4. Подготовка руд к плавке

ПОДГОТОВКА РУД К ПЛАВКЕ включает два основных передела: обогащение и окускование. В настоящее время в природе практически нет богатых по содержанию железа ЖРМ, удовлетворяющих всем необходимым требованиям. Железные руды большинства отечественных месторождений, основными геолого –промышленными типами которых являются железистые кварциты и бедные магнетитовые руды, содержат 30-35 % железа. Содержание железа в титано-магнетитовых рудах составляет от 15 до17 %. Лишь 12,4 % отечественных промышленных запасов составляют богатые руды со средним содержанием железа 60 %. Однако их экономическая ценность существенно снижается сложными горно-техническими условиями разработки месторождений (см. Яковлевское месторождение КМА). Задачей подготовки руд к плавке является всестороннее повышение их металлургической ценности.

ОБОГАЩЕНИЕ РУДЫ – это процесс механического разделения рудных минералов и минералов пустой породы, а также некоторого количества вредных примесей, основанный на различии их физических и физико-химических свойств. В частности, рудные минералы, как правило, имеют более высокую истинную плотность и объемную массу, чем минералы пустой породы. Например, плотность гематита (Fe₂O₃) составляет 5,26 г/см³, в то время как основной оксид пустой породы – кварц (SiO₂) имеет плотность 2,65 г/см³. Минералы пустой породы железной руды не магнитны. Некоторые рудные минералы (магнетит, маггемит), наоборот, обладают высокими магнитными свойствами. Рудные минералы и минералы пустой породы могут отличаться по смачиваемости, электропроводности, и другим свойствам.

Рудные минералы в горной породе находятся в основном в виде мельчайших (менее 0,1 мм) кристаллов различной формы, спаянных по поверхности с минералами пустой породы. Для того чтобы обогатить руду, необходимо «раскрыть» рудные минералы по границам их сростков с пустой породой. Для этого применяется ряд подготовительных к обогащению операций, основными из которых являются дробление и измельчение руды.

1. Дробление материалов

В результате дробления и измельчения руды получается полидисперсный материал, состоящий из частиц различной крупности. Важными характеристиками продуктов дробления и измельчения являются верхний предел крупности (D_мах) и распределение частиц материала по размерам - гранулометрический (или ситовый) состав. Верхний предел крупности позволяет оценить эффективность работы дробильной машины и необходимое для раскрытия зерен рудных минералов количество стадий дробления и измельчения путем определения частных и общей степени дробления материала. Степень дробления i определяется как отношение размера максимальных кусков D_мах, содержащихся в поступающей на дробление руде, к максимальному размеру кусков d_мах, содержащихся в дробленом продукте:i= D_мах/ dмах. Суммарная степень дробления и измельчения руды, необходимая для обогащения, достигает 10000—15000 и более. Степень дробления в дробильной машине обычно не превышает 6—10. Поэтому дробление и измельчение исходной руды до требуемого размера в подготовительном к обогащению процессе осуществляется в нескольких последовательно работающих дробильных машинах и мельницах в несколько стадий. Степень дробления, достигаемая в каждой отдельной стадии, называется частной, а во всех стадиях общей. Общая степень дробления равна произведению частных степеней дробления

i общ = i1∙ i2∙ i3∙… in (4.5‑5)

Ситовый состав продуктов дробления и измельчения соответствует уравнению, основанному на статистической функции распределения Вейбулла:

F(d) = 1- exp [- χ ∙(d/d_ср)^m], (4.5‑6)

где F(d) – суммарное (в долях единицы) содержание в материале кусков мельчеd;d_ср– средневзвешенный размер кусков материала;mи χ – параметры распределения.

Из уравнения (2) следует, что при постоянном верхнем пределе крупности материала содержание отдельных классов крупности в нем может быть различным. Так как параметры распределения зависят, в основном, от свойств материала, уравнение (2) не только удовлетворительно описывает ситовый состав материала, но и облегчает учет влияния его изменения на поведение материала в технологических процессах.

Энергоемкость дробления и измельчения зависит как от упругих и прочностных свойств измельчаемой руды, так и от степени ее дробления. П.А.Ребиндером, Л.А.Шрейнером и К.Ф.Жигачем для расчета работы разрушения предложено уравнение, которое можно считать попыткой учета влияния размера дробимых частиц:

А = АД + АS = 2/2Е + esS,(4.5‑7)

где А_Ди А_S- работа упругой деформации и работа образования новых поверхностей соответственно,- предел прочности материала на сжатие; Е – модуль упругости материала;e_s– удельная поверхностная энергия;S–приращение поверхности в результате дробления (измельчения).

Чем выше степень дробления материала, тем более значимым становится второй член уравнения (3), тем больше работа разрушения. Так затраты электроэнергии на дробление материала от D_мах = 1500 -350 мм доD_мах = 25 - 5 мм составляют 1-2 квтч/т. Затраты электроэнергии на последующее измельчение материала отD_мах = 25 -5 мм доD_мах< 0,1 мм составляют 15 - 30 квтч/т.