Основные свойства руд и пород Костомукшского месторождения.

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 3Следующая ⇒

Технологические и физико-механические свойства магнетитовых кварцитов и пустых пород (измельчаемость, буримость, обогатимость) и их взаимосвязь с вещественным составом отдельных разновидностей руд, были изучены на большом количестве проб. Установлено, что руда характеризуется весьма тонкой вкрапленностью рудных минералов, размеры зерен которых составляют в среднем 30-40 мкм. Минеральный состав сложный и не постоянный. Основным рудным минералом является магнетит, содержание которого в балансовых рудах колеблется от 17 до 41%. Содержание сульфидов, в основном представленных пирротином, изменяется от 0, 1 до 3%.

Железные руды представлены одним природным типом - магнетитовыми кварцитами, бедными, требующими обогащения. Содержание магнетита в рудах колеблется от 20 до 60%, в среднем 35-40%.

По соотношению амфиболов и биотитов различаются следующие разновидности магнетитовых кварцитов:

- щелочно-амфиболовые (рибекит-магнетитовые) - 42% от общего количества руды месторождения,

- биотит-магнетитовые - 26%,

- грюнерит-магнетитовые - 32%.

1.Щелочно-амфиболовые магнетитовые кварциты легкоизмельчаемы и легкообогатимы.

2. Грюнерит-магнетитовые кварциты трудно и среднеобогатимые, в них характерно присутствие пирротина, обуславливающего повышенное содержание серы в концентрате.

3. Биотит-магнетитовые кварциты по качеству и обогатимости являются промежуточными между двумя первыми разновидностями.

Это руды легкой и средней измельчаемости, средне-, легкообогатимые.

4. Забалансовые руды - грюнерит-магнетитовые кварциты с содержанием магнетитового железа 10-17%.

5. Руды зоны дезинтеграции, представлены слабо мартизированными, обохренными вплоть до рыхлевых продуктов изменения выше перечисленных типов железистых кварцитов. Руды измельчаемые, труднообогатимые,

По гранулометрическому составу все разновидности близки друг другу и характеризуются преобладанием зерен магнетита крупностью менее 0, 1 мм. Количество такого магнетита колеблется от 74% в щелочно-амфиболовых до 96, 6% в грюнерит-магнетитовых кварцитах.

В составе железных руд из вредных примесей содержится фосфор (0, 06-0, 08%) и сера (0, 18-0, 23%), причем более 60% серы связано с пирротином.

По результатам обогащения руды месторождения условно подразделены на три технологических сорта:

1 сорт - содержание железа в концентрате более 67%

2 сорт - от 63% до 67%

3 сорт - менее 63%

По содержанию серы в концентрате каждый технологический сорт подразделяется на малосернистый и высокосернистый (по критерию: содержание серы в концентрате менее или более 0, 5%).

Каждый технологический сорт объединяет различные минеральные разновидности, в которых соотношение рудных минералов не постоянно.

По содержанию магнетитового железа выделяются: бедные (Feмаг. < 23%), рядовые (23 – 27%) и богатые (Fe маг. > 27%) руды.

Породообразующие минералы составляют: кварц (10-57%), рибекит (5-27%), грюнерит (1-30%), биотит (2-18%).

Рудная масса крайне неоднородна и по физико-механическим свойствам (прочность 10-19 единиц по шкале Протодъяконова). Сумма этих факторов обуславливает трудную обогатимость руды.

Необходимость сохранения природного ландшафта и уникального качества воды в реках и озерах Карелии, предъявляет особые требования к охране окружающей среды.

Традиционная для такого типа сульфидсодержащих магнетитовых руд магнито-флотационная технология в этих условиях явилась бы неприемлемой и неэкономичной. Задача была решена применением системы управления качеством рудоподготовки путем усреднения руды по данным геолого-технологического картирования. При тщательном усреднении оказался возможным подбор режима термохимического обогащения, при котором сера сульфидных минералов достаточно полно выжигается в процессе обжига окатышей. В результате этого по чисто магнитной схеме обогащения с последующим окомкованием могут быть получены неофлюсованные окатыши со средним содержанием железа 65, 5% и, серы менее 0, 05% из сырья со средним содержанием 26, 45% железа и 0, 2% серы.

Костомукшское месторождение сложено комплексом переслаивающихся древних (верхнеархейских) кристаллических пород разного состава. Эти породы, перекрытые рыхлыми четвертичными отложениями, меняют свои свойства с глубиной. С точки зрения инженерной геологии выделено три основных комплекса пород:

1. Крепкие скальные породы, представленные железистыми кварцитами, гнейсами, интрузивными жильными породами.

d = 1000-1900 кг/см².

2. Измененные скальные породы средней крепости. Это сильно трещиноватые, интенсивно выветрелые гнейсы и кварциты (d до 1000 кг/см²).

3. Слабые породы, представленные разностями основной морены и сланцами (d до 500 кг/см²).

Сильно трещиноватые скальные породы распространяются на глубину до 100 м от поверхности. Глубже 100м залегают слабо трещиноватые невыветрелые скальные породы, обладающие высокой прочностью. Наибольшей прочностью отличаются геллефлинты, имеющие средний коэффциент по Протодьяконову 16, 7. Эти породы залегают в кровле основного рудного тела. Железистые кварциты также имеют высокую прочность, средний коэффицент их крепости равен 15, 1.

Меньшей прочностью характеризуются сланцы (кварц-амфибол биотитовые, амфибол-биотитовые, филлитовидные и др.). Коэффициент крепости этих пород составляет в среднем 4, 5-5, 0. Самыми слабыми породами являются тальк-хлоритовые сланцы

d = 100-230 кг/см²

Крайне неоднородный состав руд и пород месторождения как по технологическим, так и по физико-механическим свойствам, предопределил необходимость их пространственного оконтуривания и последующей шихтовки в системе рудник - обогатительная фабрика на основе геолого-технологического картирования. Геолого-технологическое картирование месторождения выполнено с нанесением на геологические разрезы природных разновидностей по основным породообразующим и рудным минералам, а также технологических сортов руд по обогатимости. Геометризация природных разновидностей в пространстве позволила установить их количественное соотношение в недрах: щелочно-амфиболо-магнетитовые кварциты - 42%, биотит-магнетитовые кварциты - 15%, грюнерит-магнетитовые кварциты 43%. К наиболее легкообогатимым могут быть отнесены две первые разновидности, обеспечивающие при конечной крупности 90% -0, 044 мм, содержание Fe в концентрате 65, 7% и выше.

К наиболее труднообогатимым - грюнерит-магнетитовые кварциты, которые отличаются пониженным содержанием Fе магн., высоким содержанием железистых силикатов (грюнерита) и биотита с тонкой вкрапленностыо магнетита (" магнитная слюдка" ), который увлекается в концентрат, ухудшая его качество. В результате, при обогащении грюнерит-магнетитовых кварцитов, наблюдается уменьшение выхода концентрата (на 10% против среднего выхода по первым двум разновидностям), снижение качества концентрата на 2%, соответственно снижается извлечение железа в концентрат до 66%.

Определено, что измельчаемость также ухудшается от рибекит-магнетитовых кварцитов к грюнерит-магнетитовым и малорудным (забалансовым) кварцитам. В этом же порядке возрастает содержание нерудных минералов в кварцитах - от 40 до 95%, что соответствует возрастанию средних значений временного сопротивления одноосному сжатию. Коэффициент сравнительной измельчаемости основных слагающих руду минералов составляет: рудных 0, 42, кварца- 0, 18, амфиболов и прочих - 0, 51. Наиболее трудно измельчается кварц. Если принять измельчаемость кварца за единицу, то по сравнению с ним магнетит измельчается в 2, 3 раза легче, а куммингтонит - в 2, 8 раза. Установлено, что слюдистые минералы (биотит, московит, серицит), входящие в состав кварцита и пустой породы, из-за особенности кристаллической решетки, легко расщепляются, а, попав между зернами других минералов в процессе измельчения, снижают коэффициент трения и увеличивают скольжение внутримельничной загрузки, ухудшая процесс измельчения: при увеличении содержания биотита в измельчаемом материале с 2 до 15% удельная производительность мельницы снижается с 0, 45 до 0, 22 кг/л час, т.е. в среднем на 0, 02 кг/л час на процент повышения содержания биотита.

Кварц-биотитовые, кварц-амфибол-биотитовые и филлитовидные сланцы, представляют собой породы темно-серого цвета полосчатой текстуры, гранолепидобластовой структуры с размером зерен полевых шпатов до 0, 2-0, 3 мм, кварца и слюд - до 0, 5мм. Содержание слюд составляет 14% объема породы, преобладает биотит.

Встречаются зерна роговой обманки и 0, 1-0, 2 мм. Из второстепенных минералов присутствуют карбонат, хлорит, эпидот, гематит. Наличие сланцевых прослоев в составе " Основной рудной залежи" (при их мощности порядка 10 м) определяет их попадание в рудную шихту в качестве разубоживающих пород. При измельчении смеси магнетитовых малорудных (забалансовых) кварцитов снижается скорость образования готового класса. Такая же картина наблюдается при измельчении кварцитов с пустыми породами, содержащими повышенное количество слюдистых минералов. В первом случае сказывается повышенная механическая прочность кварца, во втором -действие слюд, имеющих низкие значения коэффициента трения. Таким образом, вывод из шихты пустою породы будет способствовать улучшению измельчаемости железистых кварцитов.

Испытания показали, что раскрытие рудных зерен наступает только при весьма тонком измельчении материала, порядка 85-90% класса минус 0, 044 мм. Раскрытие же нерудных зерен происходит постепенно, начиная, примерно, с крупности минус 3 мм.

Содержание железа в немагнитной части руды зависит в меньшей степени от крупности измельчения материала и в большей — от категории разновидности руды.

При магнитной сепарации образуются флокулы, содержащие около 15% и выше тонкоизмельченных породообразующих минералов, для удаления которых требуется доводка другими методами, например, глубокая дешламация или применение ударных грохотов.

Результаты испытаний показали принципиальную правильность технологии, принятой в проекте Костомукшского ГОКа: три стадии измельчения до конечной крупности 95% класса -0, 044 мм, получение магнитной сепарацией концентрата с содержанием железа 65% и необходимость последующей доработки его (дешламация, тонкое грохочение) для получения 67-68% - го концентрата.

Одновременно было установлено, что пустая порода при измельчении образует больше тонких фракций, чем железистый кварцит, Это находит отражение в величине удельной поверхности, Так железистые кварциты, измельченные до 90% класса - 0, 004мм, имеют уд. поверхность 1400 - 1600 см²/г, пустые породы при этой же крупности 1800-2500 см²/г.

Поскольку расход энергии при измельчении прямо пропорционален вновь образованной поверхности, очевидно, что на измельчение пустых пород будет бесполезно расходоваться значительная часть общей энергии измельчения (пропорционально количеству пустых пород).

При исследовании влияния пустых пород на конечные показатели обогащения установлено, что примесь любой из них в количестве 5-7% сокращает выход концентрата на 2-3, 5% и уменьшает содержание железа в концентрате на 0, 5-1, 0%. Влияние пустых пород на качество конечного кoнцeнтpaтa проанализировано по результатам испытаний проб на полупромышленной установке по проектной схеме. Введение операции предконцентрации исходной руды (1 стадия ММС на сливе стержневой мельницы), позволяет выделить в голове процесса до 30% отвальных хвостов, т.е. 60% общего количества породы в исходной руде.

Содержание железа в промпродукте I стадии ММС увеличивается против исходной руды за счет повышения степени раскрытия магнетита, на 8-10% для всех минералогических разновидностей. Имеющиеся данные по обогатимости руд и пород Костомукшского месторождения, а также физико-механическим свойством, позволяют установить четкую контрастность отдельных разновидностей кварцитов и пустых пород. Установлена взаимосвязь между вещественным составом, прочностными показателями (временное сопротивление сжатию) и измельчаемостъю руд и пустых пород, которая изменяется в пределах 1, 2 - 2, 35 при отношении максимальных значений равном 1, 96. Соответствующее отношение максимальных значений буримости составляет 2, 1. На практике буримость руд может быть оценена по скорости бурения или по приведенным энергозатратам на бурение или достаточной степенью надежности использована для качественной оценки физико-механических свойств руд и пород в недрах.

Определено влияние пустых пород на измельчаемость и показатели обогащения. Вывод пустой породы позволяет улучшить измельчаемость железистых кварцитов в 1, 87 - 1, 96 раза и повысить содержите железа на 0, 5 - 1, 0.

Существенная зависимость показателей обогащения от вещественного состава руд и пород, измельчаемости предопределяют необходимость усреднения костомукшских кварцитов одновременно по этим двум компонентам. В случае необходимости измельчаемости может быть заменена показателем буримости.

Вещественный состав руды.

Костомукшские железистые кварциты характеризуются низким содержанием железа в руде, высокой крепостью (до 19 ед. по шкале Протодьяконова, по буримости XIV – XX класс) и тонким взаимным прорастаниям магнетита и минералов пустой породы. Индекс абразивности – 0, 32, индекс чистой работы дробления (индекс Бонда) составляет 13 .

Минеральный состав костомукшских кварцитов сложный и не постоянный. Основным рудным минералом является магнетит, содержание которого колеблется от 15% до 41%.

Магнетит характеризуется однородностью, чистотой, высоким содержанием железа и незначительным содержанием Mg и Al. Содержание железа в магнетите составляет 72, 4 %.

Сульфиды, в основном, представлены пиритом и пирротином, содержание которых изменяется в пределах от 0, 1% до 3, 0%, в среднем 1, 5–2, 0%. Пирротин наблюдается как моноклинный (магнитный) так и антимагнитный гексагональный в равных количествах.

Нерудные минералы в руде представлены достаточно широкой палитрой, в основном неблагоприятной для обогащения:

Кварц (10-57%), рибекит (5-27%), грюнерит (1-30%), биотит (2-18%). Характерна пылевидная вкрапленность магнетита во всех породных минералах особенно в биотите (" магнитная слюдка" ), которая увлекается в концентрат, ухудшая его качество и фильтруемость.

Общей чертой силикатов является их высокая железистость, низкая твердость и повышенное содержание щелочных металлов:

· рибекит Na₂Fe₃[Si₄O₁₁]2[OH_]2, Fe=21-29%, Na₂O=6, 6%

· грюнерит Fe₇[Si₄O₁₁]2[OH]₂, Fe=21-23%

· куммингтонит (MgFe)₇[Si₄O₁₁]2[OH]₂, Fe=30-31%

· биотит K(MgFe)₃[AlSi₃O₁₀][OH1F]₂, Fe=27, 6%, K₂O до 11, 4%

Твердость рибекита, грюнерита и куммингтонита 5–6 ед., биотита – 2–3 ед. по шкале Протодьяконова.

Существенная разница в прочностных свойствах наблюдается и у основного рудного минерала – магнетита и основного породного минерала – кварца (практически в 2 раза твердость кварца выше), что позволяет сделать вывод о целесообразности максимального удаления породы до измельчения и обогащения.

Определяющим фактором является состав пустой породы, содержание которой в руде составляет более 70%.

По основным породообразующим и рудным минералам кварциты месторождения разделяются на следующие природные разновидности: щелочно-амфиболо-магнетитовые кварциты — 42%, биотит-магнетитовые кварциты — 15%, грюнерит-магнетитовые кварциты — 43%. К наиболее легкообогатимым могут быть отнесены две первые разновидности, обеспечивающие при конечной крупности 90% -0, 044 мм содержание Fe в концентрате 67, 5% и выше. К наиболее труднообогатимым — грюнерит-магнетитовые кварциты, которые отличаются пониженным содержанием Feмагн., высоким содержанием пирротина, железистых силикатов (грюнерита) и биотита с тонкой вкрапленностью магнетита (" магнитная слюдка). В результате, при обогащении грюнерит-магнетитовых кварцитов наблюдается уменьшение выхода концентрата (на 10% против среднего выхода по первым двум разновидностям), снижение качества концентрата на 2%, и соответственно, снижается извлечение железа в концентрат до 66% (табл.1.1).

Требования к исходному сырью

Поступающая на ДОФ руда железная магнетитовая должна соответствовать СТП.

По химическому, гранулометрическому составам и технологическим свойствам железная магнетитовая руда, направляемая из карьера рудоуправления для последующего дробления, измельчения и обогащения на дробильно-обогатительную фабрику должна соответствовать требованиям, указанным в таблице (все показатели учитываются и контролируются в объемах 6-часового периода работы).

Наименование показателя	Норма	Метод испытания
Крупность руды, мм, не более		Прямой замер
Массовая доля железа магнетитового, за месяц	План	ГОСТ 16589-86
Допустимые отклонения по недельному планированию от плана месяца массовой доли железа магнетитового, %	±0, 5
Межпериодные колебания по железу магнетитовому, %	±1, 2
Массовая доля серы в руде в пределах, обеспечивающих массовую долю серы в концентрате в среднесменной пробе, не более, %	0, 5	ГОСТ 23581.20-81

⇐ Предыдущая 123 Следующая ⇒