Магнитно-импусльная обработка (МИО) железистых кварцитов с целью их разупрочнения перед измельчением в мельница Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

---------------------------------------- © С.А. Гончаров, П.П. Ананьев,

В.П. Бруев, Т.Н. Гзогян, В.А. Болдырев, С.М. Ряховский, 2004

УДК 621.926:53

С.А. Гончаров, П.П. Ананьев, В.П. Бруев, Т.Н. Гзогян,

В.А. Болдырев, С.М. Ряховский

МАГНИТНО-ИМПУЛЬСНАЯ ОБРАБОТКА (МИО) ЖЕЛЕЗИСТЫХ КВАРЦИТОВ С ЦЕЛЬЮ ИХ РАЗУПРОЧНЕНИЯ ПЕРЕД ИЗМЕЛЬЧЕНИЕМ В МЕЛЬНИЦАХ

~П последние 30-40 лет в связи с науч-

-Я-М но-техническим прогрессом и интенсивным развитием энергоемких производств стремительно возрастает энергопотребление во всех странах и во всех отраслях. Практически до 50 % в себестоимости продукции занимают энергозатраты. В связи с этим энергосбережение является проблемой номер один в мировом масштабе. В наиболее развитых странах эта проблема решается довольно успешно. Например топливно-энергетические затраты (Мдж) на 1 долл. валового национального продукта (ВНП) по некоторым странам составляют: Швеция «12; Франция « 12; Германия и 15; США *23; Россия и 35; Китай и 45; Венгрия и 52 [1].

Одним из наиболее энергоемких производств (после алюминиевой промышленности) является промышленность черной металлургии.

Ориентировочные расчеты показывают, что материальные и энергетические затраты на 1 т готового проката в России на 30 - 50 долл. США выше, чем на современных предприятиях за рубежом.

Общее потребление энергоресурсов промышленностью черной металлургии России составляет 25 % от производимых топливноэнергетическим комплексом страны, в том числе 16,5 % - металлургическое производство, 5,5 % -горнорудное производство и 3 % - прочие переделы, включая экологию.

В настоящее время горнорудные предприятия России добывают и перерабатывают ежегодно примерно 220 млн.т. железной руды. Средний расход энергии на добычу и перера-

ботку 1 т железной руды в России составляет примерно 45 кВт.ч, из них примерно 30 кВт.ч затрачивается на процессы разрушения (бурение и 0,5 кВт.ч/т, взрывание и 0,6 кВт.ч/т, дробление и 3 кВт.ч/т, измельчение и 26 кВт.ч/т). Таким образом железорудные предприятия России ежегодно потребляют примерно 10 млрд. кВт.ч энергии - это половина электроэнергии, вырабатываемой Красноярской ГЭС. Примерно 70 % энергии от общих энергозатрат на железорудных предприятиях России расходуется на процессы разрушения руды, из них примерно 60 % - на измельчение в мельницах. В себестоимости готового продукта (концентрата) процессы разрушения составляют в РФ примерно 60 %, в том числе процесс измельчения примерно 50 %.

В связи с изложенным проблема снижения энергозатрат при добыче и переработке железистых кварцитов имеет важное народнохозяйственное значение. В первую очередь это относится к такому энергоемкому процессу как измельчение руды в мельницах.

Все оргмероприятия по снижению энергоемкости измельчения руды в мельницах в настоящее время практически исчерпаны. Существенно снизить энергоемкость измельчения руды в мельницах возможно на основе ее разупрочнения при воздействии импульсного электромагнитного поля. При этом в минералах ферромагнетиках, пьезострикторах и электро-стрикторах при определенных параметрах импульсного электромагнитного поля протекают известные в природе явления: магнитострик-ция, обратный пьезоэффект, электрострикция.

Исходная проба

~I

Усрегтнеиие

Деление на делителе джонса

1/2

Измельчение

___________"^Ситовый анализ

+0,1 -0,1+0,074 -0,074+0,1

044 -0,044

І—I '-'

1/2

мйо

Т

Ситовый анализ

Измельчение

Ситовый анализ

+0,1 -0,1+0,074 -0,074+0.044 -0,044

I________I I_______________I

Магнитная сепарация

ЭЕМ-40_______________

| маги. немагн. ^

+0,1 -0,1+0,074 -0,074+0,044 -0,044

I_________I__ I______________I

Магнитная сепарация

ЭЕМ-40_______________

^ магн. немагн. ^

раздельно

сгущение

сушка

сгущение

сушка

Схема проведения экспериментов по влиянию магнитно-импульсной обработки на показатели измельчения и магнитной сепарации пробы железистых кварцитов Михайловского ГОКа

При наличии этих явлений на границах минералов ферромагнетиков (таким является магнетит) и минералов пьезострикторов и электро-стрикторов (таким является кварц) возникают растягивающие и сдвиговые напряжения, которые приводят к разупрочнению межзерновых связей [2].

Так как энергоемкость деформирования и соответственно энергоемкость разрушения упругих тел пропорциональны пределу прочности в квадрате и учитывая, что предел прочности пород на растяжение примерно в 10 раз меньше предела прочности на сжатие, а предел прочности на сдвиг примерно в 7 раз меньше предела прочности на сжатие, то энергоемкость разрушения пород растяжением или сдвигом будет соответственно в 100 и 49 раз меньше энергоемкости их разрушения сжатием.

Магнитно-импульсную обработку руды (МИО) перед подачей ее в мельницу на обогатительных фабриках следует осуществлять путем пропускания через отрезок диэлектрического трубопровода на котором размещена система электромагнитных катушек, генерирующих импульсы переменного электромагнитного поля с частотой следования до 100 Гц. При такой частоте даже при свободном падении руды в трубопроводе она будет успевать обрабатываться импульсным электромагнитным полем.

Исходя из требуемой производительности, диаметр проходного сечения индуктора должен составлять около 300 мм. Конструкция индуктора должна предусматривать систему воздушного охлаждения для отвода тепловой мощности 1,5-2 кВт. Электромагнитные катушки получают питание от генераторов импульсного тока, расположенных в непосредст-

венной близости или в нескольких десятках метров от них и в свою очередь получающих питание от стандартной сети 220/380 вольт. В зависимости от конкретных условий применения электромагнитные катушки могут иметь различную индуктивность. Кроме того, для выбора оптимального режима требуется изменять частоту повторения импульсов магнитного поля в диапазоне от 10 до 100 Гц. Частоту колебаний в катушке также необходимо подбирать в зависимости от состава руды и других условий МИО в диапазоне 1-20 Кгц.

Для проведения испытаний по влиянию МИО на разупрочнение железистых кварцитов и их технические параметры обогащения была разработана и создана лабораторная установка, позволяющая обрабатывать пробы массой до 1 кг. Энергоемкость обработки составляла примерно 0,1 кВт.ч/ т руды. Испытания проводились в два этапа. На первом этапе испытания проводились во ВНИИХТе при полной имитации реальной схемы цепей аппаратов в соответствии с промышленным регламентом Михайловского ГОКа.

На пробах железистых кварцитов Михайловского ГОКа была поставлена серия экспериментов по схеме (рисунок).

Исходная проба концентрата (пески гидроциклона после первой стадии измельчения и магнитной сепарации) была разделена на две равные части из которых методом квартования отобрана контрольная навеска, которая балы дважды подвергнута гранулометрическому

Таблица 1

Гранулометрический состав исходной руды

Гранулометрический состав доизмельченной исходной пробы

анализу вмокрую путем рассева на плетеных ситах с размером отверстий 0,1 мм; 0,074 мм и 0,044 мм. Результаты гранулометрического состава исходной руды представлены в табл. 1.

После ситового анализа контрольная проба была направлена на химический анализ на содержание железа общего, которая по двум параллельным определениям составила 39,5 и 41,0 %.

Первая половина навески была подвергнута доизмельчению в шаровой мельнице объемом 7 литров в течение 15 минут при соотношении Т : Ж : Ш = 1 : 1 : 6. Шаровая загрузка представляла собой набор железных шаров диаметром от 10 до 40 мм.

После проведения цикла доизмельчения исходная навеска трижды подвергалась гранулометрическому анализу по классам крупности 0,1; 0,074 и 0,044 мм, подсгущалась до плотности 35-40 % твердого и поступала на магнитную сепарацию. Результаты гранулометрического состава доизмельченной пробы представлены в табл. 2.

Для магнитного обогащения использовали мокрый барабанный сепаратор типа ЭБМ-40 с напряженностью магнитного поля в рабочей зоне 0,1-0,25 Тл. Для смыва магнитного продукта подавалась вода в количестве 10 литров в мин.

После проведения магнитной сепарации продукты разделения сгущались, обезвоживались на фильтре, сушились при температуре 70-80 град в сушильном шкафу и подвергались химическому анализу на содержание общего железа.

Результаты магнитной сепарации доизмельченной исходной пробы руды представлены в табл. 3.

Вторая половина пробы подвергалась предварительной магнитно-им-пульсной обработке в двух режимах и в дальнейшем обрабатывалась в тех же условиях, что и первая половина пробы. (Режимы обработки не приводятся, т.к. это является ноу-хау).

В табл. 4 представлены сравнительные результаты магнитной сепарации доиз-мельченного материала с

Классы Выход фракций, %

крупности, мм 1-й рассев 2-й рассев 3-й рассев Среднее

- 1,0 + 0,1 12,7 15,1 14,9 14,2

- 0,1 + 0,074 24,2 26,6 21,5 24,1

- 0,074 + 0,044 22,1 19,5 23,7 21,8

- 0,044 41,0 38,8 39,9 39,9

Исходная 100,0 100,0 100,0 100,00

Классы Выход фракций, %

крупности, мм 1-й рассев 2-й рассев Среднее

- 1,0 + 0,1 63,8 61,5 62,7

- 0,1 + 0,074 19,6 19,8 19,7

- 0,074 + 0,044 9,8 10,9 10,3

- 0,044 6,8 7,8 7,3

Исходная ~ Таолипа 2 100,0 100,0 100,0

Таблица 3

Результаты магнитной сепарации доизмельченной пробы руды в зависимости от напряженности поля магнитного сепаратора

Продукт Напряженность поля 0,1 Тл 5 А (0,82 -10 ) м Напряженность поля 0,15 Тл 5 А (1,23 -10 ) м Напряженность поля 0,25 Тл 5 А (2,05 -10 ) м

Выход, % Реобщ , % Выход, % Ре общ , % Выход, % Ре Общ , %

Содержание Извлечение Содержание Извлечение Содержание Извлечение

Магнитный 66,0 49,4 75,0 79,3 46,8 86,3 92,6 44,4 96,0

Немагнитный 34,0 32,0 25,0 20,7 28,5 13,7 7,4 23,1 4,0

Исходный 100,0 43,5 100,0 100,0 43,0 100,0 100,0 42,8 100,0

Таблица 4

Сравнительные результаты магнитной сепарации доизмельченной исходной пробы без МИО и с МИО

Продукт Без обработки С обработкой режим-1 С обработкой режим-2

Выход, РЄобщ , % Выход, Реобщ , % Выход, РЄобщ , %

% Содержание Извлечение % Содержание Извлечение % Содержание Извлечение

Магнитный 66,0 49,4 75,0 66,3 53,1 80,4 69,6 50,5 81,4

Немагнитный 34,0 32,0 25,0 33,7 25,5 19,6 30,4 26,4 18,6

Исходный 100,0 43,5 100,0 100,0 43,8 100,0 100,0 43,2 100,0

Таблица 5

Гранулометрический состав продуктов до и после измельчения

Классы Массовая доля класса крупности %

крупности, Контрольная проба Обработанная проба

мм До измельч. После измельч. До измельч. После измельч.

+ 0,050 80,6 37,9 80,0 34,0

- 0,050 + 0,040 4,8 12,8 5,4 12,3

- 0,040 14,6 49,3 14,6 53,7

Итого: 100,0 100,0 100,0 100,0

прирост готового класса 4,4%

Таблица 6

Распределение оксидов железа и кремния по классам крупности

Классы крупности, мм Проба %

Контрольная Обработанная

Выход ре2о3 Выход Ре2Оъ бю2

+ 0,050 37,9 54,75 28,4 34,0 55,14 24,8

- 0,050 + 0,04 12,8 60,9 19,23 12,3 61,59 17,74

- 0,04 49,3 56,51 24,4 53,7 56,66 24,2

Итого: 100,0 56,41 25,25 100,0 56,76 23,61

прирост + 0,35 - 1,64

Таблица 7

Результаты магнитного обогащения контрольной и обработанной проб

Продукт Проба %

Контрольная Обработанная

Выход Ре общ Извлечение Выход Реобщ Извлечение

Магнитный 64,5 62,0 77,65 65,6 62,6 79,62

Немагнитный 35,5 32,3 22,35 34,4 30,4 20,38

Исходная 100,0 51,5 100,0 100,0 51,5 100,0

Прирост + 1,0 + 0,6 + 1,97

предварительной МИО и без нее, проведенной при напряженности магнитного поля в магнитном сепараторе 0,1 Тл.

Как показывают данный табл. 4 в результате предварительной МИО в режиме-1 выход магнитной фракции (по сравнению с базовым опытом без обработки) не изменился, однако при этом массовая доля железа в магнитной фракции возросла с 49,1 до 53,1 %. Общий прирост извлечения в магнитную фракцию составил 5,4 % по отношению к базовому опыту без обработки.

Выход магнитной фракции после обработки в режиме 2 увеличился на 3,3 %, содержание железа осталось на уровне базового опыта (50 %), общее извлечение возросло на 6,4 %. Таким образом, проведенный комплекс исследований на железистых кварцитах Михайловского ГОКа позволил выявить положительное влияние МИО на показатели магнитной сепарации. В результате МИО произошло более полное раскрытие полезного компонента на стадии измельчения (количество шламовых фракций сократилось

более чем на 12 отн. %) за счет чего возросло содержание железа в магнитном концентрате и повысилось общее извлечение.

Для проведения 2-го этапа испытаний на Михайловском ГОКе была отобрана накопи-

тельная проба песков Г/Ц 360 с массовой долей железа общего 51,5 %.

Магнитно-импульсная обработка проб проводилась в НИ «Центр высоких технологий», мокрое измельчение проб производилось в ГУП ВНИИХТ, минералогический анализ, оценки грансостава, магнитная сепарация и химанализ проводились на Михайловском ГОКе.

Исходная проба была разделена на две части, из которых одна являлась контрольной, а другая была подвержена обработке на макете опытно-промышленной установки для МИО. После обработки проба подвергалась измельчению, магнитной сепарации и контролю согласно штатному регламенту Михайловского ГОКа. В аналогичных условиях обогащалась и контрольная проба.

Гранулометрический состав до и после измельчения проб представлен в табл. 5.

Минералогическим анализом установлена, что в обработанной пробе по сравнению с контрольной увеличилось содержание свободных рудных минералов на 1,9 %, а нерудных -уменьшилось на 0,9 %; степень раскрытия рудной фазы увеличилось на 1,6 %, в то время как нерудной осталось на том же уровне, что подтверждается перераспределением оксидов железа и крем-

ния в исходном продукте по классам крупности (табл. 6).

На Михайловском ГОКе был выполнен магнитный анализ согласно инструкции И-Л-25-2001 «Минералого-технологическая оценка руды и продуктов обогащения текущего произ-водства»,утвержденный главным инженером комбината. Результаты анализа приведены в табл. 7.

Минералогический анализ магнитного продукта показал, что в обработанной пробе про-

1. Першуков А.А., Першуков В.А. Горнорудная промышленность - пути и методы реализации программ энергосбережения. - М.: Центр физико-технических исследований и новых технологий, 1996, 126 с.

изошло увеличение содержания доли рудных минералов магнетита на 0,6 %, гематита на 1,6 %, увеличение степени раскрытия рудной фазы на 1,2%, нерудной - уменьшилась на 3,6 %.

Проведенные исследования показывают, что МИО железистых кварцитов позволяет снизить энергоемкость их измельчения и повысить извлечение железа и выход концентрата при одновременном повышении его качества.

---------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

2. Гончаров С.А., Ананьев П.П. Основы технологии электромагнитного разупрочнения железистых кварцитов. Г орный информационно-аналити-ческий бюллетень, - М.: Изд-во МГГУ, № 6, 2000, с. 10-13.

— Коротко об авторах

Гончаров Степан Алексеевич - профессор, доктор технических наук, зав. кафедрой «Физика горных пород и процессов», Московский государственный горный университет.

Ананьев Павел Петрович - кандидат технических наук, зам. директора Центра высоких технологий Михайловского ГОКа.

Бруев В.П. — Генеральный директор Михайловского ГОКа.

Гзогян Татьяна Николаевна - кандидат технических наук, начальник лаборатории ОАО «Михайловский ГОК». Болдырев Валерий Алексеевич — нач. отдела, Всероссийский НИИ химической технологии.

Ряховский Сергей Михайлович — нач. лаборатории, Всероссийский НИИ химической технологии.