CC BY
61
© Т.Н. Гзогян, Н.Д. Мельнико-С.Р. Гзогян, В.И. Шилов,
Т.Н. Гзогян, Н.Д. Мельникова, С.Р. Гзогян, В.И. Шилов
КОМПЛЕКСНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВСКРЫШНЫХ ПОРОД МИХАЙЛОВСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ
УДК 622.12
современных экономических условиях работы горно-обогатительных предприятий актуальной является проблема комплексной переработки минерального сырья с наиболее полным извлечением всех ценных компонентов и рациональным использованием попутно добываемых полезных ископаемых.
Михайловское железорудное месторождение представлено железистыми кварцитами докембрийского возраста. На сильно дислоцированных метаморфических породах докембрия с резким угловым и эрозонным несогласием почти горизонтально залегают девонские, юрские, меловые, третичные и четвертичные отложения. Мощность перекрывающего осадочного чехла значительна (от 100 до 300 м), но не везде выдержана.
В настоящее время на Михайловском железорудном месторождении наряду с основным производством - получением железорудной продукции из не-окисленных железистых кварцитов, попутно используются в производстве богатые окисленные железистые кварциты коры выветриваются с массовой долей железа общего в них более 52%; из них получают аглоруду, доменную руду, доменный концентрат. Безрудные кварциты используют после дробления для получения строительного щебня разных фракций. Окисленные железистые кварциты с массовой долей железа около 40% пока складируют из-за отсутствия приемлемой и выгодной технологии обогащения. Основная масса пород вскрыши вывозится в отвал, составляя ежегодно около 11 млн м3, незначительная доля их используется: пески - в литейном производстве, глины - в оком-ковании.
Значительный ущерб окру-жающей среде наносит проведение вскрышных работ, в результате которых в отвалы ежегодно направляются десятки миллионов кубометров пород осадочного чехла. Часть пород вскрыши может
быть вовлечена в производство, что уже в течение нескольких лет практикуется на Михайловском ГОКе, в частности, келловейские глины используются в окомковании, была попытка использования их в производстве керамического кирпича; пески мелового возраста используются в литейном производстве, одно время из них получали стекольную продукцию.
Из пластов безрудных кварцитов можно после дробления получать строительный щебень различных фракций, из хвостов обогащения (содержат 23-27% Fе) - извлекать гематит, из вскрышных пород - пески и глины использовать в строительстве, литейном производстве, окомковании.
Попутное извлечение железа из хвостов обогащения [1, 2] позволило бы не только увеличить извлечение железа в концентрате, но и использовать маложелезистые отходы в качестве компонента смесей в производстве дорожностроительных изделий: заполнителя
тонкозернистых бетонов, в производстве строительно-дорожной и фаянсовой плитки, силикатного кирпича, низкосортного и глущеного стекла, композиционных стекломатериалов. Мелкозернистость хвостов благоприятна для применения в качестве кварцевого компонента при получении известковокремнеземистых вяжущих композиций.
Только наиболее полное, комплексное использование минеральносырьевой базы месторождения позволит снизить себестоимость основной продукции Михайловского ГОКа - железорудного концентрата и окатышей и найти дополнительные источники прибыли. Проблема комплексного природопользования может быть решена с применением детальной разведки наиболее перспективных участков, выбора наиболее эффективных и малозатратных технологических решений. Трудность использования вскрышных пород заключается в невыдержанности их свойств и соста-
ва, что вносит свои сложности в механизированное поточное производство, но и в решении данной проблемы есть варианты: выработка наиболее перспективных участков, усреднение и т.д. В пределах бортов Михайловского карьера проведено геолого-технологическое картирование песков вскрышной толщи, сортификация песка на формовочные и стекольные, детально изучена изменчивость их состава и свойств в пределах толщи, выявлены наиболее перспективные для промышленного освоения участки и горизонты.
Особый интерес в качестве потенциального формовочного и стекольного сырья представляет мощная толща пес-чатых пород сеноман-альбского (К2 ст-а1) и аптского (К1а) ярусов мелового возраста и верхнебатского яруса (Г2в12) юры [3, 4].
Сеноман-аптская песчаная толща (К2-1 ст-а) имеет невыдержанную мощность (от 7,7 до 22,4 м) в различных участках карьера, протяженность ее в пределах разработки вскрышных пород около 2200 м. Представлена толща преимущественно мелкозернистыми песками, по составу кварцевыми, слабослюдистыми, неравномерно обохрен-ными, с примесью, иногда с прослоями и линзами, обохренных глин. Сеноман-аптские пески характеризуются преимущественно сосредоточенной зерновой структурой - суммарная доля фракций 0,2; 0,16 и 0,1 мм составляет в среднем по толще 70,75% (основная фракция 0,16 мм), по массовой доле глинистой составляющей (3,92%) пески относятся к тощим.
Пески верхнебатской толщи юрского возраста характеризуются невыдержанностью литолого-фациального состава (нерав-номерное переслаивание глин и песков), слабой сортированно-стью материала, средне-тонкозернистым составом, общей рассредоточенной зерновой структурой, суммарная доля трех основных фракций составляет в среднем по толще 48,2%, основная фракция 0,1 мм, по массовой доля глинистой составляющей (2,72%) пески относятся к тощим. Из-за невыдержанности зернового состава перспективными для добычи могут быть отдельные слои песков, основная часть пород толщи после предварительного обогащения (тех-ноло-гия обогащения разработана применительно к данному объекту и является малозатратной) может быть использована в качестве формовочного и сте-
кольного сырья. Средний химический состав
песков обеих толщ, достаточно близок (табл. 1), однако распределение основных компонентов и примесей внутри толщ неравномерно, что предопределяет их назначение: пески сеноман-аптского возраста более приемлемы как формовочное сырье, а отдельные слои верхнебатских песков, из-за существенной доли проб с массовыми долями Fе2О3 менее 0,1% и А12 О3 менее 0,5-1,0%, наиболее перспективны для производства стекла.
По минеральному составу пески изученных толщ являются преимущественно кварцевыми с примесью глауконита, слюд (муско-вита, гидромусковита, биотита, фуксита), карбонатов, углистых и глинистых частиц, рудных минералов (гидроокислов железа, гематита, магнетита, пи-рита), полевых шпатов, а также акцессорных минералов -рутила, сфена, касситерита, циркона (табл. 2).
Кварц представлен двумя модификациями зерен: водянопрозначным и с пленкой («рубаш-кой») гидроокислов железа; окрашивающих зерна в желтоватые тона, их соотношение в различных толщах отличается. Глауконат развит преимущественно в песках сеноманского возраста, остальные минералы редко создают повышенные концентрации, распределены в пределах толщ крайне неравномерно и не оказывают существенного влияния на свойства сырья.
Основными критериями сортифика-ции вскрышных песков выбраны: зерновая структура, массовая доля основных фракций, главных компонентов и Таблица 1
примесей. Результаты химических, минералогических, технологических исследований показали, что наиболее продуктивными в качестве формовочного сырья различных марок оказались пески сеноман-аптской толщи, наименее - верхнебатской, для которой характерна низкая сортированность материала, наличие углистых включений и пирита - все это требует предварительного обогащения материала.
В сеноман-аптской толще выделено три класса песков, при этом доля класса 016 составила 51,6%, класса 02- 43,7%, класса 0315 - 4,7%, внутри каждого класса выделены наиболее распространенные марки формовочных песков (табл. 3).
В верхнебатской толще выделены те же три класса и марки: КО16Б, ТО16Б, ТО2Б,КО315А, КО315Б, все марки песка в обоих толщах отличаются высокой газопроницаемостью.
Оценка песка в качестве стекольного сырья позволила сделать заключение, что в составе продуктивных толщ преобладают марки низкокачественного сырья - Т и ПС-250 (58,7%). Марки сырья повышенного качества (ОВС - 0251; ВС-050-2; СО70-2) составляют 31.7% от продуктивной части песков, преобладание низкокачественных марок стекольного песка обусловлено его существенной ожелезненностью и высокой до-
Таблица 3
СОРТНОСТЬ ПЕСКОВ СЕНОМАН-АПТСКОЙ ТОЛЩИ
В процентах
Классы, марка Масс. доля, от объема продуктивной толщи
Класс 016 51,6
Марки 2 КО16 А, Б* 23,5
Т 16 Б.А 26,6
КРМ - 2КРМ 1,5
Класс 02 43,7
Марки КО2-1КО2БА. -2КО2Б ,А 21,0
ТО2 - ТО2А 1,7
КРС - 1КРС 21,0
Класс 0315 4,7
Марки К0315 - КО315Б 3,0
КРК - 2КРК 1,7
* индекс преобладающий марки стоит на первом месте
ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ПЕСКОВ СЕНОМАН - АПТСКИХ И ВЕРХНЕБАТСКИХ ТОЛЩ
В процентах
Возраст толщи Средние массовые доли компонентов
8Ю2 Fе2Оз А2О3 1К2О+^2О+ +MgО+CаО С '-орг. ппп
тт ст-а К2-1 95,05 0,59 1,71 1,05 0,03 0,84
J2 в‘2 94.53 0.48 1.28 0.63 0.08 1.90
Таблица 2
МИНЕРАЛОГИЧЕСКИЙ состав песков
лей оксида алюминия, связанного с присутствием слюд.
Таким образом, разделение песков по их назначению, проведенная сорти-фикация сырья позволяют наиболее продуктивные и выдержанные по мощности и простиранию слои песков с высокой массовой долей кремнезема при селективной выемке сразу использовать в технологии; при массовой добыче песка в связи с невыдержанностью состава необходимо проводить предварительное обогащение, заключающееся в гидравлической классификации материала по гранулометрическому составу и отделении примесей.
Картирование песчаных толщ в пределах карьера Михайловского месторождения, установление мощности, протяженности и выдержанности свойств этих отложений с целью комплексного использования вскрышных пород позволило сделать вывод о возможности применения песков сеноман-аптской толщи в качестве формовочного сырья марок 016, 02 и, в меньшей мере, 0315, а верхнебатской - преимущественно стекольного сырья марок ОВС, ВС и С, а для получения стеклокомпозиционных материалов и заполнителей тонкозернистых бетонов можно исполь-
В процентах
Возраст толщи Кварц Глауко- нит Муско- вит Карбо- наты Гидро- окислы Рудные Акцес- сорные Углистые частицы
Проз- рачный с гидроокис-ламижелеза всего железа
тт ст-а К2-1 77,2 16,5 93,7 -4,0 <1,0 <1,0 <1,0 <1,0 <1,0 ед.зн.
J2вt2 45,8 46,8 92,6 ед.зн. -1,0 -1,0 -1,0 -1,0 -1,0 -3,0
Таблица 4
СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОБОГАЩЕННЫХ ПЕСКОВ РАЗЛИЧНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
Параметры (средние значения) Михайловское Староверовское Люберецкое
Массовые доли; %:
- глинистой составляющей 1,6 1,8 0,4
- основной фракции 72,8 73,4 80
- (№ сетки) (0,2;0,16;0,1) 0,4;0,315;0,2) (0,2;0,16;0,1)
Крупной фракции (+1.0 мм) 0,1 0,7 -
Оксида кремния 96,1 97,98 98
Оксида железа 0,71 0,72 0,4
Г азопроницаемость, ед. 418 468 125
Прочность на сжатие, т/см2
30 мин 2,2 2,2 -
60 мин 3,3 3,1 -
3 часа 4,5 4,7 -
зовать пески марок ПС-250 и Т.
Применение малозатратной обогатительной технологии, работающей по принципу гидравлической классификации и установленной непосредственно на борту карьера, позволяет получать высококачественный формовочный песок марки 2КО16Б с массовыми долями SiО2 более 96%, глинистой составляющей менее 2%, высокой газопроницаемостью (более 400 единиц), высокой прочностью на сжатие (после 3 часов -4.5 т/см2). Показатели обогащения зависят от нескольких параметров: плотности питания, плотности слива, массовой доли SiО2 в исходных песках и т.д.
Проведенные промышленные испытания обогащенных песков Михайловского месторождения в технологии литейного производства в сравнении с песками Староверовского и Люберецкого карьеров (табл. 4) показали, что местное кварцевое сырье по качеству отливок не уступает привозному; это позволяет в новых экономических условиях полностью перейти на технологию с использованием в песчаных и песчаносмесовых формовочных композициях песка вскрышной толщи месторождения. Чугунное литье, особенно средних и мелких размеров, полученное с его использованием, соответствует требованиям, предъявляемым к сырью [5] и техусловиям на изготавливаемую проТаблица 7 Таблица! Еральный состав келловейской
дукцию.
Возможности применения глинистых пород вскрышной толщи, так же, как и песков, довольно разнообразны, однако широкое использование их пока ограничено из-за невыдержанности состава и свойств. Опыт частичного использования местных глин в керамическом и кирпичном производстве имеется, однако наибольшее применение имеют глины келловейского возраста при окомковании железорудного концентрата.
Переход на местное сырье, используемое в качестве связующей добавки, осуществлен с 1986 г. и обусловлен тем, что месторождения традиционно используемых натриевых бентонитов находятся в значительной удаленности от основных железорудных районов России. Использование греческого и болгарского бентонитов, несомненно, наилучший вариант для получения качественной продукции, но одновременно это приведет и к значительному ее удорожанию. Для рентабельного развития производства возникает необходимость выбора наиболее дешевого компонента, позволяющего сократить расходы на единицу готовой продукции.
В решении выбора связующего компонента шихты и замены дорогостоящего качественного бентонита многие гор-но-обога-тительные комбинаты пробо-
глины, %
вали различные комплексные добавки, некоторые пошли по пути использования местного сырья, особенно глинистых пород, другие, чтобы не снижать качество продукции, используют натриевый бентонит.
Использование глинистых пород в окомковании и оценка их технологических особенностей производится на основании их -химических, физикохимических свойств и прочностных характеристик окатышей, полученных с использованием данного вида связующего.
В пределах развития карьера встречается значительное количество разновозрастных и разнофациальных пород, но не все они могут быть использованы в окомковании. Определенным глинистым отложениям соответствует своя минеральная ассоциация, количественное соотношение основных глинистых минералов (монтмориллонита, каолинита, гидрослюд, смешаннослойных, бей-деллита, галлуазита и др.) меняется от одного фациального типа к другому. В качестве связующей добавки наиболее приемлемы высоконабухающие глины, их набухающая способность связана с присутствием монтмориллонита.
На МГОКе в окомковании железорудного концентрата используются кел-ловейские глины морского генезиса, и хотя они отличаются невыдержанностью состава и свойств в различных участках карьера, имеют невысокую набу-хаемостью, значительное количество примесей, но все эти недостатки окупаются низкой стоимостью самих глин. Кроме того, селективная выемка наиболее качественных слоев, складирование, усреднение и предварительная активация глин перед их использованием в окомковании позволяют значительно улучшить их технологические свойства.
Качество глин в различных участках месторождения оценивалось по комплексу признаков: химическому, минералогическому составу, массовым долям глинистой составляющей и монтмориллонита, количественной доле и сумме
^^-С£БДШ Иллит Монтмо- ли^^иыич Као- ЗёКвГ 2 О СО Муско ИЛЛОВЕЙСК - Кварц ОЙ ГЛИІТГ.Т Кар- Сиде- Гипс В ПириГт; х Лимо- Орто- Апатит
Кол тонен ты Fеоб р Ц‘ 1.1. юні 11 FеО Ли-Ш Fе2Оз Г"] ЭД11 н А 12О3 И1 М ;О СаС бона- і риг тЫО II МпО 8 Р2О5 Ск ар ни ппп клаз К2О ^2О
М д< аМас шй™ д 2 6,3,72 2857 4,5,8 51,60 8 16 ,2 1 4 2, 33 2 ,43 6,0 6,674 Щ3 1,77,2 0,1 2 5 1,2 6 0,14,1 5 1303 0022
К в* коЭф. Рв ар 2511Д ,0 13 17,50 3,0 6 5 0 б 5 10 ,0 1321,С 2>,0 2§<0 23,0 3 47,0 2 4 23 0 - 7,0 ,0 180
2 Мас.д оля 3,92 1,22 4,25 52,10 16,56 2,34 6,65 0,72 0,03 1,98 0,13 1,42 11,57 2,48 0,28
Коэф. вар. 6,72 24,74 6,36 1,80 6,77 6,09 6,38 10,16 31,04 14,91 21,79 8,87 8,18 10,65 66,98
1 - результаты исследований проб, отобранных в целом по толще (данные 1986-88 гг.) 2 - результаты ежемесячных опробований глины с усреднительного склада (данные 1999-2000 гг).
обменных катионов, набухаемости, коллоидальности, вязкости, водопоглоще-нию и т.д. (табл. 5, 6). Как следует из приведенных данных (табл. 5), с введением операции усреднения значительно снизились коэффициенты вариации основных компонентов.
Как следует из приведенных данных, исследуемое сырье относится к щелочноземельным бентонитоподобным слабонабухающим глинам. Массовая доля оксида натрия в них незначительна, кроме того, этот показатель сильно изменчив. Детальные минералогические исследования (выполненные в 1986-88 гг. по тематической программе) показали значительные вариации состава глин в различных участках карьера и даже в отдельных слоях в пределах толщи верхнеюрского возраста ^3с1). Основными глинистыми минералами являются иллит, монтмориллонит, смешаннослойные минералы (табл. 7).
Массовая доля глинистой составляющей невелика - 60,8%, в участках качественных тонкодисперсных глин -70-80%. Более поздние исследования [6] подтвердили, что основным компонентом келловейских глин являются смешаннослойные минералы, массовая доля которых достигает 58%.
Присутствие тонкодисперсных смешаннослойных минералов с различной степенью правильности последовательности слоев в структуре дает возможность увеличения набухающей способности глин. Особенности кристаллогра-фическорго строения келловейских глин, преобладание в составе обменного комплекса ионов кальция и магния да-Таблица 6
ФИЗИКО -ХИМИЧЕСКИЕ
В глинах келловея в пределах карьера Михайловского железорудного месторождения преобладающим обменным катионом является кальций (в среднем 16,06 мг-экв. па 100 т породы), после активирования значительно снижается доля ионов кальция и магния, зато значительно возрастает доля катио-пов натрия (до 34,85 мг-экв. па 100 г), что способствует улучшению таких показателей глин, как набухаемость, кол-лоидность, водопоглощение, вязкость (табл. 6). так, набухаемость, один из важнейших показателей глин, используемых в окомковании, увеличивается в среднем с 2,46 до 5,58 единиц, а по отдельным горизонтам глин - до 7-10 единиц.
Улучшение всех технологических характеристик глин происходит при совместном помоле глины с содой, при этом достигается не только увеличение поверхности материала, но и происходят структурные изменения в минералах, появляются химически активные центры, способствующие ускорению твердофазных реакций [6, 7]. Наиболее высокой набухаемостью характеризуется свежеприготовленная активированная глина, высокие значения этого показателя сохраняются в течение 1-5 суток. Процесс активирования глины и увеличение ее способности к набуханию зависит от качества соды, ее массовой доли в шихте, способе дозировки и т.д.; на МГОКе подобраны оптимальные параметры подготовки этого вида сырья для использования в окомковании.
Таким образом, детальное изучение келловейских глин, сравнение их с бен-
Стабилизация состава и свойств келловейских глин обеспечивается разработкой наиболее перспективных горизонтов и введением операции усреднения сырья. Механоактивация глин в присутствии кальцинированной соды способствует наилучшей диспергации материала, возрастанию удельной поверхности, увеличению обменной емкости и тем самым - повышению набу-хаемости глин и улучшению их технологических свойств.
Заключение
Использование песков вскрыши Михайловского месторождения в технологии литейного производства и полный переход на этот вид сырья, применение келловейских вскрышных глин в окомковании и отказ от привозного бентонита, опыт работы стекольного и керамического участков с частичным использованием пород вскрыши - все это позволяет гибко и рационально подходить к проблеме недропользования.
Учитывая необходимость комплексности использования сырья и перспективы развития региона, показана многоплановая возможность применения вскрышных пород Михайловского железорудного месторождения.
Следует расширять сферу возможностей использования минерального сырья, привлекая для этого современные прогрессивные технологии переработки, одновременно необходимо проводить оценку экономической эффективности комплексного использования как отходов добычи и обогащения (безрудных кварцитов и хвостов), так и вскрышных пород при добыче основного сырья.
СВОЙСТВА КЕЛЛОВЕЙСКОЙ ГЛИНЫ*
Пара- метры Набуха- емость, ед. Колло- идность, % Водо- погл., % Вяз- кость, Сп Mонт- морил., % Глинист. составл. % Сбмен.катионы, мг-экв. на 100 г.
Са++ Mg++ К+ Ш+ Z
Іеактивир. глины 2,46 11,02 106,86 0,98 38,10 86,23 16,06 3,17 3,22 1,97 24,41
Активир. глины 5,58 38,76 140,15 1,54 - - 4,08 1,34 3,45 34,85 43,56
Коэф. вар., % 16,53 29,43 15,23 18,53 - - 38,43 80,47 44,32 8,72 5,89
* - средние значения по результатам детальных исследований 1999-2000 гг.
ют возможность проведения активации глин кальцинированной содой. При искусственном превращении щелочноземельных бентонитов в щелочные, т.е. при изменении состава обменного комплекса, происходит постепенная замена ионов кальция и магния на ионы натрия, что вызывает изменение свойств глины.
тонитами и бентонитоподобными продуктами показало, что основным компонентом этих глин является смешаннослойный минерал типа иллита-смектита, массовая доля монтмориллонита незначительна и нестабильна в различных участках месторождения и в отдельных горизонтах келловейской толщи.
Причем, необходима не только общая оценка комплексного использования сырья в целом, но и дифференцированный подсчет экономической выгоды получения каждого из попутных компонентов с целью приоритетных наиболее выгодных направлений (как технологически осуществимых, так и в зависимости от потребителя).
Эффект от использования попутно скую нагрузку на территорию за счет зить себестоимость основных видов про-
извлекаемого минерального сырья по- сокращения площади отвалов, но и сни- дукции.
зволяет не только уменьшить экологиче-
-------------------------------------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1 . Гзогян Т.Н. К вопросу получения гематитового концентрата на Михайловском ГОКе // Горный информационно-аналитический бюллетень. №° 3, - М, изд. МГГУ, 2001.
2. Gzogyan T.N., TchmyrevA.V., EnarevaEM. Centrifugal Gravity Concentrator for Recovery of Hematite from Tailinds of Mirhailovsry GOK LIMS. //Obogashcheniye rud, 2000, - Special issue for the XXII.MPC.
3. Гзогян Т.Н., Мельникова Н.Д. Пути использования песков вскрышной толщи Михайловского месторождения в производстве //Строительные материалы. - в печати.
4. Гзогян Т.Н., Шилов В.И. Перспективы комплексного использования вскрышных пород Михайловского месторождения // Литология и полезные ископаемые - в печати.
5. ГОСТ 2138-84. Пески формовочные. Общие технические условия. М.; Изд-во Стандартов, 1984.
6. Наседкин В.В, Гзогян Т.Н., Мельникова Н.Д. и др. Особенности состава и свойств келловейской глины Михайловского месторо-ждения//Литология и полезные ископаемые. - в печати.
7. Алтынбаев РА., Гзогян С.Р. Применение келловейских глин Михайловского месторождения в окомковании //Бюллетень «Черме-тинформация», №9, 2001.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -------------------------------------------------------------------------
Гзогян Татьяна Николаевна — кандидат технических наук, начальник ЦТЛ, ОАО «Михайловский ГОК».
Мельникова Надежда Дмитриевна, Гзогян Семен Райрович, Шилов Владимир Иванович - инженеры, ОАО Михайловский ГОК».
