Плавиковый шпат, его добыча и обогащение

Плавиковый шпат (или флюорит) — минерал кристаллического строения, отвечающий химической формуле CaF2 и содержащий 51,28% Ca и 48,72% F. Кристаллы плавикового шпата имеют удельный вес. от 3 до 3,2; твердость 4, при нагревании они быстро растрескиваются, а при температуре от 1270 до 1387° плавятся.
В чистом виде плавиковый шпат в природе почти не встречается; природный плавиковый шпат всегда загрязнен примесями. В качестве примесей ему сопутствуют кремнезем (в виде песка, глины), известняк и др.
У нас в России эксплуатируется ряд месторождений плавиково-шпатовой руды, на которых базируется производство искусственного криолита и других фтористых солей. Главные из них находятся в Забайкалье, Средней Азии и в районе острова Вайгач.
Добытую плавико-шпатовую руду подвергают обогащению с целью удаления примесей.
Полученный плавиково-шпатовый концентрат применяется как сырье для производства плавиковой кислоты и в качестве добавки в электролит алюминиевых ванн, должен отвечать требованиям, предусмотренным в технических условиях ЦМТУ 1187—45 (табл. 9).

Чистота плавикового концентрата играет большую роль, так, например, удельный расход плавикового шпата на производство плавиковой кислоты увеличивается примерно на 2,5% на каждый процент содержания в нем SiO2 за счет побочной реакции образования четырехфтористого кремния (SiF4).
В результате обогащения получают два продукта: концентрат, содержащий не менее 95% CaF2, и хвосты, содержащие пустую породу и незначительное количество фтористого кальция. Кроме концентрата и хвостов, в процессе обогащения получается еще промежуточный продукт, который называют промпродуктом. Этот продукт подлежит дальнейшему обогащению.
Обогащение плавикового шпата основано на индивидуальных физических и химических свойствах минералов, входящих в руду, содержащую плавиковый шпат.
Из руд некоторых месторождений плавикового шпата возможно получение крупнозернистого концентрата простейшим способом — ручным обогащением, рудоразборкой или породоотбивкой и термическим способом. За последнее время для обогащения плавикового шпата стали применять флотацию, которая дает более богатый концентрат, чем другие способы.
Ручное обогащение может быть использовано только для крупных кусков плавикового шпата или пустой породы. Часто для этою необходимо разбить (раздробить) куски плавикового шпата. Пустая порода и кварц при этом легко откалываются и могут быть отделены и отброшены.
Глину с поверхности кусков плавикового шпата обычно удаляют при помощи промывки водой, а песок и мелкие включения— путем отсева — грохочения,
В результате такого обогащения содержание фтористого кальция в полученном концентрате достигает 95—96% при содержании его в исходной руде 70—75%.
Термический способ обогащения основан на том, что содержащийся в руде плавиковый шпат при нагревании до 500—600° и последующем охлаждении растрескивается, образуя мелкие зерна или порошок, а пустая порода не подвергается растрескиванию. После такой обработки весь материал подвергают рассеву.
Недостатком данного способа является весьма низкое извлечение. Материал крупнее 50 мм растрескивается плохо, поэтому обогащение необходимо вести только после дробления руды до 50 мм.
Флотационный способ обогащения, осуществляемый на специально оборудованных для этой цели фабриках, основан на различии физико-химических свойств поверхностей минералов, входящих в руду. Наибольшее значение при этом имеет различие в смачиваемости поверхностей минералов водой после обработки их специальными флотационными реагентами. Молекулы флотореагента, будучи притянутыми (сорбированными) поверхностью частиц плавикового шпата, заметно ухудшают смачивание этих частиц водой и облегчают их всплывание вместе с пузырьками воздуха на поверхность пульпы,
В качестве флотореагентов при флотации плавиково-шпатовой руды применяют олеиновую кислоту или олеат натрия (натриевое мыло олеиновой кислоты). Техническая олеиновая кислота представляет собой смесь различных жирных кислот, выделяемых из растительных масел (или отходов их переработки) — хлопкового, подсолнечного и др.
Перед флотацией руду дробят в щековых и конусных дробилках, работающих иногда в сочетании с грохотами. После этого pудy измельчают в мельницах мокрого помола, работающих, как правило, в замкнутом цикле с классификаторами или гидроциклонами, до крупности от 1 до 0,074 мм и мельче.
Процесс флотации протекает следующим образом. Тонкоизмельченную плавиково-шпатовую руду, в виде пульпы, подвергают обработке небольшим количеством флотореагента (олеиновой кислотой) с последующим перемешиванием пульпы воздухом. Перемешивание сопровождается рассеиванием в пульпе или продуванием через нее множества мелких пузырьков воздуха, к которым прилипают частицы плавикового шпата. Последние вместе с пузырьками воздуха поднимаются на поверхность пульпы и образуют там устойчивою, так называемую минерализованную пену, которую затем снимают. Эта пена представляет собой концентрат плавикового шпата. Другие минералы, не прилипающие к воздушным пузырькам, остаются в пульпе и образуют хвосты, которые поступают на дальнейшую обработку или, если они не содержат ценных минералов, выбрасываются в отвал.
Работами М.А. Эйгелеса показана возможность флотации флюорита не только от кварцита и других минералов пустой породы, но и от минералов, содержащих цветные металлы. Различные типы флюоритовых руд успешно обогащаются на флотационных фабриках в том случае, если, кроме флюорита, в руде содержатся сульфидные минералы (PbS, CuFeS2 или ZnS). При этом вначале выделяют сульфидные минералы с применением в качестве флотореагентов ксантогенатов, а затем из хвостов выделяют флюорит с применением отеиновой кислоты и ее мыл.
Реагенты во флотационную машину поступают непрерывно через различного рода питатели, в строго определенных количествах.
Для лучшего контакта частичек минералов пульпы с флотационными реагентами ее подвергают перемешиванию в агитационных (контактных чанах [рис. 24]).

Из контактного чана минералы руды, достаточно хорошо разобщенные друг от друга, смешанные с водой в необходимом отношении и обработанные нужным реагентом, поступают во флотационную машину. Наиболее совершенной и промышленно освоенной флотационной машиной является механическая многокамерная флотационная машина (рис. 25). Эта машина имеет ванну прямоугольного сучения, разделенную поперечными перегородками на ряд камер (до двенадцати). Пульпа подается через коробку 1 по трубе 2 в первую камеру машины. Здесь она попадает на быстро вращающуюся мешалку 3, закрытую сверху диском 4. Мешалка, представляющая собой колесо с лопатками из твердой стали, вращается со скоростью 275—600 об/мин; при этом она засасывает в пульпу воздух из трубы 5, сообщающейся с атмосферой через отверстие 6. Перемешанная с мелко раздробленными пузырьками воздуха пульпа поднимается в зону спокойного отстаивания, находящуюся выше решетки 8.

Из первой камеры пульпа поступает в промежуточную коробку через порог 9 и подобным путем последовательно проходит через Ece камеры машины; из последней камеры непрерывно выпускается пульпа хвостов. Всплывшая пена — флюоритовый концентрат — сбрасывается с поверхности пульпы лопатками пеногона 7 и, начиная с четвертой камеры, снова возвращается на флотацию по трубам 10, Движение пульпы во флотационной машине показано на рис. 26.

Полученный в процессе флотации плавиковый концентрат отделяют от воды путем отстаивания в сгустителях и последующей фильтрацией сгущенного продукта на фильтрах.
Отфильтрованный плавиковый концентрат содержит до 18—25% влаги. Поэтому его сушат в сушильной печи. Высушенный продукт должен содержать не более 1,0% влаги. Сухой флюоритовый концентрат упаковывают в джутовые или бумажные мешки весом 80 кг и отправляют потребителю в крытых вагонах.