CC BY
166
Н.Г. Синельникова
ТЕХНОЛОГИЯ ОБОГАЩЕНИЯ МАГНЕТИТОВЫХ КВАРЦИТОВ НА ОАО «ЛЕБЕДИНСКИЙ ГОК»
С ПРИМЕНЕНИЕМ ВЫСОКОСЕЛЕКТИВНОГО МОКРОГО МАГНИТНОГО СЕПАРАТОРА ВСПБМ-32,5/20-М
Рассмотрены пути повышения селективности раскрытия и сепарации в процессах магнитного обогащения железных руд.
Ключевые слова: магнетит-гематитовые кварциты, высокоэффективная магнитная сепарация, флокуляция, высококачественный железорудный концентрат, бегущее магнитное поле.
астущие требования потребителей к качеству железоруд-
-яГ ного концентрата заставляют производителей искать пути повышения содержания железа в концентрате и снижения вредных примесей и при этом добыча и переработка полезных ископаемых должна оставаться экономически оправданной. В большинстве случаев предлагаемые пути оптимизации существующих технологий основаны на увеличении числа перечистных операций, стадий измельчения или применении флотации на доводке концентрата. Все это требует значительных капитальных затрат от производителя, которые будут окупаться не один год.
Технология обогащения магнетитовых кварцитов в настоящее время предусматривает стадиальное магнитное обогащение с последовательным выводом нерудной части в хвосты. Это является отличительной особенностью технологии, т.к. для большинства полезных ископаемых последовательно выделяют рудную часть в готовый продукт.
Выделять же магнетит постадиально невозможно по трем причинам:
1. Контрастность магнитных свойств на границе разделения между магнитной рудной смесью и пустой породой выше, чем между магнетитом и сростками, а селективность сепараторов недостаточна.
2. Жесткая магнитная флокуляция частиц магнетита в относительно сильном поле рабочей зоны сепаратора вызывает захват бедных сростков и частиц пустой породы в концентрат.
3. Физико-механическая активация материала после измельчения.
Если первая причина связана с природными свойствами руд и её частично можно устранить, то 2 и 3 причины в основном зависят от режима разделения и конструкции магнитного сепаратора, а именно применяемого повсеместно сепараторов серии ПБМ.
В НТЦ МГГУ «Горнообогатительные модульные установки» был разработан сепаратор ВСПБМ-32,5/20-М, который позволит кардинально изменить существующую технологию обогащения при минимальных капитальных затратах.
Принцип, на котором основана работа сепаратора, хорошо известен в сухой магнитной сепарации. По сути это аналог сепаратора Лаурилла в мокром варианте, но, конечно же, с множеством отличительных особенностей. Сепаратор представляет собой вращающийся барабан, внутри которого расположена магнитная система с магнитами чередующейся полярности (угол охвата 360°). Магнитная система вращается навстречу движению барабана.
При вращении магнитной системы вектор напряженности поля в любой точке над поверхностью барабана совершает вращательное движение навстречу магнитной системе. Частота этого вращения равна частоте магнитного поля, то есть, пропорциональна относительной скорости вращения барабана против магнитной системы и числу пар полюсов:
п, ±п _ т п . т о *т
V = —-----2 * — = * — = ——-----кол / сек
60 2 60 2 4 (1)
где п1 — число оборотов барабана в минуту; п2 — число оборотов магнитного шкива в минуту; т — число полюсов магнитной системы; (о отн — относительная частота вращения барабана против
магнитного шкива.
Таким образом, угловая частота вращения вектора напряженности магнитного поля составляет: тсп 1
о = 2пу = ——— = — оотнт, сек(2)
60 2
В процессе вращения поля вектор его напряженности составит с продольной осью флоккулы угол а, который будет
Рис. 1. Вращение вектора напряженности магнитного поля в точке, движущейся параллельно поверхности барабана (развертка)
увеличиваться со временем. В этих условиях со стороны поля возникает пара сил, которая стремится выровнять флокулу продольной осью по направлению вектора поля, т.е. вращает флокулу в направлении вращения поля. Эта пара сил даже при небольшом отклонении имеет значительную величину, поэтому флокула начиает вращаться синхронно с вектором напряжен-ности поля, отставая от него на угол ф, что вызвано наличием некоторой пары сил за счет сопротивления среды.
Сила динамического сопротивления среды имеет большое значение при движении флокул в потоке жидкости. Она отрицательно влияет на эффективность сепарации и определяется по формуле:
^ = 3 — (3)
с 8 d8
где V - скорость флоккулы; d - ее размер; 5 - ее плотность; А -плотность среды.
Когда эта сила превышает сумму сил, двигающих флокулу вместе с барабаном, флокула начинает отставать от точки на поверхности барабана, при этом угол отставания продольной оси флоккулы от вектора поля ф увеличивается. Когда угол составит 180°, флокула, имеющая определенную остаточную намагничен-
ность, вытолкнется магнитным полем за зону удерживания и будем унесена центробежной силой в хвосты.
Данное явление повторяется периодически через 180° и приводит к резкому снижению эффективности сепарации в этих точках. Поэтому важно определить такие параметры движения магнитной системы и барабана сепаратора, которые бы позволили избегать критических точек.
В процессах сепарации во вращающемся магнитном поле при разрушении флокул решающую роль играет центробежная сила, возникающая при вращении флокулы вокруг своих осей. Сила, разрывающая флокулу в среднем сечении, определится как разность равнодействующих сил для каждой половинки флокулы. Наибольшая сила соответствует горизонтальному положению флоккулы [5]. Следовательно, рассматривая такое положение, определяем частоту поля, необходимую для разрушения флокулы до размера частиц её составляющих:
Итак, рассматривая картину магнитного поля над поверхностью барабана, очевидно, что флокулы во вращающемся магнитном поле ориентируются по силовым линиям, при этом как бы «перекатываются» по поверхности барабана. В точке между полюсами происходит разрушение флокулы и высвобождение немагнитных частиц, захваченных ею. Чем большее число вращений совершит флокула в процессе сепарации, тем меньше она будет содержать пустой породы, тем чище получим концентрат.
Из аналитических зависимостей следует: чем больше скорость вращения магнитного поля, тем лучше. При сухой магнитной сепарации скорости достигаются вращением барабана. При мокрой магнитной сепарации невозможно значительно увеличить скорость вращения барабана из-за сопротивления среды, поэтому частота вращения магнитного поля определяется преимущественно частотой вращения магнитной системы.
Испытания сепаратора ВСПБМ проводились как лабораторных условиях, так и в промышленных условиях на ОФ ЛГОКа. На ОФ сепаратор ВСПБМ - 32,5/20-М был установлен после 3 приема 1 стадии ММС (рис. 2).
4
ас%Н 0е
2 -2с )
2
(4)
магнитная сепарация 2 пр. 1 стадия
\
кон-т \
ХВОСТЫ N
магнитна? сепарация 3 пр. 1 стадия \
< \
кон-т \
х вдеты \
\
насос
: .
сепарато ВСПБМ-32,5/20
п/пр кон-т
классификация в
\ г/ц 1 стадия
Рис. 2. Расположения сепаратора ВСПБМ-32,5/20-М в технологической схеме ОФ ЛГОКа
Исходным питанием сепаратора являлся концентрат 1 стадии ММС. Т.к. если рассматривать вещественный состав магнетитовых концентратов 1-3 стадий обогащения, то видно, что уже после 1 стадии более половины магнетита находится в виде свободных зерен (рис. 3), т.е. нет необходимости направлять их дальше по схеме. Поэтому испытания проводились на концентрате 1 ст. ММС после 1 ст. измельчения.
Исходное питание перед подачей в сепаратор ВСПБМ-32,5/20-М доводилось разбавлением водой до плотности 11001300 г/л и перекачивалось насосом. Насос был дополнительно установлен для перемешивания исходной пульпы и разрушения сильномагнитных флокул. Сепаратор ВСПБМ-32,5/20-М испытывался в непрерывном режиме работы.
100
80
60
40
20
Вещественный состав магнетитовых концентратов ЛГОК
I стадия ц стадия III стадия а а а
1 ■ б 6
6 г
в ■
~ г в
#
о
£
х
та
а
о.
О
=1
1
16 17 18
6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Распределение по стадиям измельчения
а - концентрат в целом; 6 - класс -44 мкм; в - класс -71+44 мкм; г - класс +71 мкм;
сростки; - бедные сростки.
___| - свободный магнетит; | | - богатые
Рис. 3. Вещественный состав магнетитовых концентратов ЛГОК
Во время испытаний с помощью частотных регуляторов меняли частоту вращения магнитной системы и барабана, подачей воды в зумпф насоса изменяли плотность исходного питания, также испытывали сепаратор при различной производительности. По результатам проведенных опытов с помощью программы «Статистика» были получены гистограммы содержания железа в исходном питании и концентрате сепаратора (рис. 4).
Как видно из представленных графиков в ходе полупромышленных испытаний были получены превышение содержания железа в концентрате над содержанием железа в исходном на 10-12% и это за один прием сепарации.
Наилучший результат был получен при частоте вращения барабана -7,5 Гц, частоте вращения магнитной системы - 25 Гц, плотности исходного питания 1060 г/л. Производительность сепаратора по твердому составила 42,2 кг/ч, выход концентрата -80,47%, содержание железа общего в концентрате- 68,5%, извлечение - 92,95%. Содержание железа общего в исходном продукте -59,3%.
Кроме того, есть несколько опытов, в которых превышение содержания железа общего в концентрате над содержанием железа общего в исходном более 15%. Наибольшее превышение (на 15,3%) было получено: 1- при частоте вращения барабана - 20 Гц, частоте вращения магнитной системы - 25 Гц, плотности исходного питания 1100 г/л. Производительность сепаратора по твердому составила 37 кг/ч, выход концентрата - 62,65%, содержание железа общего в концентрате- 67,3%, извлечение - 81,87%. Содержание железа общего в исходном продукте - 51,5%, 2- при частоте вращения барабана -7,5Гц, частоте вращения магнитной системы - 50 Гц, плотности исходного питания 1260 г/л. Производительность сепаратора по твердому составила 79,9 кг/ч, выход концентрата - 66,67%, содержание железа общего в концентрате- 67,5%, извлечение - 86,21%. Содержание железа общего в исходном продукте - 52,2%.
Оптимальными параметрами работы сепаратора ВСПБМ -32,5/20-М в пределах рассмотренных диапазонов являются: плотность исходного питания -1200-1300 г/л, производительность сепаратора - 350-400 кг/ч, частота вращения магнитной системы с чередующейся полярностью (система 3-1-3) - 20-30 Гц, частота вращения барабана - 10-20 Гц. При этом содержание железа общего в концентрате составило 67,7-68,5%.
Histogram (Spreadsheet1 10v*63c) Vaг1 = 57*2*погта1(х; 66,307; 1,9979) Var2 = 57*2*normal(x; 55,8474; 1,8295)
Рис. 4. Гистограммы содержания железа общего в исходном питании (Уиг 2) и в концентрате (Уиг 1)
Выводы
Выделение магнетита в голове технологической схемы и стадиально требует от ВСММС максимальной эффективности сепарации, причем это сделать легче на более крупных зернах, т.е. после первой стадии измельчения. Выделение конечного концентрата после первого приема ММС - это, безусловно, лучший вариант технологического решения для внедрения технологии стадиального выделения высококачественных магнети-товых концентратов по мере их раскрытия для сокращения технологической схемы. Конечно, при этом возникают также и некоторые технологические препятствия, например, нежелательное загрубение крупности конечного концентрата перед окомкова-нием и другие решаемые проблемы. Однако, все это перекрывается положительными технологическими и экономическими преимуществами новой технологии: повышение извлечения магнетита за счет большего коэффициента захвата, увеличение эко-
номии материальных и энергетических ресурсов, уменьшение обводненности продуктов и водооборота.
Пятая очередь расширения на ОАО «Лебединский ГОК» предусматривает замену головных мельниц на более современные с повышенной производительностью, что приведет к перегрузке технологической схемы в целом и неизбежно скажется на качестве получаемого концентрата.
Как показали испытания на ОАО ЛГОК, технология ВСММС позволит вывести из схемы в голове процесса до 20% конечных продуктов по выходу от исходного при массовой доле железа до 68,5%. Это уменьшает нагрузку на II и III стадии измельчения, что дает соответствующую экономию электроэнергии, материальных ресурсов и может стать мощным технологическим резервом комбината.
Общее извлечение железа должно при этом повышаться, так как его потери связаны в основном с мелкими классами магнетита и свободного гематита. Количество воды, участвующей в водообо-роте, также должно снижаться, так как сепараторы ВСММС работают при более высоких плотностях пульпы, а появление зернистых классов в питании фильтров безусловно снизит влажность кека.
------------------------------------------ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Железорудная база России / под ред. Орлова В.П., Веригина М.И., Голив-кина Н.И. - М.: ЗАО «Геоинформмарк», 1998. - 842 с. - ISBN 5 - 900357 - 07 - 4.
2. Плаксин И.Н., Кармазин В.И., Олофинский Н.Ф., Норкин В.В., Кармазин В.В. Новые направления глубокого обогащения тонковкрапленных железных руд. М., Наука, 1964.
3. Остапенко П.Е. Обогащение железных руд. - М.: Недра. 1985.
4. Нагата Такэзи. Магнетизм горных пород. М., Недра, 1965.
5. Кармазин В.В., Кармазин В.И. Магнитные, электрические и специальные методы обогащения полезных ископаемых. - М.: Изд-во МГГУ. 2005. - Т.1.
6. Кармазин В.В. Совершенствование технологии обогащения магнетито-вых кварцитов на основе сепараторов с бегущим магнитным полем // Горный журнал. - 2006., №6.
7. Кармазин В.В. Современные тенденции в использовании минерального сырья. Сб. «Устойчивое развитие горнодобывающей промышленности», Кривой Рог, КГТУ, 2004 г.
8. Крючков А.В. Совершенствование технологии обогащения железистых кварцитов // Горный журнал. - 2001. - № 6.
9. Лищинский B.C., Попов В.П., Остапенко А.В. Основные направления подготовки к производству концентрата для металлизованных брикетов //Горный журнал.- 1997. - №5-6.
10.Клюшин В.А., Остапенко А.В. Совершенствование технологии обогащения // Горный журнал. - 1996. - № 3.
11. Техника и технология обогащения железных руд на зарубежных обогатительных фабриках: Отчет о НИР / Институт технико-экономических исследований Министерства черной металлургии СССР - ИТЭИ Минчермет/; Руководитель Л.А. Дринько. № ГР70054136; Инв. № А6117. - М., 1984.
12. Владимиров Т.Е. Исследование процессов мокрой магнитной сепарации в бегущих полях электромагнитных систем. Докторская диссертация, КузПИ, 1978.
13. Ломовцев Л.А., Нестерова Н.А., Дробченко Л.А. Магнитное обогащение сильномагнитных руд. - М.: Недра, 1979.
Sinelnikova N. G.
TECHNIQUE OF MAGNETIC QUARTZITE REFINEMENT AT JSC (JOINT STOCK COMPANY) “LEBEDINSKIY MINING AND CONCENTRATION COMPLEX” WITH IMPLEMENTATION OF HIGH-SELECTIVE WET MAGNETIC COBBER VSPBM-32,5/20-M
In the article the ways of increase of selectivity of opening end separation considered in the processes of the magnetic enriching of iron-stones.
Key words: magnetite-hematite quartzites, highly efficient magnetic separation, flocculation, high-grade iron-ore concentrate, travelling magnetic field.
— Коротко об авторе -------------------------------------------------
Синельникова Н.Г. - аспирант, кафедра ОПИ, Московский государственный горный университет, Moscow State Mining University, Russia, ud@msmu.ru, преподаватель ЭПИ МИСиС, natashasin@yandex.ru
