CC BY
180
1АР 25
1ЛД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ ГОРНЯ1 10СКВА.^МГГУ.я31яянваряя-я4яфевраляя2(
^ В.А. Арсентьев, ВА. Сентемова, \.О. Ядрышников, 2000
УДК 622.7
В.А. Арсентьев, ВА. Сентемова,
А.О. Ядрышников
ИЗМЕНЕНИЕ ТОПОЛОГИИ СХЕМ МАГНИТНОГО ОБОГАЩЕНИЯ ЖЕЛЕЗНЫХ РУД С ЦЕЛЬЮ СНИЖЕНИЯ ЭНЕРГОЗАТРАТ
Основными производителями железорудных концентратов в России являются обогатительные фабрики по переработке тонковкра-пленных магнетитовых руд. Цены на их продукцию вышли на мировой уровень. Одновременно растет себестоимость производства из-за неизбежного приближения цен на энерго- и материальные ресурсы к мировым. В этих условиях еще большее значение приобретает снижение издержек производства и повышение качества выпускаемой продукции.
Проблемы энергосбережения, рассматриваемые нами на примере наиболее крупных предприятий: АО «Карель-ский окатыш», АО «Качканарский, Стойленский, Михайловский и Лебединский ГОКи», являются общими и для других ГОКов.
Технология переработки тонковкраплен-ных магнетитовых руд включает рудоподго-товку и обогащение путем магнитной сепарации.
Дробление руды осуществляется в три стадии. Замкнутый цикл дробления в третьей стадии имеется только на АО «Карельский окатыш» и АО «Стойленский ГОК» Крупность дробленой руды в 1998 г. составила: на АО «Карельский окатыш» - 91 % - 15 мм, на АО «Качканарский ГОК» - 85 % - 25 мм, на АО «Михайловский ГОК» - 93 % - 25 мм, на АО «Стойленский ГОК» - 97 % -18 мм.
Магнетитовые тонковкрапленные кварциты отличаются высокой прочностью и тонким прорастанием рудных и нерудных минералов, что определяет необходимость их измельчения при получении высококачественных концентратов до крупности менее 50-40 мкм.
Измельчение производится в три стадии в шаровых мельницах, кроме АО «Карельский окатыш» и АО «Качканарский ГОК», где в первой стадии использованы стержневые мельницы.
На Лебединском ГОКе запроектирована схема рудного самоизмельчения в ММС-70-23 и МРГ 40x75 (1-ая фабрика) и ММС-90-З0А и МРГ-55-75 (II и III фабрика).
Принципиальное построение технологических схем обогащения тонков-крапленных магнетитовых руд заключается в стадиальном измельчении и магнитном обогащении с выделением отвальных хвостов в каждой стадии обогащения. На одной секции Стойленского ГОКа и на Качканарском ГОКе обогащение начинается с сухой магнитной сепарации руды.
Доводка концентратов тонким грохочением в сочетании с классификацией в гидроциклонах и дешламацией применяется только на АО «Карельский окатыш» На доводочном отделении АО «Лебединс-кий ГОК» производится высококачественный концентрат для металлизованных окатышей с содержанием железа 70 % и кремнезема 2,4 %. Схема включает доизмельчение магнетитового концентрата от крупности 90-92 % - 44 мкм до крупности 98 % - 44 мкм., операции дешла-мации и несколько приемов мокрой магнитной сепарации.
Технико-экономические показатели обогащения тонковкрапленных магнетитовых руд на ГОКах России за 1998 г. приводятся в табл. 1.
Как следует из таблицы, доля энергозатрат в себестоимости передела обогащения составляет 42-48 %, и ввиду роста стоимости электроэнергии, она продолжает увеличиваться.
Таблица 1
СВОДНЫЕ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ОБОГАЩЕНИЯ ТОНКОВКРАПЛЕНЫХ МАГНЕТИТОВЫХ РУД НА ГОКах РОССИИ ЗА 1998 Г.
Показатели Ед. измере ния АО
«Лебединский ГОК» «Стой- ленский ГОК» «Михай- ловский ГОК» «Карель ский ока тыш» «Качканарский ГОК»
Исходная руда (натур, масса) тыс. т 39755,145 18181 28072,200 19327,756 35308.4
Производство концентра-та (натур, масса) тыс. т 16021 8280 9712 7390,58 6584,14
Содержание железа общего магнитного %
в руде % 32,29 25,48 34,19 27,09 39,86 19,88 30,14 25,38 15,77 11,1
в концентрате % 68,47 66,65 65,77 67,9 59,7 (агл.)
62,5 (оком.)
в хвостах % 10,65 1,43 10,4 1,66 27,83 1,02 9,51 2,35 6,20 0,76
Выход концентрата % 37,42 42,3 31,7 35,33 17,24
Извлечение железа в концентрат
общего магнитного % 79,36 96,48 82,5 52,31 96,49 79,60 94,02 67,46 94,34
Крупность концентратов 93 %-40 мКм 85 %-40 мКм 95 %-50 мКм 95 %-50 мКм 82 %-71 мКм 93 %-71 мКм
Расход электроэнергии кВт.ч 22,5 25,6 29,1 20,6 15,5
т.руды
Доля энергозатрат в себестоимости передела % 44,3 48,4 41,9 47,8
Распределение энергозатрат по операциям, представленное в табл. 2, показывает, что наиболее значительная их часть приходится на измельчение (53-67 %), на мокрую магнитную сепарацию - только 1,5-2,5 %.
Однако совершенствование технологических схем и оборудования для магнитной сепарации позволило бы уменьшить количество измельчаемого материала, сократить необходимое количество мельниц и снизить
Таблица 2
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЭНЕРГОЗАТРАТ ПО ОПЕРАЦИЯМ РУДОПОДГОТОВКИ И ОБОГАЩЕНИЯ НА ГОКах РОССИИ, ПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ ТОНКОВКРАПЛЕННЫЕ МАГНЕТИТОВЫЕ РУДЫ
Наименование передела Расход электроэнергии на АО (в %)
Михайловский ГОК Лебединский ГОК Стойленский ГОК «Карельский окатыш» Качканарский ГОК
Дробление 5,3 1,0 5,7 7,9 7,0
Измельчение и классификация Обогащение (ММС и др.) Обезвоживание концентрата 66,5 65,0 52,9 66,9 60,4
1,4 2,0 2,4 15,1 2,0
11,4 6,6 14,9 3.4
Хвостовое хозяй ство и оборотное водоснабжение 15,4 25,4 24,1 10,1 27.2 '
Всего 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0
Таблица 3
РЕЗУЛЬТАТЫ СИТОВОГО АНАЛИЗА ПРОДУКТОВ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ И ОБОГАЩЕНИЯ ОБОГАТИТЕЛЬНОЙ ФАБРИКИ АО «КАЧКАНАРСКИЙ ГОК»
Проект Классы крупности, мкм Выход, % Содержание, железа, %о Извлечение железа, %
+500 1,6 27,0 0,8
Концентрат +200 10,8 32,6 6,7
II ст. ММС + 100 17,8 46,1 15,3
после II стадии +71 34,7 56,9 36,9
(измельчения) -71 35,1 61,5 40,3
Итого 100 53,5 100,0
+500 2,3 25,1 1,1
Пески +200 16,3 33,1 10,4
гидроциклонов + 100 26,2 46,3 23,4
II ст. +71 33,1 60,2 38,4
-71 22,1 62,6 26,7
Итого 100,0 51,9 100,0
+200
Слив +100 6,8 26,8 3,4
гидроциклонов +71 18,8 48,3 17,0
II ст. -71 74,4 57,1 79,6
Итого 100,0 53,4 100,0
тем самым расход потребляемой электроэнергии.
В данной статье предлагается с этой целью изменить топологию схем магнитного обогащения введением операции частичного выделения высококачественных концентратов после 2-ой стадии измельчения, используя для этого мокрую магнитную сепарацию в слабых магнитных полях.
На отечественных фабриках мельницы работают в замкнутых циклах с гидроциклонами, в которых происходит классификация как по крупности, так по плотности и форме зерен. В результате мелкий магнетит остается в основном в песках гидроциклона, а минералы породы и сростки - в сливе. Это подтверждается ситовыми анализами продуктов обогащения. На АО «Качканарский ГОК», например, в классах - 71 мкм песков гидроциклона содержится 62,6 % железа, а слива гидроциклона - 57,1 % железа (табл. 3.). Из этой же таблицы следует, что уже после второй стадии измельчения концентраты и пески гидроциклона содержат 35-55 % готовых концентратов в классе - 71 мкм.
Гранулометрическая характеристика концентратов и песков гидроциклонов II стадии измельчения на АО «Лебединский и Стойленский ГОК», а также АО «Карельский ока-
тыш» показывает, что в них содержится до 70 % раскрытого магнетита, который необходимо выделить в концентрат во избежание его дальнейшего переизмельчения и ошла-мования (табл. 4). Большое количество готового продукта в циркуляционной нагрузке мельницы, благодаря буферному действию, снижает эффективность шаровой загрузки и содержание крупного класса в мельнице, что приводит к уменьшению ее производительности.
На отечественных фабриках мокрая магнитная сепарация производится на барабанных сепараторах с полупротивоточными ваннами, за исключением первой стадии, где при крупности 2-0 мм используют прямоточные или противоточные ванны.
Сепараторы ПБМ имеют напряженность магнитного поля 80-96 кАм (1000-1200э), что обеспечивает отделение магнетита от минералов породы, но не от его сростков с породой. Это является одной из причин отсутствия стадиального выделения концентратов в схемах обогащения магнетитовых руд.
Извлечение магнитного железа в первой стадии сепарации, где выделяется основная часть хвостов, равно 98-99 %, но в магнитных продуктах содержится еще 15-25 % пустой породы. С целью увеличения производи-
Таблица 4
ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОДУКТОВ ВТОРОЙ СТАДИИ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ АО «КАРЕЛЬСКИЙ ОКАТЫШ», АО «СТОЙЛЕНСКОГО», «ЛЕБЕДИНСКОГО» И «МИХАЙЛОВСКОГО» ГОКов
Продукты Крупность АО «Карельский АО «Стойленский АО «Лебедин АО «Михайлов
мкм окатыш» ГОК» ский ГОК» ский ГОК»
Выход, Содер. Выход, Содер. Выход, Содер. Выход Содер.
% железа, % % железа, % % железа, % % железа %
+200 — — — 3,7 40.7
Концен- + 100 7,6 16,5 3,3 18,2 — 10,0 46,0
трат +70 28,3 40,5 11,0 37,9 6,2 41,4
магне- +50 17,6 64,0 14,5 61,7 7,3 53,0
тита +40 17,1 66,2 8,7 58,1
-40 47,0 70,6 67,2 67,5 79,3 66,2 70,3 64,0
Всего: 100,0 57,2 100,0 61,4 100,0 64,0 100,0 60,0
+200 4,8 44,5 0,7 26,5
Пески +100 5,9 31,6 *4,6 *40,6
гидро- +70 23,4 57,6
цикло- +50 *7,4 1*70,2 *23,7 *62,1
нов +40
-40 58,5 69,8 71,0 70,0
Всего: 100 0 63 5 100 0 66 5
тельности сепараторов непрерывно увеличивались их размеры - диаметр барабана и его длина. При этом достигалось более высокое извлечение железа в концентрат, но качество концентрата ухудшалось, т.к. при увеличении диаметра барабана росла продолжительность пребывания материала в зоне действия магнитного поля.
Мокрое магнитное обогащение на зарубежных фабриках имеет характерную особенность: в одной и той же технологической схеме применяют магнитные сепараторы с различной напряженностью магнитного поля, разным числом полюсов магнитной системы, ваннами различных конструкций и барабанами различной длины и диаметров. В первой стадии обогащения для максимального удаления хвостов иногда применяют перечистки магнитной фракции.
Напряженность магнитного поля зарубежных мокрых магнитных сепараторов уменьшается от 80 кА/м (1000э) в первой стадии до 32 кА/м (400э) в последней. Это обеспечивает сброс бедных хвостов и более высокое извлечение железа в магнитный продукт на первой стадии сепарации и более высокое качество - в последующих операциях. Так, сепаратор фирмы БДЬД имеет магнитную систему в зоне набора напряженностью
112 кА/м (1400э) и постепенно уменьшающуюся напряженность в зоне обезвоживания до 48 кА/м (б00э)
Направление повышения производительности мокрых магнитных сепараторов и напряженности, принятое в отечественных магнитных сепараторах, не может рассматриваться однозначно, т.к. при этом в последних стадиях мокрой магнитной сепарации требуются многократные перечистки для отделения магнетита, обладающего собственной высокой остаточной намагниченностью, от сростков его с минералами породы.
Это подтверждается опытами магнитной сепарации, проведенными на продуктах второй стадии измельчения АО «Карельский окатыш», АО «Стойленский, Лебединский и Качканарский» ГОКи.
Результаты опытов с различной напряженностью магнитного поля при мокрой магнитной сепарации продуктов после 2-ой стадии измельчения представлены в табл. 5 и на рис. 1. При снижении напряженности магнитного поля с 1000 до 200э прирост содержания железа в магнитном продукте возрастает более чем в 2 раза. Качество немагнитного продукта при этом ухудшается, но он может рассматриваться, как промпродукт, и направляться на доизмельчение.
Рис. 1. Влияние напряженности маг-
нитного поля на показатели мокрой магнитной сепарации
При исследовании полученных продуктов АО «Стойленский ГОК» установлено, что при снижении напряженности магнитного поля до 200э в немагнитную фракцию удаляются, в основном, сростки магнетита с породой, а также частицы породы с мелкими включениями магнетита крупностью 3-10 мкм . Немагнитная фракция содержит 34 %, а магнитная - 64 % класса - 50 мкм. Потерь тонкого магнетита в немагнитной фракции не наблюдалось.
Таким образом, мокрая магнитная сепарация в постоянном магнитном поле напряженностью 200-300э может быть использована для стадиального получения концентратов из продуктов после 2-ой стадии измельчения, направляемых в настоящее время на 3-ю стадию измельчения, или из циркулирующей нагрузки мельниц третьей стадии измельчения
На основании выполненных исследований предложены схемы стадиального получения концентратов на АО «Стойленский ГОК» из циркулирующей нагрузки в замкнутом цик-ле измельчения III стадии (на песках дешлама-тора МД-8 - 2-ая стадия) и на АО «Лебединский ГОК» из циркулирующей нагрузки III стадии измельчения (концентрат 4 стадии сепа-
рации), показанные на рис. 2. Стадиальное выделение 20 % концентрата на АО «Стойленский ГОК» и 15 % на АО «Лебединский ГОК» позволило бы высвободить одну мельницу МЩЦ, 55x65 Ш стадии на АО «Стойленский ГОК» и 2 мельницы МГР 55x75 III стадии на З-й фабрике АО «Лебединский ГОК».
В технико-экономическом расчете* эффективности стадиального получения концентратов путем мокрой магнитной сепарации в слабом поле на АО «Стойленский и Лебединский ГОК» учитывался только фактор снижения объема измельчительного оборудования, хотя очевидно, что при стадиальном получении концентратов повыша-
Расчеты выполнены д.т.н. В.Ф. Барановым ется их качество и извлечение железа в концентрат в связи со снижением переизмель-чения магнетита в последней стадии.
Годовая экономия эксплуатационных расходов (в долларах США) определена с учетом прироста энерго- и материальных ресурсов и складывается из экономии электроэнергии за счет вывода из эксплуатации мельниц 3-ей стадии, экономии шаров и футеровки, уменьшения затрат на ремонт и т.д.
В качестве основного показателя экономической эффективности принят срок окупаемости капитальных вложений и сокращение расхода электроэнергии.
Выполненные расчеты показали, что предлагаемые технологические схемы не требуют больших капитальных затрат в строительство новых сооружений и приобретение зарубежного оборудования, тем не менее позволяют при условии их реализации не только снизить энергозатраты примерно на 10 % на тонну концентрата, но и обеспечить увеличение стоимости продукции за счет ее качества. Срок окупаемости инвестиций составляет 10-14 месяцев
Метод мокрой магнитной сепарации в по-
стоянном магнитном поле пониженной напряженности может быть конкурентоспособным обратной флотации и операции тонкого грохочения, применяемым в зарубежной практике при доводке магнетитовых концентратов, т.е. для разделения магнетита и сростков его с породой.
Таким образом, совершенствование технологии и оборудования для мокрой магнитной сепарации является одним из эффективных экологически безопасных способов снижения энергозатрат на измельчение, для реализации которого требуется изготовление сепаратора и проведение промышленных испытаний.
1. Усачев П.А. «Энергосберегающая технология производства высококачественных железорудных концентратов» Горный вестник 1999 г.
2. Звегинцев А.Г., Якубай-лик Э.К., Усов М.А., Ганженко И.М. Новый способ магнитной сепарации минералов в импульсных градиентных полях. «Горный журнал», 1999 г., №2.
3. Чантурия В.А., Першу-ков В.А., Першуков А.А., Бело-моин С.В. Анализ энергозатрат при обогащении железорудного сырья. Горный журнал №1-2, 1996 г.
4. Бикбов А.А., Нечунаева В.В. Ресурсоэкономная технология обогащения магнетито-вых руд. Материалы Всесоюзного совещания «Комплексное
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
освоение минеральных ресурсов Севера и Северо-Запада СССР». Петрозаводск 1990 г.
5. Малый Б.М., Фидельман Б.Ф., Арсентьев В.А., Кулакова Л.Г. Обогащение магнетитовых кварцитов по усовершенствованным технологическим схемам. Новые способы и аппараты для обогащения руд черных металлов. М., «Недра», 1986 г.
/-------------------------7
Арсентьев В.А. - доктор технических наук, АОЗТ «Мехнабор
кОРОТКп инжиниринг».
Л™* у Сентемова В.А. - кандидат технических наук, АОЗТ «Мехна-
0 СЮІІГ^ / бор инжиниринг».
/ Ядрышников А.О. - АОЗТ «Мехнабор инжиниринг».
/
Таблица 5
РЕЗУЛЬТАТЫ МОКРОЙ МАГНИТНОЙ СЕПАРАЦИИ ПРОДУКТОВ II СТАДИИ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ ПРИ РАЗЛИЧНОЙ НАПРЯЖЕННОСТИ
Рис. 2. Технологические схемы стадиального получения концентратов на АО «Стойленский ГОК»
и АО «Лебединский ГОК» (3-я фабрика)
