Обоснование технологии извлечения гематитового концентрата из отходов обогащения железистых кварцитов МГОКа Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

© С.А. Манухин, М.Г. Зильбершмидт, 2005

УДК 622.7:621.796

С.А. Манухин, М.Г. Зильбершмидт

ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ГЕМАТИТОВОГО КОНЦЕНТРАТА ИЗ ОТХОДОВ ОБОГАЩЕНИЯ ЖЕЛЕЗИСТЫХ КВАРЦИТОВ МГОКа

у'"\дной из важнейших проблем для

^-^Михайловского ГОКа является размещение хвостов обогатительных фабрик, которую можно решить путем их сокращения за счет наиболее полного извлечения полезных компонентов. Складированные запасы хвостов обогащения в настоящее время составляют более 400 млн т. Следует учесть, что этот материал уже прошел энергоемкий процесс измельчения.

Неокисленные железистые кварциты Михайловского месторождения являются сырьем сложного вещественного состава с резкой неоднородностью как по физикомеханическим, так и технологическим свойствам. Технология их обогащения, применяемая на Михайловском ГОКе, базируется на мокрой магнитной сепарации, которая позволяет успешно извлекать минералы, обладающие повышенными магнитными свойствами, но неприменима к целой гамме слабомагнитных минералов, входящих в состав руд Михайловского месторождения.

По этой причине наблюдаются значительные потери металла в хвостах отделений обогащения ДОКа.

Основные потери железа с хвостами мокрой магнитной сепарации связаны с гематитом, силикатами, карбонатами и магнетитом. В год образуется до 16,2 млн т хвостов. Хвостохранилище растет, и хранение отходов становится все более затратным.

Следует учесть, что хвостохранилище негативно влияет на экологическую си-

туацию региона. Любые природоохранные мероприятия не смогут полностью предотвратить пыление его пляжей.

Переработка содержимого хвостохра-нилища - это источник получения дополнительного железосодержащего концентрата. Здесь возможно самостоятельное производство, новые цеха и новый поток продукции. Сегодня первоочередное направление - “вписать” технологию дообо-гащения в текущее производство, увеличить выход концентрата за счет извлечения гематита.

Для повышения комплексности использования сырьевой базы Михайловского месторождения требуется разработка комбинированных технологических схем с применением эффективного обогатительного оборудования.

Особенности состава и строения отходов обогащения

Гранулометрическая характеристика текущих хвостов магнитной сепарации на МГОКе, химический и минеральный состав хвостов обогащения представлены в табл. 1, 2.

Для установления особенностей минералогического состава лежалых хвостов обогащения был выполнен рентгенофазовый анализ лежалых хвостов на дифрактометре Дрон 2.0.

Обработка результатов эксперимента показала, что в лежалых хвостах содержатся следующие минералы: кварц -73,19 %; гематит - 25,49 %; магнетит -0,85 %; гетит - 0,32 %; флогопит - 0,15 %.

Таблица 1

Гранулометрическая характеристика хвостов магнитной сепарации на МГОКе

Класс крупности, мм Выход класса, %

+0,1 4,6

-0,1+0,074 8,0

-0,074+0,05 7,0

-0,05+0,044 5,1

-0,044 75,3

В соответствии с приведенными данными можно заключить, что лежалые хвосты обогатительной фабрики Михайловского ГОКа содержат значительное количество слабомагнитных минералов и являются потенциальным источником получения железорудного концентрата.

Современное состояние исследований по доизвлечению гематита из отходов обогащения кварцитов на МГОКе

В 2000 г. в отделении обогащения ДОК проведены предварительные полупромышленные испытания по выбору и внедрению оптимальной технологической схемы доизвлечения железосодержащих компонентов из лежалых хвостов фабрики, гравитационным способом, на установке, включающей предварительное грохочение и обогащение на центробежном концентраторе “Falcon С-20”.

Таблица 2

Химический и минеральный состав хвостов обогащения

Опыты на лежалых хвостах подтвердили возможность получения в один прием на центробежном концентраторе “Falcon С-20” промежуточного продукта, с массовой долей железа до 58,2 %, выходом около 6 % и извлечением железа около 13 %.

Полупродукт, полученный в ходе до-обогащения лежалых хвостов на центробежном гравитационном концентраторе “Falcon С-20” был исследован с использованием методов оптической микроскопии. В ходе исследования на поверхности минеральных частиц были обнаружены гид-роксидные соединения.

Теоретическое описание процесса удаления минеральных пленок с поверхности минеральных зерен с использованием УЗ-воз-действия

Снятие различных природных пленок с минеральных частиц улучшает контакт флотационных реагентов с поверхностью первичного материала, снижает их расход и способствует проявлению минералами специфических адсорбционно-

флотационных свойств. Под действием акустических колебаний возникают различные дефекты кристаллических решеток минералов, окисляются трудно поддающиеся в обычных условиях действию кислорода участки минеральной поверх-

Компоненты Массовая доля Минерал

компонента, % минерала, %

РеобЩ 30,05 0,85 Магнетит

SiO2 58,9 25,49 Гематит

CaO 1,54 3,38 Гидроокислы

MgO 1,68 железа

K2O + Na20 1,59 14,6 Силикаты

AI2O3 0,24 5,08 Рудные

Ti2O3 0,005 карбонаты

S 0,08 2,2 Нерудные

MnO 0,034 Карбонаты

P2O5 0,174 0,49 Апатит

CO2 2,9 47,19 Кварц

Скарб nnn 9 1 ^ О, 02 0,72 Прочие

ности. Все это улучшает химическую адсорбцию реагентов, повышает прочность их закрепления на минеральной поверхности, увеличивает скорость и селективность процесса флотации.

Традиционные методы очистки минеральной поверхности от вторичных минеральных образований и реагентных пленок - химическая и термическая обработка, а также механическая оттирка - часто не обеспечивают необходимого качества очистки, особенно от пленок и примесей, находящихся в дефект-каналах и микротрещинах. Поэтому использование ультразвуковых и звуковых колебаний в этих целях является весьма перспективным.

Диспергирование поверхностных пленок в акустическом поле происходит в основном под действием кавитации.

На процесс разрушения покрытий и пленок влияют также пульсации и осцилляции незахлопывающихся парогазовых пузырьков, вторичные эффекты, возникающие в жидкости при распространении в ней ультразвуковых волн конечной амплитуды, - акустические течения, радиационное давление и звукокапилярных эффект.

Кавитация представляет собой процесс неустойчивого изменения размеров парогазовых пузырьков при знакопеременном давлении в жидкости. В ее основе лежит изменение состояния парогазового пузырька под действием ультразвуковой волны. Под действием сжимающих напряжений кавитационный пузырек сжимается с возрастающей скоростью, а давление газа в нем растет.

При неустойчивых пульсациях пузырек в стадии растяжения накапливает энергию и затем в короткий промежуток времени он превращается в кинетическую энергию движения. Парогазовая смесь, находящаяся в полости, адиабатно сжимается до давлений порядка тысяч атмосфер, нагреваясь до температуры около тысячи кельвин. Происходит мгновенный рост пузырька,

сопровождающийся возникновением ударной волны.

На поверхности твердых частиц в местах с высокой концентрацией дефектов (высокой поверхностной энергией) образуются зародыши кавитационных пузырьков. Обычно, такими участками являются межзеренные границы, трещины и т. д. В результате акустокапиллярного эффекта жидкость попадает в поры, трещины, около которых при захлопывании пузырьков возникают интенсивные ударные волны, вызывающие диспергирование твердой фазы.

Максимальное давление рМАХ , создаваемое кавитационной полостью, можно оценить по приближенной формуле Бро-нина для несжимаемой жидкости:

РМАХ = РЭ Х

хЛ +

(1 + 33) ■ г3 - 4

(1 + 33) ■ г3 - 4

4 ■ [^(1 + 33)- г — 3 ■ 3- 2Л ^

1 + 3-3

3

Рэ = Ра

—3,4 ■

р. т

Рт )

+ 2,9

Ро

+ 0,6

(1)

(2)

(3)

где 3 - параметр газосодержания; р0 -гидродинамическое давление; рт - амплитуда звукового давления.

При

р0 = 0,1 МПа, ра = 0,2 МПа, и 3 = 2,1 -10—2 максимальное давление, создаваемое кавитационной полостью составляет:

РМАХ = 4,6 ■ 102 МПа.

Результаты исследования

Было проведено испытание на ультразвуковом диспергаторе УЗДН-А с целью удаления гидроксидных соединений с поверхности минеральных зерен продукта.

Твердая фаза исследовалась с использованием методов оптической микроскопии. В ходе исследования на поверхности минеральных частиц не было обнаружено гидроксидных соединений, присутствовавших до эксперимента.

и =

т,

мин

Рис. 1

Анализ минерального состава, отделенного с использованием УЗ-воз-

действия проведен с использованием рентгеновской дифрактометрии.

Обработка результатов эксперимента показала, что в исследуемой пробе содержатся следующие минералы: кварц -47,2 %; гематит - 15,8 %; гетит - 22,1 %; флогопит - 14,9 %.

На МГОКе было проведено обогаще-

ние промежуточных продуктов прошедших УЗ-воздействие на лабораторной установке с использованием метода флотации. Исследованию подвергались образцы, прошедшие акустическую обработку в течение 1; 2; 3; 5; минут, что позволило увеличить содержание железа до 59,5; 61,7; 62,3; 62,3 % соответственно (данные химического анализа). График зависимости процентного содержания железа в продукте от длительности акустического воздействия представлен на рис. 1.

Из рис. 1 видно, что наиболее оптимальным временем УЗ-воздействия на промежуточный продукт является Т = 3 мин. При увеличении времени акустического воздействия, содержание железа в

Исходное питание (лежалые хвосты^

подрешетныи продукт

тяжёлая фракция

Грохочение SSS 4425

надрешётныи продукт

Концентрация Falcon С-20

лёгкая фракция

промежуточный продукт

твёрдая фракция

УЗ-воздействие УТІХА

фильтрат

Флотация

Гематитовый концентрат

содержание Fe: /? = 62,3

Хшш

Рис. 2

продукте не изменяется.

Предлагаемая схема подготовки отходов обогащения к извлечению гематита с использованием флотации

Испытания, проведенные на исходном питании (лежалых хвостах) без последующей обработки показали возможность получения достаточно высоких качественных показателей обогащения. Однако, несмотря на прирост общего объема концентрата, в суммарном концентрате про-

1. Новик Г.Я., Зильбершмидт М.Г. Управление свойствами пород. - М.: Недра, 1994.

2. Зильбершмидт М.Г., Ржевская С.В. Рентгеновские методы исследования горных пород. -М., МГИ, 1981.

изойдет снижение массовой доли железа, что экономически крайне невыгодно. По этой причине все испытания были направлены на поиск оптимальной схемы УЗ-обра-ботки промежуточного продукта и его дальнейшего обогащения в флотационной машине.

Наиболее перспективна технологическая схема представленная на рис.

2.

--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

3. Основы физики и техники ультразвука. -М., Высшая школа, 1987.

— Коротко об авторах -----------------------------------------------------------------

Манухин С.А. - инженер,

Зильбершмидт М.Г. - доктор технических наук, профессор, кафедра “Физика горных пород и процессов”,

Московский государственный горный университет.

----------------------------------- ДИССЕРТАЦИИ

ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ

Автор Название работы Специальность Ученая степень

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГОРНЫЙ ИНСТИТУТ им. Г. В. ПЛЕХАНОВА

БЕЗНОСЕНКО Дмитрий Михайлович Структура и алгоритмы управления электротрансмиссией переменного тока большегрузных автосамосвалов 05.09.03 к.т.н.