СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЩЕБНЯ ИЗ ОТХОДОВ ОБОГАЩЕНИЯ ЖЕЛЕЗНЫХ РУД
METHOD OF CRUSHED STONE PRODUCTION FROM IRON ORE BENEFICIATION WASTES

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к производству строительных материалов и области вторичного использования промышленных отходов, конкретнее отходов обогащения железных руд.
Уровень техники
Классическая технология получения строительного щебня включает этап добычи, предполагающий бурение скважин в скальной породе для закладки взрывчатого вещества, подрывы и вывоз разрушенных пород с помощью большегрузной техники к месту последующей обработки, включающей измельчение (дробление) сырья до приемлемых параметров и разделение на фракции посредством грохотов. Такая технология производства щебня является затратной, энергоемкой и ведет к истощению природных ресурсов.
Известно производство щебня из попутных (вскрышных) пород, получаемых при добыче рудных материалов, что позволяет экономить на этапах добычи и транспортировки сырья. Способ получения щебня, в этом случае, включает ступенчатое дробление попутных (вскрышных) пород с последующим разделением на фракции и их пропусканием через магнитный сепаратор для отделения от щебня руды, которую направляют на производство железорудного концентрата (кн. Строительные материалы из отходов промышленности. Дворкин Л.И., изд-во: Ростов–на–Дону, «Феникс», 2007 г. стр. 299-300).
Известен способ получения щебня (см. патент RU 2232057, МПК: В03С1/00, опубл. 10.07.2004 г.), включающий многостадийное измельчение железной руды и сухую магнитную сепарацию с выделением магнитного продукта, который направляют на мокрое магнитное обогащение, а немагнитный продукт - отходы магнитной сепарации, направляют на склад щебня.
По сути, отходы сухой магнитной сепарации, которые предлагается использовать в качестве щебня в патенте RU 2232057, представляют собой отходы процесса обогащения железной руды, так называемые рудные хвосты (далее – хвосты).
Хвосты состоят из пустой породы и некондиционной руды с низким содержанием полезного компонента и имеют относительно однородный гранулометрический состав. Их использование позволило бы решить существующую проблему дефицита щебня и при этом сохранить природные ресурсы.
Однако щебень, полученный способом по патенту RU 2232057 из отходов обогащения железной руды, как и щебень, полученный вышеупомянутым способом из вскрышных пород, лишь в редких случаях имеет нужное качество и соответствует нормативным требованиям, позволяющим использовать его для строительных нужд, а именно в случаях отсутствия в исходной руде слабых пород или их незначительного содержания.
При этом, как показывает практика, зачастую исходная руда содержит большое количество слабых пород, представленных различными глинистыми минералами, минералами, неустойчивыми к процессам выветривания, включениями асбеста, слюды, угля, торфа, растительной земли и других органических веществ. Все эти «слабые» примеси после отделения железосодержащих пород (магнитного продукта), остаются в немагнитной части (отходах) и применение таких отходов в качестве строительного щебня без дополнительной очистки невозможно или сильно ограничено.
Зерна слабых пород характеризуются пределом  прочности при сжатии в насыщенном водой состоянии менее 20 МПа, при этом при их выделении, согласно ГОСТу 8269.0-97 «Щебень и гравий из плотных горных пород и отходов промышленного производства для строительных работ», руководствуются следующими отличительными признаками: зерна слабых пород легко разламываются руками и разрушаются легкими ударами молотка, на поверхности которых при царапании иглой остается след от стальной иглы (на поверхности зерен изверженных и метаморфических пород) или алюминиевой (для зерен осадочных карбонатных пород). Т.е. по сути, выделение слабых пород осуществляется визуально и вручную.
Для отделения легких и глинистых «слабых» примесей может быть использована вода, обеспечивающая их растворение и осаждение. Однако в этом случае требуется устройство специальных отстойников, что существенно повышает затраты на производство щебня и делает его нерентабельным.
В результате отходы обогащения железной руды, не имея широкого применения, годами копятся в отвалах, занимая огромные площади. В связи с этим в последнее время все острее встает вопрос утилизации отходов горно-обогатительных комбинатов.
В качестве наиболее близкого аналога для заявляемого технического решения принят способ переработки отходов железорудного производства, направленный на максимальное извлечение полезных продуктов с попутным получением строительного и балластного щебня, раскрытый в патенте RU 2190027, МПК: С22В 1/00, В03В9/06, опубл. 27.09.2002.
Способ по патенту RU 2190027 включает гравитационное обогащение сегрегацией отходов с выделением отдельных фракций, которые подвергают магнитной сепарации, сначала низкоградиентной, затем – высокоградиентной, с выделением на промежуточных стадиях некондиционного магнитного продукта (магнитных пород) и строительного щебня (немагнитных пород).
Признаки ближайшего аналога, сходные с существенными признаками заявляемого способа, заключаются в том, что отходы обогащения железной руды подвергают сухой магнитной сепарации с разделением на магнитные и немагнитные породы.
Ближайший аналог имеет те же недостатки, что и предыдущие аналоги, а именно невозможность получения качественного щебня из отходов обогащения руд с высоким содержанием слабых пород.
Заявляемое изобретение направлено на решение проблемы получения качественного щебня из отходов обогащения железных руд с высоким содержанием слабых пород.
Технический результат выражается в обеспечении возможности простой, быстрой и малозатратной очистки рудных хвостов от слабых пород с получением качественного щебня.
Раскрытие сущности изобретения
Решение упомянутой технической проблемы обеспечивается благодаря тому, что в способе получения щебня из отходов обогащения железных руд, включающем сухую магнитную сепарацию этих отходов с разделением на магнитные и немагнитные породы, согласно заявляемому изобретению, сухой магнитной сепарации подвергают отходы обогащения с содержанием железа не более 16 % и крупностью составляющих фракций не более 300 мм, при этом щебень получают из отобранных при сепарации магнитных пород, которые подвергают просеиванию с удалением частиц менее 5 мм.
Предлагаемый способ позволяет просто, быстро и с минимальными затратами осуществить очистку рудных хвостов от слабых пород, а вместе с тем от глинистых и органических примесей, благодаря чему получить качественный щебень, соответствующий нормативным требованиям.
В отличие от других известных решений, направленных на отделение слабых пород, предлагаемый способ обеспечивает выделение крепких пород, при этом в качестве оценочного показателя (индикатора) крепости породы используются ее магнитные  свойства.
Используя сухую магнитную сепарацию выделяют крепкие железосодержащие породы, отличающиеся своими магнитными свойствами, и именно их подвергают рассеву с отделением мелких частиц и получением товарного щебня.
Железосодержащие породы относятся к довольно крепким породам с коэффициентом крепости f, равным 6 по шкале крепости проф. Протодъяконова, благодаря чему получаемый щебень соответствует нормативным требованиям прочности.
Большая часть слабых пород (как показали испытания - практически полностью) остается в немагнитной фракции и подлежит удалению в отвал. В результате обеспечивается соответствие полученного щебня нормативным требованиям содержания зерен слабых пород.
Вместе со слабыми породами удаляются глинистые частицы, комья глины и органические примеси, которые также не обладают магнитными свойствами и остаются в немагнитной фракции.
Таким образом, щебень, получаемый предлагаемым способом из отходов обогащения железных руд, содержащих слабые породы, соответствует всем нормативным требованиям качества и может найти широкое применение для строительства автомобильных дорог и других видов строительных работ, где отсутствуют ограничения по содержанию железа.
Предложенное авторами настоящего изобретения выделение слабых пород из рудных хвостов, с использованием признака отсутствия у них магнитных свойств, является новым и неизвестным из уровня техники.
Предлагаемый способ может быть использован как для переработки рудных хвостов, накопленных в отвалах, так и для вновь образующихся отходов обогащения.
Предлагаемый способ может быть легко интегрирован в общую технологическую схему обогащения железной руды путем размещения на выходе технологической линии обогащения устройства для сухой магнитной сепарации, преимущественно магнитного сепаратора барабанного типа, и грохота (или другого устройства) для удаления мелких частиц до 5 мм и разделения щебня на фракции.
Такая интеграция позволит существенно сократить объемы отходов, направляемых в отвалы, а значит и издержки предприятия, связанные с погрузкой и транспортировкой отходов.
Использование для получения щебня отходов обогащения с содержанием железа более 16 % экономически не целесообразно. Контроль содержания железа в хвостах осуществляется на горно-обогатительных комбинатах известным образом.
Использование отходов обогащения, представленных, преимущественно, фракциями более 300 мм нецелесообразно, т.к. в этом случае очень низкий выход щебня, что делает его производство нерентабельным.
Оптимальная крупность фракций отходов обогащения, подаваемых на сухую магнитную сепарацию, составляет 0-70 мм, что соответствует максимальному выходу щебня.
Хвосты, состоящие преимущественно из крупных фракций, перед подачей на сухую магнитную сепарацию, целесообразно подвергнуть измельчению.
Осуществление изобретения
Предлагаемый способ был реализован на горно-обогатительном предприятии по производству железорудного концентрата и железорудных окатышей АО ССГПО Соколовско - Сарбайское горно-обогатительное производственное объединение, г. Рудный, Республика Казахстан.
Соколовско - Сарбайское месторождение представлено, преимущественно, магнетитовыми рудами, которые залегают в нижнекарбоновых вулканогенно-осадочных породах (вулканические брекчии, туфы, андезитовые порфиры, известняки и известковистые туффиты) и перекрыты мезозойскими песчано-глинистыми отложениями.
Результатом обогащения таких руд являются отходы (иначе - хвосты) с содержанием железа до 16% и содержанием слабых пород более 30% (в конкретных примерах измерения показали: 32,7% и 36%).
Применение таких хвостов в качестве строительного щебня невозможно, по причине того, что содержание в них слабых пород в несколько раз превышает допустимые нормативные значения, которые, согласно ГОСТам 8267-93, 3344-83, 7392-2014, составляют 5 или 10 %, в зависимости от марки щебня и сферы его применения.
Возможность переработки хвостов, содержащих слабые породы, с получением качественного строительного щебня, реализуется посредством предлагаемого способа.
Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых показаны:
на фиг.1 – общая технологическая схема получения щебня из отходов обогащения железных руд, реализующая способ;
на фиг. 2 - технологическая схема получения щебня, размещенная на выходе технологической линии обогащения железной руды.
Технологической схема получения щебня из отходов обогащения железных руд включает (см. фиг.1) магнитный сепаратор 1 для сухой сепарации, размещенный на выходе ленточного транспортера 2, и грохот 3.
Для осуществления сухой магнитной сепарации может быть использован сепаратор любого известного типа, например, см. кн. Обогащение руд. Полькин С.И., М: Металлургиздат, 1953, стр. 611-632.
В конкретном примере осуществления использовали магнитный сепаратор «MAGNIS» KMR-1,8/2.0S, барабанного типа, установленный в качестве приводного шкива ленточного транспортера 2.
Барабан сепаратора представляет собой полый цилиндр, диаметром 1800 мм с батареей постоянных магнитов внутри, которая обеспечивает напряженность магнитного поля на поверхности барабана до 3000 Эрстед.
Этот магнитный сепаратор позволяет производить обработку сырья крупностью до 350 мм и имеет производительность до 500 тонн/час, регулируемую частотой вращения барабана.
Более широкими возможностями, например возможностью регулирования напряженности магнитного поля, обладают магнитные сепараторы с электромагнитами, которые также могут быть использованы при осуществлении способа.
Способ осуществляется следующим образом.
Отходы обогащения железной руды (далее - хвосты) 4 посредством транспортера 2 подаются в зону действия магнитного сепаратора 1.
Попадая в магнитное поле сепаратора 1, минеральные зерна крепких пород, содержащие частицы железа, притягиваются к поверхности барабана и перемещаются вместе с ней до момента выхода из магнитного поля, что обеспечивает их траекторию движения, отличную от траектории движения минеральных зерен слабых пород, характеризующихся низкой магнитной восприимчивостью, которые не взаимодействуют с магнитным полем барабана и перемещаются по траектории, зависящей только от воздействия механических сил.
В результате различия магнитных свойств происходит разделение хвостов на крепкие породы - магнитную фракцию 5, и слабые породы, представленные в немагнитной фракции 6.
Вместе со слабыми породами в немагнитной фракции 6 присутствуют глинистые частицы, комья глины, различные органические включения.
Немагнитная фракция 6 удаляется конвейером 7 к месту складирования, откуда направляется в отвал 8.
Магнитная фракция 5 подвергается рассеву на грохоте 3. При этом  удаляются мелкие частицы до 5 мм, это так называемый отсев, и происходит  разделение щебня по щебеночным фракциям.
На фиг. 2 показан пример интеграции способа в действующую технологическую схему обогащения железной руды. В этом случае магнитный сепаратор 1 размещают на выходе технологической линии обогащения руды, обозначенной поз. 9.
Пример №1.
Переработке подвергали отходы обогащения с крупностью частиц 0-70 мм.
Выход магнитной фракции 5 после сепарации составил 61,8% от общего количества рудных хвостов на входе в сепаратор 1.
Отсев (фракция 0-5 мм) после грохота 3 составил 17,5%.
Пример № 2.
Переработке подвергали отходы обогащения с крупностью частиц 0-150 мм. Выход магнитной фракции 5 после сепарации составил 50,7 % от общего количества рудных хвостов на входе в сепаратор 1.
Отсев после грохота 3 составил - 15,2 %.
Пример № 3.
Переработке подвергали отходы обогащения, состоящие преимущественно из крупных частиц до 300 мм. Выход магнитной фракции 5 после сепарации составил 32,6% от общего количества рудных хвостов на входе в сепаратор 1. Отсев после грохота  - составил 16 %.
Как  видно из примеров, оптимальная крупность используемых для получения щебня отходов обогащения является крупность 0-70 мм, т. к. в этом случае обеспечивается наибольший выход щебня.
Более крупные отходы обогащения, предварительно сепарации, целесообразно подвергнуть дополнительной операции - измельчению (поз. 10 на фиг. 2).
Как видно из приведенных выше примеров, с учетом всех удаляемых фракций, предлагаемый способ позволяет уменьшить отправляемые в отвал отходы горно-обогатительного комбината почти вдвое.
Предлагаемый способ очень простой и требует минимум капитальных вложений, обеспечивая низкую себестоимость получаемого щебня.
Как показали проведенные исследования, полученный из отходов обогащения щебень отвечает всем нормативным требованиям, в том числе требованиям прочности и содержания зерен слабых пород, которое составило менее 1 %.
Такой щебень может быть широко использован в строительстве, например, при возведении зданий, устройстве автомобильных дорог, для создания балластного слоя железнодорожного пути и т д.