CC BY
126
Секисов Г.В. - ИГД ДВО РАН, г. Хабаровск, ЧитГУ, г.Чита, Левин Д.В. - ОАО «Корфовский каменный карьер», Гладырь А.В. - ИГД ДВО РАН, г. Хабаровск.
----------------------------------- © К.К. Размахнин, 2007
УДК 622.7 К.К. Размахнин
РАЗРАБОТКА И ОБОСНОВАНИЕ СХЕМ ПЕРЕРАБОТКИ ЦЕОЛИТСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ НА ОСНОВЕ ПРИМЕНЕНИЯ НАПРАВЛЕННЫХ МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ И УЛЬТРАЗВУКОВЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ
Семинар № 24
Х"¥риродные цеолиты представляют собой новый ценный
-Ж^вид нетрадиционного сырья. Обладая уникальными катионными и каталитическими свойствами, они находят все более широкое применение в промышленности, сельском хозяйстве, при охране окружающей среды, медицине и пищевой промышленности.
В настоящее время, при использовании цеолитов в том или ином качестве, к ним предъявляются и другие требования. Качество цеолитсодержащего сырья оценивается, в основном, по содержанию загрязняющих примесей, таких как кварц, полевой шпат, слюда, гидроокислы железа и т.д. Однако, как известно, при использовании цеолитов возникает необходимость повышения качества цеолитсодержащего сырья путем его глубокой очистки от вмещающих примесей с использованием энергосберегающих и экологически чистых технологий, обеспечивающих дополнительно предъявляемый к ним комплекс требований по условиям применения.
Последние годы характеризовались активными научными и опытно-конструкторскими работами в области исследования и
внедрения новых процессов и аппаратов для повышения качества цеолитсодержащего сырья. Однако данные процессы и аппараты недостаточно отработаны в теоретическом и прикладном планах.
Все это подтверждает актуальность проводимых исследований, основная задача которых состоит в создании рациональной технологии повышения качества цеолитсодержащего сырья.
В процессе проведения исследований было установлено, что наиболее эффективным способом повышения качества цеолитсодержащего сырья является его переработка с использованием сильных магнитоэлектрических и ультразвуковых воздействий, обеспечивающая одновременно удаление загрязняющих примесей и модификацию свойств в соответствии с предъявляемыми требованиями.
В качестве объекта исследований использованы монтморилло-нит-цеолитсодержащие туфы Шивыртуйского и шабазитсодержа-щие андезитобазальты Талан-Гозагорского месторождений (Читинская область).
Исследователем были поставлены следующие задачи:
1. Провести комплексную технолого-минералогическую оценку свойств цеолитсодержащего сырья Восточного Забайкалья с целью определения методов его переработки.
2. Исследовать эффективность применения магнитоэлектрических и ультразвуковых методов воздействия для интенсификации процесса отделения цеолитов от вредных примесей и модификации свойств.
3. Определить рациональные параметры использования магнитной сепарации, ультразвуковой обработки и электростатической сепарации при переработке цеолитового сырья.
4. Разработать технологию повышения качества цеолитсодержащего сырья на основе использования сильных магнитоэлектрических и ультразвуковых воздействий.
5. Провести технико-экономическую оценку эффектив-ности разработанной технологии.
В ходе проведения исследований использовались лабораторные методы исследования эффективности магнитоэлектрических и ультразвуковых воздействий с контролем химического, минерального, фракционного и фазового состава цеолитсодержащего сырья, концентратов и хвостов, методы количественного определения цеолитов и вредных вмещающих примесей, а также методы определения маг-
нитных характеристик минералов и измерения напряженности магнитного поля в рабочей системе магнитного сепаратора, статистические методы анализа и обработки экспериментальных данных, математическое моделирование магнитных систем сепараторов с постоянными магнитами.
На основе обобщения и анализа результатов научных исследований установлено, что относительно низкое качество получаемых цеолитовых продуктов обусловлено недостаточной эффективностью используемых аппаратов и технологических режимов, в связи, с чем ведутся разработки флотационных, гравитационных и комбинированных схем переработки цеолитсодержащего сырья.
Качество концентратов зависят от химического состава сырья, формы нахождения элементов, морфологии и гранулометрии минеральных зерен, характеристики их срастания, внутреннего строения, физико-технических свойств, текстурно-структурных особенностей, фазового состава, а также выбранных на основе этих параметров технологического передела и применяемого оборудования.
Ощутимая выгода от применения природных цеолитов будет получена только тогда, когда станет возможным модифицировать их к специфике конкретного применения, то есть по каждому направлению использования цеолитов необходимы принципиально новые технологии.
В ходе проведения исследований определено современное состояние и уровень развития технологий переработки цеолитсодержащего сырья с целью получения высококачественной продукции, выявлены технологические особенности обогащения цеолитсодержащего сырья, осуществлена комплексная технологоминералогическая оценка свойств цеолитсодержащего сырья Восточного Забайкалья с целью определения методов его очистки от загрязняющих примесей, исследованы факторы, влияющие на эффективность отделения цеолитов от загрязняющих примесей (влияние дробления, измельчения ультразвукового воздействия, магнитной и электростатической сепарации на процесс отделения загрязняющих примесей от цеолитов, определены наиболее рациональные параметры технологических процессов), обоснованы рациональные технологические параметры очистки цеолитсодержащего сырья от примесей железа на основе применения магнитного сепаратора с системой из постоянных магнитов, разработана технологическая схема повышения качества цеолитсодержащего сы-
рья на основе применения направленных магнитоэлектрических и ультразвуковых воздействий.
В качестве основного объекта исследований принято цеолитсодержащее сырье Шивыртуйского и Талан-Гозагорского месторождений. Цеолитсодержащие туфы изучаемых месторождений имеют ряд общих технолого-минералогических свойств, определяющих возможность применения при их переработке одинаковых методов обогащения. К таким свойствам можно отнести: неравномерное распределение цеолитов (12-56%), присутствие железосодержащих примесей, часто тонкозернистое взаимопрорастание цеолита с монтмориллонитом, присутствие в качестве основных примесей минералов кварца полевого шпата.
Анализ физических свойств основных вмещающих минералов цеолитсодержащих пород с позиции разделительных признаков позволяет заключить, что для наиболее эффективного извлечения вредных вмещающих примесей требуются комбинированные технологические схемы, включающие кроме методов рудоподготовки, магнитную и электростатическую сепарацию, а также методы энергетического воздействия на вещество.
Центральное место в данных схемах должна занимать магнитная сепарация, как обеспечивающая одновременно удаление железосодержащих примесей, так и модификацию свойств цеолитовых продуктов. Очевидно, что ее эффективность будет определяться как технологическими режимами ее осуществления, так и способом подготовки сырья к магнитной сепарации, в том числе операций дробления, измельчения и предварительной ультразвуковой обработки. Однако оснащение технологических схем имеющимся оборудованием не позволяет достичь требуемого качества цеолитового продукта. Так, результаты переработки цеолитсодержащего сырья Шивыртуйского и Талан-Гозагорского месторождений с использованием роликовых магнитных сепараторов обеспечивают получение цеолитовых продуктов с содержанием примесей железа 1,86 - 4,12% и иных примесей от 9,29 до 24,77%, что не удовлетворяет требованиям к цеолитсодержащему сырью, применяемому в медицине и пищевой промышленности. В связи с этим возникает необходимость разработки технологий и оборудования, обеспечивающего более глубокую очистку цеолитсодержащего сырья от примесей.
В процессе проведения исследований изучались следующие факторы, влияющие на эффективность подготовки цеолитсодер-
жащего сырья к последующей магнитной и электромагнитной сепарации: эффективность дробления, эффективность измельчения, влияние ультразвуковой обработки на процесс отделения загрязняющих примесей от цеолитов и удаления накопившейся в их порах органики, а также эффективность магнитной сепарации при удалении железосодержащих примесей и ее влияние на модификацию свойств и влияние кислотной обработки на эффективность электростатической сепарации.
Исследование факторов, влияющих на эффективность отделения цеолитов от вмещающих вредных примесей проводилось по схеме представленной на рис. 1.
При дроблении цеолитсодержащих туфов наблюдается избирательность, приводящая к обогащению определенных фракций цеолитом. По результатам обследования работы различных дробилок можно считать, что показатель избирательности при дроблении может иметь значения от 1 до 4. Показатель избирательности при дроблении цеолитсодержащих туфов в дробилках различных типов изменяется в пределах от 1,47 для щековой дробилки до 2, 69 для роторной дробилки.
Установлено, что при дроблении и измельчении происходит обогащение отдельных классов крупности продукта цеолитом. При дроблении максимальное количество цеолитов сосредотачивается в классе -0,07+0,05 мм. В целом, проведенные исследования показали, что повышение эффективности отделения мономинералов цеолита от загрязняющих примесей достигается применением дробилок ударного действия и проведением измельчения до крупности материала 0,074-0,05 мм.
Установлено, что максимальное количество цеолитов сосредотачивается в классах крупности менее 1 мм с обогащением на 1,5-2 % по сравнению с классом +2 мм.
Предварительная ультразвуковая обработка суспензии цеоли-тового сырья приводит к интенсификации процесса отделения цеолита от минералов примесесй (полевого шпата, монтмориллонита, кварца, плагиоклаза и др.) вследствие кавитационных процессов, обуславливающих звукокапиллярный и диспергирующий эффекты.
Анализ зависимостей содержания минералов примесей в сливе установки для ультразвуковой обработки показывает, что концентрация минералов примесей в сливе возрастает с увеличением времени воздействия ультразвуком и с повышением частоты
ультразвука. При этом содержание мономинералов цеолита в классе крупности -0,074+0,05 мм достигает 42-49 %.
Постоянное уменьшение крупности материала, поступающего на магнитную сепарацию, вызванное условиями
Исходная проба 1
Дробление
г-
Измельчение
Ультразвуковая обработка
| осадок Сушка
I
Разделение по классам крупности Обеспыливание
т
Магнитная сепарация________
слив
Магнитная фракция
Немагнитная фракция
Электростатическая сепарация
Цеолитовый продукт *
Непроводящая
фракция
Рис. 1. Схема переработки цеолитсодержащего сырья Шивыртуйского и Та-лан-Гозагорского месторождений
раскрытия при обогащении весьма тонковкрапленных цеолитов, является основной трудностью магнитного обогащения цеолитсодержащего сырья. При этом возникает необходимость увеличения магнитных сил в рабочей зоне магнитного сепаратора.
Предварительные эксперименты по применению магнитной сепарации для удаления железосодержащих примесей из цеолитсодержащего сырья показали высокую эффективность применения магнитных сепараторов с изодинамическим полем напряженностью до 1500 кА/м. Но использование таких сепараторов ограничено низкой крупностью перерабатываемого материала и относительно большими энергозатратами. В связи с этим в качестве наиболее перспективного направления выбрано применение магнитной сепарации на сепараторах с системами из редкоземельных металлов.
Для определения требуемых параметров магнитной системы сепаратора с постоянными магнитами проведены моделирование и расчет на ЭВМ напряженности магнитного поля, градиента напряженности и величины силы магнитного притяжения в его рабочем пространстве.
На основании проведенных расчетов разработан магнитный сепаратор для переработки цеолитсодержащего сырья с учетом их технолого-минералогических особенностей.
Следует отметить, что наиболее эффективное удаление железосодержащих примесей из цеолитового сырья на предлагаемой конструкции магнитного сепаратора происходит при крупности материала -
0,3+0,5 мм, при этом рН цеолитов составляет 5,5, в то время как рН материала крупностью -0,1+0,3 мм и -2+1 мм при той же влажности 12 % составляет 6-8,5.
Достоверность результатов компьютерного моделирования и расчетов на ЭВМ характеристик магнитного поля в рабочем пространстве сепаратора подтверждена при экспериментальных исследованиях на лабораторных образцах магнитных систем с углами раскрытия 1800, 1200, 900 и 600. Максимальные значения индукции магнитного поля (2,2 Тл) и величины силы магнитного
притяжения (20 Н/м) в его рабочем пространстве получены при угле раскрытия магнитов 600.
С помощью полученных зависимостей становится возможным оптимизировать процесс очистки цеолитсодержащего сырья от примесей железа.
После магнитной сепарации немагнитная фракция подвергалась электростатической сепарации, с помощью которой производилось удаление примесей кварца, слюды и полевых шпатов. Для наиболее полного извлечения полевых шпатов и кварца из тонкодисперсного немагнитного продукта крупностью менее 0,074 мм перед электростатической сепарацией проводилась подогрев-электризация в присутствии салициловой или бензойной кислоты. Применение электростатической сепарации является достаточно эффективным методом удаления из цеолитсодержащего сырья минералов кварца, слюд и полевого шпата, а использование салициловой кислоты для контрастного заряжения поверхности минералов обеспечивает наиболее эффективное отделение указанных примесей из материала крупностью -0,074+0,05 мм.
Результаты электростатической сепарации клиноптилолит-цеолитсодержащих пород Шивыртуйского и шабазитсодержащих андезитобазальтов Талан-Гозагорского месторождений показывают, что сепарация с предварительной подогрев-электризацией в присутствии салициловой бензойной с концентрацией (0,2-0,4)*10-3 кг/см3 и при напряженности поля (2,7-4,0)*10-5 В/м позволяет уменьшить содержание немагнитных примесей в цеолитовом продукте до 0,65-0,92%.
На основе установленных в работе закономерностей рекомендуется следующая последовательность переработки цеолитсодержащих туфов: дробление, измельчение, ультразвуковая обработка, сушка, грохочение, обеспыливание, магнитное обогащение с использованием сепаратора с системой из постоянных магнитов и электростатическая сепарация с предварительной электризацией для класса менее дальнейшим складированием непродуктивной мм, складирование непродуктивной фракции в отвал. На рис. 2 представлена поцикловая реализация методов обогащения цеолитсодержащих туфов.
Основные принципы, реализуемые во вновь создаваемых технологических схемах повышения качества цеолитсодержащего сырья, базируются на введении следующих переделов:
- ультразвуковая обработка перед грохочением материала;
- глубокая очистка от железосодержащих примесей на магнитном сепараторе с системой из постоянных магнитов;
- электростатическая сепарация для удаления немагнитных примесей.
Рис. 2. Поцикловая реализация методов переработки цеолитсодержащего сырья
В процессе проведения исследований изучалась возможность применения рекомендуемой схемы обогащения шабазитсодержащих андезитобазальтов к условиям работы обогатительного комплекса НПВО «Цеолит» (г. Краснокаменск, Читинская область).
По результатам проведенных исследований составлен акт внедрения технологии обогащения цеолитсодержащих туфов в технико-экономический расчет НПВО «Цеолит»
Оценка экономической эффективности внедрения технологии повышения качества цеолитсодержащего сырья была произведена с ис-
пользованием приведенных затрат на обогатительном комплексе НПВО «Цеолит» (Читинская область, г. Краснокаменск).
На основании произведенных расчетов экономической эффективности применения разработанной технологии повышения качества цеолитсодержащего сырья затраты на получение 1 т. цеолитовой продукции составят около 500 руб. при рыночной стоимости продукции такого качества 20 -22 тыс. руб. за тонну.
Основные научные и практические результаты проведенных исследований заключаются в следующем:
1. Выполнен предметный анализ отечественной и зарубежной практики и научных исследований в области повышения качества цеолитсодержащего сырья, позволивший установить основные причины низких технологических показателей переработки данного вида сырья.
2. Произведена технолого-минералогическая оценка свойств повышения качества цеолитсодержащего сырья Шивыртуйского и Та-лан-Гозагорского месторождений, позволившая определить основные методы их переработки.
3. Экспериментально установлены режимы и параметры эффективного использования направленных магнитоэлектрических и ультразвуковых воздействий для интенсификации процесса отделения вредных примесей и модификации свойств цеолитов.
4. Экспериментально определены рациональные параметры применения магнитной сепарации при переработке цеолитового сырья. Разработана конструкция магнитного сепаратора с системой из постоянных NdFeВ магнитов, обеспечивающая более глубокую очистку цеолитсодержащего сырья от примесей железа и модификацию его свойств.
5. Экспериментально установлены режимы и параметры эффективного использования ультразвуковой обработки цеолитсодержащего сырья и электростатической сепарации с предварительной подогрев-электризацией.
6. Определены рациональные параметры технологии подготовки цеолитсодержащего сырья к операции магнитной сепарации, включающие оптимизацию параметров дробления, измельчения и ультразвуковую обработку.
Разработанная технология повышения качества цеолитсодержащего сырья на основе использования магнитоэлектрических и
ультразвуковых воздействий позволяющет получать продукты с содержанием цеолита до 99,8 %.
— Коротко об авторах -----------------------------------------
Размахнин Константин Константинович - кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры «Обогащение полезных ископаемых и вторичного сырья», ЧитГУ.
------------------------------ © А.В. Фатьянов, Л.Г. Никитина,
С.В. Никитин, В.М. Машеренков, 2007
УДК 622.7
A.В. Фатьянов, Л.Г. Никитина, С.В. Никитин,
B.М. Машеренков
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ НЕСТАЦИОНАРНОГО ЦЕНТРОБЕЖНОГО ПОЛЯ ДЛЯ ОБОГАЩЕНИЯ РУД
Семинар № 24
Современная технология обогащения полезных ископаемых, как правило, базируется на стационарных процессах, использующих различия в физико-химических свойствах разделяемых материалов. Однако, практика переработки различных типов руд показывает, что наиболее высокие технологические показатели стали получать там, где применяемые методы разделения минералов используют хотя бы отдельные элементы нестационар-ности. Теоретически обосновано, что наиболее эффективными и перспективными являются технологии, основанные на использовании неравновесных процессов в переработке полезных ископаемых.
В неравновесных процессах обогащения руд используются не только различия в физико-химических свойствах разделяемых минеральных частиц, но и возможности их направленного изменения на основе регулирования общего состояния дисперсной системы; дисперсионной среды, в которой происходит разделение; различных силовых полей, обеспечивающих это разделение. Прослеживается необходимость изучения характера и особенностей реакции
