СПОСОБ ПРЕДКОНЦЕНТРАЦИИ АЛМАЗОСОДЕРЖАЩИХ РУД

Изобретение относится к области добычи полезных ископаемых, а именно к способам обогащения полезных ископаемых, и может быть использовано, например, при разработке месторождений беднотоварных алмазосодержащих руд.

Под беднотоварными понимаются руды, в которых содержание ценного компонента ниже рентабельного для отработки месторождения с созданием полной или частичной инфраструктуры. Такие руды представляют стратегический запас и могут быть вовлечены в переработку при изменении экономической ситуации или при разработке малозатратных технологий их добычи и обогащения.

Основной проблемой для отработки таких месторождений является точное определение качества сырья, подаваемого для обогащения, оценка его обогатимости, что позволит вести селективную добычу и применять специализированные методы предобогащения с целью сокращения объемов руды, направляемых на обогатительную фабрику.

Известны способы оценки обогатимости, качества сырья и комплексного освоения месторождений, позволяющие вести селективную выемку полезного ископаемого.

Так, способ комплексного освоения угольного месторождения [патент РФ на изобретение №2456451, МПК Е21С 42/26, патентообладатель Учреждение Российской академии наук Институт угля Сибирского отделения РАН (ИУ СО РАН) (RU), приоритет 30.01.2010 г., опубл. 20.07.2012, Бюл. №20] включает проведение поисковых работ, осуществление предварительной, детальной и эксплуатационной разведок, оценку содержания в углях и в отходах их переработки элементов-примесей, разработку месторождения с целью добычи угля и последующую переработку добытого угля с извлечением элементов-примесей. Оценку содержания в углях и в отходах их переработки элементов-примесей производят при эксплуатационной разведке в два этапа: на первом этапе ведут опробование с выявлением рудообразующих содержаний в золах углей базовых элементов; на втором - опробование только по тем элементам, которые тесно связаны с базовыми элементами.

Однако для бедных алмазосодержащих руд не существует рудообразующих элементов - алмаз находится в скрытом виде внутри магматического рудного тела. Так же не выявлены базовые элементы, находящиеся в прямой зависимости от алмазоносности, что связано с тем, что интрузия кимберлитов может проникать через различные геологические породы.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ предконцентрации твердых полезных ископаемых [патент РФ на изобретение №2620823, МПК В03В 7/00, патентообладатель Общество с ограниченной ответственностью "НВП Центр-ЭСТАгео" (RU), приоритет 02.04.2015 г., опубл. 20.05.2017 г. Бюл. №16]. Согласно нему по данным первичного геолого-геофизического кернового опробования выявляют неравномерность распределения твердых полезных ископаемых в недрах путем анализа фракционного состава руды по содержаниям полезного (вредного) компонента, степеней контрастности и обогатимости руд в недрах с определением теоретически достижимых плановых показателей совместной переработки горно-рудной массы для отдельных групп разведочных скважин (эксплуатационных блоков), формируют плановый рудопоток заданного качества по граничному содержанию ценного (вредного) компонента посредством радиометрической порционной сортировки в транспортных емкостях (РКС), дробления обедненного продукта РКС до крупности, регламентируемой способом последующей кусковой сепарации, с его разделением на машинные и немашинные классы и кусковой сепарации машинных классов с выделением обогащенного продукта РКС, концентрата кусковой сепарации и немашинных классов, направляемых на фабричную переработку, и отвальной пустой породы с массовой долей ценного компонента, не превышающей принятого кондициями бортового содержания ценного компонента.

Однако в данном случае так же имеет место сортировка по количеству полезного компонента, что при сортировке скрытых кристаллов алмазов в беднотоварных рудах не применимо.

Техническим результатом является возможность достоверного выделения группы химических элементов оксидной и легирующей алмаз формации, что

позволяет осуществить выбраковку руд, в которых геохимическая среда была неблагоприятной для сохранения мелких алмазов, разделив беднотоварные руды на два технологических типа, в которых вероятность сохранения алмаза при транспортировании с глубоких горизонтов будет наибольшей. Это приводит к значительному сокращению объема рудного сырья, поступающего на обогатительную фабрику.

Указанный технический результат достигается тем, что при осуществлении способа предконцентрации алмазосодержащих руд, включающего предварительное определение значения признака разделения алмазосодержащего сырья на технологические сорта, грохочение исходного сырья, дробление и сепарацию, грохочение проводят по классам крупности -700 мм, -700+40 мм, -40 мм, осуществляют дробление класса -700+40 мм, грохочение и обогащение класса -100+40 мм ренгенофлюоресцентной сепарацией, при этом предварительное определение значения признака разделения проводят отбором проб, проведением количественного анализа содержания в пробах оксидных фаз рудообразующих, породообразующих и сопутствующих химических элементов-индикаторов, определение пороговых значений признака разделения для каждого технологического сорта и вмещающей породы проводят рентгенорадиометрической сепарацией при сканировании куска породы с трех сторон. Пороговое значение признака разделения определяют из соотношения характерной группы химических элементов групп оксидной и легирующей алмаз формации соответствующих технологических сортов алмазосодержащего сырья. В пробах определяют содержание CaO; SiO₂; Fe₂O₃; MgO; K₂O; TiO₂; Cr₂O₃; MnO.

В условиях истощения запасов эксплуатируемых алмазных месторождений необходимо внедрение экономически эффективной технологии вовлечения в переработку алмазосодержащих руд с низким содержанием товарной продукции, так называемых беднотоварных. Основной проблемой в ходе рудосортировки таких руд является четкое определение разделительного признака, позволяющего произвести выбраковку низкосортной или безрудной массы в потоке при добыче и применить наиболее эффективную технологию обогащения таких руд.

Химический состав выделяемых разновидностей кимберлитов (типов руд) может значительно варьироваться от трубки к трубке, а в пределах одной трубки зависеть от глубины залегания, причем содержание алмазов в пределах выделяемых типов руд также значительно различается (в одних богаче автолитовые кимберлитовые брекчии, в других - порфировые кимберлиты).

Прямое обогащение и сортировка алмазосодержащей руды с определением скрытых алмазов в куске руды является очень сложной научной и технической задачей. До настоящего времени не выделены достоверные косвенные признаки для определения скрытого в кимберлитовой породе алмаза, в связи с чем наиболее перспективными для этой цели считаются аппаратурные методы рентгеновской томографии или покусковой сепарации с применением XRT-датчиков. Однако широкое применение этих методов пока экономически нецелесообразно в связи с необходимостью значительных затрат на применение процесса измельчения руды на этапах рудоподготовки. Данные методы технологичны для куска размером не более 20-30 мм, в то время как рекомендуемый метод может применяться для куска размером порядка 100-150 мм.

Поэтому в условиях разработки месторождений беднотоварных алмазосодержащих руд большое значение приобретают процессы так называемой предконцентрации руды, то есть деления ее на технологические сорта (подлежащей обогащению, низкосортной или заведомо безрудной горной массы) с направлением на основные обогатительные переделы только кондиционной по признаку разделения руды.

В качестве такого разделительного признака можно использовать закономерности распределения микрокристаллических оксидов в связующей массе кимберлитов и родственных им пород.

Так, в патенте RU на изобретение №2034313 "Способ поиска и оценки магматических тел лампроитового состава" [МПК G01V 9/00 (1995.01), патентообладатель Федотова Галина Эммануиловна, Институт минералогии, геохимии и кристаллохимии редких элементов, приоритет 12.11.1992 г., опубл. 30.04.1995] описана возможность оценки алмазоносности при поисках и разведке алмазоносных магматических тел. При осуществлении способа отбирают пробы коренных горных пород, определяют их химический состав, рассчитывают по его результатам геохимические коэффициенты, по определенным соотношениям которых выявляют магматические тела лампроитового состава, определяют глубину их эрозионного среза, а также содержание и крупность алмазов в них.

Возможность данного разделения подтверждают исследования Орлова Ю.Л. [Растворение и коррозия кристаллов алмаза в процессе формирования и автометаморфизма алмазных пород. Труды Минералог. Музея АН ССР, вып 13,62, 1962 г] в области минералогии кимберлитов и родственных им пород алмазоносных провинций России в связи с их генезисом.

По результатам проведенных исследований был сделан вывод, что из-за окисления и растворения алмаза в кимберлитовом расплаве при его подъеме к земной поверхности, алмазоносность кимберлитов существенно изменяется в зависимости от окислительной обстановки и химизма минералообразующей среды. Таким образом, составы оксидных фаз, их количество и соотношение могут отражать степень алмазоносности этих пород.

Подтверждающими данные выводы могут служить исследования [Руденко A.П., Кулакова И.И. Условия образования кимберлитовых алмазов и проблема алмазоносности с точки зрения теории открытых каталитических систем. Геохимия, 1989, №7, с. 961-972., а так же Руденко А.П., Кулакова И.И., Скворцова B.Л. Химический синтез алмаза. Аспекты общей теории // Успехи химии, 1993, т. 62, N 2, с. 99-117.]

Исследованиями установлено, что наличие в реакционной смести алюминия и титана в определенных пределах по весу шихты не способствуют повышению прочности алмаза, в то время как добавление бора в смеси с титаном, нитридом марганца и азотом многократно увеличивают прочность алмазов.

Дальнейшие исследования окислительной способности алмазов позволили выявить, что наиболее сильными катализаторами окисления являются кислород и калий для минеральных компонентов, входящих в состав кимберлитов (Fe, Cr, Ni, Со, Mn).

Кроме того, в работе Милашева В.А. [Петрохимия кимберлитов Якутии и факторы их алмазоносности. Л., «Недра», 1965 г.] отмечено, что для кимберлитов, обогащенных калием и натрием, характерна крайне низкая алмазоносность со следами окислительного травления алмазов. Исходя из этого, авторами сделано предположение, что в природных условиях алмазоносность будет связана с отсутствием катализаторов окисления и их щелочностью.

Способ осуществляется следующим образом.

Производится отбор проб для каждого из двух типов руд, отнесенных геологическими службами к более и менее алмазоносным.

В каждом куске посредством рентгенорадиометрической сепарации выполняется анализ содержания удельных долей оксидных фаз рудообразующих, породообразующих и сопутствующих химических элементов-индикаторов (СаО; SiO₂; Fe₂O₃; MgO; K₂O; TiO₂; Cr₂O₃; MnO), а также ряда редкоземельных элементов, которые фиксируются оборудованием данного типа.

Для определения минимального количества измерений опробуемого куска, при котором будет отмечаться выявленная корреляция минералов матриц, замер производится с трех сторон образца по оси.

По результатам проведения исследований осуществляется определение технологического сорта руды конкретного беднотоварного месторождения как подлежащего дальнейшей обработке обогатительными технологиями или рекомендуемого к складированию как забалансовая руда.

Технологический сорт руды, признанный пригодным для дальнейшего обогащения, направляется на обогащение. На первом этапе загрузки руды, учитывая технологические циклы дробления методом самоизмельчения руды, предварительную сортировку беднотоварных руд необходимо выполнять таким образом, чтобы крупная фракция размером +700 мм не попадала на дробление в сепаратор (она нужна в мельницах самоизмельчения и ее дробление на ранних стадиях снизит производительность на фабричном переделе). Кроме этого мелкая фракция -40 мм, которая значительно снижает производительность покусковой сепарации, может быть обогащена на существующем фабричном переделе с минимальными затратами на додрабливание. Следовательно, в процесс сепарации целесообразно вовлекать фракцию размером -700+ 40 мм.

Службами АК "АЛРОСА" было проведено опробование забалансовых складов месторождений «Юбилейное», «Зарница», «Дальняя» и «Муна» с анализом геохимической матрицы кимберлитов по 96 образцам на куске крупностью +50 мм - 100 мм с точки зрения зависимости распределения минералов Mn, Mg, Cr по отношению к количеству минералов K, Ti и Al.

Исследования производились по следующей программе:

1. Произведен отбор образцов в количестве 96 шт. (размером не менее 10×10 см) для каждого из двух типов руд, отнесенных геологическими службами к более и менее алмазоносным.

2. В каждом куске выполнен анализ содержания удельных долей оксидных фаз рудообразующих, породообразующих и сопутствующих химических элементов-индикаторов (СаО; SiO₂; Fe₂O₃; MgO; K₂O; TiO₂; Cr₂O₃; MnO), а также ряда редкоземельных элементов, которые фиксируются оборудованием данного типа.

3. Для определения минимального количества измерений опробуемого куска, при котором будет отмечаться выявленная корреляция минералов матриц, замер производился с трех сторон образца по оси. Замеры производились по 5 замеров на каждой стороне (сетка точек измерений 3×3 см) для определения стандартного отклонения и погрешности определения содержаний.

Подтверждена надежность разделительного признака, выявленного после опробования забалансовых складов месторождений «Юбилейное», «Зарница», «Дальняя» и «Муна» по 96 образцам на куске крупностью +50 мм-100 мм. Разделительный признак имеет корреляцию с алмазоносностью, однако для каждого месторождения данная зависимость будет индивидуальной.

Таким образом, технологическая цепочка обогащения будет следующая:

1 этап. Подача исходного питания осуществляется со склада забалансовых руд, где на первом колосниковом грохоте отсеивается крупная фракция +700 мм, после чего на втором грохоте происходит отсев фракции -40 мм. Класс крупности -700+40 мм поступает в щековую дробилку на дробление с последующим грохочением по классу крупности 100 мм, после которого фракция -100+40 мм поступает на рентгенфлюоресцентный сепаратор.

2 этап. В рентгенофлюоресцентном сепараторе происходит покусковая сепарация по результатам измерения куска с трех сторон по оси. Разделение алмазосодержащего сырья производится путем проведения количественного анализа содержания в пробах оксидных фаз рудообразующих, породообразующих и сопутствующих химических элементов-индикаторов (СаО; SiO₂; Fe₂O₃; MgO; K₂O; TiO₂; Cr₂O₃; MnO). Выявление признака разделения алмазосодержащего сырья на технологические сорта производится таким образом, что используемыми критериями разделения являются пороговые значения соотношения определенной группы химических элементов групп оксидной и легирующей алмаз формации, которые соответствуют пороговым значениям заданных критериев технологических сортов алмазосодержащего сырья. При этом определение самих пороговых значений для каждого технологического сорта и вмещающей породы производится методом рентгенрадиометрии.

Так как выбранная фракция проходит предварительное дробление и концентрацию, то на фабрику уже будет поступать подготовленный материал с повышенным содержанием алмазов, что повысит производительность фабрики и позволит снизить себестоимость продукции.

Способ позволяет провести разбраковку рудной массы с низким содержанием на технологические группы (по сортам) с различной вероятностью содержания алмазов в магматическом теле кимберлитового или лампроитового состава более 0,2 карат/т и может быть использован при геологических исследованиях, опробовании минерального сырья месторождений алмазных руд, рудниках, забалансовых складах беднотоварных руд и отвалов, а так же при отработке удаленных от фабрик месторождений.