Особенности структурного состояния лежалых хвостов Михайловского ГОКа как источника возобновляемых ресурсов минерального сырья

Шведов Игорь Михайлович к.т.н., доц. каф. ФГПиП

Московский государственный горный университет

ОСОБЕННОСТИ СТРУКТУРНОГО СОСТОЯНИЯ ЛЕЖАЛЫХ ХВОСТОВ МИХАЙЛОВСКОГО ГОКА КАК ИСТОЧНИКА ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ РЕСУРСОВ МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ

FEATURESOFSTRUCTURALMIKHAILOVSKY GOKOLD TAILINGSAS A SOURCEOF RENEWABLEMINERAL RESOURCES

Комплексное использование техногенных месторождений является одним из направлений национальной стратегии развития минеральносырьевого комплекса XXI века. В отличие от природного (первичного), техногенное сырьё представляет собой возобновляемый ресурс, не требующий затрат на извлечение из недр и первичную дезинтеграцию, составляющую основные энергоёмкие затраты в горном производстве. Исследования в этом направлении будут способствовать решению двуединой инновационной задачи – снижению дефицита минеральных ресурсов и их рациональному комплексному использованию[1-2].

Для выбора рационального технологического решения по вовлечению в комплексное использование техногенных месторождений необходимы предварительные данные о минеральном составе и структурных особенностях минерального сырья. Методы оптической микроскопии и электронной микроскопии позволяют эффективно решить эту задачу.

Хвосты обогащения смешанных гематито-мартитовых кварцитов МГОКа характеризуются значительным содержанием железа (Fe общ = 2628%) за счет слабомагнитного гематита и могут создавать повышенные его концентрации в определенных участках хвостохранилища. Потери железа в хвостах обусловлены тонкой вкрапленностью магнетита в зернах нерудных минералов, а также недоизмельченностью руды, так как зерна магнетита размером 0,03-0,07 мм не раскрываются. Возможно также неполное извлечение в концентрат уже раскрытых зерен магнетита за счет их переизмельчения и выноса с потоком пульпы в хвостохранилище.

В настоящей работе исследовались пробы хвостохранилища МГОКа, отобранные в различных местах потока пульпы, и лежалые хвосты. Предварительные исследования позволили выявить ряд закономерностей изменения распределения содержания компонентов за счет гравитационной дифференциации – повышение содержания кремнезема SiO2 без сростков, а также карбонатсодержащих образований (CaO, MgO, Na2O, K2O) на удалении от выпуска пульпы.

Минерально-петрографические исследования шлифов хвостов обогащения были проведены в отраженном свете на микроскопе «Неофот».

Образцы представляли собой темно-коричневый разнозернистый материал. Вариация размера зерен в матрице от 5 мм до 0,05 мм. Крупнозернистые фракции +5, +2,5 мм представлены обломками железистых кварцитов амфиболо-кварцевого состава с вкраплениями зерен магнитита. Мелкие фракции представлены отдельными минералами. Основные рудные минералы – магнетит, гематит, нерудные– кварц (с содержанием в образцах от 27, 3% до 58,4 %), амфиболы, карбонаты, полевые шпаты. Из акцессорных минералов замечены апатит (в ассоциации с липидолитом), рутил, ильменит.

Впроведенных исследования кварц был представлен в виде обломков остроугольной, неправильной формы с вкрапленными зернами магнетита (рис. 1).

Рис. 1.

Взаимное расположение зерен магнетита (черные) в кварцевой матрице (серый фон). Увеличение х125.

В мелких фракциях форма зерен кварца эллипсообразная, практически без включений рудных минералов.

В исследуемых образцах наблюдалось возрастание количества свободного магнетита с уменьшением размера фракций. Выявлен идиоморфизм зерен магнетита, наблюдались четкие зерна со структурой шпинели (рис. 2).

Оксиды железа, слагающие рудные минералы – магнетит и гематит в небольших количествах содержатся и в силикатах. Соотношение их в хвостах обогащения различно. Для МГОКа в основном гематит Fe2O3 содержание 39,9 – 58,1 % , содержание глинозема незначительно (сотые доли процента).

Гематит был представлен в виде двух разновидностей: в виде тонкодисперсных включений в кварце и в виде мелких чешуек таблитчатой. Наличие гематита было выявлено во всех исследуемых фракциях - в крупных – в виде агрегатов неправильной формы, в мелких – в виде отдельных чешуек правильной формы. Чаще всего гематит встречался в ассоциации с алюмосиликатами - в виде вкраплений в зеленой слюде (рис. 3).

Рис.2.

Идиоморфизм зерен магнетита. Увеличение х125.

Рис. 3.

Гематит в виде тонких включений в зеленой слюде. Увеличение х200.

Зеленая слюда весьма характерна для хвостов обогащения Михайловского ГОКа. Структура амфиболов в основной массы определяется удлиненно-таблитчатым (лейстовидным в срезе) габитусом зерен с неровными краями торцевых граней и вкраплениями магнетита (рис. 4).

Рис. 4.

Вкрапления магнетита в щелочном амфиболе. Увеличение х125.

Карбонаты выявлены в виде двух минералов: железистого сидерита желто-бурого цвета с тонкими вкраплениями рудных минералов, и доломита белого цвета с неправильной, чаще округлой формой зерен.

В исследуемых образцах хвостов содержание магнетита составляло 2,1 – 3,2 % , содержание гематита достигало 39,0 -53,5%. Усредненные данные по минеральному составу в пробах хвостов приведены в табл. 1.

Распределение фракций в исходном материале исследуемых проб была следующей: основная масса минерального материала представлена во фракции -0,14 мм, оставшаяся небольшая часть распределилась между фракциями – 0,315 + 0,14 и -0,63 +0,315.

Таблица 1.

Минеральный состав проб хвостов обогащения МГОКа

Минерал	Усредненное содержание в пробах,%
Магнетит	2,75
Гематит	43,48
Кварц	36,6
Зеленая слюда	3,7
Амфиболы	8,83
Карбонаты	3,9
Прочие	1,44

Исследование хвостов обогащения методом растровой электронной микроскопии на установке РЭМ-101М позволило проследить структурные особенности межзеренных границ, микрорельеф и морфологию отдельных зерен. Образцы исследовались при ускоряющем напряжении пучка 20 кВ, в условиях глубокого вакуума, диапазон увеличения (в данных экспериментах в зависимости от необходимого топографического контраста) былот 500 до 2500.Пространственное разрешение в режиме «топография» достигало 10 нм и менее, а в режиме «состав» - 100 нм.

Образцы хвостов на микроуровне представлены частицами различных размеров – от долей микрона до нескольких сотен микрон. Форма рельефа весьма разнообразна, преобладают частицы изометрической остроугольной формы. Поверхность зерен неровная, шероховатая с многочисленными дефектами,возможно сформировавшимися из-за динамических нагрузок в процессе дробления железистых кварцитов. Особенности микрорельефа зерен хвостов обогащения – наличие многочисленных ямок и каверн (рис. 5).

Такой рельеф способствует повышению адгезионной способности хвостов по сравнению с обычными песками, что позволяет высказать предположение о возможности комплексного использования хвостов обогащения в качестве мелкого заполнителя бетонных смесей,обеспечивающих дополнительный прирост прочности бетонов за счет лучшего адгезионного сцепления с цементирующим веществом (рис. 6).

Рис. 5.

Микрорельеф поверхности зерен кварца.

Рис. 6.

Поверхность кварцевого зерна из хвостов обогащения.

Проведенные ранее исследования по применению СО2-лазерного облучения на различных минералах показали наличие эффекта модификации поверхности природных силикатов, что может являться основой разработки новых технологий селективной дезинтеграции минерального сырья, основанных на активации адсорбционных свойств силикат содержащих минералов [3-4].

Таким образом, проведенные исследования рельефа поверхности зерен показывают возможность усиления адгезионных свойств хвостов обогащения железистых кварцитов МГОКа за счет на них воздействия электромагнитными полями, что потребует проведения дальнейших экспериментальных исследований.