Кинетика магнитной сепарации и технология доводки гранатовых концентратов Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

© Ю.С. Мостыка, Е.Н. Мостыка, 2005

УДК 622.74

Ю.С. Мостыка, Е.Н. Мостыка

КИНЕТИКА МАГНИТНОЙ СЕПАРАЦИИ И ТЕХНОЛОГИЯ ДОВОДКИ ГРАНАТОВЫХ КОНЦЕНТРАТОВ

Семинар № 19

Гранаты ранее добывались почти исключительно как ювелирные и поделочные камни. В последние годы резко возрос интерес к гранатам как техническому сырью. Расширилось применение гранатов для производства шлифшкурки и абразивного инструмента. Получила развитие технология гидроабразивной резки с применением граната. Постоянно увеличивается количество граната, используемого для очистки воды. При обработке пластмасс, цветных металлов, древесины и при гидроабразивной резке преимущества гранатов перед традиционно применяемыми абразивами, такими как электрокорунд и карбиды кремния, неоспоримы как с точки зрения экономики, так и из экологических соображений.

Годовой объем производства гранатовых концентратов составляет 380 тыс. т и возрастает ежегодно на 15 %. Основой сырьевой базы для производства гранатовых концентратов являются россыпные месторождения, расположенные в США, Австралии и Индии. На Украине гранатовые концентраты производятся в опытнопромышленных условиях на Завальевском графитовом комбинате. Однако, существенное увеличение производства гранатовых концентратов возможно только за счет вовлечения в переработку коренных руд, которые отличаются большими запасами, постоянным составом и расположены в местностях с развитой энергетической и транспортной сетью.

Для оценки обогатимости и разработки рациональных технологических

схем обогащения гранатов были изучены свойства и магнитный фракционный состав гранатсодержащих пород одного из месторождений Украинского щита.

Проба представлена гнейсом биотит-гранатовым с пироксенами (гиперстеном) и силлиманитом. Цвет породы розоватосерый. Структура полнокристаллическая среднезернистая. Размер зерен и гнезд 2-4 мм. Текстура пятнисто-вкрапленная, характеризуется равномерным распределением зерен и скоплений зерен граната во вмещающем кварц-полевошпатовом материале. По характеру расположения кристаллических компонентов текстура массивная. Основными породообразующими минералами являются: кварц (10-15 %), полевой шпат (50-55 %), гранат (10-20 %), биотит (10-20 %); в подчиненном количестве присутствуют ильменит (5-7 %), пи-роксены (2-5 %), магнетит (1-2 %).

Методика магнитного фракционирования гранатсодержащей пробы включала в себя операции классификации, сухой и мокрой магнитной сепарации основных классов крупности при изменении напряженности магнитного поля от 0,1 до 1,2 Тл. По каждому классу крупности выделено до 10 фракций с узким диапазоном изменения магнитной восприимчивости.

Гистограммы, отражающие минералогический состав магнитных фракций двух основных классов крупности, представлены на рис. 1. Немагнитные фракции состоят их кварца и плагиоклаза, в слабомагнитных присутствуют пироксены. В среднемагнитных фракциях присутст-

б) 10 60 75 90 120 160 190 220 300 950 Х> 10'9м3/кг

X, 10'9м3/кг

а) класс крупности 0,25-0,45 мм; б) класс крупности 0,12-0,25 мм гранат Щ пироксены |

І I плагиоклазы ильменит Н магнетит

-Ц биотит

О кварц

Рис. 1. Минеральный состав магнитных фракций гранат-биотитовых гнейсов: а) класс крупности

0,25-0,45 мм; 6) класс крупности 0,12-0,25 мм

вуют биотит и гранаты, причем гранаты концентрируются во фракциях сравнительно узкого диапазона магнитных свойств. Сильномагнитные фракции

сложены более чем на 40% магнетитом, присутствуют также ильменит и зерна кварца с включениями рудных минералов.

Кривые распределения магнитной восприимчивости отдельных минералов приведены на рис. 2. Как видно из рисунка, магнитная восприимчивость гранатов, биотита и пироксенов характеризуется

большими разбросами значений. При этом наблюдаются существенные пересечения диапазонов магнитных свойств этих минералов.

В частности, присутствие в исходной пробе значительного количества биотита, весьма близкого к альмандину по магнитным свойствам свидетельствует о невозможности получения высококачественного гранатового концентрата путем применения только магнитных методов обогащения. Кривые функций распределения для граната

и биотита, приведенные на рис. 3, иллюстрируют этот факт.

Таким образом, применение методики магнитного фракционирования для гранатсодержащих пород позволило исследо-

Рис. 2. Кривые распределения магнитной восприимчивости минералов, входящих в состав гранат-биотитовых гнейсов

вать минералогический состав пробы и оценить магнитные свойства минералов, входящих в ее состав, а также изучить закономерности перераспределения минералов в процессе разделения материала магнитными методами.

Для прогнозирования технологических показателей разделения гранатсодержащего сырья, состав и свойства которого приведены выше, была применена модель кинетики мокрой высокоградиентной магнитной сепарации слабомагнитных нефлокулирующих материалов, принципиальная схема которой приведена на рис. 4 [1, 2].

Результаты расчетов ожи-даемых технологических показателей обогащения гранатсодержащих пород исследуемых месторождений методом мокрой магнитной сепарации на основе модели кинетики процесса приведены на рис. 5, а. Полученные данные подтверждают выводы, сделанные на основе

Рис. 3. Содержание граната и биотита в продуктах магнитного фракционирования пробы гранат-биотитовых гнейсов

277

Исходные

данные

Описание

свойств

исходного

сырья

Режимные

параметры

процесса

сепараии

Конструк-

тивные

параметры

рабочих

зон

По По объемным

результата дифференциаль-

м но-силовым

расчетов характеристикам

траектории рабочих зон

частиц

По

эксп

ментр

ным

данв

Определение ширины зоны захвата магнитных частиц Ьф

Определение размеров тел

Ка/О

На основании теоретических расчетов

По

эксперимент

альным

:ри-

•аль-

По данным визуализации

процесса

разделения

накопления

По данным

визуализаци

и

Вычислите л ьный блок

Резуїз

ьтаты

леуний

Ожидаемр технолог] показате^] У(1)

(3®

є (О

де

^ческие

и

СепаращЕ характер] и аппаратов

онные :стики и схем

Рис. 4. Принципиальная схема расчета прогнозных технологических показателей процесса разделения слабомагнитных минералов в рабочей зоне высокоградиентного магнитного сепаратора

Таблица І

Минералогический состав чернового гранатового концентрата

Содержание в % по классам крупности Суммарное содержание

Минералы <0.08мм 0,08-0,25мм >0.25мм объем % вес. %

(5%) (45%) (50%)

Гранат З 40 ЗЗ 76 75,5

Сростки граната с биотитом (5-15%) 1 1 10 12 11,8

Ильменит зн 1 4 5 б,8

Биотит 1 2 З 6 5,1

Магнетит ед.зерна - - ед.зерна 0,8

Циркон ед.зерна - - ед.зерна

Кварц зн 1 зн 1

Пол. шпат зн зн зн зн

Пирит ед.зерна ед.зерна - ед.зерна

Рутил ед.зерна ед.зерна - ед.зерна

Серпентиноподобный минерал ед.зерна ед.зерна - ед.зерна

Монацит ед.зерна ед.зерна - ед.зерна

Гиперстен - зн - зн

Таблица 2

Гранулометрический состав гранатового концентрата

Диаметр частиц, мм + 0,б 0,б-0,З 0,З-0,25 0,25-0,2 - 0,.2

Выход фракции, % 4,5 % 47,0 % 27,0 % 18,0% 4,5 %

Таблица 3

Минералогический состав гранатового концентрата, полученного из гнейсов, и концентрата фирмы «GMA Garnet»

Минералы Минеральный состав

Концентрат из гнейсов Концентрат фирмы «GMA Garnet»

Гранат (альмандин) 97,5 % 97-98 %

Ильменит 1,0 % 1-2 %

Циркон менее 0,1% менее 0,2 %

Кварц(своб.) менее 0,5% менее 0,5 %

Биотит 1,0 % менее 0,25 %

Другие менее 0,2% менее 0,2 %

анализа кривых распределения магнитных свойств исходного материала о недостаточной эффективности магнитных методов для получения высококачественных

гранатовых концентратов непосредственно из исходного сырья.

Применение гравитационных методов обогащения на этапе, предшествующем

Таблица 4

Химический состав гранатового концентрата, полученного из гнейсов, и концентрата фирмы «GMA Garnet»

Окис лы Содержание, %

Концентрат из гнейсов Концентрат фирмы «GMA Garnet»

SiO2 34,0 36

AI2O3 16,25 20

FeO 10,2 30

Fe2O3 16,05 2

TiO2 1,15 1

P2O5 0,12 1

MnO 0,30 6

CaO 2,0 2

MgO 8,2

K2O 0,25

Na2O 0,04

П.П.П. 10,27

магнитной сепарации, позволило помимо удаления шламов и частично кварца и полевого шпата, существенно снизить содержание биотита, что обеспечило повышение контрастности магнитных свойств материала, а, следовательно, и эффективности магнитной сепарации. Результаты расчета ожидаемых показателей обогащения пробы гранатсодержащих пород после гравитационного обогащения показаны на рис. 5 б.

Как показывают результаты расчета ожидаемых технологических параметров обогащения гранат-биотитовых гнейсов, выполненные на основе предлагаемой автором модели кинетики процесса ВГМС, только применение в голове процесса гравитационных методов обогащения позволяет ожидать после однократного применения мокрой магнитной сепарации получения чернового гранатового концентрата с необходимым (более 90 %) содержанием граната. Доводка чернового концентрата методами сухой магнитной сепарации и электросепарации позволяет получить продукцию, соответствующую требованиям рынка (96-98 % граната).

б) *•*

100 80 "

60 "

40 ' ‘

" 1 20 "

------------1-------------1-------------1-------------1-------------1-----------

0 20 40 60 80 100 t.ccK

Рис. 5. Ожидаемые технологические показатели обогащения пробы гранат-биотитовых гнейсов: а) без обогащения на винтовом сепараторе; б) после обогащения на винтовом сепараторе; 1 - выход магнитного продукта; 2 - содержание граната в магнитном продукте; 3 - извлечение граната в магнитный продукт

Разработанная и проверенная в лабораторных и опытно-промышленных условиях технология получения гранатовых концентратов из гнейсов биотит-гранатовых включает операции измельчения, классификации, дешлама-ции, гравитационного обогащения, мокрой и сухой магнитной сепарации, а также электросепарации.

В табл. 1 приведены результаты минералогического анализа проб чернового гранатового концентрата, полученного из биотит-гранатовых гнейсов. Основными примесными минералами в черновом концентрате, как прогнозировалось по данным магнитного фракционного анализа сырья, являются биотит и ильменит.

После доводки чернового концентрата методами сухой магнитной и электрической сепарацией был получен кондицион-

Таблица 5

Физические характеристики гранатового концентрата, полученного из гнейсов, и концентрата фирмы «GMA Garnet»

Физические характеристики Показатели

Концентрат из гнейсов Концентрат фирмы «GMA Garnet»

Объемная плотность 2,2 г/см3 2,3 г/см3

Удельный вес 4,1.0 г/см3 4,10 г/см3

Твердость ( по Моосу) 7,5 7,5-8,0

Точка плавления 1250° 1250°

Форма естественных зерен остроугольные угловатые

Проводимость 15 мс/м 10-15 мс/м

Радиоактивность не выявлена не выявлена

Поглощение влаги не гигроскопичен не гигроскопичен

Свободное железо 0,002 % менее 0,01 %

Медь менее 0,01 % менее 0,01 %

Другие тяжелые металлы 0,001 % менее 0,01 %

Сера менее 0,01 % менее 0,01 %

ныи гранатовый концентрат с содержанием граната 96,5 %

Выполненные исследования химического состава и физических свойств полученного гранатового концентрата показа-

ли, что его качество не уступает качеству концентратов, производимых известными фирмами «Barton», «Western Garnet», «GMA Garnet» (табл. 2-5).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Мостыка Ю.С. Кинетика мокрой высокоградиентной магнитной сепарации // Збагачення корисних копалин: Наук.-техн. зб. - 2003. - Вип №. 18(59) - С.118-29.

2. Мостика Ю.С., Шутов В.Ю., Ахмет-

шина И. В. Разработка математической модели

процесса улавливания слабомагнитных частиц в шаровой рабочей зоне ВГМС//Теория и практика процессов разделения - Одесса: ОГМА,1994. - С. 43-47.

— Коротко об авторах

МостыкаЮ.С., МостыкаЕ.Н - Национальный горный университет, Днепропетровск, Украина.