Совершенствование техники и технологии обогащения сильномагнитных железосодержащих руд с использованием инновационных разработок последних лет (на примере Сибирского региона) Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 553.08: 001.895(571.5)

Мязин Виктор Петрович Килин Владимир Иванович Якубайлик Эдуард

Viktor Myazin Vladimir Kilin Константинович

Edward Yakubaylik

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНИКИ И ТЕХНОЛОГИИ ОБОГАЩЕНИЯ СИЛЬНОМАГНИТНЫХ ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩИХ РУД С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИННОВАЦИОННЫХ РАЗРАБОТОК ПОСЛЕДНИХ ЛЕТ (НА ПРИМЕРЕ СИБИРСКОГО РЕГИОНА)

PERFECTION OF METHODS AND TECHNOLOGY OF HIGHLY MAGNETIC IRON ORE CONCENTRATION IN CONNECTION WITH THE INNOVATIONS OF THE LAST YEARS (BY THE EXAMPLE OF THE SIBERIAN REGION)

Приводится анализ инновационных разработок последних лет на обогатительных фабриках, перерабатывающих сильномагнитные железосодержащие руды в Сибири. Показаны основные направления исследований по повышению эффективности техники и технологий магнитного обогащения руд. Охарактеризованы технологические показатели и приводятся результаты использования инноваций на предприятиях ОАО «Евразруда»

Ключевые слова: обогащение, магнитный сепаратор, инновационные решения, совершенствование техники и технологий, руда

The article considers the analysis of recent innovations on the concentration plants processing highly magnetic iron ore in Siberia.

The authors describe basic research directions concerning efficiency upgrading of methods and technology of the magnetic ore concentration. Technological factors are characterized, as well as the results of the implementation of the innovations on the en-terprises of «Evrazruda» OJSC

Key words: concentration, magnetic separator, innovative solutions, upgrading of the methods and technology, ore

В современных условиях повышение эффективности обогатительного производства достигается преимущественно путем развития инновационных процессов, получающих свое выражение в новых технологиях и технических решениях.

Основные инновационные решения применительно к обогащению сильномагнитных железосодержащих руд:

— применение новых магнитных материалов с заданными свойствами для повышения эффективности И§гаёИ;

— разработка и внедрение высокоэффективных магнитных систем магнитных сепараторов;

— внедрение нового способа центробежного разделения сильномагнитных руд;

— совершенствование техники и технологий проектируемых фабрик.

В большинстве своем инновации прочно опираются на патентно-информационный анализ, т.к. именно патентные исследования, опережающие ход развития технологической практики на 15... 20 лет, служат катализатором новой техники, новых способов, новых технологий. Разработка, изготовление новых аппаратов, создание новых патентозащищённых методов магнитной обработки и сепарации магнети-товых руд послужили основой для повышения эффективности обогатительного производства на предприятиях ОАО «Евразруда».

На горно-обогатительных предприятиях ОАО «Евразруда» повышение извлечения полезных компонентов из руд является важнейшим способом эффективного и качественного использования минеральносырьевых ресурсов. Результаты последних исследований направлены на:

— более полное использование горнорудной массы на стадии обогащения с учетом вещественного состава и структурно-текстурных особенностей минеральных комплексов, исследования технологии обо-гатимости руд при сухой и мокрой магнитной сепарации;

— решение вопросов комплексной и рациональной переработки руд и отходов обогащения;

— повышение эффективности методов сухой сепарации в пульсирующих электромагнитных полях из магнетитового продукта с содержанием железа 42,0 %;

— повышение эффективности сухого магнитного обогащения при снижении крупности разделяемых компонентов;

— использование новых патентозащищённых методов магнитной обработки и сепарации магнетитовых руд, создаваемых аппаратами с новыми магнитными системами, направленных на регулирование у разделяемых частиц интенсивных механичес-

ких вращательных моментов, возможности «перешагивания» относительно соседних частиц для объединения в механически прочные высококачественные ассоциаты [2];

— изучение свойств минералов различных фракций по плотности, магнитной восприимчивости, характеру их взаимосвязи;

— комплексное использование вмещающих ценных компонентов, содержащихся в перерабатываемых рудах;

— предобогащение руд методами порционной и крупнокусковой сортировки, расположение комплексов (рентгенометрических, радиометрических, магнитных) в местах ведения горных работ и при освоении малых месторождений;

— широкое внедрение технологии предварительного обогащения руды на базе модульных передвижных конструкций;

— использование дробилок КИД, позволяющих обеспечить крупность дроблёного продукта 0.8 (10) мм в открытом цикле;

— переход к схемам тонкого грохочения в операциях классификации;

— повышение глубины обогащения труднообогатимых мелких классов железа ( за счёт использования дополнительных физических сил и применения новых методов магнитной обработки и магнитной сепарации в процессе разделения), позволяющих значительно улучшить разделительные характеристики сепараторов;

— сочетание гравитационных и магнитных методов разделения частиц в транспортирующих массопотоках для стадиального выделения готовых по качеству продуктов;

— селективную флокуляцию трудно-обогатимых частиц с использованием аппаратов с двигающимися и вращающимися магнитными полями и дальнейшее извлечение сформированных флокул на традиционных сепараторах;

— создание конструкций комбинированных аппаратов на основе стационарных, полустационарных и передвижных агрегатов модульного типа;

— переход к технологиям второго поколения, основанным на достижениях в области пограничных знаний физики, химии,

гидродинамики. Технология магнитно-фло-куляционного отделения тонкого золота от магнетита с использованием эффекта «перешагивания» магнитных частиц [3], сепараторов с двигающимися и вращающимися магнитными полями [4].

К наиболее сложным задачам последних лет для обогатительных фабрик Сибирского региона относятся:

— внедрение в сепараторах современных магнитных систем из сплава «неодим-железо-бор», вместо заводских ферритобариевых, позволивших повысить магнитную составляющую процесса разделения магне-титовых руд;

— реконструкция технологических схем с внедрением дополнительных стадий обогащения;

— внедрение операций для получения высококачественного концентрата;

— внедрение операций контрольной сепарации отвальных хвостов;

— повышение производительности магнитных сепараторов за счет снижения крупности первичных концентратов (в пределах от 20 мм до 0.13 мм).

— анализ внедрения в практику новых магнитных систем сепараторов. Магнитная система предназначена для создания внешнего магнитного поля в зоне сепарации, под действием которого частицы руды намагничиваются, притягиваются и удерживаются на поверхности разделения. Много-

численные опыты по доизвлечению железа из отвальных хвостов показали, что до 70 % потерь связаны с тонкими и мелкими классами. Исходя из теоретических основ ферромагнетизма, следует, что для извлечения труднообогатимых частиц в магнитный продукт требуются более высокие силовые поля.

В качестве объектов достигнутого технического совершенствования магнитных систем и уровня развития техники послужили магнитные системы сепараторов, широко используемые на практике (барабанного типа ПБС 90/100, ПБС 90/150, ПБС 90/250 и элетромагнитные системы сепараторов для обогащения сильномагнитных руд типа ЭБС 80/170).

Заводская магнитная система сепаратора ПБС 90/100 состоит из шести рядов однополярных ферритобариевых блоков, размер одного блока 80х135х120 мм массой 7 кг, блоки установлены на неподвижном секторе, между которыми расположены пять рядов металлических клиньев, выполняющих роль магнитов противоположной полярности, ещё два ряда магнитов установлены на регулируемом секторе (рис.1). Для сепаратора ПБС 90/100 она представлена восьмиполюсной магнитной системой с углом обхвата 1930. (Индукция поля над магнитами составляет — 110...120 МТл, над металлическими клиньями — 100 МТл).

Рис. 1. Общий вид заводской магнитной системы сепаратора ПБС 90/100:

1 — неподвижный сектор; 2 — ряды из однополярных ферритобариевых блоков; 3 — металлические клинья; 4 — магнитные клинья; 5 — регулируемый сектор

Для уменьшения потерь железа при сепарации руд предложено увеличить напряженность рабочего поля в зоне сепарации. Один из вариантов технического решения, реализованного на практике — замена в магнитной системе сепаратора типовых постоянных магнитов из феррита бария новыми постоянными магнитами с высокой энергией, в частности, из материала «не-одим-железо-бор» (М^е-В). Этот материал имеет остаточную намагниченность до 1,2 Тл, коэрцитивную силу Н — до 20 Кэ, магнитную энергию (ВН) — до 300 Кдж/м. Эти характеристики допускают относительно высокую степень свободы при формировании каждого отдельного блока, что позволяет перейти в XXI в. на новый уровень развития сепараторостроения — поднять величину магнитного поля при снижении веса магнитных систем, частично отказаться от дорогих и более сложных в эксплуата-

ции электромагнитных сепараторов. Другое важнейшее преимущество — осуществлять научно обоснованный выбор магнитов требуемого размера для оптимизации режимов обогащения руд по крупности. Выполненные расчеты и проведенные эксперименты подтвердили, что на поверхности пластины размером 41х41х10 мм, изготовленной из материала «неодим-железо-бор», представляется реальным достигнуть поле порядка 4,5 Кэ. Наиболее значимый рост поля наблюдается при наборе системы из 4.5 магнитов.

При технической модернизации барабанных сепараторов изготовлено и испытано девять вариантов магнитных систем с типоразмерным рядом, мм: 80х80х20, 60х80х20, 40х80х20.

Основные типы реконструированных магнитных систем представлены на рис. 2.4.

Рис. 2. Общий вид магнитной системы сепаратора ПБС 90/100 с магнитами размером 80х80х20 мм из сплава «неодим-железо-бор»

(шесть рядов с чередующейся магнитной полярностью):

1 — ряды из неодимовых магнитов; 2 — ряд из ферритобариевых магнитов

Рис. 3. Общий вид магнитной системы сепаратора ПБС 90/100 с магнитами размером 60х80х20 мм из сплава «неодим-железо-бор»

(восемь рядов с чередующейся магнитной полярностью):

1 — ряды из неодимовых магнитов; 2 — ряды из ферритобариевых магнитов

При испытаниях использованы системы с количеством рядов из предложенных магнитов от шести до двенадцати с чередующейся полярностью по ходу движения материала, а также с расположением магнитов в шахматном порядке для создания криволинейного движения материала. Чис-

ло магнитов в ряду варьировали 7.10, с учетом изменения расстояния между ними

0.40 мм. Численное изменение индукции на поверхности барабана находилось в пределах 200.250 МТл, а градиент поля — 50.70 МТл/см.

Рис. 4. Общий вид магнитной системы сепаратора ПБС 90/100 с магнитами размером 40х80х20 мм из сплава «неодим-железо-бор» (двенадцать рядов с чередующейся магнитной полярностью):

1 — ряды из неодимовых магнитов; 2 — ряды из ферритобариевых магнитов

Результаты измерения удельной маг- от поверхности барабанов представлены на нитной силы с учетом удаления магнитов рис. 5.

Расстояние размещения магнитов, мм

Рис. 5. Изменение удельной силы магнитного поля над магнитными системами сепараторов типа ПБС из:

1 — феррита бария (80х135х120 мм — с чередующейся полярностью);

2 — феррита бария (80х135х120 мм — однополярного);

3 — неодим—железо—бора (80х80х20 мм);

4 — неодим—железо—бора (60х80х20 мм);

5 — неодим—железо—бора (40х80х20 мм)

Выполненные измерения подтвердили преимущество магнитных систем, представленных магнитами из сплава «неодим-железо-бора». Наиболее четко преимущество последних проявлялось при сепарации мелкого и тонкого материала при удалении на расстояние от поверхности барабана в 20 мм.

По результатам проведённых испытаний рекомендованы следующие компоновочные решения по магнитной системе сепараторов: нулевой ряд из ферритобариевых блоков (для подмагничивания первого ряда), затем восемь-десять рядов из сплава «неодим-железо-бора». Последний ряд выполняется из стандартных блоков феррита бария, размеры которых уменьшены на 20 мм, с целью повышения схода транспортируемого рудного материала с поверхности барабана. Рекомендуемые численные значения магнитной индукции и градиента поля в зоне сепарации составит соответственно 200 МТл и 50 МТл/см (на расстоянии 20 мм от поверхности барабана).

Выполненные промышленные испытания на руде крупностью —8 мм и —20 мм подтвердили эффективность использова-

ния типоразмерного ряда пластин из новых материалов, мм: 60х80х20, 80х80х20. При этом ширина полюса и зазор между полюсами прямолинейно зависят от крупности исходного материала.

Уменьшение полюсного шага приводит к вращению и разрушению флокул и прядей, высвобождению магнетитовых частиц и, в конечном итоге, к снижению потерь железа. Поэтому требуется увеличить частоту бегущего магнитного поля, численное значение которой (Гц) определяется по известной формуле / = — ’

25

где V — относительная скорость перемещения частиц материала и многополюсной магнитной системы, м/с;

Я — шаг полюсов магнитной системы, м.

Из анализируемой формулы вытекает, что регулирование частоты можно осуществлять путём увеличения скорости или уменьшения полюсного шага. Однако увеличение скорости перемещения материала без увеличения составляющей магнитного процесса разделения ведёт к увеличению

потерь ценного компонента при сепарации железных руд. Следовательно, для повышения эффективности работы сепараторов необходимо стремиться к увеличению полезных сил, действующих в радиальном направлении ( магнитная составляющая направлена к центру барабана) при одновременном повышении частоты магнитного поля.

Инновационная разработка последних лет, связанная с усовершенствованием магнитных систем сепараторов ( применение сплава «неодим-железо-бор»), позволила увеличить центробежную составляющую процесса разделения рудного сырья. Скорость вращения барабанов увеличена с 1,88 до 3,77 м/с, а частота поля повышена с 15

до 41,9 Гц (при полюсном шаге — 0,09 м) и 62,8 Гц (при полюсном шаге — 0,06 м).

Выполненный комплекс мероприятий по реконструкции магнитных систем на основе реализации технологических инноваций позволил поднять извлечение железа в первичный концентрат на обогатительных фабриках ОАО «Евразруда» на 0,9 % при одновременном повышении качества первичных концентратов на 0,6 %. Технологические потери магнетитового железа с отвальными хвостами удалось снизить на 0,6 %. Экономический эффект от реализации разработанных мероприятий (по отношению к периоду 2007 г.) составил около 163 млн руб.

Литература

1. Якубайлик Э.К., Звегинцев А.Г. [и др.] Доизвлечение концентрата из железорудных отходов в импульсных градиентных полях // Изв. вузов. Черная металлургия. 1999. — № 8. — С. 10-12.

2. Килин В.И., Килин С.В. Метод подготовки железных руд к сухой магнитной сепарации // Обогащение руд. — 2008.— № 4. — С. 20-24.

3. Килин В.И. Использование вращающихся магнитных полей для отделения тонкодисперсного золота от магнетита // Материалы Международного совещания «Плаксинские чтения — 2004». — Иркутск, 2004. — Ежегодный выпуск.

4. Пат. 2344880. Магнитный сепаратор / В.И. Килин, Э.К. Якубайлик, С.В. Килин. Заяв. 15.07.2007 г. № 2007131162.

Коротко об авторах

Briefly about the authors

Мязин В.П., д-р техн. наук, профессор, Читинский государственный университет (ЧитГУ)

Научные интересы: техника и технология обогащения полезных ископаемых

V. Myazin, Doctor of Engineering, Professor, Department of Underground Mining of Mineral Deposits, Chita State University

Areas of expertise: methods and technology of mineral processing, complex use of the mineral raw materials

Килин В.И., докторант, Читинский государствен- V. Kilin, doctoral candidate, Chita State University ный университет (ЧитГУ), ОАО «Евразруда», г. Новокузнецк

Научные интересы: «магнитные методы» техно- Areas of expertise: «magnetic methods» of iron ore

логии обогащения железосодержащих руд

concentration technologies

Якубайлик Э.К., институт физики СО РАН, г. Красноярск

E. Yakubaylik, Institute ofphysics ofthe Siberian Branch of the Russian Academy of Science, Krasnoyarsk

Научные интересы: теоретические основы физики минералов и оценка применимости сепарации магнитных и слабомагнитных руд

Areas of expertise: theoretical bases of physics of mineral resources and estimation of the applicability of magnetic and low magnetic ore separation