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

Рис. 20.1 Флотация апатитовой руды на апатит-нефелиновой обогатительной фабрике
2. Фосфоритные руды, наряду с апатитовыми, являются основным сырьевым источникам фосфора. Наиболее крупные запасы их сосредоточены в России, Казахстане, Эстонии США и Марокко. Среднее содержание Р₂О₂ в рудах составляет около 13%, тогда как в США оно равно 15-32%, а в Марокко—29-34%
Фосфориты являются горной породой. Фосфатное вещество в них представлено соединением типа άСа₃(РО₄)₂ . βСаF₂х γ СаСО_3, содержащим 33-36% Р₂О₅. В желваковых фосфоритах оно цементирует (часто вмести с карбонатами, оксидами железа) отдельные конкреции ( размером до 5-10 см), состоящие из кварца, глауконита, глинистых и других не фосфатных минералов, и рассеянные во вмещающих породах (песке, глауконите, меле, глине, известняке и др.).
В зернистых и ракушечных фосфоритах, наоборот, фосфатизированным мелкие галечки и ракушки цементируются не фосфатным глинисто–железистым, силикатным или карбонатным цементом, В зависимости от характера последнего руды называют фосфоритным песчаником или фосфатизированным известняком.
В пластовых фосфоритах сплошная массивная порода фосфотизирована тонкими зернами фосфатного вещества с фосфатно-корбонатным и фосфатно-кремнистым цементом. Фосфориты состоят в основном из фосфата, карбонатов (кальцита, доломита) и халцедона. Глауконит встречается очень редко.
Кондиции на получаемые в результате обогащения фосфоритов концентраты зависят от характера их последующего использования. Концентраты, используемые для получения фосфоритной муки(в качестве удобрения на кислых почвах), должны содержать не менее 20—29% Р₂О₅ : для производства желтого фосфора –24-25) Р₂О₅ : для кислотной переработки (с получением суперфосфата нитрофоса, аммофоса и др.) –24-28% Р₂О_5, кальциевого- магниевых фосфатов –27-28% Р₂О₅ и термофосфатов-24-26% Р₂О₅
Фосфатные концентраты, поставляемые разными странами на международный рынок, имеют невысокие содержание вредных примесей (F₂O₅), Аl₂O_3, MgO, CO₂). Концентраты, с содержанием Р₂О₅ ниже 30% на фосфорную кислоту и минеральные следующие требования: Р₂О₅-до 31,1%, СаО-45%, Fe +Al-3,5%, MgO – 0,4%, нерастворимый остаток-10-15%.
3. Обжиг фосфоритовых руд осуществляется с целью решения одной или нескольких задач:
• термическое разложение карбонатов при температуре 950-1000 ⁰С в печах кипящего слоя с выделением углекислоты и образованием портландита МgО и извести СаО, которые удаляются в виде тонких шламов после гашения обожженной руды водой, оттирки и диспергирования продуктов гашения. Содержание Р₂О₅ в фосфатном материале возрастает при этом 33-35%:
• удаление (в результате разложения при температуре 300-350⁰ С) присутствующего в рудах органического вещества, затрудняющего химическую переработку фосфоритов из-за образования в реакторах устойчивой пены. Вследствие удаления органического вещества, углекислого газа и кристаллизационной воды повышается также содержания Р₂О₅ на 2-5%: возрастание хрупкости руды в 2-2,5 раза результате обжига увеличивает производительность мельниц и обеспечивает возможность более полного раскрытия сростков без увеличения выхода тонких классов. Дегидратация основных минералов и переход различных солей, в свою очередь, увеличивает скорость оседания тонких шламов в 2-2,5 раза и скорость их фильтрования в 4-6 раз:
• резкое уменьшение растворимости оксидов железа и алюминия в кислотах после обжига при температуре 900-1000⁰С, что позволяет значительно улучшить технологию химической переработки фосфоритов и снизить на 30% расход кислоты:
• возрастание флотируемости фосфата при ухудшении флотируемости минералов породы, что позволяет улучшить селективность процесса флотации и технологические показатели обогащения:
• увеличение магнитной восприимчивости глауконита и минералов железа, что обеспечивает возможность более эффективного их удаления магнитной сепарацией.
За рубежом обжиг фосфоритных руд применяют для доводки концентратов (например, во Флориде и Северной Каролине). Применение кальцинирующего обжига широко развито в Северной Африке.
Большое разнообразие типов и технологических особенностей, фосфоритных руд привело к многообразию технологий их переработки.
Химические методы, применяемые в сочетании с методами и операциями механического обогащения или взамен их для достижения более высоких показателей при обработке труднообогатимых руд, составляют специфическую область технологии минерального сырья - химическое обогащение.
Термодинамическая оценка физических свойств фосфорсодержащих минералов имеет существенное значение при химическом обогащении, т.е. при избирательном разложении или выщелачивание пустой породы руды.
Термодинамические сравнительная устойчивость химических соединений, в том числе минералов определяется соотношением энергий их образования (энергия Гиббса).
Величины ∆Н⁰ для кальцита и апатита соответственно равны –1188 и – 4110 кДж/моль, что определенно указывает на большую устойчивость апатита.
К химическому обогащению относят две группы различных по своему назначению процессов, которые органически связаны с общей технологической схемой.
Во-первых, это процессы избирательного растворения или химического превращения части входящих в состав руды минералов для отделения компонентов пустой породы, вредных примесей, а иногда и некоторых ценных элементов от ценных компонентов, остающихся в неизменной или химически несущественно измененной минеральной форме.
Во-вторых, к области химического обогащения относят химические процессы переработки упорных промежуточных продуктов обогащения и низкосортных концентратов, которые не могут быть эффективно доработаны механическими методами.