Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Вещественный состав титан-циркониевых россыпей - основа прогноза их технологических свойств

ВАК РФ 25.00.05, Минералогия, кристаллография

Содержание диссертации, кандидата геолого-минералогических наук, Левченко, Елена Николаевна

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. ГЕОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ЗНАЧИМОСТИ 8 МИНЕРАЛОГО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ ТИТАН-ЦИРКОНИЕВЫХ РОССЫПЕЙ РОССИИ

1.1. Промышленная значимость титан-циркониевых россыпей

1.2. Краткая характеристика россыпных титан-циркониевых месторождений 16 России

1.3. Роль технологии переработки рудных песков титан-циркоииевых россыпей 23 в экономической эффективности их освоения

1.4. Современные технологии добычи и обогащения россыпей

Глава 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЕЩЕСТВЕННОГО СОСТАВА ТИТАН- 40 ЦИРКОНИЕВЫХ РОССЫПЕЙ РОССИИ

2.1. Рациональный комплекс мипералого-аналитических методов исследований 40 вещественного состава титан-циркоииевых россыпей.

2.2. Характеристика вещественного состава титан-циркоииевых россыпей 46 России

2.2.1. Химический состав исходных песков

2.2.2. Гранулометрические характеристики исходных песков

2.2.3. Минеральный состав исходных песков

2.2.4. Свойства минералов

2.3. Сравнительный анализ вещественного состава россыпных тнтан- 65 циркониевых месторождений России

Глава 3. ОЦЕНКА И ПРОГНОЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ТИТАН- 84 ЦИРКОНИЕВЫХ РУДНЫХ ПЕСКОВ

3.1. Зависимость технологических свойств от специфики вещественного 86 состава титап-циркониевых россыпей

3.1.1. Влияние особенностей вещественного состава па извлечение рудных 86 минералов в концентраты

3.1.2. Влияние особенностей вещественного состава па качество 97 концентратов

3.2. Прогнозная оценка обогатимости россыпных месторождений России

3.3. Апробация разработанных критериев прогноза технологических свойств 108 титан-циркоииевых россыпей на обьектах геолого-разведочных работ Ставропольского рассыпного района

3.4. Рекомендации по изучению вещественного состава титан-циркоииевых 114 россыпей на ранних стадиях геологоразведочных работ

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Вещественный состав титан-циркониевых россыпей - основа прогноза их технологических свойств"

Актуальность работы. В связи с распадом СССР основные промышленные источники титана и циркония оказались за рубежом (Украина). Россыпные месторождения России представлены, как правило, погребенными россыпями мезо-кайнозойского возраста, залегающими нередко на значительной глубине от поверхности, что создает более сложные горно-технические условия их разработки и увеличивает себестоимость товарных концентратов. Поэтому, несмотря на наличие в России крупных россыпных месторождений, иногда не уступающих мировым по содержанию полезных компонентов, они до настоящего времени не осваиваются, а концентраты минералов титана и циркония в полном объеме импортируются. Проблема повышения инвестиционной привлекательности отечественных титан-циркони-евых месторождений может решаться двумя путями: поисками богатых россыпей или совершенствованием технологии их переработки. Результаты нро-гпозно-поисковых работ, проведенных па титан-циркониевых россыпях в последние годы, показал невысокую перспективность первого направления. Поэтому главным средством повышения экономической эффективности освоения российских месторождений следует признать улучшение технологических показателей переработки рудных песков. Для решения всего комплекса технологических задач первоочередным направлением является знание особенностей вещественного состава титап-циркопиевых россыпей. Принципиальная зависимость между ними ранее была эмпирически установлена мипералого-технологическими исследованиями отдельных месторождений. Обобщающие работы по данному направлению до сих нор отсутствовали. Выполненный нами сравнительный анализ исследованных титан-циркониевых россыпей позволяет с большей полнотой обосновать общие закономерности указанной взамосвязи и выявить критерии оценки технологических свойств россыпей. Установление этих закономерностей позволит, в свою очередь, прогнозировать технологические показатели обогащения уже на ранних стадиях изучения титан-циркониевых россыпей, что имеет важное значение для определения их промышленной значимости и принятия решения о целесообразности продолжения геологоразведочных работ. Совершенствование научно-методических основ технологической минералогии титан-циркониевых россыпей представляется своевременным и актуальным.

Цель работы - выявить особенности вещественного состава титан-циркопиевых россыпей, влияющие на технологические показатели их обогащения, и разработать критерии прогноза технологических свойств для использования на ранних стадиях ГРР.

В диссертации решались следующие задачи:

- разработка рационального комплекса минералого-аналитичеекпх методов исследования;

- анализ современных технологий добычи и обогащения титан-ниркониешлх россыпей;

- выявление и ранжирование специфических особенностей вещественного состава титан-циркониевых россыпей России;

- определение факторов вещественного состава, влияющих на технологические свойства титан-циркониевых россыпей;

- установление критериев прогноза технологических свойств руд в зависимости от особенностей их вещественного состава;

- разработка рекомендаций но изучению вещественного состава титан-циркониевых россыней на ранних стадиях ГРР.

Объект исследования - перспективные для освоения месторождения титан-циркониевых россыпей России - Центральное, Лукояновское, Тарское, Ордынское и Беш-пагирское.

Научна» основа исследовании. При подготовке диссертационной работы обобщены ключевые положения работ отечественных и зарубежных исследователей, занимавшихся изучением вещественного состава титан-циркониевых россыпей н методическими аспектами технологической минералогии: В.К.Абулевич, Т.В.Башлыковой, В.А.Блинова, Л.З.Быховского, С.И.Гурвича, В.А.Даргевич, А.Н.Жердевой, Л.Б.Зубкова,

Н.Н.Иконникова, И.Ф. Кашкарова, В.И. Кропанина, А.А. Кухаренко, Ю.С.Куншареико, И.И.Малышева, И.И.Максимо-ва Г.С.Момджи, К.Найта, Е.Г.Ожогиной, О.В.Осауленко, Н.Г.Патык-Кара, Ю.А.Полканова, Д.Пыонина, С.С.Ревнивцева, Л.П.Рихвапова, Г.А.Сидоренко, Л.П.Тнгунова, Ф.Форса, А.Н.Хатьковой, С.Н.Цымба-ла, Л.Б. Чистова, Н.А.Шило, Н.Ю.Якубовской и других. В результате были выявлены нерешенные проблемы в области технологической минералогии титан-циркониевых россыпей и определены задачи настоящего диссертационного исследования.

Методы исследовании. В процессе выполнения диссертационной работы использован разработанный автором рациональный комплекс современных мипералого-аналити-чсских методов исследования, включающий высокоразрешающую оптическую микроскопию, рентгенографический, электронно-микроскопический, химический, спектральный, гравитационно-магнитный и микрозопдовый анализы, магнитометрию, автоматический анализ изображения, статистические методы обработки результатов экспериментов.

Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций, содержащихся в диссертации, обеспечена новыми подходами в постановке и решении задач, представительным объемом экспериментальной, аналитической и статистической информации по направлениям исследования, материалами внедрения в проекты.

Фактический материал Работа выполнена в Институте минералогии, геохимии и кристаллохимии редких элементов (ФГУП ИМГРЭ). Она отражает многолетние исследования автора в области технологической минералогии титан-циркониевых россыпей. В процессе исследований изучено более 600 проб рудных песков и продуктов их обогащения, использованы данные многих сотен рентгенографических, электронно-микроскопических, химических, спектральных, рентгенофазовых и микрозопдовых анализов. Методом автоматического анализа изображения изучены гранулометрические и морфометри-ческие характеристики исходных проб рудных несков и концентратов б месторождений.

Научная новизна работы заключается в том, что:

- диссертация является первой обобщающей работой по технологической минералогии титан-циркониевых россыпей, в которой в полном объеме рассмотрены особенности их вещественного состава,

- для достоверной минералого-технологической оценки разработан рациональный комплекс новейших методов минералого-аналитических исследований, позволивший установить ряд ранее слабо изученных особенностей рудных песков,

- установлена степень влияния факторов вещественного состава (гранулярного состава, особенностей минеральных форм, присутствия вредных иримесей и др.) па технологические свойства сырья.

Защищаемые положении:

1. Разработан рациональный комплекс минералого-аналитических методов исследования, включающий высокоразрешающую оптическую микроскопию, рентгенографический, морфометрический, гранулометрический, элементный анализы, для выявления специфических особенностей вещественного состава титап-циркониевых россыисй. Их учет позволяет корректировать схемы обогащения рудных песков с целыо улучшения качества концентратов и повышения извлечения в них рудных минералов.

2. Основными факторами вещественного состава, влияющими па технологические свойства титан-циркониевых россыпей, являются:

- гранулярный состав исходных песков и рудных минералов,

- глинистость песков,

- морфологические особенности рудных минералов,

- степень измененности ильменита,

- содержание полезных компонентов и лимитируемых примесей в рудных минералах.

3. Выявлены критерии прогноза технологических свойств рудных песков титан-циркониевых россыисй для их оперативной геолого-экономической оценки на ранних стадиях ГРР.

Лпчпмп вклад автора. Результаты, приведенные в диссертации, получены при непосредственном участии автора и его руководстве научными экспериментальными исследованиями в период 1978-2003 гг. Автору принадлежит постановка задач, обобщение результатов, выявление закономерностей, формулирование основных выводов и участие в практической реализации результатов работы.

Практическая значимость работы заключается в следующем:

- определение основных факторов вещественного состава титан-циркопиевых россыпей, непосредственно влияющих на их технологические свойства, позволяет нрогнозиро-вать их обогатимость на ранних стадиях ГРР, что увеличивает достоверность оценки перспективности выявленных прогнозных ресурсов;

- усовершенствованы технологические схемы обогащения изученных титан-циркониевых россыпей России, что позволило повысить качество концентратов и извлечение и улучшить технико-экономические показатели их освоения;

- разработаны рекомендации по методике изучения вещественного состава и технологических свойств россыпей на ранних стадиях ГРР.

Реализация результатов работы. Теоретические и практические результаты по комплексному использованию традиционных и новых методов изучения вещественного состава россыпей, способствующих в сочетании с новым высоко эффективным оборудо-^ ванием совершенствованию технологии их обогащения, позволили существенно улучшить технологические показатели обогащения титап-циркопиевых россыпей России. Разработанные автором лабораторные технологические схемы обогащения проб Центрального, Лукояповского, Тарского, Ордынского и Бешпагнрского месторождении были апробированы в полупромышленных условиях. По полученным данным были разработаны и согласованы с институтом «ГИРЕДМЕТ» технологические регламенты для проектирования ГОК'ов, которые использовались при разработке ТЭО кондиций для последующего учета этих россыпных месторождений в Государственных балансе запасов полезных ископаемых Российской Федерации. С участием автора подготовлен проект «Методических рекомендаций по оценке прогнозных ресурсов циркония».

Апробации работы. Материалы диссертационной работы доложены и обсуждены на научных симпозиумах «Неделя горняка», Москва, МГГУ, 1999-2001 гг.; на II, III и IY Конгрессах обогатителей стран СНГ, Москва, МИСиС, 2000-2003 гг.; на Международном семинаре «Редкие металлы Украины-взгляд в будущее», Киев, 2001г.; па XI Международной конференции «Минерально-сырьевые ресурсы стран СНГ» (MIRR-2004), Спб, 2004 г.

Структура н объем работы. Структура диссертации обусловлена целыо, задачами и логикой доказательств защищаемых положений. Работа состоит из введения, трех

Заключение Диссертация по теме "Минералогия, кристаллография", Левченко, Елена Николаевна

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 3

1. В результате проведенных автором укрупненно-лабораторных испытаний обогащения проб пяти титан-циркониевых россыпных месторождений (Беишагирского, Центрального, Лукояновского, Ордынского, Тарского) проанализировано влияние особенностей их вещественного состава на технологические показатели каждой стадии обогащения. Основные потери рудных минералов в процессе первичного обогащения связаны с тремя продуктами технологического процесса: «галей»; шламами и хвостами гравитации. При доводке коллективного концентрата рудные минералы теряются в хвостах доводки, что особенно характерно для циркона, а качество концентратов ухудшается в основном за счет сходства магнитных и электрических свойств различных минералов.

2. Анализ качества товарных концентратов показал, что нарушение стандартов впрямую связано с содержанием полезных компонентов в рудных минералах и вредных примесей в минеральном составе. Полностью непригодным в качестве титанового сырья ио всем показателям является ильмснит-хромит-гематитовый продукт Лукояновского месторождения, поскольку, несмотря па многочисленные и разнообразные испытания, не удалось выделить ильменитовый концентрат в чистом виде. Особенно много несоответствий предъявляемым требованиям к качеству имеют ильменитовый и цирконовый концентраты. Во всех месторождениях они отвечают требованиям только отдельных марок, использующихся в ограниченном числе областей применения.

3. В качестве критериев прогноза технологических свойств рудных песков на ранних стадиях ГРР служат особенности вещественного состава титан-циркониевых россыпей, которые подразделяются на 4 группы: химический, гранулярный и минеральный состав, особенности свойств минералов.

4. Повышение качества товарных концентратов определяется (в порядке значимости): высоким содержанием полезных компонентов (TiO^ и ZrO^) и низким - вредных примесей (СГ2О3, Р2О5, ТЮ2 и др.) в рудных минералах; низким содержанием в песках хромпшинелидов и фосфатов; отсутствием сростков рудных минералов с нерудными и микровключеиий зерен с низким содержанием полезного компонента и/или высоким содержанием вредного в рудных минералах, наличием пленок и наростов фосфатных и железистых минералов на поверхности рудных зерен.

Повышение извлечения полезных компонентов, определяется (в порядке значимости): минимальной долей рудных минералов в крупных и топких классах песков, низкой степенью глинистости песков, максимальной долей иолезш»гх компонентов (ТЮ2, 2гОг) в рудных минералах, отсутствием сростков рудных минералов с нерудными, отсутствием микровключеиий с другими физическими свойствами в рудных минералах, низкой степеныо измененности ильменита, высокой степенью сортированности песков и окатаиности зерен рудных минералов; изометричиостыо зерен рудных минералов. Согласно проведенным исследованиям возможные суммарные потери в обобщенном виде оцениваются в 15-25% TiC>2 и 10-25% ZrO2. Применение нового оборудования и рациональных схем доводки концентратов способствует повышению извлечения полезных компонентов.

Улучшение экономики обогащения песков определяется (в порядке значимости): высоким содержанием рудных минералов, возможностью промышленного использования нерудной части и попутных полезных минералов, например, золота.

7. Апробация вышеперечисленных критериев на объектах поисковых и прогнозно-поисковых работ показала их результативность. При этом было проведено ранжирование критериев по значимости с учетом возможности преодоления негативных факторов путем применения более совершенных технологий.

8. На основе установленных критериев оценки технологических свойств титан-циркониевых россыпей были разработаны рекомендации по изучению их вещественного состава на ранних стадиях геологоразведочных работ в соответствии с их стадийностью. Для прогнозно-поисковых работ рекомендован оперативный рациональный комплекс мннералого-аналнтичеекпх исследований, для стадии поисковых и оценочных работ - стационарный рациональный комплекс

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Рациональное геологическое изучение титан-циркониевых россыпей предполагает оперативное и малозатратное прогнозирование технологических свойств новых объектов, выявленных при региональных и поисковых работах, с применением методов технологической минералогии. На основании изучения технологических проб 5 российских россыпных месторождений автором диссертации разработаны критерии прогнозной оценки технологических свойств и обогатимости титан-циркониевых россыпей на ранних стадиях геологоразведочных работ.

Доказательством актуальности работы послужили следующие обоснованные автором научные положения:

- дефицит титанового и циркопового сырья в России и прогнозируемый дефицит циркона в мире определяет необходимость освоения и развития отечественной минерально-сырьевой базы титан-циркониевых россыпей; в России имеются россыпные месторождения с достаточными запасами и практически не уступающим мировым аналогам содержанием рудных минералов, но из-за более сложных горно-технических условий разработки и более низких характеристик технологических свойств они имеют более низкую конкурентоспособность но сравнению с разрабатываемыми зарубежными титан-циркоииевыми россыпями; ведущим средством повышения конкурентноспособности титан-циркониевых россыпей России является совершенствование технологии их переработки, базирующееся на данных изучения вещественного состава россыисй с применением современных методов минералого-аналитических исследований; совершенствование технологии в сочетании с новым высокоэффективным оборудованием позволяет значительно улучшить технологические параметры обогащения титан-циркониевых россыпей и в итоге повысить рентабельность отработки м есторожд е 11 и й.

Всестороннее рассмотрение особенностей вещественного состава рудных песков перспективных для освоения разведанных месторождений России, их сравнительный анализ и сопоставление с результатами укруппеино-лабораторных испытаний по обогащению технологических проб позволили обосновать критерии технологических свойств титан-циркониевых россыпей для их оценки на ранних стадиях геологоразведочных работ.

Наиболее значимые результаты работы, имеющие практическое значение:

• для достоверной минсралого-технологической оценки вещественного состава титан-циркониевых россыпей разработан рациональный комплекс новейших методов минералого-аналитических исследований, позволивший установить ряд ранее слабо изученных особенностей состава;

• выявлены основные факторы вещественного состава, влияющие на технологические свойства титан-циркониевых россыпей: гранулярный состав исходных песков и рудных минералов, глинистость песков, морфологические и морфометрическис характеристики рудных минералов, степень нзмененности ильменита, содержание полезных компонентов и лимитируемых примесей в рудных минералах;

• установлена степень влияния факторов вещественного состава (гранулярного состава, особенностей минеральных форм, присутствия вредных примесей и др.) на технологические свойства сырья;

• выявлены и ранжированы по значимости критерии прогноза технологических свойств рудных песков титан-циркониевых россыпей для их оперативной геолого-экопомической оценки на ранних стадиях геолого-разведочных работ;

• разработана промышленно-технологичсская классификация минералов россыисй;

• выявлены особенности вещественного состава рудных песков для трех россыпных провинций России, которые могут рассматриваться как эталонные для соответствующих регионов;

• создан банк данных вещественного состава и технологических показателей переработки титан-циркониевых россыпей как основа для оперативной прогнозной оценки их па ранних стадиях геологоразведочных работ;

• разработаны рекомендации ио применению различных комплексов минералого-аналитических исследований вещественного состава титан-циркониевых россыпей и методике отбора проб на ранних стадиях ГРР.

Теоретические и практические результаты работы были использованы при совершенствовании технологических схем обогащения титан-циркоииевых россыпей Центрального, Ордынского, Тарского и Бешпагирского месторождений, разработке технологических регламентов для проектирования ГОК'ов, подготовке ТЭО кондиций, а также при разработке проектов «Методических рекомендаций ио оценке прогнозных ресурсов циркония» и «Методического руководства по проведению поисковых и поисково-разведочных работ на месторождениях циркониевых руд».

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Левченко, Елена Николаевна, Москва

1. Аньшаков В. Обзор российского рынка диоксида титана. // Химический журнал. -март 2003 . - С. 52-53.

2. Арманд II.Н., Белоусов В.Д., Быховский Л.З., и др.Словарь по геологии россыпей. Ред.Шило Н.А.// М.: Недра . 1985. - 197 с.

3. Ассоциация 'ГИТАН. Сырьевая база титановой промышленности, Интернет, 2004.

4. Бабичев II.И., Николаев А.II. Скважиппая гидравлическая технология основа высокоэкономичных малых предприятий по добыче твердых полезных ископаемых // Горный журнал . - №4 . - 1996 . - С. 5-9.

5. Бабичев II.И., Николаев А.Н., Либер Ю.В., Кройтор Р.В.Скважиппая технология добычи титано-циркониевых песков Тарского месторождения // Горная промышленность. 1998 . - № 2. - С. 50-54.

6. Башлыкова Т.В., Чаптурпя ЕЛ, Амосов Р.А., Левченко E.II. Использование новых методов и технологий при изучении комплексных редком стальных песков// Цв. металлы. 2000 . - N° 5. - С. 8-12.

7. Белов С.В., Кнаус О.М. Сокровища. в сухом остатке. Извлечение благородных и редких металлов возможно без использования воды// Поиск. 2001.

8. Беляев В.И. Титан-циркониевые россыпи Центрально-Черноземного района. Воронеж . - 1995.

9. Блинов В.А., Короленко II.В. Минеральное сырье. Титан // Справочник. М.: ЗАО Теоинформарк". - 1998 . - 49 с.

10. Бойко Т.Ф. Прогноз н поиски редкометальных росыпных месторождений // Разведка и охрана недр. 1993 . - № 3 . - С. 29-32.

11. Борисенко Л.Ф., Делицыи Л.М. Минерально-сырьевые ресурсы титана и способы получения его соединений . М.:ЗАО "Геоинформмарк". - 1996. - 74 с.

12. Быбочкии A.M., Быховский Л.З., Воробьёв IO.IO.и др. Комплексная геолого-экопо13