CC BY
115
© Т.Н. Гзогян, 2001
УАК 622.7.017.2: 622.778
Т.Н. Гзогян
ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССОВ РУАОПОАГОТОВКИ И ОБОГАЩЕНИЯ ЖЕАЕЗИСТЫХ КВАРЦИТОВ НА ОСНОВЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ВОЗАЕЙСТВИЙ
Специфические особенности строения смешанных железистых кварцитов предопределяют особенности их переработки и необходимость применения многостадийных схем измельчения, что приводит к ошла-мованию продуктов обогащения, образованию на поверхности кварца ожелезненных пленок и, как следствие, трудности получения концентратов высокого качества. Это влечет за собой необходимость изыскания способов интенсификации процессов рудо-подготовки и обогащения, повышение селективности разделения железосодержащих минералов и пустой породы.
Эффективная рудоподготовка - важный фактор достижения высоких технологических показателей разделения. Кварциты являются сложными многокомпонентными системами, минеральные составляющие которых образуют структурное целое. Граница раздела минеральных компонентов определяет передачу внешней нагрузки от одного минерала к другому, перераспределяя напряжение между ними. Кроме того, граница раздела является местом соприкосновения двух минералов с кристаллическими решетками различной структуры. Прочность связи между минералами определяет изменение сил взаимодействия между минеральными компонентами на границе срастания и является одним из главных параметров, характеризующих селективность разрушения при измельчении.
Разрушение твердого тела (горной породы) всегда происходит локально по совершенно определенным плотно упакованным кристаллографическим плоскостям. Эти плоскости оказываются более предпочтительными потому, что их поверхностная энергия значительно меньше, чем у других плоскостей. Такими плоскостями в железистых кварцитах являются границы срастания минералов, зернистая структура которых обеспечивает концентрацию напряжений на границе рудных зерен, а развитие микротрещин на границах зерен, в свою очередь, обусловливает повышение извлечения полезного компонента.
Гриффитсом, а позднее Орованом, показано, что реальная прочность твердых тел определяется наличием в них микротрещин, приводящих к возникновению
внутренних концентраций напряжений. Микротрещины же, в свою очередь, образуются в результате слияния дислокаций. Процесс разрушения твердого тела является многостадиальным и начинается в результате возникновения дефектов кристаллической решетки:
* скопления дефектов, приводящих к локальной концентрации напряжений;
* образования, развития и объединения зародышевых микротрещин вплоть до образования магистральной трещины разрушения.
Прочность горных пород определяется не только их физико-химической природой, но существенным образом зависит от дефектности структуры. При этом под дефектностью структуры следует понимать широкий класс дефектов, определяющих характер разрушения руды - это и вакансии, и скопления дислокаций, трещины и микротрещины, границы зерен минералов и границы раздела минеральных комплексов. Приложение нагрузки к горным породам как в процессе их добычи (взрывной отбойке), так и в процессах их переработки (дробление и измельчение) приводит к возникновению концентрации напряжений в окрестности дефектов и, как следствие, к зарождению и развитию трещин. Одним из наиболее распространенных механизмов образования зародышевых трещин признан дислокационный механизм.
Селективное разрушение твердых тел уже в самом определении термина предполагает либо разрушение какой-то минеральной фазы с полным освобождением и сохранением извлекаемого минерала, либо такое разрушение, когда единственной вновь образованной поверхностью будет поверхность срастания разделяемых минералов. Понятно, что оба эти случая являются некоторой абсолютизацией и могут рассматриваться лишь как предельные.
Масштабы, с которых начинается селективное раскрытие, определяются структурными особенностями руды и размерами извлекаемых минералов. Начальный уровень, с которого по существу, начинается подготовка к раскрытию, - это рудное тело, дефектность которого, (макро- и микротрещины, дислокации и др.) задана генезисом. Первым воздействием, которое может изменить эту природную дефектность, является взрывная отбойка. Направленное воздействие взрыва способно создать развитую структуру трещин, которая будет определять поведение материала на следующих стадиях воздействия. На стадиях взрывной отбойки и дробления, по мере сокращения размеров разрушаемого куска, возрастает роль структурной неоднородности и различного рода дефектов: дислокаций, микротрещин, границ зерен и раздела минералов. На рассматри-
ваемой стадии разрушения происходит понижение уровня «сложности» структуры: уменьшается плотность трещин, нивелируются текстурные признаки, снижается количество различных минералов в единице объема разрушаемого куска. Вместе с тем увеличивается и доля границ срастания извлекаемого минерала, усиливается влияние микротрещин, дислокаций, границ зерен на характер разрушения.
С позиций физики твердого тела для обеспечения эффективного протекания процесса разрушения следует предусматривать создание оптимальных условий для каждой стадии рудоподготовки.
Основные задачи рудоподготовки определяются как максимально полное высвобождение минеральных компонентов руды при минимальных энергозатратах и образовании новых поверхностей на границе срастания минералов в пределах, приближающихся по величине к площади контактов отдельных минералов. С физической точки зрения процесс должен быть организован таким образом, чтобы обеспечить разъединение минеральных компонентов по границам их срастания.
При разработке современной модели определено, что макроскопическое разрушение горных пород -следствие множества процессов, протекающих на микроуровнях - разрушение агрегатов, зерен, меж-фазных и межзерновых границ, а также на атомных уровнях - точечные, двухмерные дефекты и дислокации.
С учетом этого селективность раскрытия минералов при рудоподготовке во многом зависит как от соотношения прочности зон контакта отдельных минералов и прочности самих минералов, так и характера, динамики приложения разрушающих нагрузок.
При среднем уровне напряжений, трещина развивается в зоне контакта; при напряжениях, значительно превышающих прочность одной из фаз, трещина развивается не по границе, а переходит из одной фазы в другую с образованием сростков.
Величина концентрации напряжений, зависящая от упругих характеристик минеральных компонентов руды, формы зерен, их размеров и распределения, может регулироваться не только внешними механическими воздействиями, но и внутренними (за счет воздействия различных физических полей: тепловых, электрических, электромагнитных и др.). Причем, последние по своей природе могут иметь более избирательное действие, чем внешние механические. Как известно, разрушение природных рудных тел начинается уже при горных работах, дробление и измельчение являются следующими этапами рудоподготовки.
Рациональная организация процесса рудоподготов-ки должна предусматривать подготовку рудной массы к дроблению и измельчению: дробление - к раскрытию минералов, измельчение - само раскрытие.
В работах В.И. Ревнивцева и В.А. Чантурии [1, 2] обоснована целесообразность применения для этой цели немеханических способов, обеспечи-
вающих селективное разрушение по межфазным границам за счет проникновения в них расширяющей среды (пара, газов, плазмы и т.п.) и создание дополнительных дефектов и трещин на границах срастания минеральных зерен посредством воздействий (электрохимическая и СВЧ-обработка, взрыв, ИК-нагрев, энергия ускоренных электронов) перед процессом дробления или измельчения.
Комплекс исследований, проведенных на рудах цветных и черных металлов, нерудном сырье [3-14] в лабораторных условиях позволил установить, что все методы воздействия характеризуются высокой энергоемкостью, низкой производительностью и требуют дальнейшего совершенствования, что не позволило им выйти за пределы лабораторных исследований, однако, в них заложены большие потенциальные возможности повышения эффективности обогатительных процессов, может быть обеспечен существенный технологический эффект либо в процессе рудоподготовки, либо в процессе обогащения.
Рассматривая руду как многокомпонентный по-лиминеральный агрегат, зерна которого обладают свойствами конкретных породообразующих минералов, было проведено теоретическое и экспериментальное исследование параметров неоднородности поля структурных напряжений в железистых кварцитах Михайловского ГОКа при воздействии сверхвысокочастотным (СВЧ) электромагнитным полем [12, 14].
Специфика действия СВЧ-электромагнитного поля на горную породу обеспечивает не только максимальную неоднородность генерируемого поля упругих напряжений, но и необходимое его распределение по минеральным агрегатам и проявляется, в первую очередь, в неоднородности нагрева компонентов, составляющих горную породу.
Расчеты показали [12,15], что при СВЧ-воздействии за счет различия электромагнитных, тепловых и механических свойств минеральных составляющих в зернах будет наблюдаться существенная неоднородность температуры: в зернах магнетита она может быть почти на порядок больше средней температуры образца, в гематите - в 2-3 раза, в гетите - в 0,6 раза, зерна кварца практически не нагреваются (если не учитывать процессы теплопереноса).
Результаты расчета показывают (табл. 1), что значения и знак возникающих при нагреве напряжений существенно отличаются от картины распределения напряжений, вызванных неоднородностью нагрева.
Полученные данные параметров структурных напряжений, возникших при кратковременном СВЧ-воздействии, показывают их неоднородность: зерна кварца подвергаются растягивающим напряжениям (10,7 кгс/см2.град), зерна рудных минералов - сжимающим (-173 ксс/см2 • град. для магнетита и -31,9 ксс/см2 • град. для гематита).
Таблица 1
НАПРЯЖЕНИЯ В ПЕРЕСЧЕТЕ НА ОЛИН ГРАЛУС В МИНЕРАЛЬНЫХ ЗЕРНАХ ЖЕЛЕЗИСТЫХ КВАРЦИТОВ ПРИ СВЧ-ВОЗЛЕЙСТВИИ
Тип железистых Массовая доля минералов, % СТ(‘>т«х /Т2
кварцитов кварц магнетит гематит кварц магнетит Гематит
0,40 0,05 0,55 + 10,56 -173,5 -31,9
Окисленный 0,38 0,10 0,52 + 10,6 -145,3 -25,1
0,36 0,15 0,49 + 10,62 -142,3 -24,4
Неокисленный: Труднообогатимый сорт 0,45 0,45 0,45 0,30 0,35 0,40 0,25 0,20 0,15 + 10,64 + 10,65 + 10,67 -128,6 -120,0 -111,9 -21,1 -19,0 -17,1
Легкообогатимый сорт 0,35 0,45 0,25 0,45 0,40 0,10 + 10,70 + 10,68 -96,0 -104,4 -13,2 -15,2
Примечание: Для СВЧ-обработки использовалась печь «Электроника» с длиной волны 12 см при мощности излучения 500 вт, а также СВЧ-установка с сантиметровым диапазоном длин волн (3 см) при интенсивности электромагнитного излучения 100 вт/см2.
О^тах/ Т - максимальные кгс/см2.град. структурные напряжения в пересчете на один градус,
Установлено [12, 14], что кратковременное интенсивное СВЧ-воздействие на железистые кварциты благодаря селективному нагреву минералов руды изменяет структурное состояние минерального агрегата так, что повышается селективность раскрытия минеральных зерен, снижается энергоемкость измельчения, увеличивается массовая доля железа в концентрате.
Механизм изменения структурной нарушенно-сти кварцитов в процессе СВЧ-обработки носит многостадийный характер и в зависимости от тельности нагрева и средней температуры образца позволяет получить различные остаточные изменения исходного состояния минерального агрега-Таблица 2
та.
Изменение параметров структурного состояния основных минералов железистых кварцитов показывает (табл. 2), что рудообразующие минералы Михайловского ГОКа обладают генетической структурной на-рушенностью и остаточными напряжениями, причем для зерен магнетита характерно действие сжимающей остаточной деформации 8 -2,1 • 103, средний размер блока Оср = 461 нм, плотность дислокаций на границе блока са = 14,12^ 10-12 см2, плотность дислокаций внутри блока се = 5,76-10-12см-2, концентрация деформационных дефектов б= 2,7-103, концентрация двойниковых дефектов г = 1,16-102; в кварце - действие растягивающей остаточной деформации: е =1,98 • 103, средний размер блока Оср = 1371 нм, плотность дислокаций на границе блока са = 1,6- 10-12 см-2 и внутри блока мозаики се = 12,06 -• 10-12см-2, концентрация деформационных дефектов упаковки б = 5,47-103, концентрация двойниковых дефектов г = 5,25-102 .
Из комплекса исследований установлено, что оптимальный режим СВЧ-обработки перед измельчением для железистых кварцитов характеризуется кратковременностью и интенсивностью нагрева (Тср = 200 °С, ф = 1 мин), в результате такой обработки окисленных кварцитов из-за разупрочнения кварца и упрочнения рудных зерен повышается селективность раскрытия минералов (табл. 3).
Для неокисленных железистых кварцитов при СВЧ-обработке как труднообога-тимого, так и легкообогати-мого сорта аналогичного эффекта получено не было (табл. 3), так как нагрев СВЧ-полем вызывает упрочнение кварцевых зерен и разупрочнение магнетита, кроме того, упрочнение кварца влечет за собой увеличение времени измельчения и пе-реизмельчение рудных минералов, что в конечном итоге приводит к
ИЗМЕНЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ СТРУКТУРНОГО СОСТОЯНИЯ ОСНОВНЫХ МИНЕРАЛОВ
Длительность СВЧ-воздействия, с Оср Ро • 10-12 Є -103 Рє-10-12 Рср-10-12 а-103 У -102
а) кварц
0 1371,0 1,60 1,98 12,06 1,32 5,47 5,25
50 781,5 4,91 -1,74 10,6 2,20 77,70 88,30
180 1275,0 1,85 5,01 78,27 3,26 8,0 6,93
600 493,6 12,31 1,28 6,30 2,64 2,7 2,68
б) гематит
0 661,0 6,87 -1,17 1,82 1,11 18,3 2,54
50 773,4 5,08 -1,11 1,58 0,89 0,91 0,03
180 535,4 10,30 -2,00 5,44 2,36 22,51 1,85
600 925,4 3,50 0,35 0,15 0,22 60,60 79,91
в) магнетит
0 461,0 14,12 -2,10 5,76 2,88 2,70 1,16
50 360,0 23,15 -2,93 12,10 5,36 6,75 2,01
180 696 6,20 -0,65 0,46 0,55 2,10 0,16
600 520 11,10 -1,10 1,50 1,25 1,90 0,07
Примечание: йср - средний размер блока мозаики, имр0 - плотность дислокации на границе блока, см2; р8 - плотность дислокации внутри блока мозаики, см2,- сжимающая остаточная деформация,рср - неоднородность распределения дислокаций, см2, - концентрация дефектов упаковки; у - концентрация двойниковых дефектов. Степень дефектности основных минералов железистых кварцитов определялась по методике МГГУ методом рентгеновской дифрактометрии [14]_________________________
Таблица 3
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ОБОГАЩЕНИЯ ЖЕЛЕЗИСТЫХ КВАРЦИТОВ ЛО И ПОСЛЕ СВЧ-ОБРАБОТКИ
В процентах
Массовая доля железа в исходной руде Обогащение в слабом поле Обогащение в сильном поле Суммарный концентрат в Условия обработки
^общ Р емагн Концентрат в Концентрат г в Е
г в е г в Є
Окисленные ква] рциты
42,5 40,47 5,2 5,07 30,5 18,35 59.8 62.8 42,9 28,48 34,9 35,4 28,2 31,2 7 53,8 58,7 35,7 45,4 3 58,7 49,6 2 56,9 60,2 78,6 73,9 22,0 20,95 ф =1 мин
42,0 39,78 5,2 5,13 30,25 15,27 59.6 59.6 42.9 22.9 34,4 36,2 28,3 27,0 53,2 52,0 5 36,1 35,3 58.5 5 49.5 8 56,8 3 46,7 79,0 58,2 21,34 32,98 ф =3 мин
40.2 40.3 5,0 5,13 26,3 18,0 57,6 59,5 37,68 26,6 34.0 36.1 26,1 36,3 54.2 51.2 35,2 46,0 52,4 54,3 55,9 72,6 72.9 53.9 22,9 24,2 ф =10 мин
Неокисленные кварциты
ТР5 гднообогатимый сорт
38,8 39,5 30.0 31.1 49,9 50,15 62,2 62,2 80,0 78,97 15,5 16,7 ф = 1мин
41,2 38,4 34,9 31,1 51,77 49,5 61,8 61,0 77,66 78,8 19.1 16.2 ф = 4 мин
36,1 36,6 28,0 23,8 40,14 40,45 61,4 61,7 68,6 67,95 18,9 19,8 ф = 15мин
Легкообогатимый сорт
40,8 40,48 18,9 17,87 33,35 32,73 65,7 64,35 53,7 52,03 28,3 30,94 ф = 1мин
40,1 39,73 15,4 17,43 31,28 28,03 65,9 64,68 51,4 45,63 28,36 30,0 ф = 4мин
37.8 39.9 21.7 18.7 24,31 35,1 65,0 63,07 41,8 44,48 29,1 27,37 ф = 15мин
Примечание: Обогащение в слабом поле осуществлялось на магнитном анализаторе типа 25Т при напряженности магнитного поля Н = 80 кА/м; в сильном поле - на анализаторе «Джонс» Р-40 при индукции магнитного поля в зазоре В = 0,86 Тл.; у- выход, %,в - массовая доля железа , %, 8 - извлечение железа, %, 0 - массовая доля железа в хвостах,%, ф - длительность воздействия, мин.
ошламованию продуктов обогащения и снижению качества концентрата: массовая доля железа общего в хвостах увеличивается (Тср = 200ПС, ф = 1 мин.) от 0,9 до 2,64%, а в концентрате уменьшается на 1,35%, от 0,8 до 1,93% (в зависимости от режима обработки ).
Анализ проведенных исследований по СВЧ-обработке смешанных железистых кварцитов Михайловского месторождения позволил сделать вывод о целесообразности обработки окисленной гемати-товой руды перед второй стадией измельчения в режиме, при котором за время не более 1 мин. средняя температура нагрева не должна превышать 200ПС, для неокисленных железистых кварцитов применение СВЧ-обработки нецелесообразно.
Создание научных основ модифицирования магнитных свойств железосодержащих минералов и руд, а также обоснование оптимальных режимов электрохимического кондиционирования пульпы при мокрой магнитной сепарации смешанных желе-
зистых кварцитов позволило интенсифицировать технологию их переработки.
С целью выявления изменений, происходящих с частицами железосодержащих руд и минералов в условиях поляризации, был проведен комплекс исследований, направленный на изучение изменений их поверхностных и объемных свойств в результате чего было установлено [5,9]:
* на основании термодинамического анализа
и экспериментальных исследований магнитных и поверхностных свойств железосодержащих минералов и окислительно-восстановительных характеристик жидкой фазы пульпы, вскрыт механизм активации их магнитной сепарации в условиях кондиционирования, который обусловлен растворением гидро-окисной пленки на поверхности минералов, восстановлением трехвалентного железа до двухвалентного состояния, вплоть до металла, и образованием микроскопического поверхностного слоя с повышенными магнитными свойствами;
* комплекс электрохимических, минералогических, химических методов исследования и растровой микроскопии позволил обосновать гипотезу о возможности перевода /в*3 в /е*2, образования элементарного железа на поверхности минералов в условиях поляризации. Показано увеличение магнитной флокуляции этих минералов за счет очистки их поверхности от шламистых частиц, растворения гидроокисных соединений и роста величины электрокинетического потенциала магнетита и гематита в 8-10 раз;
* в процессе поляризации установлена и обоснована взаимосвязь между показателями сепарации и магнитными характеристиками, поверхностными свойствами железистых кварцитов и рудообразующих минералов, их текстурно-структурными особенностями и вещественным составом. Выявлены причины неодинакового действия электрохимической обработки на результаты магнитной сепарации руд Михайловского ГОКа различного состава и определены оптимальные напряженности магнитного поля, обеспечивающие наибольшее приращение извлечения минералов при применении кондиционирования.
Возможность интенсификации магнитного обогащения применением электрохимического воздействия была апробирована на полиминеральных фракциях, выделенных из кварцитов Михайловского ГОКа, обогащенных магнетитом, мушкетовитом, гематитом, мартитом, гидроокислами железа. Магнитная сепарация материалов проводилась в слабых, средних и высокоинтенсивных магнитных полях. Изыскание эффективных режимов поляризации велось сопоставлением влияния ее изменяющихся параметров (напряжение на электродах, сила тока, продолжительность воздействия) на результаты сепарации, а также изучением изменений магнитных характеристик минералов и полиминеральных фракций непосредственно в процессе кондиционирования.
Установлена определяющая роль контактного заряжения частиц в общем механизме увеличения намагниченности, выявлены оптимальны режимы кондиционирования для различной напряженности магнитных полей сепарации, обеспечивающие наибольший прирост намагниченности и повышение технологических показателей обогащения.
При магнитном обогащении полиминеральных фракций в условиях электрохимического кондиционирования пульпы выход магнитного продукта (для минералов) или извлечение железа (для полиминеральных фракций) возрастает на 1,7 - 7,1%, качество выделяемого магнитного продукта улучшается на 0,2 - 0,8%, увеличивается на 3-16% величина удельной намагниченности, магнитной восприимчивости. Учитывая положительное влияние электрохимического воздействия на магнитные свойства минералов и полиминеральных фракций, исследования были продолжены на пробах основных технологических разновидностей железистых кварцитов Михайловского месторождения - легко- и труднообогати-мых сортах неокисленных и окисленных железистых кварцитов.
Технологическими лабораторными опытами с применением магнитной сепарации при различной напряженности магнитного поля и параллельным определением изменений намагниченности, выявлена существенная разница в поведении разновидностей руд в условиях поляризации вследствие неодинакового их минерального состава, различной крупности и вкрапленности минеральных зерен. Для легкообогатимых руд, содержащих повышенное количество гематита и магнетита, введение предварительного кондиционирования позволяет повысить извлечение железа: в концентрат на 2,8 -3%, улучшить качество концентрата на 1,0 - 2,3%, намагниченность при этом возрастает на 4,5 - 5%. Наиболее высокий прирост показателей в условиях кондиционирования был прослежен при сепарации как трудно-обогатимых неокисленных, так и окисленных кварцитов, содержащих в большом количестве тонковкрапленный магнетит, подверженный муш-кетовитации, и гидроокислы железа. Извлечение железа в магнитный продукт возрастает на 4,5 -6,4%, качество концентрата увеличивается на 1,1
- 1,5%.
Основываясь на теоретических положениях о возможности направленного изменения свойств минералов при воздействии постоянным током на их минеральные суспензии, были проведены лабораторные, а затем полупромышленные исследования по изучению действия поляризации на измельчение железистых кварцитов и результаты последующей мокрой магнитной сепарации.
Задача данного исследования состояла в проверке возможности интенсификации процесса мокрой магнитной сепарации комбинированным электрохимическим воздействием: применение в процессе измельчения католита, где контактирование частиц рудной шихты в восстановительной средой может повлиять на дальнейшую электрохимическую поляризацию рудной пульпы и результаты мокрой магнитной сепарации [8].
Лабораторными исследованиями установлено, что применение продукта электролиза воды - като-лита - интенсифицирует процесс измельчения железистых кварцитов и положительно сказывается на показателях последующей магнитной сепарации, а применение анолита отрицательно воздействует на эффективность измельчения и не дает преимуществ при мокрой магнитной сепарации.
Это подтверждено полупромышленными испытаниями на установке Михайловского ГОКа с введением электрохимического кондиционирования пульпы перед измельчением и последующей мокрой магнитной сепарации железистых кварцитов (табл. 4).
Порог магнитной флокуляции для частиц магнетита и ожелезненного кварца при предварительной электрохимической поляризации суспензии повышается с 0,04 ^ 0,065 Тл без обработки, до 0,5 ^ 0,53 Тл при оптимальном режиме электрохимической обработки и хорошо согласуется с эксперимен-
тальными данными (табл. 5), полученными для час- увеличивается выход готового класса, улучшает-
тиц различной крупности. ся селективность раскрытия минералов, улучшаются
Таблица 4
РЕЗУЛЬТАТЫ ПОЛУПРОМЫШЛЕННЫХ ИСПЫТАНИЙ СЕПАРАЦИИ ЖЕЛЕЗИСТЫХ КВАРЦИТОВ ПОСЛЕ ИХ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ С ВВЕЛЕНИЕМ ПРЕЛВАРИТЕЛЬНОГО ЭХК
Количество опробова- ний I стадия ММС, % II стадия ММС, % Условия электрохимической
а в Є в а в Є в I обработки
4 тіп 49,1 25,7 60,5 29,3 I без отработки
тах 55,3 36,9 62,1 39,1
X 31,1 51,5 40,75 33,8 19,9 61,6 31,2 33,9 |
9 тіп 49,0 25,5 60,8 28,7 Лу= 1,8А/л
тах 54,0 35,5 64,0 38,9 и =30В
X 34,1 51,5 44,6 33,0 21,5 62,3 34,0 33,8 t= 1,5-2 мин
Прбимцшние: ^ - объемная плотность тока, А/л; и - напряжение на электродах, В; время обработки, мин.; (X,0,8,0-см. РрУЬТАТбл ЛАБОРАТОРНЫХ ИССЛЕЛОВАНИЙ мокрой магнитной СЕПАРАЦИИ
Класс круп Концентрат % Условия опыта
ности, мм а в Є и, В ^ А/л і изм.мин. і обр.мин
-2+1 27,3 65,0 47,0 0 0 30 0
28,2 65,13 48,2 10 1,6 30 3,0
28,5 65,2 49,2 20 4,0 30 2,0
-0,56+0,28 38,5 62,3 56,0 0 0 10 0
40,6 62,4 60,86 10 1,6 10 5,0
45,2 62,5 63,37 20 5,0 10 5,0
-6+2 36,83 54,53 49,97 0 0 20 0
38,1 56,93 54,63 20 5,0 20 5,0
Примечание: ^,1! ,і,(Х,(5,Є,д - см. прим.к табл.4
технологические показатели последующей их магнитной сепарации.
Эффективность воздействия предварительной электрохимической обработки на процессы измельчения и мокрой магнитной сепарации железистых кварцитов объясняется одним из возможных механизмов, в основу которого положена широко используемая классическая теория (ДЛФО), разработанная Де-
Таблица 6
РЕЗУАЬТАТЫ ЛАБОРАТОРНЫХ ИССЛЕЛОВАНИЙ ОКИСЛЕННЫХ КВАРЦИТОВ ПРИ ВОЗЛЕЙСТВИИ СВЧ И СВЧ + ЭХК
В процентах
Массовая доля Количество Концентрат в Условия
железа в исходном опытов опытов
Общее магн. а в Є
40,2 4,7 6 51,77 54,74 70,5 24,59 СВЧ ф= 1 мин
40,2 4,7 6 56,0 54,8 76,33 21,63 СВЧ ф = 1 мин ЭХК и=10 В і = 5 мин. катодная поляризация
39,2 3,6 8 47,6 53,89 65,43 25,86 СВЧ ф= 3 мин.
39,2 3,6 8 50,93 54,26 70,5 23,57 СВЧ ф = 3 мин ЭХК и=10 В і = 5 мин. катодная поляризация
42,5 5,6 10 53,67 58,12 73,4 24,4 СВЧ ф = 10 мин
42,5 5,6 10 55,5 58,68 76,63 22,32 СВЧ ф = 10 мин ЭХК и=10 В і = 5 мин. катодная поляризация
Примечание: Обогащение осуществлялось на анализаторе «Джонс» типа Р-40.; Р, 0, 8, у - см. табл. 3.
Результаты выполненных исследований по изучению действия электрохимического кондиционирования на измельчение железистых кварцитов показали, что оптимальные режимы предварительной поляризации интенсифицируют процесс измельчения:
рягиным, Ландау, Фервеем и Овербе-ком.
Представляют интерес и исследования, проведенные в лабораторных усло-виях на пробах окисленных кварцитов различного минералогического состава с применением комбинированного воздействия - СВЧ и ЭХК (табл. 6): СВЧ- обработка при различном времени воздействия, ЭХК - при оптимальном режиме.
Анализ табл. 6 показывает возможность увеличения извлечения железа в концентрат до 5,83% при кратковременном СВЧ-воздействии (ф = 1 мин) и тем самым подтверждены выводы, сделанные выше.
Обобщая изложенное [5, 8, 9], можно сделать вывод:
• применение физических методов исследования структурного состояния железистых кварцитов Михайловского месторождения позволило установить механизм их разупрочнения при электрохимическом воздействии, заключающийся в росте дефектности структуры руды, увеличении плотности дислокаций, снижении локальных напряжений по границам зерен и образовании дополнительных трещин. Происходящие изменения зависят от интенсивности электрохимического воздействия и типа руды;
• использование продукта электролиза воды - като-лита - интенсифицирует процесс измельчения железистых кварцитов, повышая выход готового класса;
• измельчение железистых кварцитов в католите положительно влияет на их дальнейшую магнитную сепарацию, способствует повышению извлечения железа в концентрат на 1,2^3,5 %, массовой доли железа на 0,1^1,8 % , в зависимости от режима приготовления католита. Наилучшие показатели при сепарации кварцитов Михайловского ГОКа текущей добычи достигаются при использовании в измельчении католита ЕЙ = -770 -+-800 тВ; рН = 10,8 - 11,3;
• применение второго продукта электролиза воды
- анолита в измельчении и практически не оказывает влияния на технологические показатели измельчения и магнитной сепарации;
• установлено положительное действие католита в качестве ингибитора коррозии шаров, что позволяет сократить их износ при измельчении железистых кварцитов в среднем на 8,3^17,6% при увеличении выхода готового класса на 9,2^23,3%.
Экспериментальные исследования [4, 15, 16] показали перспективность использования воздействия взрыва на микроструктуру горных пород, целесообразность повышения энергозатрат на стадии их взрывного разрушения для увеличения целенаправленного разупрочнения и измененя магнитных свойств.
Согласно положений, развитым в работах В.И. Ревнивцева и В.А. Чантурии [1, 2], необходимым условием для организации процесса избирательного измельчения является повышение плотности дефектов зерен породообразующих минералов. При взрыве происходит не только разрушение массива на куски, но и накопление микродефектов зерен, от плотности и места развития которых зависят магнитные свойства горной породы как в куске, так и в измельченном состоянии, а также полнота раскрытия зерен, что оказывает прямое воздействие на эффективность магнитной сепарации.
При теоретическом исследовании [4, 16] механизма изменения состояния микроструктуры железистых кварцитов в результате взрывного воздействия учитывалось, что горная порода является многокомпонентным поликристаллическим агрегатом, зерна которой хаотично распределены в пространстве и обладают анизотропией свойств, соответствующей симметрии кристаллической структуры основных породообразующих минералов. Используя значение тензора упругости магнетита, гематита и кварца показано [4], что
величина средних значений тензора напряжений в магнетите на 32 % больше, чем в кварце и на 7% больше, чем в гематите, относительная величина микро-структурных напряжений, характеризующая отклонение их значений от средней величины, составляет в гематите 16 %, в кварце 18 %.
Анализ механизмов неупругой деформации основных породообразующих минералов железистых кварцитов и полученных характеристик неоднородности поля напряжений в них при взрывном воздействии показал, что процессу пластической деформации, связанному с ростом и движением дефектов кристаллической структуры в зернах, наиболее подвержены зерна магнетита в силу особенностей его состава и свойств. Наиболее вероятным процессом, вызывающим пластическую микродеформацию в зернах магнетита при взрывном воздействии, является дислокационное скольжение в кристаллографической плоскости 1III г. Взаимодействие плоскостей скольжение в зернах магнетита друг с другом и с межзеренным пространством приводит к появлению микротрещин, которые располагаются как в зерне, так и по границам контакта зерен магнетит -кварц, магнетит-гематит [15], и наблюдается некоторое смещение микротрещин в сторону магнетитового или силикатного слоя. Чаще они прерывисты и следуют друг за другом, длина отдельной микротрещины достигает до 20 мм.
Увеличение плотности дефектов кристаллической структуры зерен магнетита ухудшает магнитные характеристики железистых кварцитов и приводит к снижению эффективности процесса магнитного обогащения, но при измельчении способствуют повышению селективности их раскрытия.
Исследованиями [4, 15, 16] выделено несколько основных стадий процесса изменения микроструктуры при взрывном воздействии и установлено, что для железистых кварцитов Михайловского месторождения, при амплитудах взрывного нагружения свыше 500 МПа образцы начинают разрушаться по слоистости, а при взрывных нагрузках выше 1000 МПа они оказываются интенсивно раздробленными (массовая доля класса минус 1 мм достигает 10 %): работа разрушения кварца снижается на 12-32 %, а магнетита
- увеличивается на 5-10 %. Так, при давлении взрывной волны 500 Мпа микротвердость магнетита в зоне срастания с кварцем уменьшается и составляет 370 кгс/мм2 против 587 кгс/мм2, а микротвердость кварца увеличивается с 1569 до 1940 кгс/мм2 .
Механизм структурных изменений в железистых кварцитах при взрывном нагружении является многостадийным процессом, что обуславливает наличие зон различной нарушенности, увеличение дефектности кристаллической структуры зерен магнетита, характеризующих их поведение в последующем технологическом процессе.
Исследованиями в лабораторных и опытнопромышленных условиях на Михайловском ГОКе установлено, что при одинаковых режимах измельчения для экспериментальной руды по сравнению с
контрольной степень раскрытия рудных зерен увеличивается на 6 %, выход готового класса повышается на 2 % и при одинаковых магнитных свойствах массовая доля железа в концентрате возрастает на 0,6 3%. При увеличении производительности мельниц на 7% для экспериментальной руды по сравнению с контрольной достигнута одна и та же степень раскрытия рудных зерен, коэрцитивная сила обогащаемой пульпы после трех стадий измельчения уменьшилась на 0,8 кА/м, что обусловило увеличение массовой доли железа в концентрате на 0,23 %.
Многолетние испытания способа взрывной подготовки с повышенным удельным расходом ВВ в условиях Михайловского ГОКа показали, что увеличение интенсивности взрывов в промышленных условиях с 4 до 6,3 МДж/м3 сопровождается снижением удельного расхода электроэнергии (дроблении - на 9 %, при измельчении - на 4 %), выход концентрата увеличивается на 0,7 %, а извлечение железа на 1,14 % по сравнению с базовыми. На базе теоретических и экспериментальных исследований установлена изменчивость естественных свойств железистых кварцитов в природном массиве под воздействием взрывного нагружения и разработаны рациональные параметры ведения взрывных работ, обеспечивающих повышение селективности раскрытия минеральных зерен и снижение удельных энергозатрат на рудоподготовку.
На предприятии проведен комплекс испытаний по оценке влияния мощности потока ускоренных электронов [1, 7, 10] на процессы измельчения и магнитного обогащения железистых кварцитов.
Установлен [18] сложный механизм воздействия ускоренных электронов на железистые кварциты: с одной стороны происходит активация физикохимических процессов на поверхности и в объеме, а с другой стороны, тепловое разупрочнение материала. Испытания проводились на основных разновидностях железистых кварцитов месторождения: окисленных и неокисленных, представленых двумя технологическими сортами - легкообогатимым и труднообо-гатимым в крупности: -20+10, -10+6 и -6 мм.
Обработка проб железистых кварцитов потоком ускоренных электронов производилась в Институте ядерной физики СО РАН на промышленном ускорителе ИЛУ-6 с вариантом выпуска электронного пучка в атмосферу через фольгу и линейной развертке пучка по всей площади выпускного окна, величине дозы облучения 0,14, 0,40, 0,75 Мрад с энергией электронов 2 Мэв. Оценка измельчаемости проб после облучения осуществлялась по методике ИГД СО РАН и Михайловского ГОКа.
Сравнительная оценка измельчения железистых кварцитов по коэффициенту относительной измель-чаемости показала, что после обработки потоком ускоренных электронов железистые кварциты претерпевают изменения в классе крупности минус 6 мм, на классы (-20+6 мм) обработка влияния не оказывает.
Исследования по влиянию энергии ускоренных электронов на результаты последующей магнитной сепарации проводились на пробах в крупности ми-
нус 6 мм и показали, что оптимальной дозой облучения для железистых кварцитов можно считать: для неокисленных - 0,40 Мрад, для окисленных -0,14 Мрад. Отсюда следует, что, по-видимому, на границе срастания минеральных фаз посредством облучения малыми дозами создаются дополнительные дефекты и микротрещины, это эффективно должно проявиться при последующей магнитной сепарации.
Анализ показателей обогащения труднообогати-мых кварцитов (табл. 7) показал, что облучение дозой 0,4 Мрад повышает массовую долю железа в концентрате на 0,5 %, однако во всем диапазоне изменения мощности дозы облучения уменьшается выход концентрата на 0,7-2,5 %, извлечение железа в концентрат - на 0,4-3,4 % за счет увеличения потерь железа с хвостами на 0,4-1,3%.
Исследование технологических свойств неокис-ленных железистых кварцитов после предварительного облучения показало, что в труднообогатимом сорте заметного изменения свойств не происходит, а в легкообогатимом происходит улучшение технологических характеристик (особенно при воздействии дозы облучения 0,4 Мрад).
Анализ результатов по обогащению окисленных кварцитов показал, что облучение потоком ускоренных электронов дозой 0,14-0,75 Мрад способствует увеличению массовой доли железа в суммарном концентрате на 1,5 %, эффективности обогащения на 3,7 % при дозе облучения 0,75 Мрад. (табл. 7).
При облучении окисленных железистых кварцитов эффект от воздействия выше, чем при облучении не-окисленных. Это связано, по-видимому, с изменением поверхностных свойств слабомагнитных оксидов железа (гематита), что способствует повышению контрастности рудных и породообразующих минералов.
Как показано [17], тепловое действие энергии ускоренных электронов создает температурные знакопеременные напряжения, которые служат причиной разупрочнения и разрушения кварцитов. Перспектива применения воздействия энергии ускоренных электронов в процессах первичной переработки железистых кварцитов обусловлена возможностью повышения производительности процесса измельчения в 2,0+2,2 раза с учетом непосредственного измельчения руды сразу после облучения и повышения технологических показателей магнитной сепарации на 2,5 -+4,0 %.
Тепловое воздействие является наиболее универсальным по спектру всех возможных изменений в горных породах. Следует помнить, что сам по себе нагрев горной породы - это уже изменение ее энергетического состояния, а температура - не что иное, как характеристика уровня энергии колеблющихся частиц. Распределение и перемещение тепловых потоков в горной породе приводит к возникновению в ней температурного поля, что, в свою очередь, изменяет напряженно-деформированное состояние как между отдельными крупными ее частицами (макроуровень), так и между зернами и кристаллами (микроуровень) - возникают термические напря-
Таблица 7
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ОБОГАЩЕНИЯ ЖЕЛЕЗИСТЫХ КВАРЦИТОВ АО И ПОСЛЕ ОБЛУЧЕНИЯ
В процентах
Массовая доля железа в исходной пробе Обогащение в поле 80 кА/м Обогащение в поле В=0,86 Тл Суммарный концентрат Величина дозы облучения Мрад,
об- ще- го Маг- нит- ного Концентрат е концентрат е У в Е эффек- тив- ность обога- щения
У в Е У в Е
40,4 12,5 Окисленные кварциты
38,2 33,1 62,0 62,75 50,3 51,42 29,8 29,3 20,77 22,5 49.7 50.8 25,55 28,33 20,9 18,4 53,32 55,6 57,5 57,95 75,85 79,75 37,8 40,5 0 0,14
35,2 34,9 61,95 62,3 53,98 53,82 28,7 28,65 18,2 17,1 52,0 53,7 23,4 22,7 19,6 20,3 53,4 52,0 58,52 59,0 77,38 75,52 40,2 41,50 0,40 0,75
Неокисленные кварциты
Труднообогатимый сорт
37,7 28,7 43,6 42.9 41,1 43.9 59.7 58.7 60,2 58,9 69,0 66,8 65.6 68.6 20,7 21,9 22,0 21,1 40,8 38,4 39,3 39,6 0 0,14 0,40 0,75
Легкообогатимый сорт
41,2 20,7 35.7 35.7 36,6 36,27 66,1 66,1 67,4 66,9 57,31 57,84 59,99 59,01 27,4 27.0 26,2 26.1 36,75 37,65 39,78 38,67 0 0,14 0,40 0,75
Примечание: Измельченная до крупности 95% класса минус 0,050 мм проба обогащалась на магнитном анализаторе при напряженности 80 А/м.; в, £, О, ,У - см. табл.3.
жения, следствием которых могут быть всевозможные эффекты механического нагружения, но при значительно большем разнообразии распределения механических напряжений в объеме горной породы.
Повышение температуры горной породы приводит к полиморфным превращениям, изменению агрегатного и фазового составов, энергетических характеристик компонентов горной породы и, наконец, непосредственно вызывает химические реакции (термическое разложение, диссоциация, окисление, горение) или интенсифицирует химическое взаимодействие между отдельными компонентами горной породы.
Физико-химические превращения в горных породах, происходящие в результате их нагрева, могут быть различны и зависят от исходного состава горной породы, т.е. от массовой доли в ней минеральных компонентов, по-разному относящихся к воздействию температур, кроме того, физико-химические превращения зависят также от кинетики нагрева.
Нагрев может быть осуществлен путем конвекционного теплообмена между горной породой и внешней высокотемпературной средой или потоком тепловой энергии, при воздействии которой охлаждение может быть как на воздухе, так и в воде.
Поисковые исследования по тепловому воздействию на железистые кварциты проводились с применением инфракрасного (ИК) нагрева, термического нагрева с охлаждением на воздухе и в воде и низкотемпературной плазмы.
Инфракрасный (ИК)-нагрев дробленных железистых кварцитов осуществлялся в промышленных условиях перед первой стадией измельчения.
Предварительными лабораторными исследованиями было установлено, что при ИК-нагреве железистых кварцитов наибольшие напряжения возникают в зернах кварца:
- сжимающие порядка 2,3-105 Па в направлении, перпендикулярном оптической оси «с» при нагревании объема породы на один градус.
ИК-излучение, проникая на некоторую глубину, поглощается в объеме горной массы, за счет чего происходит нагрев и возникают термические напряжения, способные разупрочнить кварциты: в диапазоне температур до 500 °С - упругие, свыше 500 °С -двойникование и трещинообразование. В зависимости от режима нагрева и кристаллографического строения минеральных компонентов разрушение может быть либо в виде шелушения (гематит), либо в виде кусков или блоков (магнетит, кварц).
В процессе промышленных испытаний произведено сравнение технологических показателей процесса измельчения и последующей первой стадии магнитной сепарации, определено влияние расстояния (Ь) от поверхности излучателей до облучаемой руды. Время нагрева оставалось постоянным - 7,5 сек. (табл. 8).
Укрупненные промышленные испытания в дальнейшем проводились при Ь = 100 мм.
Из анализа табл. 9 видно, что за счет разупрочнения железистых кварцитов при ИК-воздействии повышается удельная производительность измельчения по вновь образованному классу (ц) на 0,08 т-м3/час, улучшается раскрытие минеральных зерен (массовая доля класса минус 0,050 мм в сливе классификатора увеличилась на 3,88 %), что при последующей сепарации привело к увеличению извлечения железа в концентрат на 0,8 %.
Таблица 8
ВЛИЯНИЕ ИК- НАГРЕВА НА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ И СЕПАРАЦИИ
процентах
К-во опытов Ь, мм Массовая доля класса минус 0,05 мм Концентрат е
Исход Разгрузка Классификатор У в Е
ная мельницы слив пески
28 100 2,9 37,2 53,6 14,6 60,9 48,5 75,7 24,2
30 150 3,3 39,5 52,6 15,0 61,1 48,1 75,4 24,7
26 200 2,7 39,7 51,2 15,8 61,1 47,7 75,1 24,8
37 Без обработки 3,0 40,1 50,85 16,1 62,8 46,9 76,0 25,1
Примечание: @,Є, у, д - см. табл. 3.
При воздействии потоком тепловой энергии охлаждение производилось как на воздухе, так и в воде. Нагреву подвергались неокисленные железистые кварциты в течение 30 мин при температуре от 150 до 800 °С.
Как известно, нагрев железистых кварцитов приводит к повышению прочности и объясняется тем, что при увеличении температуры в минералах и на их границах образуются вакансии, которые объединяются в дислокации. Количество дислокаций при нагреве возрастает, они запутываются между собой, а это приводит, согласно теории Коттрелла, к увеличению прочности. При дальнейшем нагреве в минералах и особенно на их границах образуются полости вакансий за счет разрыва межзерновых связей структурными термическими напряжениями, полости вакансий, развиваясь, образуют макронарушения, что приводит к снижению прочности и разрушению горной породы: при охлаждении на воздухе -хрупкое поверхностное разрушение, при охлаждении водой - объемное разрушение (табл. 10).
Возможность разрушения определяется возникающими напряжениями вследствие неравномерного нагревания горной породы, температура поверхностного слоя которой невелика и колебалась в пределах 150-340 °С. Кроме того, при нагреве и последующем охлаждении железистых кварцитов отмечено увеличение их коэрцитивной силы и остаточной намагниченности [15].
Анализ табл. 10 показывает, что нагрев при температуре 600-800 °С при охлаждении на воздухе или в воде повышает массовую долю железа в концентрате (с 60,1 до 63,4 %), но при этом увеличиваются и потери железа с хвостами (с 23,8 до 25,2 %), прочность на сжатие увеличивается (с 795 до 1280 кгс при Т = 600 ° С и до 860 - 950 гкс при Т = 800 °С).
Изучение физико-химических превращений в результате нагрева показывают, что химический и фазо-
вый состав основных компонентов остался постоянным (табл. 11), но снижение прочности при нагреве и образование на поверхности «шелуш-ки» привело к пере-измельчению (массовая доля класс минус 0,040 мм увеличилась после нагрева на 5,8 %), что и явилось, по-видимому, увеличением потерь железа с хвостами, снижением извлечения железа и выхода концентрата (табл. 10).
Известно [15], что низкие температуры являются не менее действенным инструментом управления свойствами. При переходе в область отрицательных температур изменяются все прочностные и тепловые свойства горных пород.
Воздействие на железистые кварциты труднообо-гатимого сорта сказалось только на прочностных свойствах, заметного изменения технологических показателей не зафиксировано (табл. 10). К сожалению, дальнейших исследований по влиянию низких температур продолжено не было. Хотя воздействие отрицательных температур обусловливает протекание иных процессов и возникновение свойств горных пород, отличных от воздействия высоких температур.
На Михайловском ГОКе проводились исследования по восстановлению гематита с применением низкотемпературной плазмы, генерируемой плазмотроном. Процесс магнетизации осуществлялся в аргоновой струе дугового плазмотрона в прямоточном реакторе, производительность плазмотрона изменялась от 220 до 4100 г/час. В процессе обработки воздушной низкотемпературной плазмой полимине-ральной фракции гематита (90,2 %) удельная намагниченность возрастает с 0,02 до 0,82 Ам2/кг, коэрцитивная сила при этом уменьшается с 24,8 до 6,4 кА/м, что, по-видимому, достаточно для извлечения слабомагнитных минералов в полях при Н = 80 кА/м. Так, результаты магнитного обогащения проб железистых кварцитов Михайловского месторождения показывают повышение извлечения железа в магнитный продукт при скорости плазменной обработки 0,7-0,06 г/с и температуре в аргоновой плазме минус 6000 °С:
* для окисленных с 26,9 в контрольной пробе до 48,3 % в обработанной;
Таблица 9
ВЛИЯНИЕ ИК-НАГРЕВА НА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ И ОБОГАЩЕНИЯ (Н= 100 ММ)
В процентах
К-во Массовая доля класса минус 0,050 мм Я. Концентрат е Условия опыта
опыгтов исходная руда разгрузка мельницы слив классификатора т-м3/час У Р Є
12 2,9 42,8 57.02 1,14 25,24 0
12 2,88 45,9 60,9 1,22 60,2 48,5 74,7 24,8 ИК-нагрев
Примечание: Р,Є, у, д см. табл. 3.
Таблица 10
ИЗМЕНЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ОБОГАЩЕНИЯ И ПРОЧНОСТИ НА СЖАТИЕ АО И ПОСЛЕ ТЕРМООБРАБОТКИ
______________________________________________________________________________________В процентах
К-во опытов Массовая доля железа в исходной Концентрат е Прочность на сжатие, Условия опыта
общ. магн. У Р Є кгс
Высокотемпературное
Охлаждение - вода
8 39,7 22,6 46,2 59,8 68,9 23,2 1280 Т= 600°С
8 39,5 62,4 61,8 25,2 950 Т= 800°С
Охлаждение - воздух
8 35,9 63,4 59,4 24,4 1280 Т= 600°С
8 39,0 61,2 60,9 25,1 860 Т= 800°С
26 43,25 60,1 65,8 23,8 795 Т=0
Низкотемпературное
5 39,5 33,0 56,0 61,3 86,9 11,8 945 0
5 39,4 32,6 54,1 61,5 84,5 13,3 730 Т= -160° С
Примечание: Р,Є, у д - см. табл. 3.
для хвостов текущего производства с
3,44 до 26,5 % соответственно;
• для легкообогатимого сорта с 44,3 до 51,6 % соответственно, т.е. интенсивно идет термическая диссоциация, сопровождающаяся потерей кислорода гематитом:
6 > 4 Еез04 + О2
что подтверждено масспектрометрическими измерениями состава газовой фазы плазмы [11]. По данным
Таблица 12
рентгеноструктурного анализа [10, 11] обработка плазмой приводит к росту фазы магнетита Ге304 и появлению фазы вюстита ЕеО.
Проведенные поисковые исследования свидетельствуют о принципиальной возможности восста-
новления слабомагнитных оксидов железа в низкотемпературной плазме как предварительной операции перед магнитным обогащением. Таким образом, следовательно, необходимо вести работу по изучению физико-химического механизма магнетизации гематита и снижению энергозатрат, используя в комплексе плазменное воздействие и восстановительный обжиг.
Таким образом, воздействие температурного поля (ИН-нагрев, тепловая энергия высоких и низких температур, низкотемпературная плазма) оказывает разупрочняющее действие на железистые кварциты.
С целью повышения эффективности процесса магнитной сепарации были проведены многочисленные исследования, которыми было установлено, что важным фактором оптимизации этого процесса является изменение в заданном направлении магнитных характеристик, созданием дополнительных центров намагничивания.
Разделение минеральных частиц при мокром магнитном обогащении происходит под влиянием магнитной силы, действующей на частицы, величина которой должна преобладать над конкурирующими силами. При этом минеральные частицы должны быть по возможности раскрыты, одноразмерны, контрастны по магнитным свойствам и бесперерыв-но перемещаться в нужном направлении с заданной скоростью. 0днако, несмотря на успехи физики и теории разделения минералов по магнитным свойствам, разработку конструкций магнитных сепараторов с применением высокоградиентных магнитных полей, при магнитном обогащении руд практически не обеспечивается селективность процесса близкая к теоретической из-за сильного магнитного взаимодействия ферромегне-титов и захвата в образовавшиеся агрегаты немагнитных частиц, наличия их полидис-персной крупности и неоднородной вкрапленности. Поэтому повышение качества железорудного сырья и снижение потерь металла с хвостами обогащения осуществляется в основном путем усложнения процессов измельчения, магнитной сепарации, обесшламливания и сгущения при одновременном освоении нового оборудования большой единичной производительности. Экономи-
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ОБОГАЩЕНИЯ АО И ПОСЛЕ ПЛАЗМЕННОЙ МАГНЕТИЗАЦИИ
_____________________________________________________В процентах
Массовая доля железа в исходной пробе концентрат е Скорость обработки г/час
общ. магн. У Р Є
Окисленная руда
39,9 7,2 19,9 54,0 26,9 36,4 Контроль
39,9 9,6 26,5 53,8 35,7 34,9 2500
39,9 9,9 29,9 54,2 40,6 33,8 1250
39,6 10,3 33,0 53,6 44,7 32,7 850
ТабЛЙпа и 10,5 35,8 53,4 48,3 31,9 220
ХИМИЧЕСКИЙ АНИМИЫ ЖЕЛУШтТПРСКВЯ—ЦИТО»
24 АО И ' ПО(8ЛЕ ТЕРМКЧЕС КОЛО, НАІ —ЕВА44 23,6 контроль
23 9 0 8 11 8 46 2 22 9 20 9 Вяпроце нтах
наимено зани«9 14,2 46,4 И сходная і ір«2б»5 4100
компонент Пегкопбпгятимый сорт
39 3 14 6 д<2 нагр ва66 0 п зсле нагі іеваз • «щелнтроль
38 ' 15 2 268,92 64 2 44/316 29 3 3/1790
38 ЦЄ2° 3 16 1 243343 64 0 45,5/9 28 8 43070
38 (ГеО 20 9 301Л,0 64 І1 5ЛІ632 26 ' 12600
Примеча не вЄ Р. д-см табЛ: 3:
ческий эффект при этом возрастает в меньшей степени, чем рост затрат на модернизацию процесса, особенно при эксплуатации руд со сложным вещественным составом, аналогичным кварцитам Михайловского ГОКа. Повышение тонины помола не только повышает потери металла при сепарации из-за снижения магнитных свойств минералов железа, но и затрудняет получение высококачественных концентратов из-за резкого роста коэрцитивной силы тонко-измельченных частиц.
Разработаны способы направленного изменения технологических свойств разделяемых частиц посредством предварительной адсорбции с помощью «реагентов» - активаторов, тонких магнетитовых частиц, на рудную поверхность и направленного изменения магнитных свойств слабомагнитных минералов.
Крупность магнетитовых частиц, закрепляющихся на поверхности рудообразующих минералах, подбирается с учетом стадийности измельчения и крупности раскрытия частиц и гидродинамических условий процесса обогащения.
Полупромышленные испытания показали практическую значимость проведенных исследований вследствие достижения прироста массовой доли железа в концентрате на 2-3 % без снижения извлечения при магнитной сепарации окисленных кварцитов в поле напряженностью 80 кА/м.
Другой способ, химико-термический (феррити-зационный) основан на введении в пульпу при перемешивании дополнительно ионов Ре+2 в концентрации 8-10 г/л, за счет которых создаются ферромагнитные ферритные образования на поверхности слабомагнитных минералов [10, 13].
Испытаниями в лабораторных условиях на окисленных железистых кварцитах и хвостах текущего производства установлено, что при концентрации ионов Ре2+ СРе+2 10г/л и рН = 9 выход магнитной
фракции увеличился в сравнении с контрольным опытом на 4 %, извлечение железа - на 6 %. С уменьшением доли двухвалентного железа в пульпе снижаются и показатели магнитного обогащения, и при концентрации ре+ ниже 5 г/л практически остаются на уровне контрольных опытов.
Таким образом, показана возможность выделения в самостоятельные концентраты в полях напряженностью 80 кА/м слабомагнитных минералов за счет адсорбции на их поверхность ферромагнитных частиц.
Установлено [18], что при предварительной обработке магнитоимпульсными полями (МИО) дробленых железистых кварцитов, которые имеют предрасположенность к явлениям магнитострикции, происходит формоизменение без изменения объема, что обеспечивает разупрочнение межзерновых связей между этими минералами.
На Михайловском ГОКе совместно с МГГУ проведены испытания по влиянию МИО на измельчаемость и обогатимость железистых кварцитов. Воздействие осуществлялось импульсным электромагнитным полем с напряженностью магнитного поля 103-108 А/м и длительностью импульса 10-3-10-2 сек.
Испытания проводились на рудной шихте текущей добычи, подготовленной до крупности минус 5 мм как при измельчении сухим способом, так и в водной среде.
Результаты испытаний при измельчении сухим способом показали, что:
• после МИО рудной шихты при последующем додрабливании в дробленом продукте увеличивается выход класса минус 0,05 мм на 0,6 %;
• прирост по классу минус 0,05 мм при измельчении обработанного материала составил 21,2 %, что на 0,93 % больше по сравнению с •к онутвреолиьчнеынми;е удельной производительности по классу минус 0,05 мм составило 7,5 %;
увеличение массовой доли железа составило - 0,93 %.
С целью определения влияния МИО при измельчении рудной шихты в водной среде проведены испытания в лабораторных условиях, МИО проводилась при соотношении Т:Ж = 4:1. Измельчение, как обработанного, так и не обработанного материала проводилась при соотношении Т: Ж = 2:1.
В результате проведенных испытаний (табл. 19) установлено:
Таблица 13
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ОБОГАЩЕНИЯ ОКИСЛЕННЫХ ЖЕЛЕЗИСТЫХ КВАРЦИТОВ АО И ПОСЛЕ ФЕРРИТИЗАЦИИ
_________________________________________________________________________В процентах
Наименование Индукция маг- Показатели магнитного Условия обра-
продукта нитного поля, Та обогащения ботки
У Р 8
Исходный 100 42,1 100 Вода
Магнитный 1,0 28,4 49,2 33,2 (контроль)
Немагнитный 71,6 24,2 66,8
Магнитный 1,0 32,4 50,9 39,2 Сре+2 =10г/л,
Немагнитный 67,6 23,8 60,8 рН = 9
Магнитный 1,0 31,6 50,0 37,5 Сре+2 =8г/л,
Немагнитный 68,4 25,0 62,5 рН = 9
Магнитный 1,0 27,5 49,3 32,2 СРе+2 =5г/л,
Немагнитный 72,5 23,1 67,8 рН = 9
Магнитный 0,5 25,8 47,2 28,9 Сре+2 =10г/л,
Немагнитный 74,2 27,5 71,1 рН = 9
Магнитный 0,7 31,3 50,1 37,2 Сре+2 =10г/л,
Немагнитный 68,7 24,5 62,8 рН = 9
Магнитный 1,0 32,4 50,9 39,2 Сре+2 =10г/л,
Немагнитный 67,6 23,8 60,8 рН = 9
Магнитный 1,2 23,0 47,2 26,0 Сре+2 =10г/л,
Немагнитный 77,0 24,0 74,0 рН = 9
Примечание: Р,8, у, д - см. табл. 3.
Таблица 14
РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ ВЛИЯНИЯ МИО РУЛНОЙ ШИХТЫ В ВОЛНОЙ СРЕЛЕ НА ИЗ-МЕЛЬЧАЕМОСТЬ И ОБОГАТИМОСТЬ
_____________________________________________________________________________________В процентах
Наименование Без МИО Обработка МИО
параметра № опыта среднее № опыта среднее
1. Массовая доля класса минус 0,05 мм после измельчения 59,00 58,60 59,00 58,87 57,60 57,20 57,40 57,40
2. Массовая доля Реобщ. в концентрате 54,90 54,80 54,60 54,77 54,50 54,60 54,40 54,50
• прирост массовой доли класса минус 0,05 мм ниже на 1,47 %;
• снижение удельной производительности по массовой доли класса минус 0,05 мм при составило 4,7 %;
• при обогащении измельченного материала, прошедшего магнито-импульсную обработку, получен концентрат с массовой долей железа общего 54,5 %, необработанного - 54,77 %;
• данный способ обработки требует дальнейших исследований.
Очевидно, что путем дозированных энергетических воздействий на поверхность железистых кварцитов Михайловского месторождения достигается изменение их физикомеханических свойств и в нужном направлении повышается контрастность технологических свойств, но любое изменение физического параметра сопряжено с дополнительными энергетическими затратами.
Завершая изложение теоретического и экспериментального материала, следует отметить целесообразность и перспективность данного научного направления для интенсификации и повышения эффективности процессов рудоподготовки и обогащения.
1. Ревнивцев В.И. О рациональной организации процесса раскрытия минералов в соответствии с современными представлениями физики твердого тела.//Совершенствование и развитие процесса подготовки руд к обогащению. - Л.: Труды Механобра, 1975.
2. Чантурия В.А. Современные проблемы обогащения минерального сырья в России. - Обогащение руд. - 2000. - № 6.
3. Потапов С.А., Чантурия В.А., Поляков В.А. и др. Влияние пучка ускоренных электронов на технологические свойства железистых кварцитов Михайловского месторождения. //Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. - 1989. - № 3.
4. Потапов А.И. Физико-техническое обоснование взрывной рудоподготовки железистых кврцитов. : Авто-реф. дис....докт.техн.наук. - М., 1985.
5. Гзогян Т.Н. Интенсификация магнитной сепарации окисленных железистых кврцитов на основе электрохимических воздействий: Автореф. дис....канд.техн. наук. - М., 1991.
6. Гзогян Т.Н. К вопросу применения физических полей для руд Михайловского ГОКа. Развитие идей И.Н. Плаксина в области обогащения полезных ископаемых и гидрометаллургии: Тез. Докл. юбил. Плаксин. чтений, Москва 10-14 окт., М. 2000.
7. Болдырев В.В., Бочкарев ГР, Вейгельт Ю.П. и др. Способ подготовки полезных ископаемых к обогащению. / А.С. № 1383492, МКИ и ВОЗД 1/00. с.19/18,1988.
8. Чантурия В.А, Дмитриева Г.М, Гзогян Т.Н. и др. Измельчение железистых кварцитов Михайловского ГОКа с применением предварительной катодной поляризации. //Новые методы и процессы в обогащении полезных ископаемых. - М.: Труды ИПКОН, 1989.
9. ЧантурияВ.А, Дмитриева Г.М, Трофимова Э.А. Интенсификация обогащения руд сложного вещественного состава. М., Наука, 1988.,206 с.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
10. Совершенствование техники переработки руды и концентрата.: Отчет о НИР /ЦЗЛ Михайловского ГОКа.-Железногорск. - 1984.
11. Малахов В.Н. О плазменной магнетизации гематита. - Курск, 1984. - Деп. в ГВИНИТИ 12.10.84, № 6659-84.
12. Заворыкина Т.К., Зильбершмидт М.Г. Гзогян Т.Н. Исследование механизма изменения свойств железной руды при высокочастотной электромагнитной обработке. //Комплексные исследования физических свойств горных пород. Москва, 28-30 января 1987. Тез. Докл.IX Всесоюзной науч. Конф. - М.: 1987.
13. А.с. 1397515 ССР, МКИ4 В ОЗ Д 1/00. Способ подготовки окисленной руды к магнитному обогащению. /Духанин В. С, Буряков В.И., Малахов В.Н. и др.
14. Заворыкина Т.К. Разработка метода управления селективным раскрытием минеральных сростков окисленной железной руды высокочастотным электромагнитным воздействием: Автореф.дис....канд.техн.наук. - М., 1989.
15. Новик Г.Я., Зильбершмидт М.Г. Управление свойствами пород в процессах горного производства. М., Недра. -1994.
16. Ряполов А.Н. Управление магнитными свойствами железных руд путем изменения их микроструктуры при взрывном воздействии.: Автореф.дис....канд.техн.наук. -М., 1982.
17. Бочкарев Г.Р., Вейгельт Ю.П, Изотов А.С. и др. Радиационные термонапряжения в минералах и их роль в процессах обогащения магнетитовых кварцитов. //Физикотехнические проблемы разработки полезных ископаемых. -2001 - № 3.
18. Патент 2026991 Россия, МКИ5 У21 С 37/18 В 02 С 19/18. Способ обработки горных пород и устройство для его осуществления. /Гончаров С.А. и др.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
,_____________________________________________________________________________________еа
Со
Гзогян Татьяна Николаевна — кандидат технических наук, начальник ЦТЛ ОАО «Михайловский» ГОК».
