центрат. В этом цикле хвосты флотации апатита сгущаются, после чего они обогащаются на конусных сепараторах и кон­центрационных столах. Промпродукт и концентрат столов под­вергаются мокрой магнитной сепарации в слабом поле, где из них извлекаются остатки магнетита и частично сульфиды. Не­магнитная фракция направляется на доводочные столы, здесь концентрат фильтруется, сушится и подвергается сухой маг­нитной сепарации в сильном поле с выделением в немагнитную фракцию бадделитового концентрата.

В настоящее время ковдорский ГОК и ряд научно-исследо­вательских учреждений проводят широкие исследования по совершенствованию технологии комплексного обогащения руд Ковдорского месторождения с целью повышения степени извле­чения полезных компонентов в апатитовый и гравитационный концентраты, расширения ассортимета получаемых продуктов и созданию малоотходной технологии.

Складируемые отходы Ковдорского ГОК и отходы текущей переработки рассматриваются как источник не только фосфо­ра, но и магния. До настоящего времени не существует сколь­ко-нибудь пригодной технологии переработки апатитовых кон­центратов из апатито-магнетитовой или маложелезистой апати-тосиликатной руды Ковдорского месторождения на фосфорные удобрения кислотным способом, так как подобная переработ­ка существенно затрудняется из-за высокого содержания сили­катов магния и карбоната кальция в этих концентратах. В то же время присутствие магния в фосфатных удобрениях спо­собствует увеличению их агрохимической эффективности. По­этому из возможных вариантов использования отходов Ков­дорского ГОК надо в первую очередь рассмотреть целесообраз­ность производства из них плавленых кальций-магниевых фосфатов (ПКМФ).

Поскольку весь апатитовый концентрат Ковдорского ГОК предполагается использовать в производстве обесфторенных кормовых фосфатов и нитрофоски, была поставлена задача разработать технологию получения фосфорно-магниевого сырья из отходов флотации и магнитной сепарации. Получение при этом плавленых кальциево-магниевых фосфатов значительно увеличивает извлечение Р₂О₅ на АБОФ.

Плавленые кальций-магниевые фосфаты являются удобре­нием с очень ценными физическими и агрохимическими свойст­вами. Это комплексное удобрение, содержащее фосфор, маг­ний, кальций и кремний в форме, легко растворимой в слабых почвенных кислотах, но практически не растворимой в воде. Установлено, что ПКМФ наиболее эффективны для кислых почв, поскольку кальций и магний присутствуют в этих удобре­ниях в виде солей ортофосфорной кислоты, хорошо растворимых в кислой среде и снижающих тем самым кислотность почв. Агрохимическое изучение почв СССР позволило выявить огром­ные площади сельскохозяйственных угодий, обедненных маг­нием. Поэтому вовлечение в переработку отходов Ковдорского ГОК и организация производства ПКМФ позволяют удовлет­ворить потребность сельского хозяйства Нечерноземной зоны РСФСР, Прибалтики и Белоруссии, которая, по предваритель­ным данным, составляет 1– 1,5 млн. т.

Возможность перевода термическими методами природных фосфатов в усвояемую растениями форму была установлена еще в конце прошлого века. Стремясь отказаться от серной кислоты для получения фосфорных удобрений, первоначально природ­ные фосфаты подвергали обжигу в смеси с различными реа­гентами с целью либо разложить исключительно устойчивый минерал – фторапатит, либо изменить его структуру и перевес­ти в усвояемое состояние.

В нашей стране научно-исследовательские работы по созда­нию технологии получения плавленых кальциево-магниевых фосфатов основывались на применении процессов обжига апа­тита с добавками MgO, CaO, SiО₂ и др.

Исследования по получению плавленых кальций-магниевых фосфатов проводились с использованием различных видов сырья Первоначально шихту составляли из апатитового кон­центрата Ковдорского ГОК (38,5% Р₂O₅; 51,8% СаО; 1,7% MgO), отходов апатитовой флотации (4,5% Р₂O₅; 14,3% СаО; 25,6% SiO₂; 3,4% СO₂) и кварцита (96,7% SiO₂). В качестве магнезиальной добавки применяли также отходы магнитной сепарации (8,0% Р₂O₅; 19,6% СаО; 22,4% MgO; 22,2% SiO₂; 10,7% СO₂). Шихту фосфорно-магниевого сырья непрерывно загружали в печь. Образующийся расплав выдерживался при определенной температуре и поступал в гранулятор, где под­вергался охлаждению и грануляции до гранул размером 0,5 – 2,0 мм. Полученные ПКМФ после сушки поступали на доизмельчение. В процессе испытаний были наработаны крупно­тоннажные опытные партии ПКМФ, содержащие до 24,0% P₂O₅; 15 – 20% MgO. Растворимость Р₂O₅ и MgO в 20%-ном растворе лимонной кислоты составила 95 – 99%.

Аналогичные опытные плавки были проведены и на сырье других месторождений: егорьевском мытом концентрате с до­бавками магнезита и кварцита; кингисеппских и хубсугульских высокомагнезиальных фосфатных рудах; селигдарских апатитсодержащих рудах и каратауских высокодоломитизированных отходах обогащения. Кроме того, были проведены исследова­ния по получению плавленых кальциево-магниевых фосфатов из апатитового концентрата Ошурковского месторождения.

Из указанного выше сырья также были получены крупно­тоннажные партии комплексного удобрения, содержащего 23% Р₂О₅; 19% MgO и 28 – 32% СаО в лимоннорастворимой форме,

которые прошли агрохимические испытания и показали на многих почвах страны высокую эффективность, превышающую действие суперфосфата, за счет присутствия наряду с фосфо­ром и магния.

В настоящее время технология термической переработки отходов обогащения ковдорских руд легла в основу проекта предприятия по производству плавленых кальциево-магниевых фосфатов.