Минералогические особенности титановых руд россыпных месторождений. Новые технологии переработки

Титан относится к стратегическим видам полезных ископаемых. Практика применяемых технологий переработки и обогащения титановых руд не удовлетворяет запросам индустрии из-за высокой стоимости конечного продукта. Представляется актуальным более детально, с использованием современных подходов технологической минералогии изучить минеральный состав титановых руд россыпных месторождений и характер локализации рудных минералов и на основе этих результатов предложить эффективные технологии их переработки и обогащения.

Объекты и методы исследования

Образцы рудных песков современной прибрежно-морской россыпи были отобраны на руднике Энтерпрайз, относящемся к ВосточноАвстралийской рудной провинции (13 x 3 км²) штата Квинсленд.

Образцы титансодержащих минералов были отобраны на Пижемской россыпи Среднего Тимана (Россия). Пижемская палеороссыпь считается одним из крупнейших в мире месторождений по запасам титановой руды. Запасы месторождения оцениваются в 2.5 млрд т. Открытая добыча титана может осуществляться в течение 150 лет.

По минеральному составу руды указанные месторождения являются комплексными, поскольку богаты ценными попутными компонентами и полезными ископаемыми [1].

Исходные образцы исследовались оптико-минералогическим методом (стереомикроскоп высшего класса Leica MZ 12.5, световой микроскоп Leica DM RXP (Leica, Германия), ВИМС, Москва; с применением количественного рентгенографического фазового анализа (рентгеновский дифракто-мер X’Pert PRO MPD (PANalytical, Нидерланды), ВИМС, Москва. Кроме того, использовались ми-крозондовый (VEGA 3 TESCAN,

Рис. 1. Титановые минералы современной прибрежно-морской россыпи о. Страдброук, Восточная Австралия (А) и Пижемской палеороссыпи Среднего Тимана, Россия (Б)

аналитик С. С. Шевчук, ИГ Коми НЦ УрО РАН) и рентгено-флуоресцентный (XRF-1800 Shimadzu, аналитик С. Т. Неверов, ИГ Коми НЦ УрО РАН) анализы.

Результаты и их обсуждение

При изучении особенностей однотипных руд россыпных месторождений на примере австралийской титановой россыпи комплексом минералого-аналитических методов удалось проиллюстрировать процесс преобразования ильменита в рутил. Для россыпей характерна совокупность полезных минералов. Кроме основных рудных концентратов можно получить попутную нерудную продукцию, при этом эффективность освоения россыпей повысится. Минеральный состав исходных проб (рис.1) представлен в работе [3]. В рудных песках о. Страдброук преобладает ильменит, в то время как в Пижемском титановом месторождении — лейкоксен. Австралийский ильменит и его измененные разности в целом характеризуются достаточно высоким содержанием MnO — от 5.24 % до 11.08%. Показано неравномерное распределение оксидов железа, титана и марганца в измененном ильмените. В участках замещения ильменита псевдорутилом концентрация данных элементов резко изменяется из-за различного соотношения основных компонентов в каждом зерне, тогда как в области развития рутила эти соотношения равные [2].

Минеральный состав и формы нахождения минералов в руде, промпродуктах, концентратах, от ходах изменяются в ходе утилизации минерального сырья. Основным методом мониторинга состава и свойств титановых руд и продуктов технологических процессов является рентгенографический фазовый анализ, результаты которого представлены в таблице.

Для промышленного освоения Пижемского месторождения выделены два основных вида сырья: титановые руды и кварцевые песчаники. Установлено высокое содержание золота, алмазов, а также при- сутствие редких земель и редких

Минеральный состав рудных песков

Минерал	Теоретическая формула	Содержание, масс., %
о. Страдброук
Ильменит	FeTiO3	39
Брукит	TiO2	3
Рутил	TiO2	8
Псевдорутил	Fe2Ti3O9	19
Циркон	Zr(SiO4)	6
Кварц	SiO2	2
Кианит	Al2O(SiO4)	1
Эпидот	Ca2Al2Fej+(SiO4)3OH	1.5
Турмалин	NaFe2+3Al6Si6O18(BO3)3(OH)4	4
Гранаты	R2+3RJ+2[SiO4]3, где R2+ — Mg, Fe, Mn, Ca; R3+ — Al, Fe, Cr	1.5
Хромшпинелиды	(Mg, Fe)Cr2O4	6
Амфибол	R7[Si4Oii]2(OH)2, где R — Ca, Mg, Fe	5
Сумма кристаллических фаз:		96
Пижемская россыпь
Ильменит	FeTiO3	7.5
Анатаз	TiO2	1
Рутил	TiO2	18
Псевдорутил	Fe2Ti3Og	45
Гематит	Fe2O3	1.5
Кварц	SiO2	10
Пирит	Al2O(SiO4)	1
Слюда	K2(OH)2(AlSi3Oio)*nH20	4
Рентгеноаморфная фаза		12
Сумма:		100

металлов (форма нахождения не установлена). Для эффективного освоения комплексных месторождений технологические схемы обогащения россыпей должны предусматривать малоотходность процесса: наряду с товарными концентратами лейкоксена, рутила необходимо получать высококачественные концентраты других присутствующих минералов. Нами установлено наличие самородной меди на поверхности минералов, слагающих титаноносные песчаники Пижемской россыпи.

Рис. 2. Включение меди изометричной формы (А), угловатой неправильной формы (Б), сросток меди с кристаллом кварца пластинчатой формы (В), сросток меди с кристаллом кварца дендритоподобной формы (Г)

Самородная медь размером до 12 мкм встречается как на поверхности кварца, так и на лейкоксене. Выявлены две формы нахождения меди в виде включений монокристаллов изометричной (рис. 2, А) или угловатой неправильной (рис. 2, Б) формы в кавернах зерен кварца, покрытого гидроксидами железа; а также сростков поликристаллов пластинчатой (рис.2, В) или дендритоподобной (рис.2, Г) формы. Кроме самородной меди присутствует куприт [3].

Особенности минерального состава песков определяют выбор методов первичной переработки и последующих способов разделения минералов. Технологические свойства рудообразующих минералов, в первую очередь плотностные и магнитные, указывают на близость рассматриваемых россыпей. Полученные результаты исследования особенностей минерального состава, морфоструктурных характеристик и степени измененности титановых мине- 36

ралов из россыпей, а также физических свойств минералов указывают на перспективность использования физических методов обогащения (гравитационной и магнитной сепарации, флотации) и на возможность применения комбинированных технологий переработки [2].

Не следует забывать, что все методы имеют свои «плюсы» и «минусы». Например, одним из недостатков флотационной стадии является использование природных флотореагентов, представляющих собой смесь органических соединений, среди которых флотационную активность проявляют сераорганические соединения, карбоновые кислоты и их производные.

Прогресс в области флотационного обогащения в значительной мере определяется совершенствованием реагентного режима, улучшением способов использования флотационных реагентов, разработкой и внедрением новых эффективных реагентов и их сочетаний [4].

В ходе исследований был осуществлен поиск химических соединений (с заданными строением и свойствами), а также выбор их комбинаций в качестве флотационных реагентов для обогатительной переработки минеральных систем. Проведена экспериментальная проверка и обоснование эффективности новых флотационно-активных химических соединений в роли реагентов (собирателей) при флотации руд. В качестве собирателей использованы талловое масло (смесь смоляных и свободных жирных кислот), продукты первичной переработки арланской нефти (основной действующий компонент — сераорганические соединения), синтетические сераорганические соединения (дисульфиды, сульфокислоты, тиосульфонаты), пенообразовате -ли — смесь поверхностно-активных веществ (карбоновые кислоты и их соли). Основные факторы, определяющие эффективность флотационного разделения компонентов кварц-рутиловых комплексов: дисперсность частиц, функциональный состав флотореагентов, температура и pH среды. Установлено, что при использовании природных флотореагентов (нефтяные фракции, талловое масло) содержание диоксида титана в пенном продукте достигает 69 %, при использовании синтетических сераорганических флотореагентов (некоторых сульфокислот) выход диоксида титана в пенном продукте варьируется от 59 до 73 % [5]. Закономерности влияния функционального состава флотореагентов и реагентного режима на повышение выхода целевого продукта в настоящее время подробно изучаются. Необходимые концентрации сераорганических синтетических реагентов малы, а методики их синтеза являются общедоступными.

При уменьшении рН среды в диффузном слое двойного диэлектрического слоя поверхности рутила концентрируются гидрофобные жирнокислотные остатки, что приводит к увеличению выхода пенного продукта с 10 % (рН=7) до 80 % (рН=4). Положительный результат обогащения — увеличение содержания в пенном продукте диоксида титана—подтвержден при повышении температуры суспензии: за счет снижения вязкости водонерастворимых реагентов и повышения их адгезии на поверхности твердых частиц, в частности диоксида титана.

Исследования влияния степени изменения зерен исходной руды на выход диоксида титана в пенный продукт показали, что с уменьшением размера зерен происходит увеличение поверхности взаимодействия рутиловой фазы и флотореагентов, что приводит к