Краткий информационный обзор по технологической оценке и переработке графитсодержащих руд

1.5. Технологическая оценка графитовых руд с учетом их комплексного использования


Графит - полимер, сохраняющий механическую прочность до очень высоких температур. Ряд свойств графита определяется его специфическим строением. Вдоль базисных плоскостей прочность графита выше, чем у любого другого материала. Потенциальные возможности графита, как одного из самых прочных и термически стойких материалов, до сих пор полностью еще не использованы.
К графитовым рудам не установлено единых требований промышленности. Стандарты и технические условия разработаны только на графитовые концентраты. Основными критериями качества графита служат крупность, структура и содержание примесей.
Руды с явнокристаллическим графитом могут обогащаться и при содержании его 1-2%, руды со скрытокристаллическим графитом используются без обогащения при содержании в них более 20% графита.
Руды отечественных месторождений кристаллического графита характеризуются невысоким содержанием графитного углерода, поэтому обогащение их является определяющим фактором развития графитовой промышленности.
Основным методом обогащения графитовых руд является флотация. Исследования показали, что флотируемость графита изменяется в широких пределах: от хорошей (при наличии крупных выделений явнокристаллического графита) до очень плохой (у руд с высокодисперсными выделениями графита).
Исследованию методами флотации, минералого-петрографическим, химическим, термическим, рентгеноструктурным и спектральным были подвергнуты руды более 50 месторождений и проявлений графита стран СНГ, а также искусственные графиты. Исследованные в последнее время графитные руды Свердловской области изучались с учетом их полного и комплексного использования.
По технологическим свойствам все руды разделены на три основных типа: руды с явнокристаллическим, руды с явно- и скрытокристаллическим и руды со скрытокристаллическим графитом.
В рудах явнокристаллического типа графит преимущественно представлен чешуйками размером от 0,1 мм и более; содержание графитного углерода в руде составляет 0,7-6,0%.
В рудах с явно- и скрытокристаллическим графитом преобладает чешуйчатый и плотнокристаллический графит и в подчиненном количестве скрытокристаллический. Общее содержание углерода колеблется в пределах 0,5-12%, редко достигает 60% и более.
В скрытокристаллическом типе руд графит встречается в виде точечных выделений и мельчайших агрегатов размером 0,1-0,3 мм, преобладает распыленная разность. Содержание графита меняется в широких пределах – от незначительных до 90% и более.
Высокая естественная флотоактивность графита создается нейтральными поверхностями флотируемого материала.
Эти поверхности со слабыми нескомпенсированными связями образуются при раскрытии по спайности графитовых слоев.
Подобное раскрытие поверхностей может происходить при измельчении хорошо раскристаллизованного графита с большим размером базисных плоскостей. В таких графитах доля обнажившихся при измельчении краевых атомов с сильными нескомпенсированными связями незначительна. Это очень важно, поскольку краевые атомы вследствие большой ненасыщенностью являются активными центрами и энергично вступают во взаимодействие с кислородом внешней среды. Они образуют полярные кислородсодержащие комплексы, снижающие флотоактивность поверхности.
Поэтому флотационные свойства графита снижаются по мере уменьшения диаметра базисных плоскостей и увеличения доли краевых атомов на торцах углеродных сеток (что наблюдается у скрытокристаллических графитов).
По этой же причине явнокристаллическим графитам свойственна более низкая реакционная способность, они менее активны при окислительных процессах. Выгорание их происходит при более высоких температурах, чем скрытокристаллических графитов. Свежая поверхность явнокристаллических графитов после обычного измельчения плохо смачивается водой; они хорошо флотируются при небольшом расходе керосина (до 0,5 кг/т).
Скрытокристаллические графиты, состоящие из очень малых кристаллитов с небольшой величиной базисной плоскости, имеют повышенное количество активных краевых атомов. Это приводит к образованию большого числа полярных кислородсодержащих комплексов, которые способствуют повышению гидратации поверхности, снижению флотоактивности и увеличению расхода собирателя.
В качестве критерия дефектности структуры, особенностей строения и поверхностных свойств графита принимается его реакционная способность.
Для выявления реакционных свойств графита, определяющих его флотоактивность, разработаны следующие методы исследования:
-поинтервальное выжигание углерода в токе кислорода;
-определение относительного количества краевых атомов графита по результатам рентгеновского анализа;
-качественное определение активности графита по результатам термического анализа.
Зависимость, установленная между флотируемостью, горючестью и кристаллической структурой графита, позволяет использовать предложенные методы для ускоренной оценки качества графита и технологических свойств графитовых руд.
Метод поинтервального выжигания и данные термического (термовесового или дериватографического) анализа позволяют установить температурные интервалы окисления графитового вещества и тем самым его качество и технологические свойства.
Анализ поинтервального выгорания углерода выполняют на установке для определения общего содержания углерода по ГОСТ 2408-49.
Рентгеновский анализ графитов позволяет рассчитать размеры кристаллитов, степень графитации, относительное количество краевых атомов, выявить примеси в концентрате.
Разработанные способы изучения графитовых руд позволяют на пробах малого веса проводить технологическое изучение руды, а также технологическое картирование (по методу ВИМС) и выбирать перспективные участки графитового оруденения для дальнейшей разведки и изучения.
Как указывалось, для графитовых руд наиболее приемлем флотационный способ обогащения.
Степень обогащения после основной флотации руды достигает 20-40. Оптимальная крупность измельчения графитовой руды перед основной флотацией находится в пределах 0,5-0,01 мм или 50-60% класса -0,074 мм.
Особенностью схем флотации графита является периодическое доизмельчение пенных продуктов между перечистками. Доизмельчение служит одновременно и для раскрытия зерен графита, и для восстановления флотоактивности их поверхности.
С целью комплексного использования графитовой руды детальному изучению должны подвергаться отходы обогащения.
Их выход при переработке кристаллических графитовых: руд достигает 80% и более. Эти отходы могут служить ценным сырьем для огнеупорной, стекольной и керамической промышленности.
Оценка и последующее испытание отходов как перспективного нерудного сырья должны проводиться по ранее разработанным методикам А.К. Сидорова и М.А. Бухмана. В практике из хвостов обогащения графитовых руд Свердловской области путем флотации и магнитной сепарации (для удаления железосодержащих минералов и примесей) был получен кварцевый продукт – пылевидный кварц, отвечающий требованиям на маршалитовое сырье для литейного производства.