«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС»

Особенности современной технологической оценки кварцевых песков для стекольной промышленности

Современная технологическая оценка предполагает детальное изучение вещественного состава исследуемого минерально-сырьевого объекта с привлечением полного комплекса аналитических и оптических методов. Итогом технологической оценки является обоснование извлекаемой ценности минерального сырья и уровня неизбежных технологических потерь при его переработке на данном этапе развития науки, техники и технологии. Оба параметра функционально зависят от особенностей вещественного состава и контрастности технологических свойств разделяемых в процессе обогащения минеральных комплексов.

Перечень проб кварцевых песков, изученных ООО «НВП Центр-ЭСТАгео»

Методы переработки кварцевых песков
Классифицирующие:
- грохочение;
промывка;
- гидроциклонирование;
- обесшламливание.
Сепарационные:
- оттирка;
гравитация;
-магнитная сепарация.

Содержание железосодержащих минералов в кварцевых песках (а) и доля (% отн.) оксида железа, связанного с этими минералами (б)

1, 2 – обесшламливание и оттирка (гидроксиды железа, хлорит, пирит и другие переизмельченные минералы);
3 - выделение тяжелой фракции (свободные зерна ильменита, ставролита, турмалина, сростки кварца с вышеназванными минералами, зерна кварца с субмикроскопическими включениями пирита, гематита, магнетита);
4 – неудаляемая фаза
Доля удаляемой фазы железа (%) в технологических операциях:

Виды работ при технологической оценке кварцевых песков
Минералого-технологическая картирование месторождений.
Минералого-технологическое изучение технологических проб с обоснованием рациональной технологической схемы.
Разработка технологических регламентов.
Технологический аудит обогатительных фабрик.
Биотехнологическая оценка песков с разработкой технологии обезжелезнения песков непосредственно на месторождении.

Гидроксиды железа и глинисто-слюдисто-железистые агрегаты в кварце и на поверхности зерен кварца

Зерна кварца с налетами и корками гидроксидов железа на поверхности и в углублениях, единичный индивид гидроксида железа (коричневато-бурое внизу справа), пески «Йошкар-Ола»; изображение под стереомикроскопом
Полупрозрачные трещиноватые зерна кварца с включениями минералов железа и покрытого пленками гидроксидов железа, месторождение Сухобезводненское

Исходные пески, гидроксиды железа (коричневато-бурое) образуют каемки и развиваются по трещинкам в кварце, месторождение Сухобезводненское.
"Налипание" глинисто-слюдистых агрегатов, пропитанных гидроксидами железа, на зернах кварца, Секеринские пески.

Гидроксиды железа с гидрослюдами (красновато-бурое) в виде заливчиков в зерне кварца. В центре – зерно кварца в "рубашке" каолинита, месторождение Мураевня
Исходные пески. В центре – три зерна кварца, перекристаллизованного до вторичного кварцита и пропитанного гидроксидами железа. Отдельные зерна кварца покрыты пленками гидрослюд, пропитанных гидроксидами железа, месторождение Сухобезводненское.

а
б
Кварц, пропитанный гидроксидами железа, месторождение Мураевня
а – изображение в обратно-рассеянных электронах; б-в – изображения в характеристических излучениях отдельных элементов (б - железа, в - кремния).
в

"Конгломераты", состоящие из мелких зерен кварца, сцементированных
гидроксидами железа, месторождение Мураевня.

Нарост гидроксидов железа (светлое) на зерне кварца, месторождение Мураевня.
Срастание кварца (Spectrum 3) с гидроксидами железа (Spectrum 3) месторождение Мураевня. Изображение в обратно-рассеянных электронах. Брикет

"Конгломерат", состоящий из обломков кварца (Spectrum 3) и гидроксидов железа (Spectrum 1,2) в цементирующей массе. Изображение в обратно-рассеянных электронах.
Обломки кварц-полевошпатовых агрегатов, пропитанных гидроксидами железа (бурые в верхней части снимка), пески Йошкар-Ола

Включения в кварце железосодержащих породообразующих минералов

Мелкие включения гидробиотита (светло-коричневое) в кварце
Немагнитная фракция основной магнитной сепарации. В прозрачных зернах кварца включения темноцветных минералов (черное), вероятно, ставролита, месторождение Сухобезводненское

Включение кристалла эпидота (Spectrum 1) в кварце, месторождение Сухобезводненское.
Изображение в обратно-рассеянных электронах.
Включение турмалина (яркое) в кварце, месторождение Сухобезводненское. Изображение в обратно-рассеянных электронах.

Кварц с многочисленными включениями биотита (в центре), рядом справа – зерно дистена, зеленое – нонтронит, черное – ильменит, Секеринские пески:
Чешуйка биотита (светло-серая пластинка в центре рисунка) в зерне кварца, месторождение Мураевня

Вкрапления железистых сульфидов, магнетита и ильменита в кварце

Мелкие включения пирита (желтовато-розоватое) в кварце, голубоватое – гидроксид железа
Включение пирита (яркое желтое) в кварце

Включения ильменита (яркое) в кварце
Микровключения железосодержащих минералов, расположенные внутри и по периферии кварцевого зерна месторождение Сухобезводненское

Мелкое и субмикроскопические включения магнетита (яркое) в зернах кварца. Изображение в обратно-рассеянных электронах
Субмикроскопическая сыпь барита, пирита и гематита (белые мелкие точки) в кварце месторождение Сухобезводненское. Изображение в обратно-рассеянных электронах.

Зерно кварца (серое) в срастании с рутилом (Spectrum 1,2) и субмикроскопическими включениями оксидов железа (Spectrum 3, 5), месторождение Сухобезводненское. Изображение в обратно-рассеянных электронах. Аншлиф
Субмикроскопические выделения цепочкой расположенных кристаллов магнетита и гематита вдоль края зерна кварца, месторождение Сухобезводненское, изображение в обратно-рассеянных электронах

Включения зерен магнетита (яркое) в кварце, в том числе и по самому краю зерна, месторождение Сухобезводненское, изображение в обратно-рассеянных электронах
Включение пирита (яркое светлое) в кварце, месторождение Мураевня.

Включение пирита в кварце. Секеринские пески.
Кристалл пирротина в кварце, месторождение Мураевня, изображение в обратно-рассеянных электронах

Кристаллы магнетита в кварце. Изображение в обратно-рассеянных электронах, месторождение Мураевня
Зерно ильменита в кварце. Изображение в обратно-рассеянных электронах, месторождение Мураевня

Минеральный состав продуктов технологической переработки

а
Тяжелая фракция плотностью >4 г/см3 , состоящая из ильменита, пирита, рутила и циркона месторождение Сухобезводненское. Шлиф
а – изображение в проходящем свете, без анализатора, б – николи скрещены
ильменит, пирит – черные зерна, рутил – в скрещенных николях просвечивает темно-бордовым цветом, циркон – в скрещенных николях с яркими цветами интерференции
б

Электромагнитная фракция кварцевых песков. В продукте зерна кварца с многочисленными включениями магнетита, ставролит (коричневато-бурый), гранаты (розоватые) и единичное зерно ильменита (черное); пески Йошкар-Ола, изображение под стереомикроскопом
Тяжелая фракция кварцевых песков (плотность 2,9-4 г/см3)., состоящая из ставролита (серые зерна), турмалина (Spectrum 1), ильменита (яркие зерна), месторождение Сухобезводненское, изображение в обратно-рассеянных электронах. Аншлиф

Зерна кварца с включениями железосодержащих минералов, препарат после 2-х стадийной кавитационной обработки (электромагнитная фракция), месторождение Сухобезводненское
Электромагнитная фракция, состоящая из эпидота (верхний ряд), ильменита (средний ряд), ставролита (нижний ряд), месторождение Сухобезводненское

Химический состав исходной пробы песков, определенный химическим анализом, (%): SiO2 - 97,23, Fe2O3 – 0,2, Al2O3 – 0,32, TiO2 – 0,13.
Проба состоит в основном из кварца, представленного на 75-80% чистыми прозрачными и матовыми зернами, 5-7% - розовато-желтыми, пропитанными гидроксидами железа, 5-10% - трещиноватыми зернами с многочисленными примазками гидроксидов железа, 10 % - с примазками гидроксидов железа на поверхности зерен.
Основное количество железа сосредоточено в гидроксидах (35,42%) и связано с ильменитом и ильменорутилом (26,31%), в меньшей степени присутствует в магнетите (10,12%), ярозите (9,61%) и пирите (7,08%). С породообразующими минералами - ставролитом и гидробиотитом связано около 12% железа.
Большая часть минералов железа (ставролит, ильменит, титаномагнетит, гематит, ярозит) относится к тяжелой фракции и может быть удалена гравитацией. Железо, содержащееся в микротрещинах кварца, в занорышах и пустотах, микропленках, является трудноизвлекаемым и определяет содержание его в конечном продукте.
Часть железа сосредоточена в минералах, содержащих в той или иной степени железо, которые присутствуют в кварце в виде включений размером от 2 до 20 микрометров. К числу таких микровключений относятся пирит, пирротин, магнетит, гематит, биотит. Такие зерна кварца не извлекаются гравитацией, не удаляются оттиркой, не отражаются на величине магнитной восприимчивости кварца при малом количестве и определяют качество товарного продукта.
Основное количество алюминия сосредоточено в каолините, монтмориллоните, полевых шпатах и гидрослюдах.
Выводы по вещественному составу исходных песков

Сортовой состав кварцевых песков

Схема фазового анализа кварцевых песков

Фазовый анализ железа проводится для определения его доли, связанной со шламами, тяжелыми минералами и гидроксидными пленками. Все полученные продукты анализируются на железо.
Доля железа, связанного с гидроксидными пленками и железосодержащими минералами, определяется в продуктах оттирки песков. Количество железа,
связанного с тяжелыми минералами, устанавливается в продуктах гравитационного фракционирования
песков, выполненного с помощью тяжелых жидкостей.

Картирование месторождений кварцевых песков по результатам фазового анализа

Минералого-технологическое картирование представляет комплекс работ по изучению пространственной изменчивости вещественного состава, физико-механических и технологических свойств минерального сырья, осуществляемых на достаточном количестве малых технологических проб

Требования к выполнению минералого-технологического картирования:
обоснование числа представительных проб;
объективность технологической оценки минерального сырья по малым пробам;
сопоставимость технологических показателей по малым и большим пробам;
достоверность полученных зависимостей показателей обогащения от вещественного состава;
оптимальность объема выполненных работ (без излишеств и необоснованных сокращений).

Важнейшими условиями, обеспечивающими объективное выделение технологических типов и сортов и определение изменчивости их состава и свойств, являются:
- точная пространственная привязка проб;
- проведение исследований каждого типа по единым стандартным схемам и методикам.

Результирующие технологические карты наносились на планы и разрезы рудных месторождений по показателям содержания и извлечения ценного компонента.

Изолинии содержаний оксида железа в легких фракциях в пробах первого интервала (со вскрышей)

Изолинии содержаний оксида железа в легких фракциях в пробах первого интервала (без вскрыши)

Изолинии содержаний оксида железа
в легких фракциях в пробах второго интервала