CC BY
45
© B.B. Новиков, C.B. Новиков,
A.B. Корзакова, 2008
УДК 622.7
В.В. Новиков, С.В. Новиков, A.B. Корзакова
АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ РУД ЧЕРНЫХ И ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ
Основными металлами для черной металлургии являются железо, хром и марганец, из которых два последних Российская Федерация обеспечивает свои потребности за счет импорта. Ежегодный объем импорта хромитовых руд производится на сумму 85 млн. дол. (более 600 тыс.т. товарной руды), а марганца - на сумму более 200 млн. дол. [1]. Вместе с тем в РФ имеются значительные запасы этих металлов. Например, запасы хрома сосредоточены в Мурманской области (месторождения Сопчезерское и Большая Варака) и Республики Карелия (Аганозерское месторождение), а запасы марганца сосредоточены на Урале, Республике Коми и Кемеровской области [2]. Освоение месторождений этих металлов сдерживается по различным причинам, одной из которых является капиталоемкость строительства новых рудников с обычными для добычи и обогащения этих металлов технологиями.
В работе [3] говорится о необходимости «разработки высокоэффективных экологически чистых технологических схем обогащения... марганцевых руд». В этом направлении в работе [4] Сутырин Ю.Е. Ёитвинцев
Э.Г. и др. предложили использовать радиометрическую сепарацию для карбонатно-марганцевых руд Тынь-инского месторождения. Технологи-
ческим исследованиями было показано, что из руды с содержанием марганца 30 % было получено 23 % концентрата кл. -150+20 мм с содержанием Mn 48,2 %. Из этой же руды были выделены крупнокусковые хвосты в количестве 21,3 % с содержанием марганца 5,1 %, которые могут быть использованы в качестве щебня. Аналогичная схема предлагается в работе и для обогащения хромовых руд.
Радиометрическая сепарация для марганцевых, хромовых, а также для железосодержащих руд может быть выполнена с применением уже существующего рентгеноспектрального сепаратора РСЭ-50. Этот сепаратор [5] был разработан, изготовлен и испытан для извлечения металлов с атомным номером более 22 (атомные номера хрома, марганца и железа составляют соответственно 24, 25 и 26) из кускового скрапа цветных металлов. Опытный образец сепаратора был изготовлен в ООО «ЭГОНТ» при участии Санкт-Петербургского государственного технического университета (научный руководитель работ В.Н. Тисенко) для американской фирмы Camden Iron & Metal, Inc (США, Нью Джерси).
В сепараторе РСЭ-50 сортировка осуществляется путем равномерной подачи кусков из загрузочного бункера в зону контроля и облучения кус-
ков рентгеновскими лучами, анализа вторичного рентгеновского излучения от кусков и автоматического отделения из потока тех из них, которые обладают заданными свойствами. Подача кусков осуществляется при помощи двух острорезонансных вибрационных питателей (ВП). Первый из них осуществляет равномерную подачу кусков из бункера на второй ВП, распределяющий поток с лотка первого ВП на лоток из четырех линий второго ВП, в которых куски выстраиваются один за другим и сбрасываются на траекторию свободного падения. Питание каждого из ВП производится блоком, формирующим синусоидальные импульсы тока во время уменьшения зазора в электромагните ВП. Для определения амплитуды, частоты и фазы колебаний ВП используется сигнал обратной связи, от датчика установленного на ВП.
В качестве источника излучения был применен рентгеновский моноблок, разработанный ООО «ЭГОНТ», который позволяет получать рентгеновское излучение с энергией до 30 кэВ при токе рентгеновской трубки (РТ) 2 мА. Установка моноблока осуществляется в сепараторе таким образом, чтобы рентгеновское излучение, выходящее из блока, полностью пересекало в горизонтальной плоскости практически вертикальные траектории движения кусков по всем четырем каналам. Электропитание, автоматическое управление и контроль работы РТ осуществляется от выносного блока управления, обеспечивающего стабилизацию анодного тока и анодного напряжения РТ.
Для регистрации спектров вторичного рентгеновского излучения кусков каждый канал падения кусков контролируется детектором, состоящим из сцинтиллятора (Nal) и фото-
электронного умножителя (ФЭУ). Конструктивно датчики четырех каналов объединены в блок регистрации. Высоковольтные напряжения питания ФЭУ формируются модулями питания, расположенными внутри блока регистрации. Электрические сигналы с ФЭУ усиливаются и формируются предварительными усилителями для их передачи в стойку управления сепаратором. Расположенные в стойке блоки обработки принимают сигналы с ФЭУ, производят их амплитудную селекцию и обработку, определяя наличие куска в зоне регистрации и принимая решение об отборе при окончании пролета куском зоны регистрации.
Отделение куска из потока производится электропневмоклапаном (ЭПК), расположенным в каждом канале ниже зоны облучения. Сигнал на включение ЭПК формируется блоком обработки с учетом размера куска и задержки на время пролета куском расстояния между зонами регистрации и отделения, одновременно сигнал управления контролируется на максимальную длину куска. При срабатывании ЭПК струя сжатого воздуха выдувает кусок с траектории свободного падения в желоб сбора отобранных кусков. Время срабатывания ЭПК составляет 10-20 мс и может производиться с частотой до 50 раз в секунду на каждом канале. Все ЭПК снабжены датчиками, сигналы с которых контролируются блоками обработки. При отсутствии кусков в зоне регистрации блоки обработки контролируют и компенсируют изменение чувствительности ФЭУ.
Осуществляемые блоками обработки перечисленные контрольные операции позволяют определить неисправности:
1. ФЭУ, источников питания ФЭУ, предварительных усилителей;
2. загрязнение в процессе работы коллиматора рентгеновского блока и сцинтилляционных детекторов;
3. попадание в зону облучения и контроля негабаритных предметов, способных вызвать нарушение процесса сепарации;
4. отказ ЭПК.
Информация о возникновении перечисленных неисправностей передается блоками обработки в блок управления сепаратором (БУС), который контролирует также датчики дверей, датчик сжатого воздуха выходы контроля блока управления рентгеновской трубкой и блоков управления вибропитателями. При обнаружении аварийного сигнала БУС останавливает сепаратор - отключает цепи питания блоков управления рентгеновской трубкой и вибропитателями, отключает питание фотоэлектронных умножителей, с индикацией блока или датчика, вызвавшего остановку. При включении стойки в режиме «работа» БУС формирует алгоритм автоматического включения блоков стойки, индицирует количество срабатываний электропневмоклапана за 10 секунд в выбранном канале или суммарно по секции и позволяет просмотреть значение технологического порога последнего зарегистрированного куска в каждом из каналов. С блока управления сепаратором также задается значение технологического порога разделения, определяющее в случае обогащения руд пороговый процент определяемого металла.
Сепаратор был испытан в стендовых и промышленных условиях в течение более 7000 часов. Высокая степень автоматизации, выполненная в сепараторах, позволяла эксплуатировать его обслуживающим персоналом без специальной подготовки. Для профилактики и ремонта
сепаратора раз в три месяца фирма приглашала специалистов из С.-Петербурга.
Исследования возможностей РСЭ-50 для разделения железо и хромсодержащих руд, произведенные в ООО «ЭГОНТ», показали, что этот сепаратор может быть применен для предварительного обогащения руд черных металлов.
Для исследования возможности применения рентгеноспектральной сепарации для хромовых руд были представлены керновые пробы общей длинной 63 м в которых хромсодержащими горными породами являлись перидотит, серпентинит и пироксе-нит. Среднее содержание окиси хрома по геологическим данным составляло 19,7 %. Керны были измерены по всей длине через 5 см в стендовых условиях сцинтилляционными детекторами с селективным фильтром. Детектор позволял измерять характеристическое излучение хрома, имеющегося в пробах и учитывать размер измеряемых кусков. Для сравнения показателей детектора с данными химанализа порошковых проб, был измерен коэффициент корреляции между ними, который в диапазоне содержания Сг203 от 0 до 45 % составил 0,98. При измерении всей длины кернов среднее содержание составило 19,1 % т.е. расхождение с химана-лизом при геологическом опробовании этого керна оказалось 0,6 ‘^относительное расхождение 3,1 %).
Данные, полученные при измерении содержания окиси хрома в отдельных точках кернов позволяют представить его распределение во всей совокупности разведочных скважин. Это распределение показано в табл. 1 и на рис.1.
На рис.2 показано изменение показателя контрастности в зависимости от интервала опробования.
Таблица 1
Распределение окиси хрома в пробах керна разведочных скважин Аганозерского месторождения
Керновые интервалы Обогашенный продукт, суммарн % Обедненный продукт, сум-марн.%
№ Границы содержаний СГ2О3, % Выход интерва ла, % Среднее содерж. СГ2О3, % Выход, % Содер- жание СГ2О3 Извле- чение СГ2О3 Выход, % Содер- жание СГ2О3 Извле- чение СГ2О3
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Длина интервала опробования 0,05 м
1 0-5,0 8,7 3,5 91,29 20,6 98,40 8,71 3,5 1,60
2 5,0-10,0 25,1 7,5 66,18 25,5 88,49 33,82 6,5 11,51
3 10,0-15,0 13,3 12,0 52,85 28,9 80,13 47,15 8,0 19,87
4 15,0-20,0 7,9 17,5 44,92 31,0 72,87 55,08 9,4 27,13
5 20,0-25,0 10,9 22,7 34,05 33,6 59,94 65,95 11,6 40,06
6 25,0-30,0 12,2 27,6 21,88 36,9 42,34 78,12 14,1 57,66
7 30,0-35,0 10,2 32,6 11,71 40,8 25,00 88,29 16,2 75,00
8 35,0-40,0 5,9 37,0 5,78 44,6 13,49 94,22 17,5 86,51
9 40,0-45,0 3,9 42,3 1,85 49,3 4,78 98,15 18,5 95,22
10 45,0-70,0 1,8 49,3 100,00 19,1 100,00
Среднее 100,00 19,1
Как видно из представленных данных содержание окиси хрома в кернах распределено равномерно - нет групп кусков с особенно большим или малым содержанием металла. Этим объясняется и низкий показатель контрастности, значения которого, как показано на рис. 2, снижаются с уве-
Выход,%
Содержание Сг203,%
личением интервала измерения от 0,05 до 0,5 м.
Сепарация кусковых продуктов крупностью -40+20 мм, полученных при додрабливании керновых проб, производилась с выделением трех продуктов - обогащенного, промпро-дукта и хвостов. В табл. 2 показаны результаты сепарации.
Как видно из данных табл. 2 из неконтрастной руды со средним содержанием окиси хрома 17,9 % рентгеноспектральной сепарацией имеется возможность выделить 40 % хво-
Рис. 1 Распределение со-
-т---1 держания Сг2Оз в кернах
50 55 разведочных скважин (по
данным табл. 1 для интервала опробования 0,05 м)
Таблица 2
Результаты сепарации керновых проб на рентгеноспектральном сепараторе РСЭ-50
№ Наименование продукта Масса, кг Вы- ход, % Содержание металла, % Извлечение металла, % Отно- шение СГ2О3/ РеО
СГ2О3 РеО СГ2О3 РеО
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Обогащенный 6 11,9 32,6 19,0 21,7 15,7 1,72
1 Промпродукт 24,3 48,21 23,9 16,1 64,3 53,7 1,49
Обедненный 20,1 39,88 6,2 11,1 13,9 30,6 0,57
Исходный 50,4 100,00 17,9 14,4 100,0 100,0 1,24
Концентрат 30,3 60,12 25,58 16,63 86,1 69,4 1,54
2 Хвосты 20,1 39,88 6,2 11,1 13,9 30,6 0,57
Исходный 50,4 100,00 17,9 14,4 100,0 100,0 1,24
стов с содержанием металла 6,2 %, что ниже бортового, которое составляет для данного месторождения 10 %. Это позволяет в 1,4 раза увеличить содержание в руде, поступающей на обогащение или выделить 22 % окиси хрома в кусковой концентрат с содержанием Сг2Оз 32,6 % и получить руду для глубокого обогащения с содержанием металла в 1,33 раза больше, чем в исходной.
Была исследована возможность применения РСЭ-50 для разделения железосодержащих руд из месторождений Криворожского бассейна на пробах различных типов различающихся по содержанию железа. Пробы
кл.-50+20 мм были пропущены через сепаратор, с получением значений разделительного признака от каждого куска (критерий К). По результатам рентгеноспектрального анализа и по результатам измерений разделительного признака, применённого в РСЭ-50, построен график зависимости между критерием (К) и содержанием Ре (рис. 3). Исходя из этой зависимости, критерий был пересчитан на содержание Ре для всех типов руд. Данные представлены на рис. 4.
Из рис. 4 видно, что в исследованной руде выделяются пробы с высокими содержаниями Ре (1, 2), средними (3, 4, 5) и низкими (6). Однако, во всех типах руд присутствуют куски, как с высоким, так и с низким содержаниями металла. Например, при установке порога сепарации на уровне 50 % Ре, в концентрат не попадут
Показатель
контрастно
0,60 іс" ти, усл. 0,56
0 0,1 0,2 0,3
0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9
Интервал опробования, м
Рис. 2. Показатель контрастности хромовых руд Ага-нозерского месторождения при интервалах опробования 0,05; 0,10; 0,20; 0,50; 1,00 м
0,50
0,40
0,35
0,30
1 1,1
Содержание Ре, %
малорудные кварциты, от 30 до 50 % кусков из руд со средним содержанием Ре и около 5 % кусков из руд с высоким средним показателем по Ре.
Рис. 3. Зависимость значения критерия от содержания Ре (%) в кусках крупностью -50+20 мм
Среднее содержание Ре в концентрате в этом случае будет превышать 60 %. Таким образом, с применением рентгеноспектральной сепарации можно вовлекать в переработку различные типы железосодержащих руд без опасения их разубоживания повысить содержание Ре в концентратах.
В сочетании с рентгеноспектральной сепарацией кусков крупностью
0 10 20 30 40 50 60 70 80
Содержание Ре, %.
—•—руда железослюдко-мартитовая, гетитизированная с прослоями красковых (дисперсногематитовых) руд Ре=53,20
—руда железослюдко-мартитовая, гетитизированная с кварцем Ре= 62,16
---руда красковая (дисперсногематитовая) с мартитом Ре = 48,00
-х- Сланцы хлоритовые Ре = 22,50 ▲ мартитовый кварцит Ре=33,50 —•—малорудный кварцит Ре=12,45
Рис. 4. Изменение содержания Ре в кусках кл. -50+20 мм для различных типов руд Криворожских месторождений
-50+10 мм может быть применена рентгеноспектральная и мелкопорционная сортировка кл.-10+0 мм [6]. Исследование возможностей мелкопорционной сортировки рассмотрено на примере руды золотосодержащего месторождения, для которого характерна, как и для большинства других, корреляция между Аи и Аэ. Для обработки кл.-10+0 мм использовался стенд для измерения содержания Аэ в порциях и экспериментальный образец мелкопорционной сортировки.
Стенд включал в себя источник рентгеновского излучения, предметный столик, приёмник вторичного рентгеновского излучения и электронный блок, который обрабатывал спектр вторичного излучения и формировал сигнал пропорциональный содержанию мышьяка. На предметный столик помещалась пластмассовая кюветка диаметром 50 мм, в которой находилась порция руды кл. -10+5 мм массой около 30 г; количество кусочков руды в среднем составляло 65 единиц. Для исследований был взят отсев из двух проб золотосодержащего месторождения с содержанием золота 0,4 г/т и 1,65 г/т. Отсевы находились в двух разных ёмкостях, которые анализировались по-
Рис. 5. Распределение порций кондиционной (1, Аи = 1,5 г/т) и некондиционной (2, Аи = 0,4 г/т) руды золотосодержащего месторождения по рентгеноспектральным характеристикам (по данным 100 проб)
рознь. Кюветкой зачерпывалась очередная проба, устанавливалась на предметный столик, включалось электропитание стенда и производилось измерение сигнала от среднего содержания мышьяка. Полученные данные по обеим пробам представлены на рис. 5
Пробы для исследований прошли троекратное усреднение методом кольца и конуса, но как видно из данных рис. 5, уровень сигналов от более богатой пробы резко отличается от сигналов, полученных от пробы с более низким содержанием золота. Из этого следует, что при дроблении и грохочении, которое должно производиться при подготовке руды к сепарации и сортировке, степень её усреднения будет незначительной и все включения пустой породы в структуре кондиционной руды (дайки, пропласты и т.д.), а также некондиционный руды кл. -10 +0 мм будут удалены в отвалы и не попадут в товарную руду. Следовательно, кондиционные и некондиционные руды можно перерабатывать по единой технологической линии без их разделения на стадии горно-технологических работ.
При разделении в потоке кл.-10+5 мм некодиционной руды золотосодержащего месторождения были получены показатели, представленные в табл. 3.
Как видно из данных табл. 4.1. из бедной пробы с содержанием золота
Таблица 3
Результаты технологических испытаний сепарации руды Наталкинского месторождения на кл. -10 +5 мм
№ Наименование продуктов Выход, % Содержание металлов Извлечение металлов Примечание
Аб,% Аи, г/т Аб, Аи%
1 2 3 4 5 6 7
1 Концентрат 10,4 0,57 1,23 26,5 Извлечение Аи
2 Пром. продукт 34,8 0,28 0,60 43,9 было распределе-
3 Хвосты 54,8 0,12 0,26 29,6 но по продуктам пропорционально
4 Исходный 100,0 0,22 0,48 100,0 показателю по Аб
0,48 % могут быть получены обогащенный продукт (выход 45,2 %) с содержанием Аи 0,7 г/т и отвальный - с содержанием Аи 0,26 г/т.
Образец записи в память ПК информации о прохождении потока руды через контрольную зону установки представлен на рис. 6. На рис. 6 каждая точка обозначает интервал измерения 0,1 с, линия 1 соответствует сигналам, полученным
от микросхемы покрытой тонким слоем золота, которую поместили в бункер с рудой золотосодержащего месторождения. Линии 2 относятся к порциям руды с содержанием Аб, который превышает заданный порог разделения (4).
Таким образом, можно контролировать весь поток руды кл.-10+0 мм поступающий на мелкопорционную сортировку и исключить вовлечение
Время 1, сек
Рис. 7. Временной интервал измерений руды Наталкинского месторождения кл.-10+0 мм в установке мелкопорционой сортировки: 1 - сигналы, полученные от микросхемы с золотым покрытием; 2 - сигналы от порций руды с содержанием Аб, превышающим заданный порог разделения; 3 - сигналы от порций руды с содержанием Аб, ниже заданного порога разделения; 4 - порог разделения
пустых (не содержащий полезного компонента) порций в дальнейшую переработку. Подобная технология может быть применена, не только для золотосодержащей руды, но также для любых руд цветных и черных металлов.
Заключение
В работе представлены результаты испытаний рентгеноспектральной сепарации и мелкопорционной сортировки на различных рудах черных и цветных металлов с использованием автоматизированного оборудования. Исследования возможностей применения рентгеноспектральной сепарации показаны на примере хромовых и железосодержащих руд. Показано, что с применением рентгеноспектральной сепарации крупностью -50+20 мм можно вовлекать в переработку различные типы руд без опасения их разубоживания, и получать концентраты с заданным содержании-
1. Покалов В.Т., Михайлов Б.К. Черные
металлы: состояние минерально-сырьевой
базы и перспективы её развития. // - Руды и металлы.-2002.- №3.
2. Шарков A.A. Минерально-сырьевая база марганца России и проблема её использования. // - Разведка и охрана недр, М.: Недра, 2000 г.
3. Литвинцев Э.Г., Броницкая Е.С. Ти-гунов Л. П. и др. Новые подходы к совершенствованию технологии обогащения карбонатных марганцевых руд // - Тезисы конгресса обогатителей стран СНГ, 2003г.
4. Сутырин Ю.С. Литвинцев Э.Г. Броницкая Е.С. Ожогина Е.Г. Комплексная тех-
ем в них полезного компонента. Подобная технология применяется и для кл.-20+10 мм.
В сочетании с рентгеноспектральной сепарацией кусков крупностью -50+10 мм может быть применена рентгеноспектральная мелкопорционная сортировка кл.-10+0 мм. Исследование её возможностей, на примере золотосодержащих руд, показало, что можно контролировать отсевы кл.-10+0 мм и исключить вовлечение пустых (не содержащий полезного компонента) порций в дальнейшую переработку.
Сочетание рентгеноспектральной сепарации на основе применения РСЭ-50 и мелкопорционной сортировки позволяют осуществить предварительное обогащение различных типов кондиционных и некондиционных руд, увеличивая полноту извлечения руды из недр без её разубожи-вания.
-------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
нология обогащения карбонатных марганцевых руд. // - Разведка и охрана недр.-1998.- №11.
5. Тисенко В.Н., Аблязов В.И., Новиков С.В., Писарьков С.А. Новая технология и оборудование для переработки лома цветных металлов. // - Вестник машиностроения. 2001.- №1. - С.54-58.
6. Башлыкова Т.В., Лагов П.Б., Новиков
В.В., Новиков С.В., Корзакова А.В. Перспективы информационно-технологического развития процессов радиометрического обогащения полезных ископаемых. // -Цветные металлы.-2007,- №3/. ШИН
— Коротко об авторах--------------------------------------------------
Новиков В.В., Новиков С.В., Корзакова A.B. - ООО «ЭГОНТ».
Рецензент канд. техн. наук, гл. конструктор НПП «Буревестник» AÈ. Левитин.
