СПОСОБ ОБОГАЩЕНИЯ РУД ЧЕРНЫХ И ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ
METHOD OF CONCENTRATING FERROUS AND NONFERROUS ORES AND DEVICE TO THIS EFFECT

Изобретение относится к области обогащения полезных ископаемых и может быть использовано при обогащении рудного сырья для металлургии.
Известен способ обогащения железных руд, при котором осуществляют многостадийные дробления, грохочения, измельчения, классификации измельченного материала на тонкую и крупную фракции, обесшламливают тонкую фракцию, производят ее магнитную сепарацию с последующей флотацией для получения концентрата и хвостов, при этом измельчают и подвергают магнитной сепарации крупную фракцию с получением промпродукта и хвостов (Кармазин В.В., Кармазин В.И. Магнитные, электрические и специальные методы обогащения полезных ископаемых. Том 1; Магнитные и электрические методы обогащения полезных ископаемых. Москва, Издательство Московского государственного горного университета. 2005 год, стр.592-593). Недостаток способа - низкая эффективность обогащения.
Наиболее близким настоящему изобретения является способ обогащения железных руд из горной массы (патент RU 2383392), при котором выполняют горные работы, многостадийные процессы дробления, грохочения, предварительного обогащения путем магнитной сепарации с выделением кускового немагнитного продукта из рудной массы, измельчают и обогащают рудную массу путем магнитной сепарации на обогатительной фабрике с последующими флотацией и агломерацией, получают обогащенную рудную массу, которую направляют на металлический передел, и немагнитный продукт, который направляют в хвостохранилище. Это способ выбран в качестве прототипа.
К недостаткам прототипа относится то, что:
- при выполнении горных работ производят селективную выемку горной массы, что усложняет этот этап работ и приводит к ухудшению их организации и лишним энергозатратам;
- на стадии предварительного обогащения путем магнитной сепарации выделяется только магнитный кусковый продукт, а остаток (крупностью до 18 мм) представляет собой строительный щебень. Щебень большей крупности путем магнитной сепарации получить невозможно, так как создание сильных магнитных полей в немагнитных зазорах является очень энергоемким. С другой стороны, этим методом не могут быть выделены куски породы с малым содержанием магнитного вещества. Вследствие этого количество такого щебня очень ограничено;
- основной технологический процесс обогащения проходит на обогатительной фабрике. Для этого основную рудную массу подвергают глубокому измельчению и после магнитной сепарации немагнитный продукт в большом количестве направляют в хвостохранилище, создавая экологические проблемы загрязнением окружающей среды.
Задачей настоящего изобретения является улучшение организации горных работ, повышение энергоэффективности процесса обогащения рудной массы, увеличение в получении дополнительного продукта в виде строительного щебня необходимой крупности и улучшение экологической ситуации путем значительного сокращения объемов хвостохранилищ.
Согласно изобретению эта задача решается за счет того, что в способе обогащения минерального сырья горной массы, при котором выполняют горные работы, процессы дробления, грохочения, предварительного обогащения, получают щебень и рудный продукт, который измельчают и направляют на флотационный или магнитно-флотационный процесс обогащения на обогатительную фабрику, получают обогащенный продукт, который после его агломерации направляют в металлургический передел, и обедненный продукт, который направляют в хвостохранилище, новым является то, что осуществляют при производстве горных работ валовую выемку горной массы руд черных или цветных металлов, при грохочении выделяют кусковой продукт и мелкозернистую фракцию, используют для предварительного обогащения кускового продукта радиометрическую сепарацию, в которой выделяют богатый кусковый продукт и напрямую направляют его в металлургический передел, рудный продукт и щебень, а мелкозернистую фракцию направляют на радиометрическую мелкопорционную сортировку, из которой выделяют рудный продукт и песок.
Заявителем не выявлены решения, идентичные настоящему изобретению, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию «новизна».
Благодаря осуществлению отличительных признаков настоящего изобретения в совокупности с признаками, приведенными в ограничительной части формулы изобретения, достигаются новые важные свойства заявленного объекта. Расширяется область применения способа, так как по настоящему изобретению его использование возможно как при обогащении руд черных металлов, так и при обогащении руд цветных металлов, вследствие выбора разделительных признаков для радиометрической сепарации. За счет производства валовой выемки рудной массы происходит удешевление и улучшение организации горных работ.
Применение радиометрического обогащения для продуктов валовой выемки позволяет получить дополнительный рудный продукт, повысить качество кондиционной руды и увеличить количество получаемого товарного щебня и улучшить экологическую ситуацию вследствие исключения отвалов пустых пород и значительного сокращения объемов хвостохранилищ.
Использование методов радиометрической сепарации приводит к значительному увеличению количества рудного продукта, извлекаемого из горной массы, к повышению энергоэффективности процесса обогащения рудной массы, к увеличению количества дополнительного продукта в виде строительного щебня необходимой крупности и улучшению экологической ситуации вследствие значительного сокращения объемов хвостохранилищ.
Указанные обстоятельства обусловливают, по мнению заявителя, соответствие настоящего изобретения критерию «изобретательский уровень».
Для реализации способа обогащения руд черных и цветных металлов по настоящему изобретению предлагается устройство - сепаратор предварительного обогащения.
Известно устройство кусковой сепарации минерального сырья, содержащее узел дозированной подачи кусков сырья, состоящий из приемного бункера, питателя с электроприводом; конвейера с электроприводом; установку электромагнитного излучения сверхвысокой частоты с системой управления, датчики наведенного излучения и вычислительное устройство с входным интерфейсом. Кроме того, устройство содержит камеру нагрева энергией электромагнитного поля сверхвысокой частоты, подсоединенную к установке излучения энергии сверхвысокой частоты, термографическую систему обработки сигналов термодатчиков наведенного теплового излучения, систему управления электроприводом питателя, валковый раскладчик, систему управления электроприводом конвейера, световой узконаправленный излучатель и фотоприемник, датчик положения, блоки формирования импульсов управления и временной задержки, устройство сравнений по разделительному признаку, электропневмоклапан и приемники кусков с заданным содержанием полезного продукта и отвального продукта. При этом элементы устройства соединены между собой определенным образом, образуя схему соединений, реализующую заданный алгоритм работы устройства (патент RU 2326738). Известное устройство, использующее принцип термографической кусковой сепарации, содержит много элементов, его настройка является сложной, требует высокой квалификации обслуживающего персонала и имеет низкую производительность, обусловленную инерционными термоэлементами и термопроцессами.
Наиболее близкую конструкцию настоящему изобретению имеет устройство (сепаратор) для обогащения минерального сырья, содержащее устройство загрузки (приемный бункер), средства формирования потока исходного продукта и подачи его в зону измерения (вибропитатели), средства измерения выбранного разделительного признака полезного компонента в потоке исходного продукта, включающее устройство сравнения полученных данных с заданным значением, связанные со средствами разделения потока (шиберные устройства) исходного продукта на концентратный и отвальный продукты, устройства раздельного сбора полезного и отвального продуктов и систему автоматического управления работой сепаратора. Средства формирования потока исходного продукта и подачи его в зону измерения выполнены в виде гравитационного питателя и наклонного лотка с образованием на его сходе участка свободного падения кусков исходного сырья. Зона измерения расположена на участке свободного падения кусков исходного сырья, а средства измерения выбранного разделительного признака полезного компонента в потоке кусков исходного сырья выполнены в виде двух систем, каждая из которых включает источник радиометрических сигналов и блок приемных устройств, соединенный с устройствами обработки сигналов, сравнения и выработки управляющей команды на средства разделения исходного продукта, выполненные в виде шибера. В качестве разделительного признака, в зависимости от полезного продукта в составе минерального сырья, используются различные его проявления на воздействие возбуждающих излучений, например рентгеновское излучение полезного минерала, по интенсивности которых судят о наличии или отсутствии полезного минерала в каждом куске сортируемого исходного сырья (Ю.О.Федоров, О.В.Коренев, В.П.Цой. Возможности радиометрического обогащения и опробования полезных ископаемых в новых экономических условиях. Российский геофизический журнал, №7-8, 1997 год, изд. ВИРГ-Рудгеофизика имени А.А.Логачева, стр.31-37).
Данное техническое решение выбрано за прототип устройства настоящего изобретения.
Недостатком прототипа является использование электромагнитных шиберных устройств в качестве исполнительных механизмов. Прежде всего, их быстродействие ограничено 6-8 срабатываниями в секунду, что, при прочих равных условиях, резко снижает производительность устройства в целом. Кроме того, шиберные устройства быстро изнашиваются или повреждаются при непосредственном контакте с кусками исходного сырья. Последнее замечание еще более усиливается тем обстоятельством, что классы крупности кусков исходного сырья для прототипа лежат в основном в пределах -150+80 мм, что соответствует значительной массе кусков исходного сырья. Отвальные продукты кусков такой крупности малопригодны для строительной индустрии в качестве щебня, и им будет необходимо дополнительное дробление.
Задачей настоящего изобретения является повышение производительности устройства в целом, повышение надежности и энергоэффективности устройства, возможность получения непосредственно на установке дополнительного продукта в виде товарного щебня.
Согласно изобретению эта задача решается за счет того, что в устройстве для осуществления способа по пункту 1 на стадии предварительного обогащения классифицированного кускового продукта руд черных или цветных металлов, в котором размещены узлы подачи кусковых продуктов в зону их контроля, источники радиометрического излучения и блок приемных устройств, датчики анализа количества металлов в кусковых продуктах, исполнительные механизмы для отделения из потока кусковых продуктов кусков с заданным количеством металлов от отвальных продуктов и желоба для раздельного вывода кусков с заданным количеством металлов и вывода отвальных продуктов, новым является то, что выполнено устройство в виде модуля, в котором каждый узел подачи кусковых продуктов в зону контроля представляет собой ручьевой вибропитатель, состоящий из основания и лотка, установленного на основании на упругих или пружинистых элементах с возможностью совершения им колебаний, при этом устройство снабжено узлом формирования вынужденных колебаний лотка с автоматической настройкой его частоты до значения, равного частоте собственных колебаний лотка ручьевого вибропитателя с размещенным на нем кусковым продуктом, при этом узел формирования вынужденных колебаний соединен с ручьевым вибропитателем, кроме того, в устройстве исполнительные механизмы выполнены в виде электропневматических клапанов, при этом устройство снабжено корпусом, в котором расположены все его элементы с образованием модуля.
При изготовлении нескольких модулей по изложенному выше описанию эти модули могут быть размещены в контейнере (например, в стандартном 40-футовом контейнере FEU, или в стандартном 20-футовом TEU, или любом другом) с площадками между ними для обслуживания модулей, или модули могут быть размещены в стандартном контейнере попарно с площадками между парами для обслуживания модулей, кроме того, в технологическом процессе модули могут быть расположены последовательно относительно друг друга так, что один из продуктов разделения предыдущего модуля является исходным продуктом последующего модуля.
Заявителем не выявлены технические решения, идентичные настоящему изобретению, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию «новизна».
Благодаря реализации отличительных признаков настоящего изобретения в совокупности с признаками, приведенными в ограничительной части формулы изобретения, достигаются новые свойства заявленного объекта. Так как в устройстве по настоящему изобретению возможно использование на стадии предварительного обогащения исходного сырья крупностью -50+25 мм или крупностью -25+12 мм, то в процессе сортировки возможно одновременно получать рудный концентрат и товарный щебень, что повышает комплексность обогащения сырья в целом. Выполнение исполнительных механизмов в виде электропневматических клапанов с быстродействием до 50 срабатываний в секунду также повышает производительность сепаратора. Узел формирования вынужденных колебаний с автоматической настройкой их частоты на значение, равное в данный момент частоте собственных колебаний вибропитателя с размещенным на нем кусковым продуктом, обеспечивает резонансные колебания вибропитателя, что приводит к заметному энергосбережению. Закрепление вибропитателей на корпусе сепаратора через упругие или пружинистые элементы повышает надежность устройства и долговечность его работы.
Указанные обстоятельства обусловливают, по мнению заявителя, соответствия настоящего изобретения критерию «изобретательский уровень».
Сущность изобретения поясняется чертежами, где:
на фиг.1 - принципиальная схема технологии переработки руд черных и цветных металлов,
на фиг.2 - общий вид устройства (сепаратора).
На фиг.1 в прямоугольниках представлены наименования основных видов работ с указанием стрелками между прямоугольниками последовательности их выполнения. Весь технологический процесс (фиг.1) условно разбит на первую и вторую очереди. Технология (фиг.1) по настоящему изобретению состоит из горных работ, предусматривающих валовую выемку всей горной массы, которую направляют на дробление, грохочение, предварительное обогащение (сепарацию) и мелкопорционную сортировку. В результате выполненных операций получают богатый кусковый продукт (руда кусковая), который напрямую направляют в металлургический передел; рудный продукт (руда), который направляют на обогатительную фабрику; товарные щебень и песок. На обогатительной фабрике производят измельчение и флотацию рудного продукта и обедненный продукт направляют в хвостохранилище, а обогащенный продукт после агломерации направляют в металлургический передел.
Предварительное обогащение по настоящему изобретению состоит из покусковой сепарации и мелкопорционной сортировки горной массы. Мелкопорционная сортировка может быть выполнена известными методами на соответствующих известных аппаратах (например, по патенту RU 2151643 от 27.06.2000 или по патенту RU 2197329 от 27.01.2003). Указанная тема, относительно мелкопорционной сортировки, не входит в предмет настоящего изобретения и объем испрашиваемой правовой охраны, и поэтому по данной теме ограничимся только вышеприведенным упоминанием о ней в общем технологическом процессе.
Устройство (фиг.2) содержит размещенные в корпусе 1: загрузочный бункер 2 с исходным продуктом 3, подающий ручьевой вибропитатель с основанием 4 и лотком 5, растягивающий ручьевой вибропитатель с основанием 6 и лотком 7, упругие или пружинистые элементы 8, размещенные между основаниями 4, 6 и лотками 5, 7, причем в основаниях 4, 6 закреплены возбудители колебаний лотков 5 и 7. Возбудители колебаний лотков состоят из неподвижных якорей 9 электромагнитов, маятников 10, жестко связанных с лотками 5, 7, и торсионных валов 11, обеспечивающих возможность колебаний маятников 10 относительно якорей 9 и передачи этих колебаний лоткам 5 и 7. В корпусе 1 также размещены источники 12 радиометрического (в конкретном устройстве (X-RAY) рентгеновского излучения 13, которое направляется на падающие куски, вызывает характеристическое и рассеянное излучение 14 металлов от облучаемых кусков. Излучение кусков измеряется датчиком рентгеновского излучения (ДРИ) 15, передается далее блоку обработки сигналов 16. Устройство содержит систему подготовки сжатого воздуха 17, электропневмоклапаны 18, закрепленные в корпусе 1, блок управления 19, шибер 20, желоб 21 и желоб 22 соответственно для обогащенного (23) и обедненного (24) продуктов.
Устройство для предварительного обогащения, изображенное на рисунке (фиг.2), работает следующим образом. Загрузочный бункер 2 заполняется исходным продуктом 3, который через выходное отверстие загрузочного бункера 2 поступает на лоток 5 подающего ручьевого вибропитателя. Подающий ручьевой вибропитатель подает равномерным потоком исходный продукт 3 на лоток 7 растягивающего ручьевого вибропитателя, в ручейках которого куски исходного продукта 3 выстраиваются последовательно друг за другом, а затем в стадии свободного падения пересекают зону, в которой продукт 3 облучается радиометрическим (в конкретном устройстве рентгеновским) излучением от источников 12, а излучение от полезного компонента в кусках исходного продукта 3, с помощью лучей 13 и 14, измеряется ДРИ 15. Интенсивность люминесценции полезного компонента (для настоящего конкретного устройства) выбрана в качестве разделительного признака (например, для апатитовых и флюоритовых руд она пропорциональна содержанию полезного компонента в исходном продукте 3). Определение содержания полезного компонента в каждом куске исходного продукта 3 происходит за время его прохождения через облучаемую зону. Сигнал с ДРИ 15 передается в блок обработки сигнала 16. Если значение сигнала с превышает заданную величину, то кусок продукта 3 оценивается как полезный, блок управления 19 электропневмоклапанами выдает команду на исполнительный механизм (электропневмоклапан 18) и соответствующий кусок отдувается в желоб 21 сжатым воздухом, который обеспечен системой 17 подготовки сжатого воздуха. Если значение сигнала меньше заданной величины, то кусок продукта 3 не оценивается как полезный, блок управления 19 электропневмоклапанами не выдает команду на исполнительный механизм (электропневмоклапан 18) и соответствующий кусок падает по траектории свободного падения в желоб 22.
Вышеописанное устройство может быть исполнено в виде отдельного модуля. Размещая такие модули последовательно друг за другом, можно направить обедненный продукт с предыдущего модуля в подающий бункер последующего модуля, но уже в качестве исходного продукта. В этом последующем модуле этот исходный для него продукт пройдет весь вышерассмотренный технологический процесс предварительного обогащения с разделением его на два потока. В этом случае происходит поэтапное предварительное обогащение исходного продукта. На первом этапе задается величина разделительного признака настолько большой, что выделенные богатые куски руды напрямую направляются в металлургический передел. На втором этапе при меньшей величине разделительного признака получают отвальный и обогащенный продукты, из которых обогащенный продукт направляется на обогатительную фабрику, где проходит все необходимые процессы, а отвальный продукт представляет собой товарный щебень. В этом случае повышаются производительность и рентабельность переработки горной массы в целом. Второй и последующие модули можно настроить на другой полезный продукт, содержащийся в горной массе, с целью ее более глубокой переработки. Такой подход следует применять в случае комплексной переработки исходной горной массы.
Устройство для предварительного обогащения руд черных и цветных металлов (сепаратор) по настоящему изобретению просто в реализации и обслуживании, так как содержит небольшое количество элементов. В нем повышены производительность в целом, надежность и энергоэффективность. Непосредственно на установке получен дополнительный продукт в виде товарного щебня. Все это позволяет сделать вывод о соответствии настоящего изобретения критерию «промышленно применимо».