ХИМИЧЕСКИЙ И МИНЕРАЛОГИЧЕСКИЙ СОСТАВ НЕРАСТВОРИМЫХ В ВОДЕ ОСТАТКОВ СИЛЬВИНИТОВ ТЮБЕГАТАНСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ

АННОТАЦИЯ

Приведены результаты исследований распределения нерастворимого в воде остатка (н.о.) по фракциям крупности низкосортной калийной руды Тюбегатанского месторождения с различным содержанием н.о. и показано, что со снижением содержания хлористого калия в руде содержание н.о. увеличивается с 3,25% до 5,30%.

Отношение фракции -0,1 мм к фракции +0,1 мм снижается с 3,68 до 2,35, что приводит к снижению степени извлечения н.о. Установлено, что н.о. сильвинитовых руд содержат 65,10-72,50% не силикатных минералов и представлены карбонатными и сульфатными минералами. Полученные данные подтверждены методами физико-химического анализа.

ABSTRACT

The results of studies of the distribution of the water-insoluble residue (ш.r.) over the particle size fractions of low-grade potash ore from the Tyubegatan deposit with different contents of i.r. and it is shown that with a decrease in the content of potassium chloride in the ore, the content of i.r. increases from 3.25% to 5.30%.

The ratio of the -0.1 mm fraction to the +0.1 mm fraction decreases from 3.68 to 2.35, which leads to a decrease in the degree of extraction of i.r. It was established that i.r. of sylvinite ores contain 65.10-72.50% non-silicate minerals and are represented by carbonate and sulfate minerals. The obtained data are confirmed by the methods of physical and chemical analysis.

Ключевые слова: сильвинит, нерастворимый в воде остаток, хлористый калий, карбонатные минералы, фракция.

Keywords: sylvinite, desliming, potassium chloride, hydrocyclone, flotation.

Обесшламливание – операция предварительной обработки, заключающаяся в удалении наиболее тонкодисперсной части измельчённых руд (шламов) из пульпы с целью повышения качества концентрата [1]. Применение того или иного способа обесшламливания сильвинитовых руд зависит от содержания в них н.о. [2-3]. На фабриках, работающих только по схемы флотационного обесшламливания, содержание н.о. в руде не превышает 2,5% [4].

В научно-технической и патентной литературах приводится большое количество способов, позволяющих повысить эффективность отделения н.о. от сильвинитовой руды. Направление по совершенствованию флотационного обесшламливания сильвинитовых руд актуально во всех странах производящих KCI по флотационному способу.

Известен способ обесшламливания калийных руд [5], который дает возможность снизить потери хлорида калия при обогащении, повысить эффективность процессов удаления н.о. до 68% и упростить схемы обесшламливания. В качестве флокулянта используется полиакриламид в количестве 10-25 г/т руды, а в качестве собирателя - оксиэтилированные жирные кислоты С₁₆- C₁₈ в количестве 5-15 г/т руды.

Тетерина Н.Н. и Кикот В.К. разработали способ обогащения калийсодержащих руд с раздельной флотацией фракций более 0,25 мм и менее [6]. Позднее, компанией ОАО «Уралкалий» был доработан и запатентован способ получения хлористого калия из калийсодержащих руд [7], основное техническое решение которого состоит в раздельной флотации песковой (+0,25 мм) и мелкодисперсной фракций (-0,25 мм).

Коллективом авторов усовершенствовано получение хлористого калия из калийной руды [8]. Техническое решение заключается в выделении мелкой фракции (0,2-0,3 мм) из питания сильвиновой флотации и ее повторном обесшламливании вместе с измельченной рудой. Установлено снижение содержания н.о. в питании основной сильвиновой флотации с 1,88% до 1,25%, уменьшение содержания хлористого калия в хвостах на 0,95%, повышение качества концентрата с 93,90% до 95,66%.

Исследования распределения н.о. по фракциям крупности руды Тюбегатанского месторождения проводили на отобранных для этой цели четырех пробах (образцы № 1, 2, 3, 5 табл. 2.1) низкосортных сильвинитовых руд с различным содержанием н.о. (табл. 1).

Таблица 1.

Результаты фракционного состава сильвинитовых руд Тюбегатанского месторождения

Пробы последовательно дробили до крупности менее 1 мм в щелковой и молотковой дробилках и проводили мокрый рассев. После мокрого рассева анализировали на содержание н.о. во фракциях +0,1 мм,  -0,1 мм и в «свободных» диспергированных шламах. В отобранных для мокрого рассева пробах руды определяли также отношение фракции -0,1 мм к фракции +0.1 мм.

Полученные результаты показывают, что с уменьшением содержания хлорида калия в сильвинитовой руде содержание н.о. увеличивается с 3,25% до 5,30%. Содержание н.о. во фракции +0,1 мм также возрастает с 2,42% до 4,68%, тогда как содержание н.о. во фракции -0,1 мм сохраняется на одном уровне 8,33-8,90%. Исключение составляет содержание н.о. в пробе 4. Со снижением содержания хлорида калия в руде снижаются и показатели дифференцированного распределения н.о. в крупной и тонкозернистой фракциях измельченной руды. Отношение фракции -0,1 мм к фракции +0,1 мм снижается с 3,68 до 2,35, тогда как при проектировании в руде содержание н.о. в мелкой фракции было в 4,39 раза больше, чем в крупной. Это в свою очередь приводит к снижению степени извлечения н.о. во фракции -0,1 мм с 35,2% до 20,02%. Этим объясняется одна из причин снижения эффективности гидромеханического обесшламливания руды.

В таблице 2 представлен минералогический состав н.о. на содержание карбонатных, силикатных и сульфатных минералов из отобранных ранее четырех проб руды с различием содержания KCI и н.о.

Таблица 2.

Минералогический состав нерастворимых в воде остатков сильвинитов Тюбегатанского месторождения

Исследования показали, что н.о. сильвинитовых руд Тюбегатанского месторождения, по данным химического анализа, содержат 65,10-72,50% несиликатных минералов и в основном представлены карбонатными и сульфатными минералами.

Состав «свободного» н.о., высвобождающегося при измельчении руды, и извлекающегося в первую очередь при её обогащении, отличается  от состава общего н.о. увеличением доли силикатной составляющей с 27,50-34,90% в общем н.о. до 53,23-54,72% в «свободном».

Анализ показал, что н.о. калийной руды Тюбегатанского месторождения, в основном, представлены слабошламующимися карбонатными и сульфатными минералами.

Если сравнить полученные результаты с данными состава н.о. Верхнекамского (Россия) и Старобинского (республика Беларус) месторождений, то заметно существенное отличие состава н.о. Тюбегатанского месторождения по содержанию легкошламующихся, силикатных минералов. Силикатная составляющая в  н.о. Верхнекамского и Старобинского месторождений составляет 65-80% от общего количества н.о., из которых 25-40% составляют глинистые минералы, что соответствует 22-32% в общем н.о. руды.

На основании полученных данных снижение эффективности гидромеханического обесшламливания руды в гидроциклонах, по сравнению с проектными показателями, можно объяснить также снижением содержания в н.о. легкошламующихся силикатных и глинистых минералов.

Для подтверждения версии снижения эффективности процесса обесшламливания из-за снижения в составе н.о. силикатных и глинистых минералов проведены исследования с применением рентгеноструктурного анализа. «Свободное» н.о. – это та часть н.о., которая при мокром измельчении руды высбовождается и удаляется в суспендированном виде.

Нерастворимые примеси, в основном, представлены карбонатными минералами, содержание которых колеблется от 38 до 61%. Карбонатные минералы представлены из доломита – 6-9% и магнезита 10-54%. Содержание силикатных минералов изменяется от 32 до 56%, из которых глинистые составляют от 7 до 29%.

В отличие от н.о. исходных руд в «свободных» н.о. содержание силикатных минералов составляет 79-86% из которых глинистые минералы  составляют 43-56% и неглинистые – 29-36%, что является  еще одним подтверждением снижения эффективности гидромеханического обесшламливания за счет снижения в составе н.о. руды Тюбегатанского месторождения силикатных минералов, которые легко шламуются. Кроме того, в составе «свободное» н.о. отсутствуют сульфаты, что указывает на то, что они входят в состав внутрикристаллического н.о.

Результаты определений состава н.о. различными методами показали достаточную сходимость результатов, особенно в определении силикатов и сульфатов. Для подтверждения солевого состава н.о. были сняты дифрактограммы и ИК-спектры (рис. 1, 2).

Рисунок 1. Рентгенограмма нерастворимого в воде остатка

На рентгенограмме имеются диффракционные максимумы, относящиеся к карбонатам кальция, магния, к двухводному и безводному сульфату кальция. Пики 5,40; 4,56; 3,16 и 2,47 Å принадлежат сульфату кальция, 3.40; 1.875; 1.626 Å принадлежат кальциту, а пики 3,38; 2,75; 2,44; 1,818; 1,434 Å – силикатам.

На ИК-спектрах имеются полосы поглощения 1008,44 см^-1, относящиеся к сульфатным группам. Полосы поглощения 3557,42; 3430,55 см^-1 относятся к полугидрату и дигидрату гипса, а полосы поглощения 878,32; 467,21 см^-1 – к силикатам. Эти данные подтверждают результаты химического и рентгенофазового анализов.

Рисунок 2. ИК-спектр нерастворимого в воде остатка

На рисунке 3. представлены микрофотографии исходной сильвинитовой руды и н.о. Микроскопические снимки были сняты стериомикроскопом NSZ-810 с увеличением в 50 раз.

Рисунок 3. Микроскопический снимок нерастворимого в воде остатка и сильвинита Тюбегатанского месторождения: а – сильвинит, б – н.о.

На рисунке 3-а представлена микрофотография исходного сильвинита. Светлая часть на фотографии это хлориды натрия, калия и карбонаты. Темные вкрапление это н.о.

На рисунке 3-б представлена микрофотография н.о. Она имеет больше темных пятен, которые обусловлены сульфатными и силикатными составляющими н.о. Это является еще одним подтверждением состава н.о. сильвинитовой руды Тюбегатанского месторождения.

Выводы

Выявлены причины снижения эффективности гидромеханического обесшламливания сильвинитовой руды Тюбегатанского месторождения. Основными причинами являются снижение содержания в руде хлористого калия и увеличение н.о., снижение отношения фракции -0,1 мм к фракции +0,1 мм, повышенное содержание несиликатных минералов представленных слабошламующимися карбонатными и сульфатными минералами.

Список литературы:

1. Горная энцеклопедия: В 5 т. Т. 3. Кенган – Орт // гл. ред. Е.А. Козловский. - М.: Советская энциклопедия, 1987. - 592 с.
2. Удобрения, их свойства и способы использования // под ред. Д.А. Коренькова. – М.: Колос, 1982. - 415 с.
3. Murodjon Samadiy et al. Research of The Reasons for Decreasing the Degree of Desliming of The Sylvinite Ore of the Tyubegatan Deposit // IOP Conf. Ser.: Earth Environ. sci. 2022.1111 012058. DOI 10.1088/1755-1315/1111/1/012058.
4. Беглов Б.М., Закиров Б.С., Намазов Ш.С., Тухтаев С. Академик Набиев Малик Набиевич и его школа в области технологии неорганических веществ и минеральных удобрений // «Состояние и перспективы инновационных разработок в области технологии неорганических веществ и химизации сельского производства»: Сборник материалов Респ-кой научно-технической конференции. Тошкент, 2013. - С. 3-21.
5. Патент 2132239 Российская Федерация, МПК⁷ B03D1/02. Способ обесшламливания калийных руд // Тетерина Н.Н., Черных С.И., Софьин А.К. и др.; заявитель и патентообладатель АО «Уралкалий». - № 97107928/03; Заявл. 13.05.1997; опубл. 27.06.1999.
6. А.с. 1435301 SU МКИ³ B03D1/00. Способ обогащения калийсодержащих руд // Тетерина Н. Н., Кикот В. К. - № 4179942/22-03; заявл. 12.01.1987; опубл. 07.11.1988, Бюл. № 41. - 2 с.
7. Патент 2144435. РФ, МПК B03D1/02. Способ получения хлористого калия из калийсодержащих руд // Тетерина Н.Н., Кикот В.К., Софьин А.К., Вахрушев А.М.; заявитель и патентообладатель ОАО «Уралкалий». - № 98106520/03; заявл. 08.04.1998; опубл. 20.01.2000.
8. Патент 2147011. РФ. МПК⁷ C01D3/08, C05D1/04. Способ получения хлористого калия // Чернов В.С., Чистяков А.А., Эвтентеев А.З. и др.; заявитель и патентообладатель ОАО «Уралкалий». - № 98107554/12; Заявл. 21.04.1998; Опубл. 27.03.2000.