Хүнд баяжигдах шинж чанартай хайлуур жоншны хүдрийг баяжуулах туршилт судалгааны ажлын үр дүн

Я.ДАШДОНДОГ

“Эрдэнэс критикал минералс” ТӨҮГ-ын ҮТТХ-ийн үйлдвэрлэл хариуцсан ахлах мэргэжилтэн, Монгол Улсын Зөвлөх Инженер

Хураангуй:  Байгалийн нөөц баялгийг эрчимтэй ашиглахын хэрээр түүний нөөц хомсдож, ялангуяа ашигт эрдсийн өндөр агуулгатай, баялаг ордуудын нөөц багасаж, бага агуулгатай, газрын гүнд орших, сарнимал тогтоцтой ордууд ашиглагдаж байгаа буюу нэгж бүтээгдэхүүн үйлдвэрлэхэд шаардлагатай уулын цул болон хүдрийн хэмжээ нэмэгдэж, нэгж бүтээгдэхүүний үйлдвэрлэлийн өртгийг өсгөж байна. Хайлуур жоншны хувьд сүүлийн жилүүдэд хүдрийн нөөц багасахын зэрэгцээ хүдрийн технологийн шинж чанар өөрчлөгдөж байгаатай холбоотойгоор баяжмалын чанар болон минерал авалт буурах, бүтээгдэхүүний өөрийн өртөг өсөх зэрэг тодорхой хэмжээний хүндрэл тулгарч байна. Тухайлбал “Эрдэнэс критикал минералс” ТӨҮГ-ын тусгай зөвшөөрөл эзэмшиж байгаа нийт жоншны уурхайнуудын хүдрийн үлдэгдэл нөөцийн 50 орчим хувийг кальцийн карбонатын өндөр агуулгатай хүдэр эзэлж байгаа нь стандартын шаардлага хангасан баяжмал үйлдвэрлэхэд хүндрэл учруулж байгаа тул баяжуулалтын уламжлалт технологийг оновчлох, шинэ төрлийн урвалжуудаар туршилт судалгааны ажлууд хийж, шинэлэг технологи нэвтрүүлэх шаардлагатай байгааг харуулж байна. Мөн ашигт эрдсийн бага агуулгатай ордуудын хүдрийн бүтцийн дийлэнх хэсгийг ашиггүй эрдэс буюу хоосон чулуулаг эзэлж байгаа нь хүдрийн тээврийн болон боловсруулалтын зардлыг нэмэгдүүлж, үйлдвэрлэлийн үр ашгийг багасгах нөхцөл болдог. Иймээс олборлосон хүдрийг уурхайд аль болох ойр зайд урьдчилан ангилж, хоосон чулуулгыг ялгаснаар хүдрийн боловсруулалтад гарах тээврийн болон бутлалт, нунтаглалтын зардал, ус, эрчим хүч болон урвалж материалын зарцуулалтыг бууруулж үйлдвэрлэлийн эдийн засгийн үр ашгийг нэмэгдүүлэх боломжийг бүрдүүлнэ. Энэхүү өгүүлэлд сүүлийн жилүүдэд хайлуур жоншны хүдрийн баяжуулалтын талаар олон улсын судалгааны байгууллагуудтай хамтарч хийсэн туршилт, судалгааны ажлын зарим үр дүнг харуулсан болно. Үр ашгийг нэмэгдүүлэхэд хэрхэн нөлөөлөх боломжтой болохыг тодорхойлох зорилт тавьсан.

Түлхүүр үг:  хүдрийн шинж чанар, шинэ нэр төрлийн урвалжууд, флотацийн технологи, нөлөөлөх хүчин зүйлс, кальцийн карбонат, баяжмалын чанар, минерал авалт

Жонш баяжуулах технологид тулгарч байгаа асуудлууд, шийдвэрлэх арга зам

Хайлуур жоншийг ил болон далд уурхайгаас олборлох бөгөөд хэрэглэгчийн шаардлагыг хангасан бүтээгдэхүүн үйлдвэрлэхийн тулд хүдрийн шинж чанарт тохирсон аргаар баяжуулах шаардлагатай. Металлургийн зориулалтын жоншийг бутлах, угаах, шигших болон сэгсрэх ширээ, тунаах машинаар баяжуулах мөн том ширхэглэлтэй жоншийг гар аргаар ангилах замаар шууд худалдаанд гаргах боломжтой. 5-50мм-ийн ширхэглэлтэй жоншийг гравитацийн аргаар хүнд шингэнд баяжуулах түүнээс доош ширхэглэлтэй хүдрийг флотацийн аргаар баяжуулж, хүчлийн болон шил шаазангийн зориулалтын бүтээгдэхүүн гарган авдаг.

Жоншны олборлолт болон баяжуулалтаар “Эрдэнэс критикал минералс” ТӨҮГ-ын “Бор-Өндөр” УБҮ нь Монгол Улсын жоншны үйлдвэрлэлийн дийлэнх хэсгийг буюу жилд 600 мянган тонн хүдэр олборлож, 130 тонн жоншны баяжмал үйлдвэрлэн экспортод гаргах хүчин чадалтай бөгөөд сүүлийн 30 гаруй жилийн хугацаанд 13 сая гаруй тонн хүдэр боловсруулж, 3 сая тн флотацийн баяжмал, 300 мян.тн орчим бүхэллэг баяжмал үйлдвэрлэн экспортолсон байна. 

“Эрдэнэс критикал минералс” ТӨҮГ-ын тусгай зөвшөөрөл эзэмшиж байгаа болон олборлолт явуулж байгаа жоншны ордуудын үлдэгдэл нөөц, болон хүдрийн агуулгын мэдээллээс харахад одоогоор ашиглагдаж байгаа болон ойрын ирээдүйд ашиглах боломжтой ордуудын үлдэгдэл нөөцийн 50 гаруй хувь нь кальцитын өндөр агуулгатай буюу карбонатын модуль нь 2,7-10,4 байгаа нь өнөөгийн технологийн горимоор хүнд баяжигдах шинж чанартай буюу стандартын шаардлага хангасан бүтээгдэхүүн үйлдвэрлэхэд хүндрэлтэй  байна.

Жоншны баяжмалын үйлдвэрлэлд шийдвэрлэх шаардлагатай тулгамдсан асуудлууд:

• Хүдрийн нөөц, агуулга багасахын зэрэгцээ хүдрийн баяжигдах шинж чанар өөрчлөгдөж байгаатай холбоотойгоор технологийн процессыг оновчлох, шинэлэг технологи нэвтрүүлэх  шаардлагатай.

• Хүдрийн агуулга буурч, агуулагдах чулуулгын бүтэц өөрчлөгдсөнөөр урвалжийн зарцуулалт нэмэгдэж, бүтээгдэхүүний өртөг өсөх болсон.

• Хүнд баяжигдах шинж чанартай, бага агуулгатай хүдэр баяжуулах процесст орсноор жонш авалт буурч байна.

• Зах зээлийн нөхцөл өөрчлөгдсөнтэй холбоотойгоор баяжмалын чанарыг нэмэгдүүлэх, зах зээлд эрэлт ихтэй, үнэ өндөртэй шинэ нэр төрлийн бүтээгдэхүүн үйлдвэрлэх, баяжмалын дараагийн шатны боловсруулах технологи нэвтрүүлж, өртөг шингэсэн эцсийн бүтээгдэхүүн үйлдвэрлэх боломжийг судалж, нэвтрүүлэх шаардлага гарч байна.

• Байгаль экологид тавигдаж буй шаардлагад тулгуурлан эрчим хүчний зарцуулалтыг багасгах, хаягдал дах ашигт эрдсийн агуулгыг бууруулах, хаягдлын сангийн ашиглалтыг сайжруулах талаар арга хэмжээ авах шаардлагатай байна.

Эдгээр тулгарсан асуудлуудыг шат дараалалтайгаар, шинжлэх ухааны үндэслэлтэй туршилт судалгааны ажлыг тогтмол хийснээр шийдвэрлэх боломжтой бөгөөд эхний ээлжинд дараах чиглэлүүдээр судалгааны ажил хийж байна:

• Үндсэн процесст орохын өмнө хүдрийг урьдчилан ангилах

• Нунтаглалтын дараа гравитацын болон бусад баяжуулах аргыг хэрэглэх

• Флотацийн процессын урвалжийн горимд өөрчлөлт хийх, шинэ урвалж нэвтрүүлэх

• Шинэ нэр төрлийн баяжмал үйлдвэрлэх, баяжмалыг дахин боловсруулж өртөг шингэсэн эцсийн бүтээгдэхүүн үйлдвэрлэх

Флотацийн туршилтын явц, үр дүн

Энэхүү өгүүлэлд хайлуур жоншны хүдрийн  дээжинд “Бор-Өндөр” УБҮ-ийн судалгааны лаборатори болон ХБНГУ-ын Фрайберг хотын UVR-FIA GmbH судалгааны институтийн лаборатори, БНХАУ-ын Янтай Шинхай уул уурхайн судалгааны лабораторд флотацийн цуврал туршилтуудыг явуулсан ажлын үр дүнг нэгтгэн харуулав.

Туршилтад зориулан бэлтгэсэн дээжинд минералогийн болон химийн бүтцийн нарийвчилсан шинжилгээ хийсэн. Минералогийн шинжилгээнд „Mineral Liberation Analysis“ (MLA) аргыг хэрэглэсэн бөгөөд энэ нь Растерэлектроненмикроскоп (SEM: Scanning Electron Microscopy),  энергидисперссэн Рентгенспектроскоп (EDS: Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy) болон автоматжуулсан зургийн тайлал хийх аргуудаас бүрдэнэ.  Минералогийн шинжилгээний үндсэн зорилго нь хүдрийн барьцалдалтын зэргийг тодорхойлоход оршино(5).

Сонгон авсан дээжийн үндсэн минералууд нь кварц/41%/, хайлуур жонш /32%/, болон кальцит /22%/ эзэлж байгааг тодорхойлсон. Мөн калийн хээрийн жонш 1,5%-ийг эзэлж байгаагаас гадна бусад хээрийн жонш, глиммер болон доломит 0,5%-иас бага хэмжээтэй байсан. Сульфидууд үл ажиглагдам бага хэмжээгээр агуулж байсан.

Минералогийн шинжилгээ хийхийн тулд ширхэглэлийн 2 төрлийн фракци /0-125 µм/, /125-200µм/ бэлтгэсэн. Минералогийн шинжилгээний дүгнэлтийг фракци тус бүрээр гаргасан. 0-125 µм фракцийн үндсэн минералууд маш сайн суллагдсан. Флюритын 97% нь бусад минералуудтай барьцалдаагүй. Том ширхэглэлтэй /125-200µм/ фракцид флюритын 92% орчим нь суллагдсан, 1,4% нь кальциттай барьцалдсан байна.

Флотацийн туршилтанд хэт нунтаг хэсгийн эзлэх хувийг бага байлгахын тулд 200µм-ээс доош /d₈₀=80 µм / ширхэглэлтэй материалыг сонгосон.

Нийт 30ш флотацийн туршилт хийгдсэн ба эдгээрийн дийлэнх хэсэгт флотацийн динамик/флотацийн хугацаанаас хамаарсан хамаарал/-ыг харгалзан авч үзсэн. Эдгээр туршилтуудаас 3 туршилтыг сонгон авч 4 шатны цэвэрлэгээний туршилтыг явуулсан.

Нийт 4 үйлдвэрлэгчийн /BASF, Clariant, EKOF, Nouryon/ 8 өөр төрлийн цуглуулагч урвалж туршсан. Эдгээр цуглуулагч урвалжууд нь ерөнхийдөө олейны саркозин болон таллийн тос агуулснаараа ялгаатай байсан. Nouryon-ы цуглуулагчийн хувьд агуулагдах бодисын хувьд нарийн мэдээлэл байхгүй бөгөөд тосны хүчил агуулсан гэж үзэж болно(6).

Олейны саркозин агуулсан цуглуулагч урвалжийн селектив шинж чанар илүү сайн байсан. Мөн флотацилагдах хугацаа бага зарцуулдаг гэсэн мэдээлэл байдаг. Таллын тос агуулсан бүтээгдэхүүн нь зарчмын хувьд тохиромжтой боловч селектив шинж чанар нь бага байсан.

Мөн 7 төрлийн дарагч урвалж туршсан бөгөөд тэдгээрийн сонголтыг хийхдээ өмнө хийсэн ажлуудын туршлага болон хэвлэгдсэн материалын мэдээллийг ашиглан карбонит агуулсан жоншны хүдрийг баяжуулахад тохиромжтой гэж үзсэн дарагч урвалжуудыг сонгосон.

Дарагч урвалжийн хувьд NaF болон Pionera фирмийн F100/Ligninsulfonat/ урвалжуудын хослолыг хамгийн сайн үр дүн үзүүлж байна гэж үзсэн болно. NaF урвалжийг сод болон шингэн шилээр орлуулж туршихад үр дүн хангалттай бус байсан тул дарагч урвалж нь ямар нэг байдлаар флюорит агуулсан бодис байх нь тохиромжтой гэсэн дүгнэлтэд хүрсэн. Мөн CMC болон  PA урвалжууд тодорхой хэмжээний үр дүн үзүүлж байгааг туршилтаар нотолсон.

Дарагч-цуглуулагч урвалжуудын хослол болох /NaF, Pionera фирмийн F100/Ligninsulfonat/ болон BASF фирмийн DP-OMC 1033 нь кальцитын өндөр агуулгатай жоншны хүдрийн үндсэн флотацид селектив байдлаар үйлчилж минерал авалтыг  90%-д хүргэсэн ба кальцит нь 22%-оос 9% хүртэл буурч байгаа нь ажиглагдсан. Дөрвөн шатны цэвэрлэгээний флотациар 95%-иас дээш жонш агуулсан, 1,4%-ийн кальциттай концентрат гарган авсан болно. Цахиурын давхар ислийн агуулга 1,76% байсан. Энэ нь Монгол Улсын ФФ-95 баяжмалын стандарт шаардлагыг хангаж байгаа болно. БНХАУ-ын Янтай Шинхай уул уурхайн судалгааны лабораторд явуулж туршилт хийсэн дээжний агуулгыг Хүснэгт№1-д харуулав.

Анхдагч хүдрийг эхний шатанд -200 меш (65,0 %) ширхэглэлтэй болгон нунтаглан нэг шатны үндсэн флотаци, 2 шатны хяналтын флотаци, нэг шатны цэвэрлэгээний флотациар баяжуулаад дараа нь эхний хяналтын шатны хөөсөн бүтээгдэхүүнийг эхний шатны цэвэрлэгээний хаягдалтай нийлүүлэн буцааж үндсэн флотацид өгсөн. Харин эхний шатны цэвэрлэгээний концентратыг дахин -200 меш (96,8 %) хүргэж нунтагласан ба түүнийг 7 шатны цэвэрлэгээний процессоор оруулсан, харин 2-оос 6-р шатны цэвэрлэгээний завсрын бүтээгдэхүүнийг нийлүүлэн 2-р шатны нунтаглалтад эргүүлэн өгсөн. Цэвэрлэгээний 7 ба 8-р шатны завсрын  бүтээгдэхүүнийг эргүүлэн өмнөх цэвэрлэгээний шатанд өгч 8 шатны цэвэрлэгээний дараа эцсийн шатны баяжмалыг гарган авсан. Туршилтын үр дүнг хүснэгт №2-т харуулав.

ДҮГНЭЛТ

Анхдагч хүдэрт агуулагдах баяжуулан авах боломжтой, үнэ цэнэтэй эрдэс нь CaF₂ бөгөөд түүний агуулга 31,98 % байна. Бусад дагалдах элементүүд нь бага агуулгатай бөгөөд  тэдгээрийг ялган авахад үр ашиггүй болно.

Хүдэрт агуулагдах металл бус эрдсүүд нь кварц, флюорит, плагиоклас, кальцит, биотит, серицит, хлорит зэрэг болно. Харин металл эрдсүүдэд лимонит болон бага хэмжээгээр пирит агуулж байна. Флюоритын минералууд нь кварцын минералуудтай нягт барьцалдсан бөгөөд маш нарийн тархмал ширхэглэлтэй буюу хүнд баяжигдах шинж чанартай кварц-флюоритын хүдрийн төрөлд хамаарна.

Энэ туршилтаар анхдагч хүдрийн флотаци болон гарсан баяжмалын дахин нунтаглалт, анхдагч баямалын дахин флотацилах процессын үр дүнг харьцуулан авч үзсэн болно. CaF₂-ийн баяжмал гарган авахад анхдагч хүдрийн флотаци + дахин нунтаглалт болон анхдагч баямалын дахин флотацилах процессыг санал болгож байна.

Анхдагч хүдрийн битүү хэлхээний туршилтаар анхан шатны флотациар гарсан баяжмалыг дахин нунтаглалт хийсний  дараа анхдагч баямалын дахин флотацилах процессын үед анхдагч хүдрийг эхний шатанд -200 меш (65,0 %) болтол нунтаглаад нэг шатны үндсэн флотаци, 2 шатны хяналтын флотаци, нэг шатны цэвэрлэгээний флотациар баяжуулан гарган авсан баяжмалыг -200 меш (96,8 %) болтол дахин нунтаглаад 8 шатны цэвэрлэгээний процессоор баяжуулсан ба завсрын бүтээгдэхүүнийг буцаан өмнөх шатны процесст оруулсан. Энэ туршилтаар 22,97 %-ийн гарцтай,  CaF₂-ийн 97,10 %-ийн агуулгатай, CaF₂-ийн 70,08 %-ийн минерал авалттай, SiO₂-ийн 1,50 %-ийн болон CaCO₃-ийн 1,30 %-ийн тус тус агуулгатай баяжмал гарган авсан болно.

Битүү хэлхээний туршилт-2: Анхдагч хүдрийн флотаци болон гарсан баяжмалын дахин нунтаглалт болон анхдагч баямалын дахин флотацилах процессоор эхний шатны нунтаглалтаар анхдагч хүдрийг -200 меш (65,0 %) болгон нунтаглаад дараа нь нэг шатны үндсэн флотаци, 2 шатны хяналтын флотаци, нэг шатны цэвэрлэгээний флотациар баяжуулан гарган авсан баяжмалыг  -200 меш (96,8 %) болгон дахин нунтаглаад 8 шатны цэвэрлэгээгээр цэвэрлэсэн. Эндээс 20,30 %-ийн гарцтай, CaF₂-ийн 97,50 %-ийн агуулгатай, CaF₂-ийн 62,40 %-ийн минерал авалттай, SiO₂-ийн 1,15 %-ийн болон CaCO₃-ийн  1,20 %-ийн агуулгатай баяжмал гарган авсан ба дараа нь цэвэрлэсэн завсрын бүтээгдэхүүнийг тусад нь дахин баяжуулж 3,73 %-ийн гарцтай,  CaF₂-ийн 90,25 %-ийн агуулгатай баяжмалыг CaF₂-ийн 10,61 %-ийн минерал авалттайгаар гарган авсан.

Дээрх туршилтуудын хүрсэн үр дүнгээс харахад кальцитын өндөр агуулгатай жоншны хүдрээс стандарт шаардлага хангасан жоншны баяжмал үйлдвэрлэх боломжтой болох нь харагдаж байна. Энэ үр дүнгүүд нь технологийг цаашид сайжруулан ФФ-97 маркийн өндөр чанарын баяжмал үйлдвэрлэх үндэс суурь  болно.

АШИГЛАСАН МАТЕРИАЛ

1. Heinrich Schubert: Aufbereitung fester Stoffe, Band II, Stuttgart 1996
2. Г.Ёндон, Я.Дашдондог: Хайлуур жоншны хүдрийн баяжуулалтын процессыг оновчлох талаар хийгдэж байгаа туршилт, судалгааны ажлын зарим үр дүн, Баяжуулагч сэтгүүл, 2018 он
3. Mineral processing test report, Yantai Xinhai mining research & design Co., LtD 2025
4. Irina Bremerstein: Flotationsuntersuchungen an kalzitreichem Flußspat, Bericht Nr.0757-19-01, Freiberg, den 15.05.2020
5.  Stephan Stuhr: Flußspatflotation an calzithaltigem Erz, Bericht Nr.0797-21-01, Freiberg, den 06.10.2022
6. Я.Дашдондог: Кальцийн карбонатын өндөр агуулгатай хайлуур жоншны хүдрийг мэдрэгчид суурилсан технологи болон флотаци хосолсон технологиор баяжуулж чанарын стандарт шаардлага хангасан баяжмал үйлдвэрлэх боломжийн судалгаа, Green Chemistry-2023 химийн салбарын онол, практикийн бүтээлийн улсын уралдааны хурал
7. Я.Дашдондог: Хайлуур жоншны хүдрийг хосолсон технологиор баяжуулах туршилт, судалгааны үр дүн, Баяжуулагч сэтгүүл №15, 2025 он
8. Я.Дашдондог: Кальцийн карбонатын өндөр агуулгатай хайлуур жоншны хүдрийг баяжуулах туршилт судалгааны ажлын үр дүн, “Уул уурхайн шинжлэх ухаан, технологи, үйлдвэрлэл“ ЭШХ, ШУА 2025 он