В условиях существенного истощения традиционных разведанных запасов нефти в РФ и неизбежности поисков новых направлений изучения и наращивания сырьевой базы углеводородного сырья в труднодоступных регионах и на арктическом шельфе ведется научный поиск скоплений в сложных геологических условиях и в существенно отличающихся от традиционных проявлениях, к числу которых можно отнести процессы нефтегазообразования и сохранения нефти газа в низкопроницамых «сланцевых» толщах и в неоднородных коллекторах на больших и сверхбольших глубинах. В пределах нефтегазоносных провинций мира бурением ряда глубоких и сверхглубоких скважин выявлены месторождения на больших глубинах, установлены связи между залежами УВ и «следами» миграции УВ, оставленными в керне глубоких скважин, что позволило существенно переоценить теоретические представления по вопросу условий нефтегазообразования и поиска технологий, направленных на решение прикладных задач. Современные геохимические, хроматографические, битуминологические углепетрографические и пиролитичеcкие методы исследований нефти и битумоидов, экстрагированных из вмещающих пород керна глубоких скважин, позволяют надеяться на выявление корреляций в системе нефть – исходное вещество, выявление процессов, определяющих возможность формирования и аккумуляции углеводородов, а также выявление прогнозных критериев нефтегазоносности больших глубин.
Со стабильным ростом спроса на углеводородные энергоносители возникает необходимость вовлечения в переработку месторождений нефти на более глубоких горизонтах и повышения рентабельности их разработки. Сокращение затрат на поисковые работы возможно при выявлении и обосновании физико-химических маркеров комплекса процессов нафтогенеза. Одним из ключевых маркеров является содержание переходных металлов, которые являются как критерием возраста нефти, так и маркерами потенциальных попутных процессов при миграции и образовании углеводородов в земной толще. Исследован элементный состав проб образцов нефти и пород-коллекторов месторождения Тимано-Печорской провинции. На основании результатов термодинамического моделирования предложены вероятные процессы трансформации минералов контактных пород. По результатам молекулярного моделирования предложена вероятная структура молекул-носителей ванадия и никеля в тяжелой фракции нефтей. Экспериментально установлены соотношения содержаний переходных металлов и серы, а также сделаны предположения о возможных механизмах формирования глубинных резервуаров углеводородов. Анализ полученных соотношений содержаний переходных металлов в породах-коллекторах и пробах нефти позволил предположить возможные процессы контакта мантийных флюидов с вмещающей породой и последующим накоплением углеводородов на сорбционно активных породах. По совокупным результатам экспериментальных и теоретических исследований установлено, что полимеры тяжелой фракции более селективно захватывают ванадий, что указывает на преобладание в нефтеносных породах содержания ванадия по отношению к содержанию никеля. При этом нефть выступает в качестве транспорта переходных металлов, вымывая их из материнских пород.
Растущая потребность в продукции черной металлургии обуславливает необходимость внедрения технологий, повышающих эффективность обогатительного передела железосодержащего сырья. Перспективным направлением в этой области является внедрение решений, основанных на возможности селективной дезинтеграции руд. Целью данной работы являлось установление закономерностей селективного разрушения железистых кварцитов на основании результатов исследования минералого-технологических свойств сырья. Представлены данные по изучению минералого-технологических особенностей железистых кварцитов Михайловского месторождения методами рентгено-флуоресцентного анализа и автоматизированного минералогического анализа. На основании исследований характера вкрапленности и размеров зерен породных и рудных минералов сформулированы задачи рудоподготовительного передела. В результате изучения измельчения руды установлены параметры распределения железа и оксида кремния по классам крупности в продуктах измельчения. На основании эмпирических зависимостей спрогнозирована крупность измельчения, при которой должно достигаться максимально эффективное раскрытие сростков рудных минералов и их минимальный переход в класс крупности –44 мкм.
В предлагаемом читателям специальном выпуске Записок Горного института собраны статьи, рассматривающие проблемы отечественной и мировой науки в области комплексной и глубокой переработки минерального сырья природногои техногенного происхождения, развития теории и методов интенсификации селективной дезинтеграции тонкодисперсных минеральных сростков и выщелачивания благородных ме-таллов и редкоземельных элементов из упорных руд, нетрадиционного сырья и концентратов, совершенствования основных и вспомогательных процессов обогащения и их цифровизации.
Рассмотрена возможность оценки сепарации минерального сырья с учетом реологии пульпы. В качестве объекта исследования были выбраны руды Майского месторождения, отличающиеся тонкой вкрапленностью ценного компонента – золота – в минералы-носители, что обуславливает применение тонкого и сверхтонкого измельчения. Данный факт имеет важное значение, поскольку наличие тонкого класса серьезно влияет на реологию минеральной пульпы, применяемой в дальнейших операциях обогатительного цикла. Это предопределяет необходимость учета реологических параметров. Проведенное исследование обеспечивает разработку методики оценки сепарации минерального сырья в гидроциклоне на основе интерпретации данных численного и математического моделирования. С применением объектно-ориентированного языка программирования Python была разработана программа расчета эмпирических коэффициентов реологического уравнения, теоретически отражающего динамику внутренних преобразований минеральной пульпы. Принимая во внимание технологические параметры лабораторной установки с гидроциклоном и свойства руды, было выбрано три концентрации твердого в пульпе, условно соответствующих минимальному, среднему и максимальному значениям.Последовательное получение реологических уравнений для трех вариантов концентрации (400, 500 и 700 г/л) позволило вычислить критические скорости сдвига, соответствующие максимальной диспергации минеральной суспензии в потоке гидроциклона. Последующее численное моделирование с применением ПО Ansys Fluent, а также статистическая оценка скоростей сдвига при различном содержании твердого показали, что при содержании 400 г/л обеспечивается профиль скоростей сдвига в поперечном сечении гидроциклона, соответствующий максимальной диспергации минеральной суспензии.
Представлена флотация двух образцов фосфатных руд разного происхождения. Статистический анализ был использован для исследования влияния рабочих параметров, действующих на эффективность флотации. В работе предложено повысить эффективность флотационного обогащения фосфатной руды магматического происхождения с низким содержанием полезного компонента (P 2 O 5 = 10,88 %), содержащей нефелин и полевые шпаты, с помощью прямой анионной флотации. Представлена оптимизация анионной флотации с использованием смешанных жирных кислот таллового масла с анионным фосфоланом в качестве анионного собирателя.Исследовано влияние добавления кальцинированной соды для компенсации действия катионов кальция на технологические показатели флотации P 2 O 5 . Результаты исследования флотации нефелиновой руды (хвосты флотации фосфатной руды магматического происхождения) показали, что замена фосфолана на оксиэтилированный изотридеканол позволяет получить высококачественный концентрат. Установлено, что с добавлением Na 2 CO 3 в количестве 2000 г/т был получен концентрат с содержанием и извлечением пятиокиси фосфора, равный 39,15 и 94,19 % соответственно. В работе предложено повысить эффективность флотационного обогащения фосфатной руды осадочного происхождения с низким содержанием полезного компонента (P 2 O 5 = 22,5 %), содержащей гипс и кварц, путем обесшламливания с последующей анионной или катионной обратной флотацией. Жирная кислота таллового масла с анионным фосфоланом использовалась в качестве собирателя при анионной обратной флотации, а амин – при катионной обратной флотации. Триполифосфат натрия применялся в качестве депрессора P 2 O 5 . Обнаружено, что он является эффективным депрессором как при анионной, так и катионной обратной флотации. При анализе статистического плана, было установлено, что максимальное содержание полезного компонента в концентрате (P 2 O 5 = 31,23 %) и извлечение в концентрат 95,22 % были получены в камерном продукте при расходе амина 950,88 и триполифосфат натрия 500 г/т.
Работа посвящена сравнительному обзору минерально-сырьевой базы металлов платиновой группы (МПГ) и технологий их переработки в ЮАР и России – крупнейших производителей МПГ. В статье представлены минералого-геохимическая классификация и промышленное значение железно-платиновых и платиноносных месторождений, также представлен обзор видов залеганий рудных тел металлов платиновой группы, процессов обогащения (особое внимание уделено флотационным процессам), а также трудностей, с которыми сталкиваются предприятия на этапе обогащения в части повышения извлечения полезных компонентов. Приведены данные о минералогических особенностях месторождений МПГ, в том числе о распределении элементов в рудах. Определены и обоснованы основные направления исследования минералогических особенностей и переработки сырья различного генезиса. Установлено, что сульфидные месторождения представляют наибольшую промышленную ценность в обеих странах. Рассмотрены такие нетрадиционные источники МПГ как черносланцевое сырье, дуниты, хромитовые, малосульфидные, хромовые и титано-магнетитовые руды, техногенное сырье и др. Обоснованы основные направления исследований для вовлечения в переработку нетрадиционных источников металлов. Проведен анализ новых обогатительных и металлургических методов добычи МПГ при переработке нетрадиционного и промышленного сырья, выполнен обзор существующих технологий переработки платиноносного сырья. Рассмотрены технологии с применением современного оборудования для сверхтонкого измельчения и существующие реагенты для флотационного обогащения и оценки их селективности по отношению к минералам-концентраторам платины. На основе анализа главных технологических процессов переработки руд МПГ выявлены наиболее эффективные – схемы гравитационно-флотационного обогащения с последующей металлургической переработкой.
В статье приведены результаты исследования возможности оценивания упорности золотосодержащих руд с помощью данных термического анализа. В качестве объектов исследования использовались флотационные концентраты, полученные при обогащении дважды упорных сульфидных золотосодержащих руд. Данный тип руд осложнен тонкой вкрапленностью золота в сульфидные минералы, присутствием сорбционно активного рассеянного углеродистого вещества, находящегося в тесной ассоциации с сульфидами. Приведены результаты термогравиметрических и масс-спектрометрических исследований упорных золотосодержащих руд. Полученные фрагменты для керогена CH (m/z = 15), C 2 H (m/z = 29) и C 3 H (m/z = 43) свидетельствуют о наличии в исследуемых образцах различных типов углеродистого вещества. Обосновано, что степень сорбционной активности углеродистого вещества зависит от присутствия в руде керогенов и битуменов. Высокая сорбционная активность рассеянного углистого вещества существенно влияет на технологию переработки руд и концентратов как флотационными, так и пиро- и гидрометаллургическими методами. Термогравиметрический и масс-спектроскопический анализы могут применяться для определения степени прегроббинга упорных золотосодержащих руд. Полученные результаты предопределяют направления создания новых методов и технологий в области обезуглероживания упорных золотосодержащих руд при комплексном освоении твердых полезных ископаемых в горнопромышленных районах России.
С использованием методов математической статистики на основе минералого-технологических исследований лабораторных проб выявлены наиболее распространенные природные и технологические ассоциации микроэлементов в углеродистых породах, получение товарных соединений которых может иметь промышленное значение. Обнаруженные структуры сфероидных и кольцевых железоуглеродистых кластеров являются железо-углеродистыми образованиями класса металлофуллеренов с выраженными магнитными свойствами. Эти кластеры могут служить строительными блоками для новых магнитных структур, поскольку каждый из них является отдельным магнитным доменом. Извлечение подобных структур и их практическое использование открывает путь к технологиям будущего. Полученные результаты предполагается использовать в дальнейшем в процессе создания новых методов и технологий обогащения углеродистого сырья при комплексном освоении твердых полезных ископаемых в горно-промышленных районах России.
В работе охарактеризована роль угля в топливно-энергетическом балансе Дальневосточного региона и выделена проблема потерь мелочи в процессах угледобычи, транспортирования и переработки. Решение проблемы потерь угольной мелочи достигается сортировкой добываемых углей по классам крупности и получением топливных брикетов из угольной мелочи. Кратко изложены физические основы брикетирования твердых горючих ископаемых. Исследованы зависимости изменения предела прочности на сжатие топливного брикета от влажности шихты и давления брикетирования. Установлены оптимальные параметры брикетирования угольной мелочи. Приведена принципиальная технологическая схема процесса производства брикетов. Разработанные технологические решения включают сортировку рядового угля и брикетирование угольной мелочи с вовлечением в переработку техногенных углеродсодержащих отходов гидролизного производства, а также остаточных продуктов нефтепереработки.
Приведены результаты минералого-технологических и геохимических исследований черносланцевых пород. Черные сланцы рассматриваются в качестве нового перспективного и нетрадиционного источника благородно- и редкометалльного сырья. Показано, что коллоидно-солевая фракция (нанофракция) с размером частиц менее 1000 нм составляет до 3 % по массе проб черных сланцев и извлекается водой при специально подобранных условиях. Использование воды вместо химически активных реагентов гарантирует отсутствие растворения минеральной матрицы и наиболее полно отражает коллоидно-солевую составляющую проб. Полученные результаты предопределяют направления создания новых методов и технологий обогащения углеродистого сырья при комплексном освоении твердых полезных ископаемых в горно-промышленных и нефтепромысловых районах России.
Дано обоснование и результаты экспериментальных исследований по повышению эффективности гравитационного извлечения мелкого и тонкого золота из высокоглини-стых геогенных и техногенных россыпей, а также аллювиальных россыпей. В качестве объектов исследования использовались глинистые золотосодержащие пески россыпей Хабаровского края, в которых наличие мелкого и тонкого золота, а также присутствие в составе рыхлых отложений большого количества труднопромывистого глинистого материала является основной причиной значительных потерь золота. Другим объектом исследований были россыпи Красноярского края. Разработан метод интерпретации гранулометрических характеристик с использованием созданного программного обеспечения, который позволяет повысить точность седиментационного анализа и прогнозировать морфологию золота. Обосновано, что одним из перспективных направлений интенсификации гравитационных методов является эффективная подготовка, в том числе химическое диспергирование песков перед гравитационным извлечением. Изучение совместного влияния гексаполифосфата натрия и галогенного окислителя на эффективность обогащения позволило установить, что сочетание циклов пептизация – коагуляция повышает извлечение золота. Показана возможность получения черновых концентратов из аллювиальных россыпей на концентрационных столах различных конструкций. Показано, что использование новой конструкции дискового концентрационного стола позволяет повысить технологические показатели по сравнению с плоскими качающимися столами.
