ИССЛЕДОВАНИЕ ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО И ХИМИКО-МИНЕРАЛЬНОГО СОСТАВОВ РУДЫ МЕСТОРОЖДЕНИЯ ТОМТОР

Полный текст

Введение Известно [1-3], что масштабы производства и потребления редкоземельных металлов (РЗМ) в мире за последние 20 лет увеличились в 3 раза. Анализ темпов современного развития промышленного производства показывает, что в ближайшие 5-10 лет потребность в редкоземельных металлах существенно вырастет. В связи с этим важнейшим направлением научных исследований представляется изучение действующих и новых перспективных месторождений руд РЗМ с целью решения задачи организации их высокоэффективной промышленной переработки и наиболее полного извлечения ценных металлов. Одним из наиболее перспективных месторождений руд РЗМ на территории Российской Федерации является Томторское комплексное скандий-редкоземельно-ниобиевое месторождение, расположенное на северо-западе Республики Саха (Якутия), в экономически не освоенном районе. Практическая значимость руд Томтора определяется колоссальными запасами и уникальными концентрациями ниобия, иттрия, скандия и тербия. Запасы месторождения оцениваются в 154 млн т руды. По запасам и концентрациям РЗМ оно превышает все известные мировые аналоги и является уникальным: средняя массовая доля оксидов РЗМ достигает 8-12%, в том числе 0,5% наиболее ценного оксида иттрия (III) [4]. Также руды Томтора содержат большие концентрации ниобия (до 7%). Руды первоочередного к эксплуатации участка Буранный Томторского месторождения представлены высокими содержаниями ниобия, иттрия, скандия и относятся к классу комплексного полиметаллического сырья. Объем кондиционных руд участка Буранный, подсчитанный по бортовому содержанию Nb2O5 - 1%, составляет 42,7 млн т [5]. Содержание оксидов редкоземельных металлов в рудах месторождения Томтор в 2 раза выше, чем в наиболее богатом зарубежном месторождении Маунтен-Пасс в США, а содержание ниобия в 2,5-3 раза выше, чем в самом богатом месторождении Бразилии - Araxa, обеспечивающем более 80% мировой добычи ниобия [6; 7]. Проблемой освоения Томторского месторождения является то, что оно располагается в районе с суровыми климатическими условиями и неразвитой инфраструктурой. Распределение РЗМ в рудах Томторского месторождения представлено на рис. 1 [8]. Рис. 1. Относительная массовая доля РЗМ в рудах Томторского месторождения [Fig. 1. Relative mass fraction of REE in ores of Tomtor Deposit] Целью данной работы являлось изучение технологической пробы руды месторождения Томтор для определения методов ее промышленной переработки. Для достижения поставленной цели исследования были выполнены следующие задачи: · исследование гранулометрического, минерального и химического состава руды; · изучение распределения целевых компонентов руды по классам крупности. Методика проводимых исследований Гранулометрический состав материала пробы определяли с помощью набора сит ЭКРОС (ТУ 3618-001-39436682-98). Минеральный состав пробы исследуемой руды определяли методом электронной микроскопии (энергодисперсионный анализ). Изучение вещественного состава пробы проводилось с использованием количественного химического анализа и атомно-эмиссионной спектроскопии с индуктивно связанной плазмой (АЭС ИСП). Результаты исследований Технологическая проба руды месторождения Томтор представляет собой тонкодисперсный сыпучий материал темно-оливкового цвета крупностью -2+0 мм. Влажность руды составляет порядка 15%. Гранулометрический состав и содержание целевых компонентов по классам крупности представлены в табл. 1. Гранулометрический состав и содержание целевых компонентов в руде месторождения Томтор по классам крупности [Table 1. Particle size distribution and content of target components in Tomtor ore deposit by fraction sizes] Таблица 1 Размер фракции, мм [Fraction size, mm] Доля фракции, % [Fraction percentage, %] Плотность [Density] Содержание, масс.% [Content, wt.%] удельная, г/см3 [Specific, g/cm3] объемная, г/см3 [Bulk, g/cm3] Сумма РЗО*** [REO amount***] Nb2O5 P2O5 Sc2O3 -1+0* 100 3,42 1,55 19,8 4,00 22,5 0,062 -1,0+0,5 5,8 3,43 1,57 19,5 3,15 21,8 0,052 -0,5+0,315 14,8 3,54 1,58 20,4 3,37 19,0 0,060 -0,315+0,1 47,4 3,56 1,58 20,1 3,57 18,2 0,064 -0,1+0,045 6,8 3,55 1,62 21,6 4,00 20,8 0,078 -0,045+0 25,2 3,56 1,65 22,8 4,44 22,6 0,090 -0,020+0** 20,2 - - 22,5 4,65 22,1 0,092 * исходная проба руды (до рассева); ** выход фракции -0,020+0 мм определялся методом седиментационного анализа; *** РЗО - оксиды редкоземельных металлов [* the original ore sample (before sieving); ** output fraction -0,020+0 mm was de-termined by sedimentation analysis; *** REO - oxides of rare earth metals] Как следует из представленных данных, гранулометрический состав руды в пробе характеризуется довольно высоким содержанием частиц тонких классов, при этом массовая доля частиц с размером менее 100 мкм составляет около 80%, менее 45 мкм - около 25% и менее 20 мкм - около 20%. Соотношения классов различной крупности, а также значения плотности являются типичными для предварительно дробленных по классу -1+0 мм пирохлор-монацит-крандаллитовых руд. Минеральный и химический составы исследуемой пробы представлены в табл. 2 и 3. Минеральный состав руды месторождения Томтор [Table 2. Mineral composition of Tomtor ore deposits] Таблица 2 Наименование минерала [Name of mineral] Содержание, % [Content, %] Крандаллит [Crandallite] CaAl3(PO4)2(OH)5·H2O - Горсейксит [Gorceixite] BaAl3(PO4)(PO3OH)(OH)6 25 Гояцит [Goyazite] SrAl3(OH)4(HPO4)2(PO4) 20 Флоренсит [Florencite] (Ce,La,Nd)Al3(PO4)2(OH)6 8 Пирохлор [Pyrochlore] (Na,Ca)2Nb2O6(OH,F) 7 Бемит [Boehmite] AlOOH 4 Апатит [Apatite] Са5(PO4)3(F,Cl,ОН) 3 Монацит [Monazite] (Ce,La,Nd,Ca)(PO4) 13 Кварц [Quartz] SiO2 1 Прочие (сидерит, каолинит, рутил) [Other (siderite, kaolinite, rutile)] 19 Минералы крандаллитовой группы: горсейксит, гояцит, флоренсит 53 [Mineralsofcrandallitegroups: gorceixite, goyazite, florencite] Химический состав руды месторождения Томтор [Table 3. Chemical composition of Tomtor ore deposits] Таблица 3 № п/п Элемент (оксид) [Element (oxide)] Содержание [Content], % № п/п Элемент (оксид) [Element (oxide)] Содержание [Content], % 1 Ag <0,01 33 Nb2O5 4,0 2 Al2O3 14,4 34 Nd2O3 2,5 3 As 0,37 35 Ni 0,007 4 Au <0,003 36 P2O5 22,5 5 B 0,19 37 Pb 0,25 6 BaO 2,9 38 Pd <0,005 7 Be <0,001 39 Pr6O11 0,62 8 CaO 8,5 40 Pt <0,005 9 Cd 0,004 41 Re <0,005 10 CeO2 9,3 42 Rh <0,003 11 Co <0,001 43 Ru <0,0001 12 Cr 0,06 44 S 2,3 13 CuO 0,14 45 Sb <0,02 14 Dy2O3 0,19 46 Sc (Sc2O3) 0,04 (0,061) 15 Er2O3 0,17 47 SrO 3,7 16 EuO 0,12 48 SiO2 1,9 17 Fe 3,6 49 Sm2O3 0,39 18 Ga <0,05 50 Sn <0,01 19 Gd2O3 0,32 51 Ta2O5 0,08 20 Hf <0,002 52 Tb4O7 0,03 21 Hg <0,007 53 Tе <0,01 22 Ho2O3 0,04 54 ThO2 0,14 Окончание табл. 3 № п/п Элемент (оксид) [Element (oxide)] Содержание [Content], % № п/п Элемент (оксид) [Element (oxide)] Содержание [Content], % 23 J <0,03 55 TiO2 6,7 24 Jn <0,02 56 Tm2O3 0,01 25 Jr <0,01 57 U 0,005 26 La2O3 4,8 58 V2O5 2,1 27 Li 0,0005 59 W <0,02 28 Lu2O3 0,003 60 Y2O3 1,16 29 MgO 0,62 61 Yb2O3 0,096 30 MnO2 0,9 62 ZnO 0,42 31 Mo <0,007 63 ZrO2 0,11 32 Na 0,58 64 РЗO 19,75 Представленные в табл. 2 и 3 результаты позволяют сделать следующие заключения о вещественном составе руды месторождения Томтор. Основу руды в пробе составляют фосфаты, ниобаты и карбонаты. Основными идентифицированными минералами являются минералы крандаллитовой группы (горсейскит, гояцит и флоренсит), пирохлор и монацит, кроме того, четко идентифицированы бемит, апатит и кварц. В группу прочих минералов входят сидерит, каолинит, рутил и некоторые другие минералы. В целом, исследуемая руда относится к минеральной разновидности пирохлор-монацит-крандаллитовых руд фосфатно-редкометалльного типа с преобладанием в ее составе минералов группы крандаллита (более 50%) и относительно невысоким содержанием пирохлора (~7%). По содержанию в пробе Nb2O5 (~4%) руда по принятой классификации может быть отнесена ко второму сорту, т.е. к богатым ниобиевым рудам, содержащим от 3,5 до 9% Nb2O5. Выводы Руда месторождения Томтор является тонкодисперсным материалом, частицы которого представлены полиминеральными агрегатами (флоккулами) из микрокристаллов размером в доли микрометра, сформированными в основном полиморфными модификациями фосфатов с общей формулой (Sr,Ba,Ca)Al3(PO4)х(OH)y, в кристаллической решетке которых атомы Sr, Ba и Ca частично замещаются атомами редкоземельных элементов. По содержанию промышленно-ценных и породообразующих элементов руда не является аномальной. Руда принадлежит к пирохлор-монацит-крандаллитовой разновидности фосфатно-редкометалльного типа с относительно невысоким содержанием ниобиевых минералов и богата по содержанию минералов редкоземельных элементов. В исходной и измельченной пробах руды практически отсутствуют обособленные (раскрытые) частицы отдельных минералов ценных элементов. Проба руды характеризуется однородностью физико-механических свойств рудного материала при высокой гетерогенности минерального состава. Учитывая высокую комплексность исследуемой руды и тонкую дисперсность минеральных образований, можно сделать вывод о практической невозможности обогащения руды месторождения Томтор традиционными методами. Однако значительное содержание оксидов редкоземельных элементов (~20%) и относительно высокое содержание ниобия (~4% Nb2O5) позволяет считать перспективной и экономически оправданной переработку руды комбинированными методами пирои гидрометаллургии.

Об авторах

Марианна Юрьевна Малькова

Российский университет дружбы народов (РУДН)

Автор, ответственный за переписку.
Email: marianna300@yandex.ru

доктор технических наук, профессор департамента архитектуры и строительства Инженерной академии, Российский университет дружбы народов. Область научных интересов: металлургия черных и цветных металлов, нанотехнологии в металлургии, материаловедение, переработка техногенных отходов

Российская Федерация, 117198, Москва, ул. Миклухо-Маклая, 6

Александр Никитич Задиранов

Российский университет дружбы народов (РУДН)

Email: zadiranov@mail.ru

доктор технических наук, профессор департамента архитектуры и строительства Инженерной академии, Российский университет дружбы народов. Область научных интересов: металлургия черных и цветных металлов, нанотехнологии в металлургии, материаловедение, переработка техногенных отходов, литейное производство

Российская Федерация, 117198, Москва, ул. Миклухо-Маклая, 6

Список литературы