Олійник Тетяна Анатоліївна. Розвиток наукових основ технологій комплексного збагачення титан-фосфорних руд корінних родовищ України

Короткий опис

Олійник Тетяна Анатоліївна. Розвиток наукових основ технологій комплексного збагачення титан-фосфорних руд корінних родовищ України. : Дис... д-ра наук: 05.15.08 2008

Олійник Т. А. Розвиток наукових основ технологій комплексного збагачення титан-фосфорних руд корінних родовищ України. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.15.08 збагачення корисних копалин. Криворізький технічний університет, Кривий Ріг, 2007.
Дисертація присвячена розвитку наукових основ технологій комплексного збагачення титан-фосфорних руд корінних родовищ України, вивченню закономірностей специфічної адсорбції органічних сполук з водних розчинів на поверхні мінералів, теоретичному й експериментальному обґрунтуванню кореляцій між адсорбційними та електронними властивостями речовини.
Доведено, що ефективність збагачення руди з агрегатною вкрапленістю мінералів визначається селективністю та ступенем розкриття кожного мінералу, що зумовлює можливість концентрації окремих мінералів у відповідних фракціях крупності на стадії підготовки руди до збагачення та підвищення ефективності сепарації кожної фракції для отримання відповідних концентратів. Ідею селективного розділення полімінеральних руд корінних родовищ реалізовано в конструкції багатопродуктового магнітного сепаратора з магнітною системою, яка складається з декількох секцій з індукцією поля, що збільшується за ходом руху продукту, котрий збагачується.
Установлено, що селективність флотації визначається адсорбцією полярних органічних сполук та зумовлена проявом слабких хімічних взаємодій з адсорбентом і молекулами води. Уперше запропоновано та експериментально обґрунтовано розглядати специфічну адсорбцію в наближенні моделі адсорбції, що контролюється величинами ефективних зарядів атомів адсорбату, води та поверхні адсорбенту.

Дисертація - це закінчена науково-дослідна робота, у якій розв’язано наукову проблему розвитку науковихоснов та обґрунтування технологій комплексного збагачення титан-фосфорних руд корінних родовищ України, що має важливе наукове значення, яке полягає у встановленні можливості використання закономірностей розкриття рудних та нерудних мінералів руд з агрегатною вкрапленістю мінеральних зерен, створенні наукових основ підбору органічних сполук, що селективно адсорбуються при флотаційному розділенні комплексних руд, розвинутої теорії специфічної адсорбції реагентів на поверхні мінералів і особливостей селективного агрегатування частинок в суспензії для створення нових технологій збагачення полімінеральних руд корінних родовищ України.
Основні наукові та практичні результати роботи:
1. Аналіз ринку титану показав: Україна є провідною титанорудною провінцією світу і займає провідне положення з видобутку ільменітових концентратів та виробництва титанових продуктів. Перед нашою країною стоїть проблема виробництва високоякісних ільменітових концентратів, яка може бути розв’язана тільки за рахунок розробки корінних родовищ. Аналіз практики збагачення корінних руд показав, що ільменітовий концентрат отримують за схемою з використанням гравітаційного, електричного і магнітного методів збагачення, а апатитовий флотаційного методу збагачення. У зв'язку з цим напрями комплексності збагачення цих руд пов'язані з підвищенням селективності розділення, розвитком топології схем на базі максимального розкриття полімінеральних зростків, удосконаленням схем магнітної та електричної сепарації за рахунок нових конструктивних рішень, керуванням флотацією мінералів внаслідок вивчення особливостей адсорбції реагентів на мінеральній поверхні.
2. Аналіз даних з вивчення корінних родовищ свідчить про можливість створення в Іршанському гірничорудному районі нової мінерально-сировинної бази титану з попутним отриманням апатиту й ванадію. Першочерговими для подальшої розробки є Стремигородське та Федорівське корінні родовища.
3. У дисертації доведено, що ефективність збагачення полімінеральної руди з агрегатною вкрапленістю мінералів визначається селективністю та ступенем розкриття кожного мінералу, що зумовлює можливість концентрації окремих мінералів у відповідних фракціях крупності на стадії підготовки руди до збагачення та підвищення ефективності сепарації кожної фракції для отримання відповідних концентратів. Селективність розкриття мінеральних зерен в комплексній руді зумовлена різною швидкістю кінетики подрібнення, яка визначається текстурно-структурними особливостями руди, фізико-механічними властивостями мінералів, взаємодією зерен та їх агрегатів усередині механічної суміші та має особливості для рудних і нерудних мінералів. Уперше встановлено, що при подрібненні титан-фосфорних руд корінних родовищ України до крупності 15-20 % класу -0,074 мм відбувається селективне розкриття продуктивних мінералів: титаномагнетиту, ільменіту й апатиту, що дозволяє, на відміну від загальноприйнятих технологій збагачення з послідовним вилученням колективних і селективних концентратів, розробити технології з безпосереднім отриманням тільки селективних концентратів продуктивних мінералів.
4. Ідею селективного розділення полімінеральних руд корінних родовищ реалізовано в конструкції багатопродуктового магнітного сепаратора з магнітною системою, яка складається з декількох секцій з індукцією поля, що збільшується за ходом руху збагачуваного продукту.
5. Доведено, що селективність флотації мінералів титан-фосфорних руд України, вибірковість адсорбції на них органічних сполук і адсорбційні властивості мінералів, поверхнева активність яких визначається стеричною доступністю атомів, що беруть участь в утворенні водневих або координаційних зв'язків, характеризуються відмінністю у величинах ефективних зарядів атомів реагентів, молекул води та адсорбційних центрів поверхонь апатиту, ільменіту й непостійністю їх кількості на мінеральній поверхні.
Показано, що при специфічній адсорбції на адсорбентах з відносно низько розташованими вищими зайнятими електронними рівнями, таких як апатит та ільменіт, їхні поверхневі властивості визначаються не тільки стеричною доступністю атомів, що беруть участь в утворенні водневих або координаційних зв'язків, але і величинами їх ефективних зарядів. На відміну від загальноприйнятих уявлень про специфічну адсорбцію встановлено, що міцність утворених на поверхні мінералів водневих зв'язків оксигенвмісних сполук визначається не загальним зарядом атома оксигену, а тільки його частиною, що припадає на одну незв'язувальну O2p-орбіталь. Це дозволяє розділити флотаційні реагенти за співвідношенням ефективних зарядів їх атомів та атомів молекул води на три класи: сполуки, які не адсорбуються з водних розчинів; сполуки, які адсорбуються за участю атомів нітрогену; і сполуки, які адсорбуються за участю атомів гідрогену.
Уперше з’ясовано, що адсорбційними центрами апатиту є атоми ОН-груп поверхневих аніонів Н2РО4-, а також поверхневі іони кальцію, адсорбційними центрами ільменіту є іони заліза, що дозволяє пояснити особливості флотації апатиту й ільменіту.
6. Для визначення умов підвищення селективності флотації апатиту й ільменіту на підставі визначення залежності адсорбційних властивостей органічних сполук від електронної будови їх молекул та молекул адсорбенту розвинуто теорію специфічної адсорбції специфічна адсорбція реагентів на апатиті й ільменіті можлива тоді, коли величини їх ефективних зарядів, що беруть участь в утворенні водневих або координаційних зв'язків з атомами поверхні мінералів, більші за 0,5 заряду атомів оксигену або цілого заряду атомів гідрогену води. При цьому коефіцієнти селективності флотації визначаються на основі порівняння величин ефективних зарядів атомів органічних молекул, адсорбційних центрів поверхні адсорбентів і молекул води.
7. Доведено, що керування селективністю флотації ільменіту можливе за рахунок створення його агрегатів, які складаються з тонких частинок і частинок-«носіїв» рудного мінералу, що вірогідно при рН 3-4, коли поверхні ільменіту та нерудних мінералів сировини мають протилежні заряди.
При цьому вперше встановлено, що для створення умов флотації тонкодисперсного ільменіту з титан-фосфорних руд корінних родовищ України необхідно пептизувати у суспензії піроксенові частинки і створити умови для агрегації ільменітових частинок шляхом додавання фракції крупнозернистого ільменіту-«носія» та підтримки рН суспензії на рівні 3-4.
8. Вірогідністьнаукових положень підтверджується обґрунтованістю прийнятих вихідних передумов, що випливають із фундаментальних основ теорії магнітного, гравітаційного, електростатичного і флотаційного збагачення, механіки подрібнення; задовільною збіжністю результатів теоретичних і експериментальних досліджень; великим обсягом лабораторних та промислових випробувань, що забезпечують достатню репрезентативність одержаних результатів; їх позитивними результатами в лабораторіях Криворізького технічного університету, на дослідно-промисловій фабриці інституту «Мехонобрчормет» і впровадженнями інститутів «ДНДІІПІ Титану», «Мінеральних добрив і пігментів» (МІНДІП), «Мехонобрчормет», «Кривбаспроект», Дніпропетровської металургійної академії, підприємств «Кіровгеологія», «Центргеологія», «ТАКО», «Тіофаб» і «Сиріус».
9. При створенні перспективних технологій з роздільною переробкою титаномагнетитової, ільменітової (магнітно-гравітаційно-електростатичною сепарацією) та апатитової (флотацією) частин руд корінних родовищ України отримали подальший розвиток теоретичні основи синтезу технологічних схем, що дозволили розробити флотаційні та комплексні технологічні схеми селективного отримання титаномагнетитового, ільменітового, апатитового концентратів і плагіоклазового та олівін-піроксенового продуктів із руд корінних магматичних родовищ України, що забезпечують отримання конкурентоспроможних на світовому ринку концентратів. Запропоновано схеми водобороту із застосуванням двох внутрішньофабричних циклів і реагентний режим очищення води, що забезпечує екологічну безпеку розроблених технологій.
10. Розроблені технології покладено в основу техніко-економічного обґрунтування (ТЕО) постійних кондицій на руди Федорівського і Носачівського родовищ, при проектуванні напівпромислового комплексу на Кропивенському родовищі, при коректуванні ТЕО Стремигородського родовища. За результатами ТЕО захищено запаси руд Федорівського і Носачівського родовищ. Рівень рентабельності виробництва до основних фондів за варіантами підрахунку запасів руд Федорівського родовища змінюється від 9,2 до 17,2 % (у цінах 2002 року). Рівень рентабельності виробництва до основних фондів за варіантами підрахунку запасів руд Носачівського родовища змінюється від 11,32 до 11,76 % (у цінах 2004 року).