Задания по 45 баллов:

3. Технология обогащения руд марганца.

Ответ

Марганец достаточно распространенный в литосфере элемент, представленный в рудах оксидами, гидроксидами, карбонатами, силикатами и реже сульфидами. Основное назначение марганца: руда используется в качестве присадки при доменной плавке железной руды и для производства ферро-марганца; добавка марганца улучшает процесс восстановления железа, способствует удалению примесей, таких как сера и фосфор; повышает ковкость и вязкость выплавленных из чугуна сталей; марганец так же используется при производстве ферросилиция. Основные минералы марганца, наиболее часто встречающиеся в рудах: пиролюзит-MnO₂; псиломилан – nMn₂O₃∙MnO₂∙ mH₂O; браунит – Mn₂O₃; гаусманит – Mn₃O₄; родохрозит – MnCO₃; родонит –MnSiO₃; вернадит MnO₂∙ mH₂O. Наиболее богаты содержанием марганца минералы – браунит (70%), гаусманит (72%), а родонит и родохрозит содержат 42 и 48% соответственно.

Марганцевые руды характеризуются непостоянством состава, прежде всего различным содержанием марганца и примесных компонентов – железа, фосфора, диоксида кремния. В рудах промышленного типа содержание марганца составляет 20-40%. Силикатные минералы марганца : родонит, бустомит и др. самостоятельного промышленного применения не имеют. Из основных месторождений марганцевых руд стран СНГ можно выделить: Никопольское (Украина), Чиатурское (Грузия), Джездинское и Атасуйское (Казахстан), в РФ – Высокогорное (Якутия). Основные запасы разведанных балансовых руд более 130 млн т представлены карбонатными типами (90%) с содержанием около 20% марганца.

Марганцевые руды по степени обогатимости делятся на обогатимые и не требующие обогащения. На обогащение поступают руды, содержащие не менее 10% марганца. На марганцевые руды и концентраты имеются ограничения по содержанию примесных компонентов. Для богатых руд (не менее 35% марганца) необходимое соотношение массовых долей марганца и железа не более 7, а фосфора и марганца – не более 0,0035.

При обогащении марганцевых руд применяют следующие процессы: радиометрическую сепарацию, обогащение в тяжелых суспензиях, отсадку для крупнокускового материала (+10 мм); гравитационные, магнитные, электрические, флотационные методы для мелкозернистого материала крупностью -10+0,03 мм; для более тонкого материала используют флотацию, флокуляцию (селективную), выщелачивание. Для доводки концентратов предусматривают флотацию, высокоградиентную магнитную сепарацию, химическое обогащение – сорбцию, экстракцию, выщелачивание и др. процессы. Практически все процессы обогащения марганцевых руд основаны на мокрых схемах обогащения, за исключением единичных случаев в РФ и СНГ, когда применяют сухое обогащение.

Радиометрия

Из радиометрических методов наиболее приемлемыми для марганцевых руд являются рентгенорадиометрический (РРМ), фотометрический (ФМ) и рентгенолюминесцентный (РЛМ) методы сепарации.

Гравитация

Основными аппаратами для гравитационного обогащения марганцевых руд являются отсадочные машины, концентрационные столы, винтовые сепараторы; применяется также обогащение в тяжелых суспензиях. Перед отсадкой руду классифицируют: -50+25, -25+10, -10+4, -4+1 мм. Каждый из классов обогащают отдельно. При обогащении узких классов крупности разница в плотности разделяемых марганцевых и породных минералов становится более контрастной, что улучшает эффективность отсадки. Отсадка позволяет выделить в легкую фракцию около 30% материала и получить в тяжелой фракции марганцевый концентрат с содержанием марганца 37% при извлечении до 70%. Промпродукты отсадки после дробления обогащают с применением магнитной сепарации или гравитации и магнитной сепарации. Промпродукты отсадки мелких классов после их доводки на концентрационных столах или винтовых сепараторах, перерабатывают по химико-металлургическим технологиям. Отсадку крупных и средних классов проводят с использованием естественной постели, а мелких классов – с естественной и искусственной постелью.

Тяжелосредная сепарация применяется в сочетании с отсадкой с разницей плотностей от 100 до 400 кг/м³. В качестве утяжелителя применяют магнетит, Fe-Si и др. На выбор типа аппарата для обогащения в тяжелых суспензиях влияют: крупность материала, его фракционный и гранулометрический состав, гранулометрический состав утяжелителя, производительность узла сепарации, минеральный рудный и породный состав.

Магнитные методы

Магнитная сепарация является одним из основных методов обогащения руд черных металлов, в том числе и марганцевых руд. Магнитная сепарация основана на разнице в магнитной проницаемости различных минералов. Минералы марганца относятся к слабомагнитным и должны обогащаться на магнитных сепараторах с сильным магнитным полем. Для руд с пониженной удельной магнитной восприимчивостью или даже незначительной 300∙10^-6÷25∙10^-6 напряженность магнитного поля должна составлять Н>4000 Эрстед до 20000 Эрстед. Такие сепараторы применяют при обогащении марганцевых руд. Для марганцевых руд крупностью менее 2 мм Механобром разработана конструкция мокрого роликового сепаратора с верхней подачей материала типа СЭ-127. мокрое магнитное обогащение применяют для мелких классов менее 2(3)мм мытой марганцевой руды и промпродуктов отсадки.

В последние годы для сепарации применяют валковые электромагнитные сепараторы с высокой напряженностью магнитного поля 15000-18000 Эрстед. Для обогащения шламов и окисленных руд используют высокоградиентные сепараторы.

Восстановительный магнетизирующий обжиг

Для обогащения железомарганцевых руд и доводки железомарганцевых промпродуктов окисленных руд применяют восстановительный обжиг с последующей магнитной сепарацией в слабом магнитном поле.

Для окисленных железомарганцевых руд предложена схема обогащения с магнетизирующим обжигом дробленой руды (до 25 мм) и измельченной до 3 мм, после чего проводят мокрую магнитную сепарацию в слабом и сильном полях.

Флотация

Флотационное обогащение марганцевых руд применяют весьма редко, так как флотационные свойства оксидных минералов марганца и оксидов породных минералов, и прежде всего кварца, очень близки. Флотация в основном применяется для шламистой фракции марганцевых руд, иногда для доводки промпродуктов гравитационного обогащения. При доводке промпродуктов в схему флотации включают доизмельчение, многоступенчатое обесшламливание и флотацию с контрольной и перечистной операциями. Обогащение шламовой фракции применяется для руд в Мексике, в Грузии (Чпатурское месторождение). Извлечение марганца из шламов, в которых минералы марганца представлены карбонатными и оксидными формами, весьма низкое. В качестве собирателей применяют таловое и соляровое масло при очень высоком расходе до 14кг/т концентрата, флотация ведется в щелочной среде с едким натром (1,64 кг/т). Весьма перспективной является гравитационно-флотационная схема обогащения маргацевых руд Джездинского месторождения, разработанная институтом Уралмеханобр. Схема включает операции отсадки руды и флотации промпродуктов отсадки; при этом получают марганцевый концентрат с содержанием марганца 31,5% при извлечении марганца в концентрат 70%. В качестве собирателя использовано жидкое техническое мыло, регулятора – кальцинированная сода.

Для серебросодержащих марганцевых руд ЦНИГРИ предложена комбинированная технологическая схема, включающая сульфидную и окисленную флотацию (раздельно) шламовой и песковой фракций, высокоинтенсивную магнитную сепарацию хвостов флотации с выщелачиванием серосодержащих промпродуктов флотации и разложением марганцевых минералов.

Химическое выщелачивание

Химическое обогащение марганцевых руд включает методы химико-металлургической переработки руд, концентратов, продуктов, отходов и химическое выщелачивание различного минерального и техногенного сырья, с последующим селективным разделением вновь образованных минеральных фаз или селективным осаждением металлов из растворов. Из гидрометаллургических методов переработки марганецсодержащих руд и минеральных продуктов применяют химические, электрохимические, автоклавные, биотехнические и другие процессы.

Практика обогащения (пример)

Чиатурское месторождение. В Чиатурском месторождении на долю окисных руд приходится около 40%, карбонатных – 35%. Содержание марганца в рудах составляет 22-34%. Основные минералы представлены пиролюзитом, псиломеланом, манганитом, вернадитом и кусковыми разностями с песчано-кремнистым цементом и землистой массой. Месторождение разрабатывается подземным (78%) и открытым (22%) способами. При обогащении марганцевых руд применяют типовую гравитационно-магнитную схему с предварительной классификацией дробленого рудного материала на классы +15 мм; -15+3 мм; -3+0,5 мм; -0,5+0,16 мм и -16 мм, каждый из которых обогащают по разным циклам. Шламы перерабатывают на флотационной фабрике, а промпродукты – на центральной доводочной фабрике. Крупнокусковый материал +10 мм является готовым марганцевым концентратом первого сорта.

Флотационное обогащение шламов, содержащих пиролюзит, псиломелан, манганит, карбонаты и др. минералы, включает операции обесшламливания, доизмельчения песковой фракции, карбонатной и окисной флотации. В качестве собирателей применяют таловое масло, керосин; регуляторы среды – кальцинированная сода; подавитель породных минералов – жидкое стекло. Получаемые концентраты содержат марганца: окисный – 43-44%, карбонатный 21%.