CC BY
89
СЕМИНАР 5
ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА - 99" МОСКВА, МГГУ, 25.01.99 - 29.01.99
В.Ф. Бызов, Ю.П. Капленко,
Криворожский технический университет,
В.А. Колосов,
Криворожский государственный железорудный комбинат
Л.А. Ломовцев,
Технологический центр
ПЕРСПЕКТИВЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ РУДОПОДГОТОВИТЕЛЬНОГО КОМПЛЕКСА КРИВБАССА
Повышение качества продукции железорудных предприятий Украины является проблемой, от решения которой в значительной мере зависит вопрос существования одной из наиболее мощных рудоподготовительных отраслей мирового железорудного производства.
Изменение массовой доли железа в
Нестабильная работа обогатительных фабрик приводит не только к снижению доли железа в товарной продукции ГОКов, но и к повышенным его потерям с хвостами.
Массовая доля железа в товарной руде предприятий с подземной добычей объединения «Кривбас-
Таблица 1 концентратах (%) 1994-1997 гг.
Год К о м б и н а т ы
ЮГОК НКГОК СевГОК ЦГОК ИнГОК ПолтГОК
1994 64,26 66,03 65,08 66,39 63,39 64,24
1995 63,60 65,60 65,06 66,32 63,51 64,21
1996 63,50 64,80 65,10 65,90 63,8 62,50
1997 64,1 65,51 65,0 65,9 63,9 Н. св.
С углублением горных работ на карьерах Криворожских ГОКов наблюдается стабильное ухудшение обогатимости магнетитовых
сруда», РУ им. Кирова и ОАО «Сухая балка» за период до 1995 г. также ощутимо уменьшилась (табл. 1). И только с 1996 года за
Таблица 2
Массовая доля железа в товарной руде предприятий подземного Кривбассав 1994 — 1997 гг.
Шахта или рудоупр авление Г о д ы
1994 1995 1996 1997
Ленина 56,58 55,51 57,1 57,9
Г вардейская 57,41 57,31 58,2 58,1
Октябрьская 58,15 57,77 60,1 59,5
Родина 55,22 54,43 58,7 58,9
Г игант 60,06 57,64 52,2 50,4
ИТОГО по ПО «Кривбассруда» 57,20 56,85 Н. св. Н. св.
РУ им. Кирова 53,61 53,61 54,7 53,8
РУ “Сухая балка” 58,26 57,90 58,0 58,3
кварцитов, повышение их прочностных показателей, что в условиях прогрессирующего старения основного и вспомогательного оборудования обогатительных фабрик, приводит к снижению массовой доли железа в концентратах, отгружаемых потребителю. счет снижения объемов добычи и совершенствования технологии переработки рудного сырья подземный Кривбасс начал повышать качество товарной руды. Однако его уровень еще не соответствует в достаточной степени требованиям потребителей, поэтому исконно
украинские рынки сбыта железорудного сырья постепенно заполняются продукцией иностранных производителей.
Анализ качества магнетитовых концентратов железорудных фабрик Украины показывает, что разубоживание продуктов магнитной сепарации, начиная с первой стадии обогащения и кончая последней, происходит за счет извлечения недостаточно раскрытых наиболее крупных сростков магнетита с породой или же за счет механического увлечения в состав магнитных флокул ошламованной пустой
породы. Естественно, с уменьшением крупности обогащаемого материала от стадии к стадии относительная доля первых в магнитных продуктах уменьшается и возрастает доля вторых. Исследования показывают (табл. 3), что при колебании массовой доли железа в классах различной крупности концентратов Криворожских ГОКов от минимума 21,2—27,3% (в классе +0,1 мм) до максимума
69,3—71,4% (в классе -0,04 +0,03 мм) в наиболее тонких фракциях (класс -0,01 мм) содержится 23,7— 34,0% железа.
Расчеты показывают, что при удалении раскрытых нерудных минералов массовая доля железа в концентратах НКГОКа и ЮГОКа может быть повышена соответственно до 68,3 и 67,6% железа, а дополнительное выделение из концентратов тех же предприятий бедных, как правило, крупных сростков способствовало бы повышению массовой доли железа в концентратах до 70% и выше.
Таблица 3
Гранулометрический состав и распределение железа по классам крупности концентратов ГОКов Кривбасса
Класс крупности, мм ЦГОК СевГОК ЮГОК НКГОК
выход, % массовая доля Fe, % выход, % массовая доля Fe, % массовая доля Fe, % выход, % массовая доля Fe, %
+0,1 1,3 21,2 0,4 23,2 23,0 1,7 27,3
-0,1 +0,074 4,7 39,2 0,9 31,0 31,5 3,4 49,4
-0,074 +0,05 10,3 54,3 2,6 46,0 46,4 10,6 59,3
-0,05 +0,04 33,3 70,8 5,8 68,5 67,2 35,1 68,8
-0,04 +0,03 25,3 71,4 17,9 69,8 69,3 10,3 70,3
-0,03 +0,02 20,0 69,3 56,5 68,8 69,5 26,8 69,1
-0,02 +0,01 4,1 54,3 12,9 48,9 68,2 1,8 49,3
-0,01 1,0 31,4 3,2 30,6 34,0 1,3 28,7
100,0 66,0 100,0 65,1 65,1 100,0 66,07
Общая доля кремнезема, % 7,55 8,55 8,95 7,5
Степень раскрытия минералов,% 93,0 94,0 91,1 93,2
Практически, при активной промывке водой концентратов НКГОКа и ЮГОКа за счет удаления шламов на анализаторе со стационарным магнитным полем 25Т-СЭМ получены магнитные фракции с содержанием железа 68,7 и 67,0%. Выход и извлечение в них железа в первом случае составил 94,3 и 97,5% и во втором
— 95,5 и 97,5%, соответственно. При доводке концентрата ЮГОКа в комбинированном магнитном поле путем наложения на постоянное переменного с частотой 50Гц за счет отмывки породных шламов и части бедных сростков получена магнитная фракция с долей железа 67,9% при выходе ее 94,8% и извлечении железа 98,1%.
Оптимум качества концентратов с кислой пустой породой, получаемых на ГОКах из магнетито-вых кварцитов Кривбасса в 60 — 70-тых годах определялся минимальным содержанием железа на уровне 67,1% — для СевГОКа, 68,44% — для ЦГОКа, 70,48% — для НКГОКа и 68,8% — для ЮГОКа.
При возросших затратах на энергоносители в металлургическом производстве уровень массовой
доли металла в железорудных концентратах должен быть повышен.
Естественно возникает острая необходимость разработки и внедрения нетрадиционных для обогащения железных руд Кривбасса новых малозатратных технологий и оборудования.
1. Супермелкое дробление и сухая магнитная сепарация
Прогноз оценки путей дальнейшего развития рудоподготовки показывает, что одно из наиболее перспективных направлений связано с созданием высокопроизводительных технологически эффективных и механически надежных дробильно-обогатительных комплексов, обеспечивающих крупность дробленного материала на уровне 12 — 0 мм и вывод в хвосты сухой магнитной сепарацией части пустой породы, от 8 до 15%.
С учетом известного мирового опыта Академией горных наук Украины проводятся работы по созданию дробилок и сухих магнитных сепараторов, которые по принципу действия в наибольшей степени соответствовали бы дезинтеграции и последующему разделению магнетитовых кварцитов - при открытой добыче, а
так же гематито-мартитовых руд шахт. Исследования проведенные институтом «Механобрчермет» на экспериментальной дробилке ЦД-50 по дезинтеграции среднедроблен-ных кварцитов СевГОКа, показали, что массовая доля классов -5 мм и -10 мм в готовом продукте при производительности 50—80 т/ч составила 75—80 и 90—93% соответственно. На Запорожском железорудном комбинате при дроблении богатых руд шахтной добычи работают два опытных образца дробилок ЦД-100, разработанные и изготовленные институтами Механобрчермет, ДМетИ, НИПИРудМАШ и ЗЖРК. Проработки целесообразности использования дробилок супермелкого дробления названного типа, а также зарубежных образцов, проводятся для ряда горнорудных предприятий Украины.
Повышенная степень раскрытия прослоев пустой породы, достигаемая при супермелком дроблении железных руд, может быть эффективно использована при последующей сухой магнитной сепарации. Однако, известные в настоящее время серийно выпускаемые сепараторы имеют или низкую производительность (ЭБС-80/170), или низкую избирательность разделения наиболее влагоемких мелких классов (2ПБС-90/250).
АГНУ, АОЗТ «Технологический центр» и АО «Днепротяж-буммаш» совместно с Ингулецким ГОКом разработан, изготовлен и прошел испытания однобарабанный сухой магнитный сепаратор ВПБС-90/250. От известных конструкций новый сепаратор отличается упорядочнением загрузки и распределением руды в рабочей зоне. В зависимости от крупности обогащаемого материала производительность сепаратора изменяется от 300 до 500 т/ч.
При крупности дробления руды 45—0 мм из бедных тонкополосчатых магнетитовых кварцитов, поступающих на РОФ-1 ИнГОКа, удается выделить8—12% отвальных хвостов с массовой долей магнитного железа около 4%.
Обогащаемая таким образом руда в последующем легче измельчается, обогащается и фильтруется.
Проведенные на стендовом образце сепаратора нового типа ВПБС-90/20 исследования показали возможность выделения из дод-робленых до крупности 15—0 мм руд ЦГОКа даже при повышенной до 4% влажности 15—20% отвальных хвостов (табл. 4). При этом обеспечивается прирост массовой доли магнитного железа в промпродуктах от 1,5 до 3%. Технологические исследования по сухой магнитной сепарации, проведенные на сепараторе ВПБС-90/20 на дод-робленной до крупности 15—0 мм пробе руды текущей добычи ИнГОКа, показали (табл. 4), что в зависимости от режима разделения в немагнитную фракцию может быть выделено от 5,9 до 24,7% хвостов с массовой долей магнитного железа соответственно от 2,4 до 3,7%. При этом прирост массовой доли магнитного железа в магнитную фракцию составлял соответственно от 1,1 до 5,9%.
Новый способ сухого магнитного обогащения в лабораторном и полупромышленном масштабах проверен на мелкодробленных рудах Северного, Южного и Новокриворожского ГОКов, а также магне-титовых кварцитах Первомайского РУ. Во всех случаях показана возможность выделения от 6 до 15% сухих хвостов с массовой долей магнетитового железа в пределах 2,5—5%. Доизмельчение и доводка магнитного продукта сухого магнитного обогащения мокрой магнитной сепарацией при проектном помоле позволяет по-
Таблица 4
Результаты сухой магнитной сепарации магнетитовых кварцитов на экспериментальном сепараторе ВПБС-90/20
Исходная руда Магнитный продукт Немагнитный продукт Прирост
влаж- ность, % Г eобщ, % Ре№ % выход, % Р eобщ, % % выход, % Р eобщ, % Ремп % Р eобщ, % Ремп %
Додробленная до 10 — 0 мм руда ЦГОКа
1,0 33,3 18,8 68,9 38,5 25,7 31,6 21,9 3,66 5,2 6,9
71,3 37,8 24,7 28,7 21,7 3,3 4,5 5,9
75,8 37,1 24,0 24,2 21,5 2,76 3,8 5,2
80,1 36,3 22,9 19,9 20,8 2,5 3,0 4,1
87,4 35,1 21,2 12,6 20,2 2,1 1,8 2,4
2,5 33,2 18,5 73,0 37,3 23,9 27,0 20,8 4,0 4,1 5,4
77,0 36,6 22,6 23,0 20,5 3,6 3,3 4,15
80,6 36,0 22,2 19,4 20,1 3,1 2,8 3,7
84,8 35,5 21,3 15,2 19,6 2,8 2,0 2,8
91,3 34,3 20,1 8,7 18,4 2,1 1,0 1,6
4,0 32,4 18,45 78,2 35,2 22,2 21,8 22,3 5,0 2,8 3,75
82,0 34,8 21,6 18,0 21,5 4,3 2,4 3,15
85,5 34,3 21,6 14,5 21,5 3,9 1,9 2,45
89,7 33,7 20,1 10,3 21,0 3,7 1,3 1,65
95,3 33,0 19,0 4,7 19,9 3,3 0,6 0,55
Додробленная до 15 — 0 мм руда ИнГОКа
1,5 31,32 20,05 75,9 80,6 87,6 94,1 35,97 35,0 33,7 32,44 25,98 24,45 22,50 21,15 24,7 19.4 12.4 5,9 16,7 16,0 14,55 13,4 3,74 3,20 2,76 2,4 4,65 3,68 2,38 1,12 5,93 4,40 2,45 1,1
высить качество железорудного концентрата на 0,3—0,5%.
Используемый в конструкции нового барабанного магнитного сепаратора принцип упорядочне-ния подачи исходной дробленой руды в рабочую зону и разделение образуемого под действием центробежных, гравитационных и магнитных сил веера на магнитный и немагнитный продукты оказался эффективным и при сухом обогащении богатых агломерационных руд подземной добычи.
При повышении до 0,35— 0,50 Тл индукции магнитного поля в рабочей зоне экспериментального сепаратора типа ВПБСО-90/20 и удельной производительности 30—35 т/ч-м из додробленной с 25—10 до 12—0 мм на центробежной дробилке (ЦД-10) кусковой руды шахты им. Артем-2 (с содержанием железа 50%) получено около 60% товарного продукта с массовой долей железа 56-58%.
Возможность существенного повышения качества (на 2 — 5% железа) показана при обогащении в лабораторных и полупромышленных условиях агломерационных руд шахты им. Ленина и Запорожского ЖРК, а также бедных кусковых руд шахты Родина (на 8^9% железа) и шахты Октябрьская (на 4^6% железа).
Разработанные высокоэнерге-тичные магниты с энергией до 250 кДж/м3 позволяют создать на базе сепаратора ВПБС-90/250 сепаратор с индукцией 0,6—0,8 Тл, производительностью до 100 т/ч для обогащения слабомагнитных шахтных руд.
Расчеты показывают, что внедрение комплекса супермелкого дробления с сухой магнитной сепарацией магнетитовых руд по сравнению с традиционной технологией рудоподготовки позволит на 10^25% повысить производительность мельниц и снизить на 10% удельный расход электро-
энергии в цикле 1 стадии измельчения, уменьшить удельный расход мелких тел и футеровок, на 0,5% повысить содержание железа в концентратах, уменьшить расходы на эксплуатацию и увеличить срок службы хвостохранилища. Сухие хвосты можно использовать в качестве строительного материала.
Внедрение супермелкого дробления и сухой магнитной сепарации шахтных руд позволит увеличить выход товарной продукции при одновременном повышении ее качества.
2. Измельчение магнетитовых кварцитов
Снижение крупности дробленых руд до 12(10) — 0 мм позволит уже в 1 стадии измельчения перейти на шары диаметром 40 — 60 мм и использовать резино-магнитные футеровки. При этом снижается удельный расход электроэнергии, футеро-вочных материалов и измельчающей среды. Увеличивается на 8—10% производительность мельниц, снижаются расходы на ремонтные работы.
Ослабление связей минералов по границам срастания при центробежном дроблении (Н.И. Сокур, 1990 г.) при последующем измельчении способствует повышению эффективности помола руды и ее мокрой магнитной сепарации (табл. 5).
Более интенсивный помол подготовленного в центробежных дробилках материала в промышленных условиях во избежание переизмельчения и ошламования должен сопровождаться таким же быстрым выводом из мельницы готового продукта. Такие условия могут быть успешно реализованы в мельницах с низким уровнем слива через частично (УЗТМ, Уралмеханобр) или полностью (Механобрчермет, НКМЗ) раскрытый торец.
Высокая технологическая эффективность такого способа помола была основана С.Ф. Шинко-ренко и позднее практически подтверждена А.А. Ширяевым и Ю.А. Муйземнеком. Проведенные
на ССГОКе промышленные испытания мельницы диаметром 3200 мм показали возможность повышения ее удельной производительности и снижение энергоемкости помола на 12—15%. Институтом Механобрчермет и НКМЗ При реализации перечисленных мероприятий производительность реконструированной технологической линии по рудной нагрузке может быть увеличена на 30—50% при одновременном снижении удельных энергозатрат и повышении качества концентрата.
В номенклатуре ведущих западных фирм (Сала, Эрис Магнетик, Роксон и др.) для обогащения зернистых материалов крупностью 4(5) — 0 мм имеются сепараторы с прямоточными ваннами, обеспечивающими более высокие показатели как по качеству магнитной фракции, так и по надежности работы основных узлов — привода, ванны, обечайки и футеровок.
Данные исследования и производственная практика показали, что эффективность магнитного разделения магнетитовых кварцитов различной крупности возрас-
Таблица 5
Показатели измельчаемости и обогатимости магнетитовых кварцитов СевГОКа после их дробления в центробежной и конусной дробилках (лабораторные исследования Н.И. Сокур)
Исходный продукт, дробленный в дробилке Время измель- чения, мин Массовая доля класса минус 0,074 мм, % Магнитный продукт
выход, % массовая доля Ре, % извлечение Ре, %
30 71,1 56,9 53,4 84,4
ЦД-50 60 84,1 50,9 58,1 82,1
90 94,9 48,5 60,4 81,4
30 61,6 62,6 50,4 86,7
КМД-2200 60 78,6 65,2 55,2 83,6
90 84,5 53,2 56,7 82,9
3. Мокрая магнитная сепарация
Наиболее широко применяются на ГОКах Украины и СНГ барабанные магнитные сепараторы мокрого обогащения с противо-точными для зернистых и полу-противоточными - для тонкодис-пергированных сильномагнитных руд и материалов ваннами.
Опыт работы с ваннами проти-воточного типа в СНГ показал, что в технологическом отношении они, несмотря на низкие потери магнитного железа в хвостах, мало эффективны, так как способствуют механическому заносу в магнитный продукт 1 стадии обогащения от 8 до 20% пустой породы. При этом массовая доля железа в магнитном продукте уменьшается на 2—5%, а мельницы второй стадии измельчения задал-живаются на нерациональный помол, переизмельчение пустой породы и ошламование концентрата.
тает с увеличением длины рабочей зоны сепаратора. Это способствует повышению массовой доли железа в магнитной фракции и увеличению его удельной производительности (табл. 6).
Особенностью разрабатываемых в настоящее время АГН Украины совместно с АО ЗТ «Технологический центр», МП «Магнис» и рядом других предприятий сепараторов нового по-коления с прямоточной и полупротивоточной ваннами является глубокое погружение барабана в ванну и активная промывка магнитной фракции. При диаметре барабана 1200 мм это позволяет увеличить длину рабочей зоны до 1600 мм.
Исследования экспериментального сепаратора ПБМ-Г-
120/300 и сравнение показателей его работы с показателями серийных сепараторов на ЦГОКе показали возможность стабильного
получения более высоких показателей обогащения на новых сепараторах как на зернистом исходном материале, так и в операциях доводки концентратов при значительных перегрузках по исходному питанию и изменении содержания в нем твердого. Разработан также новый сепаратор с полупро-тивоточной ванной типа ПБМ-ПП-120/300 с увеличенной на 30% длиной зоны извлечения. Учитывая запросы потребителей, новые подготавливаемые к серийному выпуску на заводах
гидравлической классификацией исходного продукта
Вопрос повышения качества железорудных концентратов при обогащении бедных магнетитовых кварцитов традиционно связывается с эффективностью последних операцией обогащения. Так, для получения суперконцентратов с массовой долей железа 70% институтом Механобрчермет в свое время была разработана технология, выполнен и реализован проект доводочной фабрики на Леб-
операций может обеспечить получение концентратов до 67% железа.
«Повышение глубины обогащения» приводит к переизмельче-нию и пустой породы и рудных минералов, что влечет за собой снижение удельной магнитной восприимчивости магнетитовых частиц и повышению их магнитной твердости (коэрцитивной силы и остаточной намагниченности). А это, в свою очередь, усложняет процесс классификации продуктов обогащения, доводку промпродуктов и фильтрацию
Таблица 6
Показатели обогащения магнетитовых кварцитов ЮГОКа при различной длине рабочей зоны сепаратора
Стадия обога- щения Удель- ная произ- води- тель- ность, т/ч-м Исходное питание Магнитный продукт Хвосты Эффек- тив- ность обога- щения, %
твер -дое, % доля класса, - 0,074 мм, % Р eобщ, % РЄобщ , % извле- чение Ре, % выход, % Р еобщ Ремп %
ПБМ-90/250, длина зоны разделения 1040 мм
53,7 45,3 59,4 35,7 48,0 91,0 32,3 99 1,2 46,0
ПБМ-120/300, длина зоны разделения 1400 мм
Первая 55,1 45,5 60,1 35,8 48,2 91,5 32,0 4 9 С^1 о" 47,2
55,1 37,4 59,1 35,9 49,1 90,8 33,6 98 1,0 48,4
66,4 36,1 60,6 35,5 49,6 90,5 35,3 6 2 СМ ^ 50,6
ПБМ-150/100, длина зоны разделения 1806 мм
54,2 29,9 59,3 35,7 50,8 89,9 36,7 7 9 53,2
68,0 31,7 62,0 35,8 50,2 90,4 35,5 10,0 1,0 51,2
ПБМ-90/250, длина зоны разделения 1040 мм
Конеч- ная 10,7 26,8 95,8 63,6 64,9 99,2 2,7 17,7 1,8 15,6
ПБМ-120/300, длина зоны разделения 1400 мм
14,1 26,6 96,1 63,6 65,0 6 99,2 3,0 17,5 1,6 18,1
Украины сепараторы будут выпускаться с глубокой ванной, длиной барабана 2000, 2500 и 3000 мм, с внешним и внутренним приводами и повышенной индукцией магнитного поля (табл. 7).
4. Технология магнитного обогащения с предварительной
ГОКе (КМА, Россия). Проведены также исследования по четырехстадийному измельчению руд на ЮГОКе. Хотя известно, что уже достигнутая сегодня на комбинате тонина помола при повышении эффективности разделительных
концентратов. Возрастают потери ошламованного магнетита. Очевидно, что «глубокое обогащение» необходимо начинать с предобогащения и повышения эффективности первых разделительных операций: по крупности, по гидравлическим свойствам и магнитной восприимчивости.
В 1965 году по инициативе А.П. Кваскова были выполнены аналитические исследования, показавшие, что магнитные фракции различной крупности целесообразно обогащать раздельно в соответствии с их физико-механическими и магнитными свойствами. Позднее в 1970 году С.К. Гребнев уже более конкретно предлагал применять классификацию по крупности еще не намагниченных руд с последующим раздельным магнитным обогащением фракций различной крупности в наиболее благоприятных для каждой фракции условиях.
Проведенные Х.У. Ковальчуком и Ф.Л. Азаматовым на МихГОКе исследования по переклассификации в гидроциклонах слива классификаторов 1 стадии обогащения позволили организовать раздельное обогащение тонкой и зернистой фракции и повысить на 0,68%
94,4
железа качество и на 0,2% выход концентрата.
А.В. Максимовым и другими (1993 год) проведены исследования по гидравлической классификации магнитного продукта 2 стадии обогащения фабрики ЦГОКа с раздельной доводкой песков и слива.
Из продукта с массовой долей железа 63,7% и диоксида кремния 9,55% получен суммарный концентрат с 69,7% железа и 1,6% диоксида кремния. Извлечение железа в суммарный концентрат по операции составило (табл. 8).
Выполняемые в рамках комплекса работ АГН Украины исследования позволяют понять физические явления, происходящие при магнитном взаимодействии тонкодиспергированных в водной среде отдельных ферромагнитных частиц и их агрегатов, что дает технологу средства для их направленного воздействия на процесс их разделения на концентрат и хвосты по величине магнитных свойств.
Рассматриваемые примеры раздельного магнитного обогащения фракций различной крупности в зависимости от условий могут быть реализованы с использованием гидроциклонов, гидросепараторов или модернизированных деш-ламаторов. Вместе с этим, подготавливаемые к серийному производству новые сепараторы с глубоким погружением барабана в ванну и активной промывкой магнитной фракции позволят обеспечить стабильное получение из магнетитовых кварцитов высококачественных железорудных концентратов.
Таблица 8
Усредненные показатели работы полупромышленной установки по схеме получения малокремнистых концентратов из магнетитового промпродукта ЦГОКа (А.В. Максимов и др.)
Наименование продукта Выход, % Массовая доля, % Извлечение, %
железа крем- незема железа крем- незема
Магнитная фракция песков гидросепаратора 75,1 70,2 1,4 82,6 11,0
Немагнитная фракция песков гидросепаратора 3,2 31,5 40,6 1,9 13,6
Исходные пески гидросепаратора 78,3 68,6 3,0 84,5 24,6
Магнитная фракция слива гидросепаратора 11,0 68,5 2,9 11,8 3,3
Немагнитная фракция слива гидросепаратора 10,7 22,0 64,3 3,7 72,1
Исходный слив гидросепаратора 21,7 45,6 33,2 15,5 75,4
Суммарный концентрат магнитного обогащения III стадии 86,1 69,7 1,6 94,4 14,3
Суммарные хвосты магнитного обогащения III стадии 13,9 25,6 58,9 5,6 85,7
Исходное питание гидросепаратора (пром-продукт II стадии ММО ЦГОКа) 100,0 63,6 9,55 100,0 100,0
Раздельное обогащение фракционированных по гидравлической крупности руд ряда ГОКов Кривбасса по данным А.В. Максимова, П.А. Гонтаренко и др. позволили в полупромышленном масштабе получить концентраты следующего качества: СевГОК -67,7^69,5% Fe и 4,9^2,5% SiO2, ЮГОК - 68,0^69,5% Fe и
4,7^2,75% SiO2, НКГОК -68,4^69,5% Fe и 4,4^2,65% SiO2. Организация промышленного производства железорудных концентратов такого высокого качества может обеспечить резкое снижение эксплуатационных расходов в последующем доменном переделе, а также дает возможность подготовить сырье для бездоменного производства металла.
5. Новые возможности использования богатых железных руд Кривбасса
Богатые гематито-мартитовые руды докембрийских формаций с массовой долей железа 65-68 % в настоящее время в основном используются без обогащения в аглошихте для доменного передела, реже как кусок - в мартеновском производстве.
Учитывая высокую себестоимость добычи богатых шахтных руд, а также такое их ценное свойство, как высокая, близкая к стехиометрическому составу, чистота основных рудных минералов -мартита и гематита, простоту срастания рудных и нерудных минералов, хорошую измельчае-мость и легкую раскрываемость зерен рудных минералов, были проведены исследования по изысканию нетрадиционных путей использования такого уникального природного сырья. Целью исследований, проводившихся в основном на богатых рудах шахты «Октябрьская», была разработка схемы обогащения с получением предельно чистых по примесям железорудных концентратов и поиск направлений наиболее целесообразного их использования в промышленности.
Разработанная при этом безотходная технологическая схема может быть реализована с использованием созданного и выпускаемого в Украине оборудования и позволяет, как показали полупромышленные испытания на базе института «Механ-
обрчермет», получать из руды с 66,8% железа особо чистый гема-тито-мартитовый концентрат с массовой долей железа и кремнезема соответственно 69,5 % и
0,30^0,35 %, пригодный для использования в производстве ферритов, в порошковой металлургии и для прямого получения металла.
Кроме того, получен высококачественный концентрат с содержанием железа 67,6 % и 0,8 % кремнезема, пригодный для аккумуляторной промышленности, а также доменный продукт с содержанием железа 64,1 % и 5,7 % кремнезема. Шламы могут быть использованы в лакокрасочном производстве в рецептурах масляных красок, красок густотертых с полной или частичной заменой сурика.
Рыночная стоимость особо чистого железорудного продукта
составляет 150-200 долларов США, что на порядок и более превышает отпускную цену аглоруды.
Полученная в количестве более 15 т опытная партия особо чистого концентрата была использована для производства магнитнотвердых бариевых и стронциевых феррито-вых порошков. Энергия полученных из них постоянных магнитов составляет 27^29 кДж/м3, что существенно превышает энергию аналогичных магнитов, производимых из оксидов железа химического производства, например, Донецкого «Химреактива».
Проведенные проектные разработки показали, что такое уникальное железорудное сырье, как богатые гематито-мартитовые руды, может стать источником создания в Кривбассе новых высокорентабельных наукоемких производств для получения по
гибкой безотходной технологии дефицитной высококачественной продукции для массового потребителя в различных отраслях промышленности.
Анализ проведенных в последние годы в области обогащения железных руд научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ показывает, что накопленный в Украине научно-технический потенциал позволяет на 1,5-3 % повысить массовую долю железа в концентратах ГОКов и на 2-3 % железа -в товарных рудах шахтной добычи. Это может не только обеспечить высококачественным сырьем отечественную металлургию и конкурентный зарубежный экспорт, но также создать в регионе Кривбасса выпуск новой наукоемкой продукции.
© В.Ф. Бызов, Ю.П. Капленко, В.А. Колосов, Л.А. Ломовцев
В.Ф. Бызов, Ю.П. Капленко, Л.А. Ломовцев,
Криворожский технический университет, Технологический центр В.А. Колосов, Криворожский государственный железорудный комбинат
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ШАХТНЫХ РУД КРИВБАССА
Решение проблемы повышения качества товарной продукции в настоящее время является важнейшей задачей железорудной подотрасли металлургической промышленности Украины. Наиболее остро она касается предприятий, перерабатыващих гематитово-мартитовые руды подземной добычи. Разработанные ранее технологии мокрого гравитационного и магнитного обогащения, несмотря на их относительно высокую технологическую эффективность, в ближайшее время не могут быть реализованы из-за высоких кап-затрат и сложности складирования отходов производства.
122
В настоящем сообщении, на примере шахты им. Ленина, рассматриваются возможности повышения качества аглоруды с использованием сепаратора на постоянных высокоэнергетичных магнитах.
1. Состав и обогатимость исходной аглоруды
Руда шахтной добычи (шахта им. Ленина) с массовой долей железа 53-55,5% проходит крупное, среднее и мелкое дробление с грохочением по классу 10-0 мм. При этом класс крупностью плюс 10 мм представлен в основном железистыми кварцитами высокой крепости с массовой долей железа
45,4-45,8 %, а мелкая фракция крупностью менее 10 мм имеет
повышенное до 57,5 содержание железа и выделенная в отдельный продукт является товарной продукцией.
Изучение вещественного состава аглоруды показывает присутствие в ней еще значительного количества (10-15 %) мелких и бедных железистых кварцитов и нерудных сланцев, удаление которых способствовало бы существенному повышению качества товарной продукции.
Свойства мелкодробленой исходной руды шахты им. Ленина с массовой долей железа 54-55% и ее составляющих представлены в табл. 1 и 2.
Для исследований в разное время из технологического потока
ГИАБ
были отобраны пробы аглоруды текущей добычи с массовой долей
каться в высокоградиентных магнитных полях.
Таблица 1
Качественная характеристика исходной руды
Наименование продукта Крупность, мм Выход, % Массовая доля железа, % Извлечение железа, %
Исходная руда -50 +0 100,0 54,0 100,0
Аглоруда -10 +0 70,0 57,5 74,5
Кусковая руда -25 +10 30,0 45,8 25,5
Таблица 2
Физико-механические свойства руды (-50 +0 мм)
Массовая доля класса +10 мм, % Крепость по М.М. Прото-дьяконову Влажность, % Угол естественного откоса, град. Истинная плот- ность, т/м3
30 - 46 3 - 6 3,3 - 3,6 56 - 58 3,5 - 3,6
Таблица 3
Распределение железа по классам крупности
Класс крупности, мм Выход, % Массовая доля железа, % Распределение, %
+5 53,0 / 33,8 47,8 / 50,9 47,8 / 29,1
-5 +1 31,7 / 28,7 57,0 / 59,0 34,1 / 28,7
-1 +0 15,3 / 37,5 62,6 / 66,4 18,1 / 42,2
И т о г о: 100,0 53,0 / 59,04 100,0
железа 53% и 59,04% представленные в табл. 3.
Как видно, избирательность дробления гематито-мартитовой составляющей способствует повышению массовой доли железа в классах -5 +1 и -1 +0 мм до 57 и 62,6%; и 59,0 и 66,4% соответственно для бедной и богатой аглоруды. Разделение исходной руды по крупности зерна 5 мм позволило бы повысить качество бедной аглоруды до 58,8%, а богатой - до
63,2% железа. Выход богатой фракции в первом случае составил бы 47%, а во втором - 66,2%. Однако повышенная влажность исходного материала (особенно его мелкой фракции - 5-6%) не позволяет практически реализовать эту возможность известными методами сухого разделения, например, грохочением.
Частицы гематито-мартитовой составляющей аглоруды шахтной добычи имеют удельную магнитную восприимчивость в диапазоне (50^200)-10-6 см3/г и могут извле-
Магнитная рудоразборка бедной аглоруды показала (табл. 4), что в градиентном поле с индукцией около 0,4 Тл выделяется 54,6% магнитного продукта с массовой долей железа 57,4%. Повышение индукции до 0,6 Тл за счет доизвлечения более бедных по содержанию железа фракций способствует увеличению выхода магнитного продукта до 74,2% при снижении его качества до 56% железа.
Сравнивая данные таблиц 3 и 4 видим, что, если в классах крупностью 5-0 и 1-0 мм бедной аглоруды массовая доля железа составляет 57,0 и 62,6 %, то в тех же классах магнитного продукта она повышается до 60,8 и 63,7 % соответственно. В тоже время при массовой доле железа в классах крупностью +10 и +5 мм бедной аглоруды 46,2 и 47,8 % этот показатель в немагнитной фракции понижается соответственно до
41,0 и 40,4 %. Промежуточный продукт с массовой долей 52,1 %
требует дальнейшего раскрытия и контрольной сепарации.
Исследование продуктов магнитного анализа бедной аглоруды показывает, что перечистка пром-продуктовой фракции может повысить выход магнитного продукта до 68,4 % при некотором (с 57,4 до 56,9 %) снижении массовой доли в нем железа. Более высоких показателей мож-но ожидать при доводке промпродукта после его предварительного доизмельчения до крупности 5(6)-0 мм. Учитывая существенную разницу в бедной железом кварцитной и породной составляющих - с одной стороны и богатой гематитово-мартитовой
- с другой, наибольший эффект от этой операции можно ожидать при использовании центробежноударного способа дробления. Таким образом при разработке способа обогащения бедных руд шахтной добычи, или их агломерационной и кусковой фракций, следует учитывать комплекс различий физических, физико-химических и физико-механических свойств разделяемых компонентов.
Богатая железом гематитово-мартитовая составляющая имеет более низкую, чем кварциты и сланцы, прочность и концентрируется при дроблении в наиболее мелких (менее 5(6) мм) с повышенной магнитной восприимчивостью (более 50-10-6 см3/г) и влажных (более 4% влаги) классах руды. Сегрегационное упорядочение подаваемого в зону действия магнитного поля сепаратора рудного слоя позволяет повысить дифференциацию действующих на частицы магнитных и механических сил, интенсифицировать и повысить технологическую эффективность
процесса их разделения.
2. Магнитная система сепаратора для сухого обогащения мелкодробленых гематито-
мартитовых руд
Исследование режима магнитной сепарации слабомагнитных агломерационных руд шахтной добычи на лабораторной модели сепаратора ВПБСО-40/3 показали возможность значительно, до 0,4-
0,8 Тл, понизить индукцию поля в рабочей зоне промышленного
торов для обогащения сильномагнитных руд.
Распределение железа в продуктах магнитного анализа бедной аглоруды
(53 % железа)
Наименование Класс Выход, % Массовая Суммарный продукт (снизу)
продукта крупно- от по доля выход, Массовая доля
сти, мм руды операции железа % железа, %
Магнитный 10 - 0 54,0 100,0 57,4
продукт +10 4,6 49,4 100,0 57,4
(концентрат) -10 +5 27,7 50,2 95,7 57,7
-5 +1 37,7 58,8 68,0 60,8
-1 +0 30,3 63,7 30,3 63,7
Промпродукт 10 - 0 19,6 100,0 52,1
+10 8,5 46,6 100,0 52,1
-10 +5 21,2 45,1 91,5 52,6
-5 +1 33,5 47,9 10,3 54,6
-1 +0 36,8 61,3 36,8 61,3
Немагнитный 10 - 0 25,8 100,0 44,3
продукт +10 15,0 41,0 100,0 44,3
(хвосты) -10 +5 42,3 40,2 85,0 44,3
-5 +1 31,5 46,1 42,7 49,4
-1 +0 11,2 58,8 11,2 58,6
сепаратора, что в свою очередь, спсобствует уменьшению массы, а соответственно и стоимости используемых для изготовления систем постоянных магнитов.
При разработке и изготовлении магнитной системы промышленного модуля барабанного сепаратора для сухого обогащения слабомагнитных руд ВПБСО-90/20 использовались изготовленные отечественными предпри-
Техническая характеристика промышленного модуля барабанного сепаратора отклоняющего типа ВПБСО-90/20:
♦ диаметр барабана, мм - 900;
♦ рабочая длина барабана, мм -140;
♦ магнитная индукция, Тл
♦ на поверхности полюсов -
0,9^0,4;
♦ на поверхности барабана - 0,5 Таблица 4 ^ 0,2;
♦ окружная скорость барабана, м/с - 1 + 3;
♦ удельная производительность при крупности исходного от 60 до 15-0 мм, т/ч-м -20^40.
3. Результаты полупромышленных технологических испытаний обогатимости аглоруды шахты им. Ленина
Г ранулометрический состав богатой исходной аглоруды с 58,9% железа представлен в табл. 5 и свидетельствует о том, что даже при понижении порога классификации до 6 мм, повышение качества аглоруды по существующей технологии не превысит 0,9% железа. Выделяемые при этом в количестве 7,5% в класс +6 мм железистые кварциты содержат 47,9% железа.
Опыты по магнитному обогащению показали (табл. 6), что при выделении немагнитного продукта Таблица 5
Гранулометрический состав аглоруды ДСФ шахты им. Ленина
полюса блока магнитной системы на 20 мм (против его середины) индукция уменьшается от 0,9 до 0,15 Тл. Эти значения обеспечивают величину градиента магнитного поля 38-40 Тл/м, что на порядок превышает значения градиента в рабочей зоне сепара-
ятиями высокоэнерге-тичные постоянные Класс крупности, мм Выход, % Массовая доля железа, % Распределение железа, %
магниты с энергией до +10 1,6 }7,5 36,67 }47,9
250 кДж/м3 из сплавов -10 +6 5,9 49,29
Dd-Fe-В и №-Ре-В. -6 +3 25,7 53,70 23,4
Исследования по- -3 +1 12,4 60,31 }59,8 12,6
казали, что с удалени- -1 -0 54,4 62,81 58,0
ем от поверхности И т о г о: 100,0 58,9 100,0
Таблица 6
Варианты магнитного дообогащения богатой аглоруды (при изменении положения шиберного устройства сепаратора ВПБСО-90/20)
Положение Наименование Выход, Массовая доля Прирост Извлече-
шибера продукта % железа, % железа, % ние, %
Поз. 1 Исходная аглоруда 100,0 58,9 100,0
Магнитный 91,8 60,2 1,3 93,8
Немагнитный 8,2 44,3 6,2
Поз. 2 Магнитный 74,2 61,6 2,7 77,7
Немагнитный 25,8 51,13 22,4
Поз.3 Магнитный 55,7 62,5 3,6 59,2
й ы н Ё и г а м е Не 44,3 54,4 4°г„ИАб
с массовой долей железа 44,3% (поз. 1) качество аглоруды может быть повышено на 1,3% железа при его извлечении 93,8%.
При повышении качества аглоруды (например, для экспортных поставок) до 62,5% железа (поз.3) в один прием магнитного обогащения немагнитный продукт может реализовываться ближнему потребителю при качестве 54,4% железа. При выделении магнитной сепарацией 74,6% продукта с 61,6% железа (поз.
2) получаемый промпродукт с
51,1 % железа может быть реализован как высококачественная руда для высокоинтенсивной мокрой магнитной сепарации на ЦГОКе, НКГОКе или КГОКОРе. Или же после его додрабливания до крупности 6-0 мм и повторной сухой магнитной сепарации из него может быть получено дополнительно около 15 % аглоруды с массовой долей железа 57,558,0%. Суммарный выход аглоруды составит при этом около 90% при среднем качестве 60,9% железа.
4. Технологические рекомендации по сухому магнитному обогащению руды шахты им. Ленина
С целью получения данных для обоснования выбора рационального варианта переработки гемати-то-мартитовых руд шахты им. Ленина в оптимальном режиме сухой магнитной сепарации обогащали исходную руду с массовой долей железа 54,5%, а также до-обогащали аглоруду с 57,5 и 59,3% железа. Влажность исходной руды составляла около 4%, а аглоруды - до 5%. Показатели сухого магнитного обогащения приведены в табл. 7.
Таблица 7
Технологические показатели сухого магнитного обогащения продуктов переработки руды ш. им. Ленина
Вариант Наименование Выход, Массовая доля Извлечение
продукта % железа, % железа, %
1 Исходная аглоруда (круп-
ность 12(10)- 0 мм) 100,0 54,5 100,0
Концентрат 78,3 57,9 83,2
Хвосты 21,7 42,2 16,8
2 Аглоруда 100,0 57,5 100,0
Концентрат 83,3 60,0 86,95
Хвосты 16,7 45,0 13,05
3 Аглоруда 100,0 59,3 100,0
Концентрат 87,4 61,0 89,9
Промпродукт 12,6 47,5 10,1
При работе по варианту 1 необходимо обеспечить дробление всей исходной руды (1,5-1,6 млн.т год) до крупности 12(10)-0 мм. Для сепарации потребуется установка 5 сепараторов (4 - в работе, 1 - в резерве) типо-размера
ВПБС0-90/250. По сравнению с действующей схемой ДСФ ш. им. Ленина такой вариант технологии позволит увеличить выход товарного продукта за счет доизвлечения железа из кусковой части примерно на 8%.
Т.е., по уровню переработки 1997г. - на 100 тыс. т. Это позволит за полгода окупить затраты, связанные с приобретением и установкой сепараторов. Изучение состава получаемых при этом хвостов показывает (табл. 8) постоянство в их классах массовой доли железа в пределах 41,2 -г-42,9% вплоть до рупности 1-0 мм, где оно повышается, вероятно, за счет окклюзии тонкой рудной части с кварцитами.
При работе по варианту II и III на доводку аглоруды до 60 или 61% железа необходима установка 3 сепараторов в основной и одного для перечистки промпродукта. Однако получаемый дополнительно промпродукт с массовой долей железа 54,5-55,0% может иметь потребительную ценность лишь Таблица 8
Гранулометрический состав хвостов магнитного обогащения исходной руды
Класс крупности, мм Выход, % Массовая доля железа, %
+8 2,6 41,9
-8 +5 52,7 41,2
-5 +3 24,3 41,4
-3 +1 6,9 42,9
-1 +0 13,5 45,1
И т о г о: 100,0 41,9
при возможности его реализации как бедной аглоруды или как сырья для дальнейшей переработки высокоинтенсивной мокрой магнитной сепарацией.
Таким образом, представленные данные показывают наличие реальных возможностей значительного повышения качества товарной продукции из гематито-мартитовых руд подземного Кривбасса.
© В.Ф. Бызов, Ю.П. Капленко, Л.А. Ломовцев, В.А. Колосов
