Совершенствование оборудования по пульпоприготовлению, гидротранспорту и складированию хвостов обогащения железистых кварцитов на горнорудных предприятиях КМА

Терехин Евгений Петрович; Булгаков Иван Семенович; Чертова Екатерина Павловна

УДК 622.78

Е.П. Терехин, И.С. Булгаков, Е.П. Чертова

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ОБОРУДОВАНИЯ ПО ПУЛЬПОПРИГОТОВЛЕНИЮ, ГИДРОТРАНСПОРТУ И СКЛАДИРОВАНИЮ ХВОСТОВ ОБОГАЩЕНИЯ ЖЕЛЕЗИСТЫХ КВАРЦИТОВ НА ГОРНОРУДНЫХ ПРЕДПРИЯТИЯХ КМА

Рекомендации по повышению эффективности хвостовых хозяйств ГОКов КМА: для извлечения полезных компонентов и вредных примесей предлагается опытный технологический комплекс; для транспортирования хвостовой пульпы высокого насыщения - высоконапорные поршневые насосы с разделительным устройством; для пылеподавления - установку орошения специальными смесями посредством реактивного двигателя.

Ключевые слова: отходы обогащения железистых кварцитов, оборудование для дообогащения.

Работа горно-обогатительных комбинатов КМА связана с удалением большого количества отходов (хвостов), складируемых в хвостохранилищах, общий объем которых приближается к 1 млрд т, а ежегодный достигает порядка 50 млн т [1]. Несмотря на достигнутый прогресс при обогащении, пульпоприго-товлении, гидротранспорте и складировании отходов, и прежде всего на Лебединском комбинате, в основном технологическом процессе ГОКов КМА имеются существенные недостатки, а следовательно и возможности для значительного снижения затрат.

Так, например, вместе с немагнитными фракциями (гематит «8% из 32—34% общего железа) сбрасывается золото, уран, платиноиды, редкоземельные элементы, а также ряд токсических веществ, в том числе радионуклиды. По данным ГП «Невскгео-логия», в хвостохранилище только Михайловского ГОКа ежегодно в течении 30 лет выносится не менее 1,5 т золота и 2 т ура-

на [2]. Еще более перспективным по золотым запасам в рудах является Белгородский регион, где сосредоточено более 70% запасов железных руд России. Геолог С. Гладких (ОАО «Белгород ТИСИЗ») опубликовал данные трех скважин, пробуренных на золотоносность Панковского месторождения, которое находится рядом с г. Губкин в 10 км от Лебединского ГОКа и комбината КМАруда. Сотрудниками кафедры минералогии Криворожского горнорудного института (Украина) были проведены минералогические исследования этих проб, которые показали, что конгломераты Панковского месторождения содержат видимое невооруженным глазом золото и идентичны крупнейшему в мире разрабатываемому золото-урановому месторождению Вит-ватерсранд (ЮАР) со средним содержанием 4—5 г золота в тонне руды.

Существенным недостатком пульпоприготовления являются относительно высокий расход воды для транспортирования хвостов, колеблющийся от 3 м3/т на Лебединском ГОКе до 23 м3/т на Стойленском и Михайловском. Относительно высокий расход воды создает большие пляжные поверхности не позволяющие эффективно защищать их от ветровой эрозии, а следовательно и от загрязнения окружающей среды. Исследованиями и зарубежным опытом доказано, что оптимальным является сгущение пульпы до плотности 1:1 по твердому и разделение хвостов на крупные и мелкие фракции. Крупные фракции зачастую обезвоживаются на выходе из фабрики обогащения, складируются для использования в строительстве и для возведения дамб, а мелкие сгущаются и подаются гидротранспортом на хвосто-хранилище.

Транспортирование пульпы по стальным пульповодам осуществляется низконапорными центробежными насосами с недостаточно защищенными рабочими органами от абразивного износа и низким КПД.

Институтом НИИКМА, Губкинским институтом (филиалом) Московского государственного машиностроительного университета (МАМИ) с участием авторов были разработаны следующие рекомендации по созданию нового оборудования для устранения вышеназванных недостатков.

Для извлечения полезных компонентов и вредных примесей предлагается опытный технологический комплекс, состоящий из трех основных аппаратов: гидродинамической мельницы, полочного многопродуктового гидроклассификатора и центробежного конусного концентратора.

Гидродинамическая мельница (ГДМ) (патент RU 2081701) предназначена для тонкого доизмельчения хвостов обогащения любой прочности и образивности до крупности 0,1 мкм с применением гидравлических ударов и гидродинамической кавитации, что позволяет в дальнейшем эффективно извлекать как полезные компоненты (немагнитное железо гематит, золото, платина, палладий, серебро и др.) так и удалять вредные примеси (тяжелые металлы, радионуклиды и др.).

Роторная гидравлическая мельница гидро-ударно-кавитаци-онного действия по конструкции аналогична центробежному насосу, рабочее колесо и корпус которого выполнены с чередующимися впадинами и выступами для разрыва потока и образование кавитационных пузырьков. В момент соприкосновения зон высокого и низкого давления происходит взрыв кавитаци-онных пузырьков. Частицы твердого материала, находящиеся в потоке и проходящие в эту зону, подвергаются интенсивному разрушающему воздействию и измельчаются до заданной крупности.

Технико-экономическая оценка свидетельствует, что по сравнению с серийно-выпускаемыми отечественными и зарубежными виброшаровыми мельницами удельная энергоемкость у ГДМ (при одной и той же степени измельчения) ниже почти в пять раз.

Многопродуктовый полочный гидроклассификатор (МПГ) (полезная модель РФ №14146) позволяет эффективно разделять зернистые, в том числе и мелкодисперсные материалы до 1 мкм, по любому размеру и плотности. В отличие от противо-точных сгустителей, жидкая фаза пульпы в межламельном пространстве МПГ перемещается перпендикулярно к направлению движения осадка. Это позволяет повысить производительность сгустителя и установить большее число пластин при одинаковых габаритных размеров.

По сравнению с другими конструкциями полочных сгустителей-гидроклассификаторов (институтов Уралмеханобр и Гидромеханики, фирмы Denver Sala) предложенный классификатор при одинаковой производительности по исходной пульпе значительно меньше по габаритам и металлоемкости.

Центробежный конусный концентратор (ЦКК) (патент RU 2332261) выделяет тяжелые компоненты в том числе железо, золото и платиноиды. В аппарате для центробежного обогащения тонкоизмельченных руд и продуктов переработки благородных металлов тяжелые компоненты осаждаются на кольцевых на-рифлениях внутренней поверхности конического ротора-чаши,

вращающегося вокруг вертикальной оси. Промпродукт и хвосты разгружаются постоянно через регулируемую кольцевую прорезь в верхней части конуса, а разрыхляющая вода, подаваемая через трубу со спреерами, вымывает концентрат из кольцевых нарифлений в полый вал при периодическом снижении числа оборотов.

Предложенная конструкция ЦКК по эффективности работы превосходит такие концентраторы, как «Орокон», «Нельсон» и др. Извлечение тяжелых компонентов (золото, платиноиды и др.) достигает 95—98%, попутно возможно использовать кварцевые отходы в качестве строительных материалов и других нужд.

Экспериментальные образцы всех трех основных аппаратов опытного технологического комплекса отдельно испытывались на полигоне НИИКМА, цементном заводе г. Старый Оскол, золоторудных месторождениях Дальнего Востока, для обогащения и гидроклассификации песков попутной вскрыши Воронежского и Лебединского рудоуправлений. После проведения доводочных работ по результатам испытаний и переоборудованию для извлечения полезных компонентов и вредных примесей из хвостов обогащения они могут быть объединены в общий технологический процесс.

До внедрения опытного технологического комплекса в основе пульпоприготовления предлагается использовать дополнительно к зумпфу-сгустителю (ЛГОК) и радиальным сгустителям (ЛГОК, СГОК, МГОК, комбинат КМАруда) многопродуктовые полочные гидроклассификаторы, которые позволят разделять хвосты по фракциям для дальнейшего использования, предварительно разместив их по фракциям в отдельных секциях.

Комплексное исследование свойств хвостов обогащения институтом ИПКОН РАН [3] показали на возможность их использования при производстве каменного литья, тарных стекол, мирабилита, теплоизоляционных матов из стекловолокна, силикатного кирпича, а также в качестве основного компонента (с добавлением известняка) при производстве экономичных низкомарочных вяжущих (штукатурные и кладочные растворы, вяжущие для твердеющей закладки, качественного портландцемента).

Разработанная новая технологическая схема гидротранспортирования отходов обогащения с учетом оптимизации параметров по консистенции и грансоставу включает выделение крупной фракции хвостов, гидроклассификацию и сгущение мелкой фракции, раздельное транспортирование поршневыми насосами.

Конструкция высоконапорного поршневого насоса с разделительным устройством (авторские свидетельства № 775879 и № 1543916, патент RU № 2079710), обеспечивает транспортирование хвостовой пульпы высокого насыщения на расстояние свыше 20 км без промежуточных насосных станций. Устройство состоит из вертикальных цилиндрических камер, размещенных между цилиндрами насоса и клапанами, которые установлены на всасывающей и нагнетательной трубах. Цилиндры насоса и верхние части камер заполнены чистой водой или водомас-ляной эмульсией, которая выполняет роль жидкого поршня, передающего энергию поршня насоса перекачиваемой гидросмеси через разделительную камеру и не допускающего проникновение через нее твердых абразивных частиц.

В отличие от импортных насосов с разделительными диа-фрагменными устройствами (фирм «МИЦУБИСИ», «ГЕХО» и «ВИРТ») предлагаемая конструкция не требует применения масла и мембран, более проста в эксплуатации.

Для гидроотвалообразования и охраны окружающей среды рекомендуется следующее оборудование:

• резинотканевые трубы взамен металлических, что позволит значительно упростить и снизить затраты на укладку сгущенных гидросмесей;

• установку пылеподавления для орошения пляжных поверхностей хвостохранилища посредством распыления смеси для пылеподавления реактивным двигателем, установленным на большегрузном автомобиле БелАЗ-7519. Автомобиль с прицепом может свободно перемещаться по дамбам отсеков хвостохрани-лища, что позволяет своевременно закреплять специальными смесями поверхности, склонные к пылеобразованию и резко улучшить экологическую обстановку в зоне хвостохранилища.

В целом применение рекомендуемого оборудования позволит:

• выделить полезные компоненты с раздельным их размещением и дообогащением (гематит, золото, уран, платиноиды, кварцевые составляющие и др.);

• выделить вредные токсины и радионуклиды с последующим их захоронением;

• снизить энергозатраты на 5—10% на 1 т железорудной продукции (концентрат, окатыши и др.) за счет доизвлечения полезных компонентов;

• увеличить производственную мощность ГОКа по товарной продукции на 10—15% без увеличения добычи железорудного сырья;

• увеличить прибыль на 15—20% и производительность труда на 5—10%;

• улучшить экологическую обстановку за счет снижения запыленности пляжных зон хвостохранилища.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Аргимбаев К. Р. Промышленные отходы горного производства их использование на примере Лебединского ГОКа // Молодой ученый. — 2011. - № 6. - Т. 1. - С. 12-15.

2. Анисимов В. Н., Булгаков И. С., Кушнеренко В. Н. Новый технологический комплекс по переработке отходов обогащения металлосо-держащих руд // Горный журнал. - 2007. - № 6. - С. 62-64.

3. Обоснование и разработка научно-технических решений по комплексному использованию хвостов обогащения на комбинате КМАруда: отчет о НИР (закл.)/ ИПКОН РАН; научный рук., чл.корр. Д. Р. Каплунов, отв. исп., д.т.н. В. Т. Кравченко № ГР 01990006564. - М., 2001.EES

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Терехин Евгений Петрович1 - кандидат технических наук, старший преподаватель, e-mail: mgougen@yandex.ru, Булгаков Иван Семенович1 - кандидат технических наук, старший научный сотрудник, Почетный член Академии ГН РФ, e-mail: mgougen@yandex.ru,

Чертова Екатерина Павловна1 - старший преподаватель, e-mail: mgougen@yandex.ru, 1 Губкинский институт (филиал) МАМИ.

UDC 622.78

Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2016. No. 6, pp. 99-105. E.P. Terekhin, I.S. Bulgakov, E.P. Chertova IMPROVEMENT OF EQUIPMENT ON THE PULP PREPARATION, HYDRAULIC TRANSPORT AND WAREHOUSING OF TAILINGS FERRUGINOUS QUARTZITE IN THE KMA MINING COMPANIES

Recommendations for improving the effectiveness of the tail facilities of Mining processing plants (GOKs) KMA: it is proposed experienced technological complex for the extraction of useful components and impurities offers; high-pressure piston pumps with the separation unit for the transportation of tailings slurry high saturation; installation of irrigation by special mixtures by means of a jet engine for the dust suppression.

Key words: clarification waste of ferruginous quartzite, equipment for enrichment.

AUTHORS

Terekhin E.P.1, Candidate of Technical Sciences, Senior Lecturer, e-mail: mgougen@yandex.ru,

Bulgakov I.S.1, Candidate of Technical Sciences, Senior Researcher, e-mail: mgougen@yandex.ru,

Chertova E.P.1, Senior Lecturer, e-mail: mgougen@yandex.ru, 309186, Белгородская обл., г.Губкин, 1 Gubkin Institute (branch) of Moscow State University of Mechanical Engineering (MAMI), 309186, Gubkin, Russia.

REFERENCES

1. Argimbaev K. R. Molodoy uchenyy. 2011, no 6, vol. 1, pp. 12—15.

2. Anisimov V N., Bulgakov I. S., Kushnerenko V N. Gornyyzhurnal. 2007, no 6, pp. 62—64.

3. Obosnovanie i razrabotka nauchno-tekhnicheskikh resheniy po kompleksnomu ispol'zovaniyu khvostov obogashcheniya na kombinate KMAruda: otchet o NIR (zakl.) IP-KON RAN; nauchnyy ruk., chl.korr. D. R. Kaplunov, otv. isp., d.t.n. V. T. Kravchenko no GR 01990006564 (Justification and development of scientific and technical solutions for the integrated use of tailings on KMAruda: research report (final). RAS IPKON; Research Manager, corresponding member D.R. Kaplunov, Responsible Executor, Doctor of Technical Sciences V.T. Kravchenko, no GR 01990006564), Moscow, 2001.

РУКОПИСИ,

ДЕПОНИРОВАННЫЕ В ИЗДАТЕЛЬСТВЕ «ГОРНАЯ КНИГА»

НОВЫЙ СПОСОБ ОСУШЕНИЯ БОРТОВ КАРЬЕРОВ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ИХ УСТОЙЧИВОСТИ

(№1071/6-16 от 14.03.2016, 7 с.)

Воронин Алексей Алексеевич — старший научный сотрудник, ОАО «ВИОГЕМ», e-mail: alevrnin@viogem-sp.ru.

Выполнен анализ традиционных технических решений по защите бортов карьеров от обводнения, описаны их основные преимущества и недостатки. Описан опыт внедрения современной и эффективной технологии осушения бортов карьеров с помощью горизонтальных дренажных скважин. Рассмотрен новый способ осушения бортов карьеров с помощью каскадной системы продольных горизонтальных дренажных скважин, которые сооружаются вдоль защищаемого борта. Разработка указанного способа осушения осуществляется с помощью современной техники и технологии горизонтального направленного бурения. Приведены основные технические параметры предлагаемого способа, описаны основные этапы и технология его сооружения. Показаны преимущества способа осушения с помощью каскадной системы продольных горизонтальных дренажных скважин перед традиционными системами.

Ключевые слова: обводненные месторождения полезных ископаемых, осушение бортов карьеров, продольные горизонтальные дренажные скважины, горизонтальное направленное бурение, каскадная дренажная система, устойчивость бортов карьеров.

NEW WAY OF DRAINAGE OPEN-PIT BERMS TO IMPROVE THEIR SUSTAINABILITY

Voronin A.A., OAO «VIOGEM», Senior Research Associate, e-mail: alevrnin@viogem-sp.ru.

This article gives the analysis of the traditional technical solutions for protecting open pit slopes from flooding, and the description of their main advantages and disadvantages. The experience of introducing modern and efficient technology of draining open pit slopes using horizontal drainage wells is described. A new method of draining open pit slopes by a cascade of longitudinal horizontal drainage wells that are constructed along the protected side is considered. The development of this drainage method is conducted with the help of modern machinery and the technology of horizontal directional drilling. The main technical parameters of the proposed method are given, the main stages and the technology of its construction are described. The advantages of the method of cascade drainage system of longitudinal horizontal wells over conventional systems are shown.

Key words: flooded mineral deposits, drainage open pit slope, longitudinal horizontal drainage wells, horizontal directional drilling, cascaded drainage system, open pit wall stability.