книги из ГПНТБ / Пирогов, Б. И. Минералогическое исследование железных и марганцевых руд

октаэдры, ромбододекаэдры, неправильной формы зерна и агре­ гаты в тесной ассоциации с гранатами гроссуляр-андрадитового ряда, а также сплошные мелкозернистые руды, залегающие в виде линз и пластообразных тел.

Магнетит II генерации представлен октаэдрами, ромбододека­ эдрами иногда с подчиненным развитием граней октаэдра и гекса­ октаэдра, агрегатами параллельно-шестоватого облика, особенно­ сти образования которых подробно рассмотрены Э. В. Беседеным (1967). Иногда выделения магнетита II генерации в виде агрега­ тов округлой, линзовидной и неправильной формы размером от 5 до 20—30 мм представлены сажистой разновидностью.

Микроскопическое изучение сажистого магнетита показывает, что он образует мирмекитоподобный тип срастаний с нерудными минералами. Размеры его выделений колеблются от 0,005 до 0,04 мм.

Высокой степенью идиоморфизма отличаются и выделения маг­ нетита Ковдорского месторождения. Однако для этого магнетита весьма характерны структуры распада твердых растворов и меха­ нические включения различных нерудных минералов (кварца, апа­ тита, кальцита, форстерита, флогопита и др.), образующих типич­ ные пойкилитовые срастания.

И, наконец, магнетит руд магматического происхождения типа качканарских образует идиоморфные и ксеноморфные выделения

сразнообразными типами срастаний с нерудными минералами. Состав и свойства. Химические анализы магнетитов различных

генетических типов железных руд приведены в табл. 19. Резуль­ таты пересчета их на молекулярные составляющие отражены на треугольной диаграмме (рис. 20). Из приведенных данных следует, что наибольшей чистотой в отношении изоморфных примесей ха­ рактеризуются магнетиты железистых кварцитов различных фаций метаморфизма. Это почти идеальные магнетиты, отличающиеся сте­ хиометрическим составом и содержащие 71,5—72,36% железа.

= 8,362 — 8,381. Магнетит железистых кварцитов амфиболитовой и гранулитовой фаций нередко характеризуются повышенным содер­ жанием Ті и Mg за счет развития структур распада твердого рас­ твора ильменита и шпинели в магнетите. Однако это незначительно сказывается на общем содержании железа в минерале. На диа­ грамме (см. рис. 20) фигуративные точки магнетитов железистых кварцитов располагаются вблизи вершины Fe+2Fe^ О 4.

Магнетиты других генетических типов железных руд, как пра­ вило, образуются при более высоких температурах, чем магнетиты железистых кварцитов, и поэтому характеризуются повышенным изоморфизмом Ti, Mg, Zn, V, Al. Наиболее существенными явля­ ются изоморфные элементы — Mg и AI, причем благодаря замеще­ нию Fe+2 на Mg образуются в отдельных случаях (Ковдорское,

Химический состав магнетитов железных руд

Компоненты

при высоких температурах эти элементы были в значительной сте­ пени захвачены в кристаллическую решетку магнетита, а при по­ нижении температуры частично обособились в виде эмульсионной вкрапленности в шпинели (приложение 2, М, Н).

Формирование магнетитовых руд Соколовского, Сарбайского и Алешинского месторождений Тургайского прогиба происходит

Fe+1Fez*30if

Рис. 20. Фазовый состав магнетита железных руд различных генетических типов (номера анализов соответствуют табл. 19)

в две стадии: раннюю, вместе со скаполитом, и несколько позже его, и более позднюю—■послескарновую (Соколов, Дымкин, 1967). При этом заметно различается состав элементов-примесей вмагнетитах этих стадий. Более высокотемпературная разновидность магнетита, связанная с процессом скаполитизации, содержит всегда повышен­

магнетите титан и ванадий присутствуют в небольших количе­ ствах (соответственно до 0,2 и 0,07%).

Существенно изменяется состав изоморфных примесей магнетитов различных генераций, как это можно видеть в рудах Дашкесанского месторождения.

Магнетит Іи II генераций характеризуются повышенным содер­ жанием изоморфных примесей Mn+2 Mg, Al, замещающих Fe+2 -и Fe+3. Содержание железа в магнетите I генерации составляет в среднем 70,5%, а во II генерации — 71,7%. Магнетит I генерации характеризуется повышенным содержанием марганца и отсутст­ вием германия, а магнетит II генерации — повышенным содержа­ нием германия (0,00016—0,00026%).

Л. Ф. Борисенко и др. (1969) отмечают, что в титаномагнетйтах из горнблендитов, роговообманковых и диаллаговых пироксенитов содержания Sc, V, Cr, Ni, Ga очень близки, а титаномагнетиты из оливиновых пироксенитов содержат меньше Sc, Ti, V, но больше Сг и Ni. Несколько отличаются по содержанию Ті02 титаномагнетиты вкрапленных и сплошных руд месторождений Кач­ канарского массива (Фоминых и др., 1967). В титаномагнетитах вкрапленных руд среднее содержание Ті02 3,62%, в сплошных оно возрастает до 4,45%, а в титаномагнетитах горнблендитов падает. Крайне непостоянно и содержание хрома, которые колеблется от тысячных долей до 1,03%, что вообще характерно для титаномагнетитовых месторождений Урала (Штейнберг, Фоминых, 1962).

Более низкотемпературные магнетиты содержат больше Mn, Zn, V и меньше Ni, Mg, а также других элементов-примесей (Знамен­ ский, Фоминых, 1962).

Условия образования магнетитов различных генетических типов железных руд предопределяют не только особенности их состава, но физические и физико-химические свойства.

Весьма существенно колеблется микротвердость магнетитов. Для железистых кварцитов Кривого Рога микротвердость маг­ нетита, определенная на приборе ПМТ-3 при нагрузке на индентер 100 г, колеблется от 420 до 770 кгс/мм2 (по шкале Мооса 5,2— 6,3), составляя в среднем 575 кгс/мм2 (по шкале Мооса 5,8). Сред­ няя микротвердость магнетита I генерации руд Дашкесанского ме­ сторождения составляет 700 кгс/мм2 (по шкале Мооса 6,2), II ге­ нерации— 745 кгс/мм2 (по шкале Мооса 6,2). Микротвердость резко возрастает в зависимости от содержания в магнетите молекулы ■магнезиоферрита. Для магномагнетитов Коршуновского месторож­ дения она колеблется от 500 до 1100 кгс/мм2 (по шкале Мооса 5,5—7,2), составляя в среднем 795 кгс/мм2 (по шкале Мооса 6,48). На примере изучения магнетитов железорудных месторождений Сибирской платформы В. И. Синяков и М. М. Федосеева (1967) делают вывод, что изоморфное вхождение магния вместо железа вызывает значительное уплотнение упаковки атомов в кристалли­ ческой решетке магнетита и приводит к резкому увеличению твер­ дости. Они устанавливают прямую зависимость твердости магне­

тита от содержания в нем молекулы магнезиоферрита в следую­ щем ряду: средняя микротвердость магнетита без магния 556— 695 кгс/мм2; при содержании 4% магнезиоферрита— 613 кгс/мм2 (Татьянинское месторождение); при 37% магнезиоферритовой мо­ лекулы— 725 кгс/мм2 (Коршуновское месторождение); при 57% магнезиоферритовой молекулы — 800 кгс/мм2 (Камышевский Байкитик).

Магнитные свойства магнетитов зависят от параметров кристал­ лической решетки, межатомных расстояний и крупности зерен (Швец, 1970) . С увеличением параметров решетки и с уменьше­ нием крупности зерен увеличивается магнитная жесткость магнети­ тов. Как отмечает И. Н. Швец (1970), намагниченность насыщения чистого магнетита выражает суммарный момент металлических ионов Fe+2 и Fe+3 и зависит лишь от его структурных особенностей. Для криворожских природных магнетитов различных ступеней метаморфизма намагниченность насыщения достигается в полях 1050—1200 э и лежит в пределах 89—103 гс, а для искусственных магнетитов намагниченность насыщения достигается в полях 1300—1500 э и определяется величиной 93—119 гс.

Изучая зависимость магнитных свойств магнетитов железистых кварцитов ЮГОКа и НКГОКа (Кривой Рог) от крупности измель­ чения частиц, И. Н. Швец (1962, 1963) отмечает, что увеличение удельной магнитной восприимчивости и интенсивности намагничи­ вания с увеличением крупности зерен происходит с определенной закономерностью, которая резко нарушается в образце с разме­ рами частиц более 0,25 мм, где происходит не увеличение, а умень­ шение магнитной восприимчивости. Причину этого явления И. Н. Швец объясняет тем, что частицы данного диаметра не яв­ ляются уже чисто магнетитом, а содержат включения немагнитных минералов.

Многочисленные исследования показывают существенное изме­ нение магнитных свойств магнетита при изоморфизме Fe+2 на Мп+2 и особенно на Mg+2. При этом прежде всего снижается удельная магнитная восприимчивость. Для магнетитов различных генетиче­ ских типов характерно возрастание коэрцитивной силы с уменьше­ нием величины зерен. Как отмечают А. А. Богданов и А. Я. Вла­ сов (1965), различные доменные структуры проявляются на раз­ личных гранях кристалла магнетита.

Точка Кюри для магнетита из различных месторождений колеб­ лется от 550 до 600° (Барсанов, Колесников, Сергеев, 1965). Про­ слеживается линейное понижение точки Кюри до 516—519° при увеличении Мп до 7—8% (Колесников, Румянцев, 1965), а у маг­ незиальных разностей магнетита точка Кюри снижается до 450— 350° (Смелов, 1957).

Магнетит практически нерастворим в воде и слабощелочных растворах при обычной температуре, но при pH = 0,5—1,3 раство­ ряется полностью. Растворимость магнетитов увеличивается при

применении разнообразных кислот в такой последовательности: Н 3 Р О 4 , H2 S 04 HCl, HN03 (Епатко, Воробьева, 1964).

Поведение магнетита при магнитном обогащении. Теоретиче­ ские основы процессов магнитного обогащения раскрыты в рабо­ тах В. И. Кармазина, В. Г. Деркача, А. В. Кваскова и др. Не рас­ сматривая проблему в целом, мы остановимся только на тех осо­ бенностях, которые связаны с минералогическими исследованиями процесса магнитного обогащения.

Процесс магнитной сепарации магнетитовых руд (сильно маг­ нитных) основан на значительном различии магнитной восприим­ чивости магнетита и ассоциирующих с ним рудных и нерудных ми­ нералов. Эффективность самого процесса разделения в значитель­ ной степени определяется особенностями вещественного состава руд, конструкцией сепараторов и режимом разделения. Оптималь­ ная напряженность применяемых сепараторов колеблется от 900 до 1 1 0 0 э.

Магнетит железных руд нередко характеризуется весьма слож­ ными типами срастаний с рудными и нерудными минералами, ино­ гда содержит значительное количество нерудных включений или сам тонко вкраплен в нерудных минералах. В связи с этим в про­ цессе измельчения, наряду с открытыми рудными частицами, по­ стоянно образуются различные по составу и структуре сростки, разделение которых в значительной степени предопределяет эффек­ тивность магнитной сепарации.

В процессе магнитной сепарации отделение сростков, содержа­ щих более 50% магнетита, от чисто рудных зерен ввиду малого различия удельной магнитной восприимчивости разделяемых ком­ понентов затруднено. Даже при тонком измельчении железных руд, характеризующихся пойкилитовыми срастаниями магнетита с квар­ цем, шпинелью и другими минералами, образуется значительное количество таких и более бедных сростков, которые попадают в концентрат, снижая его качество.

На горнообогатительных комбинатах Кривбасса при измельче­ нии железистых кварцитов до 92—98% класса — 0,074 мм и мо­ кром 'магнитном обогащении получают концентраты с содержанием 64,5—65% железа. Анализ концентратов некоторых ГОКов (табл. 20, Губин, Николаенко и др., 1970) показывает, что по со­ держанию железа класс +0,074 мм обеднен. Минералогическими исследованиями установлено, что степень раскрытия магнетита в этом классе низкая. Он представлен главным образом богатыми (среднее содержание магнетита 75% в сростке) и бедными (25%) сростками (табл. 21). Содержание класса +0,074 мм колеблется от 1,5—2 % (СевГОК) до 9—1 0 % (НКГОК). Удалить материал этого класса методом мокрой магнитной сепарации практически невозможно. Для повышения степени раскрытия магнетита необ­ ходимо более тонкое измельчение.

Степень раскрытия магнетита в классе 0,05—0 мм очень высо­ кая. Однако, как показывают результаты седиментационного

анализа (табл. 2 0 ), наиболее высокое содержание железа харак­ терно для тонкозернистых классов 0,02—0,05 мм. В отдельных узких классах содержание железа приближается к теоретически возможному в магнетите. В то же время в классах 0,005—0,01 мм и 0,005—0 мм благодаря присутствию большого количества переизмельченного нерудного материала содержание железа снижается соответственно с 67—69% до 57—59% и 42—53%.

Таким образом, как показывают данные минералогического анализа по раскрытию (см. табл. 2 1 ), повысить качество концент­

ала из классов 0,005—0,01 мм и 0,005—0 мм).

По классам рассева концентратов ЮГОКа, НКГОКа и СевГОКа В. П. Николаенко (1970) проведен магнитный анализ при крупно­ сти 0,05—0 мм. В результате анализа выявлены следующие зако­ номерности:

ни в одном классе крупности не получен чистый магнетит; эго связано с тем, что магнетит железистых кварцитов всех трех ГОКов характеризуется мелкими и тонкими включениями кварца (пойкилитовый тип срастаний, приложение 1, А, Д):

наибольшее содержание магнетита (железа) характерно для класса — 0,05 + 0,03 мм, отвечающего среднему размеру зерна маг­ нетита в кварцитах ЮГОКа и НКГОКа, а для СевГОКа, кварциты

последующий магнитный анализ позволяют выделить из них про­ дукты с содержанием более 62—64% железа. В то же время из класса — 0 , 0 2 мм выделяется .магнитная фракция с содержанием 55—60% железа. Это объясняется большой удельной поверхностью рудных частиц, увеличением их коэрцитивной силы в связи с нару­ шением доменной структуры магнетита, обуславливающей повы­ шенную флокуляцию частиц и захват тонких нерудных зерен в от­ носительно сильном поле сепараторов (см. рис. 19).

В. П. Николаенко (1970) подчеркивает, что для повышения ка­ чества концентрата магнитообогатительных фабрик необходимо либо выделить из концентрата фракцию крупнее 0,05 (0,074 мм), доизмельчить ее и подвергнуть магнитной сепарации, либо про­ вести глубокое обесшламливание концентрата.

Им предложено для удаления тончайших нерудных частиц со­ четать обесшламливание тонких фракций концентрата с магнитным обогащением. При этом содержание железа в классах 0,02 (0,03) — 0 мм повысится до 68—70%. Дешламацией удается выделить в виде слива 2,5—3,5% материала, содержащего 12—14% железа, и повысить таким образом качество концентрата на 0,7—1,6%.

Исследования показывают, что для повышения эффективности разделения магнетита и нерудных минералов, а следовательно, для

повышения качества концентрата возможно также: 1 ) применение процесса самоизмельчения руд, как было отмечено выше для же­ лезистых кварцитов ЦГОКа, в процессе самоизмельчения возра­ стает степень раскрытия магнетита и снижается его переизмельчение (см. рис. 16, табл. 15), 2) доработка концентратов магнит­ ного обогащения обратной флотацией, позволяющая с достаточно высокой селективностью выделить из них открытые нерудные ча­ стицы и бедные сростки. В результате могут быть получены кон­ центраты с содержанием 67—69% железа.

На эффективность процесса разделения магнетита и нерудных минералов весьма существенно влияют магнитные свойства магне­ тита, которые, с одной стороны, зависят от количества изоморфных примесей и морфологии индивидов, с другой, от крупности измель­ чения руды. Этот фактор имеет принципиальное значение, особенно если учесть, что для обеспечения высокой степени раскрытия маг­ нетита, как правило, руды подвергаются весьма тонкому измельче­ нию. В процессе измельчения магнетита нарушается его первичная доменная структура, чем прежде всего и обусловлен рост коэрци­ тивной силы. По данным Дина и Дэвиса, коэрцитивная сила на­ магниченных частиц магнетита резко возрастает с уменьшением их размера в интервале 40-—20 мкм. Это способствует повышенной флокуляции тонких частиц магнетита и захвату в такие флокулы в значительном количестве тонких нерудных частиц, разубоживающих концентрат, и тем самым снижается эффективность разделе­ ния магнетита и нерудных минералов.

Л. С. Шуголь и др. (1969) изучали магнитные свойства маг­ нитных продуктов стадиального обогащения основных текстурно­ минералогических разновидностей руд Соколовского и Сарбайского месторождений, отобранных непосредственно из карьеров (табл. 22). Исследованиями (Жуковский и др., 1969) установлено, что руды месторождений характеризуются большим разнообразием текстурно-структурных признаков и минерального состава, весьма тесным взаимопрорастанием магнетита с нерудными минералами. Для обеспечения высокой степени раскрытия магнетита необходимо весьма тонкое измельчение руд порядка 90—92% класса

— 0,044 мм. При этом из руд Сарбайского месторождения получа­ ется концентрат с содержанием 67,3% железа и 0,26% серы, а из руд Соколовского месторождения — соответственно — 68,2 % же­ леза и 0,045% серы.

Магнитные свойства магнетитов (содержащих около 70% же­ леза) обоих месторождений близки, что указывает на возможность совместной переработки их руд. Магнитная восприимчивость промпродуктов стадиального обогащения возрастает с увеличением со­ держания в них железа. Для крупнозернистых и неравномерновкрапленных руд эта закономерность нарушается вследствие переизмельчения зерен магнетита.

Выделяя группы руд по магнитным свойствам с пониженной, средней и повышенной магнитной восприимчивостью, Л. С. Шуголь