Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Состояние вопроса и задачи исследования 12
1.1 Анализ горно-геологических, горнотехнических, и геоморфологических характеристик титаномагнетитовых и ильменитовых россыпных месторождений шельфа в Российской Федерации и за рубежом 12
1.2 Обзор современного состояния технологий и технических средств разработки твердых минеральных ресурсов месторождений шельфа 27
1.3 Анализ приоритетных направлений развития технологий и технических средств для промышленного освоения титан- и железосодержащих россыпных месторождений континентального шельфа в Российской Федерации и за рубежом 32
1.3.1 Обзор патентов 32
1.3.2 Обзор промышленных отечественных и зарубежных технологий 35
1.4 Проблемы, цель и задачи исследования 44
ГЛАВА 2 Исследование инновационных способов добычи титан- и железосодержащих рудных песков с применением устройства выемки магнитной фракции ...47
2.1 Исследование горно-геологической, горнотехнической, экол о го-экономической и климатической информации месторождения Проточное 47
2.2 Разработка кадастра гидролого-геологической, горнотехнологической и эколого-экономической информации месторождения Проточное 62
2.3 Экспериментальное исследование процессов магнитной выемки на примере магнетит-ильменитового месторождения Проточное 68
Выводы 102
ГЛАВА 3 Разработка опытно-промышленных методов и технологических схем обогащения рудного минерального сырья месторождений континентального шельфа 103
3.1 Теоретические основы обогащения титан- и
железосодержащих рудных песков 103
3.2 Исследование и разработка технологических схем обогащения рудных песков месторождения Проточное 114
3.2.1 Требования, предъявляемые к ильменитовым, магнетитовым и циркониевым концентратам 114
3.2.2 Выбор методов обогащения 115
3.2.3 Исследование процессов получения коллективного концентрата с использованием гравитационных способов обогащения 117
3.2.4 Исследование магнитоэлектрических методов обогащения при получении мономинеральных концентратов магнетита, ильменита, циркона 123
3.2.5 Обсуждение некоторых результатов. Разработка оптимальной технологической схемы обогащения рудных песков месторождения Проточное 137
3.3 Обоснование технологических параметров промышленного оборудования для получения коллективного концентрата рудных песков месторождения Проточное 145
Выводы 156
ГЛАВА 4
Экономическое обосновние применения устройств выемки магнитной фракции 157
4.1 База исходных данных укрупненного расчета ТЭО промышленного освоения месторождения Проточное 157
4.2 Укрупненное технико-экономическое обоснование промышленного освоения месторождения Проточное 161
Выводы 167
Заключение 168
Список использованных источников
- Обзор современного состояния технологий и технических средств разработки твердых минеральных ресурсов месторождений шельфа
- Разработка кадастра гидролого-геологической, горнотехнологической и эколого-экономической информации месторождения Проточное
- Требования, предъявляемые к ильменитовым, магнетитовым и циркониевым концентратам
- Укрупненное технико-экономическое обоснование промышленного освоения месторождения Проточное
Введение к работе
Актуальность исследования. По данным Центрального научно-исследовательского геолого-разведочного института "ЦНИ ГРИ" (г. Москва), титановое и циркониевое минеральное сырье в настоящее время завозится в Россию из-за рубежа. Между тем потребность в нем с каждым годом возрастает. В настоящее время лидер отечественной титановой промышленности ОАО "Корпорация "ВСМПО-АВИСМА", которая в 2004 г. имела 32 % мирового рынка по производству губчатого титана, полностью покрывает свои потребности в сырье за счет иностранных источников.
В свою очередь, Российская Федерация обладает большими запасами титан-и железосодержащего минерального сырья, представленного как коренными, так и россыпными месторождениями. Большую перспективу промышленного освоения представляют прибрежно-шельфовые магнетит-ильменитовые и титаномагнетито-вые россыпи, по причине больших запасов и благоприятных горно-технических условий, обеспечивающих их быстрый ввод в промышленную эксплуатацию (небольшие объемы горно-подготовительных работ, по сравнению с коренными месторождениями).
Однако специфика горно-технических, а также геолого-гидрологических условий россыпных месторождений континентального шельфа обуславливает жесткие экологические требования к технологиям и техническим средствам их промышленного освоения. Таким образом, научное обоснование технологических параметров добычи и обогащения титан- и железосодержащих рудных песков (ТЖРП) месторождений континентального шельфа, обеспечивающих экологически безопасную, экономически эффективную разработку, является актуальной научной задачей, решение которой представляет большое практическое и научное значение.
На сегодняшний день промышленная добыча минерализованных песков осуществляется в основном в сухопутной (пляжевой) зоне шельфа. Для разработки используются земснаряды либо драги на плавучем основании с гидравлическим, либо механическим рыхлением. Ведется сплошная выемка горной массы. Описанные выше технические средства, используемые для отработки рудных песков,
предназначены для работы в закрытых акваториях и мало пригодны для морских условий работы.
Традиционным способам, применяемым в настоящее время для промышленной разработки шельфовых россыпных месторождений, присущи следующие недостатки: зависимость от погодных условий; необходимость извлечения на поверхность всего объема горной массы; загрязнение окружающей среды. Поэтому, перспективными являются технологии, обеспечивающие экологически безопасную, экономически эффективную разработку месторождения с высокой производительностью и стабильностью добычного процесса.
Основоположниками отечественных исследований подводной разработки полезных ископаемых являются Г. А. Нурок, В. В. Ржевский, В. Б. Добрецов. Широко известны работы Московского горного института, ВНИИПрозолото, Московского геологоразведочном института им. С. Орджоникдзе, Института горного дела им. А. А. Скочинского, ЦНИИ им, Крылова, Санкт-Петербургского государственного горного института, Института горного дела ДВО РАН.
Исследования в области применения альтернативных технологий разработки титан- и железосодержащих россыпей со дна морей и океанов проводились как в нашей стране, так и за рубежом. Были выполнены натурные и опытно-промышленные испытания для устройств, использующих принцип придонного обогащения при извлечении магнитной фракции из тела россыпи. Результаты данных исследований подтверждают целесообразность использования данной технологии.
Однако, разработка и внедрение устройств магнитной выемки, сдерживается недостаточной изученностью процессов извлечения в зависимости от конкретных горно-геологических условий разрабатываемой россыпи. Также, слабо изучены технологические и режимные параметры работы устройств магнитной выемки, что не позволяет обосновывать конструктивные и технические характеристики при проектировании опытно промышленных и промышленных образцов, В частности, недостаточно изучено влияние напряженности магнитного поля на показатели извлечения и качества получаемого промпродукта. Не определены режимы, обеспечивающие оптимальные процессы придонного обогащения при разработке слож-
ных россыпей (содержащих как магнетит, так и ильменит). Соответственно, не определена экономическая эффективность от внедрения и использования описанной технологии при добыче и обогащении титан- и железосодержащих рудных песков. Актуальной задачей, имеющей важное научное и прикладное значение
является разработка технологий добычи и обогащения титан- и железосодержащих рудных песков континентального шельфа, с использованием принципов придонного обогащения, обеспечивающих экологически безопасное и экономически эффективное промышленное освоение данных месторождений.
Целью данной работы является разработка технологических схем и технических средств промышленного освоения ТЖРП континентального шельфа дальневосточных морей.
Идея работы - определить технические и технологические параметры устройств и аппаратов для промышленного освоения ТЖРП континентального шельфа, позволяющих экологически безопасно и экономически эффективно их разрабатывать.
Для достижения поставленной цели были поставлены следующие задачи:
Изучить горно-геологические и горно-технические условия, а также климатическую характеристику прибрежно-шельфового магнетит-ильменитового месторождения Проточное Хасанский район Приморского края. Применительно к условиям месторождения Проточное, разработать кадастр минеральных ресурсов, позволяющий обосновать требования к способам и техническим средствам добычи и обогащения рудных песков.
Обосновать технологические параметры промышленного освоения при-брежно-шельфовых месторождений ТЖРП с использованием устройств выемки магнитной фракции. Определить зависимости качества и извлечения ТЖРП от режимных и технологических параметров работы устройств.
Изучить и определить оптимальные режимные параметры обогащения ТЖРП месторождения Проточное. Разработать математическую модель получения коллективного концентрата по схеме, обеспечивающей полноту извлечения и высокое качество концентрата.
Определить экономическую эффективность предлагаемых к использо-
ванию альтернативных технологий и технических средств промышленного освоения титан- и железосодержащих россыпных шельфовых месторождений.
Объектом исследования являются инновационные технологии и технические средства добычи и обогащения твердых минеральных ресурсов месторождений шельфа дальневосточных морей.
Предметом исследования являются режимные и эксплуатационные параметры технологий и технических средств добычи и обогащения твердых минеральных ресурсов месторождений шельфа.
Методы исследований. Исследования выполнены на основе анализа литературных и научно-исследовательских источников, патентных исследований, теории планирования экспериментов, технологического проектирования альтернативных вариантов выемки магнитной рудной фракции, структурного проектирования технологических схем обогащения титан- и железосодержащих песков, математического и компьютерного моделирования технологических схем получения коллективного концентрата.
Материал исследования (источники и их характеристика).
Материалом для проведения исследований служили как уже имеющаяся теоретическая и практическая информация, представленная в виде монографий, научных статей, патентов, научных отчетов исследовательских организаций, технических отчетов зарубежных компаний, занимающихся разработкой ТЖРП, так и данные, полученные в ходе выполненного исследования, в виде результатов геологической экспедиции, проводимых экспериментов, математического моделирования, данные гранулометрического, минералогического, химического, фазового, и др. анализов. Исследования осуществлялись с использованием лабораторного и измерительного оборудования ГИ ДВО РАН, Приморской поисково-съемочной экспедиции, ЗАО ТХК БОР", ООО "ЮНИКОМ".
Для тематического патентного поиска использовалась база данных ГПНТБ. Для обзора состояния изучаемого вопроса использовались реферативные журналы ВИНИТИ, периодические отечественные и зарубежные издания ("Тихоокеанская геология", "Титан", "Горный журнал", "Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых", "Маркшейдерия и недропользование", "Mining Journal and
Mining Magazine"), информационно-аналитические обзоры ИАЦ ООО «ИНФО-МЕТГЕО». Также, для получения технической информации, использовались официальные Интернет-сайты компаний - разработчиков месторождений ТЖРП. Защищаемые научные положения
1. Системное представление гидролого-геологических, геоморфологических,
лито-динамических, экологических и физико-технических характеристик магне-
тит-ильменитового прибрежно-шельфового месторождения Проточное в виде раз
работанного кадастра, являющегося руководящим техническим материалом
(РТМ), для проектирования и конструирования технических средств и технологий
добычи и обогащения рудных песков.
Модель экспериментальных исследований, принципиальная схема испытательного стенда, режимы регулирования электромагнитных характеристик технологических процессов выемки магнитной фракции из рудных песков; теоретические и практические результаты проведенных исследований, позволяющие обосновать оптимальные режимы разработки титан- и железосодержащих рудных песков шельфовых месторождений.
Методы и технологические схемы обогащения титан- и железосодержащих россыпных месторождений континентального шельфа на основе изучения физико-технических и вещественных характеристик рудных песков.
Научная новизна проведенных исследований состоит в том, что: разработана система гидролого-геологических, горно-технических, лито-динамических, климатических и эколого-экономических параметров месторождения Проточное, позволяющая обосновать целесообразность применения альтернативных способов разработки прибрежно-шельфовых титан- и железосодержащих россыпных месторождений;
экспериментально определены технологические режимы и конструктивные параметры устройств выемки магнитной фракции, позволяющие рассчитать оптимальные показатели извлечения и качества получаемого промпродук-та;
получены экспериментальные зависимости извлечения и качества получаемого промпродукта (магнетит + ильменит) для устройства выемки магнит-
ной фракции в виде функций режимных параметров работы устройства. Выявленные закономерности позволяют моделировать и исследовать процесс извлечения магнитной фракции при различных технологических режимах работы устройства выемки магнитной фракции;
- разработана математическая модель, описывающая процесс получения коллективного концентрата и позволяющая оценить влияние альтернативного способа разработки россыпи, с использованием устройства выемки магнитной фракции, на процессы обогащения.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается: использованием усредненной технологической пробы, отобранной в соответствии с нормами, предъявляемыми к методике технологической оценки месторождений полезных ископаемых; удовлетворительной сходимостью результатов теоретических расчетов и экспериментальных исследований (стандартная ошибка для показателей извлечения и содержания минералов не превышает 7,09 %); корректностью применения методов математического моделирования и математического анализа эмпирически полученных данных.
Научное значение работы заключается в разработке и обосновании режимных и конструктивных параметров устройств добычи магнитной фракции, использующих принцип придонного обогащения, с учетом минерального состава разрабатываемой россыпи.
Практическое значение работы заключается: в разработке кадастра магнетит-ил ьменитового месторождения Проточное; в обосновании технологических параметров устройств добычи и обогащения ТЖРП месторождения Проточное с применением инновационных, экологически безопасных технологий; в обосновании и подборе обогатительного оборудования в зависимости от способа разработки и производительности; в определении экономического эффекта от применения альтернативных способов разработки месторождения Проточное.
Личный вклад автора в разработку научных результатов, вынесенных на защиту, состоит в постановке задач научного исследования; организации и
s 10'
проведении укрупненной технологической оценки месторождения Проточное; постановке и проведении экспериментов. Автором получены, проанализированы и обобщены результаты теоретических и экспериментальных исследований, которые легли в основу предлагаемых технологических схем и устройств добычи и обогащения ТЖРП месторождений континентального шельфа дальневосточных морей.
Реализация результатов работы. Результаты исследований в виде технологических схем добычи и обогащения ТЖРП месторождения Проточное приняты Центральной заводской лабораторией ЗАО «ГХК БОР» для обоснования диверсификации производства и разработки ТЭО получения новых видов продукции, в частности диборида титана, диборида циркония, ферробора. Технологические схемы добычи и обогащения ТЖРП рассмотрены техническим советом компании «Долина-В», ведущей разработку ильменитового месторождения Ариадненское, и приняты для реализации.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались на 3-й и 4-й международных научных конференциях «Проблемы освоения георесурсов Российского Дальнего Востока и стран АТР (22-25 сентября 2004 г., 20-23 сентября 2006 г., Владивосток), 1-й и 2-й международных практических конференциях "Исследования, разработка и применение высоких технологий в промышленности" (СПбПУ, 2005, 2006 гг.), научно-технической конференции «Вологдинские чтения» (ДВГТУ, 2005 г.), конкурсах инновационных проектов по программе «СТАРТ» Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере (2004, 2005,2006 гг.).
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 8 отечественных печатных научных работах, в том числе 3 в соавторстве, а также 1 в иностранном издании (в соавторстве). Общий объем публикаций автора 2 п. л.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из двух томов. 1-й том состоит из введения, 4 глав и заключения, изложенных на 179 страницах машинописного текста, содержит 40 рисунков, 32 таблицы, библиографический список использованной литературы состоит из 110 наименований. 2-й том содержит 6 приложений, изложенных на 67 страницах.
Обзор современного состояния технологий и технических средств разработки твердых минеральных ресурсов месторождений шельфа
В настоящее время около тридцати стран мира осуществляют пробную или промышленную добычу полезных ископаемых дна акватории. В ряде стран такие горные работы ведутся не один десяток лет и имеют весьма большой удельный вес в общем объеме работ.
Автор согласен с мнением Добрецова В. Б. [23], который выделяет две основные причины, предопределяющие возникновение и совершенствование подводной добычи полезных ископаемых. Первая заключается в том, что технический прогресс во всех областях техники, включая и горную промышленность, в настоящее время может гарантировать более экономичную в значительном ряде случаев подводную добычу полезных ископаемых, по сравнению с материковой. Причиной тому является более низкие капитальные затраты на подготовительные работы. Также исключаются из технологического цикла буровзрывные работы, дробление и некоторые другие операции, что приводит к снижению себестоимости добываемых полезных ископаемых. Вторая причина - практически полное отсутствие полезных ископаемых или недостаточное их количество на материковой части некоторых стран при значительных запасах в шельфовоЙ зоне.
Основоположниками отечественных исследований вопросов освоения минеральных ресурсов морей и океанов являются Г. А. Нурок, В. В. Ржевский, В. Н. Костин, Ю. В. Бруякин, 10. Б. Бубис, Л. Н. Молочников, К. В. Яблоков, А. Д. Богатое, В. И. Богоявленский. Широко известны работы Московского горного института, ныне университета, посвященные подводной разработке место рождений полезных ископаемых, проводившиеся под руководством В. В. Ржевского, Г. А. Нурока. Также велись работы и в институте ВНИИПрозолото (Г. М. Лезгинцев, С. Ю. Истошин, Е. А. Контарь и др.), Московском геологоразведочном институте им. С. Орджоникдзе (работы, возглавляемы А. Е. Смолдыре-вым), Институте горного дела им, А. А. Скочинского, ЦНИИ им. Крылова. Работы по исследованию гидрофизических методов разработки россыпей шельфа проводились в Санкт-Петербургском государственном горном институте под руководством Добрецова В. Б. Исследование вопросов промышленного освоения шельфовых месторождений проводились в ИГД ДВО РАН. Широко известны работы, посвященные промышленному освоению титаномагнетитов шельфа дальневосточных морей А. В. Жукова, Г. И. Секисова, В. И. Папулова, В. А. Кутолина, Б. И. Вачаева, В. А. Резниченко, И. А. Карязина. А. И. Меньшикова, М. И. Звонарева и др.
В настоящее время ведется активная разработка шельфовых месторождений россыпей олова, золота и платины, железосодержащих минералов, титана и циркония. Промышленная разработка ведется в следующих странах и регионах; Австралия (фосфаты, циркон, рутил, ильменит, железосодержащие рудные пески); Аргентина (рутил, циркон, ильменит); Африка, ЮАР (циркон, рутил, ильменит); Бразилия (циркон, рутил, ильменит); Великобритания (олово, арагонит); Гватемала (ильменит, рутил, циркон); Тайвань (циркон, ильменит, рутил); Таиланд (олово); Филиппины (олово, титан, магнетит); Япония (россыпные железные руды, титаномагнетит); Индонезия (ильменит); Индия (ильменит, рутил, циркон); Канада (магнетит, марганцевые конкреции); США (золото, платина, титаномагнетит, циркон, ильменит, рутил). [4, 5,7, 9,24, 25, 84 - 97].
Отечественными предприятиями и компаниями в настоящее время не ведется промышленной разработки шельфовых месторождений рудных песков. В связи с экономическими и политическим кризисами 90-х годов, работа отечественных ученых, начатая в 60-х и продолжавшаяся вплоть до конца 80-х годов, по исследованию и разработке технологий добычи полезных ископаемых со дна морей и океанов была практически остановлена. Но в указанный период были достигнуты значительные научные и практические результаты. Разработаны теоретические основы проектирования и морских горно-добычных предприятий, выполнена классификация и общая компоновка морских технических средств подводной выемки и транспортирования породы, выполнен ряд НИР и ОКР, результатом которых явились технологическое оборудования для подводной добычи (надводные и выносные морские земснаряды, грунтовые насосы, породозаборные устройства, подводные экскаваторы, черпаковые земснаряды, морские драги и др.). Также были проведены опытные работы по подводной добыче твердых полезных ископаемых на Балтийском, Японском, Охотском морях. Проведена опытно-промышленная эксплуатация плавучих горнообогатительных комплексов и плавучих обогатительных фабрик. Разработано специальное оборудование для обогащения в морских условиях, а также разработаны технические средства, позволяющие вести придонное обогащение полезных ископаемых [26].
Согласно кадастра твердых минеральных ресурсов [27, 31], разработанного проф. Жуковым А. В. для шельфа дальневосточных и арктических морей, данные месторождения подразделяются на следующие участки (зоны): сухопутная (пляжная) зона; волноприбойная (до глубины 20 м) и шельфовая (до глубины 50 м). Естественно, что одно и то же месторождение может быть представлено как всеми тремя, так и какой-либо одной или двумя из вышеперечисленных зон. Технология и технические средства разработки сухопутной (пляжной) зоны шельфовых месторождений ничем не отличаются от традиционно используемых при разработке материковых россыпей. В табл. 5 представлена классификация механизмов для подводной добычи на основе энергии, используемой для отделения горной массы от забоя [23]. Эта классификация применима для технологий и технических средств, предназначенных для разработки волноприбойной и шельфовой зон россыпных месторождений континентального шельфа.
Разработка кадастра гидролого-геологической, горнотехнологической и эколого-экономической информации месторождения Проточное
Ориентировочные запасы железа (с учетом коэффициента 0,7) 1000000 т. Вероятностные запасы железа с учетом проведенной магнитной разведки (выявлены на аккумулятивной равнине две аномальные зоны шириной 500 м и 1000 м, а также на подводном склоне три зоны шириной до 300 м, параллельных современному пляжу), могут составить 8 млн. т.
До настоящего времени детальной геологической разведки, с целью определения промышленных запасов магнетита, ильменита и циркона месторождения Проточное не производилось. Химический анализ частных проб, показывающий наличие Ре20з(общ) и представленный в отчете [2] позволяет с высокой достоверностью определить запасы железа, но в каких минералах и в каком количестве оно представлено, в данном источнике не указано. В этом же отчете [2, стр. 203-204] приводится минеральный анализ усредненной пробы (13,5 % ильменита, 11 % магнетита), полученной путем перемешивания частных проб, отобранных из скважины № 2 буровой линии № 70 и скважины № 2 буровой линии № 1. Очевидно, что данная проба не представительна и этих данных не достаточно для определения запасов магнетита и ильменита.
Согласно данным Геологического института и Института химии ДВО РАН [3, стр. 23], занимавшихся изучением данных песков в 1975 г., содержание ильменита в пробах колеблется от 26,4 до 31,9 %, магнетита от 26,3 до 36,2 %, циркона до 1,5 %. Но данные пробы также не являются представительными, т. к. отбирались в одной точке месторождения "на пляже после шторма" [3, стр. 10].
Из вышеуказанного видно, что вопрос определения запасов титаномагнетитового сырья месторождения Проточное остается открытым. В данной работе автором была предпринята попытка уточнения ранее полученных данных геологической разведки и технологической оценки рудных песков месторождения Проточное,
Исходя из полученных данных по вещественному составу песков россыпи (см. прил. 1, табл. 52) было определено среднее содержание минералов месторождения Проточное: Магнетит-0,87%; Ильменит-0,60%; Циркон - 0,03 %.
Согласно отчета [2] разведанный запас горной массы от устья реки Ту-манган до буровой линии 96 составляет 20958800 м3, при объемном весе 1,6 т/м разведанный объем составляет порядка 33 млн. т рудных песков. С учетом проведенной магниторазведки, за счет прироста, как в сухопутной части месторождения, так и в шельфовой (до 20 м изобаты, 300 м параллельно береговой линии) прогнозные запасы могут составлять порядка 72,8 млн. т рудных песков. В пересчете на минералы прогнозный сырьевой потенциал месторождения Проточное составляет; Магнетита 2 334 тыс. т; Ильменита- 1 610 тыс. т; Циркона - 80,5 тыс, т. Согласно ценам на 2-й квартал 2005 г. на концентраты магнетита, ильменита, циркона стоимостная оценка месторождения Проточное составляет: Магнетита - 2 334 тыс. т 56 USD/т = 130 704 тыс. долл. США; Ильменита- 1 610 тыс. т 90 USD/т = 144 900 тыс. долл. США; Циркона - 80,5 тыс. т 450 USD/т = 36 225 тыс. долл. США. Итого порядка 310 млн. долл. США. Если же опираться на результаты минералогического анализа усредненной пробы отобранной по буровым линиям 70 и 1 [2, стр. 203-204], то прогнозные запасы месторождения Проточное, только в береговой части могут составить: Магнетита - 33 534 080 т 11 % 3 688 тыс. т; Ильменита - 33 534 080 т 13,5 % 4 527 тыс. т; В пересчете в денежный эквивалент по ценам на 2-й кв. 2005 г.: Магнетита - 3 688 тыс. т - 56 USD/т = 206 528 тыс, долл. США; Ильменита - 4 527 тыс. т 90 USD/т = 407 430 тыс. долл. США; Итого 613 млн. долл. США.
С учетом шельфа, прогнозные запасы месторождения Проточное могут увеличиться до десятков млн. т ильменита и магнетита.
Можно заметить, что приведенные данные различных источников достаточно противоречивы, например, согласно результатам минералогического анализа проб, отобранных нами в 2004 г., (см. прил. 1, табл. 52) содержание полезных минералов в пробах значительно меньше содержаний указанных Л. Б, Хершбергом в 1970 г. [2].
Следует отметить, что приведенные расчеты характеризуют прогнозные запасы месторождения (минерально-сырьевой потенциал) и по своей низкой представительности не могут использоваться для промышленной оценки. Только детальные геологоразведочные работы позволят определить промышленные запасы месторождения, при этом плотность разведочной сети должна обеспечивать получение надежных данных об основных горно-геологических особенностях данного месторождения.
Следует отметить, что месторождение Проточное граничит с Дальневосточным морским заповедником. Преобладающее морское течение в ССВ направлении вдоль побережья обуславливает неприемлемость ведения горных работ в данном районе традиционными способами (морскими драгами, землесосами). Таким образом, при обосновании технологий и технических средств разработки, необходимо учитывать особенность расположения данного месторождения.
Анализ горно-геологической, горно-технологической, экологической характеристики месторождения Проточное, результаты укрупненного расчета запасов на основании уточненных данных, полученных в ходе геологической экспедиции, а также, климатическая характеристика района месторождения (см. прил. 6), позволяют разработать кадастр данного месторождения.
Требования, предъявляемые к ильменитовым, магнетитовым и циркониевым концентратам
В результате первичного обогащения руд и россыпей редких металлов обычно получают коллективные гравитационные либо флотационные концентраты, которые необходимо разделять на отдельные мономинеральные концентраты, удовлетворяющие по кондициям требованиям промышленности.
При обогащении титаноциркониевых и других типов россыпных месторождений обычно получают гравитационные коллективные концентраты, содержащие от 60 до 90 % суммы всех тяжелых минералов (ильменит, рутил, циркон, монацит, гранат, ставролит и др.) при извлечении их от 85 до 98 % [69].
Разделение коллективных гравитационных концентратов на мономинеральные и доводка их до кондиций достигается применением комбинированных схем обогащения, включающих магнитную и электростатическую сепарацию, иногда флотацию, флотогравитацию и обогащение в тяжелых суспензиях. Часто в схемы доводки включают концентрацию на столах, винтовых сепараторах, отсадку [64, 69,62].
Применяя комбинированные методы обогащения, можно получить мономинеральные концентраты высокого качества. В зависимости от состава минералов месторождения, можно заранее определить, по какой граничной плотности целесообразнее осуществлять первичное обогащение с тем, чтобы получить максимальное извлечение ценных компонентов в концентрат, удалив основную массу пустой породы в отвал. Магнитные и электрические свойства минералов должны быть учтены при выборе технологической схемы доводки первичных (черновых) концентратов с целью получения высококачественных мономинеральных концентратов.
При разделении коллективных концентратов применяют три принципиально различных типа схем.
1. Схемы, при которых в начале процесса применяют магнитную сепарацию. Такие схемы имеют преимущества в том случае, когда в коллективном концентрате содержится много магнитных минералов (магнетита, ильменита, и др.) которые сразу удалятся из процесса. Например, по таким схемам работают ряд титаноцир-кониевых доводочных фабрик компаний RZM Cable Sands Group (Австралия) [4], Richard Bay Minerals (ЮАР) [5].
2. Схемы, предусматривающие в начале процесса электростатическую сепарацию, применяются в том случае, когда в концентратах содержится большое количество циркона и других, не проводящих электричество минералов. В этом случае электрическое обогащение более выгодно, т. к. меньше расходуется электроэнергии. Благодаря тому, что основная часть непроводников удаляется перед магнитной сепарацией, улучшается эффективность работы сепараторов и извлечение магнитных минералов. Такая схема используется для переработки титаноцирко-ниевых песков месторождения Green Cove Springs, компанией PGC Mineral Sands (США, Флорида) [9] а также компанией Consolidated Rutile Limited (Австралия).
3. Комбинированные схемы, сочетающие процессы флотации магнитного и электрического обогащения (иногда гравитации). При разделении мелкозернистых концентратов, содержащих очень тонкие зерна ценных минералов, применяют се-лективігую флотацию или флотацию в сочетании с магнитной или электростатической сепарацией.
Перед разделением коллективного концентрата магнитной и электрической сепарацией большинство фабрик производят его сушку. Перед сушкой концентрат обезвоживают в классификаторах, циклонах или Песковых конусах, укладывают в кучи для дренажа [69].
На ряде месторождений циркон и рутил обладают слабыми магнитными свойствами благодаря наличию железосодержащих пленок или включений, что затрудняет процессы сепарации. Для удаления железистых и солевых пленок иногда применяют оттирку материала в плотной пульпе, растворах серной кислоты или щелочи. Например, на доводочной фабрике месторождения Green Cove Springs коллективный концентрат перед процессами электростатической и электромагнитной сепарации подвергают оттирке в растворе NaOH [9],
Также, для улучшения процессов магнитной и электрической сепарации титан- и железосодержащих рудных песков применяется обжигомагнитный метод.
Восстановительный обжиг черновых ильменитовых концентратов проводят при 1000 С в течение 4 ч, применяя в качестве восстановителя водород или окись углерода. Окислы железа, содержащиеся в ильмените, частично восстанавливаются до металлического железа, что придает ильмениту ферромагнитные свойства и он наравне с магнетитом может быть выделен на мокром магнитном сепараторе в магнитную фракцию при слабой напряженности магнитного поля. После восстановительного обжига магнитная восприимчивость ильменита возрастает в 80 - 330 раз [69]. Ценность обжигмагнитного метода в том, что он позволяет успешно отделять ильменит от хрома, т. к. минерал хромит в отличие от ильменита при обжиге не изменяет свои слабомагнитные свойства и в слабомагнитном поле выделяется в хвосты.
Укрупненное технико-экономическое обоснование промышленного освоения месторождения Проточное
В соответствии с проведенной оценкой минерально-сырьевого потенциала Проточного ильменитового месторождения (см. п. 2.2), а также на основании рекомендуемой технологи обогащения (рис. 39), было разработана технологическая схема обогащения рудных песков месторождения Проточное (рис. 40).
При разработке технологической схемы получения коллективного концентрата нами были учтены результаты проведенного лабораторного опробования процессов гравитационной сепарации. Разработанная схема (рис. 40) получения коллективного концентрата соответствует рекомендуемой схеме обогащения титан- и железосодержащих рудных песков (рис. 39), полученной на основании результатов лабораторных испытаний. Как видно из схемы (рис. 40) процесс получения коллективного концентрата делится на два этапа: 1-й этап -первичное обогащение рудных песков; 2-й этап - перечистка коллективного концентрата первого этапа.
По режимам работы этапы существенно отличаются друг от друга. На первом этапе основной задачей (целевой функцией) является достижение максимального извлечения рудных минералов в концентрат с минимальным их потерями в хвостах. Целевой функцией второго этапа является повышение содержания рудных минералов в коллективном концентрате.
Как видно из схемы процесс начинается с грохочения на барабанном грохоте 1 рудных песков, поступающих с добычного оборудования. Класс крупнее 2 мм уходит в накопительный бункер, класс меньше 2 мм направляется в бункер 4 из которого, с помощью пескового насоса 3 подается в обезвоживающий конус 8. В обезвоживающем конусе пульпа сгущается до необходимого содержания твердого и направляется через пульподелитель 6 на сепараторы первичной стадии обогащения 10.
Продуктами первого этапа обогащения являются: концентрат 1, направляемый на перечистку; промпродукт 1, который направляется в начало процесса первичной сепарации; хвосты 1, направляемые в бункер 12.
Коллективный концентрат 1, направляемый на доводку, сначала поступает в обезвоживающий конус 9, где доводится до необходимого содержания твердого и направляется через пульпо делитель 7 на доводку, на группу сепараторов 11. Продуктами второго этапа являются: коллективный концентрат 2; направляемый в бункер 13; промпродукт 2, направляемый в начало процесса перечистки; хвосты 2, направляемые в начало процесса первичного обогащения (на 1-й этап).
Как представлено на схеме (рис. 40), на каждом этапе промпродукт, получаемый в результате обогащения, направляется в начало этапа на перечистку. Следовательно, для обеспечения стабильного режима работы, технические параметры сепараторов должны быть настроены таким образом, чтобы содержание рудных минералов в получаемых промпродуктах было не меньше содержания в исходных песках, поступающих на сепарацию.
Как представлено на рис. 40, предлагаемая схема получения коллективных концентратов достаточно сложная, имеющая обратные связи, как на первом, так и на втором этапе. Таким образом, для определения требуемой производительности обогатительного оборудования первого этапа необходимо учитывать не только объем рудных песков, поступающих от добычного оборудования, но и объем промпродукта 1 и хвостов 2, поступающих с первого и второго этапов обогащения соответственно. Требуемая производительность второго этапа зависит от объема поступающего на перечистку концентрата 1 и объема промпродукта 2, возвращаемого в начало этапа перечистки. Очевидно, что объемы продуктов, получаемых в результате обогащения, будут зависеть от режимов сепарации каждого этапа (у, Р, є). Таким образом, задача определения требуемой производительности обогатительного оборудования, сводится к решению задачи определения технологических показателей процессов обогащения
В соответствие со схемой (рис, 40), требуемая производительность обогатительного оборудования первого этапа сепарации Qi будет рассчитываться по следующей формуле: Qi == Q4 + Q4 Yppi + Qii Ум, T; (11) где Q4 - объем рудных песков поступающих от добычного оборудования после грохочения, Yppi - выход промпродукта 1 первого этапа сепарации, Qn -объем рудных песков поступающих на перечистку, т, 7hv2 - выход хвостов 2 второго (перечистного) этапа сепарации.
Также очевидно, что требуемая производительность обогатительного оборудования второго этапа, будет зависеть от производительности первого: Qii Qi Tku+QiiYkti, (12) где Ykti - выход концентрата 1 первого этапа обогащения. Таким образом, зная у каждого получаемого продукта на каждом из этапов можно рассчитать требуемую производительность обогатительного оборудования.
Определить значения технологических критериев процессов обогащения можно двумя путями:
1-й вариант. Проведение серии экспериментов, в результате которых опытным путем будут определены у, Р и е. Для этого необходимо промышленные испытания предлагаемой схемы (рис. 40) с использованием обогатительного оборудования промышленного назначения. Данный вариант позволит получить достоверные данные, но основным его недостатком является значительные ресурсы (временные и материальные) потраченные на его реализацию.
2-й вариант. На основании имеющихся данных лабораторных опытов, технологических параметров предлагаемого к использованию обогатительного оборудования, функциональной взаимной зависимости параметров процессов обогащения, а также анализе технологических схем действующих предприятий, смоделировать технологическую схему получения коллективного концентрата.
Для реализации поставленной задачи нами был выбран второй вариант. В прил. 5 представлена математическая модель получения коллективного концентрата (магнетит, ильменит, циркон) для месторождения Проточное. В результате математического моделирования были определены производительности каждого из этапов сепарации, как для традиционного способа разработки, так и для альтернативного - с применением устройства выемки магнитной фракции.
На основании полученных в результате математического моделировании данных (см. прил. 5) был произведен выбор обогатительного оборудования. В табл. 31 представлен выбор оборудования для традиционного и альтернативного способов разработки. Расчет производился для трех вариантов производительности по твердому: 100,200 и 350 т/ч.
