CC BY
42
СЕМИНАР 25
ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА -2000”
МОСКВА, МГГУ, 31 января - 4 февраля 2000 года
$ А.Ш. Гершенкоп, М.С. Хохуля,
IТ.А. : Конторина, : 2000: ::::
і і А.Ш. Гершенкоп, М.С. Хохуля, Т.А. Конторина
Ц ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАЗДЕЛЕНИЯ
ЕЕ БАДДЕЛЕИТОВЫХ ПРОМПРОДУКТОВ ПРИ ИХ
И ПЕРЕРАБОТКЕ ГРАВИТАЦИОННЫМИ МЕТОДАМИ
Н
аряду с поиском оптимальных условий реализации традиционных гравитационных процессов при переработке сырья сложного вещественного состава, к которому относятся и бадделеитовые промпродук-ты, необходимо развитие для их разделения комбинированных методов с использованием различия контрастности свойств минералов. Это позволит повысить точность разделения и привести к снижению необходимой разности плотностей у частиц.
Существующая на Ковдорском ГОКе флотационно-
гравитационная схема обогащения обеспечила удовлетворительные показатели по извлечению апатита, но привела к потерям циркониевого материала, особенно в операциях гравитационного предела, где основные потери связаны с циркуляцией промпро-дуктов в конусных и плотносепа-раторах и на концентрационных столах. Данное обстоятельство, а также низкое содержание двуокиси циркония в руде (0,14-0,2 %) и малое на уровне не выше 20-25 % извлечение ZrO2 в готовый концентрат приводит к небольшим объемам его выпуска.
Несмотря на довольно развитую схему первичной концентрации материала, в частности, на конусных сепараторах, включающую основную, три контрольные и одну пере-чистную операции, извлечение ZrO2 в данном переделе составляет не более 50 %.
Существенным недостатком действующей технологии является также ее нацеленность на получе-
ние бадделеитового концентрата с максимально возможным содержанием диоксида циркония. В результате этого основная масса бадде-леита с мелкими фракциями безвозвратно теряется с общими хвостами.
Поэтому данные исследования предусматривали поиск наиболее приемлемых методов повышения эффективности разделения бадде-леита с привлечением комбинированных процессов обогащения. Для решения этой проблемы были изучены пробы промпродуктов стола и
V группы конусных сепараторов, отобранные из гравитационного передела АБОФ Ковдорского ГОКа.
Рассматривая гранулометрический состав промпродуктов и распределение по классам (табл. 1), необходимо отметить более низкое (почти в 20 раз) содержание ZrO2 в промпродукте V группы конусных сепараторов в отличии от промпродукта стола и тенденцию повышения содержания ZrO2 с уменьшением крупности фракций.
Наибольшее ее содержание приходится на два последних класса, что по распределению полезного компонента составляет 20-23 %. Из-за невысокого содержания ZrO2 в трех верхних классах и их небольшого выхода, распределение в них ZrO2 не превышает 1,5 %.
По данным минералогического анализа, основной вклад в содержание породообразующих минералов вносит форстерит, на долю которого приходится около 34 % по первой пробе и 56 % по второй.
Примерно одинаковое количество (около 14 %) присутствует в
первой пробе сульфидов и магнетита. По второй пробе этих минералов в 4-5 раз меньше. В бадделеитовый продукт при обогащении чаще всего попадают пирротин, пирит, марказит, халькопирит, пентландит и др. Далее в порядке убывания содержания следуют карбонаты - соответственно 8,4 и 10,1 %, апатит -
5,4 и 8,5 %, пироксены - 4,2 и 8,7 %. Плотность бадделеита колеблется от 5,5 г/см3 до 6,2-6,4 г/см3 в зависимости от его генерации [1]. Плотность других породообразующих минералов изменяется в пробах в пределах от 5,2 г/см3 у сульфидов до 2,7 г/см3 у кальцита, т.е. практически все минералы в таком широком диапазоне крупности имеют близкие значения, что затрудняет разделение данных
промпродуктов.
При поступлении на обогащение бадделеитового промпродукта стола, выход которого по действующей технологии составляет около 5 т/час, необходимо было как можно большее количество легких крупных частиц минералов вывести из процесса. Данная задача решалась при использовании гидравлического классификатора.
С целью более четкого разделения промпродукта концентрационного стола в восходящем потоке он предварительно подвергался классификации по зерну 0,16 мм. Скорость восходящего потока в сепараторе рссчитывалась, исходя из крупности выделенных классов и получения наиболее минимального содержания двуокиси циркония в легкой фракции. Для этого сначала определялась скорость свободного падения зерен бадделеита со средним диаметром 0,18 мм и 0,08 мм по известной формуле Антонычева-Нагирняка [2], поскольку по распределению на классы -0,2+0,16 и 0,1+0,063 мм приходится максимальное количество бадделеита. Результаты обогащения промпродукта концентрационного стола представлены в табл. 2.
На основании выполненных экспериментов по раздельному обогащению различных классов пром-продукта стола наиболее оптимальные технологические показатели получены при скоростях восходящего потока равных 3,42 см/с для фракции +0,16 мм и 0,71 см/с для материала
крупностью -0,16 мм. В первом случае потери двуокиси циркония с легкой фракцией составляли 3,5 %, а во втором - 9,2 %.
Минералогическим анализом в сливе гидравлической классификации установлено содержание относительно легких по значению плотности минералов - кальцита, апатита, частично форстерита, хотя увеличение содержания ZrO2 в тяжелой фракции было незначительным.
Выделенные методом гидравлической классификации по равно-падаемости продукты тяжелых фракций раздельно обогащались на концентрационном столе с получением концентрата, промпродукта и хвостов. Промпродукт в дальнейшем проходил стадию доводки на промпродуктовом столе.
Регулировка режима передвижения материала по деке стола достигалась изменением угла наклона деки в поперечном направлении, расходом смывной воды и частотой колебаний деки. В таблице 3 приводятся результаты обогащения каждого из продуктов различной крупности при подобранных параметрах работы стола.
Такие результаты получены при расходе общей воды для разделения материала крупностью +0,16 мм составляющем 0,44 м3/ч и угле наклона деки в поперечном направлении равном 3,5°, а для фракции -0,16 мм соответственно - 0,34 м3/ч и 4,5°. Частота колебаний деки стола составляет 300 '/мин. Приведенные в табл. 3 данные показывают значительные потери бадделеита (до 35 %), происходящие с хвостами промпродуктовой концентрации при разделении крупного материала.
По данным [3], величины составляющих скоростей движения частиц вдоль рифлей и поперек деки имеют порядок сантиметров в секунду, поднятия или опускания -долей миллиметра в секунду. Ухудшение процесса концентрации на столе при увеличении в разделяемой смеси содержания тяжелой фракции по литературным источникам [3,4] объясняется действием на каждое зерно двух взаимноперпендикулярных сил, возникающих под действием поперечного потока смывной воды и продольных качаний деки стола, но более пра-
вильное представление о механизме влияния тяжелой фракции дает схема разделения на столе, включающая расслаивание материала и смыв слоев сверху по мере продвижения их вдоль рифлей.
Различная скорость расслоения тяжелой фракции гидравлической классификации крупностью +0,16 мм при прочих равных условиях обусловливается наличием зерен промежуточной плотности. Объясняется это, во-первых, затруднением прохождения наиболее тяжелых зерен в нижний слой через более плотную смесь и, во-вторых, присутствием вследствие сегрегации после окончания расслоения в нижних слоях мелких зерен минералов промежуточной плотности. В результате, по мере движения материала вдоль деки стола слои тяжелого минерала будут терять поддержку рифлей и смываться поперечным потоком воды намного раньше.
При выходе материала на гладкую поверхность деки разделение происходит уже по другой схеме -под действием двух сил - смывной воды и продольных качаний, только мелкие зерна тяжелых минералов (бадделеита, сульфидов, магнетита), плохо поддающиеся смывному действию воды, образуют мономи-неральную полосу. Более крупные же зерна перемешиваются с мелкими зернами промежуточной плотности. Поэтому наличие в обогащаемом материале этих минералов, в первую очередь, форстерита, апатита и диопсида не только снижает извлечение двуокиси циркония, но и приводит к получению бедных концентратов, что подтверждается результатами, представленными в табл. 3, когда различие в извлечении при концентрации на столе мелкого и крупного материала достигает более 30 %.
По результатам технологических испытаний обогащения бадде-леитового промпродукта концентрационного стола, включающих сочетание разделения материала по размеру, равнопадаемости и плотности с использованием комбинированных процессов обогащения извлечение двуокиси циркония в общий гравитационный концентрат составило 77,4 % при его содержании равном 51,9 %. Такие показа-
тели достигнуты благодаря проведенному регулированию характеристики исходного питания стола путем его рассева на две фракции с последующим использованием гидравлической классификации.
Доводка различных по крупности черновых бадделеитовых концентратов производилась в дальнейшем на индукционно-роликовом электромагнитном сепараторе 138 СЭ для выделения из них в основном сульфидов и магнетита при выбранной напряженности электромагнитного поля. Из концентрата крупностью + 0,16 мм основной концентрации стола выделена немагнитная фракция, выход которой составил 60 % с содержанием около 82 % ZrO2 при его извлечении 96 % от операции.
Аналогичные результаты получены и при доводке концентрата крупностью -0,16 мм.
На последних стадиях переработки дообогащение выделенных продуктов предполагается проводить методом флотации по разработанной в институте технологии, что позволит дополнительно получать в год до 300 т бадделеитового концентрата.
Чтобы обосновать возможность применения гравитационных методов для обогащения промпродуктов
V группы конусных сепараторов, выяснение характера распределения в пробе минералов различной плотности и определение плотности частиц отдельных фракций был выполнен ее гравитационный анализ, который проводился в разбавленной водой тяжелой жидкости Клеричи. Его результаты показывают на существенный выход материала промежуточной плотности (3,0 г/см3 < р < 3,6 г/см3) во всех выделенных классах крупности, причем с увеличением крупности от -0,074 до +0,63 мм растет и выход этой фракции с 63,3 % до 86 %. Одновременно с уменьшением крупности происходит и возрастание доли материала, содержащей самые тяжелые минералы, имеющие плотность выше 3,6 г/см3 и увеличением сульфидов в магнетите. Из самых легких минералов, имеющих значения плотности менее 3 г/см3, следует указать на большое количество карбонатов и в первую очередь кальцита, содержание которых увеличивается с 65,3
Угловая скорость вращения, рад/сек.
Угловая скорость вращения, рад/сек.
Угловая скорость вращения, рад/сек.
Рис. 1. Зависимость технологических показателей обогащения промпродукта от скорости вращения конуса;
а=75°, количество нарифлений - 10
Угловая скорость вращения, рад/сек.
Угловая скорость вращения,рад/сек.
Угловая скорость вращения, рад/сек.
Рис. 2. Влияние скорости вращения конуса (а=45°) с резиновыми нарифлениями на технологические показатели обогащения промпродукта
% во фракции - 0,315+0,16 мм мм), в которых, в основном, проис- Вследствие движения вдоль внут-
до 88,6 % в материале крупностью - ходит его концентрация, поскольку ренней стенки конуса, пульпа рас-
Таблица 4
РЕЗУЛЬТАТЫ ОБОГАЩЕНИЯ ПРОМПРОДУКТА КОНУСНОЙ СЕПАРАЦИИ ПО КОМБИНИРОВАННОЙ СХЕМЕ
Продукт Выход, % Содержание Извлечение, %
от операции от исходного ZrO2, % от операции от исходного
Центробежная сепарация
Тяжелая фракция 69.0 69.0 1.12 89.9 89.9
Легкая фракция 31.0 31.0 0.28 10.1 10.1
Исходный 100.0 100.0 0.86 100.0 100.0
Концентрация на столе
Концентрат 17.0 11.7 5.73 86.7 77.9
Хвосты 83.0 57.3 0.18 13.3 12.0
Тяжелая фракция 100.0 69.0 1.12 100.0 100.0
0,074 мм.
Следовательно извлечение бад-делеита будет ограничиваться определенной крупностью материала, поскольку с уменьшением размера частиц, как показывает практика, имеет место недостаточная точность и низкая скорость их гравитационного разделения, поскольку на этот процесс начинает уже влиять гидродинамическое воздействие среды. При снижении крупности частиц до 120 мкм силы сопротивления начинают превалировать над силами разделения, в результате чего эффективность гравитационного обогащения резко снижается
[5, 6].
Первые попытки усилить контрастность технологических
свойств промпродукта предварительным разделением его на винтовом и гидравлическом сепараторах не привели к ожидаемому результату. В частности, при попытке выделить ценный компонент в легкую фракцию извлечение ZrO2 составило всего 52,8 % при ее выходе 37,6 % и содержании 0,76 % ZrO2 при применении гидравлической классификации. Увеличение выхода слива сепаратора до 51,5 % снижает содержание ZrO2 до 0,59 % при незначительном повышении до 56,6 % извлечения. При выводе в тяжелую фракцию до 23 % материала при использовании винтовой сепарации содержание в ней ZrO2 составило 0,96 %, что соответствовало 40 % извлечения.
Как было установлено выше, основные потери бадделеита на АБОФ Ковдорского ГОКа при его гравитационном обогащении приходятся на тонкие классы (-0,16
для эффективного обогащения материала такой крупности в настоящее время нет серийно выпускаемого гравитационного оборудования.
Возможный путь снижения потерь бадделеита в тонких классах -это поиск эффективных способов разделения тонких частиц в гравитационных аппаратах. В качестве такого перспективного способа обогащения может рассматриваться использование центробежных полей.
Полученные на основании публикаций [5,7] интересные результаты по псевдоукрупнению минеральных частиц шарообразной формы различной плотности не всегда удается реализовать на практике при использовании статических сепараторов, когда происходит усиление перемешивания продуктов в зоне разделения.
С целью оценки влияния центробежного поля, как дополнительного фактора интенсификации процесса гравитационного обогащения бадделеитового промпродукта конусной сепарации, были проведены эксперименты на центробежном стенде. Разделение промпродукта происходило в криволинейном потоке при различной скорости вращения конусных насадок определенных геометрических размеров, на внутренней поверхности которых были установлены кольцевые нарифления прямоугольного сечения, расположенные на одинаковом удалении друг от друга.
Интенсивность центробежного поля изменялась от 3 до 12g и создавалась изменением угловой скорости вращения конусных насадок.
слаивалась и за счет наличия турбулентности между нарифлениями происходила постоянная дифференциация зерен по плотности. Наиболее тяжелые минералы, зафиксированные на открытой поверхности постели, перемещались сквозь слой более мелких минералов на дно канавок, а более легкие минералы отжимались к свободной поверхности навстречу центробежному полю и выносились восходящим потоком пульпы. За счет этого обеспечивалось увеличение содержания тяжелых минералов наиболее тонких фракций, которые проникают на дно канавок быстрее крупных, что и обеспечивает их более высокое извлечение.
Известно, что эффективность разделения зерен по плотности во вращающемся потоке зависит в первую очередь от угловой скорости вращения, гидравлической крупности разделяемых зерен и, соответственно, скорости продольного перемещения потока [6, 8]. Для выяснения влияния этих параметров на обогащение промпродукта центробежному обогащению подвергался как исходный материал, так и класс -0,315 мм, поскольку по распределению потери бадделеита в плюсовом продукте составляют всего не более 1,5-1,7 % от всего промпродукта.
На рис. 1 приведены данные по разделению ширококлассифи-цированного промпродукта на вставке с углом конусности, равном 75° при использовании 10 кольцевых нарифлений, размещенных на расстоянии в 20 мм друг от друга. В этом случае при увеличении угловой скорости вращения конуса с 23 до 26 рад/с
происходит снижение извлечения бадделеита в тяжелую фракцию до 88,7 % при одновременном увеличении содержания в ней ZrO2 с 0,66 % до 0,82 % при достижении угловой скорости вращения чаши, равной 26 рад/с и расходе воды 50 мл/с. Увеличение расхода воды при изменении угловой скорости вращения конуса в этом же диапазоне приводит к дальнейшему снижению извлечения бадделеита до 84,8 %, но увеличивает степень концентрации ZrO2 до 1,6 при сбросе 46,2 % хвостов в легкую фракцию. В отличие от вставки с 7 нарифлениями в этом случае прослеживается большее влияние интенсивности центробежных воздействий на результаты разделения. Дальнейшие исследования проводились на материале крупностью -0,315 мм, но улучшения технологических показателей разделения на этой конусной вставке не происходило, хотя и наблюдалось некоторое уменьшение угловой скорости вращения и расхода воды для достижения аналогичных показателей.
На эффективность обогащения в центробежном поле оказывает также влияние состояние улавливающей поверхности и угол конусности. Состояние улавливающей поверхности влияет на эффективность обогащения неодинаково. Она зависит не только от крупности извлекаемых тяжелых зерен, но и от об-
которого достигалась регулированием расхода воды и углом наклона деки в поперечном направлении. На основании ряда проведенных опробований и исходя из опыта работы по дообогащению первой пробы промпродукта стола были выработаны оптимальные условия разделения. В табл. 4 приведены показатели обогащения промпродукта конусной сепарации по комбинированной схеме, включающей центробежную сепарацию и перечистку тяжелой фракции сепарации на концентрационном столе. В результате совместного применения центробежной сепарации и концентрации на столе, получен бадделеитсо-держащий продукт с содержанием 5,73% бадделеита и извлечением 77,9 % от исходного питания. При
щей крупности обогащаемого материала. Анализ поведения зерен разной крупности [6] позволил установить, что оптимальная шероховатость связана скорее с общей крупностью зерен и соответствует следующему соотношению:
Ьв Г1,5 - '2) ^тах,
где Нв - высота выступов шероховатости, мм; dmax - максимальная крупность обогащаемого материала, мм.
Это становится объяснимым, если признать, что тяжелые зерна, которых в промпродукте конусной сепарации очень мало, улавливаются в порах образованной минеральной постели, как в обычном шлюзовом процессе. Следовательно, шероховатость улавливающей поверхности должна обеспечить, с одной стороны, удержание крупных зерен минеральной постели, а с другой -предотвращение вымывания из пор постели мелких зерен бадделеита придонными турбулентными потоками.
Что касается другого фактора, как угол конусности, влияющего на эффективность работы центробежного аппарата, то известно, что с уменьшением угла конусности уменьшается объем конуса, при этом сокращается время пребывания материала в аппарате, снижается выход песков и возрастает выход слива. Данных по изучению влияния угла конусности на процесс необходимости, за счет снижения извлечения может быть получен продукт и с большим содержанием ZrO2.
Возможность дальнейшего до-обогащения концентрата концентрационного стола, полученного из промпродукта конусной сепарации, была проверена по разработанной в институте флотационной технологии выделения бадделеита [9], которая в настоящее время поэтапно внедряется на АБОФ Ковдорского ГОК'а. Анализ вещественного состава концентрата стола показывает, что он является приемлемым для переработки флотационным или комбинированным методом.
Полученный флотационный концентрат содержанием 42,3 % ZrO2 при извлечени 92,2 % от концен-
разделения материала в безнапорных центробежных аппаратах недостаточно и все рекомендации носят эмпирический характер. На этом основании было важным установить влияние использования конусной вставки с углом конусности равном 45° на центробежное разделение промпродукта. Шероховатость вставки создавалась футеровкой ее резиновыми нарифлениями. Как показали полученные данные (рис. 2), разделение материала крупностью -0,315 мм на этом конусе происходит более эффективно, что подтверждается улучшением технологических показателей. При угловой скорости вращения, изменяющейся от 10 до 13 рад/с, т.е. при более чем в 2 раза меньшей интенсивности центробежного поля, наибольшее содержание ZЮ2 в тяжелой фракции увеличилось до 1,73 % при извлечении 66,5 %, что соответствовало степени концентрации, равной 2. Но наиболее оптимальным режимом с меньшими потерями ZrO2 является опыт с получением тяжелой фракции, содержащей 1,56 % при извлечении 85,6 % и сбросе более 50 % хвостов, когда угловая скорость вращения составляла 13 рад/с, а расход воды - 40 мл/с. Доводка тяжелых фракций центробежной сепарации осуществлялась концентрацией на столе, эффективная работа
трата стола доводится до кондиционного содержания электромагнитной сепарацией на индукционнороликовом сепараторе. После магнитной сепарации получен черновой концентрат с содержанием около 74 % диоксида циркония. Потери бадделеи-та с немагнитной фракцией составили
2,5 %.
Таким образом, предварительные результаты по обогащению гравитационного концентрата стола полученного из промпродукта конусной сепарации, указывают на принципиальную возможность их обогащения по флотационной технологии и тем самым увеличить выход бадделеитового концентрата до 400 т в год.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Чернышова Л.В. Типоморфизм минералов (справочник). -М.:Недра, 1989. - 560 с.
2. Антонычев Н.Я., Нагирняк Ф.И. Аналитические и экспериментальные исследования поведения минеральных зерен в процессах классификации в водной среде. - Тр. / Уралмеханобр, 1969. - Вып. 15. - С. 188 - 211.
3. Кизевальтер Б.В. Теоретические основы гравитационных процессов обогащения. - М. :Недра, 1979. - 295 с.
4. Кушпаренко Ю.С. Гравитационное обогащение твердых полезных ископаемых. - М., 1996. - 48 с. (Лаб. и технол. исследования минер. сырья : Обзор / АОЗТ "Геоинфонмарк").
5. Богданович А.В. Разделение минеральных частиц в центробежных полях - обогатительная технология будущего //Г орный жур-
нал. - 1997. - №4. - С.24 - 26.
6. Лопатин А.Г. Центробежное обогащение руд и песков. -М.:Недра, 1987. - 224 с.
7. Богданович А.В. Интенсификация процессов гравитационного обгащения в центробежных полях // Горный инф.-анал. бюлл. / Московский гос. горн. ун-т, №6, 1998, С. 110 - 112.
8. Шохин В.Н., Лопатин А.Г. Гравитационные методы обогащения. - М.:Недра, 1980. - 400 с.
9. Создание прогрессивной технологии обгащения бадделеитсо-держащих продуктов и опыт ее внедрения на Ковдорском ГОКе / Белобородов В. И., Захарова И. Б., Неволина В. Г. и др. // Обогащение руд - 1996, №1. - С. 42 - 44.
