Глава 1. Анализ современного состояния обогащения железных руд.

1.1. Ресурсная база и технология обогащения

Анализ современного состояния железорудной промышленности в мире показывает, что за последние 50 лет наблюдается постоянное возрастание объемов добычи и потребление железных руд. Тем не менее, темпы прироста разведанных запасов значительно превышают рост добычи. Так за вторую половину прошлого столетия мировое производство товарных железных руд возросло в 3,5 раза, а разведанных запасов за тот же период - в 6,2 раза [44, 51]. Вместе с тем качество железорудного сырья постоянно снижается за последние 25 лет содержание железа в рудах снизилось в 1,3 раза [71].

К началу третьего тысячелетия мировые запасы железных руд составили более 450 млрд. т., из них разведанные около 230 млрд. т. Добыча железных руд производилась более чем в 50 странах, при этом свыше 85% выпуска товарных железных руд приходилось на 8 стран - СССР, Китай, Бразилию, Австралию, США, Индию, Канаду, Венесуэлу (табл. 1).

Вследствие постоянного снижения качества железорудного сырья, усложнения горно-геологических условий и экономической неэффективности разработки месторождений в ряде развитых капиталистических стран резко снизилось производство товарных железных руд. Так , в США объем добычи снизился с 89,2 до 55,5 млн. т, во Франции - с 66,9 до 8,7 млн. т, в ФРГ - с 18,9 до ОД млн. т, в Великобритании добыча руды прекращена совсем. В Швеции, Норвегии, Канаде объем добычи практически остается на достигнутом уровне.

В мировом балансе железорудного сырья по запасам, производству, потреблению и экспорту Россия занимает одно из ведущих мест. Государственным балансом в России учтено 172 месторождения железных руд, 53 из которых находятся в стадии разработки. Прогнозные ресурсы оцениваются в 150,3 млрд. т. Таким образом, ресурсная база Российской Федерации позволяет не только обеспечить потребности страны, но и активно участвовать в экспорте железорудного сырья, а также продуктов его переработки на длительную перспективу [44].

Основное промышленное значение имеют магнетитовые, гематитовые, гематит-магнетитовые и в меньшей мере бурожелезняковые и сидеритовые руды. Содержание железа в магнетитовых рудах составляет 31-35%, в гематитовых - 40-50%, бурожелезняковых - 20-40%, сидеритовых 28-33%.

Качество концентратов для различных месторождений регламентируется соответствующими стандартами и техническими условиями. Так, для месторождений КМА технические условия на магнетитовый концентрат предусматривают: крупность - 0,1-0 мм; влажность - 10,5%; содержание железа - не менее 64%. В ряде концентратов регламентируется содержание вредных примесей: фосфора - не более 0,08%; серы - не более 0,8%.

Железорудное сырье отличается разнообразием минерального состава и текстурно-структурными особенностями различных типов руд, что обусловливает необходимость использования различных методов и технологий их обогащения [44,45,57, 71, 75].

В этой связи глубина обогащения и уровень технологических показателей для переработки каждого конкретного типа руды определяется сложностью ее вещественного состава, характером вкрапленности компонентов, контрастностью их свойств и эффективностью применяемых разделительных процессов [66].

Магнетитовые руды представлены в основном рудным минералом магнетитом Рез0₄ (72,3% Ре). Кроме магнетита в зонах выветривания имеются значительные содержания гематита, мартита Ре₂0з (69,9% Ре) и сидерита РеСОз (48,3% Ре). Пустая порода представлена кварцем (БЮг), полевыми шпатами, железистыми силикатами, карбонатами и др. [44, 45/ 57]

Наиболее широко распространенную группу магнетитовых руд составляют магнетитовые кварциты осадочно-метаморфического происхождения (район Курской магнитной аномалии, Оленегорское, Кировогорское и другие месторождения).

Вкрапленность рудных минералов в магнетитовых кварцитах изменяется в широких пределах - от сплошной и крупнозернистой до пылевидной. Преобладающий размер вкрапленности в рудных слоях составляет 0,15-0,18 мм, в смешанных - 0,07-0,12 и в нерудных - 0,04-0,08 мм.

Обогащение магнетитовых кварцитов осуществляется магнитным методом в слабом магнитном поле в П-У стадий на барабанных магнитных сепараторах различных типов, а в ряде переделов применяется промывка, отсадка, флотация. Весьма эффективным является применение сухой магнитной сепарации для крупнокускового материала (6-10 мм) [33, 35, 48, 65].

При содержании в исходной руде порядка 35% железа получают конечный концентрат с содержанием 65-68% и хвосты с содержанием менее 12% железа. Извлечение железа в концентраты из руды составляет более 81%.

Отходы обогащения могут быть использованы для получения щебня, песка, а в ряде случаев для извлечения сопутствующих полезных компонентов, цветных и редких металлов.

Железистые кварциты обладают высокой крепостью (14-22 по шкале Протодьяконова) и абразивностью, что вызывает необходимость постоянного совершенствования технологий их дробления и измельчения, а также разработку нового дробильно-измельчительного оборудования.

В зависимости от применяемого метода измельчения магнетитовые кварциты подвергают дроблению до максимальной крупности 15-25 или 300 мм в случае применения самоизмельчения. Дробление осуществляется по

и

одно-, двух-, трехстадиальным схемам с открытым или замкнутым циклами и четырехстадиальной схеме с открытым циклом.

Первичное дробление руды по всем схемам производится в основном в конусных дробилках крупного дробления типа ККД-1500/180, среднее дробление осуществляют в дробилках типа КСД-2200 как с предварительным грохочением, так и без него. Для мелкого дробления применяют дробилки КМДТ-2200 и КМДТ-3000. При глубоком обогащении руд для снижения крупности дробленой руды до 12-0 (6-0) мм применяют замкнутый цикл в последней стадии.

В настоящее время в России и за рубежом интенсивно ведутся работы по созданию нового дробильного оборудования, обеспечивающего дробление руды до крупности 12-0 и 6-0 мм в открытом цикле. В России это дробилки КИД-300, КИД-600 (Механобр). За рубежом это дробилки типа «Жирадиск» фирмы «Нордберг», «Сандвик», а также центробежно-ударные дробилки и валковые прессы высокого давления (роллер-прессы) [5, 22].

Измельчение магнетитовых кварцитов осуществляется по двух-, трех- и четырехстадиальным схемам с применением барабанных мельниц со стальными или чугунными мелющими телами, самоизмельчением, рудно- галечным измельчением, а также комбинированными методами. Сравнительный анализ показывает явное преимущество применения бесшарового измельчения, поскольку при этом повышается качество концентрата на 0,5-1,1%, с одновременным снижением расхода энергии.

В практике горно-обогатительных предприятий нашли применение мельницы самоизмельчения диаметром от 4,6 до 11 м объемом от 45 до 460 м . На предприятии «Хиббинг Таконит» (США) применяется уникальная схема одностадиального самоизмельчения в удлиненных мельницах с двойной и тройной классификацией и доводочными операциями.

Многолетний опыт совершенствования магнитных методов обогащения в промышленных условиях и в научно-исследовательских лабораториях привел к созданию большой совокупности процессов магнитного обогащения. Для каждого из них создают, как правило, несколько типов магнитных сепараторов с различными технологическими возможностями разделения минералов, производительностью и другими технико-экономическими показателями [18, 55, 75].

Так, для сухой магнитной сепарации магнетитовых руд крупностью более 6 (10) мм используют сепараторы с верхним питанием типа 168 СЭ, 189 СЭ, 171 СЭ, ПБС-90/200 и 2 ПБС-90/200; для руд крупностью менее 6 мм используют сепараторы типа ЭБС-80/170с нижним питанием и увеличенной частотой вращения барабана. Быстроходные сепараторы типа 206-СЭ (ПБСЦ-63/50), 251-СЭ (ПБСЦ-60/200), предназначены как для получения промпродуктов перед измельчением, так и для производства высококачественного концентрата.

Для мокрой магнитной сепарации применяются барабанные сепараторы типа ПБМ-90/250, ПБМ-120/300, ПБМ-150/200, ПБМ-150/400 с прямоточными, противоточными и полупротивоточными ваннами.

Сепараторы с прямоточными ваннами в основном применяются в первой стадии при высоком выходе хвостов (более 50%), с противоточными ваннами (ПБМ-П-90/250, ПБМ-П120/300, ПБМ-П-150/200 -ПБМ-П-150/400) используются для сепарации материала мельче 2 мм в основном после второй стадии измельчения, а с полупротивоточными ваннами (сепараторы ПБМ- ПП-90/250, ПБМ-ПП120/3 00, ПБМ-ПП-150/200 - ПБМ-ПП-150/400) применяются для предпоследних и последних стадий сепарации материала мельче 0,3 мм.

Практически перед всеми стадиями сепарации применяется дешламация материала с предварительным размагничиванием пульпы и намагничиванием ее в дешламаторе. Эти операции позволяют разрушить магнитные флокулы и освободиться от шламистой пустой породы, что повышает содержание железа в промпродукте от 2 до 12%. Магнитные дешламаторы типа МД-5, МД-9, МД-12 и сифонные дешламаторы МДС-9, МДС-12 широко используются на всех комбинатах, перерабатывающих магнетитовые кварциты.

На зарубежных железорудных магнитно-обогатительных фабриках также в основном применяются барабанные магнитные сепараторы диаметром от 715 до 1200 мм с ваннами различной конструкции. Отличительной особенностью зарубежных сепараторов, изготовляемых в Швеции, США, Канаде, Чехословакии и применяемых на первой стадии сепарации, является повышенная напряженность магнитного поля (до 1750 Э). Для последующих стадий сепарации используются сепараторы с изменяющейся напряженностью магнитного поля по окружности (от 1200 до 900Э), а в последней стадии - с пониженной напряженностью (750-800 Э). Это позволяет повысить массовую долю железа в концентратах с 62 до 65% без снижения извлечения металла.

Для обогащения слабомагнитных руд (мартитовые, гематитовые, лимонитовые) применяют в основном комбинированные гравитационно- магнитные схемы. При этом руда крупнее 1 мм обогащается методом тяжелосредной сепарацией по узким классам крупности. Мелкие классы крупности обогащаются на отсадочных машинах или винтовых сепараторах, отходы гравитационного передела, крупностью от 1 мм до 45 мкм, обогащаются высокоинтенсивной сепарацией, материал мельче 45 мкм подвергается полиградиентной сепарации [71, 72].

В зарубежной практике широкое распространение получили индукционно-роликовые высокоинтенсивные магнитные сепараторы фирмы «Гумбольт», полиградиентные сепараторы типа «Джонс» (от DP-40 до DP- 315) фирм «Клекнер» (Германия), «Бокс-Рапид» (Англия), «Карусель» фирмы «Сала-Аллис-Чалмерс» (Швеция-США ), «Слон» (Китай), а также сепараторы на основе сверхпроводящих проводников и постоянных магнитах на базе сплава ниодим-железо-бор.

На ряде обогатительных предприятий, перерабатывающих окисленные и комплексные железные руды, все большее распространение получают гравитационные методы обогащения как на стадии предконцентрации, так и для получения высококачественных товарных продуктов и выделения сопутствующих ценных компонентов. Так, например, отсадочные машины и винтовые сепараторы в комбинации с высокоинтенсивной и полиградиентной магнитной сепарацией нашли широкое распространение в зарубежной и отечественной практике при обогащении окисленных руд черных металлов.

Для отечественных предприятий характерно применение диафрагмовых отсадочных машин типа МОД для извлечения гематита из хвостов магнитной сепарации (Оленегорский ГОК), воздушнопульсационных отсадочных машин типа ОПС и ОПМ (Лисаковский ГОК).

В зарубежной практике при обогащении окисленных железных руд в последнее время получили широкое распространение пневматические машины типа «Батак» (Германия) и «Такуб» (Япония) как для классифицированной, так и неклассифицированной руды крупностью 10-0 мм. Зарубежные отсадочные машины, отличаются высоким уровнем автоматизации, что обеспечивает высокие технологические показатели и производительность до 450 т/ч.

На ряде зарубежных обогатительных фабрик при переработке окисленных железных руд получила широкое распространение тяжелосредная сепарация по узким классам крупности (120-50, 50-20, 20-4 мм) в колесных и барабанных сепараторах фирмы «Гумбольт», «Ведаг», «Теска», производительностью от 50 до 300 т/ч, а также тяжелосредных гидроциклонах БМБ. На некоторых предприятиях успешно работают высокопроизводительные трехпродуктовые сепараторы типа «Три-Фло» и «Вемко» [44].

Основные проблемы магнитного обогащения связаны с переработкой тонковкрапленных руд, поскольку для частиц крупностью менее 20 мкм магнитная восприимчивость и, соответственно, магнитная сила обычно в 2-3 раза ниже, чем для крупных частиц [48, 49, 50].

В то же время потребность в постоянном росте производительности оборудования приводит к резкому увеличению скоростей движения пульп и возрастанию диссипативных сил в рабочем пространстве магнитных сепараторов. При этом становится необходимым также существенно увеличивать магнитные силы, что повышает себестоимость сепарации и, в конечном счете, определяет экономический предел ее применения.

Актуальным является совершенствование технологического оборудования в части создания сепараторов с различной напряженностью магнитного поля для обогащения материала по узким классам крупности (100-50, 50-25, 25-6 мм). Создание трехпродуктовых сепараторов для сухой и мокрой магнитной сепарации с изменяющейся напряженностью магнитного поля по направлению разделения материала, новых керамических магнитов, обеспечивающих напряженность магнитного поля от 400 до 255 Э и др.

Дальнейшее развитие и совершенствования аппаратов гравитационного обогащения используемых в технологических схемах переработки железосодержащих руд прогнозируется в направлении их автоматизации, повышения производительности и эффективности разделения минералов по плотности с использованием наложения электромагнитных, центробежных и других силовых полей.