МЕТАЛЛЫ, ИЗВЛЕКАЕМЫЕ ИЗ БАЗАЛЬТОВЫХ ГОРНЫХ ПОРОД МЕТОДОМ ОБОГАЩЕНИЯ

АННОТАЦИЯ

В данной статье представлены результаты научного исследования посвящённого изучению специфики металлосодержащих базальтовых минералов месторождения «Асмансай-1», расположенного на территории Джиззакской области страны, о которых обнаружено мало информации. Рассматриваются, вопросы о содержании металлов в базальтах, особенно железа, и пути его извлечения, а также поиск возможных вариантов разработки рекомендации изготовления из этих металлов вариантов деталей для буровой установки.

ABSTRACT

This article presents the results of a scientific study devoted to the study of the specifics of the metal-containing basalt minerals of the Asmansai-1 deposit located in the territory of the Jizzakh region of the country, about which little information has been found. Questions about the metal content in basalts, especially about the iron content and ways to extract it, are being considered and possible options for developing recommendations for manufacturing drilling rig parts from these metals are being sought.

Ключевые слова: Асмансай-1, микроструктура, базальты, структура, минералогический состав, химический состав, структура, кристаллическая структура, метабазальт, порода,

Keywords: Asmansai-1, Microstructure, basalts, structure, mineralogical composition, chemical composition, structure, crystal structure, metabasalt, rock,

Введение. В последние десятилетия по Республике Узбекистан ведутся комплексные научно-исследовательские работы, направленные на экономию металлов. Так как не только в нашей стране, но и во всем мире ощущается острая нехватка металлов. Этому свидетельствует информация, имеющаяся в технических источниках прессы. Ученые утверждают о необходимости расширения исследовательских работ по неизученным областям природы и увеличения объема перерабатываемых природных ресурсов, особенно мало изученных, которые могут создать импорт заменяющие виды продукции.

Методы. Исследование показало, что в природе существуют малоизученные минералы, которые состоят из металлосодержащих оксидов. К подобного рода минералам можно отнести базальтовые породы. По данным министерства геологии сырьевой запас базальтовой породы на сегодняшний день составляет более млн. тонн с  содержанием, например, железа 15÷20 %.

Исследованиями выявлено, что способ отделения полезных минералов от основной части породы, основан на действии магнитного поля на минеральные частицы, обладающие различной магнитной восприимчивостью [6, с. 38-43; c. 2, 3, 4]. Такой процесс можно отнести к прямому магнитному обогащению или обратному.

По разработанному нами методу в процессе переработки базальтовой породы перед ее обогащением минералы подвергают магнетизирующему восстановительному обжигу. В результате окисленные железные минералы превращаются в искусственный магнитит. В данном случае речь идет о переводе в составе базальтов Fe²⁺ в Fe³⁺, что приводит к понижению электропропускаемости «отдельной части породы». Создается условие по использованию вот этой «отдельной части породы» – освобожденной от железа с помощью магнитного сепаратора, чтобы выделять для изготовления опорно-аппаратных частей нефтегазовое оборудование. Целью такого обогащения является концентрация железосодержащих компонентов в Fe³⁺ и извлечение его с помощью магнитного сепаратора.

В данном технологическом процессе получается «отдельной частью породы» базальтового продукта с меньшим содержанием оксида железа, и тем самым получается ценное сырье пригодное для производства электрических изоляторов, например, газовой отрасли различного потенциала. В результате изготавливается изолятор с незначительной диэлектрической проницаемостью ε, которая может возрасти с повышением в базальте содержания химических компонентов Fe²⁺ и Fe³⁺.

Принципиальная технологическая схема магнитной сепарации использованием исходного сырья массой 100 кг показана на рис. 1.

Очищенный - измельчённый базальт

(после классификации, см. рис. 3)

Рисунок 1. Качественно-количественная технологическая схема магнитного обогащения базальтов

Технологическая схема осуществляется следующим образом: при сухом магнитном обогащении измельченный до фракции -0,074 mm, массой 1000 g, базальт загружается в печь для обжига, т.е., для увеличения контрастности магнитных свойств разделяемой смеси используют термообработку. После предварительной подготовки магнитного сепаратора к работе, на его плоскости помещают разомкнутые постоянные магниты, создающие взаимодействующее с измельченной массой магнитное поле, под действием которого магнетитовая масса притягивается к полюсам.

Исследование проводили в двух вариантах:

- в первом варианте измельченная базальтовая проба подвергалась обратному магнитному обогащению без предварительного обжига. Массу по фракциям (магнитной и немагнитной) определяли на весах;

- во втором варианте пробу обжигали при температуре 650÷750 ⁰С в течение 3-4 часов, подвергали магнитной сепарации и так же определяли массу фракции.

На основании проведенных исследований была найдена оптимальная степень измельчения, температура и время магнетизирующего обжига. Визуальный осмотр показал, что базальты, полученные по данной технологии, имеют гомогенный, однотипный цвет без включения оттенков.

Хотелось отметить значимость низкой электропроводимости базальтовой породы и материалов из нее по сравнению с обычными опорными и аппаратными электротехническими изоляторами. В некоторых базальтах Узбекистана доля оксидов FeO·Fe₂O₃ достигает 10 % и снижает пробойные свойства изоляторов. Поэтому возникает задача удаления оксидов железа, которые наряду с оксидами TiO₂ и Al₂O₃ влияют на повышение электропроводимости базальтов. Удаление оксидов железа было осуществлено в лабораторных условиях ЦНИЛ ГП НГМК. Эксперимент проводился в следующей последовательности.

Результаты. Подготовлены по три партии базальтовой породы из месторождений «Айдаркуль», «Асмансай» и «Гавасай», каждая весом по 1000 g (масса предварительно измельчена до фракции -0.074mm). Масса пробы выбрана произвольно. Из исходного сырья выделены ещё по две пробы, каждая массой по 2 g и лабораторным рентгеноспектральным методом на приборе БАРС-1 (в диапазоне 0,7÷32 %) определена массовая доля оксидов FeO·Fe₂O₃ в базальте.

Методика определения массовой доли железа рентгеноспектральным методом (при доверительной вероятности Р=0,95 и количестве параллельных наблюдений n=2) обеспечивала производство измерений с достаточной степенью точности. Показатели точности результатов измерений приведены в табл. 1.

                                                                                        Таблица 1.

Показатели точности результатов измерений

После чего исходная проба массой 1000 g загружалась в муфельную печь, которая предварительно была подготовлена к работе. Затем через каждые 100 ^oС визуально контролировалось состояние образца. Когда при температуре 640 ⁰С было замечено изменение оттенка на зернах породы, образец был извлечен из печи. После того как образец остыл, проба подвергалась магнитной сепарации. Путем взвешивания на лабораторных весах определены массы магнитной и немагнитной фракций. Результаты проведенного эксперимента приведены в таблицах 2 и 3 и показаны на рисунке 2 и 3.

Таблица 2.

Результаты проведенного эксперимента

Таблица 3.

Результаты испытания образцов на пробойное напряжения

Рисунок 2. Зависимость извлеченной массы оксида Fe³⁺ от температуры восстановительного обжига: 1-образец месторождения «Асмансай - 1»; 2- образец «Айдаркуль»; 3- образец месторождения «Гавасай»

Рисунок 3. Зависимость напряжения на пробой от извлеченной массы оксида Fe³⁺ 1-образец «Айдаркуль»; 2- образец «Гавасай» и 3- образец «Асмансай»

Испытание образцов полученных после восстановительного обжига и извлечения оксида Fe⁺², на пробойное напряжение показало, что: литой базальт месторождения «Айдаркуль» дал пробой на 27800 kW (на 3800 kW больше, чем без извлечения оксида Fe⁺²), «Асмансай» на 27700 kW (на 4200 kW больше, чем без извлечения оксида Fe⁺²) и «Гавасай» − на 27900 kW (на 3700 kW больше, чем без извлечения оксида Fe⁺²).

Таким образом, установлено влияние оксида Fe⁺² на электропроводимость базальтов и их материалов.

Графики показывают, что максимальное извлечение оксида Fe замечено при восстановительном обжиге, когда температура нагрева печи составляла 650÷750 ⁰С. Дальнейший обжиг продукта способствовал прилипанию зерен породы друг к другу. Результаты эксперимента показали переход оксида FeO в Fе₂O₃. Выявлено, что в результате диффузионного обжига базальтового образца и последующей магнитной сепарации выделяется оксид железо. Понижение доли Fe₂O в Fе₂O₃ в породе снижает ее электропроводимость.

При этом общая, удаленная в магнитную фракцию, масса оксида Fe составила 6,8 g на 1 kg. Таким образом, содержание оксидов железа в немагнитной фракции уменьшается с 12 % до 5 %, т. е. достигается уменьшение концентрации оксидов железа в исходном продукте, подготовленном для получения изоляторов, в 1,5÷2,0 раза.

Железосодержащая магнитная фракция с содержанием оксидов железа 35÷45 % от пропорционально массы исходного сырья направляется в процессе получения железобетонного цемента. Использование в нашем случае флотационного метода обогащения не дал положительного результата. Дороговизна флотационного метода являются причиной выбора метода магнитного обогащения [4, с. 508-511; 6, с. 126–132; 12, с. 15].

Обсуждение. Установлено, что для уменьшения крупности кусков базальтов необходимо дать предпочтение щековой дробилке. В таком виде оборудования металлические молотки расчленяют крупные куски базальтов на более мелкие фракции [1, с. 10-12; 10, с. 160; 7, c. 410]. Выбор оборудования для переработки базальтов по рекомендуемой технологической схеме производится расчетным путем по методике К.А. Разумова. Для проверки соответствия выбранного оборудования технологической схеме был проведен эксперимент в лабораторных условиях.

В соответствии с результатами расчета по выбору оборудования и в соответствии с технологической схемой на начальной стадии переработки, базальты массой 100 кг подвергались среднему дроблению на дробилке ЩДС-2,5х4,0, где на выходе получался продукт крупностью -40mm. Производилась промывка с грохочением на бутаре, а также очистка породы. После продукт крупностью -40 mm подвергался более мелкому дроблению, так как, для базальтоплавильных операций рекомендуется обеспечить средний диаметр крошек в пределах 3÷5 mm [2, с. 240; 9, с. 140].

Дробление осуществлялось на щековой дробилке ЩД-5, ВТ-301.00.000.ФО (загрузочные отверстия назначены в пределах 60÷100 mm и крупность продукта на выходе приравнивается от 2 до 20 mm). Продукт крупностью 3÷5mm был отделен для производства базальта от волокнистых материалов.

Заключение. В предложенной схеме при двухстадийном рассеве базальтов на классы по крупности и операции магнитной сепарации, достигается экономия энергоресурсов, сохраняются ценные компоненты в сортированных типах базальтов, получаются железосодержащие компоненты для производства, продукции для нужд боровых машин и цемента. Тем самым расширяются технологические возможности базальт перерабатывающего производства.

Необходимо отметить важную роль процесса измельчения продуктов. При этом особое внимание нужно уделить взаимодействию обрабатываемого сырья с рабочими органами оборудования, т. е. с металлическими шарами.

Список литературы:

1. Государственный баланс запасов полезных ископаемых РУз. «Сырьё для производства минерального волокна». – Ташкент, 2010. – 15 с.
2. Джигарис Д.Д., Махова М.Ф.  Основы производства базальтовых волокон и изделий: монография. – М.: Теплоэнергетик, 2002. – 411 с.
3. Камолов Б.С. О распространении сырьевых запасов базальтов по Узбекистану // Journal of Innovations in Scientific and Educational Research. –  2023. – № 6(10). – С. 126–132.
4. Камолов Б.С., Ахмедович Қ.А., Исоков Ю.В. Ультразвуковая обработка пород // O'zbekistonda fanlararo innovatsiyalar va ilmiy tadqiqotlar jurnali. – 2023. – № 2(19). – С. 508–511.
5. Камолов Б., Курбанов А., Сатторов Л., Рашидова Р. (2023). Oсобенности фильтрации базальтовым фильтром промышленных газов от пыли // Innovatsion texnologiyalar. – № 49(01). – С. 38–43.
6. Курбанов А.А. Разработка рациональной технологии переработки разнотипных базальтов Узбекистана. – Навои, 2018. – 257 с.
7. Курбанов А.А. Специфические особенности базальтов Кызылкума. Монография. – Ташкент: Фан. – 2009. – 160 с.
8. Курбанов А.А., Рахматов Б.У., Камолов Б.С., Рахматов Х.Б. Сравнительный анализ физико-химических свойств базальтовых пород для выбора критерий при выпуске разнообразной продукции // ҚарДУ ХАБ. – 2019. – С. 78.
9. Пуртов В.К. Высокотемпературный метасоматоз и гранитизация пород базальтового состава в хлоридных растворах // МИАСС. Уральское отд. РАН. – 2002. – 140 с.
10. Шевченко В.П., Гуламова Д.Д. Получение и исследование свойств базальтового волокна на основе природного сырья Узбекистана // Химия и химическая технология. – Ташкент, 2011. – № 2. – С. 10–12.
11. Kurbonov A., Sattorov L., Kamolov B., Rakhimov O. Chemical and mineralogical studies of basalt “Aydarkul” BIO // Web of Conferences. – 2023. – № 71. – Р. 02040.
12. Kamolov B.S., Kurbanov A.A., Sattorov L.K. (2023). Features of filtration of industrial gases from dust with a basalt filter // E3S Web of Conferences. – Vol. 411. Р. 01036.