книги из ГПНТБ / Федосеев, В. А. Экономика обогащения железных руд

Следует отметить, что концентраты, получаемые обжпг-маг- нитным методом обогащения в процессе доменной плавки, имеют лучшую восстановимость, чем естественные маг.петитовые и гематитовьте руды. В результате термической обработки руд уда­ ляется химически связанная влага и двуокись углерода, что также представляет своего рода обогащение. Благодаря различию терми­ ческих коэффициентов расширения у минералов при нагреве руды значительно улучшается их измельчаемость, что приводит к снижению эксплуатационных затрат по сравнению с переработ­ кой обычных руд. Однако обжиг в процессе обжиг-магнитиого обо­ гащения и в настоящее время влечет за собой сравнительно высо­ кие капитальные затраты и эксплуатационные расходы.

Перспективным направлением в области обжиг-магнитиого обогащения железных руд является совмещение процесса самоизмельчения руды и магнетизирующего обжига. В настоящее время разработан метод магнетизирующего обжига, совмещенный с газоструйным измельчением. Освоение нового метода совмест­ ного измельчения и обжига позволит значительно улучшить эко­ номику обжиг-магиитного обогащения.

минералов и адсорбцией. Обогащение флотацией основано на раз­ личной смачиваемости водою частиц измельченной исходной железной руды и в связи с этпм с пзобирательньтм прилипанием пузырька воздуха к поверхности минералов.

Минералы, входящие в состав пустой породы железных руд, обычно лучше смачиваются водой, чем железорудные минералы. Смачиваемость характеризуется краевым углом смачивания, ко­

кварц — 55—58°), а для железорудных минералов превышает 90°. При наличии в руде двух металлов, подлежащих извлечению и находящихся в двух различных минеральных ассоциациях,

возможны два способа их извлечения:

1)селективная флотация, когда вначале извлекают минералы, содержащие один из металлов, а в последующей операции — минералы со вторым металлом;

2)коллективная флотация, когда в пену увлекают минералы, содержащие оба металла, а при последующих операциях получают коллективный концентрат.

Флотационные машины делятся на два типа в зависимости от способа перемешивания (агитации) флотируемой пульпы и на­ сыщения ее пузырьками воздуха: механические и пневматические (аэролифтные). В настоящее время в СССР наибольшее распро-

60

страыеиие получили механические флотомашииы, в то время как за рубежом нашли широкое применение и другие типы флотацион­ ных машин (пневмомеханические, аэролифтпые). Преимущество пневмомеханической флотационной машины перед механической заключается в простоте конструкции и возможности регулировки воздуха в широком диапазоне.

Флотационное обогащение железных руд осуществляется тремя способами:

1) прямой флотацией железных минералов при помощи анион­ ного собирателя с депрессией минералов пустой породы;

2)обратной флотацией мииералов пустой породы анионным собирателем в присутствии активаторов с депрессией железных минералов;

3)флотацией кварца и силикатов катионными собирателями

.в присутствии депрессоров для железосодержащих минералов. В пастоящее время производится и прямая, и обратная флота­ ция. Для обогащения хвостов магнитной сепарации применяется прямая флотация, а для доводки магпетитового концентрата

обычно обратная флотация.

Флотация находит применение как самостоятельный метод обогащения мелко- и тонковкраплениых окисленных и полуокислениых руд с малым содержанием силикатного и охристого железа, а также в комбинированных схемах обогащения для доизвлечеиия немагнитных мииералов из хвостов магнитной сепа­ рации и гравитационных процессов обогащения.

Практика обогащения флотацией как в СССР, так и за рубежом подтверждает высокую эффективность и экономическую целе­ сообразность флотационного обогащения некоторых типов желез­ ных руд. Большинство железных руд характеризуется сложным минералогическим составом, где железо связано не только с маг­ нитными, но и со слабомагиитными и немагнитными минералами. В этих случаях максимальное извлечение железосодержащих минералов в копцентрат может быть достигнуто только флотацией.

Впервые фабрики флотационного обогащения железных руд построены в США (рудники «Гумбольт» и «Рипаблпк») и введены в эксплуатацию соответственно в '1954 и 1956 гг. Исходной рудой для обогащения на этих фабриках являются гематитовые руды — спекуляриты с содержанием 32—38% железа. Обе фабрики ра­ ботают по аналогичным технологическим схемам [41], включаю­ щим трехстадиальное дробление руды до круппости 20—25 мм, двухстадиальное измельчение в стержневых мельницах (работаю­ щих в открытом цикле) и в шаровых (в замкнутом цикле) до круп­ ности 40—45% класса —0.044 мм, обесшламливаиие слива клас­ сификации крупностью —0.02 мм в гидродиклонах в два приема. Пески гидроциклонов, содержащие 65—70% твердого, подвер­ гаются обработке реагентами в контактных чанах и после разжи­ жения до 35—40% твердого направляются на прямую анионную-

61

флотацию, которая проводится в нейтральной среде с примене­ нием в качестве собирателя таллового масла. Схема флотации включает основную и контрольную флотации с последующей двойной перечисткой промежуточных продуктов этих операций. Концентраты на обеих фабриках после сгущения фильтруются на дисковых вакуум-фильтрах до влажности 6—8%. Содержа­ ние железа в концентрате составляет 62.5—63.0%.

После доизмельчения до 80% класса 0.044—0 мм и подогрева до 100°С концентраты подвергаются трехстадиальной флотации без введения реагентов, но при дополнительной подаче воздуха. В результате содержание железа в концентрате повышается до 67%.

В СССР впервые начал внедряться метод флотационного обо­ гащения железных руд на Криворожском ЦГОКе, где в 1962 г. была введена в эксплуатацию промышленная флотационная сек­ ция. Технологическая схема флотации окисленных кварцитов включает двухстадиальное измельчение их в шаровых мельницах, работающих в замкпутом цпкле с классификаторами, и обесшламливание в гидроциклонах в два приема по классу —0.01 мм. Фло­ тация ведется во флотационных машинах «Механобр» с тремя перечистками концентрата основной флотации и с возвратом в го­ лову процесса обесшламлепных в гидроциклоне промежуточных

имеет решение проблемы экономически эффективного обогащения криворожских окисленных кварцитов, которые в больших коли­ чествах добываются попутно и складируются на горнообогатитель­ ных комбинатах.

Анализ результатов исследований по обогащению смешанных и окисленных криворожских руд, а также практика обогащения этих руд показали, что при флотации извлечение железосодержа­ щих минералов в концентрат значительно выше, чем при магнит­ ной сепарации [20]. Ожидаемое извлечение минералов в концен­ трат при магнитной сепарации и флотации приводится ниже (в %):

При обосновании рациональных технологических схем обо­ гащения смешанных и окисленных руд было произведено технико-

62

Т а б л и ц а Ш-27

Технологические показатели работы отечественных н зарубежных фабрпк флотационного обогащения

экономическое сопоставление флотационного и обжиг-магнитного способов обогащения и установлены существенные преимущества флотационного обогащения окисленных руд по сравнению с об- жиг-магнитным. Удельные капитальные затраты на 1 т железа в концентрате обогатительной фабрики производительностью 5 млн т руды в год составили при обжнг-магнитном процессе 20.2 руб., при флотационном — 10.6 руб., а фабричная себе­ стоимость 1 т железа в концентрате при обжнг-магнитном — 9.8 руб., при флотационном — 6.4 руб.

Институтами «Механобрчермет», «Механобр» и другими орга­ низациями продолжались исследования с целью разработки тех­ нологии флотационного обогащения окисленных кварцитов в про­ мышленных условиях. При обогащении руд текущей добычи, содержащих 32—36% железа, на опытной промышленной секции Криворожского ЦГОКа методом прямой флотации были полу­ чены концентраты с 58—60% железа при извлечении 60—70%. Содержание железа в хвостах флотации составляет 9—11%. Б ре­ зультате обогащения руд ЮГОКа выделены концентраты с со­ держанием 62% железа и извлечением железа в концентрат 73—75%. Это показывает, что технология флотационного обога-

63

и гарантии получения устойчивых высоких технологических по­ казателей в работе фабрик при обогащении руд с меняющимся вещественным составом.

Достигнутые технико-экономические показатели не являются характерными для флотационного способа обогащения, так как в настоящее время флотация осуществляется в весьма ограничен­ ных масштабах и в основном направлена на отработку технологии флотации в промышленных условиях.

Ниже приведена типичная структура затрат при обогащении железных руд флотацией:

Особенно большой удельный вес имеют затраты на технологи­ ческие материалы (реагенты), который достигает в зависимости от применяемых реагентов и особенностей схем обогащения 30— 40%. Удельный вес затрат иа электроэнергию колеблется от 15

до 20%.

Флотационное обогащение окисленной криворожской руды, осуществляемое в течение длительного времени на опытной сек­ ции Криворожского ЦГОКа, показало возможность получения качественных концентратов при низком извлечении железа в кон­ центрат из-за больших потерь его в хвостах. Эксплуатационные расходы иа обогащение еще весьма велики. Учитывая к тому же сложность складирования хвостов и очистки сточных вод, следует признать, что проблема обогащения слабомагнитных железных руд флотацией не получила окончательного решения.

К настоящему времени проведены многочисленные исследо­ вания по флотации окисленных н смешанных руд, в результате которых разработаны режимы и схемы прямой и обратной флота­ ции с применением анионных и катионных собирателей. Доказана перспективность стадиальной флотации железных руд, сущест­ венно повышающей качество концентрата. На Оленегорском ГОКе испытана флотационная схема дообогащения магнитных концен­ тратов с обратной анионной флотацией с целью получения концентрата, содержащего 69.0—70.5%-железа. Кроме того, прове­ денные на этой фабрике полупромышленные и промышленные ис­ пытания подтвердили возможность получения флотационного кон­ центрата из хвостов магнитной сепарации.

Г Л А В А IV

ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ОБОГАЩЕНИЯ ЖЕЛЕЗНЫХ РУД

Развитие технического прогресса в железорудной промышлен­ ности, непрерывное увеличение объема добычи руд и повышение удельного веса бедных руд в общей добыче предопределяют необ­ ходимость научно обоснованного выбора наиболее экономичных направлений и вариантов новой техники и технологии в области обогащения железных руд. Научная обоснованность методов эко­ номической оценки выбора оптимального варианта обогащения преобретает еще большее значение в условиях новой системы пла­ нирования и экономического стимулирования. Такой выбор можно сделать на основе методики, позволяющей среди многочисленных вариантов выбрать такой, который бы обеспечил достижение наибольших результатов при наименьших затратах. При этом возникает вопрос о выборе критерия для определения эффектив­ ности внедрения новой техники и технологии в обогащении же­ лезных руд и определении экономической эффективности обога­ щения.

Критерий эффективности (оптимальности) наилучпшм образом отражает объективные требования развития народного хозяйства в целом, его отдельных отраслей и производств, позволяет опре­ делить экономическую эффективность какого-либо мероприятия и дает возможность выразить ее количественно. К настоящему времени разработаны методики определения экономической эф­ фективности обогащения железных руд, в основе которых лежат два принципиальных подхода (технологический и экономический) к решению вопроса о критерии эффективности [58]. Разработан­ ные методики определения экономической эффективности обога­ щения руд имеют определенные недостатки.

Прежде чем перейти к рассмотрению предлагаемой методики определения эффективности обогащения железных руд, рассмот­ рим вопросы металлургической оценки руд и взаимосвязь технологических показателей обогащения, на которых базируется технологический подход к определению критерия эффективности.

5* 67

§ 1. Металлургическая оценка железных руд

Металлургическая ценность железных руд и продуктов их под­ готовки характеризуется комплексом показателей, установленных на основании данных минералогического п химического состава, физических и металлургических свойств. Факторы, определяющие металлургическую ценность железных руд, достаточно исчерпы­ вающе охарактеризованы в ряде работ [7, 18, 31, 33].

Соотношение рудных н нерудных минералов, крупность зерен рудообразующих минералов, топкость срастания рудных и не­ рудных зерен предопределяют технологию рудонодготовки, обу­ словливают необходимую топкость измельчения руды перед обо­ гащением, а также метод и схему обогащения, что в конечном счете (наряду с другими факторами) отражает металлургическую ценность железных руд.

Все компоненты химического состава железных руд по их влия­ нию на металлургическую ценность принято делить на следую­ щие четыре группы: железо, вредные примеси, полезные примеси и шлакообразующие компоненты.

Влияние содержания железа на металлургическую ценность железных руд зависит от сочетания его с другими химическими компонентами, а также от минералогического состава и физиче­ ских свойств руды. Однако чем выше содержание железа в руде, тем выше ее металлургическая ценность. Вредные примеси в же­ лезных рудах (сера, фосфор, мышьяк, цинк, свппец) снижают их металлургическую ценность, так как ухудшают показатели доменной плавки, качество чугуна и стали, а также усложняют условия работы доменных печей. Металлургическая ценность железных руд повышается за счет содержания в них полезных ком­ понентов (марганец, никель, ванадий, титан, медь) в таких коли­ чествах, которые нлп улучшают свойства чугуна и стали, или

Химический состав пустой породы и характер его изменения в процессе обогащения оказывают определенное влияние на метал­ лургическую ценность железных руд. Шлакообразующне ком­ поненты разделяются на основные (окись кальция и окись маг­ ния) и кислые (кремнезем и глинозем). Чем выше основность руд, т. е. отношение содержания основных компонентов к кислым, тем выше металлургическая ценность руд, так как при этом сокра­ щается расход флюсов и улучшаются технико-экономические по­ казатели доменной плавки. Однако развитие процессов рудоиодготовки, в частности производство и применение офлюсован­ ного агломерата и окатышей, а также технический прогресс в доменном производстве (применение дутья, обогащенного кисло­ родом, вдувание в горн доменной печи природного газа и т. д.)

68-

Физические свойства руд (пористость, газопроницаемость, кусковатость, влагоемкость, твердость) и металлургические, в ос­ новном восстановимость, также оказывают влияние на их метал­ лургическую ценность путем нзмененпя технологических и эко­ номических показателей рудоподготовки и доменной плавки.

Указанные факторы являются основой для металлургической оценки руд. Они дают качественную характеристику металлурги­ ческой ценности. Для количественной характеристики металлур­ гической ценности различных по качеству железных руд, т. е. для учета сравнительного качества железных руд определяются специальные показатели металлургической ценности.

Методика определения показателей металлургической ценности железных руд и продуктов их подготовки была установлена в про­ цессе разработки нового прейскуранта цен на железные руды [31 ] Основной принцип определения металлургической ценности же­ лезных руд в разное время был сформулирован многими авторами в отечественной и зарубежной литературе [8, 9, 10]. Все они сходятся на том, что при оценке руд разного качества себестои­ мость 1 т чугуна должна прн прочих равных условиях оставаться постоянной. Формула для определения металлургической ценности i-й руды или такой ее цены (франко-металлургический завод), при которой обеспечивается соблюдение указанного условия (рав­ ной себестоимости чугуна), имеет следующий вид [8, 9]:

Ср; = е ( С , - ?ь.,.Цк, . - гф,.Цф(- 1 \.),. (IV-1)

где е — выход чугуна из i-й руды (количество чугуна, полу­ чающегося из 1 т i-й руды), т/т;

С себестоимость 1т чугуна, выплавляемого из i-й руды,

руб.;

qKj, дф. — относительный расход соответственно кокса и флюсов, т/т чугуна; Ц„„ Цф( — цена 1 т соответственно кокса й флюсов, руб.;

Р,. — расходы по переделу и накладные расходы при вы­ плавке чугуна из i-й руды, руб.

ЦНИЙЧерметом предложена несколько видоизмененная фор­ мула. Вместо выхода чугуна из i-й руды (е) в формулу внесена обратная величина, т. е. расход i-й руды на 1 т чугуна (gPi). Кроме того, цена 1 т i-й руды (франко-металлургический завод) представлена как сумма стоимости i-й руды на руднике (C'Pi) и транспортных расходов по доставке 1 т руды с рудника до метал­ лургического завода (iPl). После внесенных изменений формула (IV-1) будет иметь вид:

О' + t , = С" ~ 9x1 Дк‘ ~ Цфг~ Р' (1V-2)

69