Глауконит — природный алюмосиликат железа, калия и магния с характерной зелёной окраской. В кварц-глауконитовых песках он присутствует в виде мелких зеленоватых зёрен и сростков с кварцем.

Глауконитовые пески могут использоваться как сырьё для получения минеральных удобрений, кормовых добавок, сорбентов для очистки сточных вод, адсорбентов радиоактивных изотопов, тяжёлых металлов и нефтепродуктов.

Основная технологическая задача при переработке кварц-глауконитовых песков — получить товарный глауконитовый концентрат и, по возможности, сопутствующий кварцевый продукт. Для этого необходимо отделить глауконит от кварца и других немагнитных минералов.

Цель исследований

Работа выполнена с целью получения глауконитового концентрата из кварц-глауконитового сырья сухим методом обогащения.

В ходе исследований проведены гранулометрический, минералогический и магнитный анализы материала. По результатам лабораторных испытаний разработана технологическая схема обогащения, включающая сушку, измельчение, классификацию и высокоградиентную магнитную сепарацию.

Отдельным результатом работы стала разработка концепции комплексной линии обогащения кварц-глауконитовых песков с получением глауконитового и кварцевого концентратов.

Особенности кварц-глауконитовых песков

Кварц-глауконитовые пески содержат два основных промышленно ценных компонента — глауконит и кварц.

Глауконит обладает повышенной магнитной восприимчивостью по сравнению с кварцем. Именно это отличие позволяет применять магнитные методы обогащения для разделения кварц-глауконитового сырья.

Большое значение имеет крупность материала. В тонких классах глауконит часто находится в более раскрытом виде, тогда как в более крупных классах он может быть представлен сростками с кварцем или обломками песчаника. Поэтому схема обогащения должна сочетать измельчение, классификацию и магнитное разделение.

Гранулометрический и минералогический анализ

Кварц-глауконитовые пески Адамовского месторождения Хмельницкой области исследованы по гранулометрическому и минералогическому составу.

Анализ показал, что степень раскрытия глауконита существенно зависит от крупности материала. В тонком классе −0,071 мм глауконит преимущественно находится в свободном виде. В классах −0,140+0,071 мм и −0,315+0,140 мм часть глауконита представлена сростками с кварцем. В более крупном материале содержание свободного глауконита значительно уменьшается, а основная масса представлена обломками песчаника с включениями глауконита.

Это означает, что без подготовки материала невозможно получить стабильное разделение. Для повышения эффективности обогащения необходимо сочетать измельчение, классификацию и магнитную сепарацию.

Особенно важно выделение тонкого класса. Класс −0,071 мм содержит значительное количество раскрытого глауконита, поэтому после классификации он может рассматриваться не как отход, а как товарный глауконитовый продукт.

Основные выводы по гранулометрическому анализу:

в классе −0,071 мм сосредоточена значительная часть свободного глауконита;

в промежуточных классах часть глауконита присутствует в сростках с кварцем;

в крупном материале преобладают обломки песчаника с включениями глауконита;

для эффективного обогащения необходимы предварительное измельчение и классификация;

выделенный тонкий класс может быть самостоятельным глауконитовым концентратом.

Раскрытие зёрен глауконита

Раскрытие зёрен глауконита начинается преимущественно в классе менее 0,315 мм. Именно в этом диапазоне крупности глауконит переходит в более свободное состояние и лучше поддаётся дальнейшему магнитному разделению.

Более крупные зёрна часто являются сростками или обломками песчаника, в которых глауконит механически связан с кварцем. Такой материал сложно разделить только магнитной сепарацией без предварительного измельчения.

Поэтому технологическая схема должна не просто извлекать магнитный продукт, а сначала подготовить материал: раскрыть глауконитовые зёрна, удалить избыточный пылевидный класс и подать на сепарацию классы, пригодные для качественного разделения.

Магнитный анализ

Глауконит и кварц существенно различаются по магнитной восприимчивости. Глауконит относится к слабомагнитным минералам, тогда как кварц практически не обладает магнитными свойствами.

В исследованиях использовались следующие ориентировочные значения удельной магнитной восприимчивости:

глауконит — 150·10⁻⁶ г/см³;

кварц — менее 10·10⁻⁶ г/см³.

Именно эта разница позволяет применять высокоградиентную магнитную сепарацию для обогащения кварц-глауконитовых песков.

Для лабораторных испытаний использовался электромагнитный барьерный сепаратор БСТ «Туркенич». Он предназначен для сухого обогащения сыпучих материалов и эффективного извлечения слабомагнитных минералов из кварцевых, пегматитовых, глауконитовых, марганцевых, гранатовых и других материалов.

Подготовка материала к магнитной сепарации

Перед сухой магнитной сепарацией из исходного материала необходимо удалять тонкие классы. Наличие класса менее 0,071 мм ухудшает стабильность разделения и усложняет работу сепаратора.

При этом выделенный тонкий продукт не является потерей. Поскольку в классе −0,071 мм сосредоточено значительное количество раскрытого глауконита, он может быть отдельным товарным глауконитовым концентратом.

Таким образом, классификация перед магнитной сепарацией решает две задачи: подготавливает материал к качественному разделению на БСТ и одновременно позволяет выделить тонкий глауконитовый продукт.

Результаты обогащения Адамовского месторождения

Барьерная магнитная сепарация кварц-глауконитовых песков Адамовского месторождения выполнялась в два приёма с перечисткой немагнитного продукта и постадийным повышением индукции магнитного поля.

В результате классификации выделен тонкий класс −0,071 мм. Этот продукт содержал около 80% глауконита и может рассматриваться как самостоятельный глауконитовый концентрат.

После первого приёма магнитной сепарации получен концентрат М1 с высоким содержанием глауконита. После второго приёма — концентрат М2. Немагнитный продукт Н.м2 был представлен преимущественно кварцевой частью материала.

Таким образом, сухая барьерная магнитная сепарация позволила разделить кварц-глауконитовое сырьё на глауконитовые концентраты и кварцевый продукт.

Основные показатели обогащения Адамовского месторождения:

Исходный материал:

содержание глауконита — 40%;

извлечение глауконита — 100%.

Класс −0,071 мм:

выход продукта — 7,5%;

содержание глауконита — 80%;

извлечение глауконита — 15,0%.

Концентрат М1:

выход продукта — 14,1%;

содержание глауконита — 98%;

извлечение глауконита — 34,47%.

Концентрат М2:

выход продукта — 9,8%;

содержание глауконита — 96%;

извлечение глауконита — 23,6%.

Немагнитный продукт Н.м2:

выход продукта — 68,6%;

содержание глауконита — 2%;

остаточное извлечение глауконита — 26,9%.

Полученные продукты

По результатам исследований получены несколько технологических продуктов.

Тонкий класс −0,071 мм является глауконитовым концентратом, выделяемым на стадии классификации перед магнитной сепарацией.

Магнитные продукты М1 и М2 являются основными глауконитовыми концентратами, полученными на барьерном сепараторе БСТ.

Немагнитный продукт Н.м2 является кварцевым концентратом. Его получение повышает комплексность использования сырья, поскольку технология позволяет не только выделить глауконит, но и получить сопутствующий кварцевый продукт.

Результаты исследований других месторождений

Дополнительно проанализированы результаты обогащения кварц-глауконитовых песков Бондарского месторождения Тамбовской области.

Эти исследования подтвердили общий технологический вывод: качественное разделение кварц-глауконитовых песков с получением товарных концентратов достигается при применении электромагнитного барьерного сепаратора БСТ «Туркенич».

В отличие от многих других типов магнитных сепараторов, в барьерном сепараторе уменьшается эффект механического захвата немагнитных минералов магнитными. Это повышает качество концентратов и стабильность разделения.

Технология обогащения кварц-глауконитовых песков

На основе проведённых лабораторных исследований принята базовая технология сухого обогащения кварц-глауконитовых песков.

Технология включает последовательную подготовку материала к магнитному разделению: сушку, измельчение, классификацию и высокоградиентную магнитную сепарацию.

Основная задача подготовительных операций — раскрыть глауконитовые зёрна, удалить тонкие классы, стабилизировать подачу материала на сепаратор и создать условия для качественного разделения глауконита и кварца.

Высокоградиентная магнитная сепарация на БСТ «Туркенич» позволяет извлекать слабомагнитный глауконит в магнитный продукт, тогда как кварц переходит в немагнитный продукт.

Базовая схема обогащения включает:

сушку исходного материала;

измельчение для раскрытия глауконитовых зёрен;

классификацию с выделением тонкого глауконитового продукта;

барьерную магнитную сепарацию на БСТ;

перечистку продуктов при необходимости;

получение глауконитового концентрата;

получение сопутствующего кварцевого продукта.

Комплексная линия обогащения

Принятая технология стала основой для разработки комплексной линии обогащения кварц-глауконитовых песков.

Линия предназначена для подготовки исходного материала, магнитного обогащения и получения двух основных продуктов: глауконитового и кварцевого концентратов.

Для реализации схемы применяется как серийное оборудование, так и оборудование, разработанное и изготовленное НПФ «Магнитные и гидравлические технологии».

Производительность линии по исходному питанию составляет 8–12 т/ч.

В состав линии входят:

узел дробления и классификации исходного материала;

узел сушки;

узел измельчения и магнитной сепарации;

конвейерный транспорт и элеваторы;

кабина управления.

Общие характеристики линии

производительность по исходному питанию — 8–12 т/ч;

монтаж — на спланированную горизонтальную площадку размером 17 × 19 м;

установленная электрическая мощность — до 300 кВт;

теплогенератор вибросушильного агрегата может работать на твёрдом, жидком топливе или газе;

линия состоит из унифицированных модулей;

конструкция позволяет демонтировать, перевозить и монтировать линию на новом месте эксплуатации;

транспортировка модулей возможна автомобильным или железнодорожным транспортом.

Промышленная логика решения

Комплексная линия построена как модульная система. Это позволяет сократить объём капитальных строительных работ и размещать оборудование рядом с участком добычи или складирования сырья.

Такая компоновка удобна для месторождений, где необходимо быстро организовать переработку кварц-глауконитовых песков без строительства крупной стационарной фабрики.

При изменении места эксплуатации линия может быть демонтирована, перевезена и смонтирована на новой площадке.

Выводы

Проведённые исследования показали, что кварц-глауконитовые пески могут эффективно обогащаться сухим магнитным методом с получением товарных глауконитовых концентратов и сопутствующего кварцевого продукта.

Основные технологические выводы:

качественное разделение кварц-глауконитовых песков достигается при применении электромагнитного барьерного сепаратора БСТ «Туркенич»;

барьерная сепарация уменьшает механический захват немагнитных минералов магнитными и повышает качество концентрата;

перед магнитной сепарацией необходимо предусматривать классификацию или обеспыливание исходного материала;

выделенный тонкий класс может быть не отходом, а товарным глауконитовым концентратом;

в зависимости от требований к конечному продукту могут применяться одноярусные, двухъярусные и трёхъярусные БСТ или их комбинации;

комплексная линия обогащения позволяет получать два товарных продукта — глауконитовый и кварцевый концентраты.

Разработанная технология может использоваться для создания модульных линий сухого обогащения кварц-глауконитового сырья производительностью 8–12 т/ч.

Практическое значение

Практическое значение работы заключается в возможности комплексной переработки кварц-глауконитовых песков без мокрой технологии.

Сухой метод обогащения уменьшает потребность в воде, упрощает хвостовое хозяйство и позволяет размещать оборудование ближе к месту добычи или складирования сырья.

Для МГТ эта технология является примером комплексного подхода: от лабораторных исследований и подбора режимов сепарации до разработки промышленной линии обогащения.

Источники

1. Рудицкий А. В., Блискун С. П. Технология и комплексная линия обогащения кварц-глауконитовых песков // Горный журнал Казахстана. 2023. №12. С. 56–62.

2. Туркенич А. М., Рудицкий А. В. Барьерная магнитная сепарация зернистых слабомагнитных материалов. Способ, сепаратор, теория: монография. Днепропетровск: Национальный горный университет, 2003. 76 с.