Аппараты фракционирования и гравитационного обогащения металлосодержащих хвостов Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

УДК 622.7

Р.Н. Максимов, В.И. Голик

АППАРАТЫ ФРАКЦИОНИРОВАНИЯ И ГРАВИТАЦИОННОГО ОБОГАЩЕНИЯ МЕТАЛЛО СОДЕРЖАЩИХ ХВОСТОВ

Семинар № 21

ш ш роблемой горнодобывающих пред-

А. .Ж приятий является накопление хвостов обогащения. В РСО-Алания запасы хвостохра-нилища Мизурской обогатительной фабрики составляют более 3 млн. тонн. Источником сульфидного сырья является также хвостохра-нилище Фиагдонской обогатительной фабрики с запасами 4 млн. тонн и старое хвостохрани-лище Садонского свинцово-цинкового комбината с запасами более 3 млн. тонн.

Химический состав и количество хвостов обогащения Мизурской фабрики в районе: кварц - 69,5% - 278000 т; карбонаты 10,5%; железо - 6,2% - 248000 т; оксид алюминия 5,0% - 200000 т; общая - 3,8% - 152000 т; марганец - 0,16% - 64000 т; титан - 0,18% - 72000 т; свинец -0,21% - 84000 т; цинк -0,32% -128000 т; медь - 0,10% - 4000 т; серебро - 4,2 г/т - 16,8 т; золото - следы; прочие 2,53 %. Пределы изменения содержания основных металлов: медь от 0,05 до 0,6 %; цинк от 0,05 до 1,2 %; свинец от 0,05 до 0,8 %.

Из хвостов обогащения могут быть получены товарные продукты:

- промышленные продукты цинка и свинца с содержанием от 3 до 10%;

- концентраты цинка и свинца с содержанием металлов более 20%;

- пиритный концентрат с содержанием серы более 30 %;

- титаномагниевый концентрат с содержанием оксидов титана более 30 %;

- железомарганцевый концентрат с содержанием марганца более 20 %;

- кварцевый флюс с содержанием меди от 0,3 до 2,0 %;

- кварцевый и кварцево-полевошпатный песок, иловая фракция.

Эффективность утилизации хвостов обогащения повышается при механическом воздействии с изменением их магма - плазменного состояния. Активация нарушает равновесное состояние поверхности за счет разрыва химических связей, эмиссионных явлений, точеч-

ных дефектов, дислокации и других факторов. По мере увеличения удельной поверхности нарастают физико-химические и структурные изменения материала. Активированные вещества характеризуются неустойчивостью вследствие нарушения стабильного расположения структурных элементов ионов, атомов, молекул и группировок.

При утилизации отходов актуальной проблемой становится разделение минеральных компонентов. Извлечение металлов выщелачиванием, дополненное сорбцией и экстракцией, открывает возможности обогащения металлосодержащих хвостов.

Кучным выщелачиванием металлов из хвостов обогащения в промышленных масштабах извлекают золото, медь, уран и другие металлы. Крупность материала для выщелачивания (1-5 мм) является функцией технологических свойств руд, содержания металла и себестоимости переработки.

С позиций электрохимического растворения металлов хвосты представляют собой систему из нескольких минералов. Ионы каждого металла имеют индивидуальный электродный потенциал выхода из кристаллической решетки минерала, обусловленный его стандартным электродным потенциалом, кислотностью раствора, потенциалом окислителя. Под воздействием электрохимических реакций растворяется наиболее электро- трицательный минерал системы.

Несмотря на существенные усовершенствования, выщелачивание хвостов не находит широкого применения ввиду отсутствия гарантии полного извлечения металлов по завершению процесса.

Для условий Садона обоснован механизм извлечения металлов при переработке хвостов обогащения упорных сульфидных руд комбинированными методами выщелачивания и разработана концепция интенсификации процессов выщелачивания упорных сульфидных руд на основе активации.

Таблица 1

Рассеяние результатов опытов

Выборка, N Вариационный Дисперсия, Расчетное зна- Табличное зна- Примеча-

ряд, Д Sд2 чение ^ чение ^ ние

критерия критерия

Извлечение FeзO4 в тяжелую фракцию

9 -4,57 0,08 10,16 2,31

Содержание Fe3O4 в тяжелой фракции

9 -1,07 0,07 4,04 2,31

где хь у - извлечение (содержание) FeзO4 при работе без вибраций и с ними, соответственно

А =

X - Уг

N

N

Z (Аг-А)2

S 2 = i=1___________

А N (N -1)

ІА

tp = j:

Технология позволяет извлечь из хвостов 50-70 % металлов и сделать хвосты экологически безопасными для утилизации. В состав технологии входят операции разделения, магнитного и гравитационного разделения и обогащения, фильтрации и сушки.

Повышению извлечения ценных компонентов способствует внедрение в производство процессов точного фракционирования и высокоэффективного гравитационного обогащения мелкозернистых материалов, разработанных в СКГТУ.

Для разделения минеральной смеси по плотности в восходящем потоке воды предложена новая конструкция центробежногравитационного сепаратора, в которой камера разделения выполнена в виде спирали.

Минеральная масса подается в канал навстречу восходящему с определенной скоростью потоку воды, которая является средой разделения (рис. 1). Легкие частицы находятся во взвешенном состоянии и выносятся потоком из канала, образуя верхний, легкий продукт.

Частицы большей плотности, тяжелые оседают на дно канала. Деформаторы трансформируют поле скоростей разделяющей среды, образуя циркулирующие потоки - вихри. В вихри попадает скатывающийся против движения разделяющей среды материал, где происходит его перечистка за счет действия центробежных и гравитационных сил. Менее плотные частицы, движущиеся вдоль стенки канала в результате стесненного осаждения, "вымываются'' и уносятся потоком вверх. Тяжелая фракция попадает в вихри и выводится из канала, образуя нижний продукт.

Недостатком сепаратора является накопление мелкого и промежуточной плотности материала на деформаторах потока, что связано с образованием зон пониженных скоростей. В результате происходит снижение эффективности разделения за счет заиливания канала, а также вынос мелких тяжелых частиц в верхний продукт. Для устранения этого установлены вибраторы, которые создают вибрации с регулируемой амплитудой и частотой, что приво-

Таблица 2

Результаты работы сепаратора

Выборка, Извлечение барита в тяжелую фракцию Примечание

без вибраций | с вибрациями

8

Ex = 83,14

Ey = 85,04

S2 = -

x2 -(Nr - 1)Sy2

Среднее взвешенное двух дисперсий

Sex2 = 2,71 Se„2 = 2,04

Расчетное значение 1-критерия

1р = 2,47 Табличное значение 1-критерия __________________1т= 2,15; f = 14;__________р = 95%

К =

x - у

NxNy

4sТЛІ Nx + Ny f = Nx + Ny - 2

Nx + Ny - 2

Таблица 3

Результаты сепарации трехкомпонентной минеральной смеси

№ Выход, % Содержание компонентов в продуктах, %

Н.П. П.П. В.П. Н. П. П. П. В. П.

РЬ FeS РЬ FeS SiO2 FeS SiO2

1 1,0 16,0 83,0 100 - - 100 - - 100

2 1,5 46,7 51,8 100 - - 95,2 4,8 10,2 89,8

3 1,1 44,3 54,6 100 - 0,8 93,8 5,4 15,2 84,8

4 0,7 11,5 87,8 100 - - 100 - - 100

5 2,0 46,4 51,6 70,4 29,6 0,2 93,3 6,5 11,6 88,4

6 1,5 32,4 66,1 100 - 0,1 99,7 0,2 0,61 98,4

Н.П. - нижний продукт; П.П. - промпродукт; В.П. - верхний продукт.

дит к удалению материала тяжелой фракции с поверхности деформаторов потока.

Для изучения влияния вибраций на эффективность разделения создана физическая модель сепаратора. Исследована двухкомпонентная смесь кварца (р = 2,65 т/м ) и магнетита (р = 5,2 т/м ) в соотношении 3:1, крупностью - 0,4 + 0,1 мм. В опытах с вибрациями извлечение Fe3O4 в тяжелую фракцию было выше на 5-6 %, а содержание на 1-2 %. Эффективность разделения - разница между извлечением в тяжелую фракцию Fe3O4 и SiO2 - увеличилась с 80,57 до 84,29. Различие в результатах оказалось статистически значимым (табл. 1).

Исследована смесь кварца (р = 2,65 т/м3) и барита (р = 4,45 т/м ) в соотношении 3:1, крупностью - 0,4 + 0,1 мм. В первой смеси разница в плотности разделяемых компонентов составила: А = 2,55 т/м , во второй А =1,8 т/м , что свидетельствует о возможности разделения смеси с малой разницей в плотности разделяемых компонентов (табл. 2).

Заслуживает внимания способ разделения материалов по плотности в магнитной жидкости, помещенной в магнитное поле, который заключается в том, что на частицы различной плотности действуют выталкивающие силы, возникающие в магнитной жидкости в результате взаимодействия ее с неоднородным магнитным полем.

Магнитожидкостная сепарация является завершающей операцией в процессе обогащения

Рис. 1. Центробежно-гравитационный сепаратор. 1 -

патрубок загрузки исходного продукта; 2 - камера разделения; 3 - деформатор потока; 4 - патрубок вывода легкой фракции; 5 - патрубок подачи воды; 6 - бункер тяжелой фракции; 7 - патрубок вывода тяжелой фракции; 8 -вибраторы; 9 - бункер исходного питания; 10 - спиральный канал

руд. Подготовка материала производится мокрым способом. При сепарации материала с избытком влаги происходит слипание частиц в агрегаты, что снижает эффективность ведения процесса, а при разделении смесей крупностью менее 0,5 мм делает его невозможным. Разрушение агрегатов частиц является важным условием высокой эффективности магнитожидкостной сепарации. Выполнение камеры разделения в виде ротора позволяет создать перемещение частиц в подвижном слое магнитной жидкости.

Лабораторная модель центробежного магнитожидкостного сепаратора (рис. 1) состоит

Рис. 2. Центробежный магнитожидкостный сепаратор: 1 - ротор; 2 - катушка; 3 - полюсные наконечники; 4 - подшипник; 5 - опорный ролик_________

из катушки электромагнита, установленной на станине, внутри которой расположены полюсные наконечники в виде колец. Внутренняя поверхность колец имеет параболический профиль. Соосно с полюсными наконечниками установлен ротор. Ротор заполнен ферромагнитной жидкостью, которая под действием магнитного поля, создаваемого электромагнитной системой с полюсными наконечниками, располагается по периметру по всей его высоте. Вращение от электродвигателя посредством клиноременной передачи передается пустотелому валу, установленному в подшипниках.

Хвосты, состоящие из совокупности частиц различной плотности, подаются в слой магнитной жидкости. Под действием выталкивающих, магнитных, центробежных и гравитационных сил смесь расслаивается. Более плотные частицы прижимаются к стенке ротора опускаются в нижнюю его часть, а менее плотные частицы скапливаются в центральной части ротора, скользя вдоль слоя магнитной жидкости, разгружаются через пустотелый вал.

Эффективность разделения минералов исследуемым способом зависит от плотности разделяемых компонентов, их крупности и вязкости разделительной среды.

Планирование эксперимента осуществлено методом Гаусса-Зайделя, который предусматривает изменение одного исследуемого пара-

метра при постоянстве остальных. Опыты проводили при малой нагрузке на сепаратор с целью создания благоприятных условий разделения и уменьшения влияния стесненности разделяемых компонентов.

Эффективность процесса оценивали по модифицированной формуле Ханкока. Сепарацией двухкомпонентных смесей частиц крупностью 0,1-0,5 мм исследовано влияние скорости вращения ротора на эффективность разделения слипшихся частиц.

На следующем этапе исследованы трехкомпонентные искусственные смеси кварца -пирита - свинца крупностью 0,1-0,5 мм. Нагрузку на сепаратор изменяли от 3 до 10 кг/ч (табл. 3) .

Внедрение в производство процессов точного фракционирования и высокоэффективного гравитационного обогащения хвостов является пока еще неиспользуемым резервом решения одной из основных проблем современного горного производства.

— Коротко об авторах -----------------------------------------------------------------------------

Максимов Руслан Николаевич - доцент, кандидат технических наук, докторант,

Голик Владимир Иванович - доктор технических наук, доктор экономических наук, профессор, декан горногеологического факультета,

Северо-Кавказский горнометаллургический университет.