Технологічна мінералогія руд Технологічні властивості Фізичні

Технологічна мінералогія руд

Технологічні властивості • Фізичні • Фізико-хімічні • Хімічні На технологічних властивостях грунтуються технологічні процеси

Практично використовують наступні технологічні властивості 1. 2. 3. 4. 5. 6. Гравітаційні Магнітні Електричні Механічні Оптичні Люмінесцентні 7. Поверхневі 8. Сорбційні 9. Термічні 10. Хімічні 11. Радіаційні 12. Бактеріальні Ступінь контрастності властивостей дозволяє розділяти мінерали

Ефективність дроблення руд залежить від: • Текстури і структури мінеральних зростків • Характеру зростання рудних та нерудних мінералів

Флотація залежить від • Морфології • Розподілу хімічних домішок, включень, дислокацій, деформацій, електрофізичних властивостей

Хімічний склад мінералу відображає • Валовий вміст компонентів • Для того, щоби виявити природу хімічних домішок застосовують: • Електронну мікроскопію • Інфра-червону спектроскопію (ІЧС) • Месбауеровську спектроскопію • Мікрозондовий аналіз

Технологічна зміна властивостей мінералів • Під час окисного або відновного спікання змінюється співвідношення Fe 2+/Fe 3+, змінюються магнітні властивості • Нагрівання → поліморфні перетворення • Гідратація або дегідратація • Фізико-хімічна зміна стану поверхні внаслідок сорбції реагентів • Очищення поверхні

Комплексне використання мінеральної сировини 1. Визначення головного за вартістю та супутніх, виявлення корисних елементів -домішок в головному і супутніх мінералах 2. Дослідження поведінки головного і супутніх мінералів у технологічному процесі 3. Вивчення нерудних мінералів та вмісних порід з метою з’ясування використання їх у промисловості

Типи прояву комплексного характеру родовищ v. Рудний мінерал вміщує декілька корисних компонентів (сфалерит – домішки Cd, In, Ge, Hg, Ga) • Сфалерит містить домішки Cd, In, Ge, Hg, Ga • Лопарит (Na, Ce, Ca)(Ti, Nb, Ta)O • Каситерит пегматитових і грейзенових родовищ містить включення колумбітутанталіту

Типи прояву комплексного характеру родовищ v. У межах родовища є кілька рудних мінералів, кожен з котрих може мати свій набір корисних елементів-домішок • Поліметалеві руди, Сu-Ni, Cu-Mo, Sn-W, Au-As родовища • Рідкіснометальні пегматити • Карбонатити • Апатит-нефелінові породи

Типи прояву комплексного характеру родовищ v. У межах промислового контуру, виділеного за умовним корисним компонентом, трапляються породотвірні нерудні мінерали, які можна видобути • В карбонатитах поряд з нефеліновим і апатитовим концентратом залишається велика кількість кальциту • На родовищах пегматитів, гранітів і польовошпатових метасоматитів залишається багато польових шпатів

Типи прояву комплексного характеру родовищ v. На родовищі можна використати вмісні породи, що потрапляють у покрівлю, а також усі продукти з відвалів збагачувальних фабрик і хімічнометалургійних підприємств

Технічна мінералогія рідкіснометальних руд

Генетичні типи • Рідкіснометальні пегматити (Cs, Ta, TR) • Літій-фтористі (топаз-літіонітові) граніти • Карбонатити лужних комплексів ультраосновних порід • Прирозломні кварц-польовошпатові метасоматити (Nb, Ta, Zr, Th, U, Be) • Ловозерський розшарований масив агпаїтових нефелінових сієнітів • Грейзенові та кварцово-жильні гідротермальні утворення (Be, Sn, W) • Кори звітрювання • Узбережно-морські розсипища танталу, цирконію, монациту

Рідкіснометальні пегматити (Cs, Ta, TR) • Сподуменові (сподумен-альбітові) пегматити з колумбіт-танталітом, каситеритом і берилом • Берил-танталітові (мікроклін-альбітові, альбітитові) з колумбіт-танталітом, берилом, сподуменом і каситеритом • Лепідоліт-танталітові (мікроклін-альбітсподуменові, альбіт-лепідолітові)

• 15 хімічних елементів з порядковими номерами 57 -71 • Особливістю будови лантаноїдів є те, що при переході від одного елементу до іншого заповнюється електронний рівень 4 f, число електронів на зовнішній оболонці завжди зберігається • З лантаноїдами тісно пов’язаний Y

Рідкісні землі Церієва підгрупа Ce La Ce Pr Nd Sm Eu Ітрієва підгрупа Y Gd Tb Dy Ho Er

Головні рідкісноземельні мінерали Фториди Оксиди Фторкарбонати • • • Ітрофлюорит (Ca, Y, Ce)F 2 -3 Флюоцерит Ce. F 3 Церианіт Се. О 2 Перовськіт Са. Ti. O 3 Бастнезит Се. СО 3 F Паризит Се 2 Са(СО 3)3 F 2 Рентгеніт Се 3 Са 2(СО 3)5 F 3 Синхізит Се. Са(СО 3)2 F Доверит (Y, Се)Са(СО 3)2 F

Головні рідкісноземельні мінерали (продовження) Карбонати • • Фосфати • • • Анкиліт Ce. Sr(CO 3)2(OH)·H 2 O Калькінсит Ce 2(CO 3)3· 4 H 2 O Монацит Се. РО 4 Ксенотим YPO 4 Апатит (Са, Се)5(РО 4)3(ОН, F) Флоренсит Се. Al 3(РО 4)2(ОН)6 Рабдофаніт Ce. PO 4·H 2 O Черчит YPO 4·H 2 O

Головні рідкісноземельні мінерали (продовження) Силікати • • Гадолініт (Y, Се)2 FВе 2[Si 2 О 10] Гейландит Y 3 Сa 2 Al 3[Si. О 4](O, OH)4 Чевкиніт Се 2 Fe. Ti 2[Si. О 4]3·H 2 O Ортит (Ca, TR)2(Al, Fe)3[Si. O 4][Si 2 O 7]O(OH) Таленіт Y 2 Si 2 O 7 Церит Ce 3 Si 2 O 7(OH) Бритоліт Ce 6 Ca 4 Si 6 O 24(OH)2

Поширення TR в мінералах тісно пов’язано з умовами утворення • В умовах високої лужності утворюються мінерали Се • Мінерали Y концентруються в багатьох гідротермальних родовищах, пов’язаних з гранітоїдами, в грейзенових родовищах • В скарнах перважають мінерали Се

Промислові рідкісноземельні мінерали • • • Бастнезит Се. СО 3 F Паризит Се 2 Са(СО 3)3 F 2 Ксенотим YPO 4 Монацит Се. PO 4 Флюоцерит Ce. F 3 Бастнезит (Ce, La)(CO 3)F

Ta i Nb • Близкі хімічні та геохімічні властивості зумовлюють спільну участь в геологічних процесах та сумісну присутність в тих самих мінералах • Геохімічна спорідненість до Ti, TR, U, Th, Zr

Геохімічна історія Ta i Nb • Ta концентрується в пізніх гранітних пегматитах • Nb накопичується в гранітах (пов’язаних з ними жильних і постмагматичних утвореннях), головно в лужних породах і метасоматитах

Тантало-ніобієві мінерали • • • Стрюверит (Ta, Nb)Ti. O 2 Танталіт-колумбіт (Fe, Mn)(Nb, Ta)2 O 6 Тапіоліт Fe. Ta 2 O 6 Ітротанталіт (Y, V, Fe)Ta 2 O 6 Пірохлор (La, Ca, Na)2 Nb 2 O 6(OH, F) Евксеніт Y(Ti, Nb)2 O 6 Ешиніт (Ce, Th)(Nb, Ti)2 O 6 Ферсміт Ca. Nb 2 O 6 Самарськит (Y, V, Fe)(Nb, Ta)2 O 6 Фергюсоніт Y(Nb, Ta)O 4 Лопарит (Ce, Na, Ca)(Ti, Nb)O 3

Промислові Ta-Nb мінерали • • • Танталіт-колумбіт (Fe, Mn)(Nb, Ta)2 O 6 Пірохлор (La, Ca, Na)2 Nb 2 O 6(OH, F) Мікроліт Na. Ca. Та 2 O 6 F Лопарит (Cе, Na, Сa)(Ті, Nb)O 3 Ільменорутил (Nb, Ta)Ti. O 2 • Воджиніт (Sn, Mn)(Ta, Nb)2 O 6 • Стрюверит (Ta, Nb)Ti. O 2 • Евксеніт Y(Ti, Nb)2 O 6

Промисловий вміст в руді: • 0, 005 -0, 03 % Ta 2 O 5, • 0, 1 -0, 5 % Nb 2 O 5

Методи досліджень мінералогії рідкіснометальної сировини

Загальні задачі 1. Вивчення форми знаходження корисного компоненту в руді, у концентраті (утворення власної мінеральної форми, ізоморфне входження або сорбція на міжблокових поверхнях) 2. Діагнозтика мінеральних форм корисного компоненту або мінералів, в які він входить як домішка 3. Діагнозтика всіх мінеральних фаз (якісний фазовий аналіз)

Специфічні задачі технологічної мінералогії 1. Вивчення “технологічних” властивостей руд і складових їх мінералів, а також їхньої поведінки в процесах збагачення 2. Прогнозна оцінка збагачуваності по даних мінаналіза 3. Направлена зміна “технологічних” властивостей руд і мінералів 4. Вивчення поведінки мінералів у гідрометалургійному процесі, їхній взаємовплив

Вихідна руда Мінералогічні зразки Дроблена руда Макроскопічне вивчення у зразках Макроскопічне вивчення у шліфах Загальна характеристика руди Вивчення структурних особливостей Вивчення текстурних особливостей Вивчення мінерального складу, крупності зерен Люмінесцентний, радіометричний та ін. Фотографування шліфів

Дроблена руда Наважка для визначення хімічного складу Спектральний, хімічний та інші аналізи Наважка для вивчення мінерального складу Наважка для вивчення мінеральних фракцій Класифікація по крупності Розділення у важких рідинах Магнітна сепарація Мономінеральні фракції (вибір під лупою) Вивчення мінералів і кількісний аналіз Спектральний, рентгенівський, хімічний та інші аналізи

Мінералогічний аналіз • Вага мінералогічної проби рідкіснометальних руд складає 1 -2 кг • Подрібнення • Розділення проби на класи по крупності зерен • Кожний клас крупності розділюють в важких рідинах Бромоформ 2, 9 Туле 3, 2 Сушина-Рорбаха 3, 5 Клерічі 4, 2

Мінералогічний аналіз • Для типів руд, які містять магнітні мінерали, в схему включають магнітну сепарацію • Електрична сепарація • Флотація • Вибіркове розчинення в кислотах • Метою всіх підготовчих операцій є розділення проби на мономінеральні або близкі до мономінеральних фракції • Кожну з фракцій зважують

• З важкої фракції магнітом виділяють магнетит, зростки колумбіта з магнетитом • Немагнітну фракцію розділяють електромагнітом. Розділяють в середню електромагнітну фракцію гідроксиди Мn і частину колумбіту, в слабо електромагнітну - колумбіт і озалізнений малакон (циркон з TR, U, Th), в неелектромагнітну – малакон, флюорит, каситерит, пірохлор, ураноторит

• Для визначення кількості колумбіту і магнетиту в магнітній фракції її зважують. Розчиняють магнетит 50% НСl з кип'ятінням 10 хв. Вивільнений колумбіт промивають, висушують, зважують. • Слабоелектромагнітну фракцію обробляють НСl для розчинення гідроксидів Mn i Fe, які забруднюють зерна малакону

Мінералогічний аналіз • Рентгенофазовий аналіз дозволяє визначити більш точно кількість мінералів • Після розділення проби на фракції і зважування кожної фракції перераховують кількість мінералів на вихід кожного класу крупності (який приймають за 100%) • Якщо необхідно, одержані дані перераховують на пробу вцілому, приймаючи за 100% вагу всієї проби

Оцінка форм знаходження корисного компоненту в руді • Форма знаходження корисного компоненту в руді або концентраті є однією з важливіших технологічних характеристик • Саме форма знаходження корисного компоненту й тип його зв’язку з матрицею гірської породи визначає шляхи вилучення корисного компоненту (компонентів)

Форми знаходження корисного компоненту в рудах • Власні мінерали • Ізоморфні входження в структуру мінералів-концентраторів • Епітаксичні зростання • Сорбція на міжблокових поверхнях у вигляді плівок як наслідок перевідкладання рудної речовини або його привнесення

Діагнозтика мінералів • • Оптична мікроскопія Рентгенографія мінералів Інфрачервона мікроскопія Термічний аналіз (діагнозтика фторкарбонатів TR, Y; визначення ступеню метаміктизації; поліморфні перетворення фергюсоніту) • Магнітометрія (максимальна магнітна сприйнятливість встановлена у колумбіттанталітів, тапіоліту, самарськіту) • γ-спектроскопія (діагнозтика мінералів Fe)

Методи фазового аналізу • Якісний фазовий аналіз Основа фазових методів: 1. Спектр кожної мінеральної або синтетичної фази індивідуальний і характеристичний 2. Спектр природної або технологічної суміші мінералів (синтетичних фаз) є суммою всіх присутніх у пробі фаз 3. Інтенсивність спектру кожної фази прямо пропорційна її вмісту у пробі

Методи фазового аналізу • Кількісний фазовий аналіз Виконується застосуванням широкого спектру методів • Методи повного аналізу – коли оцінюють вміст всіх виявлених фаз (мінеральних і синтезованих) Оптико-мікроскопічний і рентгенодифрактометричний • Методи часткові – визначають від 1 до 3 -5 фаз, які цікавлять аналітика Хімічний, термічний, магнітостатичний, люмінесцентний, квантово-оптичний, ІЧ-, ЯГР-спектроскопічні і термо-хімічний

Мінералогічні критерії, які дозволяють прогнозувати технологічні властивості руд ü Кількісний мінеральний склад сировини ü Гранулометричний склад руди і ступінь розкриття зерен під час дроблення ü Вивлення пострудних процесів (метасоматичні змінення порід і руд) ü Баланс розподілу корисних компонентів по мінералах з визначенням форми їх входження у склад мінералів

Мінералогічні критерії, які дозволяють прогнозувати технологічні властивості руд (продовження) ü Виділення у загальному рудному контурі ділянок пустої породи з метою зменшення рудної маси ü Властивості рудних і породотвірних мінералів, які складають мінеральний комплекс, що переробляється Гравітаційні, магнітні, електричні, оптичні, люмінесцентні, поверхневі, термічні

Напрямлена зміна властивостей мінералів • Ультразвукова обробка чистить зерна мінералів від примазок, мінеральних “сорочок”, активізує їхню поверхню, що підвищує флотаційні властивості кристалів мінералів, змінює магнітні властивості мінералів • Термічний вплив – прокалювання у повітряному окисному або відновному середовищі

Напрямлена зміна властивостей мінералів • Радіаційний вплив на мінерали (аморфізуються тантало-ніобати й рідкісноземельні мінерали) • Хімічний вплив (чищення поверхні зерен, видалення окремих компонентів, фазових перетворень) • Електроімпульсний вплив є активним засобом дезинтеграції проби, що має особливе значення при збагаченні високодисперсних руд

Хіміко-металургійний процес Ø Напрямлений на відкриття руд і концентратів з метою вилучення корисного компоненту шляхом переводу його в легкорозчинну або “споживану” форму Ø Під впливом хімічної реагентів і температури перетворють мінеральні фази руд і концентратів

Підготовка мінералів до процесів хіміко-металургійної переробки • Насамперед механічне дроблення, скорочення вихідного матеріалу (руди, концентрату) з одержанням представницьких проб для лабораторних досліджень

Способи хіміко-металургійної переробки рідкісноземельної (р. з. ) сировини • Обробка сірчаною кислотою Ln. PO 4 + 3 H 2 SO 4 = Ln 2(SO 4)3 + 2 H 3 PO 4 • Метод виділення р. з. е. у вигляді подвійних сульфатів з лужними металами, зокрема Na 2 SO 4 Ln(SO 4)3 + Na 2 SO 4 +2 H 2 O = 2 Na[Ln(SO 4)2]·n. H 2 O

Способи хіміко-металургійної переробки рідкісноземельної (р. з. ) сировини • Розклад монациту їдким натром 2 Ln. PO 4 + 6 Na. OH = 2 Ln(OH)3 + 2 Na. PO 4 Th 3(PO 4)4 + 12 Na. OH = 3 Th(OH)4 + 4 Na 3 PO 4 • Переробка апатиту 50% HNO 3 Са 5(PO 4)3 F + 10 HNO 3 = 3 H 3 PO 4 + 5 Ca(NO 3)2 + HF

Способи хіміко-металургійної переробки рідкісноземельної (р. з. ) сировини • Спікання монациту з содою Ce. PO 4 + 3 Na 2 CO 3 + O 2 = 2 Ce. O 2 + Na 2 PO 4 + 3 CO 2↑ • Спікання флюоцериту з содою Ce. F 2 + 3 Na 2 CO 3 + 1/2 O 2 = 2 Ce. O 2 + 6 Na. F + 3 CO 2↑

Поведінка породотвірних та акцесорних мінералів при спіканні з содою та їхній вплив на розклад рідкісноземельних мінералів • Амфіболіт (вмістом до 10% у шихті) додатньо впливає на вилучення ітрію • Пірит понижує технологічні показники при переробці ксенотимових концентратів • Кальцит понижує вилучення ітрію з ксенотиму, церію з монациту • Мусковіт незначно впливає на процес содового розкриття

Головні способи переробки тантало-ніобієвої сировини • Фторидно-екстракційний • Хлорування • Спікання з гідроксидами або карбонатами лужних металів • Сульфатизація • Відновне плавлення

Фторидно-екстракційна технологія • Розклад НF при нагріванні (80ºС). Тантал і ніобій переходять в розчин у вигляді H 2 Ta. F 7 i H 2 Nb. OF 5 • Вилучають Ta і Nb екстракцією

Хлорування • Забезпечує високе вилучення Ta і Nb у хлоридні сублімати • Ta. Сl 5 кипить при 256ºС • Nb. ОСl 3 кипить при 400ºС • Сублімати переробляють до вилучення Ta і Nb (гідроліз, розчинення в HF та екстракція)

Спікання з гідроксидами або карбонатами лужних металів • Спікають з Na. OH, Na 2 CO 3 при Т=9001000 ºС • 4 мас частини Na. OH на 1 мас долю концентрату • Одержують ніобати, танталати натрію • Подальше розчинення та екстракція

Сульфатизація • Танталоніобати взаємодіють при підвищеній температурі з концентрованою сірчаною кислотою • Одержують оксисульфіди Nb 2 O 3(SO 4)2 та Ta 2 O 3(SO 4)2 • Вилуговують Н 2 О 2, солями фтору, амінами

Відновне плавлення • До шламу додають вапняк і магнетитовий концентрат або залізний скарн при Т=1300ºС • Відновлюється повністю залізо, головна маса фосфору, а оксиди ніобію, мангану, кремнію – незначно • Оксид ніобію відновлюється при 1500 ºС

Технологія одержання товарних продуктів з концентратів 1. Розклад (розчинення) рудних концентратів з переведенням у розчин або в розчинні сполуки цінних компонентів 2. Розділення сполук і очистка від домішок