CC BY
142
© Э.В. Шелепов, Т.В. Игнатова, 2013
УДК 622.777
Э.В. Шелепов, Т.В. Игнатова
ВЫБОР ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ГЕМАТИТОВОГО КОНЦЕНТРАТА ИЗ ХВОСТОВ МОКРОЙ МАГНИТНОЙ СЕПАРАЦИИ ОБОГАТИТЕЛЬНОЙ ФАБРИКИ ОАО «МИХАЙЛОВСКИЙ ГОК» ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ЛАБОРАТОРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ПИЛОТНЫХ ИСПЫТАНИЙ
Приведен обобщающий анализ лабораторных исследований по разработке технологии получения гематитового концентрата из хвостов мокрой магнитной сепарации (ММС) обогатительной фабрики ОАО «Михайловский ГОК». Представлены результаты испытаний на пилотной установке по различным схемам обогащения хвостов ММС.
Ключевые слова: железные руды, обогащение, извлечение, гематит, флотация, гравитационные методы.
Основным железорудным сырьём Михайловского ГОКа являются неокисленные железистые кварциты. Главные рудные минералы — магнетит и гематит, нерудные — кварц и алюмосиликаты. Неокислен-ные железистые кварциты Михайловского месторождения в отличие от ряда крупных месторождений железистых кварцитов КМА (Стойлен-ское, Лебединское, Коробковское) и других регионов России (Костомукш-ское, Оленегорское и др.) характеризуются высокими прочностными, абразивными и низкими технологическими свойствами. Им присуши незначительные колебания содержания железа обшего, низкое количество вредных компонентов (сотые и тысячные доли % серы и фосфора) и сушественная (от 16 до 30%) изменчивость по массовой доле железа магнетитового.
Минеральный состав рудной шихты неокисленных кварцитов Михайловского ГОКа представлен в таблице 1, из которой видно, что лишь около
половины массовой доли железа в шихте приходится на сильномагнитные минералы (магнетит).
Технология производства товарной продукции предусматривает добычу открытым способом, дробление, трехстадиальное измельчение, магнитное обогащение, получение железорудного концентрата и дальнейшее его окомкование.
Дробленные до крупности менее 16 мм кварциты с помощью системы конвейеров равномерно распределяется по бункерам отделения обогащения.
В отделении обогащения дробленная руда разделяется на магнитный и немагнитный продукт на сепараторах сухой магнитной сепарации (CMC) типа ПБКС — 90/150.
Выделенный немагнитный продукт (хвосты CMC) подается в корпус грохочения, где разделяется на отсев и щебень, которые являются товарным продуктом.
Магнитный продукт является исходным сырьем для получения желе-
Минеральный состав рудной шихты неокисленных кварцитов Михайловского ГОКа поступающей на дробильно — обогатительный комплекс (ДОК) и распределение железа в ней
Показатели Минерал, % Железо, %
Магнетит 27,452 19,492
Гематит 17,998 12,782
Гидроокислы железа 5,027 3,212
Силикаты 12,012 2,834
Рудные карбонаты 3,026 1,039
Нерудные карбонаты 1,495
Апатит 0,344
Кварц 32,400
Прочие 0,463
зорудного концентрата мокрого магнитного обогащения в двух корпусах обогащения (КО) ДОК.
Технологическая схема (рис. 1) предусматривает получение концентрата по схеме 3-х стадиального измельчения с 5-тью стадиями магнитного обогащения.
Измельчение производится в три стадии по замкнутому циклу с классификацией на каждой стадии. Три стадии измельчения осуществляются в шаровых мельницах с использованием шаров диаметром 120, 60 и 40 мм соответственно в мельницах типа МШРГУ 45 х 60, МШР 40 х 50 — первая стадия, МШЦ 45 х 60 — вторая стадия и МШЦ 45 х 60, МШЦ 45 х 50 — третья стадия. На первой стадии измельчения используются спиральные классификаторы (КСН-30 и КСН-24), а на второй и третьей стадиях используются гидроциклоны (ГЦ-500 и ГЦ-360).
Обогащение измельченного продукта происходит в три стадии мокрой магнитной сепарации и две ста-
дии магнитной дешламации со стадиальным выделением сбросовых продуктов (хвостов). Магнитная сепарация осуществляется на сепараторах ПБМ
120/300 с противоточной или полу — противоточной ванной, дешламация в магнитных дешламаторах моделей МД-5А и МД-9.
После трех стадий мокрой магнитной сепарации и двух стадий обесшламли-вания полученный магнитный продукт (концентрат) направляется на уплотнение в магнитных сепараторах, после чего подается на обезвоживание. Обезвоживание осуществляется на дисковых вакуум-фильтрах (ДШ68-2,5У и ДШ 100-2,5У). Хвосты ММС в виде пульпы самотеком поступают в цех хвостового хозяйства откуда при помощи грунтовых насосов в хвосто-хранилище.
Низкое извлечение железа в концентрат, обусловленное обогащением только сильномагнитных минералов, а так же требования технологии оком-кования, определяет повышенные энергозатраты на одну тонну концентрата. Материал, складируемый в хвосты, прошел энергоемкие операции измельчения и содержит 25— 27% железа, связанных со слабомагнитными материалами (гематит и др.). Потери металла обусловлены отсутствием в технологической схеме фабрики операций по извлечению гематита из хвостов мокрой магнитной сепарации.
Стадиальное выделение хвостов предопределяет сложный и неравномерный гранулометрический состав данного продукта. В таблице 2 пред-
Гранулометрический состав и распределение железа по классам крупности в отвальных хвостах обогатительной фабрики
Класс крупности, мм Массовая доля железа общ/магн Выход
+0,16 18,0/0,4 1,4
-0,16+0,074 18,2/0,8 7,6
-0,074+0,05 20,4/0,8 2,6
-0,05+0,044 24,2/1,0 11,5
-0,044+0,03 37,7/1,2 25,1
-0,03+0,02 26,7/0,4 19,3
-0,02+0,01 19,2/0,3 16,2
-0,01+0 19,0/0,4 16,3
Итого 25,8/0,6 100,0
ставлено распределение железа по классам крупности в отвальных хвостах обогатительной фабрики.
Анализ таблицы показывает, что распределение железа по классам крупности неравномерное, наиболее бедные классы плюс 0,05 мм и минус 0,02 мм.
Исследованиями, проведенными в лаборатории ОАО «МГОК», а так же с привлечением сторонних исследовательских организаций установлено, что средний размер зерен гематита составляет 30 мкм, плюсовые классы имеют низкое содержание железа за счет бедных сростков рудных и нерудных минералов, а минусовые классы сильно ошламованы. Кроме того крупность рудных зерен в классе минус 20 мкм затруднит их обога-шение.
Исходя из технологических свойств исходного материала, для успешного извлечения гематита из отвальных хвостов ММС текушего производства, специалистами различных компаний было предложено несколько вариантов технологических схем подготовки. В основном, это классификационные технологии, которые осушествляются
в гидроциклонах различного диаметра, с разным углом конусности, а так же мокром тонком грохочении с последующим обешлам-ливанием. Особенностью предложенных технологических схем являлось удаление перед обогащением крупных сростков и шла-мов, создание необходимой плотности для обогащения.
Для определения приоритетных направлений исследований по извлечению слабомагнитных железосодержащих минералов из отвальных хвостов обогатительной фабрики ОАО «Михайловский ГОК» на девятой технологической секции была смонтирована и запущена в работу пилотная установка. На которой для извлечения гематита были испытаны технологические схемы с применением в различном сочетании операций гравитации, высокоинтенсивной магнитной сепарации, обратной катионной флотации.
Одинаковыми для этих схем являлись исходное питание и подготовка материала к обогащению. На обогащение направлялись хвосты мокрой магнитной сепарации первой, третьей и пятой стадий ОФ, с массовой долей твердого 7—8 %, крупностью 73— 77 % класса минус 0,044 мм, массовой долей железа общего на уровне 25,9 %.
Подготовка к обогащению по всем схемам включала грохочение на грохоте Супер Сайзер SSS4425 с размером ячейки 0,2 мм и SMART-SCREEN S3i-101 с размером ячейки 215 МЕШ.
Для удаления шламов и повышения плотности питания грохотов использовался радиальный сгуститель Д = 30 м, два дешламатора МД-5 и для дози-
Минеральный состав исходного питания (после подготовки) в процентах
№ п/п Минерал Выход Массовая ДОЛЯ FCoñrn
1 Магнетит 1,41 1,00
2 Гематит 34,65 24,43
3 Гидроокислы железа 6,10 3,82
4 Силикаты 14,47 3,00
5 Рудные карбонаты 3,42 1,15
6 Нерудые карбонаты 1,79
7 Апатит 0,47
8 Кварц 36,97
9 Пирит 0,00
10 Прочие 0,72
Сумма 100,00 33,40
ровки и стабилизации питания перед обогащением сгущающие конуса.
В результате подготовки хвостов к обогащению получены пески дешла-мации с массовой долей железа общего 33,4 %, выходом 33,1 %, массовой долей твердого 35—40 %.
По сравнению с исходными хвостами массовая доля класса минус 44 мкм в песках дешламации повысилась 5—8 %, количество шламов (минус 20 мкм) снизилось до уровня 16,2—19,0 %. Минеральный состав питания обогатительных операций представлен в таблице 2.
Полупромышленные испытания проводились с чередованием операций: гравитация, высокоинтенсивная магнитная сепарация, обратная катион-ная флотация.
Гравитационное обогащение производилось на полупромышленном винтовом сепараторе FM-1, предоставленном фирмой ROCHE (Австралия).
Флотация осуществлялась в колонной флотомашине CPT Comineo высотой 6 метров, диаметром 0,152 м. Поток питания подается в верхнюю треть корпуса колонны и движется вниз навстречу потоку мелких пу-
зырьков, генерируемых системой аэрации установленной в донной части колонны. Разгрузка камерного продукта происходит через коническое днище камеры, снижающее риск отложения песков. Для удаления примесей из пены на ее поверхность подается промывочная вода.
Высокоинтенсивная магнитная сепарация производилась на сепараторе 6ЭРМ-70М производства ООО НТЦ «МАГНИС ДТД» (Украина). Аппарат состоит из трех роторов.
Верхний скальпирующий с постоянной индукцией около 2000 Гс, средний и нижний роторы с регулируемой величиной индукции в диапазоне (паспорт) 4000—14000 Гс. Зазор между пластинами: верхний ротор 5 мм, средний и нижний 4 мм. Производительность 1—2 т/ч при рекомендуемой плотности питания 40 % твердого.
За весь период испытано 10 вариантов технологических схем:
1. Гравитационная схема в один прием.
2. Гравитационная схема с перечисткой промежуточного продукта
3. Гравитационная схема с перечисткой промежуточного продукта спирального сепаратора FM-1 на магнитном сепараторе — 6ЭРМ-70М.
4. Гравитационно-флотационная схема, перечистка промежуточного продукта спирального сепаратора FM-1 в колонной флотомашине СРТ Comineo.
5. Гравитационно-флотационная схема, с флотационной доводкой концентрата и промежуточного продукта спирального сепаратора FM-1.
Сравнительные результаты полупромышленных испытаний по вы&ору перспективной технологической схемы извлечения гематита из отвальных хвостов ММС ОФ ОАО «Михайловский ГОК» в процентах
Тип, номер схемы Продукты Выход от исходного питания Массовая доля железа общего Извлечение от исходного питания
Гравитационная № 1 Питание 100,0 25,9 100,0
Концентрат 6,6 57,5 14,7
Хвосты 92,0 23,4 83,0
Пром продукт 1,4 42,6 2,3
Гравитационная № 2 Питание 100,0 25,9 100,0
Концентрат 6,8 58,7 15,4
Хвосты 91,9 23,1 82,1
Пром продукт 1,3 50,6 2,5
Гравитационно-магнитная № 3 Питание 100,0 25,9 100,0
Концентрат 8,7 56,3 18,9
Хвосты 91,3 23,0 81,1
Гравитационно-флотационная № 4 Питание 100,0 25,9 100,0
Концентрат 7,6 58,8 17,5
Хвосты 92,4 23,1 82,5
Гравитационно-флотационная № 5 Питание 100,0 25,9 100,0
Концентрат 5,6 60,2 13,0
Хвосты 94,4 23,9 87,0
Магнитно-гравитационная № 6 Питание 100,0 25,9 100,0
Концентрат 4,2 62,3 10,1
Хвосты 95,8 24,3 89,9
Магнитно-гравитационная № 7 Питание 100,0 25,9 100,0
Концентрат 4,0 63,4 9,8
Хвосты 96,0 24,3 90,2
Магнитно-флотационная № 8 Питание 100,0 25,9 100,0
Концентрат 10,0 61,1 23,6
Хвосты 90,0 22,0 76,4
Гравитационно-флотационная № 9 Питание 100,0 25,9 100,0
Концентрат 3,7 63,0 9,0
Хвосты 96,3 24,2 91,0
Флотационная № 10 Питание 100,0 25,9 100,0
Концентрат 12,2 55,0 25,8
Хвосты 87,8 21,9 74,2
6. Магнитно-гравитационная схема.
7. Магнитно-гравитационная схема.
8. Магнитно-флотационная схема.
9. Гравитационно-флотационная схема.
10. Флотационная схема.
В ходе проведения работы по каждой схеме в течение длительного времени определялись оптимальные технологические режимы работы обо-
рудования, а затем проводилось непрерывное балансовое опробование с отбором накопительных проб всех продуктов схемы.
В таблице 4 и приложениях 1— 10 представлены результаты проведенных испытаний.
Анализ таблицы 4 показывает, что наилучшие показатели по выходу и извлечению железа в концентрат при близком к планируемому качеству концентрата получены по магнитно-флотационной схеме № 8. Так выход от исходного питания составил 100%, извлечение — 236%, при массовой доле железа в концентрате 611%.
Флотационная схема № 10 дала высокие показатели по выходу — 122% и извлечению железа в концентрат — 258%, однако качественные характеристики концентрата — 550% массовой доли железа, оставляют желать лучшего. В качестве собирателя использовался флотационный реагент РА-14 фирмы «ТОМАН», депрессора — кукурузный крахмал, регулятора среды — едкий натр. При флотации применялась оборотная вода с хвосто-хранилища. Расходы реагентов, в среднем, составили для собирателя 120— 150 г/т, депрессора 500—700 г/т, регулятора среды 120—160 г/т. Показатель рН среды флотации 96—102.
Каждая из этих двух схем имеет свои плюсы и минусы.
1. Схема № 8 — магнитно-флотационная
К плюсам следует отнести высокие качественно-количественные показатели.
К минусам — дороговизна, сложность и большие габариты оборудования для высокоинтенсивной магнитной сепарации. Использование реагентов
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
во флотации. Отсутствие перспектив в развитии.
2. Схема № 10 — флотационная
Плюсы — очень простое и надежное оборудование, испытания проводились в один прием флотации и на имеющихся в наличии реагентах, а значит есть огромные перспективы для дальнейших исследований (другая реа-гентика, перечистные и контрольные операции)
Минусы — не получены качественные показатели (имеется риск).
Таким образом, при выборе перспективной технологии извлечения гематита из хвостов ММС ОФ ОАО «Михайловский ГОК» стоит остановить свой выбор на схемах основанных на обогащении при помощи высокоинтенсивной магнитной сепарации и доводки промпродукта флотацией, а в качестве альтернативной использовать чисто флотационную схему.
Потенциал производства гематито-вого концентрата из отходов технологического процесса неисчерпаемый. На ОАО «Михайловский ГОК», помимо хвостов ММС текущего производства (а в год по данной технологии обогатительное производство образует 27 млн т отходов) есть «лежалые» хвостыI прошлых лет, то есть уже складированные. В хвостохранилище находится 563 млн т измельченного и практически готового к переработке материала.
В настоящее время ОАО «Михайловский ГОК» активно сотрудничает с рядом научно-исследовательских институтов в разработке и совершенствовании технологических схем основанных на обогащении именно флотационным методом. Г¥тгт^
Шелепов Эдуард Владимирович - вед. специалист ЦТЁ,
Игнатова Татьяна Васильевна - зам. гл. обогатителя по флотации, [email protected] Михайловский ГОК.
