Пегматитовое сырье широко используется в производстве тонкой керамики, фарфоро-фаянсовых изделий, художественной керамики, стекольной продукции и строительной керамики.

Пегматиты – это породы, состоящие из сросшихся кристаллов калиевого полевого шпата и кварца. Содержание кварца в таких породах составляет в среднем 30 % и более. Поскольку кварц входит в состав массы тонкой керамики, пегматиты могут полностью или частично заменять чистый полевой шпат.

Помимо полевого шпата и кварца пегматитовое сырье содержит железосодержащие примеси, мусковит, биотит, а также продукты выветривания, в частности каолин. Именно эти примеси влияют на качество готовой продукции и определяют необходимость технологической очистки сырья.

Требования к качеству пегматитового сырья

На всех этапах производства пегматитового сырья – от добычи в карьере до получения готового продукта – необходим постоянный контроль качества.

Контролируют основные физико-механические свойства материала: объемную массу, насыпную массу, коэффициент фильтрации и жесткость по шкале Мооса. Кроме того, в зависимости от марки сырья регламентируется химический состав: содержание SiO₂, Fe₂O₃, K₂O, Na₂O, CaO, MgO и Al₂O₃.

Особое значение имеет содержание окислов железа. Повышенный Fe₂O₃ ухудшает цвет и качество керамической, стеклянной и полевошпатовой продукции. Поэтому основная технологическая задача при обогащении пегматитов – снижение содержания железосодержащих, магнитных и слабомагнитных примесей.

Оборудование для сухой магнитной сепарации

Для очистки пегматитового сырья от магнитных примесей традиционно применяли роликовые и валковые сепараторы типа ЭВС с магнитной индукцией около 1,1 Тл.

Такое оборудование имеет ряд эксплуатационных ограничений. Значительная часть потребляемой мощности уходит на вращение валков, быстро изнашиваются рабочие поверхности, уменьшается ресурс подшипниковых узлов.

В исследованиях МГТ для очистки пегматитового сырья применялись более современные типы оборудования: барьерный магнитный сепаратор БСТ «Туркенич», роликовый магнитный сепаратор РСТ «Туркенич» с электрической съемкой магнитного продукта и барабанный магнитный сепаратор на постоянных магнитах Nd-Fe-B.

Такое сочетание оборудования позволяет последовательно изымать ферромагнитные, магнитные и слабомагнитные примеси из пегматитового сырья.

Методика лабораторных исследований

Лабораторные исследования обогатимости выполнялись на пробах пегматитового сырья из трех месторождений Украины.

Исходное содержание Fe₂O₃ в пробах составляло:

проба №1 – 0,72%;

проба №2 – 4,0%;

проба №3 – 0,76%.

Исследования проводились по схеме сухой магнитной сепарации с использованием барьерного и роликового сепараторов.

Барьерная магнитная сепарация выполнялась в два приема. В первом приеме индукция магнитного поля составляла 0,7 Тл, во втором – 1,1 Тл. Немагнитный продукт после барьерной сепарации перечищался на роликовом сепараторе РСТ Туркенич, индукция на поверхности ролика которого составляла 1,6–2,0 Тл.

Целью исследований было определить, насколько эффективно снизить содержание Fe₂O₃ и получить кондиционный пегматитовый продукт для керамической и стекольной промышленности.

Подготовка материала перед магнитной сепарацией

Перед сухой магнитной сепарацией материал нуждается в подготовке. Основные операции подготовки – измельчение до необходимой крупности и обеспыливание.

Для более полного раскрытия минеральных сростков пегматитовое сырье измельчалось до крупности −0,8 мм. После измельчения материал подвергался обеспылению с удалением класса –0,063 мм.

Обеспыливание является важной технологической операцией. Мелкодисперсная пыль ухудшает качество разделения на магнитных сепараторах. На барьерном сепараторе тонкие магнитные частицы могут механически увлекаться основной массой немагнитного материала. На роликовом сепараторе пыль может оседать на поверхности ролика за счет сил адгезии и снижать эффективность магнитного удерживания частиц.

Поэтому удаление класса –0,063 мм перед магнитной сепарацией является необходимым условием стабильного получения качественного немагнитного продукта.

Результаты испытаний пробы №1

Проба №1 была представлена материалом крупностью менее 1,0 мм. Исходное содержание Fe₂O₃ в пробе составило 0,72%.

Гранулометрический анализ показал, что в тонком классе –0,063 мм концентрируется повышенное количество оксидов железа. Поэтому уже сама операция обеспыливания позволяет частично снизить содержание Fe₂O₃ в материале, поступающем на магнитную сепарацию.

После обеспыливания, барьерной магнитной сепарации и перечистки на роликовом сепараторе был получен немагнитный продукт с содержанием Fe₂O₃ 0,29%. По этому показателю продукт отвечает требованиям к пегматиту, пригодному для производства санитарно-технических изделий, напольной плитки и керамогранита.

Для получения более качественного продукта пробу дополнительно измельчили до крупности –0,8 мм и повторили обогащение по той же схеме.

Основные показатели пробы №1:

Исходная проба:

Fe₂O₃ — 0,72 %.

После обеспыливания и магнитной сепарации материала крупностью –1,0 мм:

выход немагнитного продукта – 82,0%;

Fe₂O₃ в немагнитном продукте – 0,29%.

После дополнительного измельчения до -0,8 мм, обеспыливания, барьерной сепарации и перечистки на РСТ:

выход немагнитного продукта – 85,1%;

Fe₂O₃ в немагнитном продукте – 0,14%.

Такой результат отвечает требованиям качественного пегматитового сырья с низким содержанием оксидов железа.

Результаты испытаний пробы №2

Проба №2 имела значительно более высокое исходное содержание оксидов железа по сравнению с пробой №1. Содержание Fe₂O₃ в исходном материале составляло 4,0%.

Для подготовки к обогащению материал был измельчен до крупности –0,8 мм и обеспылен с удалением класса –0,063 мм. После этого материал поступал на барьерную магнитную сепарацию, а немагнитный продукт дополнительно перечищался на роликовом сепараторе РСТ.

В результате последовательной сухой магнитной сепарации был получен немагнитный продукт с содержанием Fe₂O₃ 0,15%. Это показывает, что даже пегматитовое сырье с высоким начальным содержанием железа может быть доведено до кондиционного продукта при правильной подготовке материала и применении комбинированной схемы БСТ + РСТ.

Основные показатели пробы №2:

Исходная проба:

Fe₂O₃ — 4,0 %.

После измельчения и обеспыливания:

выход материала класса −0,8+0,063 мм – 90,8 %;

Fe₂O₃ в материале после обеспыливания – 3,8%.

После барьерной и роликовой магнитной сепарации:

выход немагнитного продукта – 67,4%;

Fe₂O₃ в немагнитном продукте – 0,15%.

Полученный продукт соответствует уровню качественного пегматитового сырья с низким содержанием окислов железа.

Воздействие обеспыливания на результаты сепарации

Для проверки влияния обеспыливания были проведены дополнительные опыты на пробе №2 без удаления тонкодисперсного класса.

Без обеспыливания выход немагнитного продукта после роликовой сепарации снизился до 56,7%, а содержание Fe₂O₃ в готовом продукте выросло до 0,35%. Такой результат не отвечал требованиям качественного сырья для фаянсовых изделий.

Сравнение результатов показывает, что обеспыливание перед сухой магнитной сепарацией является обязательной технологической операцией. Удаление класса −0,063 мм повышает качество разделения, уменьшает механический унос магнитных частиц в немагнитный продукт и стабилизирует работу сепараторов.

Результаты испытаний пробы №3

Проба №3 имела исходное содержание Fe₂O₃ 0,76%. В отличие от предыдущих проб, материал уже был подготовлен в классе −0,8+0,063 мм, поэтому в дополнительном измельчении и обеспылении не нуждался.

После барьерной магнитной сепарации было получено 94,8% немагнитного продукта с содержанием Fe₂O₃ 0,25%. Это свидетельствует о том, что основная часть магнитных и слабомагнитных примесей была изъята уже на стадии БСТ.

Для более глубокой очистки немагнитный продукт после БСТ был дополнительно перечищен на роликовом сепараторе РСТ. После роликовой сепарации получено 92,2% высококачественного немагнитного продукта с содержанием Fe₂O₃ 0,027%.

Такой результат показывает эффективность комбинированной схемы БСТ+РСТ для глубокой очистки пегматитового сырья от железосодержащих и слабомагнитных примесей.

Основные показатели пробы №3:

Исходная проба:

крупность – −0,8+0,063 мм;

Fe₂O₃ — 0,76 %.

После барьерной магнитной сепарации:

выход немагнитного продукта – 94,8%;

Fe₂O₃ в немагнитном продукте – 0,25%.

После перечистки на роликовом сепараторе РСТ:

выход немагнитного продукта – 92,2%;

Fe₂O₃ в немагнитном продукте – 0,027%.

Результат: получен высококачественный пегматитовый продукт с очень низким содержанием окислов железа.

На основе лабораторных исследований была предложена технологическая схема сухого обогащения пегматитового сырья.

Схема включает последовательные операции подготовки и магнитной очистки материала:

дробление исходного сырья;

контрольное грохочение;

сушка материала;

центробежное измельчение;

повторное контрольное грохочение;

воздушную классификацию с удалением класса –0,063 мм;

магнитную сепарацию на барабанном сепараторе;

барьерную магнитную сепарацию БСТ;

перечистка немагнитного продукта на роликовом сепараторе РСТ.

Дробление выполняется до крупности –20 мм. После этого материал подсушивается в вибросушильном аппарате до влажности менее 0,5%. Далее сырье измельчается до крупности –0,8 мм и классифицируется с удалением пылевидного класса –0,063 мм.

После подготовки материал проходит магнитную очистку. Сначала на барабанном магнитном сепараторе извлекаются сильномагнитные примеси. Затем материал направляется на барьерный сепаратор БСТ, а при необходимости немагнитный продукт дополнительно перечищается на роликовом сепараторе РСТ с электрической съемкой магнитного продукта.

Промышленная реализация схемы

Для реализации предложенной технологической схемы может использоваться модульная линия производительностью 16–20 т/час.

В состав такой линии входят:

узел дробления исходного материала;

узел сушки;

узел измельчения и магнитной сепарации;

шкаф управления.

Линия может комплектоваться как серийным оборудованием, так и специализированными аппаратами МГТ. Работа линии автоматизируется и контролируется оператором с помощью шкафа управления.

Вибросушильный агрегат может работать с теплогенератором на твердом, жидком топливе или газе. Модульная компоновка позволяет сократить объем строительных работ и размещать оборудование вблизи карьера или участка подготовки сырья.

Выводы

Проведенные исследования показали, что сухая магнитная сепарация является эффективным методом очистки пегматитового сырья от железосодержащих, магнитных и слабомагнитных примесей.

Основные технологические выводы:

для более полного раскрытия пегматитовое сырье целесообразно измельчать до крупности −0,8 мм;

перед сухой магнитной сепарацией необходимо предусматривать обеспыливание с удалением класса –0,063 мм;

БСТ обеспечивает основное извлечение магнитных и слабомагнитных примесей;

РСТ обеспечивает глубокую магнитную перечистку немагнитного продукта;

в зависимости от исходного качества сырья и требований к готовому продукту БСТ и РСТ могут применяться как по отдельности, так и в комбинации.

На пробах пегматитов разных месторождений была подтверждена возможность снижения Fe₂O₃ до уровня, пригодного для получения качественного пегматитового или полевошпатового продукта.

Источники

1. Рудицкий А.В., Левченко К.А., Дементьев В.В., Шатова Л.А., Блескун С.П. Технология обогащения пегматитового сырья // Обогащение полезных ископаемых. 2014. Вып. 56(97). С. 67-72.

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