Совершенствование техники и технологии обогащения магнетитовых кварцитов на основе стадиального выделения концентратов

Актуальность работы:

В XX веке минерально-сырьевая база традиционно определяла экономическую мощь государства, возможности развития его промышленного и оборонного потенциала. Анализ минерально-сырьевой базы действующих предприятий России по добыче большинства видов твёрдых полезных ископаемых показывает, что из-за исчерпания разведанных запасов эксплуатируемых месторождений (по причине отсутствия средств за последние десять лет не открыты новые значительные месторождения, которые, как это было в советские времена, могли бы быть целесообразными для освоения с высокой эффективностью) к 2010 году произойдёт обвальное выбытие из строя действующих сейчас горно-добывающих мощностей [1].

В связи с этим экономия и ресурсосбережение минерально-сырьевой базы сегодня является важнейшим направлением её освоения. Инвестиции следует вкладывать не в расширение производства, а в технологии переработки, потребления и снижения самих потребностей общества в минеральном сырье. Это направление, помимо прямой прибыли (эффективное использование сырья при его рациональной переработке, комплексное использование месторождений, использование замкнутого цикла), дает экологический эффект, позволяя более разумно распорядиться ограниченными природными ресурсами.

Важнейшей проблемой магнитного обогащения сильномагнитных минералов является его низкая селективность при малой контрастности магнитных свойств разделяемых частиц из-за явления магнитной флокуляции. В результате при обогащении железных руд используют технологии стадиального выделения пустой породы (в основном кварца) в хвосты, тогда как рудная смесь (чистые рудные зерна, богатые и бедные сростки) магнитный продукт направляются на следующую стадию измельчения переизмельчая уже раскрытый магнетит.

Анализ основных причин низкой селективности современных конструкций магнитных сепараторов показывает что постадиально выделять магнетит на современных серийных сепараторах типа ПБМ практически не возможно по трем причинам:

— контрастность магнитных свойств на границе разделения между магнитной рудной смесью и немагнитными породными минералами значительно выше, чем между элементами рудной смеси (магнетитом и сростками), а селективность сепараторов недостаточна [2,3,4];

— жесткая магнитная флокуляция частиц магнетита в относительно сильном поле рабочей зоны сепаратора, вызывает захват бедных сростков и частиц пустой породы в концентрат [5,6,7];

— высокая физико-механическая активация материала после измельчения.

Если первая причина связана с природными свойствами руд и частичное устранение её возможно в процессах самоизмельчения, что можно доказать на примере Михайловского ГОКа, то вторая и третья причины в основном зависят от режима разделения и конструкции магнитного сепаратора. Давно доказано [1,8], что в сухих магнитных центробежных сепараторах с высокой частотой магнитного поля из концентратов ГОКов Кривбасса этим способом можно получать суперконцентраты, содержащие менее 1% кремнезема.

Для стадиального выделения магнетита требуется высокоселективный сепаратор, способный отделить магнетит от сростков прямо в конечный концентрат. Такой сепаратор можно создать на основе управления магнитной флокуляцией с вращающимся магнитным полем, например в конструкциях барабанного типа.

Для выбора принципа действия сепаратора был проведен анализ принципиальной технологической возможности получения продукта высокого качества по общему железу. Это было сделано на полупромышленном сухом магнитном центробежном сепараторе 11KL — «Лаурилла». Высокая эффективность сухой центробежной сепарации ещё в 60-е годы была подтверждена практикой фабрики Отанмэки (Финляндия), где нашли выгодным применять сухую перечистку концентратов мокрого магнитного обогащения, причем содержание железа повышалось с 64−65% до 68−69% при высоком извлечении. Там же было показано, что три стадии сухого обогащения вполне заменяют семь стадий мокрого [1].

Сепаратор 11-KL имеет широкие пределы регулировки частоты поля, что имеет большое значение при сепарации тонкоизмельченных материалов. По этим причинам для исследований по интенсификации процесса сухой центробежной сепарации, проводившихся в ИГД им. А. А. Скочинского с 1961 г., был выбран сепаратор именно такого типа — 11-KL (рис. 1). Краткая техническая характеристика этого сепаратора приведена ниже:

Средняя напряженность поля Н, э 1 ООО.

Число полюсов магнитного шкива, шт 24.

Диаметр барабана, мм 400.

Число оборотов барабана в минуту 70—400.

Число оборотов магнитного шкива в минуту 135—680.

Габариты сепаратора, м 1,26×0,6.

Производительность, т/час до 3.

Установочная мощность, квт 1.

Вес, т 0,2.

Ширина питания, мм 100.

Шаг полюсов, мм 50.

Барабан и магнитный шкив имеют отдельные, независимые приводы, позволяющие менять число их оборотов в широких пределах. Питание подается на барабан равномерно и с точной дозировкой при помощи вибрационного питателя с регулируемым числом вибраций.

Для удаления сильномагнитных примесей из слабомагнитных руд перед их сухим обогащением на сепараторах с сильным полем применяются центробежные сепараторы типа ПБСЦ. Отечественные сепараторы такого.

Пылевидные хвосты.

Рис. 1 Схема а) и внешний вид б) сепаратора 11-KL 1-индукционная разгрузочная щетка- 2-барабан из немагнитного материала- 3 — магнитная система- 4 — вентилятор с пылеулавливающим устройством. типа выпущены Механобром (ПБСЦ-63/200) (шифр 206СЭ) и Механо-брчерметом (шифр 21 СБ) и успешно прошли лабораторные и полупромышленные испытания.

Питание.

Это барабанный сепаратор на постоянных магнитах с чередующейся полярностью. Магниты расположены радиально по всей окружности несущего шкива. Наружный барабан и магнитная система имеют отдельные, независимые приводы, позволяющие плавно менять скорость их вращения в любом направлении.

Без специальной настройки, в первом же эксперименте на этом сепараторе был получен концентрат, содержащий 69,47% Feo6m, при выходе 32%, что доказало реальную возможность решения задачи выделения конечного концентрата на первой стадии, но само ее решение для ММС оказалось очень не простым. В мокрой сепарации вязкость воды не позволяет флокулам быстро вращаться для разрушения центробежными силами, и поэтому понадобились дополнительные исследования.

В настоящее время имеется около десятка различных конструкций аппаратов для сухой центробежной сепарации, но из них можно выделить три принципиально отличных варианта, получивших наибольшее распространение (рис. 2).

Эти конструкции можно разделить на два типа: с подвижной и с неподвижной магнитной системой. Для экспериментального изучения процесса центробежной сепарации первый тип (рис. 2, а) имеет больше возможностей. Эксцентричный (рис 2, в) сепаратор менее удобен, так как значения магнитной силы непостоянны по длине окружности барабана. Несмотря на то, что этот сепаратор позволяет получать несколько различных фракций по качеству, относительная скорость сепарации для отдельных продуктов у него значительно ниже, чем у сепаратора с индукционно-роликовой разгрузкой. Последний (рис. 2, б) является наиболее универсальным, так как его можно превращать в другие типы после небольших переделок. У него широкие пределы регулировки частоты поля, что имеет большое значение при сепарации тонкоизмельченных материалов.

Рис. 2. Барабанные сепараторы с постоянными магнитами чередующейся полярности: а — с индукционно-роликовой разгрузкойб — с центробежной разгрузкойв — эксцентрический. а В в.

Мокрая магнитная сепарация измельченных магнетитовых кварцитов на серийных сепараторах типа ПБМ выделяет, в конечный продукт (хвосты) только немагнитные зерна пустой породы. Вся рудная смесь (зерна магнетита, богатые и бедные сростки) переходит в магнитный продукт (концентрат), который к тому же захватывает и немагнитные зерна пустой породы за счет магнитной флокуляции сильномагнитных зерен и физики-механической адгезии. Из этого следует, что постадийная скорость роста содержания магнетита в магнитных концентратах невелика и растет только за счет раскрытия сростков магнетита при измельчении, а магнетит переизмельчается и механически транспортируется из стадии в стадию (рис.3) [7,9]. На каждом таком этапе концентраты обводняются, а снижение содержания твердого в продуктах разделения уменьшает силы магнитной и физической адгезии, повышая селективность сепарации, которая при этом удается уже только на магнитных дешламаторах. Известно, что на 1% повышения качества концентрата при его доводке традиционными методами в ныне действующем варианте технологии теряется до 3% извлечения металла в концентрат [2,3,10], что и не удивительно, так как при измельчении до 40 мкм магнетит теряет 15−20% своих магнитных свойств [1,3,10].

100 80 6 60 га i а. а>

3 40 20 0.

Рис. 3 Вещественный состав магнетитовых концентратов 1,3,5 стадии измельчения.

Речь идет не только о путях решения проблемы выведения из циклов измельчения не только отвальных продуктов, но и высококачественных магнетитовых концентратов по мере их раскрытия для повышения извлечения железа и рентабельности производства высококачественного металлургического сырья.

Цель работы: Заключается в улучшении современной технологии обогащения железных руд за счет выведения из циклов обогащения на ранних стадиях богатых магнетитовых продуктов по мере их раскрытия.

Объектом исследования: является концентрат I стадии Магнитной мокрой сепарации (ММС) Михайловского ГОКа (МГОК).

Предметом исследования: являются основные параметры процесса обогащения на магнитном сепараторе для выделения конечного концентрата из магнетитового продукта 1 стадии ММС МГОКа;

1 |3 1 3 I рг 3 —I 5.

1 1 3 5 1 Б 5 «Н п? 5: |.

1 1 3 1 1 J.

1 ¦ ¦ si" В —.

1 2 | — 1 — гИ о :

1 ¦ 1 1 Щ S со © 1 дМ т / V.

1,2 +0,56 -KD.28 +0,16 +0,074 40,056 +0,044 -0,044.

Ш Свободный магнетит Класс крупности, мм.

Ц Магнетит в сростках с нерудными минералами? Нерудные минералы в сростках с магнетитом.

Научные положения, разработанные лично соискателем и их новизна:

— впервые установлен механизм мокрой магнитной сепарации магнети-товых кварцитов во вращающемся магнитном поле при комбинированном гидромеханическом режиме;

— разработана аналитическая модель определения параметров магнитной системы с постоянными магнитами, соответствующих оптимальной эпюре извлекающих магнитных сил;

— решена система дифференциальных уравнений, что было необходимо для описания движения частиц в рабочей зоне сепаратора;

— определена значимость основных факторов влияющих на выбор параметров магнитной сепарации;

— разработана методика расчета основных зависимостей между параметрами режима магнитной сепарации и ее технологическими показателями;

— впервые экспериментально показано, что применение сепаратора типа ВСПБМ-32,5/20 позволяет повысить качество магнетитового концентрата ММС I стадии на 15%, т. е. до уровня товарного концентрата;

— впервые установлены новые принципы работы высокоселективного магнитного сепаратора и соответствующая им конструкция, позволяющие резко повысить качество получаемого магнетитового концентрата.

Практическая значимостьзаключается в разработке и промышленных испытаниях опытно-промышленного сепаратора с высокой эффективностью разделения и управляемой магнитной флокуляцией, позволяющего выделить готовый концентрат после 1 стадии магнитной сепарации.

Достоверность и обоснованность выводов и рекомендаций диссертационной работы: научные положения, выводы и рекомендации обоснованы теоретическими исследованиями с использованием математического анализа аппарата теории магнитного поля и потенциала, теории сепарационных процессов, методами Гуи и Девиса для определения магнитных и сепараци-онных характеристик минералов, минералогическим, химическим и гранулометрическим анализом, обработкой данных с использованием программElkut, Maxwell и Mathcad 13.

В диссертационной работе решены следующие задачи;

— Разработана конструкция высокоселективного сепаратора для стадиального выделения готового концентрата, начиная с первой стадии ММС;

— Разработана методика расчета и оптимизации магнитного поля аппарата и поля сил систем постоянных магнитов;

— Создана методика расчета движения частиц пульпы в рабочей зоне;

— Экспериментально исследовано влияние основных параметров магнитного разделения минералов на показатели обогащения;

— Произведен анализ результатов испытаний сепаратора и предложены способы повышения эффективности сепарации;

— Проверены полученные результаты обогащения в условиях реального производства.

Программа апробаций выполняемых исследований.

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научных симпозиумах «Неделя горняка» (Москва, МГГУ — 2004, 2005, 2006г), «Конгрессе обогатителей стран СНГ» (МИСИС, 2005 г).

Заключение

.

В диссертационной работе дано новое решение актуальной научной задачи повышения эффективности стадиального обогащения железных руд на основе исследования динамики разделения минералов и определения оптимальных параметров, определяющих работу магнитного сепаратора.

Выполненные в работе исследования, позволили сделать следующие основные научные и практические выводы и рекомендации:

1. Разработана конструкция сепаратора для стадиального выделения готового концентрата в технологических схемах обогащения магнетитовых.

РУД.

2. Разработаны принципы расчета и оптимизации картины магнитного поля и поля сил систем постоянных магнитов, позволяющие уменьшить тангенциальные составляющие пондеромоторных сил до 10% от радиальной составляющей.

3. Получена математическая модель сепарационного массопереноса частиц пульпы в рабочей зоне сепаратора, которая позволила определить характер движения и траектории частиц.

4. Исследовано влияние основных параметров магнитного разделения минералов на показатели обогащения .

5. На основе анализа результатов промышленных испытаний сепаратора на МГОКе определены рациональные диапазоны регулировки основных параметров сепаратора для максимального повышения эффективности сепарации:

— за счет увеличения оборотов магнитной системы, приводящей к увеличению частоты вращения флокул и вероятности их раскрытия;

— необходимость применения магнитной системы с магнитами различной высоты для созданий условий разрушения флокул;

— необходимость вставки дополнительных полюсов, приводящая к уменьшению истирания барабана.

6. Полученные результаты проверены в реальных условиях промышленного производства при работе на концентрате ММС после первой стадии измельчения.

7. Результаты выполненных исследований были использованы при выдаче ЗАО «Рудгормаш» технического задания на проектирование промышленного высокоселективного сепаратора ВПБМ — 90/100 .

8. Расчетный экономический эффект, выполненный для условий Михайловского ГОКа, при использовании одного сепаратора ВСПБМ 90/100 составит 12,27 млн руб. в ценах 2006 г.