СПОСОБ СУХОЙ МАГНИТНОЙ СЕПАРАЦИИ МАГНЕТИТСОДЕРЖАЩИХ РУД
СПОСОБ СУХОЙ МАГНИТНОЙ СЕПАРАЦИИ МАГНЕТИТСОДЕРЖАЩИХ РУД

Изобретение относится к технологии обогащения полезных ископаемых и может быть использовано при обогащении магнетитсодержащих руд.
общ
магн
Технология добычи руды с использованием высокопроизводительного оборудования и нарастающая тенденция снижения содержания общего - Fe и магнитного железа - Fe в добываемых магнетитсодержащих рудах вызывает увеличение в рудной массе доли пустой породы, поступающей на переработку. Этот факт отрицательно сказывается на технологических показателях обогащения. Рост количества пустых пород, извлекаемых при добыче, в дальнейшем, уже при обогащении, неизбежно приводит к росту объемов тонкоизмельченных отходов и повышению их миграции в атмосферу и биосферу, увеличивая негативное влияние горного производства на окружающую среду. Таким образом, для современного состояния сырьевой базы магнетитсодержащих руд, процесс повышения их качества непосредственно перед процессами основного обогащения за счет вывода части пустых пород перед процессами дробления, измельчения и обогащения является актуальной технологической и экологической задачей.
Известен способ сухого магнитного обогащения дробленой руды, включающий подачу сухого материала на поверхность вращающегося барабана сепаратора, осуществляющий его разделение под действием магнитных и центробежных сил на магнитную и немагнитную фракции и направление магнитного и немагнитного продуктов в приемники продуктов обогащения [см. Патент на изобретение RU 2164448 С1, 27.03.2001]. При этом, согласно изобретению, для упорядочения осаждения материала на поверхности барабана, использован питатель, лоток которого выполнен в виде параболического желоба, расположенного под углом к барабану с зазором между поверхностью барабана и лотком питателя. По мнению авторов патента положительный эффект достигается за счет двукратного расслоения частиц по их магнитной восприимчивости в зоне зазора и непосредственно на барабане в зоне действия магнитной системы. Достигаемый положительный эффект может быть обеспечен только при небольшой ширине рабочей зоны барабана, не более 500 мм, и соответственно при производительности, не превышающей единиц тонн в час, из-за параболической формы лотка питателя, чего явно не достаточно при современных объемах переработки.
Известен способ обогащения железосодержащих руд, который при своей реализации использует двухкаскадный валковый электромагнитный сепаратор предназначенный для обогащения сыпучих руд [Грамм В.А., Николаенко К.В., Федоров А.Г. Машинист магнитных сепараторов. М: Недра, 1990 г., стр. 82]. Магнитное поле в таком сепараторе возбуждается мощными электромагнитами, которые обеспечивают получение на зубцах валков большую величину магнитной индукции В = (1,2-1,7) Тл. Возникающие при таких значениях магнитной индукции градиенты напряженности магнитного поля и соответственно величины магнитных сил поля на зубцах валков позволяют осуществлять на валковых сепараторах разделение частиц рудной массы с различной магнитной восприимчивостью. Недостатком данного способа является то, что использование в технологии сухой магнитной сепарации руд такого сепаратора приводит к снижению удельной производительности процесса сепарации, из-за небольшого воздушного промежутка между валками и полюсами электромагнита ограничивающего высоту слоя руды, подлежащей обогащению. Кроме того, в процессе сепарации некоторая часть частиц горной массы движется в пазах между зубцами валка, в которых действие на них магнитных сил значительно снижено, в результате чего качество разделения материала прогнозировать сложно. Использование при сухой магнитной сепарации электромагнитного возбуждения магнитного поля высокой интенсивности неизбежно повышает потребление электроэнергии.
Известен способ обогащения железосодержащих руд, использующий для сухой магнитной сепарации магнитный сепаратор [см. Патент на полезную модель 201727 U1, 29.12.2020], в котором в направлении перемещения руды, подлежащей обогащению, установлены на разных уровнях и друг за другом два магнитных барабана с магнитными системами внутри, которая составлена из постоянных магнитов, при этом магнитная система нижнего барабана вращается навстречу подаваемой для сепарации руды, создавая бегущее магнитное поле с большей интенсивностью магнитных сил на его рабочей поверхности, чем на рабочей поверхности верхнего барабана. Обечайка нижнего барабана связана с транспортерной лентой, за счет которой происходит съем магнитного материала второй стадии и направляется в бункер, в котором он соединяется с магнитным продуктом, полученный при разделении на верхнем барабане.
Недостатком такого способа сухой магнитной сепарации является возникающая неопределенность места отделения магнитной фракции при использовании транспортной ленты, в результате чего в пространстве сепаратора со временем может образовываться завал из частиц магнитной фракции, существенно ухудшая работу сепаратора и в целом технологического процесса.
Известен способ обогащения железосодержащих руд, использующий для сухой магнитной сепарации двухкаскадный барабанный сепаратор [см. Патент на полезную модель RU 68363 U1, 27.11.2007], реализующий разделение горной массы в две стадии: исходная горная масса подается вибропитателем на поверхность первого магнитного барабана, который вращаясь перемещает поток руды в зону действия магнитных сил. Под их действием частицы руды обладающие высокими значениями магнитной восприимчивости, притягиваются к поверхности барабана и при его вращении, выносятся из зоны действия магнитных сил и направляются в первый концентратный приемник. Оставшаяся часть технологического потока - немагнитный продукт, через систему распределителей, направляется под действием центробежных и гравитационных в приемники немагнитного продукта (хвосты), а магнитные частицы руды с меньшей магнитной восприимчивостью тела (промпродукт) подаются на поверхность второго вибропитателя и, затем на поверхность второго магнитного барабана, магнитная система которого создает поле большей напряженности, чем на первом магнитном барабане, который вращается с большей скоростью, чем магнитный барабан первой стадии (создавая большие центробежные силы). Процесс обогащения промпродукта на втором магнитном барабане осуществляется также как и на первом барабане, но при других силах магнитного поля и центробежных силах. На выходе второго барабана получают три продукта - концентрат, промпродукт и хвосты. Недостатком данного способа при его использовании в технологии сухой магнитной сепарации руд является применение дополнительных технологических операций, направленных на обогащение, полученного при сепарации промпродукта. Кроме того, большие центробежные силы, действующие на разделяемые частицы существенно повышают вероятность удаления из технологического потока частиц, обладающих магнитными свойствами и кондиционным содержанием полезного компонента, переводя их в немагнитную фракцию, тем самым, увеличивая его потери.
Известен способ магнитной сепарации с дополнительной ступенью сухой магнитной сепарацией [см. Патент на изобретение RU 2693203 С1, 01.07.2019] выбранный в качестве прототипа и реализующий магнитную сепарацию мелких отвальных хвостов крупностью менее 8 мм с использованием двухбарабанного магнитного сепаратора, выполненного из двух отдельных барабанов одинакового диаметра, установленных один под другим. Их магнитные системы создают на поверхности барабанов разную по величине напряженность магнитного поля, причем напряженность на верхнем барабане выше, чем на нижнем барабане. Главным недостатком предложенного решения при его использовании в технологии сухой магнитной сепарации руд является применение дополнительных технологических операций, направленных на обогащение, полученного при сепарации промпродукта. Кроме того, более высокая напряженность магнитного поля на первом барабане увеличивает вероятность захвата немагнитных частиц, разубоживая при этом магнитную фракцию пустыми породами.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение качества сепарации горной массы, прошедшей третью стадию дробления (крупность материала менее 25 мм). Э то достигается за счет применения последовательной реализации двух стадий магнитной сепарации, каждой из которых соответствует свой режим разделения. На первой стадии реализуется режим, обеспечивающих выделение сильномагнитных кусков горной массы. Для этого материал горной массы подается на обечайку первого барабана магнитного сепаратора, который вращается с заданной скоростью, при этом значение магнитной индукции на ней позволяет извлекать только сильномагнитные частицы. Полученные после первой стадии магнитной сепарации немагнитные частицы поступают на вторую стадию сепарации при которой реализуется режим доизвлечения магнитных частиц. Для этого немагнитная фракция первой стадии подается на обечайку второго барабана, который вращается с меньшей скоростью, по сравнению со скоростью вращения первого барабана. Поскольку на вторую стадию поступает меньшее количество материала горной массы, то для обеспечения заданной производительности процесса сепарации при снижении скорости вращения обечайки второго барабана. При этом уменьшается энергопотребление процесса сепарации в целом. Значение магнитной индукции на обечайке второго барабана устанавливается выше ее значения, установленного на первом барабане, обеспечивая доизвлечение кускового материала, обладающего магнитными свойствами.
магн
общ
магн
Процесс сепарации реализуется в две стадии: на первой стадии выделяются сильномагнитные частицы горной массы для этого на обечайке первого барабана задается минимальное значение магнитной индукции; на второй стадии происходит доизвлечение магнитных частиц, содержащихся в немагнитной фракции первой стадии сепарации, для этого на обечайке второго барабана задается повышенное значение магнитной индукции. Таким образом, в процессе сепарации формируется обогащенный продукт, содержание полезных компонентов - Fe и Fe в котором повышается не менее, чем 1,4 раза, а отвальный продукт, содержит менее 1,0% Fe, что свидетельствует о высокой эффективности магнитной сепарации.
Технический результат достигается за счет применения в технологии обогащения магнетитовых руд двух стадий и режимов магнитной сепарации с использованием двух барабанного магнитного сепаратора, в котором обечайка первого барабана вращается со скоростью на уровне 70 оборотов в минуту, а обечайка второго вращается с меньшей скоростью, но не более 45 оборотов в минуту. Снижение скорости вращения второго барабана связано с тем, что на поверхности первого барабана поддерживается магнитная индукция равная 0,32 Тл, обеспечивающая вывод из процесса частиц горной массы, обладающих кондиционным содержанием магнетита. В результате на вторую стадию сепарации направляется меньшее количество руды. Именно поэтому, с целью снижения энергозатрат и поддержания производительности сепарации на необходимом уровне, скорость второго барабана снижается до 45 об/мин. При этом для доизвлечения магнитных частиц на обечайке второго барабана устанавливается повышенное значение магнитной индукции на уровне 0,7 Тл. Полученная при сепарации материала на второй стадии магнитная фракция направляется в концентратный желоб, где соединяется с магнитной фракцией первой стадии, а немагнитная фракция направляется в хвостовой желоб.
общ
общ
Достижению технического результата способствует то, что процесс сухой магнитной сепарации реализуется при двух скоростных режимах и разной магнитной индукции на барабанах, обеспечивающих повышение содержания в обогащенном продукте магнитной сепарации (магнитная фракция) не менее чем в 1,4 раза, при потерях полезного компонента - Fe в отвальном (хвостовом) продукте - немагнитной фракции не более 6% Fe.
Существенные признаки заявленного изобретения, определяющие объем правовой охраны и достаточные для получения вышеуказанного технического результата, выполняют функции и соотносятся с результатом следующим образом.
общ
Использование процесса сухой магнитной сепарации магнетитсодержащих руд реализуется посредством последовательной реализации двух стадий магнитной сепарации, каждой из которых соответствует свой режим разделения. Процесс сепарации настроен таким образом, что на первой стадии скорость вращения обечайки первого барабана составляет не менее 70 об/мин, при этом обеспечивается максимальная производительность технологического процесса сепарации, выводя в магнитную фракцию кусковой материал горной массы с высокой магнитной восприимчивостью, уменьшая, тем самым, количество горной массы поступающей на вторую стадию обогащения. В связи с этим, для поддержания заданной производительности процесса сепарации и эффективного доизвлечения слабомагнитных частиц, на второй стадии сепарации, скорость вращения обечайки второго барабана снижается до 45 оборотов в минуту, а значение магнитной индукции на его обечайке устанавливается не менее 0,7 Тл. При этом в магнитную фракцию второй стадии сепарации переходит до 10% материала горной массы, а в немагнитную фракцию переходят все слабоминерализованные породы. Извлечение Fe в немагнитную фракцию не превышает 6%.
Сущность предложенного способа поясняется следующим примером.
общ
магн
Магнетитсодержащая руда крупностью -25+0 мм, содержащая 19,73% Fe и 16,54% Fe, подвергалась сухой магнитной сепарации на экспериментальной установке (фиг. 1) по следующей схеме: рудная масса подавалась из бункера 1 и направлялась на первый барабан 2, вращающийся со скоростью 70 об/мин, значение магнитной индукции на его поверхности составляло 0,32 Тл. Поученная при этом магнитная фракция (МФ) направлялась в хвостовой желоб 4 магнитной фракции первой стадии, а немагнитная фракция (НМФ) первой стадии подавалась через концентратный желоб 5 на вибропитатель 6 второй стадии и далее на второй барабан 7 магнитного сепаратора. С целью исключения разлета материала немагнитной фракции первой стадии в сепараторе устанавливается демпфирующее заграждение 3, ограничивающее разлет материала. Поскольку на второй барабан 7 магнитного сепаратора второй стадии подается меньший объем рудной массы, то скорость его вращения составляла v = 45об/мин, а значение магнитной индукции на втором барабане увеличена до 0,75 Тл. Такой режим позволил извлечь все частицы, обладающие магнитными свойствами. При его реализации магнитная фракция направлялась в концентратный желоб 9, а НМФ поступала в хвостовой желоб 10. Разлет материала НМФ второй стадии сепарации ограничивался заграждением 8.
общ
общ
магн
общ
общ
магн
Результаты двухстадийной последовательной сухой магнитной сепарации (таблица 1) свидетельствуют об эффективности принятой технологии обогащения магнетитсодержащих руд крупностью -25+0 мм. При ее реализации можно удалять из дальнейшей переработки не менее 35,46% породного продукта с содержанием в нем Fe 2.92%. Содержание в обогащенном продукте магнитной сепарации (МФ1+МФ2), направляемой на дальнейшее обогащение, увеличивается в 1,47 раз с 19,73% до 28,96% Fe и с 16,54 до 25,56% Fe, при этом потери полезного компонента - Fe в НМФ составили 5,25% Fe и 0,24% Fe.
общ
Проведенные технологические испытания (таблица 2), которые предполагают увеличение скорости вращения обечайки второго барабана продемонстрировали ухудшение технологических показателей: содержание Fe в хвостах увеличилось с 5.02% до 8,08%, а его извлечение в магнитную фракцию упало с 95,98% до 91,0%.
магн
общ
магн
общ
Таким образом, введение в технологическую схему обогащения магнетитсодержащих руд операции сухой магнитной сепарации посредством последовательной реализации двух стадий магнитной сепарации, каждой из которых соответствует свой режим разделения: на первой стадии реализуется режим, обеспечивающих выделение сильномагнитных кусков горной массы, а на второй стадии доизвлекается кусковой материал горной массы, содержащийся в немагнитной фракции первой стадии сепарации и, обладающий магнитными свойствами, обеспечивает решение задачи повышения в технологическом потоке, представленном магнитной фракцией процесса сухой магнитной сепарации, содержания ПК - Fe и Fe не менее чем 1,4 раза, реализуемого за счет вывода части пустых слабоминерализованных пород, в которых уровень содержания Fe и Fe составляет 0,11% и 3,0% соответственно.
Список литературы
1. Патент на изобретение RU 2164448 С1, 27.03.2001. Способ сухого магнитного обогащения руд и материалов (авторы: Вызов В.Ф., Давыдов Г.В., Капленко Ю.П., Меньшов В.М., Ломовцев К.Л., Ломовцев Л.А., Пемов Е.А., Николаев С.Б., Стаханов В.В., Улубабов P.C.).
2. Грамм В.А., Николаенко К.В., Федоров А.Г. Машинист магнитных сепараторов. М.: Недра, 1990 г. - 142 с.
3. Патент на полезную модель 201727 U1, 29.12.2020. Магнитный сепаратор (авторы: Жильцов А.В., Гельбинг Р.А., Рыбакин Д.В., Рябов Н.И.).
4. Патент на полезную модель RU 68363 U1, 27.11.2007. Сепаратор магнитный двухкаскадный барабанный для обогащения сухих сыпучих слабомагнитных руд (авторы: Лозин А.А., Арсенюк В.М., Нитяговский В.В., Артюшов Р.Т., Стригунов П.Н., Вшивков Ф.В.).
5. Патент на изобретение RU 2693203 С1, 01.07.2019. Линия трехстадийного измельчения магнетито-гематитовых руд (авторы: Дудчук И.А., Шацилло В.В., Гельбинг Р.А., Жильцов А.В.).