Скляр Людмила Василівна. Особливості комплексного збагачення жовнових фосфоритових руд

Короткий опис

Скляр Людмила Василівна. Особливості комплексного збагачення жовнових фосфоритових руд : дис... канд. техн. наук: 05.15.08 / Криворізький технічний ун-т. — Кривий Ріг, 2006. — 190арк. — Бібліогр.: арк. 174-185

Скляр Л.В. Особливості комплексного збагачення жовнових фосфоритових руд.- Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук зі спеціальності 05.15.08 Збагачення корисних копалин. Криворізький технічний університет, Кривий Ріг, 2006.
Дисертація присвячена встановленню особливостей комплексного збагачення жовнових фосфоритових руд з метою розробки комплексної технології переробки сировини. Установлено закономірності зміни флотаційних властивостей руди від структурних особливостей води при її нагріванні та охолодженні й величини зміни ентропії. Запропоновано кінетичну модель флотації франколіту, яка враховує енергетичний бар’єр каркаса води і енергію поверхневого натягу на межі розділу трьох фаз. Встановлено особливості активації поверхні мінералів і їх поведінка при різних температурних режимах. Проведено термодинамічний аналіз складу рівноважної системи при термообробленні концентратів. Встановлено, що у флотаційних концентратів, отриманих з руд с невисоким карбонатним модулем фосфор переходить у конденсовану фазу у вигляді трикальційфосфату. При термообробленні руд з високим карбонатним модулем неможливо отримати концентрати з масовою часткою оксиду фосфору більше 30% без активації поверхні фосфоровміщуючих мінералів. Активація поверхні мінералів сірчаною кислотою дозволяє змінити властивості поверхні, а також підвищити швидкість фільтрування фосфоритів у 20-25 разів.

У дисертації, що є закінченою науково-дослідною роботою, вирішено актуальне науково-практичне завдання, що полягає в розробленні технології комплексного збагачення жовнових фосфоритових руд на основі вивчення структури води при змочуванні й закріпленні бульбашки на мінеральній поверхні, гідратації іонів, зміни поверхневої енергії, ентропії, термодинамічних властивостей поверхні мінералів при флотаційно хімічному збагаченні сировини.
Основні наукові та практичні результати роботи полягають у наступному.
1. На підставі аналізу сучасного стану, промислової практики збагачення, напрямів розвитку технологічних схем збагачення жовнових фосфоритових руд показано, що для тонкокристалічного і дисперсного вкраплення в пелітоморфній глинистій масі фосфатів доцільне застосування методів флотаційного і хімічного збагачення.
2. Вивчення речовинного складу руд Волинської і Донецької областей дозволило віднести руду ділянки «Вижевська» Волинської області, сидерит-кварц-глауконітовий пісковик Південно Осиковського родовища до сировини з низьким карбонатним модулем менше 1, а фосфоровміщуючий кварц-вапняковий пісковик Ново Амвросіївської ділянки з високим карбонатним модулем 1,95.
3. При розробленні технології збагачення фосфоритових руд України вирішені такі теоретичні питання:
розраховані зміни величини енергії змочування Д Gзмоч: доломіту і кальциту 136,8та -122,9 кДжМмоль-1К-1, франколіту 107,9 кДжМмоль-1К-1, що дозволило віднести мінерали магнію і кальцію до речовин з добре змочуваною поверхнею, а мінерал фосфору до речовини з погано змочуваною поверхнею. Це зумовило необхідність активації поверхні франколіту за допомогою реагентів або термохімічними методами, для створення оптимальних умов селективного розділення мінералів при флотації;
вивчені зміни крайових кутів змочування в інтервалі температур від 1 до 60С на зразках з гідрофільною, гідрофобною поверхнею і на мінералах доломіту, кальциту і франколіту. При цьому встановлено, що в гідрофільних поверхнях спочатку більше впливає розпушування гідратного шару, а потім структурні зміни води. У разі гідрофобних поверхонь, навпаки, спочатку сильніше впливає розпушування структури в об'ємі рідини, а потім гідратного шару. Це дозволило визначити умови проведення технологічного процесу;
виявлені закономірності дозволили запропонувати кінетичну модель флотації франколіту, що враховує енергетичний бар'єр каркаса води і енергію поверхневого натягу на межі розділу трьох фаз, які визначили оптимальний час флотації;
обґрунтовано, що для отримання кондиційних продуктів з руди з високим карбонатним модулем, необхідна термохімічна активація поверхні франколіту.
4. Встановлено параметри флотаційного і хімічного збагачення фосфоритів, які підвищують селективність і ефективність процесу: швидкість розкладення франколіту 32М10-2г/л, доломіту 7,5М10-2г/л і кальциту 73М10-2г/л; зміна властивостей твердих фаз зі збільшенням тривалості взаємодії фосфатних руд з кислотами, час оброблення кислотою фосфатних концентратів і частоту обертання мішалки; фільтруючі властивості фосфоритів, дисперсність сировини і спосіб знемагнювання; кристалохімічні властивості знемагнюванних фосфоритів.
5. Вивчена поведінка фосфоритових продуктів при термічному обробленні, проведено термодинамічний аналіз і розраховано рівноважний склад концентратів у діапазоні температур 400-1700С, що дозволило визначити температуру переходу фосфору в газову фазу (1170-1240С) і умови утворення трикальційфосфату.
6. Результати лабораторних досліджень підтвердили теоретичні положення і дозволили визначити оптимальні умови флотації для руд з малим і високим карбонатним модулем. У результаті збагачення з руд з карбонатним модулем 0,09-0,53 отримані концентрати з масовою часткою Р2О5від 21,6 до 24,5% при вилученні від 88,2 до 67,9%; з карбонатним модулем 1,95 - з масовою часткою Р2О5від 11,2 до 14,0% при вилученні від 64,3 до 93,0 %. Виявлено негативний вплив низьких температур суспензії взимку при якому вилучення оксиду фосфору в концентрат не перевищувало 15,5 %, а якість концентратів не відповідала технічним умовам.
7. При розробленні технології комплексного збагачення малокарбонатних і висококарбонатних руд встановлено :
специфічне явище взаємного проростання глауконітових, карбонатних і фосфатних мінералів, дрібнодисперсне вкраплення фосфатів і вміст мінералів з близькими фізико-хімічними властивостями обгрунтовує застосування флотаційних методів збагачення. Високий вміст карбонатів у рудах робить неможливим отримання стандартних добрив, що визначає необхідність хімічного збагачення фосфоритових руд;
особливості активації поверхні мінералів, їх поведінка при різних температурних режимах впливають на вибір технологічних режимів хімічної переробки фосфорвміщуючих концентратів. При використанні термооброблення флотаційних концентратів, отриманих з руд, що мають невисокий карбонатний модуль, фосфор переходить у конденсовану фазу у вигляді трикальційфосфату, який рекомендується далі направляти на виробництво складних добрив. При термообробці руд з високим карбонатним модулем неможливо отримати концентрати з масовою часткою оксиду фосфору більше 30% без активації поверхні мінералів. Активація поверхні мінералів сірчаною кислотою дозволяє не тільки змінити властивості поверхні, а також підвищити швидкість фільтрування фосфоритів у 20-25 разів. Утворений при цьому гіпс рекомендовано використовувати в будівництві, а фосфоровміщуючі концентрати для отримання суперфосфатів. При хімічному збагачення концентратів відбувається концентрування рідкоземельних елементів з 0,05 до 0,2%.
8. У напівпромислових умовах напрацьована партія концентратів, на яку отримано позитивний висновок Придніпровського хімзаводу про придатність для отримання фосфоритового борошна третього сорту, амофосу другого сорту і вилучення рідкоземельних елементів (ітербій і лантан). Отримані концентрати за вмістом РЗЄ кращі ніж аналоги, що надходять в Україну за показниками біобезпеки.
8. Отримано вихідні дані для проектування збагачувальної установки. Визначено, що строк окупності підприємства продуктивністю 200 тис т/рік вихідної сировини, при умові реалізації продукції за цінами світового ринку складає 5 років