автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.08, диссертация на тему:Разработка технологии обогащения и переработки упорного фосфатного сырья

#

' На правах рукописи

БРАГИН Виктор Игорьевич

Разработка технологии обогащения и переработки упорного фосфатного сырья

(на примере руд Телекского и Татарского месторождений)

Специальность 05.15.08 - "Обогащение полезных ископаемых"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1998

Работа выполнена в Красноярской государственной академии цветных металлов и золота.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Верхотуров М. В.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Мещеряков Н.Ф. кандидат технических наук Лунин В.Д.

Ведущая организация: Государственный научно -

исследовательский институт ; V, горнохимического сырья (ГИГХС)

Защита состоится " Э " _1998г. в "»А" часов на заседа-

нии диссертационного совета Д 003.20.02 Института проблем комплексного освоения недр РАН, по адресу 111020, Москва, Е-20, Крюковский тупик,4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института проблем комплексного освоения недр РАН.

Автореферат разослан

" С " лга* 1998г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Шрадер Э.А.

Общая харастеристика работы Актуальность работы

Высокая обеспеченность фосфатной промышленности мира запасами сырья высокого качества предопределила подход к освоению месторождений, при котором требования качества сырья диктуются переработчиками природных фосфатов. Такая структура взаимоотношений между производителями сырья и переработчиками оправдывает себя в тех случаях, когда имеющаяся сырь^ евая база способна удовлетворить высокие требования к качеству. В Красноярском крае в настоящее время складывается ситуация, когда неудовлетворенный спрос на фосфорные удобрения активизирует конъюнктуру рынка фосфатов и в то же время требования производителей удобрений не смогут быть удовлетворены из-за отсутствия запасов фосфатов общепринятого качества. Завоз же большого количества фосфатов в эти регионы нецелесообразен из-за высоких транспортных издержек.

В этой ситуации представляется целесообразным изменение подхода к оценке качества фосфатных месторождений и разработке технологии их освоения. Традиционный подход заключается в оптимизации схемы обогащения сырья по какому-либо критерию при ограничениях на качество концентрата, накладываемыми техническими требованиями потребителей концентрата. В работе предлагается иной подход, основанный на системной оптимизации технологического процесса, включающего обогащение и получение удобрения. Реализация такого подхода потребовала значительного изменения как технологии предварительной обработки, так и технологии получения конечного продукта.

Цель работы

Разработка технологии использования некондиционного фосфатного сырья Телексного и Татарского месторождений, включающей обогащение сырья и переработку концентратов в фосфорные удобрения.

Основная идея работы

Основная идея работы состоит в том, что задача обеспечения регионов Красноярского края фосфорными удобрениями в современных условиях может быть решена при реализации комплексной технологии обогащения и переработки упорного фосфатного сырья Телекского и Татарского месторождений. Требуемые технологические показатели обогащения могут быть достигнуты при использовании флотации таллактамом, модифицированной производными алкилдифосфоновых кислот, а также при оптимизации параметров обжига фосфорита. Наиболее рациональным методом переработки концентратов в данном случае является получение на районных фабриках органоминеральных удобрений на основе комбинированных добавок из окисленных бурых углей и растворимых солей.

Основные задачи исследований

Для достижения поставленной в работе цели потребовалось решить следующие задачи:

- изучить влияние обжига на флотационные свойства минералов телекского фосфорита, а также на химическую активность фосфата, обосновать оптимальную температуру обжига;

- изучить влияние добавок реагента ИБМДФК из класса аминопроизводных алкилдифосфоновых кислот на флотационные свойства минералов Телекского и Татарского месторождений;

- изучить влияние добавок реагента ИБМДФК на сорбцию таллактама на минералах, а также на изменение форм сорбции;

- изучить влияние добавок реагента ИБМДФК на свойства лигносульфонатов в условиях флотации таллактамом;

- определить оптимальные реагентные режимы и схемы флотации телекского фосфорита и татарских апатитовых руд;

- изучить активирующее действие добавок растворимых солей на процесс получения органоминералыюго удобрения из фосфатных концентратов и окисленного угля;

- определить оптимальные рецептуры органоминеральных удобрений.

Методы исследований

В работе были применены следующие методы исследования технологических свойств, структуры и состава материалов:

- прямые флотационные опыты для оценки флотируемости;

- метод инфракрасной спектроскопии для анализа форм сорбции олеата;

- метод электронной микроскопии для оценки сорбции лигносульфонатов;

- метод электронного парамагнитного резонанса для изучения поведения активных центров при обжиге минералов;

- метод ядерного магнитного резонанса для анализа форм сорбции таллактама.

Научная новизна

- впервые изучено влияние реагента класса аминопроизводных дифосфоновых кислот (ИБМДФК) на процесс флотации минералов фосфатного сырья 14-ацилировашшми аминокислотами (таллактамом);

- впервые изучено влияние обжига на флотируемость телекского фосфата во взаимосвязи с его структурными показателями и концентрацией радикалов;

- впервые изучено влияние добавок растворимых солей на процесс получения органоминерапьного удобрения из фосфатного концентрата и окисленного угля.

Основные защищаемые положения

- модифицирующее действие ИБМДФК при флотации фосфатно-карбонатного минерального комплекса таллактамом более селективно, чем при флотации

карбоксильным собирателем, и определяется как влиянием на сорбцию и соотношение форм сорбции собирателя, так и влиянием на свойства дополнительного модификатора - лигносульфонатов;

- рост флотируемости фосфатов при обжиге определяется не только степенью упорядоченности их структуры, но и количеством и составом парамагнитных радикалов, влияние которых на изменение флотируемости при обжиге тем выше, чем ближе к фторапатиту по составу и структуре исследуемый фосфат;

- для низкокарбонатных телекских фосфоритов целесообразно снижение температуры обжига до 650-700 °С, что обеспечивает повышение качества фло-токонцентрата при флотации таллактамом за счет предотвращения спекания;

- введение в штату органоминерального удобрения сульфатов калия и аммония позволяет повысить содержание лимоннорастворимого фосфора и отказаться от применения энергонапряженных измельчительных аппаратов;

- технология обогащения и переработки концентратов для фосфоритов Теле-кского месторождения и собственно апатитовых руд Татарского месторождения.

Практическая значимость работы

По результатам исследований разработана комплексная технология обогащения и переработки упорных фосфоритов Телекского месторождения и бедных апатитовых руд Татарского месторождения в удобрения пролонгированного действия.

Предложения по комплексному освоению Татарского месторождения были использованы при формировании Концепции программы освоения Нижнего Приангарья в Красноярском крае.

Материалы диссертационной работы используются в учебном курсе "Технология горнохимического сырья" в Красноярской государственной академии цветных металлов и золота.

Апробация работы

Основные положения работы докладывались на Всесоюзном совещании "Опыт геологогеофизического обслуживания горных предприятий в условиях хозрасчета и перехода к рыночной экономике" (Ленинград, 1991), на совещании "Дефекты в минералах и их роль в направленном изменении технологических свойств" (Новосибирск, 1992), на международной конференции "Редкоземельные металлы: переработка сырья, производство соединений и материалов на их основе" (Красноярск, 1995), на симпозиуме "Неделя горняка -97" (Москва, 1997).

Публикации

По теме диссертационной работы опубликовано 5 тезисов докладов на конференциях, 6 статей, 1 учебное пособие, 1 монография, получен 1 патент, подана 1 заявка на изобретение.

Объем и структура работы

Диссертация состоит из введения, 8 глав, общих выводов, библиографии из 197 наименований, 1 приложения, содержит 13 таблиц, 45 рисунков. Работа изложена на 122 страницах машинописного текста.

Основное содержание работы Постановка задачи

По общему объему запасов фосфатного сырья отечественная промышленность обеспечивается удовлетворительно. Однако запасы фосфатов высокого качества ограничены и не обеспечивают даже имеющийся спрос, который по западным стандартам весьма низок. Неравномерно территориальное размещение месторождений, большая часть которых размещена в Европейской части страны. В то же время завоз фосфорных удобрений в центральные районы Сибири не всегда оправдан из-за высокой стоимости транспортировки. Поэтому для России, особенно для Сибири актуальна задача использования собственных ресурсов фосфатов относительно низкого качества.

На территории Красноярского края расположен ряд месторождений фосфатов. Наиболее крупное из них - Телекское, имеющее запасы 180 млн.т по руде. В связи с предполагаемым хозяйственным освоением района Нижнего При-ангарья представляет интерес также фосфатсодержащее Татарское месторождение. Оба месторождения характеризуются низким качеством как в отношении содержания основного компонента, так и в отношении обогатимости. Существующая обжиг-флотационная технология обогащения телекских фосфоритов дает возможность получагь концентрат с содержанием Р205 до 23% при содержании Fe203 не ниже 4%, что не позволяет использовать его для производства концентрированных удобрений. Сложности обогащения татарских карбонат-апатитовых руд обусловлены низким содержанием апатита и повышенным содержанием карбонатов. Качество получаемого концентрата допускает его традиционное использование, но в условиях дефицита капитала и малых объемов выпуска продукции более привлекательными являются упрощенные технологии переработки апатитового концентрата в удобрения местного применения. Малозатратная технология получения органоминерального удобрения (ОМУ) из сырого фосфорита, которое по своему качеству пригодно для местного применения, для Телекского и Татарского месторождений нереализуема из-за невозможности получить требуемое качество удобрения при использовании в качестве сырья фосфатов с плотной кристаллической решеткой.

Таким образом, при решении общей задачи вовлечения в эксплуатацию двух основных фосфатных месторождений Красноярского края возникают следующие частные задачи технологического плана:

- разработка методов селекции минерального комплекса вторичных фосфоритов;

- разработка технологии обогащения бедных апатитовых руд карбонатитового состава;

— модификация технологии производства ОМУ для целей переработки устойчивого к разложению апатита и обожженного фосфата.

Проведен обзор доступных источников по указанным вопросам. Анализ полученных данных позволил определить оптимальные технологии-прототипы для каждого месторождения и определить возможные пути усовершенствования их с целью решения поставленных задач.

Исследование влияния обжига на структуру и свойства минералов фосфорита Телексного месторождения

Опыт работы зарубежных и отечественных предприятий, многочисленные исследовательские работы показывают, что флотационное обогащение фосфоритов осложнено низкой флотоактивностью фосфата. При флотации анионными собирателями извлечение фосфата значительно ниже такового для апатита, что обусловлено дефектностью структуры, снижением концентрации катионов Са2+ на поверхности минерала. Известна обжиговая технология подготовки фосфорита к флотации, в соответствии с которой сырой фосфорит обжигается при температуре выше 800°С. При этом увеличивается флотируемость фосфата и происходит изменение его состава за счет удаления изоморфного С02 и различных форм воды с последующим уплотнением кристаллической решетки, что выражается в увеличении параметра решетки а от 9.32 до 9.365А (Егорьевское месторождение).

Проведенные исследования флотируемости фтор кар б о натапатита, кальцита, кварца, гидрогетита Телекского месторождения, а также фторапатита Татарского месторождения в зависимости от температуры обжига показали, что в целом закономерности изменения флотируемости с температурой обжига для минералов Телекского месторождения соответствуют описанным в литературе. Однако параметр кристаллической решетки фосфата при обжиге не изменяется и составляет 9.34А, таким образом, корреляция между параметром решетки минерала и его флотоактивностью отсутствует, что указывает на проявление в данном случае более тонкого механизма изменения флотоактивности при обжиге.

Объяснение этого факта видится в значительно меньшем содержании СОг в телекском фосфате по сравнению с егорьевским, вследствие чего термическая обработка не вызывает столь сильного изменения состава и, соответственно, объема решетки, что приводит к более слабому эффекту перекристаллизации. Параметр а телекского фосфата до термообработки существенно больше такового для егорьевского фосфата (9.34 и 9.32А соответственно), что указывает на менее нарушенную решетку. Характер дериватограммы фосфата свидетельствует о слабой выраженности экзотермического эффекта в интервале 750 - 800°С, в котором происходит перекристаллизация фосфата, и незавершенности процесса декарбонизации.

Для выяснения причин изменения флотируемости фосфата при обжиге определялась концентрация парамагнитных центров в минерале методом ЭПР. Сравнение экспериментальных значений g .- факторов полученных линий с g -факторами для радикалов СО3З-, СО3", F^-O-F-, позволяет идентифицировать наблюдаемые в апатите и фосфате парамагнитные центры, как СО3З- - электронный центр, СО3" - дырочный центр; FTFF" - дырочный центр. Кроме того, в исследуемых апатите и фосфате наблюдается спектр ЭПР с шириной линии 1000-1500э который обусловлен ионами железа.

Изменение флотируемости фторапатита и фторкарбонатапатита при низких температурах (до 400°С) кореллируют с изменением количества радикалов СО33-, СО3", F"0~-F~, при этом уменьшение количества радикалов (вследствие рекомбинации и удаления воды) соответствует росту флотируемости. При высоких температурах флотаруемость увеличивается как за счет частичного удаления СОг, так и за счет роста количества катионных центров Fe3+. Для случая татарского апатита, в котором содержание С02 значительно ниже, резкий рост флотируемости наблюдается при температурах, когда рекомбинируют радикалы СО3З-, СО3", F~0~-F~. В данном случае вклад этого механизма в общий прирост флотируемости преобладает (рис.1).

о ico -

so

«i 603 ra

Тсмпера-щи сйкмга, грВД

е

4/

,3

2 VA

200

100S

о 1000

О 200 430 600 , 800

Темперпдо симшгя, град

Рис. 1. Влияние температуры обжига на извлечение апатита (а) и фосфата (б) и изменение количества парамагнитных центров (ПЦ): 1 -извлечение; 2 - кол-во ПЦ Г-О-Р; 3 - кол-во ПЦ С033" и С03~; 4 - кол-во ПЦ Ре3+. Показателен характер изменения химической активности обожженного фосфата, определяемой в данном случае как относительное содержание лимон-норастворимого Р205. Полученные данные позволяют считать, что усвояемость Р205 обожженного телекского фосфата контролируется в большей степени кон-

центрацией парамагнитных центров С03; С03Р'СГ-Р'", чем степенью карбонизации, т.к. стабилизация усвояемости на низком уровне происходит при температуре около 400°С, когда процесс декарбонизации только начинается. Химическая активность обожженного фосфата (8 - 12% л.р.Р205 ) соответствует таковой для природного фторапатита. Увеличение химической активности при температуре выше 800°С объясняется началом процессов спекания фосфатного вещества с минералами породы.

Полученные данные, в частности, факт резкого снижения химической активности при температуре ниже температуры декарбонизации и перекристаллизации, позволяют считать, что флотируемость и химическая активность фосфата определяется не только степенью совершенства его структуры, но также количеством и составом парамагнитных радикалов. Из полученных данных следует, что роль радикалов в изменении флотируемости при обжиге тем выше, чем ближе к фторапатиту, по составу и структуре, исследуемый фосфат. Для фосфата желваковых фосфоритов, характеризующегося крайне нарушенной структурой и большим количеством примесей, влияние обжига на флотацию связано исключительно со структурными факторами. Напротив, для татарского апатита определяющей становится концентрация радикалов. Телекский фосфат занимает в этом ряду промежуточное положение.

Проведенные исследования позволили сделать вывод о нецелесообразности обжига телекского фосфорита при 800°С, как предусмотрено существующей технологией, т.к. прирост флотируемости в интервале температур 650-800°С незначителен, в то же время получают развитие процессы спекания, ухудшающие качество концентрата. В данном случае достаточна температура обжига 650-700°С, обеспечивающая дегидратацию шламов и повышение флотируемости фосфата за счет снижения концентрации радикалов.

Исследование влияния собирателей и модификаторов на селекцию минералов фосфатных руд

Проведенный анализ опыта флотации упорных фосфатных руд показал, что наибольшая селективность флотации фосфат-карбонатного минерального комплекса может быть достигнута при интеграции достижений двух направлений развития реагентных режимов: использования селективных собирателей и селективных модификаторов. В связи с этим было исследовано действие ами-нопроизводных дифосфоновых кислот, значительно улучшающих селекцию при флотации карбоксильным собирателем, при флотации амфотерным реагентом таллактамом.

Наибольшую эффективность при селективной флотации фосфатно-карбонатного комплекса таллактам обеспечивает в щелочной среде, создаваемой содой в присутствии лигносульфонатов. В этих условиях также обеспечивается эффективное подавление гидрогетита и флогопита. Полученные результаты соответствуют известным данным о влиянии лигносульфонатов и жидкого стекла на флотируемость данных минералов таллактамом.

Испытан новый реагент ИБМДФК (имино-бис-метилендифосфоновая кислота (Н203Р)2СН—М1— СН(РОзН2)2. Выбор этого реагента обусловлен причинами, связанными с особенностями его строения. В отличие от реагента ими-но-бис-этшшдендифосфоновая кислота с формулой

(Н203Р)2СНСН2—Ш—СН2СН(Р03Н2)2 , применение которого известно при флотации аналогичных руд, он характеризуется .меньшей длиной углеводородного радикала между аминной и фосфоновой группами.

Исследования флотируемости на монофракциях минералов показали, что в интервале расходов 0 - 100 г/т ИБМДФК сильнее депрессирует карбонаты и железистые минералы, чем фосфат и апатит как при использовании в качестве собирателя карбоксильного собирателя - олеиновой кислоты, так и амфотерного собирателя таллакхама. Селективность ИБМДФК выше при флотации таллак-тамом. Кроме того, при совместном использовании ИБМДФК и лигносульфо-натов при флотации таллакгамом наблюдается усиление модифицирующего действия обоих реагентов. Флотоактивность апатита и фосфата в этих условиях

Рис.2. Влияние расхода ИБМДФК (сплошные линии) и ИБМДФК совместно с ССБ 500г/т (пунктирные линии) на флотацию минералов таллакгамом (а) и олеатом натрия (б):

1 - фосфат; 2 - апатита; 3 - кальцит; 4 - доломит; 5 - флогопит; 6 — гидрогетит.

Анализ ИК-спектров апатита, доломита, кальцита, гидрогетита, обработанных олеатом натрия и ИБМДФК показал, что в присутствии ИБМДФК происходит изменение форм-сорбции олеата. На всех минералах хемосорбция собирателя подавляется, увеличивается доля олеата, сорбированного в физической форме. Таким образом, депрессирующее действие ИБМДФК при флота-

ции олеатом обусловлено как снижением сорбции собирателя (как было установлено ранее), так и изменением форм сорбции.

Для изучения влияния ИБМДФК на формы сорбции собирателя использован метод анализа тонкой структуры водного адсорбата с помощью ЯМР-релаксометрии, т.к. использование ИК-спекгроскогога оказалось невозможным из-за сложности спектров таллактама. В качестве экспериментального параметра выбран 11 - отношение значений кинетического параметра молекулярного обмена между объемной и поверхностной фазами водного адсорбата до введения модификатора и после него. В соответствии со схемой интерпретации, увеличение параметра п отражает снижение количества собирателя, прочно связанного с поверхностью минерала, и увеличение его количества в удаленных от поверхности областях двойного слоя. Проверка методики проведена на системе олеат натрия-ИБМДФК (табл.1.). Интерпретация полученных экспериментальных данных по предложенной схеме соответствует предложенному механизму действия ИБМДФК, который надежно подтвержден данными ИК-спектроскопии, и известным закономерностям сорбции олеата на этих минералах. Максимальное значение для кварца соответствует полному отсутствию хемосорбпии, минимальное значение этого параметра для кальцита - преобладанию хемосорбции. После введения ИБМДФК значение параметра ц увеличивается, особенно сильно для кальцита, что соответствует снижению доли хемосорбции.

Таким образом, предложенная схема интерпретации экспериментальных данных при использовании в качестве собирателя олеата натрия, дала адекватные выводы. Данное обстоятельство позволило использовать данную схему при изучении механизма действия ИБМДФК в условиях флотации таллактамом (табл.1.). В соответствии с предложенной схемой интерпретации, ИБМДФК снижает хемосорбцию таллактама на кальците. Формы сорбции таллактама на апатите не изменяются.

Таблица 1.

Влияние ИБМДФК на изменение кинетики молекулярного обмена между поверхностной и объемной фазами водного адсорбата

Минерал

Собиратель Собиратель+ИБМДФК

Собиратель - олеат натрия

Кварц 1,95 2,01

Апатит 1,78 1,93

Кальцит 1,29 1,65

Собиратель - таллактам

Кварц 1,85 1,90

Апатит 1,61 1,55

Кальцит 1,15 1,52

Измерение сорбции таллактама в присутствии модификаторов показало, что ИБМДФК и ИБМДФК в смеси с ССБ сильнее подавляют сорбцию собирателя на карбонатах и гидрогетите, чем на апатите и фосфате. Сорбция таллактама на карбонатах в присутствии смеси ИБМДФК и ССБ снижается значительно сильнее, чем при действии индивидуальных реагентов, что указывает на существование некоторого вторичного механизма совместного действия данных модификаторов. Эффект совместного модифицирующего действия ССБ и ИБМДФК может быть объяснен изменением состава лигносульфонатов в присутствии ИБМДФК.

Существующие данные о взаимосвязи состава лигносульфонатов с одной стороны, и свойств их макромолекул с другой свидетельствуют о том, что даже небольшие изменения в количестве и составе полярных групп и связанных катионов могут приводить к изменениям размера макромолекулы и поверхностно-активных свойств растворов ССБ. Так, введение в состав лигносульфоната щелочноземельных катионов и, особенно, катионов железа и алюминия, приводит к существенному укрупнению макромолекулы. При этом количество доступных сульфоновых групп резко снижается. Для дифосфоновых кислот и их производных характерна способность к образованию прочных комплексов с катионами, конкурируя с более слабым комплексообразователем ССБ, и таким образом, в присутствии ИБМДФК активность ССБ должна возрастать. Формы закрепления ССБ на апатите, карбонатах, оксидах и гидроксидах железа различны - на апатите ССБ закрепляется преимущественно в форме физической сорбции, на доломите, кальците, гематите и гидрогетите - хемосорбционно. В этой связи может быть объяснен эффект резкого падения сорбции таллактама на карбонатах при введении в пульпу ИБМДФК, при практически неизменной сорбции на апатите. В присутствии ИБМДФК активность лигносульфоната увеличивается, и он блокирует катионные вакансии на поверхности карбоната, чем снижает сорбцию собирателя. На апатите лигносульфонат сорбируется в физической форме, вследствие этого эффект повышения активности сказывается на сорбции собирателя значительно слабее. Кроме того, следует учитывать, что при флотации таллактамом роль ССБ заключается не только в депрессирующем действии на карбонаты, но и в образовании ассоциатов с собирателем, выполняющих функцию комплексного коллектора. В этой связи введение ИБМДФК оказывает влияние также и на состав образующегося ассоциата.

Влияние ИБМДФК на адсорбционную способность лигносульфоната изучалось методом электронной микроскопии. Электронные микрофотографии покрытий ССБ на апатите а карбонате с введением ИБМДФК и без него свидетельствуют о значительном уплотнении покрытия ССБ на карбонате и некотором снижении количества капель ССБ на апатите.

Предположение о двойственном влиянии ИБМДФК на флотацию апатита таллактамом объясняет экспериментальный эффект повышения флотируемое™ апатита при малых дозировках ИБМДФК (при неизменной сорбции собирателя) в случае, если в пульпе присутствует лигносульфонат. В рамках гипотезы это объясняется тем, что сорбция активированного после добавления ИБМДФК

липгосульфопата на поверхности апатита, как "амфотерного" минерала, снижается.

Различные механизмы действия ИБМДФК проявляются совместно, но с разным весом в зависимости от свойств минерала. Так, учитывая высокую прочность комплексов дифосфоновых кислот с железом, можно предполагать более значительную роль механизма снижения сорбции при воздействии на железосодержащие минералы. Напротив, при флотации чистого апатита и карбонатов наблюдается значительный эффект совместного действия лигносульфона-тов и ИБМДФК.

Исследование процесса разложения фосфатов при производстве органоминеральных удобрений

Анализ литературных данных по методам получения фосфорных удобрений показал, что для местного использования наиболее приемлемым вариантом является технология получения органоминеральных удобрений. В то же время, при использовании в качестве сырья апатитовых концентратов и обожженных фосфоритов, эта технология не обеспечивает необходимой степени мобилизации фосфора. В связи с этим, была поставлена задача изучения закономерностей разложения упорных фосфатных продуктов гуминовыми кислотами углей в присутствии растворимых солей.

Для моделирования процесса разложения фосфатов при получении орга-номинерального удобрения предложена формальная модель, не включающая в себя предположений о механизме химических процессов, происходящих в системе. Модель позволяет сформировать критерий эффективности процесса (или эффективности добавки или аппарата), в качестве которого принят параметр модели 0о •

т=\

а0 1

- ° - Х+-,-

«о -00 («о ~°о)к

до

аа-в0

ао-&о (<*о-&о)к

Здесь /(х) = |^|>, 1 Ь о

где осо - содержание общего Р2О5 в апатите;

0о - содержание общего Р2О5 в продукте реакции между апатитом и добавкой;

- относительная доля усвояемого Р2О5 в апатите; Р - содержание усвояемого Р2О5 в удобрении;

относительная доля усвояемого Р2О5 в удобрении; ^-характеристика состава шихты.

Установлено, что введение воды и добавок растворимых соединений в шихту ОМУ либо не изменяет, либо даже несколько ухудшает эффективность процесса, проводимого в энергонапряженном аппарате. Те же меры в условиях

барабанной мельницы приводят к резкому росту 0о, который в некоторых случаях (добавки сульфата калия и воды) превышает таковой показатель для энергонапряженного аппарата, что позволяет отказаться от применения в технологии ОМУ недостаточно освоенных промышленностью активаторов и реализовать технологию на стандартном измельчительном оборудовании.

Наблюдается сильная зависимость параметра 0О от состава добавки. Применение сильной минеральной кислоты в пределах исследованных дозировок не дает значимого эффекта, что косвенно указывает на механизм мобилизации фосфора в ОМУ отличный от основанного на кислом гидролизе апатита с образованием дикальцийфосфата. Зависимости показателя 0о от содержания растворимого соединения в добавке носят экстремальный характер (рис.3). По степени влияния на показатель в0 ионы добавки можно классифицировать следующим образом (в порядке возрастания): катионы: Н+; Ш4+; К+; анионы: Н+; ОН"; (Ж>3)"; БО^";

Содержание соединения, отн.ед.

Рис. 3. Зависимость 6о от содержания растворимых соединений в добавке на основе окисленного угля

Таким образом, наиболее предпочтительными являются добавки сульфатов калия и аммония Особенно эффективен в этой роли сульфат калия, который позволяет обеспечить 0О = 0,075 при расходе 3-4% от массы добавляемого угля. Закономерности мобилизации фосфора в ОМУ на основе татарского апатита в целом сохраняются и в случае обожженного фосфата Телекского месторождения. Зависимости 0о от содержания растворимого соединения в добавке имеют схожий вид как для татарского апатита, так и для телекского обожженного фосфата.

Поскольку качественный состав получаемых ОМУ по основным компонентам близок к составу почв, то полученные закономерности могут быть интерпретированы с использованием данных о поведении различных ионов в ус-

ловлях почв. Известно, что гуминовые кислоты почвенного гумуса в присутствии неорганических анионов склонны к образованию сложных органомине-ральных лигандов, играющих значительную роль в мобилизации минеральных и органических компонентов почв. Такие комплексы известны для сульфат-иона и неизвестны для нитрат-иона, что объясняет пониженную активность последнего в процессе получения ОМУ. Во внешней сфере лиганда могут быть ассоциированы катионы, что объясняет зависимость активности добавки от характера катиона растворимой соли. В связи с этим рост качества ОМУ при внесении растворимых солей может быть объяснен образованием в реакционной смеси ОМУ сложных комплексных анионов, проявляющих большую активность в отношении мобилизации Р205 фосфата, чем индивидуальные гуминовые кислоты.

Разработка технологии обогащения и переработки концентратов руд Телекского и Татарского месторождений

Проведенные исследования позволили сделать вывод о целесообразности снижения температуры обжига телекского фосфорита до 650-700°С.йсследования флотируемости минералов карбоксильными и амфотерны-ми собирателями с применением селективных модификаторов показали, что технологические показатели обогащения фосфорита Телекского месторождения могут быть улучшены при замене жирнокислотного собирателя на таллактам.

Разработана обжиг-флотационная технология обогащения фосфоритов Телекского месторождения, позволяющая получить концентрат с содержанием Р2О5 29%, при извлечении 81.2%. При этом содержание Ре20з в концентрате составило 3,1%. По сравнению с имеющейся технологией качество концентрата увеличилось на 7%, извлечение на 0.8%. Содержание оксида железа снизилось на 1%. Повышение селективности флотации позволило снизить количество пе-речистных операций.

Разработана технология обогащения апатит-карбонат-силикатных руд Татарского месторождения, позволяющая получить концентрат с содержанием 38.2% Р2О5 при извлечении 88.4%. По сравнению с показателями, полученными при флотации смесью галлактама с ИМ50, прирост качества составил 2.2%, извлечения - 11.3%.

Разработаны рецептуры органоминеральных удобрений на основе флотационного концентрата из руды Татарского месторождения и обжиг-флотационного концентрата из руды Телекского месторождения, с использованием в качестве добавки окисленных углей КАТЭКа, сульфатов калия и аммония. При степени мобилизации фосфора 82-86% содержание лимоннораствори-мого Р2О5 в полученных удобрениях составляет 4.7-5.6% в зависимости от состава добавки. Состав минеральной части добавки может варьироваться в зависимости от доступности соответствующих солей в конкретном районе производства удобрения, их рыночной цены, требований потребителя к конечному продукту и других факторов. Технологическая схема и режим получения удоб-

рения одинаковы для всех рецептур, что позволяет максимально просто перенастраивать производство на другой состав выпускаемой продукции.

Разработанные предложения по попутному получению апатитовых концентратов из руд Татарского месторождения и переработке их в органомине-ральные удобрения были использованы при формировании Концепции освоения Нижнего Приангарья в Красноярском крае.

Заключение

В результате выполненных исследований предложено новое решение актуальной задачи обеспечения регионов Красноярского края фосфорными удобрениями на основе реализации комплексной технологии обогащения и переработки упорного фосфатного сырья Телекского и Татарского месторождений.

С целью оптимизации параметров технологии исследовано:

- влияние температуры обжига на флотируемость, структуру и концентрацию ион-радикалов минералов фосфорита;

- влияние нового реагента имино-бис-метилендифосфоновой кислоты (ИБМДФК) на флотацию минералов таллакгамом и олеатом натрия;

- влияние добавок растворимых соединений на качество органоминерального удобрения.

Основные результаты, полученные в работе, заключаются в следующем:

1 .Экспериментально доказано, что флотируемость и химическая активность фосфата определяется не только степенью совершенства его структуры, но и количеством и составом парамагнитных радикалов, причем роль радикалов в изменении флогируемости при обжиге тем выше, чем ближе к фторапатиту, по составу и структуре, исследуемый фосфат. Для повышения качества концентрата рекомендовано снижение температуры обжига телекского фосфорита до 650-700 °С.

2.Установлено, что модифицирующее действие имино-бис-метилендифосфоновой кислоты (ИБМДФК) более селективно при флотации таллакгамом. Экспериментально показано, что ИБМДФК снижает сорбцию собирателя, а также изменяет форму сорбции, снижая долю хемосорбированного реагента. Наличие в составе таллактама амидной группы обеспечивает при добавлении ИБМДФК большую устойчивость гидрофобного покрытия на апатите, чем на карбонатах. При совместном использовании ИБМДФК и лигносульфо-натов при флотации таллактамом наблюдается усиление модифицирующего действия обоих реагентов, обусловленное изменением состава лигносульфона-тов и повышающее селективность флотации.

3.Установлено, что введение воды и добавок сульфатов калия и аммония в количестве 4-6% в шихту удобрения повышает эффективность процесса, увеличивает содержание лимоннорастворимого Рг03 до 85-90%(отн.), что позволяет получить органоминеральное удобрение из апатитового концентрата и обожженного фосфата на стандартном измельчительном оборудовании.

4.Разработана технология обогащения и переработки концентратов руд Телекского и Татарского месторождений, включающая:

- технологию обогащения фосфоритов Телекского месторождения, позволяющую получить концентрат с содержанием Р2О5 29%, при извлечении 81.2%; с содержанием Fe2Ü3 3,1%, что дало возможность повысить качество концентрата на 7%, извлечение на 0.8% и снизить содержание оксида железа на 1%.

- технологию обогащения апатит-карбонат-силикатных руд Татарского месторождения, позволяющую получить концентрат с содержанием 38.2% Р20з при извлечении 88.4%, что дало возможность повысить качество концентрата на 2.2%, извлечение - на 11.3%.

- технологию производства органо-минералышх удобрений на основе полученных концентратов, с использованием в качестве добавки окисленных углей КАТЭКа, сульфатов калия и аммония, позволяющую получить удобрение с содержанием лимоннорастворимого Р2О5 4.7-5.6% при степени мобилизации фосфора 82-86% в зависимости от состава добавки.

6. Разработанные предложения по попутному получению апатитовых концентратов из руд Татарского месторождения и переработке их в органо-минеральные удобрения были использованы при формировании Концепции освоения Нижнего Приангарья в Красноярском крае.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Брагин В.И., Брагина В.И. .Перспективы развития фосфатно-сырьевой базы Юга Сибири.//Сб.тезисов Всесоюзного совещания "Опыт геологогеофизиче-ского обслуживания горных предприятий в условиях хозрасчета и перехода к рыночной экономике". Л., "Знание", 1991

2. Брагин В.И., Брагина В.И., Корюкова СЛ. .Перспективы развития фосфатно-сырьевой базы Нижнего Приангарья.//Сб.тезисов Всесоюзного совещания "Опыт геологогеофизического обслуживания горных предприятий в условиях хозрасчета и перехода к рыночной экономике". Л., "Знание", 1991

3. Брагин В.И., Брагина В.И., Бондарь JI.M. .Особености состава фосфоритов и проблемы развития фосфатно-сырьевой базы Красноярского края.//"Фосфориты и фосфогенез". Тезисы совещания. М., 1992

4. Брагина В.И., Брагин В.И., Бондарь JI.M. Новый путь решения проблемы рационального использования фосфоритов // "Проблемы рационального освоения минеральных ресурсов". Сб.докладов. Хабаровск, 199L

5. Брагин В.И., Брагина В.И.. Дефекты в минералах фосфатных руд и их роль в направленном изменении технологических свойств.//ФТПРПИ, №6 1992. С. 94-96.

6. V.I.Bragina and V.I.Bragin. Defects in minerals of phosphate ores and their role in controlled changes of processing properties. ¡Í Journal of mining science. Vol.28, No 6, Nov.-Dec., 1992, September, 1993.

7. Верхогуров М.В.,Брагин В.И., Брагина В.И.,Вагнер В.А. .Возможности комплексного освоения месторождений фосфатно-редкометалльных руд Сибири. Международная конференция "Редкоземельные металлы: переработка сырья, производство соединений и материалов на их основе". Сб.тезисов. Красноярск, 1995.

8. Черезова B.C., Вагнер В.А., Брагин В.И., Использование минерально-сырьевого потенциала в рыночных условиях.// Регион: экономика и социология. 1995. N3.

9. Брагин В.И., Брагина В.И., Верхотуров М.В. Проблемы комплексного освоения месторождений фосфатно-редкометалльного сырья Сибири. Сб.науч.труд. "Обогащение руд", Иркутск, 1995. С. 10-13.

Ю.Брагин В.И., В.И.Брагина, М.В.Верхотуров. Исследование модифицирующего действия производных дифосфоновых кислот при флотации фосфатно-карбонатного минерального комплекса N-ацщшрованными аминокислотами. // Горный информационно-аналитический бюллетень, 1997,№2. С 93-96.

11.Брагин В.И., В.И.Брагина, М.В.Верхотуров. Использование отходов угледобычи для получения комплексных удобрений пролонгированного действия. // Горный информационно-аналитический бюллетень, 1997,№2. С10Г-104.

12.ПатентРФ по заявке № 96-101488 пр.01.02.96. "Способ получения фосфорного органоминерального удобрения" Заяв. ГАЦМЗ. Брагин В.И., Брагина В.И.

13.3аявка на изобретение №96-123474 пр.18.12.96. "Способ флотации апатитовых руд" Заяв. ГАЦМЗ, Брагина В.И., Брагин В.И.

14.Брагина В.И., Брагин В.И.. Технология обогащения горнохимического сырья: Учебное пособие. Рекомендовано Госкомитетом РФ по высшему образованию в качестве учебного пособия для студентов ВУЗов, обучающихся по специальности "Обогащение полезных ископаемых" ГАЦМЗ. Красноярск,1995.192 с.

15.Брагин В.И., Брагина В.И. Обогащение и комплексное использование фосфатных и фосфатно-редкометалльных руд Восточной Сибири. Краснояр. гос. ун-т. Красноярск, 1996. 402с.

Отпечатано на ротапринте ф. № 5 п/о "Сибирь" 660025, г. Красноярск, пер. Вузовский, 3. Заказ ^Ч Тираж 100 экз.