Комплексне використання мінеральної сировини

Одна з найважливіших проблем сьогодні - це комплексне використан­ня мінеральної сировини, оскільки переважна частина родовищ комплексна і здебільшого містить багато корисних компонентів (табл. 5.5).

З табл. 5.5, в якій наведені найхарактерніші приклади комплексності руд для деяких типів родовищ, видно, що різного типу родовища містять велику кількість корисних компонентів. Водночас важливо враховувати, що

комплексне використання мінеральної сировини повинно бути економічно рентабельним. Потрібно пам'ятати, що кон'юнктура на мінеральну сировину постійно змінюється, і те, що сьогодні не вважають цінним, незабаром може стати важливим.

У вирішенні проблеми комплексного використання мінеральної сировини А.І. Гінзбург неодноразово акцентував увагу на трьох важливих напрямах.

1. Детальне вивчення складу цінних мінералів і визначення серед них
головного за вартістю і супутніх; виявлення корисних елементів-домішок.
що містяться в головному і супутніх мінералах.

2. Дослідження поведінки головного і супутніх рудних мінералів у
технологічному процесі; з'ясування накопичення елементів-домішок під час
різних процесів хіміко-металургійного переділу концентратів і визначення
тих продуктів, у яких вони сконцентровані і з яких їх можна видобути.

3. Детальне вивчення нерудних мінералів і вмісних порід, які
потрапляють у рудну масу, з метою з'ясування можливості використання їх
у промисловості.

Проблема комплексної оцінки і використання мінеральної сировини набуває особливого значення в Україні, яка належить до держав з добре розвиненим мінерально-сировинним комплексом [11]. З її надр отримують близько 5 % світового видобутку корисних копалин; 48 % промислового потенціалу її прямо або опосередковано пов'язано з видобутком, переробкою і використанням мінеральних ресурсів.

В Україні виявлено понад 90 видів мінеральної сировини, яку використовують у сучасній промисловості, агропромисловому комплексі та інших галузях. Відкрито і вивчено близько 8 тис. родовищ, більша половина з яких розробляється, але, нажаль, не комплексно. Це призвело до досить складної екологічної ситуації в окремих регіонах України.

Тому важливо ширше використовувати вторинні мінеральні ресурси (терикони, відвали, хвости збагачення, золошлаки ТЕЦ і ТЕС тощо), освоювати вже створені техногенні (антропогенні) родовища корисних копалин. Це, зокрема, терикони вугільних шахт і продукти збагачення вугілля Донбасу, відвали та хвости залізорудних підприємств Криворіжжя, продукти титаномагнієвого виробництва. Підвищення комплексного безвідходного раціонального використання сировини України - це один з ефективних шляхів, який дасть змогу: по-перше, найвигідніше реалізувати багатства надр конкретних регіонів України; по-друге, вирішити питання енерго- і ресурсозбереження в цій галузі; по-третє, знизити вартість мінеральної сировини; по-четверте, реалізувати вторинні продукти і

накопичені гірські маси (відвали, хвости, терикони тощо); по-п'яте, удосконалити структури видобутку і використання мінеральної сировини; по-шосте, створити нові промислові комплекси [11].

Перед геологами і мінералогами стоїть завдання разом з технологами виявити та вивчити всі можливі цінні компоненти різних видів мінеральної сировини. За допомогою технологічних досліджень і економічних розрахунків треба з'ясувати, чи рентабельний їхній видобуток за сучасного рівня техніки і чи є реальний попит на ці компоненти. Затверджуючи на них кондиції, необхідно вирішити, чи доцільно усі ці компоненти ставити на баланс і чи не доцільно частину їх зачислити до позабалансових, а також який комплекс мінеральної сировини раціональніше добувати на тому чи іншому родовищі. У цьому випадку важливо враховувати усі без винятку компоненти, щоб можна було організувати їхній попутний видобуток, якщо виникне потреба.

Комплексність родовищ корисних копалин оцінюють за декількома типами їхнього прояву [16].

Рудний мінерал вміщує декілька корисних компонентів.Ці компоненти можуть бути головною складовою мінералу і трапляються у виг­ляді ізоморфних домішок або мікровключень інших мінералів, які можна бачити лише за допомогою звичайного або електронного мікроскопа. Наприклад: лопарит (ТМа,Се,Са)(Ті,КЬ,Та)Оз містить рідкісні землі, титан, ніобій і тантал, які добувають з нього внаслідок технологічної переробки концентратів; сфалерит містить постійно ізоморфні домішки С<1, 1п, іноді Ое, Н§ та Оа, які можна видобути разом з цинком; каситерит пегматитових і грейзенових родовищ містить дрібні включення мінералів групи колумбіту-танталіту. Унаслідок виплавлення з каситеритових концентратів олова весь тантал переходить у шлаки, звідки у подальшому його можна видобути.

У разі оцінювання комплексності олов'яних руд треба враховувати не­однаковий вміст МЬ і Та й інших елементів-домішок у каситериті з родовищ •" різного формаційного типу. Детальні дослідження свідчать, що більшість елементів-домішок каситериту пов'язана з іншими мінералами (зокрема, тапіолітом, вольфрамітом, рутилом, ільменорутилом, гематитом, цирконом, арсенопіритом, уранінітом). Чимало з них сингенетичні та ізоструктурні з каситеритом. Менша частина елементів-домішок каситериту ізоморфно заміщує олово.

Вирішальну роль у разі використання такої комплексної сировини треба відводити розробці ефективних хіміко-технологічних схем переробки концентратів з повним уловлюванням усіх корисних компонентів. Важливо враховувати, що вміст цінних елементів-домішок у рудних мійералах на

одних і тих самих родовищах не є постійним як за якістю, так і за кількістю. Це залежить від багатьох чинників. Назвемо головні з них.

1. Поява різновікових генерацій одного і того ж рудного мінералу.
Наприклад, у сфалериті сульфідних родовищ вміст Іп помітно зменшується
від ранніх генерацій до пізніх, а Зс і Ое - збільшується. Кількість ТІ зростає
в пізніх генераціях галеніту, аналогічно і домішки Ке та 8е в молібденіті. Ще
чіткіше виявляються зміни у складі елементів-домішок рудного мінералу в
еволюційних рядах генетичних типів руд одного і того ж мінералу.
Яскравим прикладом цього є магнетити ендогенних родовищ (див. табл. 5.1,
типи 1-5). Вони завжди мікронеоднорідні і є гетерогенними утвореннями.
Звичайно це тверді розчини різного складу з тонкими включеннями
продуктів розпаду.

2. На багатьох родовищах простежується тенденція до нагромадження
в апікальних ділянках рудних тіл одних елементів-домішок і зменшення
інших. В апікальних ділянках нагромаджуються ті елементи, які мають
найбільшу спорідненість з леткими компонентами, наприклад, фтором.
Зокрема, у родовищах рідкіснометальних гранітів у мінералах групи
колумбіту-танталіту вміст Та різко підвищується у покрівлі куполів цих
гранітів і співвідношення в них І^С^К^СЬ змінюється від 1,5:1,0-1,0:1,0 в
апікальних ділянках до 1,0:1,5-1,0:2,0 на глибині, тобто якість танталових
руд з глибиною погіршується. У літієвих слюдах цих же родовищ з
глибиною різко зменшується вміст літію.

3. В окремих випадках кількість елементів-домішок у рудних
мінералах залежить від складу вмісних порід. Наприклад, якщо
поліметалічні родовища залягають частково серед алюмосилікатних і
частково серед карбонатних порід, то рівень вмісту в сульфідах низки
розсіяних елементів (Оа, ТІ, Ое та ін.) у цих ділянках буде різний.
Найбільше збагачені ними будуть сфалерит і галеніт, виявлені у вапняках,
що пов'язано з різною здатністю породотворних мінералів вмісних порід
ізоморфне захоплювати елементи-домішки.

4. Практично для більшості рудних мінералів різних генетичних типів
руд помітне очищення від ізоморфних і механічних мікродомішок зі
зменшенням розміру виділень. Чим дрібніші зерна рудних мінералів, тим
вони чистіші, що зумовлено здебільшого особливостями онтогенії мінералів. Це
треба враховувати під час технологічних розробок комплексного
видобування мікродомішок з рудних концентратів.

Наведений аналіз особливостей та закономірностей концентрації елементів-домішок у головному рудному мінералі свідчить про важливість та необхідність глибокого і всебічного вивчення особливостей його

конституції з урахуванням онтогенії Індивідів І агрегатів та загальної генетичної природи родовища.

У межах родовища наявні декілька рудних мінералів, кожний з яких може мати свій набір корисних елементів-домішок.Це характерно для руд поліметалічних, Си-Мо, Си-Кі, Зп-'У/, Аи-Аз родовищ, для рідкіснометальних пегматитів, карбонатитів, апатит-нефелінових порід та ін. Комплексність та повноту використання полімінеральної сировини забезпечує розробка оптимальних схем хіміко-металургійного переділу з розподілом та очищенням корисних компонентів у металургійному процесі з мінімальними втратами.

Щоби правильно підібрати схему збагачення, потрібно ще на ранніх стадіях вивчення таких родовищ якомога точніше з'ясувати мінеральний склад руд і вивчити його просторову мінливість. У цьому разі треба враховувати: селективність і мінливість корисних домішок у кожному з рудних мінералів, а також, оцінюючи родовища, важливо визначити, який компонент є головним, а які супутніми. Це визначають не тільки за вмістом головного корисного компонента і співвідношенням цін на супровідні концентрати, а й з урахуванням господарського значення корисного компонента для району.

Важливо також, щоби вміст корисного компонента був близьким хоча б до мінімального промислового, а крім того, був для нього споживач. Часто трапляються комплексні полімінеральні родовища, які за сукупністю цінності всіх компонентів є високорентабельними, проте освоєння їх пов'язане з труднощами. Наприклад, родовище вивчали і протягом багатьох років спочатку розвідували як залізорудне (сидеритове), потім як флюоритове, а згодом як баритове, рідкісноземельне (бастнезитове), стронцієве (целестинове). За кожним окремим компонентом воно є великим, однак за вмістом корисного компонента - непромислове, хоча за вартістю всіх компонентів воно явно рентабельне, та його не освоюють, оскільки немає споживача.

Важливо вивчати не тільки корисні головні компоненти і домішки, а й шкідливі, які перешкоджають технологічному процесу. Шкідливі домішки можуть міститись у самому корисному мінералі (наприклад, арсен у сульфідних рудах, залізо у калієвих польових шпатах), а також бути у вигляді самостійних мінералів (зокрема, сульфіди в залізних рудах, вольфраміт серед танталоніобієвих руд).

Розробку кондицій, оконтурювання родовища (якщо немає чітких геологічних меж) і підрахунки запасів треба виконувати в умовному компоненті, переводячи в нього за співвідношенням цін усі супутні

компоненти, на які є реальні споживачі. Наприклад, для деяких типів родовищ напівкоштовних каменів чи окремих видів неметалічної сировини роль супутніх компонентів можуть відігравати різні за якістю і цінністю сорти цих же видів сировини. За співвідношенням цін вони можуть бути умовно переведені в один головний сорт.

У межах промислового контуру, виділеного за умовним корисним компонентом, трапляються породотворні нерудні мінерали, які можна добути попутно й утилізувати.Наприклад, під час розробки карбонатитів поряд з пірохлоровим і апатитовим концентратами залишається велика кількість кальциту (близько 95 % усієї руди), який можна використати для одержання вапна (якщо в районі є попит на нього) або для інших цілей, що може дати підприємству додатковий прибуток.

На багатьох родовищах рідкіснометальних пегматитів, гранітів і польовошпатових метасоматитів, які розробляють, виникає проблема утилізації головної маси породи польових шпатів (часто сильно альбітизованих, з низьким співвідношенням КІО/КаІО). Якщо є на них попит, то їх можна облагородити, очистити й реалізувати для потреб керамічної, скляної, лакофарбової, електротехнічної та інших видів промисловості чи для виготовлення місцевих будівельних матеріалів, що сприятиме економічному зміцненню гірничорудного підприємства.

На родовищі можна використати вмісні породи, що потрапляють у покрівлю, а також усі продукти з відвалів збагачувальних фабрик і хімічно-металургійних підприємств.З погіршенням якості руд, які добувають (заглиблення кар'єрів, залучення в експлуатацію забалансованих руд тощо), повнота і комплексність використання сировини на сучасному гірничо-збагачувальному комбінаті (ГЗК) набувають сьогодні особливого значення передусім з огляду на необхідність створення "безвідхідної технології"". В Україні цю проблему досить успішно вирішують на багатьох комбінатах. Найважливішими і складними питаннями є утилізація порід покрівлі та відходів ГЗК, з якими дуже тісно пов'язані питання охорони довкілля.

Комплексне геолого-мінералогічне й технологічне вивчення порід покрівлі ГЗК (базальтів і діабазів, гранітоїдів, безрудних скарнів і карбонатних порід, гелефлінтів і плагіопорфірів, різних за складом сланців, пісків тощо) засвідчило, що значну їхню частину можна застосовувати як будівельні матеріали і технологічну сировину різного призначення. На підставі досвіду роботи кар'єрів Курської магнітної аномалії відомо, що затрати для виробництва щебеню з відходів ГЗК становлять 27 % затрат на спеціалізованих підприємствах, кошти на виробництво силікатної цегли

знижуються на 12 %, виробів з пористого бетону - на 14,4 %, з червоної цегли - на 7 %, піску - на 10 %. Комплексне використання гірської маси і хвостів збагачення не тільки сприятиме зростанню темпів розвитку виробництва, а й послабить гостроту негативних чинників взаємодії з навко­лишнім середовищем: зменшаться виділення земель під нове виробництво, хвостосховища й відвали, а також втрати води і забрудненість атмосфери.

Введення в експлуатацію некондиційних руд і одержання завдяки цьому додаткової кількості концентрату з економічного погляду в багатьох випадках є вигіднішим, ніж одержання такої ж кількості концентрату внаслідок розвідки та освоєння нового родовища. Реальними передумовами для цього є: достатня кількість забалансованих запасів на родовищі, дефіцит корисних копалин, незадовільна забезпеченість підприємства балансовими запасами. Головні чинники, які визначають економічну доцільність попутної розробки забалансованих запасів, - це просторове розміщення балансових запасів, ступінь підготовленості до видобутку, якість.

На Соколовсько-Сарбайському ГЗК завдяки залученню в збагачення збалансованих руд (зі вмістом заліза 23-25 %) у 1984 р. вміст заліза в товарній руді збільшився на 1,2 % (перероблено за чотири роки 13,7 млн. т) порівняно з 1980 р., незважаючи на зниження вмісту заліза у вихідній руді на 4,8 %. Хвости дробильно-збагачувальної фабрики застосовують як баластовий матеріал для залізних та автомобільних доріг. Організовано виробництво щебеню з порід покрівлі для приготування бетону і будівництва доріг, чеганські глини використовують для виробництва керамзиту.

У Криворізькому залізорудному басейні внаслідок великого скидання хвостів збагачення (Центральний і Південний ГЗК та ін.) виникли великі за площею техногенні залізорудні родовища. Наукові розробки довели їхню високу продуктивність. У результаті диференціації матеріалу сформувалися значні "зруденілі" ділянки (потужністю 3-5 м і вмістом заліза 32-35 %) з високою концентрацією магнетиту. Із хвостових ділянок можна виділити проміжні продукти, доподрібнення яких забезпечить вихід концентрату з вмістом заліза понад 65 %, а з великих класів - будівельні піски.

Комплексність і повне використання мінеральної сировини повинно передбачати максимальну утилізацію відходів виробництва - порожніх відвалів, відвальних хвостів збагачувальних фабрик, шлаків і недогорілих речовин металургійних чи хімічних заводів, попелу вугілля ТЕЦ. Розробляючи корисні копалини, треба вживати всіх можливих заходів, щоб запобігти шкідливому впливу відвалів вмісних порід і покрівлі на довкілля. Потрібно розробляти замкнуту безвідвальну технологію, вишукуючи різні

можливості практичного використання всіх відвальних продуктів, які можуть стати важливими вторинними джерелами сировини. Як уже зазначено, шлаки після виплавляння чорнового олова з каситеритових концентратів, одержаних із розсипів Заїру, Таїланду й Малайзії, збагачені танталом і є цінною танталовою сировиною. Близько 55 % усього світового виробництва танталу сьогодні одержують з переробки таких шлаків. Усе світове виробництво галію ведуть шляхом переробки червоних шламів, які залишаються в процесі електролітичного добування глинозему з бокситів. Подібних прикладів можна навести багато.

Проблема комплексного використання сировини й освоєння родовищ ускладнена кількома чинниками, серед яких особливе значення мають такі [16]:

на одному і тому ж родовищі звичайно трапляються декілька (якщо не всі) зазначених вище типів комплексності мінеральної сировини;

головний корисний компонент виявляється розподіленим між декількома рудними, а іноді й жильними чи породотворними мінералами, технологічні властивості яких можуть суттєво відрізнятися. Тому виникає необхідність визначити якомога точніший полімінеральний баланс розпо­ділу корисних компонентів у рудах і його мінливість за площею та глиби­ною, детально вивчати поведінку всіх рудних мінералів у збагачувальних і хіміко-технологічних процесах, а також з'ясувати можливості їхнього видобутку;

більшість родовищ має нерівномірний прояв мінералого-геохімічної зональності руд (як по вертикалі, так і по горизонталі), а в кінцевому підсумку у них значно змінені властивості мінералів, у тому числі й технологічні. Це може привести до потреби змінити технологічні схеми на вже побудованих і підприємствах.

Отже, перед геологами, мінералогами і технологами вже на етапі проведення розшуково-оцінних робіт постає завдання детальнішого мінералого-технологічного вивчення рудних районів і полів, виявлення зональності розподілу зруденіння в їхніх межах з метою комплексної оцінки близько розташованих родовищ різних корисних копалин з тим, щоб на їхній базі в майбутньому створити територіально-виробничі комплекси.

5.5. Оцінка збагачуваності руд

Технологічна мінералогія досліджує різні види мінеральної сировини: Металічні корисні копалини:

руди чорних металів (залізо, манган, хром);

руди кольорових і благородних металів (мідь, свинець, цинк, нікель, олово, вольфрам, молібден, золото, срібло);

руди ртуті, сурми і миш'яку;

руди рідкісних металів (ніобій, тантал, скандій, літій, берилій та ін.); Неметалічні корисні копалини:

гірничо-хімічна сировина (фосфорити, борати, галогеніди);

гірничо-технічна сировина (каоліни, бентоніти, перліт);

промислові мінерали (цеоліти, слюди, графіт, азбест);

п'єзооптична і каменесамоцвітна сировина (кварц, топаз, флюорит, алмази, яшми та ін.).

Кожен із перелічених видів мінеральної сировини має свої особливості технологічної мінералогії та специфічний підхід до мінералого-технологічної оцінки. Водночас загальні принципи у них єдині: багато прийомів вивчення металічних руд використовують для неметалічної сировини і навпаки. Ми зосередимо увагу на мінералогічному дослідженні металічної сировини.

Специфіка мінералогічних досліджень у збагаченні руд передусім пов'язана з вивченням технологічних проб (малих, мінералого-техноло-гічних, типових технологічних) у певній послідовності й об'ємах з ураху­ванням особливостей технологічної оцінки руд на різних стадіях геолого­розвідувальних робіт. Всесоюзний (тепер Всеросійський) інститут мінераль­ної сировини звів у єдину систему зміст головних мінералого-технологічних досліджень на різних етапах геологорозвідувальних робіт [10. 16, 27, 61-65], що дало змогу прогнозувати технологічні властивості руди (табл. 5.6).

Необхідною умовою є попереднє виконання мінералогічних робіт з метою своєчасного одержання всебічної і детальної інформації про речовинний склад та властивості руд і мінералів, які забезпечують найраціональніше та ефективне проведення технологічних досліджень.