№ 4 (14) / 2023
Д.В. Ширяев,
студент группы ОПИ-21 (обогащение полезных ископаемых) ГБПОУ «Пластовский горнотехнологический колледж»
З.В. Стафеева,
преподаватель ГБПОУ «Пластовский горнотехнологический колледж»
Месторождение каолинов Журавлиный Лог (рис. 1) территориально расположено в Челябинской области, на сегодня это самое крупное месторождении каолинов в России. При изучении вещественного состава на месторождении каолинов Журавлиный Лог выделено 3 природных типа каолина:
• тип А – нормальные по гранитам по лейкократовым гранитам, с содержанием оксида калия (К2О) менее 1,5% в полезном компоненте каолина-сырца;
• тип В – щелочные по гранитам с содержанием оксида калия (К2О) более 1,5% в полезном компоненте каолина-сырца;
• тип С – нормальные по гнейсам.
Рис. 1. Месторождение первичных каолинов Журавлиный Лог
Как следует из выводов, полученных при изучении вещественного состава, все они различны между собой по минералогическому, химическому, гранулометрическому составу, и, как следствие разницы по вещественному составу, все они различны по обогатимости и технологическим свойствам.
Основным компонентом, определяющим количественное содержание каолинита, является оксид алюминия. Основываясь на опыте работы многих предприятий, потребляющих каолин, можно констатировать факт, что каолиновым концентратом считается материал, выделенный при обогащении каолина-сырца с содержанием оксида алюминия в нем не менее 35% [1]. При подсчете запасов каолинов на месторождении принято считать полезным компонентом (далее ПК) в каолине-сырце фракцию менее 63 мкм [2]. При граничном зерне классификации нормальных каолинов по размеру частиц 63 мкм содержание оксида алюминия в фр-0063 составляет 36% и более (таблица 1). Содержание оксида алюминия в полезном компоненте каолинового сырья взаимосвязано с содержанием щелочных минералов, в частности, с содержанием оксида калия, зависимость выхода товарного каолина от содержания оксида алюминия и оксида калия представлена на рис. 2. При обогащении щелочных каолинов (с целью получения каолинового концентрата с содержанием Al2O3 более 35%) возникает необходимость снизить граничное зерно классификации:
• для щелочных каолинов с содержанием полезного компонента более 45% – до 20 мкм;
• для щелочных каолинов с содержанием полезного компонента менее 45% – до 10 мкм.
Рис. 2. Диаграмма зависимости товарного каолина (содержание AL2O3 более 35%) от содержания полезного компонента в каолиновом сырье и содержания оксида калия в полезном компоненте
Из диаграммы на рис. 2 следует, что распределение оксида калия по классам в нормальных каолинах отличается от щелочных. В нормальных каолинах оксид калия до 70% содержится в каолиновой фракции (фр-0063), причем практически 50% сконцентрировано в тонких фракциях 20 мкм и менее, в щелочных каолинах доля оксида калия в фракции (фр-0063) заметно уменьшается. В щелочных каолинах с содержанием полезного компонента более 40% оксид калия, как правило, сконцентрирован во фракции (-0200+0020). В щелочных каолинах с содержанием полезного компонента менее 40% оксид калия практически присутствует во всех фракциях, но значимая его доля, около 40%, приходится на фракцию (-0315+0010).
Основные качественные характеристики каолина – это белизна каолина и отсутствие различных примесей, на месторождении применяется селективная добыча каолина-сырца, представленная на рис. 3.
Рис. 3. Селективная добыча каолина-сырца на месторождении Журавлиный Лог
Стоимость каолина на рынке тем выше, чем выше белизна каолина, которая зависит от содержания в каолине красящих оксидов железа, титана, хрома, марганца. Был проведен анализ распределения оксида железа и титана по классам крупности. Для всех типов каолинов характерно, что оксиды железа и титана входят в структуру глинистого минерала-каолина.
На рис. 4 приведены диаграммы распределения красящих оксидов железа и титана по классам крупности для каолинов разных типов. Как следует из представленных диаграмм, основное содержание оксидов железа и титана сосредоточено в каолиновой составляющей каолина-сырца.
Рис. 4. Диаграммы распределения красящих оксидов железа и титана по классам крупности для каолинов разных типов
Первичный каолин-сырец, как правило, представляет собой смесь кварца, каолинита с примесью щелочесодержащих минералов шпатов и слюды. В принципе имеется возможность при обогащении получить три продукта: каолин обогащенный, кварцевый песок, шпатовый концентрат. Получение чистых кварцевых песков с содержанием оксида кремния 97% и более возможно при выделении класса +0630 мкм из нормальных и щелочных каолинов типа В1, при этом содержание оксидов железа и титана в них практически близко к нулю. В щелочных каолинах с содержанием полезного компонента менее 45% кварцевая составляющая (фракция +0630 мкм) «загрязнена» К-шпатами и слюдой, поэтому для получения чистых кварцевых песков требуется дополнительный передел по очистке песков.
Распределение основных породообразующих минералов в каолинсодержащих продуктах приведено на рис. 5.
Рис. 5. Гистограммы распределения минералов в классах крупности для каолинов разных типов
Из анализа распределения минералов по классам в нормальных каолинах типа А следует, что фракции размерами более 630 мкм представлены практически чистым кварцевым песком. Фракция менее 63 мкм в основном (более, чем на 90%) состоит из минерала каолинита. Слюда и К-шпаты сконцентрированы во фракции –0200+0040 мкм, при этом содержание их незначительно.
Щелочные каолины с содержанием полезного компонента 50% и более имеют содержание минерала каолинита в ПК более 85%, получение каолина, отвечающего требованиям промышленности, возможно выделением фракции менее 30-20 мкм. Значительное количество К-шпата концентрируется во фракции –0200+0032 мкм, в которой его содержание составляет порядка 50%. Практически аналогична ситуация распределения минералов в каолинах с содержанием полезного компонента 45-50% (рис. 5). Отличие лишь в уменьшении выхода каолинового концентрата размером менее 20 мкм, а также в увеличении до 23% выхода концентрата по К-шпатам. В щелочных каолинах с содержанием полезного компонента менее 45% получение каолинового концентрата (с содержанием каолиновой фракции более 85%) возможно по зерну менее 10 мкм.
Из вышеизложенного следует, что из каолинов разных типов месторождения Журавлиный Лог возможно получение каолина обогащенного, удовлетворяющего требованиям многих отраслей промышленности, потребляющих каолин. Но при выборе схемы обогащения необходимо учитывать, что получение каолинового концентрата с содержанием AL2O3 не менее 35% возможно при граничном зерне классификации для нормальных каолинов 63 мкм, а для щелочных с содержанием ПК более 45% его необходимо снизить до 3020 мкм и 10 мкм для каолинов с ПК менее 45%. При этом при обогащении щелочных каолинов возможно получение биминерального продукта полево-шпатового-каолинитового состава, который сконцентрирован во фракции (-0200+0010). Полевошпатовый-каолинитовый продукт по химическому составу – идеальный сырьевой компонент керамических масс санитарной керамики и фарфора.
Выход каолинового концентрата и извлечение каолина зависит от природы происхождения каолина-сырца. В нормальных каолинах теоретически возможное извлечение составляет 100%, в щелочных каолинах с учетом уменьшения граничного зерна классификации выход и извлечение уменьшаются (рис. 6).
Рис. 6. Кинетические кривые изменения выхода каолинового концентрата, извлечения каолина и содержания фр.-0063 в каолине-сырце
Рис. 7. Каолин обогащенный месторождения Журавлиный Лог
Список литературы
1. Августиник А.И. Керамика, М. Стройиздат, 1975.
2. Атлас каолинитовых минералов / Методические рекомендации НСОММИ № 8, – М.: ВИМС, 1987.
3. Буров Б.В., Ясонов П.П. Введение в дифференциальный термомагнитный анализ горных пород. Казань: Изд. Казанского университета, 1979.
4. Буров Б.В., Нургалеев Д.К., Ясонов П.П. Палеомагнитный анализ. Казань: Изд. Казанского университета, 1986.
5. ГОСТ166-79 «Каолин обогащенный. Метод определения белизны». – М.: Издво стандартов, 1980.
6. Зевин Л.С., Завьялова Л.Л. Количественный рентгенографический фазовый анализ. – М.: Недра, 1974.
7. Инструкция № 29. Экспрессный рентгенографический количественный фазовый анализ (ЭРКФА) горных пород и почв. – М.: ВИМС, 1991.
8. Методические основы исследования химического состава горных пород, руд и минералов / Под ред. Г.В. Остроумова. – М.: Недра, 1979.
9. Методические указания НСАМ, НСОММИ. Применение рентгенографического количественного фазового анализа в геологической службе, II, ВИМС, – М., 1989/1992.
10. Методы минералогических исследований/Под ред. А.И. Гинзбурга. – М.: Недра, 1985.
11. Рентгенографический количественный фазовый анализ по наложенным рефлексам на примере цеолитсодержащих пород: Инструкция НСОММИ № 44. – М.: ВИМС. 1995.
12. Рентгенография основных породообразующих минералов (слоистые и каркасные силикаты). Под ред. В.А. Франк-Каменецкого. – Л.: Недра, 1983. – 359 с.
13. Справочник по производству строительной керамики. – М., Госстройиздат, 1961.
