CC BY
369
УДК 622.341: 622.765.063.5
ЭНЕРГО-РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ МАГНЕТИТ-ГЕМАТИТОВОГО КОНЦЕНТРАТА ИЗ ЖЕЛЕЗИСТЫХ КВАРЦИТОВ ГРУППЫ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ЗАИМАНДРОВСКОГО РАЙОНА
А.С. Опалев, М.С. Хохуля, В.В. Бирюков
Г орный институт КНЦ РАН
Аннотация
Создана комбинированная технология получения магнетит-гематитового концентрата из железистых кварцитов, перерабатываемых ОАО «Олкон», включающая процессы магнитно-гравитационной сепарации с применением тонкого грохочения и гравитационное обогащение промпродукта основной магнитной сепарации. Она учитывает особенности вещественного состава перерабатываемых руд, различие в физико-механических свойствах, раскрываемость рудных минералов и обеспечивает снижение энергопотребления в цикле измельчения на 20%, увеличение сквозного извлечения железа на 13% и более чем на 15% выпуска гематитового концентрата при одновременном сокращении объемов складированных отходов производства. Разработка патентоспособна: получено решение о выдаче патента на изобретение. Ключевые слова:
железистый кварцит, магнитно-гравитационная сепарация, гравитационное
концентрат, хвосты, содержание,
ОАО «Олкон» ведет переработку железистых кварцитов группы месторождений Заимандровского района, содержащих наиболее распространенный промышленный тип железных руд. В настоящее время на дробильно-обогатительной
фабрике используются руды, добываемые открытым способом в карьерах: Оленегорском, Кировогорском, XV лет Октября, Комсомольском, Куркенпахк, подземным способом - на Оленегорском руднике.
В связи с различным вещественным составом добываемых руд, обогатительный передел происходит по двум технологическим схемам: переработка тонковкрапленных магнетитовых руд предусматривает двухстадиальную схему измельчения и магнитной сепарации (с участком дообогащения), а гематитовые руды обогащаются по комбинированной магнитногравитационной технологии.
Анализ вещественного состава измельченных продуктов данного предприятия показал, что уже после первой стадии шарового измельчения в них, кроме большого количества раскрытых зерен пустой породы и различных по содержанию железа сростков, находится значительная часть раскрытых зерен магнетита и богатых сростков, представляющих собой готовый концентрат [1-4], который необходимо своевременно выводить из процесса.
Согласно мировому опыту, для решения такой задачи наиболее перспективно применение операции тонкого грохочения в циклах измельчения. При этом проблему энергосбережения можно решать путем сокращения числа мельниц при неизменной производительности секции или увеличением объема переработки руды на секции при неизменном фронте измельчения.
Применение магнитно-гравитационного разделения в технологии получения магнетитовых концентратов в комбинации с тонким грохочением позволяет уже на начальных стадиях обогащения технологических схем выводить из процесса готовый концентрат требуемого качества [5, 6]. Высокая эффективность разделения в магнитно-гравитационных аппаратах обеспечивается комплексностью воздействия физических сил на частицы разделяемого 67
обогащение, магнетит, гематит, кварц, извлечение.
67
материала и высокой чувствительностью процесса к изменению соотношения магнитной и гидродинамической сил.
Существенное улучшение эффективности классификации достигается в настоящее время применением грохотов фирмы «Derrick Corporation», обеспечивающих эффективную классификацию материала за счет максимального выхода расчетного класса в подрешетный продукт. Положительный опыт от их применения в операции тонкого грохочения накоплен на ряде предприятий железорудной отрасли: ОАО «Карельский окатыш», ОАО «Соколово-Сорбайское ГПО», ОАО «Ковдорский ГОК» и др.
С целью определения оптимального местоположения операций тонкого грохочения и магнитно-гравитационной сепарации в топологии технологической схемы обогатительной фабрики ОАО «Олкон», проведена серия экспериментальных исследований по доводке различных продуктов обогащения. Тонкому грохочению подвергалось питание гидроциклона ГЦ-650 и пески гидроциклона ГЦ-500 черновых концентратов I и II стадий обогащения 9-й технологической секции фабрики соответственно.
Тестовые испытания по классификации указанных выше продуктов проводились с использованием грохота «StackSizer™» модели 2S648-1STK, при этом цель испытаний -установление технологических параметров разделения в зависимости от плотности питания, частоты вращения вибромотора, размера ячеек сита и производительности по твердому. Производительность грохота варьировала в пределах 25-30 т/час, среднее содержание твердого в питании составляло 40%, частота колебаний деки находилась в пределах 40-50 Гц (табл. 1).
Таблица 1
Технологические показатели тонкого грохочения песков гидроциклона ГЦ-500
и питания гидроциклона ГЦ-650
Размер ячейки сита, мкм (частота, Гц) Исходный продукт Надрешетный продукт Подрешетный продукт
Выход, % Содержание Feобщ., % Выход, % Содержание Feобщ., % Выход, % Содержание Feобщ., %
Пески гидроциклона ГЦ 500 (черновой концентрат II стадии)
230 (50) 100.0 51.8 29.4 40.6 70.6 53.4
Питание гидроциклона ГЦ 650 (черновой концентрат I стадии)
180 (50) 100.0 45.2 58.0 36.8 42.0 56.8
180 (40) 100.0 45.2 45.0 30.6 55.0 56.6
150 (43) 100.0 44.0 77.0 38.3 23.0 59.7
150 (37) 100.0 44.0 66.5 37.5 33.5 56.9
100 (43) 100.0 44.3 86.0 37.0 14.0 59.9
Дообогащение подрешетных продуктов грохота на лабораторном индукционно-роликовом магнитном сепараторе не обеспечило получения концентратов кондиционного качества из стадиальных черновых концентратов, выделенных при различных режимах работы грохота, что предопределило использование экспериментального образца магнитно-гравитационного сепаратора для их доводки (рис. 1).
Исследованиями установлено, что напряженность магнитного поля в рабочем объеме магнитно-гравитационного сепаратора - определяющий параметр разделения, который позволяет изменять технологические показатели в широком диапазоне, а скорость восходящего водного потока зависит от крупности разделяемого материала и может варьировать в определенном диапазоне значений.
На рис. 2 представлены графические зависимости изменения технологических показателей магнитно-гравитационной сепарации от напряженности магнитного поля Н. Полученные данные показывают, что применение сепарации в комбинации с тонким грохочением дает возможность получить как магнетитовый концентрат кондиционного качества (65.7% Fe^4.), так и содержащий более 70% Fe^4.. 68
68
Рис. 1. Общий вид экспериментального образца магнитно-гравитационного сепаратора
а б
Рис. 2. Технологические показатели магнитно-гравитационной сепарации черновых
концентратов (— - первая стадия;-вторая стадия) от напряженности магнитного поля:
а - выход концентрата; б - содержание Feобщ. в концентрате; в - выход слива; г - содержание Feобщ, в сливе
Данное обстоятельство подтверждает целесообразность использования магнитногравитационной сепарации для стадиального вывода магнетитового концентрата по мере его образования, при этом функциональная зависимость содержания Беобщ. в концентрате от напряженности магнитного поля обеспечит решение проблемы стабилизации качества производимой продукции современными средствами автоматизации в будущей перспективе.
Минералогическими исследованиями продуктов слива магнитно-гравитационной сепарации установлено, что в зависимости от напряженности магнитного поля происходит изменение их вещественного состава (рис. 3).При значениях интенсивности магнитного поля 69
69
около 6,0 кА/м сливы содержат бедные сростки магнетита с кварцем и породообразующими минералами (рис. 3 а), а по мере снижения интенсивности магнитного поля растет содержание общего железа за счет появления в продуктах более богатых сростков (рис. 3б). При дальнейшем снижении интенсивности магнитного поля рост содержания Беобщ. связан с появлением тонких частиц раскрытого магнетита.
а б
Рис. 3. Микрофотографии продуктов слива магнитно-гравитационного сепаратора
с различным содержанием массовой доли железа: а - 13-15% Feобщ.; б - 18-22% Feобщ.
Железистые кварциты отдельных месторождений Заимандровского района, перерабатываемые на обогатительной фабрике ОАО «Олкон», содержат некоторое количество гематита и других минералов, обладающих слабой магнитной восприимчивостью и накапливающихся в отдельных операциях технологической схемы, что создает проблему их эффективного выделения после получения магнетитовых концентратов необходимого качества.
Гравитационный цикл обогащения промпродукта основной магнитной сепарации, реализованный на ОАО «Олкон» и включающий использование диафрагмовых отсадочных машин, недостаточно эффективно выделяет тонкие фракции гематита, что подтверждается низким (не более 40%) извлечением гематитового железа в суммарный концентрат. Это связано с пространственными флуктуациями частиц в камере отсадочной машины, вызванными неоднородностью структуры элементарных объемов взвеси.
Для обоснования разрабатываемых технологических и технических решений совершенствования схемы были проведены исследования по получению дополнительных объемов гематитового концентрата из текущих хвостов основной магнитной сепарации, являющихся питанием отсадки.
Из гранулометрической характеристики промпродукта, его химического и минерального составов следует, что выход фракции -0.315 мм находится на уровне около 70%, в ней распределено почти 80% общего железа (рис. 4). С уменьшением крупности материала увеличение содержания Беобщ. в узких фракциях возрастает, достигая 12% в классе -0.071 мм (рис. 4а).
Среднее содержание гематита в пробе - 13.3%. Магнетит присутствует в пробе в незначительных количествах - не более 0.2%. Наибольшая доля среди нерудных минералов принадлежит кварцу (около 50%), заметная - полевым шпатам (микроклин, альбит), амфиболам и пироксенам (более 17%). Второстепенные минералы - слюды, эпидот и гранат (рис. 4б).
Учитывая особенности вещественного состава промпродукта основной магнитной сепарации [7-9], рекомендовано использование гравитационных процессов обогащения, наиболее благоприятно реализуемых в потоках малой толщины.
Разработанная технология предусматривает для выведения в голове процесса применение двух стадий винтовой сепарации с последующей доводкой чернового концентрата на концентрационном столе, что позволяет вывести отвальный продукт. 70
70
Основные факторы процесса разделения на винтовом сепараторе - производительность и плотность разжижения исходного питания. Наиболее эффективный режим работы сепаратора зафиксирован при содержании твердого в питании на уровне 25% и исходной нагрузке 300 кг/час.
б
а
Рис. 4. Характеристика вещественного состава промпродукта основной магнитной сепарации: а - гранулометрическая характеристика; б - химический и минеральный составы
Для изучения распределения материала хвостов, гранулометрических классов, тяжелой железосодержащей и легкой фракций поток пульпы в конце винтового желоба делился на несколько продуктов разделения. К черновому концентрату основной винтовой сепарации отнесены продукты первых трех отсеков с содержанием Беобщ. = 33.4%, остальная часть материала относилась к хвостам, содержание железа в которых - 4.45%.
На рис. 5 в виде гистограмм представлены графические зависимости разделения промпродукта основной магнитной сепарации по отдельным отсекам первой стадии винтовой сепарации.
Полученные результаты показывают, что существенное повышение массовой доли железа происходит в первых двух отсеках сепаратора, оно составляет соответственно 52.1 и 32.15% при извлечении более 52% Беобщ. При удалении потока пульпы от внутреннего борта желоба его содержание начинает плавно снижаться до уровня более 4% Беобщ. в пятом отсеке сепаратора.
В последующем выход материала при попадании в зону, расположенную ближе к внешнему профилю желоба, начинает уменьшаться при некотором повышении содержания железа в последних двух отсеках. Это связано с сосредоточением тонких фракций гематита, которые не могут эффективно разделяться гравитационными методами из-за имеющихся ограничений по глубине обогащения мелких частиц, составляющей, как правило, не более 0.07 мм.
Результаты разделения свидетельствуют о том, что в тяжелую фракцию винтовой сепарации выделен черновой концентрат с содержанием более 33% Беобщ. при извлечении в него более 71% железа.
В табл. 2 сведены показатели обогащения промпродукта основной магнитной сепарации.
Проведенная на этом же аппарате перечистка чернового концентрата первых трех отсеков обеспечила получение продукта с содержанием около 56% Беобщ. при его извлечении более 55% от исходной руды.
Доводка промпродукта винтовой сепарации на концентрационном столе повысило на 9.6% извлечение железа в гравитационный концентрат, содержащий 62.1% Беобщ. 71
71
%60 1 50 -40 -30 -20 ~
Явы ход продуктов,%
□ содержание Реобщ.,%
□распределение Рео6щ.,%
1 2 3 4 5 6 7 8
отсеки винтового сепаратора
Рис. 5. Гистограммы распределения выхода продуктов, содержания и извлечения в них Fe^
по отсекам основной винтовой сепарации
Таблица 2
Показатели обогащения промпродукта основной магнитной сепарации
Наименование продукта Выход, % Содержание Рбобщ.? % Извлечение Fe^., %
от операции от руды от операции от руды
Основная винтовая сепарация
Черновой к-т 1 24.7 24.7 33.4 71.1 71.1
Хвосты 1 75.3 75.3 4.45 28.9 28.9
Руда 100.0 100.0 11.6 100.0 100.0
Перечистная винтовая сепарация
Черновой к-т 2 46.8 11.6 55.8 78.2 55.7
Промпродукт 22.2 5.5 25.8 17.2 12.2
Хвосты 2 31.0 7.6 4.9 4.6 3.2
Черновой к-т1 100.0 24.7 33.4 100.0 71.1
Магнитная сепарация
Магнитная фракция 12.1 1.4 7.5 1.6 0.9
Немагнитная фракция 87.9 10.2 62.3 98.4 54.8
Черновой к-т 2 100.0 11.6 55.8 100.0 55.7
Доводка промпродукта концентрацией на столе
Концентрат 32.7 1.8 62.1 78.7 9.6
Хвосты 67.3 3.7 8.15 21.3 2.6
Промпродукт 100.0 5.5 25.8 100.0 12.2
Для улучшения качества гематитового продукта черновой концентрат 2 подвергался разделению на электромагнитном сепараторе при напряженности магнитного поля, составляющем около 6 тыс. эрстед. Введение данной операции обеспечило увеличение содержания железа до 63.1%.
Содержание железа в гравитационном гематитовом концентрате составило 62.1% при извлечении выше 64%. Кроме того, выход концентрата при замене отсадочных машин на рекомендуемую технологию увеличится примерно в 1.4-1.5 раза. 72
72
В дальнейшем гематитовый концентрат объединялся с магнетитовым концентратом магнитной сепарации, что дало возможность получить общий магнетит-гематитовый концентрат, выход которого составил 34% при содержании в нем 66.5% Fe^. и извлечении 88.7%.
Разработанная технологическая схема, представленная на рис. 6, учитывает особенности вещественного состава перерабатываемых железистых кварцитов, различие в физикохимических свойствах, раскрываемость рудных минералов. По сравнению с существующей на ОАО ,,Олкон’’ технологией она обеспечивает снижение энергопотребления в цикле измельчения на 20%, увеличение сквозного извлечения железа на 13% и выпуска гематитового концентрата более чем на 15% при одновременном сокращении объемов складированных отходов производства.
Рис. 6. Рекомендуемая схема получения коллективного гематитового концентрата
из железистых кварцитов
На основании выполненных исследований получено решение о выдаче патента на изобретение «Способ получения коллективного концентрата из железистых кварцитов» (заявка №2012151974 от 04.12.2012 г.).
ЛИТЕРАТУРА
1. Пелевин А.Е. Стадиальное выделение железного концентрата // Обогащение руд. 2007. №3. С. 10-15.
2. Остапенко П.Е. Теория и практика обогащения железных руд. М.: Недра, 1985. 270 с. 3. Кармазин В.В.,
Кармазин В.И. Магнитные, электрические испециальные методы обогащения полезных ископаемых. Т. I, М.: Изд-во «Горная книга», 2005. 669 с. 4. Кармазин В.В., Синельникова Н.Г., Кретов С.И. Повышение качества концентратов на основе высокой селективности раскрытия исепарации в процессах магнитного обогащения железных руд // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2007. С. 339-341. 5. Усачев П.А., Опалев А.С. Магнитно-гравитационное обогащение руд. Апатиты: Изд. КНЦ РАН, 1993. 92 с. 6. Усачев П.А. Получение высококачественных железных концентратов на обогатительной фабрике ОАО «Лебединский ГОК» // Горный журнал. 2000. № 3. С. 41-44. 7. Перспективы применения гравитационных методов в схемах обогащения железных руд / В.А. Чантурия, Т.Н. Гзогян, С.А. Прокопьев, Р.А. Гельбинг // Материалы международного совещания «Современные методы комплексной переработки руд и нетрадиционного минерального сырья». Ч. 1. Апатиты, 2007. С. 182-185. 8. Патковская Н.А., Тасина Т.И. Модернизация технологии обогащения
железосодержащих руд Северо-Запада России // Обогащение руд. 2011. №1. С.6-10. 9. Внедрение винтовых сепараторов на Оленегорском горно-обогатительном комбинате / Н.А. Патковская, М.Д. Курова, Л.В. Смирнова, Л.М. Сладкович // Обогащение руд.1975. № 5. С. 18-23.
Сведения об авторах
Опалев Александр Сергеевич - к.т.н., старший научный сотрудник; e-mail:opalev@goi.kolasc.net.ru ХохуляМихаил Степанович - к.т.н., ведущий научный сотрудник; e-mail: mike@goi.kolasc.net.ru Бирюков Валерий Валентинович - научный сотрудник; e-mail: birukov@goi.kolasc.net.ru 73
73
