Электромагнитная сепарация железной руды Бакчарского месторождения

УДК 622.7

Ю.Б. Швалёв, А.М. Ежов

ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СЕПАРАЦИЯ ЖЕЛЕЗНОЙ РУДЫ БАКЧАРСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ

В настоящее время перспективной считается разработка Бакчар-ского железорудного месторождения (Томская область) ввиду крайне больших запасов железной руды. Руды этого месторождения относятся к богатому типу и предполагают магнитное обогащение для извлечения ценных оксидов железа. Задача магнитной сепарации - повысить содержание общего железа в концентрате до значения, допускающего его дальнейшую металлургическую переработку (выплавку металла). Железоносные частицы руды имеют округлую форму, что облегчает процесс сепарации. Пустая порода в руде представлена преимущественно кварцем и прочими оксидами. В работе рассмотрено влияние технологических параметров магнитной сепарации на выход магнитного концентрата и степень извлечения железосодержащей фракции. Ключевые слова: железная руда, обогащение, магнитная сепарация, Бакчарское месторождение, бихроматный метод, металлургия.

Введение

В настоящее время тяжелая индустрия и химическая промышленность нуждаются в качественном сырье для удовлетворения своих производственных целей, однако непосредственно добываемые минеральные руды зачастую имеют слишком низкое содержание ценного компонента. Основным видом металлургического сырья является концентрат, состоящий из природных минералов, в которых содержание металла достаточно велико, чтобы при современном уровне развития техники оказалось возможным и экономически целесообразным проводить его извлечение [1].

Железная руда, рассматриваемая в данной статье, согласно источникам [2, 3] содержит до 43,9% общего железа, представленного в виде смеси оксидов железа и, частично, в виде гетита (FeOOH), гидрогетита (FeOOH-nH2O) и сидерита (FeCO3), магнитные свойства которых проявляются только после термообработки, что связано с их переходом в оксидные формы. В рудах Бакчарского месторождения наблюдается низкое содер-

ISSN 0236-1493. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2017. № 6. С. 362-369. © 2017. Ю.Б. Швалёв, А.М. Ежов.

жание примесеи серы и мышьяка и повышенное содержание оксида фосфора (V) — до 1,2% и оксида ванадия (V) — до 0,15% [2]. Все это позволяет отнести их к богатым и перспективным железным рудам, однако в работах [1, 5] указано, что для термической обработки в доменных печах рядовые концентраты должны содержать от 60 до 70% железа и не более 10% вредных примесей. При меньшем содержании железа и избытке примесей наблюдается повышенное шлакообразование и низкое качество выплавляемого металла. В руде Бакчарского месторождения содержание пригодного для извлечения железа представлено преимущественно оксидами FeO и Fe2O3, (1,77...31,64% и 14,61...56,22%, соответственно) [3].

Магнитная сепарация является единственным эффективным способом отделения полезных компонентов железной руды от диамагнитных включений, поскольку извлекаемые соединения железа обладают высокой магнитной восприимчивостью.

Актуальность проведенной исследовательской работы заключается в широких перспективах разработки Бакчарского месторождения и добычи богатой железной руды для нужд отечественной тяжелой промышленности. Другим немаловажным фактором являются большие объемы железорудных залежей (по предварительным оценкам свыше 30 млрд т), что превышает запасы многих месторождений железной руды в мире.

Целью данной работы явилось исследование влияния силы тока в обмотке электромагнита сепаратора на выход железного концентрата руды Бакчарского месторождения и нахождение степени извлечения железа при обогащении.

Экспериментальная часть

Процесс магнитной сепарации железной руды проводили при комнатной температуре с помощью лабораторного сепаратора ЭВС-10/5. Принципиальная схема работы устройства представлена на рис. 1.

Таблица1

Параметры процесса магнитной сепарации

Параметр Значение

Сила тока в обмотке электромагнита, А 1...8

Рабочий зазор под барабаном, мм 4

Скорость подачи навески, м/с 0,1

Класс крупности руды, мм -0,63 +0,5

Рис. 1. Схема работы магнитного сепаратора ЭВС-10/5: 1 - барабан электромагнита; 2 - направляющая лотка; 3 - делительная перегородка; /магн — магнитная сила; Х/Мех — сумма механических сил

Технологические параметры сепарации приведены в табл. 1. Порядок проведения процесса сепарации соответствовал методике [6] и заключался в следующем: навеска железной руды массой 60 г подавалась в рабочую зону устройства, где в магнитном поле разделялась на магнитную и немагнитную составляющие. После проведения цикла разделения при заданной силе тока в обмотке магнитный концентрат взвешивался на лабораторных весах и возвращался в исходную навеску. Затем та же навеска вновь подвергалась разделению при линейно возрастающей силе тока в обмотке (а, следовательно, и напряженности магнитного поля) при неизменных прочих параметрах.

Содержание общего железа в полученных концентратах определялось бихроматным методом химического анализа по ГОСТ 22772.4-96.

Результаты и их обсуждение

По результатам магнитной сепарации была установлена зависимость выхода магнитного концентрата от силы тока в обмотке сепаратора (рис. 2).

Как видно из рис. 2, выделение магнитного концентрата начинается после силы тока, равной 2А, т.к. до этого значения магнитной силы недостаточно для разделения магнитных и диамагнитных частиц. После силы тока ЗА выход концентрата резко возрастает, но после отметки 6А эта тенденция замедляется, и, достигнув максимума при 7А, выход железистой фрак-

1 2 3 4 5 6 7

Рис. 2. Зависимость выхода магнитного концентрата от силы тока

ции принимает постоянное значение. Такой характер кривой позволяет отнести ее к так называемому «классическому» типу, описанному в указаниях [6—8].

Выход концентрата при 7А достигает 72,8%, однако это не означает, что из исходной руды в концентрат перешло эквивалентное количество магнитных соединений. Такое значение выхода говорит лишь о переносе магнитным полем в концентрат диамагнитных частиц пустой породы (преимущественно кварца).

3 4 5 6 7

Рис. 3. Зависимость содержания общего железа от силы тока в обмотке

Как уже было отмечено выше, значения массового выхода концентрата не являются основными при определении эффективности обогащения, гораздо важнее знать содержание общего железа в получаемых концентратах и его зависимость от интенсивности магнитного поля при разделении (рис. 3).

Сложная форма кривой (рис. 3) объясняется особенностями отклика железоносных частиц на магнитное поле сепаратора. При относительно низкой силе тока ЗА в первую очередь выделяются наиболее железосодержащие частицы, т.к. они обладают максимальной магнитной восприимчивостью. Далее с увеличением силы тока в обмотке в концентрат начинают все больше переходить частицы пустой породы, снижая качество концентрата. Таким образом, при 5А содержание железа в концентрате всего лишь на 1,5% превышает его содержание в исходной руде. При дальнейшем увеличении силы тока наблюдается резкое возрастание содержания железа в концентрате, т.к. в процессе сепарации начинают отделяться железорудные частицы с пониженной магнитной восприимчивостью (рудные сростки).

В целом, максимальное изменение содержания общего железа составило 3,6% при 7А в обмотке сепаратора. Тем не менее, наибольшее содержание железа (49,8%) все еще не достигает минимально допустимого для промышленного процесса выплавки металла, что показывает необходимость в проведении доочистки руды. Также, ввиду сложного характера зависимости (рис. 3), необходимо устанавливать то значение силы тока в обмотке магнита, при котором достигается наибольшее извлечение железной фракции при минимальных энергетических затратах. По результатам серии экспериментов было установлено, что такой силе тока соответствуют значения 4А и 6А (содержание железа в концентратах 48,8% и 49,8%, соответственно).

Заключение

Изучено влияние силы тока в обмотке магнитного сепаратора на выход железного концентрата. Установлено, что при росте интенсивности магнитного поля значительно возрастает массовый выход концентрата (вплоть до 72,8%), однако основным показателем для металлургической переработки является содержание в нем общего железа. Проведенный химический анализ показал значительное уменьшение концентрации железа в навеске, полученной при 5А, что вызвано чрезмерным захватом диамагнитных частиц (кварца и сопутствующих окси-

дов). Максимальное содержание железа в концентрате (49,8%) достигается при 7А в обмотке сепаратора, однако целесообразно ограничить силу тока 6А во избежание излишних энергозатрат. Концентрация железа при этом практически не изменяется (49,7%), однако степени извлечения железа при 6А и 7А различаются достаточно сильно — 68,7% и 78,6%, соответственно. Таким образом, при 6А выше потери железной руды в хвостах обогащения, однако объемы залежей позволяют не ставить проблему этих потерь слишком остро (по крайней мере, в начале разработки месторождения).

Для приближения к характеристикам рядовых железорудных концентратов была проведена двухстадийная доочистка исходной руды при силе тока 4А, позволившая достичь содержания железа 49,2%. Таким образом, максимальная разница в содержании общего железа между фракцией природной руды и концентратом составила 3,6%, что ожидаемо при сухой магнитной сепарации без процесса рудоразборки после первичного обогащения. Также, учитывая сложный характер зависимости выхода концентрата от силы тока в обмотке, следует устанавливать наиболее приемлемые параметры ведения процесса. Так, при значении силы тока 4А содержание железа в концентрате достигает 48,8%, а при 6А — 49,9%, что позволяет выбрать одно из них в качестве рабочего (особенно на фоне падения степени извлечения железа при 5А).

Для более эффективного магнитного разделения возможно применение мокрой магнитной сепарации и как независимого процесса, и непосредственно после сухого обогащения, однако в этом случае следует учитывать энергетические затраты на сушку рудных концентратов. На отечественных фабриках мокрая магнитная сепарация производится на барабанных сепараторах с полупротивоточными ваннами, за исключением первой стадии, где при крупности —2 +0 мм используют прямоточные или противоточные ванны [9]. Водные ресурсы для мокрого типа обогащения в области Бакчарского месторождения также характеризуются значительными объемами, что исключает необходимость их транспортировки.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Кусков В. Б., Никитин М. В. Обогащение и переработка полезных ископаемых: Учебное пособие. — СПб.: СПГУ, 2002. — 84 с.

2. Евсеева Н. С. География Томской области (Природные условия и ресурсы). — Томск: Изд-во Томского ун-та, 2001. — 223 с.

3. Отчет: металлургическая оценка и обоснование рациональной технологии переработки железной руды Бакчарского проявления. -М.: ООО «НВП Центр-ЭСТАгео», 2009. - 145 с.

4. Баженов В.А. Полезные ископаемые — состояние, использование и охрана / Обзор. Экологическое состояние, использование природных ресурсов, охрана окружающей среды Томской области в 1995 году. — Томск, 1996. — С. 31—33.

5. Стась Н. Ф. Химическая очистка железных руд от примесей: [Электронный ресурс] // Современные проблемы науки и образования. 2013. — № 1. — Электрон. ст. — Режим доступа: http:// www.science-education.ru/pdf/2013/1/7877.pdf

6. Швалев Ю. Б., Ежов А. М. Магнитная сепарация: методические указания к выполнению лабораторной работы по курсу «Общая химическая технология». — Томск: Изд-во ТПУ, 2014. — 20 с.

7. Андреев А. А., Крайденко Р. И. Выделение ильменитового концентрата методом магнитной сепарации: методические указания к выполнению лабораторной работы по курсу «Процессы и аппараты химической технологии». — Томск: Изд-во ТПУ, 2009. — 16 с.

8. Аверьянов В. А. и др. Лабораторный практикум по общей химической технологии: учебное пособие / Под ред. В. С. Бескова. — М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2010. — 279 с.: ил.

9. Арсентьев В. А., Сентемова В. А., Ядрышников А. О. Изменение топологии схем магнитного обогащения железных руд с целью снижения энергозатрат // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2000. — № 11. — С. 3. ЕШ

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Швалёв Юрий Борисович1 — кандидат технических наук,

доцент, e-mail: yb@list.ru,

Ежов Артём Михайлович1 — магистрант,

e-mail: erwachen74@mail.ru,

1 Национальный исследовательский Томский

политехнический университет.

UDC 622.7

Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2017. No. 6, pp. 362-369.

Yu.B. Shvalev, A.M. Ezhov

ELECTROMAGNETIC SEPARATION OF IRON ORE AT BAKCHAR DEPOSIT

It is currently considered promising to develop Bakchar deposit of iron ore (Tomsk Region) on account of extremely high local reserves of iron ore. The ore is rich and requires magnetic treatment toward extraction of valuable ferrous oxides. The task of magnetic separation is to enhance total iron content of concentrate up to a value acceptable for the further metallurgical processing (metal smelting). Iron-bearing particles of this ore have roundish shape, which facilitates separation. Gangue material is represented mostly by quartz and

other oxides. The article analyzes effect of the process parameters of magnetic separation on the yield of magnetic concentrate and recovery of iron-bearing fractions.

Key wors: iron ore, processing, magnetic separation, Bakchar deposit, dichromate method, metallurgy.

AUTHORS

Shvalev Yu.B.1, Candidate of Technical Sciences, Assistant Professor, e-mail: yb@list.ru, EzhovA.M.}, Master's Degree Student, e-mail: erwachen74@mail.ru, 1 National Research Tomsk Polytechnic University, 634050, Tomsk, Russia.

REFERENCES

1. Kuskov V. B., Nikitin M. V. Obogashchenie i pererabotka poleznykh iskopaemykh: Uchebnoe posobie (Mineral processing and conversion: Educational aid), Saint-Petersburg, SPGU, 2002, 84 p.

2. Evseeva N. S. Geografiya Tomskoy oblasti (Prirodnye usloviya i resursy) (Geography of the Tomsk Region (natural environment and resources)). Tomsk, Izd-vo Tomskogo un-ta, 2001, 223 p.

3. Otchet: metallurgicheskaya otsenka i obosnovanie ratsional'noy tekhnologiipererabot-ki zheleznoy rudy Bakcharskogo proyavleniya (Report: Metallurgical evaluation and substantiation of rational technology for processing of iron ore of Bakchar deposit), Moscow, OOO «NVP Tsentr-ESTAgeo», 2009, 145 p.

4. Bazhenov V.A. Obzor. Ekologicheskoe sostoyanie, ispol'zovanie prirodnykh resursov, okhrana okruzhayushchey sredy Tomskoy oblasti v 1995 godu (Review. Ecology, natural resources utilization, environmental protection in the Tomsk Region in 1995), Tomsk, 1996, pp. 31-33.

5. Stas' N. F. Sovremennye problemy nauki i obrazovaniya. 2013, no 1, available at: http:// www.science-education.ru/pdf/2013/V7877.pdf

6. Shvalev Yu. B., Ezhov A. M. Magnitnaya separatsiya: metodicheskie ukazaniya k vypolneniyu laboratornoy raboty po kursu «Obshchaya khimicheskaya tekhnologiya» (Magnetic separation: Instructional guidelines on laboratory work under the General Chemical Technology course), Tomsk, Izd-vo TPU, 2014, 20 p.

7. Andreev A. A., Kraydenko R. I. Vydelenie il'menitovogo kontsentrata metodom mag-nitnoy separatsii: metodicheskie ukazaniya k vypolneniyu laboratornoy raboty po kursu «Protsessy i apparaty khimicheskoy tekhnologii» (Production of ilmenite concentrate by the magnetic separation method: Instructional guidelines on laboratory work under the Processes and Plants of Chemical Technology course), Tomsk, Izd-vo TPU, 2009, 16 p.

8. Aver'yanov V. A. Laboratornyy praktikum po obshchey khimicheskoy tekhnologii: uchebnoe posobie. Pod red. V. S. Beskova (Practical course on general chemical technology: Educational aid. Beskov V. S. (Ed.)), Moscow, BINOM. Laboratoriya znaniy, 2010, 279 p.

9. Arsent'ev V. A., Sentemova V. A., Yadryshnikov A. O. Gornyy informatsionno-analit-icheskiy byulleten'. 2000, no 11, pp. 3.

^_