Пегматитова сировина широко застосовується у виробництві тонкої кераміки, фарфоро-фаянсових виробів, художньої кераміки, скляної продукції та будівельної кераміки.

Пегматити — це породи, що складаються зі зрослих кристалів калієвого польового шпату і кварцу. Вміст кварцу в таких породах у середньому становить 30 % і більше. Оскільки кварц входить до складу мас тонкої кераміки, пегматити можуть повністю або частково замінювати чистий польовий шпат.

Крім польового шпату і кварцу, пегматитова сировина містить залізовмісні домішки, мусковіт, біотит, а також продукти вивітрювання, зокрема каолін. Саме ці домішки впливають на якість готової продукції і визначають необхідність технологічного очищення сировини.

Вимоги до якості пегматитової сировини

На всіх етапах виробництва пегматитової сировини — від видобування в кар’єрі до отримання готового продукту — необхідний постійний контроль якості.

Контролюють основні фізико-механічні властивості матеріалу: об’ємну масу, насипну масу, коефіцієнт фільтрації та твердість за шкалою Мооса. Крім того, залежно від марки сировини регламентується хімічний склад: вміст SiO₂, Fe₂O₃, K₂O, Na₂O, CaO, MgO та Al₂O₃.

Особливе значення має вміст оксидів заліза. Підвищений Fe₂O₃ погіршує колір і якість керамічної, скляної та польовошпатової продукції. Тому основна технологічна задача при збагаченні пегматитів — зниження вмісту залізовмісних, магнітних і слабомагнітних домішок.

Обладнання для сухої магнітної сепарації

Для очищення пегматитової сировини від магнітних домішок традиційно застосовували роликові та валкові сепаратори типу ЕВС з магнітною індукцією близько 1,1 Тл.

Таке обладнання має низку експлуатаційних обмежень. Значна частина споживаної потужності витрачається на обертання валків, швидко зношуються робочі поверхні, зменшується ресурс підшипникових вузлів.

У дослідженнях МГТ для очищення пегматитової сировини застосовувалися сучасніші типи обладнання: бар’єрний магнітний сепаратор БСТ «Туркенич», роликовий магнітний сепаратор РСТ «Туркенич» з електричним зніманням магнітного продукту та барабанний магнітний сепаратор на постійних магнітах Nd–Fe–B.

Таке поєднання обладнання дозволяє послідовно вилучати феромагнітні, магнітні та слабомагнітні домішки з пегматитової сировини.

Методика лабораторних досліджень

Лабораторні дослідження збагачуваності виконувалися на пробах пегматитової сировини з трьох родовищ України.

Вихідний вміст Fe₂O₃ у пробах становив:

проба №1 — 0,72 %;

проба №2 — 4,0 %;

проба №3 — 0,76 %.

Дослідження проводилися за схемою сухої магнітної сепарації із застосуванням бар’єрного та роликового сепараторів.

Бар’єрна магнітна сепарація виконувалася у два прийоми. У першому прийомі індукція магнітного поля становила 0,7 Тл, у другому — 1,1 Тл. Немагнітний продукт після бар’єрної сепарації перечищався на роликовому сепараторі РСТ «Туркенич», індукція на поверхні ролика якого становила 1,6–2,0 Тл.

Метою досліджень було визначити, наскільки ефективно можна знизити вміст Fe₂O₃ і отримати кондиційний пегматитовий продукт для керамічної та скляної промисловості.

Підготовка матеріалу перед магнітною сепарацією

Перед сухою магнітною сепарацією матеріал потребує підготовки. Основні операції підготовки — подрібнення до необхідної крупності та знепилення.

Для повнішого розкриття мінеральних зростків пегматитова сировина подрібнювалася до крупності −0,8 мм. Після подрібнення матеріал піддавався знепиленню з видаленням класу −0,063 мм.

Знепилення є важливою технологічною операцією. Дрібнодисперсний пил погіршує якість розділення на магнітних сепараторах. На бар’єрному сепараторі тонкі магнітні частинки можуть механічно захоплюватися основною масою немагнітного матеріалу. На роликовому сепараторі пил може осідати на поверхні ролика за рахунок сил адгезії і знижувати ефективність магнітного утримання частинок.

Тому видалення класу −0,063 мм перед магнітною сепарацією є необхідною умовою стабільного отримання якісного немагнітного продукту.

Результати випробувань проби №1

Проба №1 була представлена матеріалом крупністю менше 1,0 мм. Вихідний вміст Fe₂O₃ у пробі становив 0,72 %.

Гранулометричний аналіз показав, що в тонкому класі −0,063 мм концентрується підвищена кількість оксидів заліза. Тому вже сама операція знепилення дозволяє частково знизити вміст Fe₂O₃ у матеріалі, що надходить на магнітну сепарацію.

Після знепилення, бар’єрної магнітної сепарації та перечищення на роликовому сепараторі було отримано немагнітний продукт з вмістом Fe₂O₃ 0,29 %. За цим показником продукт відповідає вимогам до пегматиту, придатного для виробництва санітарно-технічних виробів, плитки для підлоги та керамограніту.

Для отримання більш якісного продукту пробу додатково подрібнили до крупності −0,8 мм і повторили збагачення за тією самою схемою.

Основні показники проби №1:

Вихідна проба:

Fe₂O₃ — 0,72 %.

Після знепилення та магнітної сепарації матеріалу крупністю −1,0 мм:

вихід немагнітного продукту — 82,0 %;

Fe₂O₃ у немагнітному продукті — 0,29 %.

Після додаткового подрібнення до −0,8 мм, знепилення, бар’єрної сепарації та перечищення на РСТ:

вихід немагнітного продукту — 85,1 %;

Fe₂O₃ у немагнітному продукті — 0,14 %.

Такий результат відповідає вимогам до якісної пегматитової сировини з низьким вмістом оксидів заліза.

Результати випробувань проби №2

Проба №2 мала значно вищий вихідний вміст оксидів заліза порівняно з пробою №1. Вміст Fe₂O₃ у вихідному матеріалі становив 4,0 %.

Для підготовки до збагачення матеріал був подрібнений до крупності −0,8 мм і знепилений з видаленням класу −0,063 мм. Після цього матеріал надходив на бар’єрну магнітну сепарацію, а немагнітний продукт додатково перечищався на роликовому сепараторі РСТ.

У результаті послідовної сухої магнітної сепарації було отримано немагнітний продукт з вмістом Fe₂O₃ 0,15 %. Це показує, що навіть пегматитова сировина з високим початковим вмістом заліза може бути доведена до кондиційного продукту за умови правильної підготовки матеріалу і застосування комбінованої схеми БСТ + РСТ.

Основні показники проби №2:

Вихідна проба:

Fe₂O₃ — 4,0 %.

Після подрібнення і знепилення:

вихід матеріалу класу −0,8+0,063 мм — 90,8 %;

Fe₂O₃ у матеріалі після знепилення — 3,8 %.

Після бар’єрної та роликової магнітної сепарації:

вихід немагнітного продукту — 67,4 %;

Fe₂O₃ у немагнітному продукті — 0,15 %.

Отриманий продукт відповідає рівню якісної пегматитової сировини з низьким вмістом оксидів заліза.

Вплив знепилення на результати сепарації

Для перевірки впливу знепилення були проведені додаткові досліди на пробі №2 без попереднього видалення тонкодисперсного класу.

Без знепилення вихід немагнітного продукту після роликової сепарації знизився до 56,7 %, а вміст Fe₂O₃ у готовому продукті зріс до 0,35 %. Такий результат не відповідав вимогам до якісної сировини для фаянсових виробів.

Порівняння результатів показує, що знепилення перед сухою магнітною сепарацією є обов’язковою технологічною операцією. Видалення класу −0,063 мм підвищує якість розділення, зменшує механічне винесення магнітних частинок у немагнітний продукт і стабілізує роботу сепараторів.

Результати випробувань проби №3

Проба №3 мала вихідний вміст Fe₂O₃ 0,76 %. На відміну від попередніх проб, матеріал уже був підготовлений у класі −0,8+0,063 мм, тому додаткового подрібнення і знепилення не потребував.

Після бар’єрної магнітної сепарації було отримано 94,8 % немагнітного продукту з вмістом Fe₂O₃ 0,25 %. Це свідчить, що основна частина магнітних і слабомагнітних домішок була вилучена вже на стадії БСТ.

Для глибшого очищення немагнітний продукт після БСТ був додатково перечищений на роликовому сепараторі РСТ. Після роликової сепарації отримано 92,2 % високоякісного немагнітного продукту з вмістом Fe₂O₃ 0,027 %.

Такий результат показує ефективність комбінованої схеми БСТ + РСТ для глибокого очищення пегматитової сировини від залізовмісних і слабомагнітних домішок.

Основні показники проби №3:

Вихідна проба:

крупність — −0,8+0,063 мм;

Fe₂O₃ — 0,76 %.

Після бар’єрної магнітної сепарації:

вихід немагнітного продукту — 94,8 %;

Fe₂O₃ у немагнітному продукті — 0,25 %.

Після перечищення на роликовому сепараторі РСТ:

вихід немагнітного продукту — 92,2 %;

Fe₂O₃ у немагнітному продукті — 0,027 %.

Результат: отримано високоякісний пегматитовий продукт з дуже низьким вмістом оксидів заліза.

На основі лабораторних досліджень була запропонована технологічна схема сухого збагачення пегматитової сировини.

Схема включає послідовні операції підготовки та магнітного очищення матеріалу:

дроблення вихідної сировини;

контрольне грохочення;

сушіння матеріалу;

центробіжне подрібнення;

повторне контрольне грохочення;

повітряну класифікацію з видаленням класу −0,063 мм;

магнітну сепарацію на барабанному сепараторі;

бар’єрну магнітну сепарацію БСТ;

перечищення немагнітного продукту на роликовому сепараторі РСТ.

Дроблення виконується до крупності −20 мм. Після цього матеріал підсушується у вібрисушильному апараті до вологості менше 0,5 %. Далі сировина подрібнюється до крупності −0,8 мм і класифікується з видаленням пилоподібного класу −0,063 мм.

Після підготовки матеріал проходить магнітне очищення. Спочатку на барабанному магнітному сепараторі вилучаються сильномагнітні домішки. Потім матеріал спрямовується на бар’єрний сепаратор БСТ, а за необхідності немагнітний продукт додатково перечищається на роликовому сепараторі РСТ з електричним зніманням магнітного продукту.

Промислова реалізація схеми

Для реалізації запропонованої технологічної схеми може застосовуватися модульна лінія продуктивністю 16–20 т/год.

До складу такої лінії входять:

вузол дроблення вихідного матеріалу;

вузол сушіння;

вузол подрібнення і магнітної сепарації;

кабіна керування.

Лінія може комплектуватися як серійним обладнанням, так і спеціалізованими апаратами МГТ. Робота лінії автоматизується і контролюється оператором з кабіни керування.

Вібрисушильний агрегат може працювати з теплогенератором на твердому, рідкому паливі або газі. Модульна компоновка дозволяє скоротити обсяг будівельних робіт і розміщувати обладнання поблизу кар’єру або ділянки підготовки сировини.

Висновки

Проведені дослідження показали, що суха магнітна сепарація є ефективним методом очищення пегматитової сировини від залізовмісних, магнітних і слабомагнітних домішок.

Основні технологічні висновки:

для повнішого розкриття пегматитову сировину доцільно подрібнювати до крупності −0,8 мм;

перед сухою магнітною сепарацією необхідно передбачати знепилення з видаленням класу −0,063 мм;

БСТ забезпечує основне вилучення магнітних і слабомагнітних домішок;

РСТ забезпечує глибоке магнітне перечищення немагнітного продукту;

залежно від вихідної якості сировини і вимог до готового продукту БСТ і РСТ можуть застосовуватися як окремо, так і в комбінації.

На пробах пегматитів різних родовищ було підтверджено можливість зниження Fe₂O₃ до рівня, придатного для отримання якісного пегматитового або польовошпатового продукту.

Джерела

1. Рудицький А. В., Левченко К. А., Дементьєв В. В., Шатова Л. А., Бліскун С. П. Технология обогащения пегматитового сырья // Збагачення корисних копалин. 2014. Вип. 56(97). С. 67–72.

2. Туркенич А. М., Рудицький А. В. Барьерная магнитная сепарация зернистых слабомагнитных материалов. Способ, сепаратор, теория: монография. Дніпропетровськ: Національний гірничий університет, 2003. 76 с.