Декрепітація (спосіб збагачення)

Файл:Shema spodumenova ruda.gif

Схема переробки сподуменової руди

Декрепіта́ція — спеціальний метод збагачення корисних копалин. Це вибіркове розкриття основане на здатності окремих мінералів руйнуватися по площинах спайності при нагріванні і подальшому швидкому охолоджуванні або тільки при нагріванні.

Основи процесу

Процес декрипітаційного руйнування пояснюється наявністю кристалізаційної води, газо-рідинних включень, низькою теплопровідністю деяких мінералів, яскраво вираженою спайністю. Наявність кристалізаційної води і газо-рідинних включень при нагріванні приводить до появи в мінералі значних внутрішніх напружень, що є причиною виникнення тріщин і руйнування мінералів. Неоднорідні теплові властивості компонентів корисної копалини при нагріванні також приводять до появи великої кількості точок внутрішніх напружень. Збільшення внутрішніх напружень досягається різким охолодженням поверхні грудок корисної копалини, що й приводить або до її руйнування, або до ослабленню зв'язку між мінералами.

Сировинна база

Мінерали, схильні до декрипітації: барит, кальцит, кам'яна сіль, кіаніт, силіманіт, сподумен, флюорит, слюда. Температура нагріву цих мінералів знаходиться в межах 400—1100 °C і залежить від взаємопроростання. У результаті декрипітації відбувається концентрація компонентів у вузьких класах.

Декрипітація сподуменових (літієвих) руд

Декрипітація найбільш широко застосовується при переробці сподуменових (літієвих) руд. У цих рудах цінний компонент представлений α- сподуменом. При температурі 1100—1200 °C α-сподумен переходить в β-сподумен із зміною густини від 3150 до 2400 кг/м³. При цьому він розсипається в порошок крупністю до 0.15 мм. Порода (кварц, польовий шпат, слюда) не змінюється. На рисунку наведена схема переробки сподуменової руди родовища Кет-Лейк (Канада).

Схема включає:

• дроблення руди до 19 мм;
• виділення класу 0-0.2 мм як відвального продукту;
• випалення кл. 0.2-19 мм у обертових барабанних печах при t =1100 оС (ступінь переходу $\alpha \to \beta$ складає близько 99%);
• охолоджування руди;
• подрібнення в барабанному млині з гумовою футеровкою до ~0,07 мм;
• тонке грохочення або повітряну класифікацію.

Сульфатизація $\beta$-сподумену йде при обпалі газом, який подається назустріч концентрату. На виході з обертальної пічки температура сульфітизованого матеріалу 250С. Його обробляють водою у реакторі, неперервно перемішуючи із стисненим повітрям. У реакторі нейтралізується надлишок сірчаної кислоти карбонатом кальцію до рН 6-6,5. Після цього маса надходить на барабанний вакуум-фільтр, на якому залишок промивається водою (промивні води використовують для вилужування нової порції спікання). За вологості близько 30% нерозчинний залишок виводять з процесу як відвал. Втрати разом із ним літію складають набагато менше 1% вмісту елемента у концентраті, а невеликі кількості рубітію та цезію, які можуть бути у сподуменовому концентраті, втрачаються повністю.

Розчин, після вилучення літію з піску, містить $\mathrm{L}{\mathrm{i}}_{\mathrm{2}}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}$ (до 100г/л), сульфат натрію й ряд домішок, які до осаду $\mathrm{L}{\mathrm{i}}_{\mathrm{2}}\mathrm{C}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}$ повинні бути видаленими. Спочатку розчин очищують від магнію, нейтралізуючи вапном до рН 12-14, магній осаджується у вигляді $\mathrm{M}\mathrm{g}\mathrm{(}\mathrm{O}\mathrm{H}{\mathrm{)}}_{\mathrm{2}}.$ Потім видаляють кальцій у вигляді $\mathrm{C}\mathrm{a}\mathrm{C}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}},$ обробляючи розчин кальцифікованою водою (12 кг/м3). Після відділення на фільтр-прес залишків $\mathrm{M}\mathrm{g}\mathrm{(}\mathrm{O}\mathrm{H}{\mathrm{)}}_{\mathrm{2}}$ та $\mathrm{C}\mathrm{a}\mathrm{C}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}$ які по мірі накопичення вилужують водою до вилучення літію, розчин $\mathrm{L}{\mathrm{i}}_{\mathrm{2}}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}$залишається забрудненим алюмінієм (з рудного матеріалу переходить 2-4%) та залізом (з кородуючих трубопроводів). Для видалення цих домішок у вигляді $\mathrm{M}\mathrm{e}\mathrm{(}\mathrm{O}\mathrm{H}{\mathrm{)}}_{\mathrm{3}}$ розчин нейтралізують сірчаною кислотою (до рН 7). Кислоту подають у живильних однокорпусного випарувального апарату, призначеного для концентрування розчину до близько 200г/л $\mathrm{L}{\mathrm{i}}_{\mathrm{2}}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}$. Після концентрування у розчин вносять для обезбарвлення трохи газової сажі, яка потім видаляється з осадом $\mathrm{A}\mathrm{l}\mathrm{(}\mathrm{O}\mathrm{H}{\mathrm{)}}_{\mathrm{3}},\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{(}\mathrm{O}\mathrm{H}{\mathrm{)}}_{\mathrm{3}}$на рамному фільтрі. Очищений таким чином концентрований розчин надходить до реактору на стадію отримання $\mathrm{L}{\mathrm{i}}_{\mathrm{2}}\mathrm{C}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}$. Карбонат літію осаджують кальцифікованою содою за 90 градусів. Кристали $\mathrm{L}{\mathrm{i}}_{\mathrm{2}}\mathrm{C}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}$ після відділення маточного розчину промивають деіонізованою водою. Таким чином, карбонат літію після промивання містить близько 80% основної речовини. Після другого промивання - вже 96-97%. Після відмивання й центрифугування сушать (із 10%-ю вологістю) при 510-635 мм.рт.ст. Така схема застосовується лише для $\beta$-сподумену.

Основні операції декрипітаційного руйнування: випалення, охолоджування, подрібнення.

Крім збагачення сподуменових руд декрипітація може бути застосована також при збагаченні баритових, флюоритових та інших руд.

Див. також

• Спеціальні методи збагачення корисних копалин
• Вибіркове руйнування корисних копалин

Література

Самилін В., Білецький В. Спеціальні методи збагачення корисних копалин. — Донецьк: Східний видавничий дім, 2003. — 116 с.