Равновесные системы в процессах обогащения руд и их влияние на технологические показатели

ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ «НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА - 97»

МОСКВА, МГГУ, 3.02.97 - 7.02.97 СЕМИНАР 3 «ИНТЕНСИФИКАЦИЯ И ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ОБОГАЩЕНИЯ»

А.Ш.Гершенкоп, В.И.Белобородов, М.С.Хохуля, И.Б.Захарова

Горный институт Кольского филиала РАН

РАВНОВЕСНЫЕ СИСТЕМЫ В ПРОЦЕССАХ ОБОГАЩЕНИЯ РУД И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ

Качество концентрата, извлечение полезного компонента и производительность по готовому продукту, в основном, характеризуют работу обогатительной фабрики. На этих параметрах основан целый ряд критериев разделения. Однако, они не учитывают разницу в свойствах минералов, контрастность свойств. Учитывая какие-либо свойства минералов, используют определенные методы обогащения. Часто применяют комбинированные методы, где используется целый ряд свойств разделяемых минералов, что позволяет решать вопросы обогащения сложных комплексов минералов при максимальном использовании контрастности этих технологических свойств.

В "Концепции развития исследований в области обогащения полезных ископаемых", принятой Обогатительной секцией Академии горных наук, сказано, что одним из основных направлений следует считать "создание и внедрение новых процессов и аппаратов для избирательного изменения технологических свойств минералов на основе энергетических воздействий с целью снижения энергозатрат на измельчение и вовлечение в переработку руд сложного состава".

Рассматривая технологию переработки различных руд, можно отметить, что она основана на контрастности свойств минералов, которые характеризуются либо физическими (магнитной восприимчивостью, электропроводимостью, формой,

удельными весами), либо физикохимическими параметрами поверхности минералов, входящих в состав различных руд. Характерным является при обогащении использование комбинированных процессов или создание аппаратов на комбинированном принципе, где используются целый ряд физических и физико-химических параметров.

Зачастую комбинация различных методов, основанная на тех или иных свойствах минералов, помогает решить вопросы обогащения сложных комплексов минералов и сэкономить значительное количество электроэнергии, воды и т.д, Следует отметить целый ряд таких схем обогащения для редкометалльных руд, где используются гравитационные и флотационные способы обогащения, сульфидных руд, где применяются магнитные и флотационные способы, бадделеитовых руд, где применяются гравитационные, флотационные и магнитные методы обогащения и т.д.

Применение комбинированных способов обогащения и комбинированных технологий позволило получить железные суперконцентраты [1], разработать технологию обогащения забалансовых слюдяных руд [2, 3] повысить извлечение бадделеита [4] и т.д.

Наряду с интенсификацией процессов обогащения путем максимального использования контрастности свойств минералов, большое внимание уделяется повы-

шению разницы в таких свойствах. Повышению контрастности свойств минералов посвящено много работ, из которых в первую очередь следует отметить исследования, выполненные иод руководством Чан-турия В.А., где для повышения контрастности предлагается избирательное изменение технологических свойств минералов на основе энергетических воздействий [5].

В частности, электрохимический метод кондиционирования пульпы, основанный на направленном изменении свойств поверхности минералов, прошел промышленную проверку при переработке медноникелевых, медно-цинковых, полиметаллических, золотосодержащих руд и внедрен на ряде горнообогатительных предприятий со значительным экономическим эффектом за счет повышения производительности процесса флотации и возрастания извлечения меди, никеля, свинца, цинка и золота.

Многочисленные исследования в этом направлении выполнены и в Горном институте КНЦ РАН [1-4, б].

Если проблеме подготовки руд к обогащению для повышения контрастности свойств минералов, входящих в их состав, уделяется много внимания, то вопросы подготовки продуктов обогащения перед технологическими процессами освещены недостаточно. Так здесь возникает комплекс минералов (сростки, крупность, удельные веса), где свойства минералов близки между собой и разделить их с достаточной эффективностью не представляется возможным. Возникает так называемая равновесная система - сколько поступает сюда продукта, столько же и уходит, в целом она характеризуется постоянным составом по гранулометрической, физической и физикохимической характеристикам. Примером такой системы может служить циркулирующий в технологической схеме промпро-дукт, вторым примером может быть обогащение в восходящих потоках. Здесь в средней зоне аппарата накапливаются минералы

и их сростки, характеризующиеся равнопа-даемостью. Такие системы, существующие при обо-гащении, можно проследить и на действующих обогатительных фабриках. Так, на Хрустальнинском ГОКе промпро-дукт 1-й стадии отсадки поступает на 2-ю. В этом случае вынуждены получать концентраты 2-х сортов [7]. Аналогичная ситуация была на вермикулитовой обогатительной фабрике, где промпродукт основной концентрации перерабатывался на второй стадии с намного худшими показателями, чем на основной, что снижало качество общего концентрата и повышало содержание вермикулита в хвостах фабрики. Ухудшает общую картину циркуляция промпродуктов. Так, фронт гравитационного обогащения бадделента растянут на 6 стадий как за счет малых содержаний диоксида циркония в исходной руде, так и за счет циркуляций промпродуктов. Аналогичная схема с циркуляцией промпродуктов осуществлена на обогатительных фабриках АО "Апатит". Ухудшение качества руды с 18 до 14% Р2О5 привело к увеличению числа перечисток при флотации апатита с 2-х до 3-х, но здесь причиной являлось не только снижение качества руды, но и циркуляция промпродуктов. В этом случае даже были изменены требования к качеству концентратов.

При обогащении слюдяных руд на гидравлическом сепараторе даже при переработке фракции руды, граничные пределы которой определены по гидравлической крупности, накапливаются равнопадающие зерна перерабатываемой фракции, что можно объяснить разницей в форме частиц руды. Это приводит к разубоживанию концентрата и дополнительным потерям слюды при обогащении на двухпродуктовом сепараторе. Вывод из процесса равнопадающих зерен в виде промпродукта позволяет получать концентраты с содержанием слюды около 100%. Работа же с трехпродуктовым сепаратором предопределяет выделение промпродукта, переработка которого может

осуществляться другими методами, например, пенной сепарацией. Такая схема позволила получить концентраты содержанием около 100% слюды при извлечении от питания гидравлического сепаратора более 80%. В то время как выделение концентрата на двухпродуктовом сепараторе давало возможность получить концентрат содержанием 96.7% слюды при извлечении 65% от операции. Следовательно, переработка в отдельном цикле пром продуктовой фракции, представляющей равновесную систему применительно к гидравлическому сепаратору, пенной сепарацией давало возможность эффективно перерабатывать слюдяные руды. Однако, такая технология усложняет схему обогащения. Поэтому был разработан способ обогащения, основанный на изменении кажущегося удельного веса слюд, что позволило усилить разницу в скоростях падения частиц пластинчатой и изометрической форм. Так, закрепление одного пузырька воздуха диаметром 1 мм на поверхности частицы слюды диаметром 2 мм снижает удельный вес такого комплекса на 45%, а скорость его падения в свою очередь снижается на 24%. Удельный вес агрегата частица слюды - пузырек воздуха не позволяет ему всплывать, такой агрегат в спокойной зоне тонет и только восходящие потоки воды могут частицу слюды вынести в кон-центратную зону при существенно меньших скоростях потоков. Скорость восходящих потоков здесь составляла 2.75 см/сек (3.5 см/сек - скорость восходящих потоков без применения воздуха). Закрепление пузырьков воздуха на поверхности слюды осуществлялось одновременным вводом АНП и вспенивателя. Таким образом предотвращалось накопление равнопадающих зерен в гидравлическом сепараторе и равновеская система в этом случае в аппарате не создавалась.

Флотация слюд из руды крупностью менее 0.2 мм, осуществленная с циркуляцией промпродуктов, позволила получить

концентраты с содержанием 82-84% слюд при их извлечении 76%. Обогащение промпродуктов после их подготовки обдирочным перемешиванием в отдельном цикле дало возможность получить общие слюдяные концентраты с содержанием 96-100% слюды при их извлечении 84%.

Особенно ярко проявляется влияние образующихся равновесных систем при обогащении минералов с близкими свойствами, например, при флотации апатита из апатит-карбонатных руд. По схеме с циркуляцией промпродуктов получен концентрат содержанием 28.9% Р205 при его извлечении 80.1%. Увеличение числа перечисток с 3 до 4 приводило к потере извлечения при незначительном повышении качества концентратов. И только флотация апатита из промпродуктов в отдельном цикле позволила при изменении той же номенклатуры реагентов получить концентрат содержанием Р2О5 выше 36%.

Характерным примером влияния таких систем является обогащение руд, содержащих незначительное количество полезного компонента, что можно рассмотреть на примере обогащения бадделеитовых руд, где содержится около 0.2% Су-

ществующая в настоящее время на апатито-бадделеитовой фабрике АО Ковдорского ГОКа технология получения бадделеитово-го концентрата включает операцию концентрации на столах с циркуляцией промпро-дукта. При этом извлечение диоксида циркония в данной операции не превышает 50%. В соответствии с распределением материала на деке концентрационного стола в его промпродуктовой зоне накапливаются мелкие легкие минералы и крупные тяжелые. Такая гранулометрическая характеристика продукта и распределение по классам крупности легких и тяжелых минералов представляет собой равновесную систему применительно к этой операции. Многократное повторение концентрации этого продукта на столах не дает положительного

результата по вышеуказанным причинам. Поэтому применение здесь гидравлической сепарации, контрастной но отношению к операции концентрации на столах, где обогащение проходит по удельным весам и по гидравлической крупности, позволяет нарушить возникшее равновесие по отмеченным параметрам. В легкую фракцию здесь выводится более 20% материала, в основном содержащую мелкие светлые минералы, что подтверждается гранулометрическими и химическими характеристиками полученных продуктов обогащения. Перечистка тяжелой фракции на концентрационных столах проходит намного эффективней исходного промпродукта. Извлечение бадделеита в данном переделе повышается до 75% от операции. Дальнейшая доводка чернового бадделеитового концентрата проводится по существующей на АБОФ технологии. Общий прирост извлечения только за счет такой подготовки промпро-дукта основной концентрации составляет около 5%.

Исходя из выше рассмотренных примеров, можно сказать, что нарушение равновесной системы, возникающей в процессах обогащения, позволяет с успехом перерабатывать промпродукты.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Усачев II.Л., Опалев Л.С. Магнитно-гравитационное обогащение руд. - Апатиты. КНЦ РАН, 1993,93с.

2. Гершснкоп A 111., Хохуля М.С. Технология обогащения мелкоразмерных слюдяных руд У/Новые технологии для комплексного использования природных ресурсов Севера. - Апатиты, КНЦ РАН, 1994, с. 52-53.

3. Гершенкоп А.Ш., Хохуля М.С. Интенсификация процесса обогащения слюдосодержащих руд вибрационными воздействиями //Новые процессы в комбинированных схемах обогащения полезных ископаемых. М.: Наука, 1989, С. 190-195.

4. Белобородов В.И., Захарова И.Б., Неволима В.Г., Богданович В В.. Новожилова В.В. Создание прогрессивной технологии обогащения бадделеитсо-держащих продуктов и опыт ее внедрения на Ков-дорском ГОКе //Обогащение руд. - 1996, № 1, -С.42-44.

5. Чантурня В А. Основные направления комплексной переработки минерального сырья //Безопасность труда в промышленности - 1996, №4, -С.20-24.

6. Шахматов С.С., Остапенко В.П., Соло-женкин Г1.М. Активированные водные дисперсии воздуха и их применение для интенсификации флотационного метода обогащения полезных ископаемых //Научно-технический прогресс в обогащении полезных ископаемых. Материалы Международного конгресса, 5-10 нюня 1988 г., Стокгольм, Швеция. -М.: Наука, 1989. С.51-59.

7. Справочник по обогащению руд. Обогатительные фабрики. - М. "Недра", 1984, С. 130.

©A.LL1.Гершенкоп, В.И.Белобородов, М.С.Хохуля, И.Б.Захарова

Ялтанец И.М., Щадов М.И.

Практикум по открытым горным работам. 1996. - 407 с.

Приведены примеры решения задач по основным производственным процессам, технологии и проектированию отдельных комплексов открытой разработки месторождений полезных ископаемых. Рассматривается решение 52 задач применительно к реальным горно-геологическим и климатическим условиям, с использованием различных видов бурения скважин и моделей буровых станков и экскаваторов, гидромониторно-землесосных комплексов, земснарядов и много-

черпаковых драг. Дается пример решения экономической задачи с учетом современных рыночных отношений.