Разработка технологий обогащения высокоглинистых руд и рудных песков

А.И. Едильбаев, к.т.н., генеральный директор ТОО «Горное бюро» (Алматы, Казахстан)

Традиционно, обогащение руд и рудных песков с высоким содержанием глин осуществлялось мокрыми методами. Следует отметить, что глины в мокром состоянии обладают плохой растворимостью и высокой адгезией. Поэтому отделение глины от полезных составляющих требует значительного удельного расхода воды и, соответственно, энергозатрат. Положение усугубляется, если извлекаемый полезный компонент представлен песками с низким содержанием их в руде. В этом случае отмеченные выше операции мокрого обогащения производятся, практически, с комовой глиной. Труднопромывистая, пластилинообразная руда с трудом поддается измельчению, поскольку происходит процесс налипания влажного материала на стенки оборудования, на мелющие тела и т.д. Поэтому проблема мокрого обогащения глинистых руд становиться практически неразрешимой в регионах с дефицитом водных ресурсов, которые имеются как в Казахстане, так и других странах, в частности, в России.

 В настоящей работе предлагается вести обогащение глинистых руд сухим способом. Так как добываемые руды зачастую имеют излишнюю влажность, то на первом этапе необходимо производить их сушку. Затем следует сухое дробление и измельчение. Сухая глина легко измельчается и, следовательно, эта операция при сухом исполнении не требует больших энергозатрат. Кроме того, глина – мягкий материал и значительно уступает в твердости извлекаемым полезным минералам. В связи с этим происходит измельчение, главным образом, глины, а песковый минерал дробится значительно меньше, т.е. не происходит переизмельчения полезного компонента руды. Поэтому операция сортировки частиц по размеру становится весьма эффективной. В мелкий класс попадет переизмельченная глина, которая затем легко удаляется. Сортировку по размеру частиц целесообразно проводить в воздушных классификаторах. В результате получается промпродукт, который отправляется на дальнейшее обогащение.

 Отработка новой технологии была проведена на примере обогащения высокоглинистых ильменитовых песков Сатпаевского месторождения – титанистого железняка состава FeTiO3 (FeO – 47.34%; TiO2 – 52.66%). Содержание ильменита в исходных рудных песках колеблется в пределах 7–13%.Перерабатываемые ильменитовые пески имеют относительную влажность 16–20%, что связано с большим количеством присутствующей в них глины (40–45%). Ильменит представлен в виде порошка с поперечным размером частиц менее 0.5 мм.

 На первом этапе работ исследования по сухому обогащению высокоглинистых песков проводились в лабораторных условиях. Они позволили установить основные закономерности процессов обогащения и разработать новую технологию переработки высокоглинистых руд и рудных песков.

 Новая технология прошла полупромышленные испытания. Поскольку процесс сушки является энергозатратным, необходимо было определить оптимальную влажность рудных песков, при которой дальнейшие процессы могли бы проходить с наибольшим технологическим эффектом. Для определения верхней границы величины относительной влажности рудных песков, допускающей проведение последующего их измельчения, были проведены эксперименты с использованием дискового истирателя. Результаты этих экспериментов позволили сделать следующее заключение. Для глинистых ильменитовых песков при относительной влажности руды выше 5% наблюдается эффект залипания вращающегося диска истирателя, что препятствует процессу измельчения. Поэтому величину относительной влажности, равную 5%, можно считать предельной для рудных песков Сатпаевского месторождения.

 При использовании сушильного шкафа рудные пески должны быть предварительно измельчены до крупности менее 3 см. В этом случае процесс сушки занимает 60 минут при температуре 200°С (рис. 1).Рис. 1 Изменение относительной влажности руды в зависимости от крупности частиц и времени сушки в сушильном шкафу при температуре 200°С

 Следующая операция передела сухого обогащения ильменитовых песков – их помол для вскрытия частиц ильменита. При использовании дискового истирателя рудные пески, предназначенные для измельчения, сушились в сушильном шкафу при Т = 200°С и доводились до крупности менее 2 мм в щековой дробилке. Зазор в истирателе был установлен размером 0.8 мм. Установлено, что дисковый истиратель даёт примерно равномерное распределение частиц руды по крупности в диапазоне 0–0.8 мм.

 Для проведения экспериментов по измельчению ильменитовых песков в шаровых мельницах была изготовлена её лабораторная модель, диаметром 140 мм, шириной – 70 мм. Загружались металлические шары диаметром 22 мм и 6 мм в соотношении 10:1. Рудные пески, высушенные в барабанной сушилке, измельчались в шаровой мельнице в течение 6 и 20 мин. Их гранулометрический состав после помола показан на рис. 2.

 Как и следовало ожидать, увеличение времени обработки приводит к более тонкому помолу. Можно предположить, что увеличение содержания фракции менее 0.1 мм свидетельствует о том, что большая часть глины измельчается до состояния пудры. Следовательно, сушка ильменитовых рудных песков и последующий их помол достигают намеченной цели, а именно, приводят к необходимому раскрытию целевого продукта. Подготовленные таким образом рудные пески в полной мере пригодны к последующему обогащению.

 Важнейший процесс технологического цикла сухого обогащения – классификация сыпучих материалов, которая осуществляется после процессов сушки и измельчения руд. Для сухого гранулометрического разделения сыпучих материалов с размером частиц меньше 1 мм используются, главным образом, методы воздушной классификации [1, 2].

 При проведении исследований измельченный рудный материал определёнными порциями подавался в классификатор, после чего изучался ситовый состав порошка в различных сборных бункерах устройства. Обработка полученных результатов позволила установить, что по мере своего движения в аэродинамической трубе, рудные пески классифицируется по крупности (рис. 3).Рис. 3 Схема осаждения частиц материала в воздушном классификаторе

 Для определения границ классификации построена зависимость интегральных распределений количеств рудных песков и ильменита, осевших в воздушном канале на некотором отрезке пути от загрузочного окна, в зависимости от длины этого отрезка (рис. 4)Рис. 4 Интегральные распределения количества рудных песков и ильменита, осевшего в классификаторе, в зависимости от расстояния от точки входа

 Установлено, что частицы рудных песков, осевшие на первом участке (см. рис. 3), составляют более половины их общего количества (52%), при этом они содержит 82% от общего количества ильменита. Проведенный химический анализ показал, что воздушная классификация обеспечивает обогащение рудного песка ильменитом в 1.61 раза на первом участке. Таким образом, способ воздушной классификации может быть использован для обогащения глинистых ильменитовых песков. Учитывая характер распределения их частиц при воздушной классификации, для следующего этапа – магнитной сепарации – можно рекомендовать переработку той части рудных песков, которая осела на первом участке, что позволит уменьшить затраты на процесс обогащения.

 Эксперименты по магнитной сепарации ильменитсодержащих песков проведены на магнитных сепараторах различных конструкций, что позволило установить возможности различных аппаратов и схем сепарации. Поскольку ильменит относится к минералам, обладающим сравнительно небольшой магнитной проницаемостью, то для сухого магнитного разделения таких руд и рудных песков наиболее приемлемы валковые магнитные сепараторы, которые создают наиболее сильные магнитные поля, т.е. обладают наибольшей магнитной силой. Эксперименты по магнитной сепарации измельченных ильменитсодержащих песков Сатпаевского месторождения на электромагнитном сепараторе с нижней загрузкой проводились на лабораторной установке ДГП ГНПОПЭ «Казмеханобр» при двух значения напряженности магнитного поля: 8 кЭ и 2 кЭ. Качество проводимых операций оценивали по содержанию ильменита, установленному по концентрации титана. Содержание титана в концентратах определялось химическим анализом. В таблице приведены полученные результаты.Результаты сухой магнитной сепарации

 Затем были проведены исследования процесса сухой магнитной сепарации ильменитовых песков с использованием сепаратора на постоянных магнитах – валкового магнитного сепаратора L/P 10-30 фирмы Inprosys Inc. (США). Применение в технологии обогащения такого типа магнитных сепараторов представляет большой интерес. При проведении экспериментов исходные рудные пески сушились в муфельном шкафу при температуре 300°С в течение 1 часа до конечной влажности 1%. Предварительное измельчение проводилось в щековой дробилке до крупности менее 2 мм и далее – в дисковом истирателе, с зазором 0.8 мм. Обогащению подвергались как исходные пески, так и класс +0.1 мм – надрешетный продукт, полученный грохочением. Полученные результаты отчётливо демонстрируют зависимость извлечения и концентрации ильменита от толщины ленты магнитного сепаратора и скорости вращения его барабана. С увеличением этих параметров уменьшается извлечение, но растёт концентрация. Причём выход класса +0.1 мм из рудных песков составляет 52%, а доля извлечения из него ильменита валковым магнитным сепаратором варьируется от 88 до 98% при концентрациях ильменита от 76 до 37% в зависимости от настройки аппарата.Рис. 5 Принципиальная технологическая схема сухого обогащения ильменитовых песков

 При применении технологической схемы, представленной на рис. 5, из класса минус 0.5 мм, достигается степень извлечения ильменита из рудных песков более 80% при содержании ильменита в концентрате 76%. Если степень извлечения из рудных песков снизить до 70%, то концентрацию ильменита можно достичь свыше 91%.

 В последнем случае желательно применение перечистки немагнитной фракции обогащения.

 Таким образом, при сухой магнитной сепарации можно достичь более 90% извлечения ильменита из продукта, осевшего при классификации на первом от точки подачи материала участке, и получить концентрат с массовой долей ильменита 70%.

 Принимая во внимание тот факт, что в исходных высокоглинистых рудных песках его содержание было около 10%, то данный результат следует признать положительным. Если уменьшить степень извлечения ильменита из операции до 76–79%, то концентрацию ильменита в магнитном продукте можно поднять свыше 90% при сквозном извлечении 65–67% [3, 4].

 Обработка результатов экспериментов позволила установить зависимость между извлечением ильменита из операции (Иильм., %) и массовой долей ильменита (Сильм., %) в концентрате, которая описывается полиномом второй степени:

Иильм. =–13.853С2ильм. + 21.485Сильм. – 7.4185 .

Перечистка немагнитного продукта увеличивает степень извлечения из операции до 90–95%. При этом содержание ильменита в объединенном концентрате свыше 82–80%, а сквозное извлечение ильменита из рудных песков составит 76–80%.

 Таким образом, установлено, что для высокоглинистых руд и рудных песков наиболее целесообразно применять метод сухого обогащения. Показано, что применение воздушной классификации для обогащения высокоглинистых руд и рудных песков обеспечивает, в значительной мере, удаление глины из рудной массы и подготовку продукта к магнитной сепарации. Разработана эффективная технология сухой переработки высокоглинистых руд и рудных песков.


 

 ЛИТЕРАТУРА:

 1. Патент США №4,657,667. Еткин Б. Классификатор частиц. 1987. – 6 с.

2. Едильбаев А.И., Чокин К.Ш. Обоснование использования способа воздушной класси фикации руды Сатпаевского месторождения // Вестник Национальной Инженер ной академии Республики Казахстан. – 2008. – №1(27). – С. 87–92.

3. Едильбаев А.И. Сухая магнитная сепарация ильменитовых песков с использовани ем сепараторов на постоянных магнитах // Вестник Национальной Инженерной академии Республики Казахстан. – 2008. – №3(29). – С. 116–121.

4. Едильбаев А.И. Обоснование возможности применения сухой магнитной сепарации ильменитовых песков // Цветные металлы. – 2008. – №9. – С. 22–24.

Журнал "Горная Промышленность" №5 (99) 2011, стр.76