Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ современного состояния теории и практики рудоподготовки магнетитовых руд 9
1.1. Анализ мировых запасов железных руд 9
1.2. Анализ практики обогащения магнетитовых руд и исследовательских работ по совершенствованию технологий их обогащения 14
1.3. Анализ практики применения сухой магнитной сепарации мелкодробленой магнетитовой руды 25
1.4. Выводы 33
Глава 2. Характеристика объектов исследования и методики проведения экспериментов 36
2.1. Геолого-минералогическая характеристика месторождения Малый Куйбас 36
2.2. Методики проведения экспериментов 46
Глава 3. Исследование состава, свойств и обогатимости магнетитовой руды месторождения Малый Куйбас 50
3.1. Изучение минералогической характеристики магнетитовой руды 50
3.2. Изучение состава магнетитовой руды месторождения Малый Куйбас 51
3.3. Изучение магнитных свойств магнетитовой руды 53
3.4. Исследование обогатимости магнетитовой руды месторождения Малый Куйбас различной крупности 56
3.4. Выводы 64
Глава 4. Исследование закономерностей сухой магнитной сепарации мелких классов крупности магнетитовой руды 65
4.1. Изучение основных параметров магнитного поля установки для сухой магнитной сепарации во взвешенном состоянии 65
4.2. Изучение динамики перемещения частиц в магнитном поле при сепарации во взвешенном состоянии 72
4.3. Аналитическое исследование перемещения частиц в магнитном поле установки для сухой магнитной сепарации во взвешенном состоянии 76
4.4. Исследование разделения тонкозернистых частиц при сухой магнитной сепарации во взвешенном состоянии 77
4.5. Изучение влияния конструктивных параметров установки для сепарации во взвешенном состоянии на показатели обогащения тонкозернистых частиц 79
4.6. Выводы 84
Глава 5. Совершенствование технологии рудоподготовки магнетитовои руды и промышленные испытания 87
5.1. Изучение влияния крупности руды на показатели сухой «. магнитной сепарации 87
5.2. Изучение закономерностей сухой магнитной сепарации во взвешенном состоянии магнетитовои руды крупностью 7-0 мм 89
5.3. Совершенствование технологии рудоподготовки магнетитовои руды месторождения Малый Куйбас 95
5.4. Выводы 105
Заключение 106
Библиографический список 109
Приложение. Акт опробования сухой магнитной сепарации во взвешенном состоянии промпродукта ДОФ-5 119
- Анализ практики обогащения магнетитовых руд и исследовательских работ по совершенствованию технологий их обогащения
- Геолого-минералогическая характеристика месторождения Малый Куйбас
- Изучение состава магнетитовой руды месторождения Малый Куйбас
- Изучение динамики перемещения частиц в магнитном поле при сепарации во взвешенном состоянии
Введение к работе
Актуальность работы. Необходимость снижения себестоимости и повышения технико-экономических показателей обогащения магнетитовой руды ставит задачи совершенствования технологии обогащения и, в частности, технологий рудоподготовки.
Возможность увеличения выпуска и снижения себестоимости железорудного концентрата в значительной мере зависит от эффективности подготовки руды к обогащению, так как затраты на рудоподготовку составляют до 40 % от общих затрат. На большинстве горно-обогатительных комбинатов, перерабатывающих магнетитовые руды, в процессе рудоподготовки используется сухая магнитная сепарация (CMC) мелкодробленых руд как способ предконцентра-ции железных руд, позволяющий выделить значительное количество сухих хвостов и снизить затраты на последующую переработку. Используется CMC и на дробильно-обогатительной фабрике №5 (ДОФ — 5) ОАО «ММК», перерабатывающей магнетитовую руду месторождения Малый Куйбас. Дробленая руда после третьей стадии крупностью 50-15(10) мм подвергается CMC с выделением отвальных хвостов с массовой долей железа 10-11,5 %. Потери железа с хвостами CMC достигают 11-12 % за счет значительной крупности материала, поступающего на CMC, и недораскрытия в нем сростков. Руда крупностью 15(10)-0 мм не обогащается вследствие низкой эффективности сепарации на используемых барабанных сепараторах, а поступает на измельчение и мокрую магнитную сепарацию, что приводит к увеличению затрат на измельчение, обогащение и гидротранспорт хвостов мокрой магнитной сепарации (ММС). Низкая эффективность CMC мелкодробленой руды на барабанных сепараторах имеет место и на других фабриках. Поэтому совершенствование технологии рудоподготовки магнетитовой руды с целью снижения затрат и повышения выпуска железорудного концентрата является весьма актуальной задачей.
5 Целью диссертационной работы является установление закономерностей сухой магнитной сепарации мелкодробленой магнетитовой руды с учетом особенностей ее состава и свойств для совершенствования технологии рудо-подготовки.
Идея работы заключается в использовании закономерностей поведения частиц при сухой магнитной сепарации во взвешенном состоянии и снижении крупности обогащаемой руды для интенсификации процесса рудоподготовки и повышения технико-экономических показателей обогащения.
Основными задачами исследований являются:
исследование состава, свойств и обогатимости мелкодробленой магнетитовой руды;
изучение характеристик магнитного поля установки для сухой магнитной сепарации во взвешенном состоянии;
изучение динамики перемещения частиц в магнитном поле при сепарации во взвешенном состоянии;
установление закономерностей сухой магнитной сепарации во взвешенном состоянии мелкодробленой магнетитовой руды.
Объект и методы исследования
Исследования проводились на пробах магнетитовой руды месторождения Малый Куйбас, а также на смесях магнетита и кварца в соотношении 1:1.
Для решения поставленных задач использованы: экспериментальные исследования на лабораторной установке для сухой магнитной сепарации во взвешенном состоянии; ситовый и химический методы анализа исходного сырья и продуктов обогащения; пондеромоторный метод определения магнитной восприимчивости и коэрцитивной силы; экспериментальные и аналитические исследования характеристик магнитного поля и сил, действующих в рабочей
зоне сепаратора; промышленные испытания сепарации во взвешенном состоянии.
Основные научные положения, выносимые на защиту:
Доминантным фактором при сухой магнитной сепарации во взвешенном состоянии является межполюсное расстояние.
Удельная магнитная сила (f м, Н/кг), необходимая для извлечения магнитных частиц из потока руды при сепарации во взвешенном состоянии с учетом силы сцепления между ними, определяется по формуле
2 , ч 6Аст
fn=~^\h+l Sina) +fm+ ^5 '
где t - время подъема частиц до магнитной системы, с; / - длина рабочей зоны сепаратора, м; а — угол подъема магнитной системы, град.; fm - удельная сила тяжести, м/с ; А — безразмерный коэффициент, учитывающий форму поверхности в местах контакта частиц, наличие на этой поверхности конденсированной влаги и ряд других факторов; а — поверхностное натяжение на границе раздела твердое - газ, Н/м; d — средний диаметр частиц, м; д — плотность частиц, кг/м3.
3. Глубина обогащения тонкозернистого материала при сухой магнит
ной сепарации во взвешенном состоянии зависит от физических и физико-
химических свойств частиц, определяется соотношением сил адгезии частиц и
силы тяжести и, в случае сепарации магнетитовой руды, составляет 0,044 мм.
Научная новизна работы:
Теоретически и экспериментально установлено распределение магнитной силы в поле сепаратора и определены зоны притягивания и отрыва частиц крупностью 0,044 мм от магнитной системы при сепарации во взвешенном состоянии.
Разработана методика, позволяющая изучать динамику перемещения частиц в магнитном поле при сухой магнитной сепарации во взвешенном
7 состоянии и определять влияние скорости перемещения частиц на их поведение в магнитном поле;
Выведена формула для определения величины удельной магнитной силы, необходимой для извлечения магнитных частиц из слоя материала при сепарации во взвешенном состоянии, учитывающая кроме силы тяжести и магнитной силы силы адгезии частиц.
Установлена глубина обогащения при CMC во взвешенном состоянии магнетитовой руды.
Практическое значение работы состоит в разработке высокоэффективной технологии рудоподготовки магнетитовой руды, позволяющей повысить технико-экономические показатели по сравнению с показателями обогащения, получаемыми на действующей обогатительной фабрике. Установленные закономерности сухой магнитной сепарации применимы для обогащения мелкозернистого железосодержащего сырья природного и техногенного происхождения.
Обоснованность и достоверность исследований подтверждается удовлетворительной сходимостью теоретических и экспериментальных исследований, а также положительными результатами промышленных испытаний на ГОП ОАО «ММК».
Реализация результатов работы
Усовершенствованная технология рудоподготовки рекомендована для использования на ДОФ-5 ОАО «ММК» и предусматривает снижение крупности дробленого продукта, поступающего на CMC, с 50-15(10) до 30-7 мм и применение CMC во взвешенном состоянии для получения аглоруды из промпродук-та крупностью 7-0 мм. Это позволит снизить затраты на дальнейшую переработку руды и повысить технико-экономические показатели обогащения. Сухая магнитная сепарация во взвешенном состоянии используется для обогащения сталеплавильных шлаков крупностью 10-0 мм на ГОП ОАО «ММК».
8 Результаты исследований используются в учебном процессе при изучении дисциплин «Магнитные, электрические и специальные методы обогащения», «Исследование процессов и технологии обогащения» и «Технология обогащения полезных ископаемых» при подготовке горных инженеров по специальности 130405 «Обогащение полезных ископаемых» в ГОУ ВПО «МГТУ им. Г.И. Носова».
Апробация работы
Основные выводы и результаты работы докладывались и обсуждались на VI Конгрессе обогатителей стран СНГ (Москва, 2007 г.); на международной научно-технической конференции «Плаксинские чтения» (Апатиты, 2007 г.); на международных научно-практических конференциях «Научные основы и практика переработки руд и техногенного сырья» (Екатеринбург, 2006, 2008 гг.), а также на ежегодных научно-технических конференциях МГТУ им. Г.И. Носова по итогам научно-исследовательских работ 2006-2008 годов.
Публикации
По результатам работы опубликовано 8 статей, в том числе 2 в рецензи
руемых журналах, рекомендованных ВАК. *-
Структура и объем работы
Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка используемой литературы из 103 наименований и содержит 119 страниц машинописного текста, 22 таблицы и 34 рисунка.
Анализ практики обогащения магнетитовых руд и исследовательских работ по совершенствованию технологий их обогащения
Основными направлениями научных исследований, определяющими технический прогресс в области обогащения магнетитовых руд, являются совершенствование существующих и разработка новых технологических схем обогащения, создание и внедрение новых аппаратов с целью повышения качества концентрата, снижения потерь ценных компонентов и комплексного использо-вания сырья.
Магнетитовые руды по своему происхождению делятся на магматические, контактово-метасоматические (скарновые), гидротермальные и осадочно1-метаморфические. Наиболее широко распространена группа магнетитовых руд осадочно-метаморфического происхождения, которую составляют магнетитовые кварциты и сопутствующие им богатые руды Криворожского и Кременчугского железорудных бассейнов, Курской магнитной аномалии (КМА), Кольского полуострова (Оленегорское, Ковдорское и другие месторождения), Ангаро-Питского района (Восточная Сибирь) и Дальнего Востока (Малый Хинган, Кимканское, Гагаринское и др.) [19].
Обогащение магнетитовых руд на большинстве обогатительных фабрик осуществляется с использованием сухой магнитной сепарации для вывода значительного количества сухих хвостов и трех, четырех стадии мокрой магнитной сепарации. Выбор способов обогащения определяется минеральным составом руд, их текстурно-структурными особенностями, характером вкрапленности минералов, а также физико-механическими свойствами руд.
Железистые кварциты по прочностным свойствам относятся к крепким и весьма крепким. Для них характерны трудная дробимость и измельчаемость, высокая абразивность при дроблении и измельчении. Тонкая и мелкая вкрапленность магнетита определяет необходимость применения большого числа стадий измельчения и магнитной сепарации для удаления породы из процесса по мере их раскрытия и получения оптимальной массовой доли железа в концентрате. Так, схема обогащения на Днепровском ГОКе, представленная на рис.6, включает сухую магнитную сепарацию, три стадии обогащения с измельчением до крупности 46,7 % класса -0,044 мм в первой стадии, до 69,4 и , 87,4 % класса -0,044 мм во второй и третьей стадиях соответственно, тонкое грохочение и доизмельчение концентрата до крупности 98,4 % класса -0,044 мм.
На отечественных фабриках, перерабатывающих тонковкрапленные маг-нетитовые руды, применяются две принципиальные схемы дробления: четы-рехстадиальная, например на Михайловском ГОКе, и трехстадиальная с замкнутым циклом в последней стадии (ОАО «Карельский окатыш» и Стойленский ГОК) (рис.7) [25,26].
Схема с замкнутым циклом дробления (Стойленский ГОК и ОАО «Карельский окатыш») при крупности питания стержневых мельниц 18-0 мм является наиболее рациональной с точки зрения энергопотребления, что подтверждается как теорией измельчения, так и данными мировой практики эксплуатации фабрик черной металлургии. Так, в отделении среднего и мелкого дробления ОАО «Карельский окатыш» и Стойленский ГОК была принята схема без предварительного грохочения перед второй стадией дробления. Установление дробилки КМД - 3000 Т2 на третью стадию дробления позволило обеспечить в замкнутом цикле запроектированную крупность руды 18-0 мм, что хорошо увязалось со схемой трехстадиального измельчения со стержневыми мельницами в первой стадии.
С целью повышения технико-экономических показателей на ОФ ОАО «Карельский окатыш» были проведены исследования по совершенствованию технологической схемы рудоподготовки, которые показали, что наиболее экономически целесообразным является применение четвертой стадии дробления в ударных дробилках Barmac до крупности 6-0 мм и CMC. Вследствие нагрева руды при ударном дроблении сухая магнитная сепарация будет осуществляться более эффективно. Внедрение в схему операции ударного дробления позволит снизить расход электроэнергии на 39 % и увеличить выход хвостов CMC до 20 % [27].
На обогатительной фабрике Стойленского ГОКа основные компоновочные решения дробильного отделения аналогичны проекту корпуса среднего и мел 18 кого дробления фабрики ОАО «Карельский окатыш». Однако в первой, а также второй и третьей стадиях измельчения установлены шаровые мельницы [28].
Дробильный комплекс Михайловского ГОКа является повторением проектного решения американской таконитовой фабрики «Eri», где впервые была применена четырехстадиальная схема дробления [29-31].
Для получения кондиционных концентратов из мелко- и тонковкраплен-ных руд на Соколовско-Сарбайском ГОКе применяется четырехстадиальное дробление руды с предварительным грохочением перед третьей и четвертой стадиями дробления и трехстадиальная схема измельчения (рис.8). С целью снижения затрат на измельчение была разработана новая технологическая схема, предусматривающая грохочение руды перед CMC и пятую стадию дробления в замкнутом цикле для обеспечения селективного дробления и получения дробленого продукта крупностью менее 10 мм. Для пятой стадии дробления были выбраны роторные центробежные дробилки ударного действия «Merlin VSI». Выбор оборудования для пятой стадии дробления обусловливался категорией дробимости руд и требуемой крупностью дробленого продукта. Для сухой магнитной сепарации подрешетного продукта выбраны однобарабанные сепараторы с сильным магнитным полем типа SDM — 0,9/1,5 и SDM- 0,9/2,1 для сухой магнитной сепарации надрешетного продукта. Многополюсная магнитная система и увеличенная частота вращения барабана данных сепараторов обеспечивают интенсивное перемешивание и большую центробежную силу, благоприятствующую выделению качественного магнитного продукта. Прирост массовой доли железа в продукте составляет 4-6 % при производительности одного каскада сепарации 210-250 т/ч. Применение высокоэффективных грохотов перед сухой магнитной сепарацией, а также использование барабанных сепараторов позволит увеличить производительность одного каскада CMC в 2 раза и повысить массовую долю железа в промпродукте на 0,6-1,0 %. Кроме того, благодаря реконструкции отделения рудоподготовки на ССГОКе появится возможность получения дополнительного продукта — аглоруды [32].
Геолого-минералогическая характеристика месторождения Малый Куйбас
Добыча мартит-магнетитовых руд месторождения горы Магнитной практически завершена, а потребности ОАО «ММК» компенсируются поставками руды, промпродуктов, концентратов и окатышей из других регионов России и СНГ. В настоящее время горно-обогатительное производство ОАО «ММК» эксплуатирует месторождение железных руд Малый Куйбас, которое находится в пределах Магнитогорского железорудного поля, и месторождение Подотваль-ное, образованное при разработке месторождения горы Магнитной. Запасы же? лезной руды месторождения Малый Куйбас и Подотвальное составляют 42,8 и 7,8 млн т соответственно.
Площадь рудного поля месторождения Малый Куйбас составляет 290 км2. С учетом разделяющих перемычек из интрузивных пород рудное поле составляет по простиранию 2500 м, по ширине 600 м, по падению 300 м. Из-за вне? дрения интрузивных пород рудоносная зона разделяется на четыре участка: за-бросовый, северный, центральный и южный.
По морфологии месторождение Малый Куйбас принадлежит к крутопадающему (70-90) линзовидному, жилообразному, столбообразному типу рудной залежи. Формы залежи достаточно разнообразны. Они представлены пла-стообразными телами, гнездами неправильной формы, размеры скарновых тел изменяются в широких пределах. Наиболее крупные тела имеют размеры по простиранию 2000 м и мощность до 200 м, но чаще наблюдаются тела среднего размера.
Породы, слагающие месторождение, представлены метаморфизированны-ми диабазовыми порфиритами и их туфами, плагиоклазовыми и пироксеновы 37 ми порфиритами, гранитами, габбро и разнообразными контактово-метосамотическими образованиями (скарнами, роговиками и др.). Диабазовые порфириты располагаются преимущественно в западной части месторождения, а плагиоклазовые и пироксеновые порфириты в восточной части. Текстуры руд сложны и разнообразны. Их рисунок определяется интенсивностью оруденения, формой и пространственным размещением рудных концентраций, соотношением их с нерудными участками. По этим признакам выделяют несколько видов и разновидностей текстур. Сплошная, массивная текстура, характерная для богатых руд, в которых магнетит в объеме распределен равномерно и резко преобладает (более 70 %) над нерудной частью. Пятнистая текстура характеризуется нахождением магнетита в виде скоплений овальной и неправильной формы. Размер скоплений более 10 мм и составляет 30-70 % от объема породы и распределенных равномерно в объеме не-. рудной массы.
Полосчатая текстура образуется при оруднении слоистых туфогенных по-род и характеризуется чередованием рудных и безрудных полос различной мощности. Выделяют тонкополосчатые и грубополосчатые текстуры с шири-ной полос 1-10 и 1-200 мм соответственно.
На месторождении Малый Куйбас наиболее часто встречается атакситовая (брекчиевидная) текстура руды, образованная при оруденении грубообломоч-ных туфогенных пород. Брекчиевидная текстура характеризуется наличием реликтовых обломковидных участков вмещающих пород среди рудной цементирующей массы и составляет 20-50 % объема. Вкрапленной текстуре свойственно более или менее равномерное распределение зерен и мелких сростков магнетита в нерудной массе. При этом рудная часть составляет 20-30 % объема. Широким распространением пользуются текстуры промежуточных разностей: пятнисто-полосчатые, пятнисто-вкрапленные, прожилково-вкрапленные. В разрезах рудных тел наблюдается чередование нескольких видов текстур с преобладанием тех или иных разновидностей. . В окисленных рудах текстурный рисунок осложняется пористостью за счет выщелачивания сульфидов и выделения гипергенных минералов в трещинах. Имеются и участки окисленных руд, представленных дезинтегрированной кус-ковато-землистой массой.
Структуры руд определяются абсолютными и относительными размерами, формой и взаимоотношениями главных рудообразующих минералов. Структуры первичной метасоматической кристаллизации осложнены более поздними структурами, связанными с перекристаллизацией, гидротермальным метасоматозом и замещением в экзогенных условиях.
Первичным магнетитовым рудам свойственны равномерно- и неравномер-нозернистые структуры. В сплошных магнетитовых рудах структура обычно равномерно-тонкозернистая с размером зерен магнетита от 0,1-0,3 до 0,5 мм.;-Реже встречается тонко- и среднезернистая структура, обусловленная наличием мелко- и среднезернистых участков в виде пятен, гнезд и прожилковых зон среди тонкозернистой руды. В рудах с неоднородными текстурами преобладают неравномернозернистые структуры. На месторождении Малый Куйбас выявлены два природных типа первич-"-ных железных руд: магнетитовые в скарнах и титаномагнетитовые в габбро. В коре выветривания титаномагнетитовые руды частично окисляются, превращаясь в мартит-титаномагнетитовые [70,71]. Магнетитовые руды Магнетитовыми рудами представлена основная часть запасов месторождения Малый Куйбас. Они входят в состав метасоматических образований рудов-мещающей толщи. К зоне развития скарновых руд с северо-востока примыкают габброиды с титаномагнетитовым оруднением. Скарновые руды по минеральному составу делятся на два главных типа: 1) первичные, магнетитовые; 2) вторичные мартитовые и полумартитовые руды. Основная часть запасов месторождения Малый Куйбас представлена первичными магнетитовыми рудами. Согласно минералогической характеристике первичные магнетитовые руды делятся на магнетитовые и сульфидно-магнетитовые, в которых массовая доля сульфидов превышает 10 %. Сульфид-но-магнетитовых руд на месторождении мало (5%), и поэтому они не выделяются в самостоятельный технологический тип, а объединяются с магнетитовыми рудами и называются сернистыми магнетитовыми рудами. Этими рудами представлена большая часть месторождения (96,2 %). Сернистые магнетитовые руды имеют массовую долю железа 40 %.
Вторичные мартитовые руды зоны выветривания развиты слабо, самостоятельные рудные тела образуются лишь в северной части месторождения. Мартитовые руды выделены согласно установленным кондициям с массовой долей железа более 46 %. К окисленным отнесены руды с массовой долей серы менее 0,3 %, они распространены лишь на верхних горизонтах до глубины . 20-50 м. С глубиной они сменяются первичными сернистыми магнетитовыми рудами с массовой долей серы более 0,3%. Мартитовые руды залегают в песчано-глинистой коре выветривания скарнов и роговиков. По агрегатному состоянию мартитовые руды подразделяются на кусковатые и порошковые.
Изучение состава магнетитовой руды месторождения Малый Куйбас
Для выполнения исследований 15.02.06 г., 28.02.06 и 14.03.06 г. на ДОФ - 5 были отобраны пробы мелкодробленой руды с конвейера СС — 3 и с наклонных конвейеров, подающих руду в мельницы.
Для исследования состава проб № 1, 2 и 3 различной крупности проведен ситовый анализ по стандартной методике с определением массовой доли железа в классах крупности. В связи с тем, что верхний предел крупности зерен концентрата, допускающий удовлетворительное выгорание сульфидной серы в процессе агломерации, лежит в пределах 10-8 мм, то для изучения изменения распределения железа с уменьшением крупности руды пробы дробились до 10-0и7 — 0 мм. Результаты ситового анализа исходных и дробленых проб руды приведены в табл. 4, 5 и 6.
Приведенные результаты свидетельствуют о значительном различии состава проб и особенно количества в них класса крупности 0,5 - 0 мм. Наибольшее количество этого класса, равное 35,4 %, содержится в пробе № 1, в то время как в пробах № 2 и 3 эта величина составляет соответственно 14,0 и 28,72 %.
Во всех трех пробах наиболее богатым является класс крупности 0,5-0 мм. Так, массовая доля железа в пробе № 1 составляет 50,94 %, а в пробах № 2 и 3 -соответственно 44,52 и 49,11 %. Наименьшее значение массовой доли железа для проб № 1, 2 и 3 отмечено в классе крупности 3 - 0,5 мм и составляет соответственно 37,56; 34,44 и 40,50 %.
В результате дробления проб до крупности 10 — 0и7-0 мм количество класса крупности 0,5 — 0 мм увеличивается незначительно. Так, в пробе № 1 увеличение происходит с 35,40 до 35,54 и 37,7 %, в пробе № 2 - с 14,0 до 18,8 и 19,48 5, а в случае пробы № 3 - с 28,72 до 29,38 и 33,84 %. В то же время количество верхнего класса крупности при каждом дроблении проб резко увеличивается. Так, при дроблении пробы № 1 до 10 - 0 мм количество класса крупности 10-7 мм увеличивается с 11,0 до 19,9 %. Аналогичные изменения ситового состава происходят и с пробами № 2 и 3. При этом значительных изменений массовой доли железа в классах крупности при дроблении проб не наблюдается.
Магнитные свойства минералов зависят от параметров их кристаллических решеток, определяющих обменное взаимодействие и ориентацию ионных и атомных магнитных моментов в пространстве. Магнетит представляет собой оксид железа Fe304 и является основной составляющей железной руды месторождения Малый Куйбас. По магнитным свойствам магнетит относится к ферромагнетикам (ферримагнетикам), то есть магнитное упорядочение в нем обусловлено отрицательными обменными взаимодействиями. Магнетит принадлежит к семейству ферритов-шпинелей (феррит железа Fe2+Fe23+04). Его магнитные катионы Fe2+ и Fe3+ размещаются в кристаллических многогранниках - тетра- и октаэдрах (А- и В-позициях) кубической решетки шпинели [77].
Проведенные исследования показывают (рис. 14), что с уменьшением крупности магнетитовой фракции коэрцитивная сила возрастает. Так, если при снижении крупности с 0,4 до 0,1 мм коэрцитивная сила увеличивается незначительно с 4,5 до 5,5 кА/м, то при дальнейшем снижении до 0,02 мм она возрастает до 9,0 кА/м. Значительная коэрцитивная сила вызывает потери тонких фракций магнетита с хвостами сухой магнитной сепарации и снижает селективность разделения.
Исследование обогатимости проб №1, 2 и 3 магнетитовой руды месторождения Малый Куйбас проводили с применением магнитного анализа по общепринятой методике [79,80]. Напряженность магнитного поля составляла 105 кА/м. Доверительный интервал определялся по извлечению железа по пяти па раллельным опытам и составил 1,02% при доверительной вероятности 0,95 [81]. Приведенные данные (см. рис. 15) показывают, что распределение по классам крупности магнитного продукта исходных проб №1, 2 и 3 равномерное за исключением класса крупности 0,5-0 мм. Извлечение железа в магнитный продукт класса крупности 0,5-0 мм является наибольшим по сравнению с извлечением при разделении других классов крупности и составляет для проб №1, 2 и 3 77,89; 78,43 и 91,53 % соответственно. Массовая доля железа в магнитных продуктах проб значительна и изменяется от 54,16 до 61,76 %.
Суммарные показатели магнитного анализа (рис. 16) свидетельствуют о том, что при напряженности 105 кА/м общий выход магнитного продукта в пробах №1, 2 и 3 составляет 36,68; 52,07 и 49,69 % соответственно. При этом извлечение железа в нем равно 57,28 % для пробы № 1, 69,5 % для пробы № 2 и 72,07 % для пробы № 3. Получено, что массовая доля железа в магнитном продукте в пробах № 1, 2 и 3 составляет 58,72; 58,72 и 58,31 %.
Для изучения влияния крупности руды на показатели обогащения исходные пробы №1, 2 и 3 дробились до крупности 10-0и7 — 0 мм и подвергались ситовому и магнитному анализам. Результаты исследований приведены на рис. 17, 18 и 19.
Результаты исследований показали, что при дроблении исходных проб до крупности 10-0 и 7-0 мм выход магнитных продуктов из всех классов крупности увеличивается при практически неизменной массовой доле в них железа. Так, при дроблении до крупности 7-0 мм для всех проб наибольшая массовая доля железа наблюдается в классах крупности 5-3 и 7-5 мм. Для изучения влияния напряженности магнитного поля на показатели разделения проб №1, 2 и 3 выполнен их магнитный анализ при различной напряженности поля, изменяющейся в пределах 67-119 кА/м. Результаты исследований представлены в табл.8.
Изучение динамики перемещения частиц в магнитном поле при сепарации во взвешенном состоянии
Сепарация в магнитном поле основана, главным образом, на различии в магнитных свойствах разделяемых минералов. Задача сепарации заключается в изменении траектории магнитных частиц таким образом, чтобы на участке пути длиной /, равной длине рабочей зоны, они сместились на расстояние и отделились бы от немагнитных частиц [75,95,96]. Точно оценить все силы, действующие на частицы в рабочем пространстве установки для сухой магнитной сепарации во взвешенном состоянии, сложно. Поэтому рассмотрим движение отдельной частицы относительно системы отсчета и оценим силы, действующие на нее.
Для изучения динамики перемещения магнитных частиц в магнитном поле при сухой магнитной сепарации во взвешенном состоянии разработана методика, позволяющая определять скорость движения зерен обогащаемого материала в зависимости от их крупности и характеристик магнитного поля.
На частицу, движущуюся в магнитном поле сепаратора во взвешенном состоянии, действуют следующие силы: - магнитная сила Fua2H, перпендикулярно направленная к горизонтальной плоскости, в которой перемещаются частицы; - удельная сила тяжести/,, = g, обратно направленная от магнитной силы; - сила трения зерен руды о поверхность транспортирующей ленты fmp. Эта сила для магнитных частиц равна нулю, так как магнитные частицы, попадая в рабочую зону сепаратора, вследствие воздействия магнитной силы отделяются от поверхности ленты, а следовательно, отсутствует и трение магнитных зерен об эту поверхность; . - сила сопротивления воздушной среды перемещению тела к магнитной системе, которая пренебрежимо мала, поэтому она не учитывается.
Движение магнитной частицы в магнитном поле сепаратора разделили на три этапа: подъем магнитной частицы и притяжение ее к магнитной системе, транспортирование магнитной частицы и отрыв от магнитной системы. 1. Подъем магнитной частицы перпендикулярно плоскости возможен тогда, когда магнитная сила больше силы тяжести: FvazH fm. 2. Для извлечения магнитной частицы в магнитный продукт необходимо, чтобы за время пребывания ее в магнитном поле, равном времени перемещения частицы со скоростью v на расстояние / cos а, частица успела притянуться к магнитной системе. 3. Для закрепления частицы на магнитной системе необходимо, чтобы время подъема ее к магнитной системе tj было меньше или, в крайнем случае, равно времени нахождения частицы ґ2 в магнитном поле при перемещении ее со скоростью v на расстояние / cos а, , т.е. t\ t2.
Для определения траектории перемещения частиц в магнитном поле при CMC во взвешенном состоянии и установления оптимальных конструктивных параметров сепаратора была изучена динамика перемещения отдельных частиц. Переменным параметром являлась высота расположения магнитной системы и скорость перемещения материала.
Увеличение скорости перемещения материала до 0,55 м/с при высоте расположения магнитной системы 35 мм вызывает увеличение расстояния притягивания частицы к магнитной системе. Это объясняется уменьшением времени пребывания частицы в активной зоне сепаратора. При высоте расположения магнитной системы 40 мм закрепление частиц не происходит, даже при малой скорости.
При увеличении скорости перемещения материала расстояние перемещения частиц увеличивается, а вероятность закрепления снижается. При дальней 76 шем увеличении скорости перемещения материала наступает момент, когда закрепление частиц не происходит, эта скорость является критической.
Аналитические исследования показали, что критическая скорость (DK) перемещения материала прямо пропорциональна длине активной зоны, увеличивается с повышением напряженности магнитного поля и уменьшается при увеличении высоты подъема магнитной системы [97-99].
В результате изучения динамики перемещения частиц при сепарации во взвешенном состоянии установлено, что наличие зон неоднократного притягивания и отрыва частиц от магнитной системы определяется соотношением действующей величины удельной магнитной силы и силы, необходимой для извлечения частиц. Изменяющаяся разница величин этих сил в различных зонах магнитной системы вызывает подъем частиц с различным ускорением, их относительное перемещение и соударение, что обеспечивает очистку извлекаемых частиц от налипших мелких и выпадение из магнитного продукта механически увлеченных частиц.
Для перемещения тела по нормали к плоскости транспортирующей ленты необходимо, чтобы удельная магнитная сила (/J была больше силы тяжести (/ ) [98]. При этом разность между этими силами составляет нормальное к горизонтальной плоскости ускорение перемещения тела, так как масса его принята за единицу. Из формулы (12) видно, что удельная магнитная сила, необходимая для извлечения магнитных частиц из потока руды с учетом силы сцепления, зависит от времени подъема частиц, высоты слоя руды, плотности частиц, длины рабочей зоны сепарации, а также от поверхностного натяжения на границе раздела твердое-газ. 4.4. Исследование разделения тонкозернистых частиц при сухой магнитной сепарации во взвешенном состоянии
Сухая магнитная сепарация тонкозернистых сильномагнитных материалов затруднена слипанием частиц и образованием флокул, что влияет на качество и извлечение магнитной фракции. Агрегирование частиц происходит под действием молекулярных, механических, магнитных и капиллярных сил [100,101]. Анализ этих сил показал, что при адгезии частиц значительную роль играет сила сцепления между ними, которая обусловливается молекулярным притяжением этих частиц.
