Курс лекций по предмету «Технология обогащения нерудных полезных ископаемых» для магистров по специальности 5А540205 «Обогащение полезных ископаемых»

Вопросы:


1) В чем характеризуется минералогический состав фосфоритов Центральных Кызылкумов?
2) На сколько типов подразделяются фосфориты по вещественному составу?
3) На сколько групп подразделяются фосфориты в зависимости от условий накоплений фосфатного вещества?
4) В скольких миллиардов тонн руды оцениваются общие запасы зернистых фосфоритов Центральных Кызылкумов?


Лекция 19


Область использования фосфорсодержащих руд
План:
1) Использование фосфора в народном хозяйстве
2) Общие требования к фосфатному сырью для химической переработки


Цель занятий: ознакомить студентов с основными областями применения фосфора.


1. Промышленное производство фосфора было организовано во второй половине ХIХ в.Примерно до 90 – 95 % мировой добычи фосфатного сырья используется для производство минеральных удобрений.
Источником получения фосфора служат фосфатные минералы. В природе известно свыше 120 фосфатных минералов. Наиболее распространены и имеют промышленные значения минералы апатитовых и фосфоритовых групп.
В соответствии с решениями Президента и Кабинета министров Республики Узбекистан возобновлены проектно- изыскательские работы на Джерой – Сардаринского месторождения фосфоритов.
Фосфатные минералы по составу сходны с фтор апатитом Са₁₀(РО₄)₆ F₂. От апатита фосфатные минералы отличаются тем, что в них изоморфно замещена часть фосфора углеродом или серой, а иногда в кристаллическую решетку входят гидроксильные группы.
В природе вначале образуются фосфатные минералы, в кристаллической решетке которых сосредоточиваются углерод и гидроксильные группы. Эти минералы имеют высокое содержание фосфатной части, растворяются в почвенных кислотах (так называемого лимонно-растворимого фосфата). Руды, содержащие такие минералы, используются в качестве удобрений в виде фосфоритной муки.
Мощные толщи верхних слоев месторождений воздействуют на фосфатные минералы высоким давлением и температурой, при этом фосфатное вещество обогащается фосфором за счет вытеснения части углерода и гидроксильных групп, а фтор - карбонат апатит (фосфорит) переходит во фтор апатит (апатит).
Кальциевые фосфаты (F>3%) с изоморфизмом СО²₃РО^3-₄ фтор-карбонат апатиты (франколиты) имеют наибольшие распространения в фосфоритовых месторождениях; их формулы - Са_10-n/2(РО₄)_6-n*(СО₃)_nF₂, где n- число атомов фосфора, замещенных углеродом.
Фосфор фторкарбонатапатитов замещается также серой по схеме SO^2-₄ РО^3-₄ с образованием сульфатзамещенного фосфата типа Са_{9. 5}Р₅ SO₂₄ F₂.
Самостоятельную группу фторкарбонатапатитов образуют фторгидроксилкарбонатапатиты типа Са₁₀(РО₄)_6-n (F, OH)₂, в которых часть фтора замещена гидроксильной группой по схеме ОН^-F^-. Такие фосфориты составляют месторождение ракушечных фосфоритов (Прибалтики).
В фосфоритах кроме фосфатного вещества содержатся минералы:
1) Терегенного характера (отвечающие составу среды, в которой образовались
фосфориты);
2) Аутогенного происхождения;
3) Продукты образующиеся в процессе превращений фосфоритов.
К первой группе минералов относятся кварц и полевые шпаты. В желваков фосфоритах кварца содержатся до 50-75%, размер зерен-0,15(0,5) мм.
Ко второй группе минералов относятся глауконит, кальцит, доломит халцедон, органическое вещество и некоторые радиоактивные минералы.
Глауконит (К, Na,) (Fe³⁺,Al, Mg)₂ (Si, Al)₄O₁₀ (OH)₂ содержится в платформенных фосфоритах, размер зерна от 0,01 до 0,5 мм.
Кальцит СаСО₃ пронизывает фосфатную массу платформенных фосфоритов цементируя вместе с фосфатом терригенные минералы.
Доломит MgCO_{3 *} СаСО₃ в рудах Каратау и Кызылкумов присутствует в виде тонкокристаллических зерен размером 0,01-0,5 мм образует основную массу цемента фосфате.
Халцедон SiO₂ содержится в пластовых фосфоритах в виде пыли размером в несколько микрометров или цемента, скрепляющего зерна фосфата.
Органическое вещество состоит из битумов, гуминовой кислоты и остаточного угля.
В небольших количествах содержатся пирит FeS₂, сидерит FeCO₃,шамозит
Fe²⁺, АlSi₃AlО₁₀(ОН)₆* nH₂O. Третья группа минералов представлена бурым железняком, гипсом, вторичными карбонатами кальция (кальцит, арагонит), апатитом, тремолитом и др. Химический состав фосфатных руд месторождений стран СНГ представлены в таблице- 1. При наличии в фосфоритах крупного кварца их обогащают методом избирательного измельчения. Мягкий фосфат легко измельчается, переходя в мелкозернистый продукт, а кварц концентрируется в крупнозернистом. Фосфатная часть отделяется от кварца грохочением. Метод опробован на рудах Полпинского и Кингисеппского месторождений, однако промышленного применения не нашел.
Промывка руд применяется для обогащения Желваковых фосфоритов. При промывке осуществляется дезинтегрирование глинистого материала, цементирующего желваки фосфата. Для промывки применяют бутары, скрубберы, корытные мойки, промывочные башни, классификаторы. Расход воды составляет от 1 до 6 м³ на 1 т руды.
Электромагнитная сепарация основана на различии магнитных свойств минералов. Для сепарации используют полиградиентные сепараторы обеспечивающие напряженность в рабочей зоне более 1,6*10⁶ А/м.
Работами С.Ф. Шинкоренко, В.Ескородского, Т.И. Кайтмазовой, выполненными в ГИГХСе, показана возможность удаления магнитной сепарацией глауконитов из пульпы, поступающей на флотацию, в результате возрастает извлечение Р₂О₅ в концентрате на 2% без снижения его качество. При электростатической сепарации используется способность минералов приобретать электрические заряды. В электростатическом поле при напряжении 60-90кв траектории падения частиц отклоняются у кварца в одну сторону, а у фосфата – в другую.