3 Утилізація відходів збагачування апатит-нефелінових руд як приклад комплексної переробки мінеральної сировини

Принципи раціонального ресурсокористування передбачають організацію виробництв з комплексною переробкою сировини.

Можливість та значення комплексної переробки корисних копалин може бути розглянуто на прикладі переробки апатит-нефелінових руд (рис. 3.5). При переробці апатит-нефелінової сировини, крім значної кількості розкривних порід, які є також цінною нефеліновою сировиною, до хвостонакопичувачів надходять мільйони тонн відходів збагачування, з яких існуючими на даний час технологіями можна вилучати значні об’єми інших корисних мінералів. Доцільність комплексного використання апатит-нефелінової сировини пояснюється тим, що вона містить найцінніші мінерали: апатит – Сa₅[(F,OH)(PO₄)₃], нефелін – KNa₃[AlSiO₄]₄, сфен – Ti(SO₄)(O, OH,F), титаномагнетит – Fe₃O₄ з Ti та егирин – NaFe⁺³[SiO₆]. До складу цих мінералів входять приблизно 22 хімічних елемента, із яких найважливішими є P, Al, Na, K, Ti, F, Sr, рідкісні землі тощо. Поряд з нефеліном і темнокольоровими мінералами досить велика кількість їх залишається у відходах збагачувальних підприємств. Наявність цінних мінералів і елементів в них вказує на те, що апатит-нефелінові руди і відвальні хвости є джерелом сировини для хімічної промисловості, кольорової та чорної металургії, виробництва будівельних матеріалів і для інших галузей промисловості. На даний час з концентратів, які можуть бути одержані з апатит-нефелінової сировини, можливе виробництво після їх хімічної переробки до 25 видів готової продукції.

Недивлячись на великі можливості використання апатит-нефелінової сировини, руду до цього часу використовують як фосфатну сировину, із якої вилучають апатит і невелику частину нефеліну (10%), що сумарно

складає приблизно 50% від руди, яка поступає на переробку, або 60% вартості корисних копалин. Решта частина нефеліну, сфену, титаномагнетиту, егирину і інших мінералів попадає у відходи апатитового виробництва.

Апатитовий концентрат містить 39,4% Р₂О₅, приблизно 1% рідкісноземельних елементів, по 3% стронцію та фтору. Він в основному переробляється на фосфорні добрива, у зв’язку з чим з нього вилучають лише фосфорний ангідрит і незначну частину фтору (майже 40%). Решта частина фтору та інших корисних мінералів безповоротно втрачається з добривами, фосфогіпсом, стічними водами і газами. До того ж з вилученого фтору лише 50% є готовою продукцією, а решта поступає в стічні води і шлами. Тому завдання більш повного вилучення фтору є дуже важливою і необхідною. По-перше, доведено, що сполуки фтору, які знаходяться у фосфатних добривах, дуже шкідливі для рослин, а по-друге, дуже швидко зростає потреба різних галузей промисловості в солях фтору. Крім фтору, апатитовий концентрат може бути джерелом для вилучення рідкісноземельних елементів і стронцію. На даний момент вже розроблена технологія одночасного вилучення стронцію і рідкісноземельних металів при переробці апатитового концентрату, що в 2,5-3,5 рази нижче вартості їх вилучення з ліпариту і целестину.

Нефеліновий концентрат містить більше 29% глинозему, 22% оксидів лужних металів Na, K, 43% кремнезему і ряд інших елементів. Нефеліновий концентрат – це цінна комплексна сировина. Основними споживачами нефелінового концентрату є алюмінієва, хімічна, керамічна, скляна і будівельна промисловість. Можливість використання концентрату в першу чергу пояснюється потребою в глиноземах, содопродуктах, цементі, лужних і рідкісноземельних металах. Доцільність використання нефелінового концентрату обумовлена також потребою в кальцинованій соді. Основну кількість соди одержують аміачним способом, який характеризується утворенням великої кількості шкідливих відходів. Тому через шкідливі відходи та задовільнення потреби в цьому продукті необхідна організація виробництва соди на основі нефелінового концентрату. Нефеліновий концентрат також є основним джерелом для одержання поташу (K₂CO₃), який широко застосовується у виробництві кришталю, електровакуумного і художнього скла, будівельних матеріалів, в сільському господарстві як безхлорне висококонцентроване добриво, потреба в якому задовольняється лише на 30%. Із хвостів збагачування можна додатково одержати ряд корисних продуктів: нефелін – основний мінерал для виробництва алюмінію, титано-магнетитовий та егириновий концентрати, які є сировиною для виробництва широкого асортименту товарів. Економічна ефективність комплексної переробки нефелінового концентрату в значній мірі визначається виробництвом цементу і знижує його собівартість.

Сфеновий концентрат завдяки вмісту в ньому приблизно 40% TiO₂ є перспективною сировиною для виробництва різних сполук титану, які можуть бути застосовані в хімічній, скляній та інших галузях промисловості. Сфеновий концентрат при сірчанокислотному розкладі дає титано-кальцієвий і кальцієво-кремнеземний пігменти, які використовуються для приготування білил, водоемульсійних і олійних фарб. Проте проблема широкого використання сфенового концентрату залишається не вирішеною.

Титаномагнетитовий концентрат містить приблизно 60% Fe, 18% TiO₂, 1% V₂O₅. Цей концентрат є сировиною для виробництва сталі, ванадієвого і титанового шлаків. Ванадієві шлаки знаходять широке застосування у виробництві ферованадію – основного домішку при виплавці високоякісної сталі, а титанові шлаки, які містять 50-70% ТiO₂ – у виробництві пігментного окису титану.

Егириновий концентрат містить до 20% Fe₂O₃, більше 45% кремнезему, приблизно 6% оксидів лужних металів, 5% оксиду титану, незначну кількість V₂O₅. Цей концентрат може використовуватися як корисний домішок у виробництві різних керамічних виробів, чорної і коричневої глазурі підвищеної якості, силікатних продуктів. Егириновий концентрат має практичний інтерес і як сировини, яка містить V. Найбільш перспективним напрямком використання концентрату при виробництві будівельних матеріалів є виробництво пінокарлиту з підвищеними тепло– і звукоізоляційними властивостями. Недивлячись на реальну можливість використання цього концентрату, проблемі використання його приділяється досить мало уваги. У зв’язку з цим відсутня раціональна технологія переробки егиринового концентрату.

У цілому стан технології комплексної переробки апатит–нефелінових руд на даний час характеризується:

• на стадії промислового збагачування освоєно виробництво апатитового і нефелінового концентрату;

• на рівні промислового виробництва освоєно вилучення фтору з апатитового концентрату; глинозему, содопродуктів, цементу і галію – з нефелінового концентрату;

• на стадії дослідно-промислових робіт показана можливість вилучення стронційвмісних продуктів з апатиту, лужних і рідкісноземельних металів з нефеліну, пігментного двоокису Ті з сфену і титаномагнетиту;

• майже відсутня на даний час технологія переробки егиринового концентрату.