Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса и задачи исследований 11
1.1. Современное состояние и направления совершенствования технологии обогащения железных руд II
1.2. Направления совершенствования основных операций магнитного обогащения 21
1.2.1.Магнитная сепарация и дешламация (гидросепарация) 21
1.2.2. Магнитная гидросепарация 28
1.3. Цель и задачи исследований 37
2 Влияние низконапряженных магнитных полей на характеристики железорудных суспензий в рабочем пространстве обогатительных аппаратов 41
2.1. Особенности формирования магнетитовых флокул 41
2.2. Осаждение магнетитовых флокул 46
2.3. Оценка плотности магнетитовых флокул 51
2.4. Экспериментальная оценка скорости осаждения флокул 56
3 Исследования режимных параметров и технологических характеристик магнитно-гидравлических аппаратов - МТС, МПС 63
3.1 Особенности и назначение магнитных гидросепараторов МГС и магнитных гидроконцентраторов МПС 63
3.2 Обоснование гидродинамических характеристик аппаратов 67
3.3 Обоснование параметров разветвленных магнитных систем на постоянных магнитах 70
3.4 Экспериментальные исследования режимных параметров и технологических характеристик МТС, МГК 80
3.4.1 Магнитные гидросепараторы в технологических схемах обогащения 80
3.4.2 Магнитные гидроконцентраторы МГК 88
4 Разработка и промышленные испытания энергосберегающей технологии магнитного обогащения с использованием аппаратов МГС, МГК 94
4.1 Использование аппаратов МГС, МГК в существующих технологических схемах обогащения 1:1,2:1:1,2:1 94
4.2 Разработка новой энергосберегающей технологии на базе схемы 2:1 111
4.3 Промышленные испытания энергосберегающей технологии 124
Заключение 132
- Направления совершенствования основных операций магнитного обогащения
- Осаждение магнетитовых флокул
- Обоснование параметров разветвленных магнитных систем на постоянных магнитах
- Разработка новой энергосберегающей технологии на базе схемы 2:1
Введение к работе
Актуальность темы
Практически на всех железорудных ГОКах стран СНГ, обогащающих
л бедные магнетитовые кварциты, применяют магнитную технологию,
согласно которой технологические схемы, включают трехстадиальное
измельчение руды, две стадии дешламации (гидросепарации) и магнитную
сепарацию в три-пять стадий. Заслуга создания таких весьма развитых
магнитных схем обогащения принадлежит институтам (ныне акционерным
обществам): "Механобр", "Механобрчермет", "БелМеханобр". В разработку
магнитной технологии и создание технических средств для ее осуществления
внесли большой вклад коллективы институтов; Московский горный
университет, Горный институт Кольского филиала РАН, Институт проблем
комплексного освоения недр РАН, Институт геотехнической механики НАН
Украины, Криворожский технический университет (бывш.КГРИ), и др.
Благодаря работам известных ученых В.И. Кармазина, В.А. Арсентьева, М.Д.
Барского, Г.В. Губина, В.П. Готовского, В.В.Кармазина, Л.Д.Ломовцева,
В.И. Николаенко, О.Н. Тихонова, П.А. Усачева, В.А. Чумакова,
Л.Н.Херсонца, С.Ф.Шинкоренко и многих других созданы надежные
О технологии и разработаны научные основы физических процессов
магнитных методов обогащения.
В настоящее время совершенствование существующей магнитной
технологии осуществляется преимущественно в направлении снижения
удельных затрат на производство концентрата, обусловленных относительно
высоким содержанием железа в отходах, что вызвано большим количеством
точек вывода хвостов при весьма тонких помолах руды, и высоким
>j энергопотреблением, в основном, за счет энергоемкости процесса
измельчения. Снижение крупности измельчения руды позволило бы в какой-то мере решить обе эти проблемы, однако опыт последних лет показывает, что при снижении крупности измельчения, существующие магнитные схемы не имеют достаточного ресурса для повышения качества концентратов.
5 Поэтому перспективными являются технологии, где возможности основных операций обогащения (магнитная сепарация и гидросепарация) существенно расширены за счет дополнительного применения устройств и аппаратов, имеющих иные - комбинированные механизмы разделения. В этом плане перспективен опыт использования на некоторых ГОКах Украины (ОАО «Полтавский ГОК» и ОАО «Центральный ГОК») физических процессов магнитной гидросепарации — разделения тонких железорудных пульп в относительно слабых (напряженностью до 35 кА/м) магнитных полях с выносом продуктов разделения не поверхностью магнитоносителя, а гидравлическими потоками. Достоинством устройств и аппаратов, основанных на методах МГС, является отсутствие движущихся частей, простота и дешевизна изготовления. Применение магнитных гидросепараторов обеспечивает снижение содержания железа в отходах и повышение извлечения металла в концентрат.
Однако применение магнитной гидросепарации сдерживается недостаточной изученностью механизмов воздействия слабых магнитных полей на подвижные железорудные пульпы, необходимостью оценки основных конструктивных параметров и определения технологических характеристик низконапряженных магнитно-гидравлических аппаратов. Так совершенствование конструкции разветвленных магнитных систем из постоянных магнитов требует определения характеристик объемных магнитных полей в рабочей зоне, а определение гидравлических параметров аппаратов - оценки гидродинамических свойств магнетитовых флокул, образованных в поле таких систем.
Актуальной научной задачей, имеющей важное народно-хозяйственное значение является разработка физических процессов гидросепарации тонких железорудных пульп в слабых магнитных полях с напряженностью до 35 кА/м для совершенствования технологии магнитного обогащения за счет дополнительного использования низконапряженных магнитно-гидравлических устройств и аппаратов.
Целью работы является разработка энергосберегающей технологии магнитного обогащения магнетитовых железных руд на основе
дополнительного применения процессов гидросепарации в
низконапряженных магнитных полях путем выбора и обоснования конструктивных и технологических параметров магнитно-гидравлических аппаратов.
Идея работы - повысить содержание готового класса и железа в концентрате без доизмельчения за счет использования явления флокуляции тонких железорудных пульп в низконапряженных магнитных полях и гидродинамического вывода относительно крупных породных частиц и сростков из промпродуктов магнитного обогащения.
Методы исследований Для проведения исследований использовались статистические методы обработки экспериментальных данных, метод расчета полевых и силовых характеристик низконапряженных магнитных систем гидравлических аппаратов, основанный на теоретических исследованиях объемных магнитных полей, которые создаются структурами со сложной геометрией, на математической базе метода конформных отображений с использованием теории функции комплексного переменного, а также методы теории и практики обогащения полезных ископаемых.
Научные положения, выносимые на защиту:
1. Процесс осаждения продолговатых магнетитових флокул в воде для
чисел Рейнольдса в диапазоне 0
частиц, но характерным размером является не длина, а диаметр флокулы.
Скорость осаждения продолговатой флокулы на 12,5% больше, чем
сферической частицы той же плотности и диаметра.
2. Плотность магнетитовых флокул примерно в 2,5 раза меньше
плотности отдельной магнетитовой частицы и находится в диапазоне 1,9-2,1
г/см3, поэтому, скорость осаждения магнетитовой флокулы примерно на 40%
меньше, чем равновеликой частицы кварца. Для эффективного удаления
крупных нерудных частиц нужно поддерживать магнитную структуризацию
7 суспензии в рабочей камере аппарата во флокулах, диаметр которых на 20 — 30 % больше диаметра удаляемых частиц породы.
3. Разбавление питания магнитной сепарации переливом
(надрешетным продуктом магнитных систем) магнитных
гидроконцентраторов МГК положительно влияет ее показатели. Зависимости показателей магнитного продукта сепарации 1-й стадии от объема циркуляции МГК имеют нелинейный характер, что позволяет установить рациональный диапазон (150-^350)+10 м3, где прирост извлечения железа в магнитный продукт составляет 4-6%.
Научная новизна полученных результатов состоит в том, что:
-на основе известных представлений о механизме структурирования железорудных суспензий в магнитных полях впервые выполнена оценка плотностных и гидродинамических характеристик магнетитовых флокул, образованных в магнитных полях с напряженностью до 35 кА/м при числах Рейнольдса 0 -при получении заданных конфигураций магнитного поля и напряженности пространственно-разветвленных магнитных систем из постоянных магнитов в МГС и МГК с привлечением методов компьютерного моделирования теоретически обоснована возможность замены пластинчатых магнитных элементов балочными, что позволило рекомендовать применение в МГС и МГК магнитных систем из постоянных магнитов облегченной конструкции; -установлены зависимости режимных параметров и технологических показателей основных операций обогащения - МГС и магнитной сепарации, определены рациональные значения объемов дополнительных циркуляции МГТС, позволившие обосновать новые технологические решения и разработать новую энергосберегающую технологию магнитного обогащения на основе магнитных схем с двухстадиальным самоизмельчением. Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается удовлетворительной сходимостью результатов теоретических расчетов и экспериментальных исследований (напряженности магнитных полей с погрешностью не более 8,4 %); использованием ГОСТ-ированных методик определения и оценки технологических показателей обогащения, принятых на ОАО «Лебединский ГОК» (ОАО "ЛГОК"); статистически значимым объемом экспериментов и положительными результатами опыта промышленной эксплуатации магнитно-гидравлических аппаратов и наработки концентрата по новой технологии. Научное значение работы состоит: -в обосновании гидравлических параметров и магнитных характеристик -магнитных гидросепараторов и магнитных гидроконцентраторов - МГС и МГК на основе механизма структурирования железорудных пульп и оценки ? плотностных и гидродинамических параметров магнетитовых флокул образованных в магнитных полях напряженностью до 35 кА/м; - в установлении зависимостей режимных параметров и технологических Практическое значение работы: на уровне изобретений разработаны новые способы обогащения магнетитовых железных руд с применением процессов магнитной гидросепарации, а также технологическое оборудование для их осуществления; разработаны новые магнитные системы магнитно-гидравлических аппаратов МГС и МГК, в которых применение балочных магнитных 9 элементов вместо пластинчатых обеспечивает снижение металлоемкости и расхода магнитной плитки без потери эффективности; -установлены зависимости режимных параметров и технологических характеристик магнитно-гидравлических аппаратов и разработана режимная карта новой энергосберегающей технологии магнитного обогащения, исключающей одну стадию измельчения и две стадии магнитной сепарации и использующей МГС и МПС. Реализация результатов работы. Новая энергосберегающая технология магнитного обогащения и оборудование для ее осуществления освоены в промышленных условиях цеха обогащения № 1 обогатительной фабрики ОАО «ЛПЖ» (8 технологических секций). Применение новой технологии производства рядового концентрата обеспечивает фактический экономический эффект около 80 млн. руб./год. Личный вклад автора в разработку научных результатов, вынесенных на защиту, состоит в формулировке научной задачи, цели и идеи работы. Автором получены, проанализированы и обобщены результаты теоретических и экспериментальных исследований. Личный вклад автора в разработку патентов РФ на новые способы обогащения магнетитовых железных руд состоит в формулировке гидравлических условий и магнитных силовых воздействий для реализации процессов. Апробация результатов диссертации. Результаты диссертационной работы докладывались на 2-й международной научно-технической конференции «Эффективность реализации научного, ресурсного и промышленного потенциала в современных условиях» (25.02-01.03.2002г., п.Славское, Карпаты), на научно-методической конференции «Технология образования и науки: достижения, обмен опытом, перспективы» (20-21.12.2001г., Норильский индустриальный институт), на совещаниях специалистов ГОКов КМА и Кривбасса, научных семинарах ИПКОН РАН, ИГТМ НАНУ, АО «Белмеханобр». Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 14 печатных научных работах, в числе которых 1 патент и 1 положительное решение о выдаче патента Российской Федерации. Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения и приложений. Диссертация включает: текста- 144 страницы, 47 рисунков, 18 таблиц, 2 приложения и список литературных источников из 93 наименований. Основной операцией магнитных схем обогащения является мокрая магнитная сепарация, которая обычно осуществляется с помощью барабанных сепараторов типа ПБМ в полях с напряженностью 80-120 кА/м [1-3,20,21]. Обзор литературных источников показывает, что хотя всплеск работ по совершенствованию конструкции и режимов барабанных магнитных сепараторов типа ПБМ приходится на 55-65гт., в настоящее время сепараторы такого типа продолжают конструктивно совершенствоваться [27,28]. Основным недостатком магнитной сепарации является высокое (более 4%) содержание кремнезема в концентратах. Классы крупности концентрата +44 мк разубожены в основном крупным кварцем и сростками кварца с рудными зернами, а тонкие классы —44мк - шламовыми частицами кремнезема [2,5]. Например, концентраты ЛГОКа даже с весьма высоким качеством -69,84% содержат свободные нерудные зерна и сростки (табл. 1.2). Как видно из таблицы 1.2 даже для "жестких" по магнетиту концентратов лебединских руд (прошедших пять стадий сепарации) сепараторы захватывают нерудные минералы, причем даже больше, чем сростки, соотношение количества крупных и мелких классов нерудных частиц составляет 1:2. В зависимости от свойств руды на разных ГОКах, в конечных концентратах сепарации меняется соотношение сростков и нерудных, но последние неизменно присутствуют. Захват нерудных частиц в сильных полях сепараторов обычно связывают с тем, что хотя плотная магнетитовая среда и выталкивает их, но они защемляются магнетитовыми прядями в узкой рабочей зоне. Захват сростков объясняют их равнопритягиваемостью с мелкими частицами магнетита [2]. Снизить напряженность поля магнитных сепараторов практически невозможно, поскольку необходимо вынести частицы магнетита из пульпы в воздух, то есть преодолеть силы поверхностного натяжения, которые на 2-3 порядка выше гравитационных и сил гидродинамического сопротивления, Снижение напряженности поля ведет к тому, что ухудшаются показатели и концентрата, и хвостов. Известно множество работ по совершенствованию операции магнитной сепарации, к сожалению, большинство из них не перешагнуло уровень исследовательских. Для иллюстрации приведем некоторые из них. Например, дополнительное наложение на барабан качающихся или бегущих магнитных полей, создание слабых флокул в питании сепарации (установка в питающем коробе постоянных магнитов), наложение постоянного и переменного тока на берабан сепаратора (работы, в основном, института Механобрчермет). Применялась установка ферромагнитных стержней - в ванне под барабаном (Днепропетровский горный институт) или таких же стержней на поверхности барабана (институт Белмеханобр). Профессор В.И. Кармазин и его ученики создали электромагнитный сепаратор - ЭБМ, где вместо постоянных магнитов применяли электромагниты с управляемой напряженностью магнитного поля за счет изменения силы тока в обмотках. Он показал хорошие результаты, но был сложным в эксплуатации и обслуживании. В ранее выпускаемых серийных сепараторах типа ПБМ были предусмотрены рычаги, чтобы регулировать угол наклона магнитной системы, а в ванне сепаратора для выпуска хвостов - регулируемые разгрузочные отверстия. В настоящее время такие регулировки практически не используются. Известен способ снижения рН пульпы питания (Фроммер Д., Горное бюро, США), а также способ разбивки флокул в питании перечистных сепараторов за счет механических воздействий (магнитный продукт первого приема конечной стадии магнитной сепарации направляли в зумпф и затем насосами направляли на второй прием, при этом считалось, что рабочим колесом насосов разбиваются флокулы за счет чего качество конечного концентрата возрастает (Краминский М.П., институт Механобрчермет). В настоящее время предложен и разрабатывается способ механической обработки магнетитовых концентратов (оттирка, например, в ступке или шаровой мельнице (профессор П.И. Пилов, Национальный горный университет, г.Днепропетровск), в котором полагается, что механическая оттирка повышает эффективность магнитной сепарации за счет снижения шламового покрытия частиц [29]. Обзор научной литературы и опыт работы обогатительных предприятий показывает, что, созданные в результате огромного числа исследовательских работ, сепараторы типа ПБМ на сегодня являются универсальными и надежными аппаратами для обогащения железных руд. Тем не менее, конструктивно такие сепараторы продолжают совершенствоваться, а для повышения показателей в операции магнитной сепарации перспективно направление по применению дополнительных физических воздействий, как в процессе самой сепарации, так и предварительных. С целью получить более высокую селективность разделения большое внимание научной общественности уделяется разработке способов и аппаратов для сепарации без прохождения материалом границы раздела жидкой и воздушной фазы [30-35]. Для этого известны магнитно-гидродинамические МГД-сепараторы, где используются скрещенные магнитные и электрические поля [30,31].Механизм разделения состоит в расслоении пульпы на промпродукт и отходы под действием гидродинамических сил и сил Лоренца. МГД сепараторы имеют напряженность поля Н до 160-1600 кА/м и работают на электролитах с низким содержанием твердого без вывода продуктов разделения в воздушную среду. Такие сепараторы пока не нашли промышленного применения. Высокую селективность разделения обеспечивают сепараторы, в которых магнитное поле используется для искусственного утяжеления среды и механизм разделения состоит в разделении частиц по плотности. Это - ФГС -феррогидростатические сепараторы, или МТС - магнитогидростатические, или МГМ - магнито-гравиметрические, [20]). Их применяют при напряженностях магнитных полей Н=65-400 кА/м для жидких пульп (плотность суспензий 1025-1086 г/смЗ или 3-10 % твердого), в основном для разделения нерудных минералов и руд цветных металлов [32-35]. Высокую селективность разделения обеспечивают сепараторы, в которых магнитное поле используется для искусственного утяжеления среды и механизм разделения состоит в разделении частиц по плотности. Это — ФГС -феррогидростатические сепараторы, или МГС - магнитогидростатические, или МГМ - магнитогравиметрические, [20]). Их применяют при напряженностях магнитных полей Н=65-400 кА/м для жидких пульп (плотность суспензий 1025-1086 г/смЗ или 3-Ю % твердого), в основном для разделения нерудных минералов и руд цветных металлов [32-35]. В процессе создания сепараторов, основанных на гравитационном разделении частиц в искусственно- плотных средах, создаваемых с помощью магнитных полей, для изучения возможности снизить напряженность поля, проводились исследования свойств различных магнитных жидкостей (растворы парамагнитных солей) [36-38], а также зернистых суспензий с ферромагнитными свойствами (например, водных суспензий с тонким магнетитом или ферросилицием) [39,40]. Однако, несмотря на множество выдвинутых гипотез, физико-химические процессы при воздействии магнитных полей на растворы и суспензии и электромагнитный механизм разделения частиц в омагниченных средах, до настоящего времени остаются . практически не выясненными, что затрудняет создание технологических решений. Движение твердых частиц в водной среде, характерное практически для всех обогатительных процессов, изучено весьма подробное Основное отличие движения сфлокулированного магнетита от обычных частиц заключается в форме флокул. Осаждение флокул сферической формы описывается известными зависимостями, в которых, естественно, вместо плотности магнетита фигурирует плотность флокулы. Ориентация продолговатых флокул относительно направления движения и действующих сил может изменяться от 0 до 90.Это обстоятельство весьма затрудняет единообразное описание осаждения флокулы с большими скоростями (30+50 мм/сек и выше), для которых характерно турбулентное (Ньютоновское) или переходное от ламинарного к турбулентному движение. Хорошей иллюстрацией к сказанному служат коэффициенты сопротивления, определенные Эйфелем для цилиндров [74]: Иная картина получается при ламинарном движении флокулы со скоростями О-І-20 мм/с относительно жидкости. Здесь главную роль играют не инерционные, а вязкостные силы сопротивления, поэтому влияние формы флокулы и ее ориентации значительно меньше. Ниже рассмотрены закономерности осаждения вытянутых магнетитовых флокул со стоксоескими скоростями движения при отношении диаметра флокулы к ее длине 1:10+1:20 и более. Значительное удлинение одной из осей флокулы допускает моделирование ее формы цилиндром, обтекание которого в ламинарном режиме подробно изучено в гидродинамике [74]. Сила гидродинамического сопротивления цилиндра при его ламинарном обтекании перпендикулярно оси (поперечное ламинарное обтекание), определяется формулой Ламба: Таким образом, при ламинарном режиме обтекания существует полная аналогия между скоростью осаждения вытянутой флокулы и скоростью осаждения сферической частицы. Отличием является значение постоянного коэффициента Кц, который для сферы составляет g/18= 0,5448 [20], а для равновеликого ей по диаметру вытянутого цилиндра g/16=0,6129, то есть при прочих равных условиях — одинаковой плотности и диаметре — скорость падения длинного цилиндра на 12,5 % больше скорости падения шара. Однако, в дальнейших расчетах мы будем пренебрегать этой разницей и считать постоянный коэффициент для магнетитовой флокулы равным КЧ = КМ = 0,5448. Это позволяет, во-первых, не учитывать различие формы флокулы в магнитных полях разной напряженности, а, во-вторых, не учитывать погрешность представления реальных флокул правильными геометрическими фигурами. Установившаяся скорость горизонтального движения цилиндра в магнитных полях определяется из условия равенства силы сопротивления (поверхностной силы) магнитной силе (объемной) без учета архимедовой силы: В связи с тем, что получение такой простой зависимости в переходной области от ламинарного течения к турбулентному на представляется возможным, весьма актуален вопрос об оценке максимального числа Рейнольдса, при котором можно пользоваться формулами (2.5), (2.7) без существенного искажения скорости осаждения флокулы по сравнению со сферической частицей. Для сферической частицы отклонение решения Стокса от кривой Рэлея для реальных частиц такого же порядка, как и для цилиндров, характерно при Re 2. При этом, в отличие от цилиндра, теория дает заниженные коэффициенты сопротивления, т.е. для сферы формула (2.5) дает оценку сверху. Таким образом, формулы (2-5), (2.7) пригодны для оценки скорости осаждения сферических магнетитовых флокул в диапазоне 0 Re 2 и вытянутых цилиндрических флокул в диапазоне 0 Re 1,5. Оценкой реального значения содержания твердых частиц в пространстве, занимаемом флокулой, занимались многие исследователи, но, хронологически, первая обоснованная концепция была высказана Робертсом [76], который дал оценку плотности флокул из немагнитного материала, исходя из предположения, что содержание твердого во флокуле соответствует содержанию твердого в осадке несфлокулированных частиц той же крупности. Этот подход представляется наиболее удобным для инженерной оценки плотности магнитных флокул и, следуя Робертсу, можно принять, что содержание твердого в магнитной флокуле соответствует содержанию твердого в концентрате магнитных сепараторов конечных стадий перечистки промпродукта.(60-65% тв). В пользу этого положения говорит также то обстоятельство, что в рабочей зоне сепаратора частицы структурируются под действием магнитного поля, и вода, увлекаемая ими в концентрат, удерживается межмолекулярными силами, возникающими на поверхности раздела твердой и жидкой фаз, достаточно большими, чтобы преодолеть гравитацию и центробежное ускорение. Это дает основание полагать, что и в водной среде эти силы свяжут примерно такое же количество воды с твердыми частицами флокулы как внутри нее, так и на внешней поверхности. Тогда при содержании твердого в концентрате 5-й стадии магнитной сепарации в О пределах 60-65 % оценка по Робертсу дает величину плотности магнитной флокулы в пределах 1,9-5-2,1 т/м3. Механический захват нерудных частиц в крупные магнитные пряди, характерный для работы сепараторов, также не может существенно повлиять на величину плотности флокулы. Это иллюстрируют данные таблицы 2.1: Из таблицы видно, что изменение истинной плотности промпродукта на 7,8 % приводит к изменению расчетной плотности флокулы всего на 2,5 %, то есть влияние захваченных нерудных частиц на плотность флокул незначительно, но нужно подчеркнуть, что определяется не истинная, а гидродинамическая плотность флокулы, учитывающая связанное количество воды, движущейся вместе с контуром флокулы за счет поверхностных сил . Оценка плотности магнетитовых флокул также выполнялась экспериментально. Для этого сухой порошок магнетита с крупностью частиц 97% кл (-44+20)мк насыпали в мерную емкость, контролируя его объем V„=Lts по уровню заполнения L(. При весе порошка Т, его насыпная плотность О составляет р„ =T/Vn=2,86-K3,l 3 (т/м ). Далее в порошок заливали воду, выдерживали пульпу до полного осаждения и определяли уровень осадка Ьг (он практически соответствует уровню сухого порошка того же объема). Затем в колбу с чистой водой, налитой до уровня L3, кончиком намагниченной иглы переносили этот осадок (в виде прядей длиной 4-8мм), и определяли получившийся уровень L4 . По изменению уровней определяли объем, занятый перенесенными флокулами :Уф =(L4 -L s и дополнительный объем воды, захваченной вместе с ними, то есть входящей в состав флокул :Ув=(Ь4 —(Ьз +L2))s. Используя эти данные плотность флокул определяли по формуле: Рф Уф — В результате установлено, что плотность флокул составляет 2,1 2,17 т/м3. Такая величина плотности, также как и полученное по Робертсу значение 1,9 2,1 т/м3, свидетельствует о том, что структурирование магнетитовых суспензий в магнитных полях ведет к созданию относительно рыхлых магнитных образований в виде прядей Фарадея. При этом высока вероятность того, что в такие рыхлые образования не включаются бедные сростки магнетита с кварцем, а при осаждении вымываются частицы породы. На основании проведенного анализа среднюю плотность флокулы для промпродуктов обогащения ОАО «ЛГОК» можно считать равной 2 т/м . Такая оценка, казалось бы, входит в противоречие с опытом эксплуатации магнитных гидросепараторов. Плотность песков дешламатора Ь МД-5, оснащенного разветвленными магнитными системами и переведенного з в режим магнитной гидросепарации, может составлять 2,2-2,3 т/м , что выше плотности флокул. На самом деле противоречия здесь нет, поскольку мы оценивали плотность флокулы как объекта, перемещающегося в пространстве как одно целое, и отделенного от других флокул жидкостью. При этом движение свободной жидкости между флокулами может резко отличаться от движения флокулы, включая ее жидкую фазу. При увеличении плотности пульпы расстояние между флокулами постепенно уменьшается до значений, сопоставимых с расстояниями между частицами твердого внутри флокулы. Так концентрат магнитной сепарации характеризуется контактом поверхностей отдельных прядей, но их взаимное перемещение отсутствует, и они движутся как единое целое относительно несвязанной воды. Поэтому плотность концентрата магнитной сепарации может рассматриваться еще и в качестве значения, после которого влияние магнитной структуризации суспензии начинает ослабевать, а совместое движение флокул при сепарации провоцирует захват нерудных частиц в большей мере, чем движение обособленных флокул. Определенные в разделе 3.1 значения гидравлических параметров аппаратов МГС, МГК и соответствующая им номинальная крупность магнетитовых флокул позволили установить минимально допустимые значения напряженности для магнитного поля (см. табл.3.1). Расчет напряженности полей пространственно-разветвленных систем из постоянных магнитов представляет весьма сложную задачу, как из-за громоздкости вычислений, так и из-за трудности формулировки общих закономерностей, отражающих значимые факторы [77,79]. Такие магнитные системы, характеризуются малой концентрацией магнитной массы (малой толщиной), ее большой протяженностью и расположением на значительных площадях. Существенную роль играет также взаимная магнитная ориентация отдельных плиток в элементе и самих магнитных элементов в системе, влияние металлоконструкций, на которых они крепятся и т.п. По этим причинам теоретический расчет таких магнитных систем известными методами практически неприемлем [78,80,81]. Наиболее целесообразно применение метода суперпозиции элементарных источников магнитного поля, как это предложено в работах [68-70]. Алгоритм расчета основан на том, что вся магнитная система разбивается на отдельные элементы (пластина, балка на основе уголка или швеллера и т.п.) несущие магнитные плитки (рис.3.3 ). Зона максимальной напряженности поля (ось X) для пластинчатых и для уголковых элементов показана на рис. 3.7, а. Характерной особенностью является значительная неравномерность распределения напряженности; над магнитными элементами она превышает 10 кА/м, а в середине зазора между ними падает до 1-2 кА/м. Это свойственно не только для зоны максимума напряженности, но и вообще для всего пространства на расстоянии 25 по вертикали для пластинчатых и 65 см для уголковых магнитных элементов. Частично сгладить эту неравномерность распределения напряженности поля без уменьшения ее величины можно, например, уменьшением расстояния между элементами, за счет перекрытия зазора стальным просечным листом, увеличением размеров при уменьшении намагниченности элементарной магнитной ячейки, или расположением магнитных элементов на двух уровнях. Сравнение полей пластинчатых и уголковых элементов показывает, что последние характеризуются более высокими значениями максимальной напряженности поля и медленнее затухают по вертикали. Рис. 3.7,6 показывает, что напряженность поля на высоте 8 см над пластинчатыми и 25 см над уголковыми магнитными элементами имеет примерно одинаковые значения. Распределение напряженности поля в вертикальном направлении посредине зазора между смежными элементами для магнитных элементов в виде пластин представлено на рис.3.8,(а) и для уголковых - на рис.3.8,(6). Из рис.3.8 видно, что балочные элементы создают поле большей напряженности, чем пластинчатые. Дальнодействие этих элементов сопоставимо: напряженность поля 0,6 кА/м, соответствующая минимальному для МГС значению, сохраняется на расстоянии 25 см от середины пластины и на расстоянии 20 см от балки. Самая существенная разница заключается в том, что позади балочных элементов (на рис. 1.10 эта область лежит в области отрицательных X) поле несколько ослаблено из-за экранирующего действия уголка (швеллера), а для пластин оно не изменяется по величине. По нашему мнению это не может привести к снижению эффекта от использования балочных систем, что подтверждает накопленный нами опыт эксплуатации МГС на т.е. №6.Это подтверждается следующим. Первоначально в одном дешламаторе размещали 20 пластин, т.е. расстояние между соседними пластинами составляло 40 см по периметру обечайки и 70 см по внешнему периметру магнитной системы. Распределение поля в середине зазора между соседними пластинами приведено на рис. 1.10,а тонкими линиями. Несмотря на то, что напряженность поля была ниже принятого нами минимального значения - 0,5 кА/м, показатели работы этих дешламаторов улучшились. Позже в дешламаторе выполнили установку еще 20 дополнительных коротких пластин, что дало весьма существенный прирост в показателях от операции при стабильности его работы. Увеличение числа пластин в два раза, позволило поднять напряженность поля в зазорах почти в 4 раза и достичь рекомендуемых диапазонов 0,5-1,5 кА/м. Эта магнитная система с 40 пластинами при расстояниях между ними 20-35 см и приводится на рис.3.7 и 3.8. Эти результаты показывают, что эффективность магнитных систем определяется, в основном, соответствием напряженности поля значениям, вызывающим эффективную флокуляцию магнетита, а по этому показателю балочные магнитные системы превосходят пластинчатые. Дальнодействие пластинчатых и балочных магнитных элементов сопоставимо: соответствующая минимальному для МГС значению напряженность поля 0,6 кА/м, сохраняется на расстоянии 25 см от середины пластины и на расстоянии 20 см от балки. Разница между ними заключается в том, что позади балочных элементов (на рис. 1.10 эта область лежит в области отрицательных X) поле несколько ослаблено из-за экранирующего действия уголка (швеллера), а для пластин оно не изменяется по величине на всю ширину пластины. Однако, во-первых, эффективность магнитных систем определяется, в основном, соответствием напряженности поля значениям, вызывающим эффективную флокуляцию магнетита. По этому показателю теоретические расчеты показывают, что балочные магнитные системы превосходят пластинчатые. Так, чтобы достичь верхнего предела напряженности поля для МГК (табл.3.1) зазор между пластинами в 20 см маловат (толстая линия на рис.3.8 а), а зазор между балками в 40 см вполне достаточен (толстая линия на рис.3.8 б). Во-вторых, немаловажным фактором (а для весьма тонких пульп, возможно, основным [ ]) является площадь намагниченной поверхности. Для того, чтобы сохранить этот показатель таким же как в пластинчатой магнитной системе, пространство между балками перекрывали просечным листом (Ст.-З). С учетом всех перечисленных факторов было принято решение об оснащении МГС, МГК магнитными системами балочного типа с уголковыми магнитными элементами и перекрытием зазоров просечным листом, Проведенный теоретический анализ позволил оптимизировать конструкцию магнитных систем и, за счет этого, не только улучшить их полевые характеристики, но и в несколько раз снизить материалоемкость по сравнению с ранее применявшимися магнитными системами пластинчатого типа (количество плиток, идущих на оборудование МГС-5 с балочными магнитными элементами, в 6 раз меньше, чем с пластинчатыми). Далее особенности работы МГС, МГК с новыми магнитными системами исследовались экспериментально. Для повышения содержания железа в концентрате было предложено усовершенствовать промежуточный вариант технологии 2:1 и задействовать для этого резервное оборудование МПС и МТС соседней полусекции. Новая технология производства концентрата по схеме 2:1 включает остановку одной из мельниц МРГ и применение 2-х стадий магнитной гидросепарации в МГС-1 и МГС-2, соответственно, и 3-х стадий магнитной сепарации (рис. 4.12) Как видно из рис.4.12 в новой технологии не задействована магнитная сепарация песков МГС-1. Это сепарация 3-ей стадии, согласно схеме 2:1:1 (рис.4.1) и промежуточному варианту технологии 2:1 (рис.4.9). Эта стадия сепарации была отключена и конечной стадией являлась 5-я стадия сепарации согласно технологии 2:1:1, которую будем называть 3-й стадией, сохраняя единство описания. В новой технологии отключение 3-Й стадии магнитной сепарации предусмотрено, чтобы избежать увеличения содержания железа в отвальных хвостах. Так же в новой технологии 2:1 организованы 3 дополнительные циркуляции Одна из них - это циркуляция части промпродукта слива гидроциклонов 1-й стадии с помощью МГК-1 (1-й стадии), вторая создана за 113 счет работы МГК-2 (2-й стадии) на песках МГС-1. Переливы МГК-1 и МГК-2 заведены на 1-ю стадию магнитной сепарации, а их пески направлены на обогащение в МГС- 1 и МГС-2, соответственно (см. рис.4.12). При этом О введение дополнительной операции обогащения в МГС-2 имеет преимущество перед магнитной сепарацией, поскольку обеспечивает вывод промежуточных хвостов более чистых по содержанию железа, чем сепарация. Третья циркуляция организована с помощью MAC, причем технологическая развязка продуктов MAC предусматривала возможность подачи перелива MAC как в пески МГС-2, так и в питание МГК-2. В процессе разработки новой энергосберегающей технологии на базе схемы 2:1 были выполнены опробования основных операций, генеральные опробования технологии и наработка концентрата, что отражено по тексту в разделе 4.3. Однако в первую очередь для новой технологии необходимо было определить показатели циркулирующих нагрузок, создаваемых МГК и MAC, поскольку, как показали предыдущие испытания промежуточного варианта технологии 2:1, они существенно влияют на конечные результаты обогащения. Исследования технологических показателей разделения тонких пульп в магнитных гидроконцентраторах МГК и MAC показали, что в операции, как Ч для МГК, так и для MAC, существует диапазон гидравлических параметров аппаратов, в котором крупность частиц слива и содержание железа в этом продукте линейно возрастают с увеличением его объема (см. раздел .3). То есть, выделяя в слив аппаратов больше крупного продукта, мы повышаем и содержание в нем железа. Поэтому технологически нецелесообразно выводить отвальные хвосты с помощью МГК и MAC. Таким образом, при использовании в технологии аппараты МГК и МАС не предназначены для получения Q конечных продуктов и в этом смысле не являются обогатительными аппаратами. Их функцией является организация дополнительных циркуляции всего или части промпродукта для насыщения схемы магнетитом и для подготовки питания основных обогатительных операций (дешламации и магнитной сепарации). Поскольку аппараты МГК и MAC работают на циркуляцию, то их показатели в операции, конечно, важны (они не должны работать как обычные пульподелители), но более важными являются показатели продуктов на выходе из блоков циркуляции (см., например табл.4.2, разд,4.2) При определении показателей блоков циркуляции МГК и MAC нужно учитывать по какой технологической схеме осуществляется обогащение. Для МГК при работе по схеме 1:1 продуктами, выходящими из блока циркуляции являются: хвосты 1-й и 2-й стадий магнитной сепарации и пески МГК (питание МГС); при работе по схеме 2:1:1 и новой энергосберегающей технологии 2:1 - хвосты 1-й и 2-Й стадий стадии сепарации, хвосты 1-й и 2-й стадий МГС, и пески МГК-2 (второй стадии). Для МАС по схемам 1:1 и 2:1 эффективность его применения оценивается по показателям хвостов последующей стадии магнитной сепарации, кека и фильтрата. Если по схеме 2:1 циркуляция перелива MAC направлена в питание МГК-2, то нужно добавить еще показатели хвостов МГС 2-й стадии. Из этого видно, что оценка результативности МГК и MAC требует большого количества тщательно отобранных проб, в основном, хвостов, а итог их работы проявляется в конце схемы. То есть оценка эффективности использования МГК и МАС в технологии дается, по-сути, по конечному результату обогащения. Но этот результат, как отмечалось выше, в разд. 4.2, а также устойчивость показателей, существенно зависят, как от количества, так и от стабильности объема циркуляции, создаваемых МГК и MAC. В практике обогащения циркуляцию, например, песков классификаторов и гидроциклонов, обычно определяют и устанавливают опытным путем, в соответствии со свойствами перерабатываемой руды. Мы тоже окончательно определяли объем дополнительных циркуляции по результатам наработки концентрата, но предварительные данные об объеме циркуляции можно получить по результатам исследований влияния МГК и МАС на показатели работы смежных (соседних) операций обогащения. Для МГК - на работу 1-й стадии магнитной сепарации и магнитной гидросепарации, для МАС - на работу магнитной сепарации. Физическая сущность происходящих при этом процессов состоит в следующем. Согласно разработанным технологическим решениям перелив МГК подмешивают в питание первой стадии магнитной сепарации. Здесь из этого продукта выводятся в хвосты относительно крупные породные частицы и бедные сростки, за счет чего без доизмельчения всей массы магнитного промпродукта, как это общепринято, снижается содержание крупных классов в конечном концентрате. Лишь небольшая часть относительно богатых крупных сростков из слива МГК попадает в магнитный продукт 1 стадии сепарации, вместе с ним доизмельчается и со сливом гидроциклонов снова поступает на выделение относительно крупного бедного класса на магнитных системах МГК, то есть циркулирует в схеме. Такая циркуляция части грубозернистого продукта, выделяемого на магнитных системах МГК, как показано в разделе 4.1, способствует получению заданной крупности концентрата и повышению его качества без снижения переработки головных мельниц. Пески МГК направляют по схеме, то есть на дальнейшее обогащение в магнитных гидросепараторах и магнитных сепараторах. За счет применения магнитной активации питания 3 и 5 стадий сепарации с помощью MAC дорабатывают преимущественно тонкие классы магнитного продукта -20 мк, которые труднообогатимы, в частности, из-за электростатического взаимодействия тонкого магнетита с относительно крупными частицами породы. Крупность хвостов сепарации уменьшается с каждой стадией, а содержание в них железа растет в том числе из-за увеличения поверхности породных частиц и ее ошламования тонким магнетитом. Например, для 1-й стадии магнитной сепарации хвосты содержат 64,5% кл.-44мк, концентрат -41%3, для 3-й стадии - хвосты 65,4% кл.-44мк, концентрат -86,7%, для 5-й стадии - хвосты 85,6%, концентрат 96,5%.. Циркуляция питания сепарации в MAC позволяет снизить взаимное ошламование рудных и нерудных частиц и за счет этого повысить показатели магнитной сепарации конечных стадий, то есть повысить ситовку и качество концентрата без дополнительного измельчения. Показатели работы МГК и МАС в части их влияния на смежные операции %} обогащения исследовались экспериментально. При подаче слива МГК в питание сепарации 1-й стадии естественным ограничением представляется условие, чтобы содержание железа в переливе МГК было не ниже, чем в сливе классификатора. Это дает нижний предел объема слива МПС, подаваемого на циркуляцию. По верхнему пределу теоретически "бесконечное" увеличение объема циркуляции переливов аппаратов МГК и MAC ограничено необходимостью наличия их песков для питания последующих операций обогащения, а также работой ванн сепараторов с заполнением без перелива. При работе МПС на циркуляцию и отсутствии перегрузки ванн сепараторов по пульпе и по твердому (технологически излишек перелива будет сброшен аварийником пульподелителя 1-й стадии в технологический зумпф, перелив МГК имеет невысокую плотность) нет оснований полагать, что показатели сепарации ухудшатся. Напротив, вместе с переливом МГК на сепарацию поступает и дополнительная вода, это, например, при плотных песках классификатора, будет способствовать повышению ее показателей. Кроме того, на многих зарубежных фабрик и, например, на РОФ-1 НкГОКа (Украина) операцию обесшламливания вообще не применяют, а непосредственно сепарируют слив гидроциклонов - весьма жидкий продукт.
показателей, позволивших обосновать новые технологические решения и
разработать новую энергосберегающую технологию магнитного обогащения.Направления совершенствования основных операций магнитного обогащения
Осаждение магнетитовых флокул
Обоснование параметров разветвленных магнитных систем на постоянных магнитах
Разработка новой энергосберегающей технологии на базе схемы 2:1
Похожие диссертации на Разработка и создание энергосберегающей технологии обогащения магнетитовых железных руд с дополнительным применением процессов магнитной гидросепарации
