Введение к работе
Актуальность работы. Социально-экономическая стабилизация Дальневосточного региона в новых условиях хозяйствования неразрывно связана с необходимостью эффективного развития сельскохозяйственного производства, решением проблемы повышения плодородия почв, основным средством достижения которого являются минеральные удобрения. Особенно остро стоит вопрос о необходимости фосфоритования сельскохозяйственных угодий. В результате слабой обеспеченности почв подвижным фосфором все возделываемые в регионе культуры имеют крайне низкую урожайность. К сожалению, производство собственных удобрений в регионе до сих пор не налажено. Завоз фосфорных удобрений из других регионов страны, учитывая их общий дефицит и стоимость железнодорожных перевозок, в нынешней экономической ситуации представляется нереальным, а импорт из стран Тихоокеанского региона потребует значительных валютных ассигнований.
Однако для успешного решения проблемы обеспечения региона местной сельскохозяйственной продукцией аграрному комплексу необходимо предложить спектр соответствующих удобрений, и в первую очередь фосфорных. Сделать это в настоящее время весьма трудно, поскольку на Дальнем Востоке отсутствуют крупные месторождения богатых и легкообогатимых фосфатных руд, которые в ближайшее время могли бы быть освоены с приемлемой экономической эффективностью. Выявленные запасы месторождений представлены в лучшем случае бедными рудами, либо технологически сложными, к тому же расположены в удаленных районах с экстремальными условиями освоения, что потребует огромных затрат, в том числе на инфраструктуру.
Проблема создания и развития в регионе фосфатно-сырьевой базы неразрывно связана с рациональным освоением альтернативного для Дальнего Востока сырья - фосфоритов морского дна в перспективе и переработкой техногенных фосфатсодержащих отходов горного производства как наиболее реального источника сырья. В связи с этим постановка и реализация исследований, направленных на освоение нетрадиционных фосфатно-сырьевых источников для удовлетворения потребностей региона, приобретает особую актуальность.
Диссертационная работа посвящена решению научной задачи рационального использования принципиально нового сложного минерального сырья, имеющей важное народнохозяйственное значение.
Работа выполнена в соответствии с проблемой Российской академии наук 12.9 (1991-1995 гг.) "Разработка месторождений и обогащение полезных ископаемых", № ГР 01910003374 и планом исследований ИГД ДВО РАН по теме "Создание прогрессивных тенологий и технических средств добычи и переработки полезных ископаемых акватории Дальневосточных морей".
Цель работы. Обосновать и разработать экологически безопасные и экономически эффективные технологии переработки техногенного и морского фосфатсодержащего сырья Дальневосточного региона с получением комплексных удобрений.
Основная идея работы заключается в том, что рациональное использование техногенного и морского фосфатсодержащего сырья, а также снижение негативного воздействия горнообогатительного комплекса в целом на окружающую среду осуществляется путем комплексного подхода к его переработке, включающим применение новой, экологически безопасной
технологии получения фосфорных удобрений на основе термохимической активации фосфатных минералов.
Основные задачи исследования:
оценить современное состояние фосфатно-сырьевой базы региона и определить возможные направления ее развития для организации собственного производства фосфорных удобрений;
изучить химический и вещественный состав перспективного (техногенного и морского) фосфатного минерального сырья и установить его основные технологические свойства;
установить зависимость эффективности выделения апатита от основных условий флотационного процесса и качественного состава исходного сырья и разработать экологически безопасную технологию получения апатитовых продуктов из фосфатсодержащих отходов переработки шеелитовых руд месторождений Приморья;
- исследовать характер и степень изменения реакционной способности
фосфатного вещества от основных режимных параметров физико-химического
процесса активации и разработать экономичную и экологически безопасную
технологию получения комплексных удобрений из регионального сырья;
- провести агрохимические испытания в вегетационных опытах и
микрополевых условиях и определить эффективность и экологическую безопас
ность применения полученных комплексных удобрений.
Методы исследований. Исследования предваряют анализ научно-технической информации в области переработки фосфатного сырья, патентный поиск по ведущим зарубежным странам, научное обобщение производственного опыта.
В процессе исследований нетрадиционного фосфатного сырья -техногенных фосфатсодержащих отходов горного производства и фосфоритов морского дна стояла задача всестороннего комплексного рассмотрения проблем, связанная с его освоением. Для изучения исследуемого минерального сырья принят системный подход, включающий фуппу методов, с помощью которых исследуемый объект описывается как совокупность действующих компонентов, и особенностью которого является его изоморфизм - применимость к различным процессам и явлениям.
Применены различные методы изучения качественной характеристики исходного сырья: его химического и вещественного состава, технологических свойств и особенностей. Эксперименты реализованы на современном лабораторном оборудовании. При анализе сырья и конечных продуктов переработки использованы современные методы и методики анализов минерального сырья и соответствующее приборное оборудование. Рентгеноспектральный и рентгенодифрактометрический анализы выполнены на приборах ДРОН-3 и 1ХА-5а, химические - на атомно-абсорбционном анализаторе, КФК-2 и по существующим методикам анализа сырья.
Защищаемые научные положения.
1. В качестве источника сырья для организации производства фосфорных
удобрений в регионе предлагаются фосфатсодержащие отходы
горнообогатительных предприятий Приморья и на перспективу - фосфориты
морского дна.
2. Предложена и обоснована технология получения кондиционных
фосфатных продуктов из отходов переработки руд различного качественного
состава, в основу которой положено использование селективной собирательной смеси.
3. Технология получения комплексных минеральных удобрений на основе
фосфатных продуктов из апатитсодержащих отходов переработки и морских
фосфоритов заключается в их термообработке в низкотмпературном режиме
(350-375С) в присутствии активатора (KNOj);
4. Агрохимическая активность полученных экологически безопасных
комплексных удобрений (отсутствие почвозагрязняющих элементов)
обеспечивает повышение урожайности сельскохозяйственных культур на
подзолистых и кислых почвах Приморья (до 2 раз для кукурузы и сои, и
сопоставима с суперфосфатом по другим культурам), а их водонерастворимость -
полноту использования, долговременность действия и невымывание из почвы
дождевыми потоками.
Научная новизна работы состоит в следующем:
- впервые поставлена проблема организации собственного производства
фосфорных удобрений на Дальнем Востоке на базе нетрадиционного
регионального сырья: техногенных фосфатсодержащих отходов переработки
шеелитовых руд месторождений Приморья, которые предлагаются как источник
сырья для получения фосфатных продуктов и производства на их основе ком
плексных удобрений;
выявлена зависимость эффективности выделения апатита в одноименный продукт от качественной характеристики отходов переработки, изменчивость которой обусловлена химическим и вещественным составом типов руд, вовлекаемых в переработку, при этом установлено влияние величины соотношения Р205: С02 на эффективность флотационного процесса;
установлено, что исходная лимоннорастворимость фосфатного вещества является определяющим фактором результативности процеса активации и получения высокоэффективных удобрений; наибольшая эффективность процесса ТХА установлена для фосфоритов моря, высокая природная лимоннорастворимость которых предопределяет возможность их использования для прямого внесения в почву (даже без активации);
выявлена зависимость повышения реакционной способности фосфата кальция от параметров процесса термохимической активации и определены их оптимальные значения; тонкость процесса активации составляет его протекание при 350-375С, в интервале температур от начала плавЧния активатора (337С) до температуры его разложения (400С);
выявлено, что растворимость почвенными кислотами в условиях климата Приморья обеспечивает долговременность и полноту использования полученных комплексных удобрений, в отличие от водорастворимых суперфосфатов, предотвращает их вымывание дождевыми водами и загрязнение водоемов, рек, их эвтрофикацию.
Практическая ценность работы.
1. Предложены нетрадиционные источники фосфатного минерального
сырья для организации в регионе собственного производства фосфорных
удобрений: техногенные фосфатсодержащие отходы переработки шеелитовых
руд действующих предприятий Приморья (Лермонтовское РУ, Приморский ГОК) и
на перспективу - фосфориты моря;
2. Разработана технология получения дополнительно фосфатных
продуктов, пригодных для производства удобрений, из техногенных отходов пе-
рерабатывающих руд различного качественного состава, внедрение которой повысит комплексность использования исходного сырья;
3. Создана эффективная, экологически безопасная и недорогостоящая
технология получения удобрений на основе использования местного
минерального сырья, экономичность которой обусловлена малой энергоемкостью
процесса ТХА (низкотемпературный режим);
4. Практическое применение экологически безопасных комплексных
удобрений для почв Приморья позволит повысить урожайность основных
сельскохозяйственных культур, при соблюдении требований к охране окружаю
щей среды. Реализация технических разработок в практике обеспечивает
потребности аграрного сектора Приморья местными минеральными удобрениями;
5. Разработанная технология получения комплексных удобрений на основе
термохимической активации открывает пути использования в производстве
фосфорных удобрений низкосортных концентратов, непригодных к переработке
по традиционным технологиям, что крайне важно при общей тенденции
ухудшения качества руд, вовлекаемых в переработку.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждены применением современных методов аналитических и экспериментальных исследований, большим объемом выполненных экспериментов на исходном сырье различного качественного состава, высокой сходимостью балансов по конечным продуктам переработки, проверкой разработанных технологических режимов на технической воде предприятия в условиях непрерывного процесса, опытно-промышленной проверкой.
Личный вклад автора:
проанализированы схемы переработки руды на предприятиях Приморья (обогатительные фабрики Приморского ГОКа и Лермонтовского РУ) и выявлены узлы и продукты концентрации апатита, которые могут быть источником получения дополнительного концентрата;
изучены химический и вещественный состав исследуемых проб хвостов доводки перерабатываемых руд, по мере отработки месторождения на глубину;
установлена возможность выделения апатита в одноименный продукт из хвостов доводки различного качественного состава методом флотации на основе использования селективной собирательной смеси: установлены основные зависимости и закономерности разделительного процесса, отработан оптимальный режим, обеспечивающий получение кондиционных концентратов;
- установлена зависимость эффективности выделения апатита в
одноименный продукт от соотношения Р205 : СО? в хвостах доводки,
установлены параметры процесса ТХА, обеспечивающие повышение лимоннорастворимости фосфатного вещества, определены их оптимальные величины для фосфатных продуктов из отходов переработки и фосфоритов моря;
предложена классификация морских фосфоритов по их технологическим свойствам на основе изучения химического и вещественного состава исследованных проб;
установлена возможность получения комплексных удобрений методом ТХА из низкосортных концентратов.
Реализация результатов работы.
Основные результаты выполненных исследований прошли апробацию в опытно-промышленных условиях. Оптимальный технологический режим был
отработан в условиях замкнутого цикла, имитирующего непрерывный технологический процесс, на технической воде предприятия. Результаты подтвердили надежность технологии по выделению апатита в одноименный концентрат.
Укрупненными лабораторными испытаниями была подтверждена
эффективность термохимической активации для повышения
лимоннорастворимости фосфатного вещества продуктов, полученных из отходов переработки окисленных руд; в особенности эффективен метод ТХА для всех типов фосфоритов моря.
—-^^ёзульта1%*укрупненных экспериментальных исследований комплексные удобрения прошли испытания на агрохимическую эффективность в ПримНИИСХ в вегетационных и микрополевых условиях. Агроиспыганиями показана высокая эффективность комплексных удобрений, обеспечивающая повышение урожайности важных дальневосточных культур кукурузы и сои до 2 раз, по остальным культурам результаты сопоставимы с суперфосфатом.
Для фосфоритов моря в агроислытаниях.. показана их пригодность для прямого внесения в почву в виде фосмуки даже без активации, после которой их агрохимическая эффективность значительно возрастает (в 2-4 раза).
Апробация работы. Основные положения и отдельные разделы
диссертации докладывались и получили положительную оценку на научно-
технических советах горнообогатительного предприятия (Лермонтовское
рудоуправление 1990-1993 гг.), на совещаниях РИМС (межинститутская
программа), на совещаниях по реализации программы "Научные о сНДЗйиспользо
вания минеральных ресурсов Тихого океана" (Мировой океан), на Ученых советах
и семинарах отдела минералопользования и обогащения полезных ископаемых
ИГД, на объединенном семинаре лабораторий ОПИ и горной экологии, на научно-
практической конференции 'Добыча золота. Проблемы и перспективы"( доклад на
секции "Стратегия экологической безопасности горного производства"), на между
народной конференции "Проблемы геотехнологии и недроведения"
(Мельниковские чтения), г.Екатеринбург, 6-Ю июля 1998 г.
Публикации. По теме диссертации опубликованы 8 статей, по технологии получения комплексных удобрений методом ТХА получено авторское свидетельство (А.с. № 1664772).
Объем и структура работы.