Вдосконалення технології підготовки та збагачення окислених залізистих кварцитів із застосуванням бішофіту

Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

КРИВОРІЗЬКИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Вдосконалення технології підготовки та збагачення окислених залізистих кварцитів із застосуванням бішофіту

05.15.08 - збагачення корисних копалин

Булах ОЛЕКСІЙ ВОЛОДИМИРОВИЧ

Кривий Ріг - 2008

Дисертацією є рукопис.

Роботу виконано на кафедрі збагачення корисних копалин Криворізького технічного університету Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник - кандидат технічних наук, доцент

Кравцов Микола Кирилович,Криворізький технічний університет

Міністерства освіти і науки України,доцент кафедри збагачення корисних копалин.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Білецький Володимир Стефанович,

Донецький національний технічний університет

Міністерства освіти і науки України,

професор кафедри збагачення корисних копалин;

кандидат технічних наук, доцент

Гаєвий Владислав Валерійович,

Дніпропетровський національний гірничий університет Міністерства освіти і науки України,

доцент кафедри збагачення корисних копалин.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. У зв'язку зі зменшенням запасів багатих магнетитових руд зростає світовий попит на концентрати, отримані з бідних окислених руд. Для виробництва таких концентратів потрібно вдосконалення технологій рудопідготовки методом кульового подрібнення і магнітного збагачення окислених руд.

За останні роки розробка високоефективної технології збагачення окислених (окиснених) залізистих кварцитів з отриманням концентратів з масовою часткою заліза 62% та більше стало технічною необхідністю.

На сьогодні у Кривбасі окислені залізисті кварцити, які у великій кількості видобуваються одночасно з магнетитовими рудами, практично не збагачуються, а розроблена більш ніж 20 років тому технологія їх збагачення не реалізована внаслідок призупинення фінансування та будівництва Криворізького гірничо-збагачувального комбінату окислених руд (КГЗКОР). Тому, нині потрібна вдосконалена технологія переробки окислених залізистих кварцитів з урахуванням найновіших розробок у вітчизняній та закордонній практиці.

Дисертаційна робота присвячена вдосконаленню технології рудопідготовки та подальшого збагачення залізорудної сировини із застосуванням бішофіту в умовах існуючого технологічного обладнання, яка є актуальним науково-практичним завданням для Кривбасу.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Роботу виконано згідно з планами науково-дослідних робіт Криворізького технічного університету з пріоритетного напряму розвитку науки і техніки КПКВ 2601130 «Державна програма розвитку й реформування гірничо-металургійного комплексу України до 2011 року»: «Дослідження нових принципів і апаратури, які дозволяють отримати високоякісний залізорудний концентрат з окислених кварцитів Кривбасу» (№ держ. реєстрації 0103U007478), «Розробка та освоєння технологічних схем окислених залізистих кварцитів Кривбасу» (№ держ. реєстрації 0105U003725).

Розробка методики досліджень, теоретичні, лабораторні та напівпромислові випробування, на основі яких розроблена та рекомендована технологія отримання високоякісного залізорудного концентрату з окислених кварцитів, проведені автором.

Мета і завдання досліджень. Основною метою дисертаційної роботи є вдосконалення технологій підготовки та збагачення окислених залізистих кварцитів Кривбасу на підставі встановлення закономірностей утворення чистих поверхонь рудних і нерудних мінералів із застосуванням бішофіту при руйнуванні та особливостей флокулоутворення мінералів перед магнітним збагаченням сировини.

Для досягнення поставленої мети вирішувались такі завдання:

- вивчення особливостей речовинного складу вихідних окислених залізистих кварцитів Кривбасу;

- вивчення особливостей процесу підготовки руди до збагачення;

- дослідження процесу отримання чистих поверхонь мінералів при подрібненні залізистих кварцитів Кривбасу;

- розробка способів запобігання взаємо налипання на поверхнях рудних та нерудних мінеральних зерен продуктивного класу крупності у процесі подрібнення окислених руд;

- розробка моделі процесу флокуляції нерудних мінеральних частинок окислених кварцитів в операціях збагачення сировини;

- установлення залежностей показників рудопідготовки та збагачення від витрат бішофіту, який забезпечує запобігання налипання дисперсних нерудних часток на поверхнях рудних зерен;

- укрупнені технологічні випробування отримання високоякісного залізорудного концентрату;

- розробка рекомендацій з підвищення ефективності процесу подрібнення та магнітної сепарації окислених залізистих кварцитів у промислових умовах.

Об'єкт досліджень - технологія отримання високоякісного залізорудного концентрату з окислених залізистих кварцитів Кривбасу.

Предмет досліджень - закономірності утворення чистих поверхонь рудних і нерудних мінералів при їх руйнуванні із застосуванням бішофіту та особливостей селективного флокулоутворення мінералів перед магнітним збагаченням окислених руд.

Методи досліджень. При виконанні дисертаційної роботи використовувались: аналітичні методи - для обґрунтування механізму дії реагентів при подрібненні руд; фізичне моделювання - для вивчення руйнування зерен мінералів, флокуляції частинок, магнітної сепарації; виміри дзета-потенціалу методом протікання - для визначення заряду на поверхні кварцу; хімічний, спектральний, гравітаційний і магнітний аналізи вихідної руди, продуктів збагачення при експериментальних дослідженнях, лабораторних та напівпромислових випробуваннях; математична обробка результатів досліджень; техніко-економічне обґрунтування (ТЕО) розроблених рекомендацій.

Наукові положення та наукова новизна отриманих результатів:

Наукові положення, що виносяться на захист

1. Умови неможливості закріплення на кварці тонких частинок гематиту, мартиту, гідроксидів заліза і магнетиту створюються при подрібненні сировини із застосуванням бішофіту, що приводить до підвищення контрастності фізико-механічних характеристик рудних та нерудних мінералів.

2. Збільшення ефективності магнітного збагачення окислених кварцитів можливе за рахунок створення нейтрального заряду на поверхні кварцу, що забезпечує селективну флокуляцію нерудних мінеральних часток внаслідок чого не відбувається захоплення нерудного мінералу на магнітних центрах високоградієнтного сепаратора.

Наукова новизна отриманих результатів

1. Уперше, для отримання чистих поверхонь та підвищення контрастності поверхневих фізико-хімічних характеристик рудних і нерудних мінералів запропоновано обробку вихідної руди перед її подрібненням аерозолем бішофіту.

2. Уперше розкрито механізм дії бішофіту на поверхні силікатів, який полягає в тому, що комплексний іон [Mg(H₂O)₆]⁺² бішофіту закріплюється шляхом заміщення водню силанольної та силаксанової груп мінералу кварцу.

3. Уперше встановлено, що при сепарації подрібненої руди з використанням бішофіту відбувається значно менше засмічення магнітного продукту нерудними мінералами за рахунок селективного флокулоутворення нерудних часток, що дозволяє отримати приріст масової частки заліза в кінцевому концентраті у порівнянні з базовим варіантом на 3,1 % без знешламлювання, на 2,9 % зі знешламлюванням промпродукту без бішофіту та на 4,1 % із застосуванням бішофіту та знешламлюванням.

Наукове значення роботи полягає у встановленні умов утворення чистих поверхонь нерудних мінеральних зерен при подрібненні із застосуванням бішофіту та особливостей флокулоутворення нерудних мінералів перед магнітним збагаченням сировини.

Обґрунтованість та достовірність наукових положень, висновків і рекомендацій підтверджується достатнім обсягом статистичного матеріалу, а також збіжністю теоретичних та експериментальних даних, при коефіцієнті множинної кореляції не менше 0,9, позитивними результатами укрупнених випробувань розробленої технології.

Практичне значення отриманих результатів

На підставі встановлених особливостей отримання чистих поверхонь мінеральних зерен при подрібненні із застосуванням бішофіту розроблено і перевірено в напівпромислових умовах технологію збагачення окислених залізистих кварцитів, що дозволяє отримати високоякісні концентрати з мінімальними втратами заліза у хвостах. Розроблена та обґрунтована технологічна схема підготовки руди до збагачення, яка дозволяє підвищити ефективність магнітної сепарації, а саме збільшити якість отриманого концентрату на 4,1 % із застосуванням бішофіту і знешламлюванням. Впровадження даних наукових і теоретичних розробок на збагачувальній фабриці КГЗКОРу забезпечить отримання високоякісного концентрату з масовою часткою заліза 65,1 %.

Матеріали дисертаційної роботи використані в проектній документації КГЗКОР, при складанні навчальних програм по дисциплінам «Підготовчі процеси збагачення», «Флотаційні методи збагачення», «Магнітні методи збагачення» для студентів спеціальності 6.090302 у Криворізькому технічному університеті; при викладанні навчальних дисциплін «Теоретичні основи механічної обробки корисних копалин», «Теорія та технологія процесів огрудкування металургійної сировини», «Металургія чавуну» для студентів спеціальності 7.090401 «Металургія чорних металів» у Національній металургійній академії України.

Особистий внесок автора в розробленні наукових положень, винесених на захист, полягає у формулюванні мети, наукових положень і завдань досліджень, теоретичному та експериментальному обґрунтуванні високоефективних технологій підготовки і збагачення окислених залізистих кварцитів.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи доповідалися й обговорювалися на Міжнародній науково-технічній конференції «Сталий розвиток гірничо-металургійної промисловості» (м. Кривий Ріг, 2005, 2006, 2007, 2008 рр.); ІV, V Міжнародному симпозіумі «Якість - 2005, 2008» (м. Алушта, смт Партеніт); VI Конгресі збагачувальників країн СНД (м. Москва, 2007 р.); Міжнародному форумі молодих учених «Проблеми надрокористування» (м. Санкт-Петербург, 2007 р.).

Публікації. Матеріали дисертаційної роботи викладено в 7 статтях у наукових журналах і збірниках (у тому числі 6 у фахових виданнях), 3 патентах на корисну модель.

Структура й обсяг роботи. Дисертаційна робота складається зі вступу, 5 розділів основного тексту, висновків, списку використаних джерел зі 149 найменувань і 5 додатків. Дисертація викладена на 150 сторінках, включає 19 рисунків і 13 таблиць на 32 сторінках, список використаних джерел на 17 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтована актуальність теми дисертаційної роботи, сформульовані мета і завдання досліджень, визначено об'єкт та предмет роботи, відображено наукові положення, що виносяться на захист, наукову новизну й основні результати, а також дані щодо апробації та публікації досліджень.

У першому розділі проведено огляд технологій і теорій, які забезпечують отримання високоякісного концентрату з окислених залізистих кварцитів.

У результаті аналізу сучасного стану переробки залізорудної сировини у вітчизняній і закордонній практиці встановлено, що значний внесок у вдосконалення техніки й технології підготовки та збагачення залізорудної сировини здійснили В.І. Ревнивцев, П.Є. Остапенко, П.І. Пілов, В.П. Надутий, В.М. Шохін, П.І. Зеленов, В.А. Конєв, В.В. Кармазін, В.І. Кармазін, М.К. Воробйов, С.О. Богідаєв, Г.В. Губін, М.М. Бережний, В.П. Ляхов, Л.О. Ломовцев, С.Б. Леонов, Г.Д. Краснов, І.К. Младецький, Х.У. Ковальчук, М.К. Кравцов, О.М. Туркеніч, В.М. Малий, В.О. Чантурія, А.Ю. Антіпов, В.О. Арсентьєв, А. Малхарек, Я. Свобода, Р.С. Улубабов, П.О. Усачов, А. Чапелі та ін.

З усього різноманіття окислених руд можна виділити три основні групи окислених та змішаних руд з кремнеземистими породами, які мають промислове значення і розрізняються за масовою часткою заліза - бідні, приблизно 40 % заліза, руди середньої якості з 40-50 % заліза та багаті - масова частка заліза 50 % та більше. У той же час, масова частка заліза у руді не визначає її збагачуваність, однак встановлено, що бідні кварцити частіше за все є тонковкрапленими та мають більш тонку вкрапленість рудних мінералів, ніж кварцити середньої якості. Багаті окислені залізні руди частіш за все є масивними і для розкриття рудних мінеральних зерен не потребується тонкого подрібнення.

Аналіз схем збагачення показує, що у країнах далекого зарубіжжя висока масова частка заліза у концентратах досягається виключно за допомогою спеціальних засобів їх доводки (тонке грохочення, флотація, знешламлювання і комбінація цих процесів), в Україні та країнах СНД - шляхом більш тонкого їх подрібнення у кульових млинах і збагачення у поєднанні зі знешламлюванням.

Аналіз основних втрат у процесах первинної переробки окислених залізистих кварцитів показує, що при подрібненні їх у кульових млинах втрати заліза складають 30-35 % усіх втрат мінералів за рахунок переподрібнення легкошламованих рудних мінералів.

При різному типі подрібнення не вдається виділити розкриті зерна мінералів у повному обсязі. При подрібненні виникає забруднення утворюваних поверхонь рудних і нерудних мінералів залізних руд. Експериментально доведено міцне закріплення на поверхні зерен кварцу дисперсних частинок рудних мінералів залізистих кварцитів - магнетиту, гематиту, мартиту та гідроксидів заліза, а на рудних зернах - частинок кварцу. Максимальна крупність частинок, які закріпились на поверхнях подрібнюваних зерен мінералів, не перевищує 0,8 мкм. Ці частинки не видаляються з поверхні рудних і нерудних мінералів навіть інтенсивним промиванням. Виявлено можливість інтенсифікації магнітного збагачення в полі з низькою напруженістю з використанням кислотної обробки. Ефект підвищення якості залізорудного концентрату з 65,2 до 66,9 % можна досягти при витратах кислоти 2 кг/т з метою усунення адгезійної та магнітної флокуляції рудних і нерудних зерен. Така технологія, незважаючи на позитивний результат, отриманий у лабораторних умовах, не впроваджена у виробництво внаслідок високих витрат кислоти.

З огляду досвіду роботи передових збагачувальних фабрик ближнього та далекого зарубіжжя, нових, досить перспективних розробок щодо отримання високоякісного залізорудного концентрату з окислених руд установлено, що необхідна особлива технологія підготовки руди та її збагачення. Це можливо здійснити із застосуванням бішофіту в процесі подрібнення вихідної сировини та подальшого її знешламлювання перед магнітним збагаченням. За результатами аналізу сформульовані завдання дослідження, вирішення яких дозволяє досягти мети дисертації.

У другому розділі описано об'єкти та методи досліджень. Показано, що для розширення мінерально-сировинної бази необхідне залучення в переробку окислених руд Кривбасу. Тому, дослідження ефективної підготовки і збагачення окислених залізистих кварцитів проводилися на пробах двох Криворізьких родовищ: Валявкінського - сировинної бази НКГЗК та Скелеватського - сировинної бази ПівдГЗК.

Рудні мінерали в окислених залізистих кварцитах представлені гематитом, у незначній кількості магнетитом, гідроксидами, карбонатами та силікатами. Нерудні шари залізистих горизонтів складаються переважно з кварцу.

Загальною закономірністю структури окислених залізистих кварцитів Кривбасу є поступове збільшення вкрапленості рудних мінералів від пилоподібної до суцільної зі збільшенням масової частки заліза у шарах. Нерудну вкрапленість у рудних шарах представлено кварцом, яка характеризується малими розмірами окремих вкрапленостей (менше 0,01 мм).

Залізисті кварцити родовищ Кривбасу при їх подрібненні відрізняються неоднорідністю мінерального складу і масової часткою заліза за класами крупності.

Для отримання чистої поверхні мінеральних зерен при подрібненні окислених залізистих кварцитів в роботі рекомендується використовувати природний розчин солі хлористого магнію (бішофіту) у воді, який сертифіковано згідно з РПБ ТУ 25 Україна 22529511-003-97. Масова частка іонів магнію - не менше 7 %, хлористого магнію - не менше 24 %, хлористого натрію - не більше 5 %.

Для отримання результатів досліджень речовинного складу руд, процесів подрібнення й збагачення в роботі застосовано фазовий, мінералого-аналітичний і хімічний аналізи вихідної руди та продуктів збагачення; дослідження магнітних, гравітаційних і флотаційних властивостей мінералів відповідно до методів Держстандарту України: ДСТУ 3195-95, ДСТУ 3196-95, ДСТУ 3198-95, ДСТУ 3207-95, ДСТУ 3210-95, ISO 3082:200 МОD, ISO 10836:200 МОD.

Магнітний аналіз вихідної руди, продуктів збагачення проводився на аналізаторах АМ-1 - для сильномагнітних частинок та 259-СЕ - для слабомагнітних частинок. У роботі здійснено виміри дзета-потенціалу методом протікання - для визначення заряду на поверхні кварцу. Моделювання технологічної схеми збагачення окислених залізистих кварцитів Кривбасу виконане з використанням сепаратора ЕРЛ-2А в умовах безперервно діючої установки КГЗКОРу.

У третьому розділі з метою отримання при подрібненні чистої поверхні мінералів окислених залізистих кварцитів Кривбасу із застосуванням бішофіту виконано теоретичне обґрунтування цього процесу.

Як відомо, з одного боку, підвищення ступеню розкриття мінералів з часом подрібнення пов'язане зі збільшенням контрастності фізичних властивостей зерен, які розділяються, а з іншого боку, спостерігається погіршення умов сепарації при переподрібненні матеріалу за рахунок утворення великої кількості шламів та отримання забруднених новоутворених поверхонь зерен. У якості чинника, що підвищує можливість отримання чистих поверхонь мінеральних зерен пропонується використання розчину бішофіту Mg(H₂O)₆Cl₂. Ця сіль належить до кристалосольватів і містить 6 молекул води.

Іони бішофіту у розчині утворюють з молекулами води гідратні комплекси MgCl₂·6H₂O, які містять комплексний іон [Mg(H₂O)₆]⁺².

На відміну від лужноземельних металів, таких як кальцій і магній, ці комплексні іони не будуть відмиватися з поверхні мінералів.

У кварці кожний атом кремнію пов'язаний з чотирма атомами кисню, а кожний атом кисню - з двома атомами кремнію, що схематично можна зобразити таким чином:

[SiO₂]_m ? Si - O - Si ? [SiO₂]_n. (1)

У цьому рівнянні три зв'язки при Si означають, що атом кремнію, який знаходиться на поверхні, пов'язаний з трьома атомами кисню гратки кварцу, позначеної символами [SiO₂]_m та [SiO₂]_n.

При руйнуванні кристалів кварцу на їх поверхні оголяються силаксанові групи Si - O - Si та розриваються зв'язки між кремнієм і киснем з утворенням ненасичених зв'язків при кожному атомі, а саме:

[SiO₂]_m ? Si - O - і - Si ? [SiO₂]_n. (2)

Якщо руйнування відбувається у воді, то в кожному місці розриву зв'язків спостерігається поглинання одинарного іону Н⁺ та одинарного іону ОН- і поверхня кварцу покривається силанольними групами ? Si - ОН.

У присутності комплексних іонів бішофіту в пульпі водень силанольної групи заміщується продуктом гідролізу катіону металу ([Mg(H₂O)₆]⁺²) за реакцією:

[SiO₂]_m ? Si - OН + [Mg(H₂O)₆]²⁺ ? SiO - [Mg(H₂O)₆]⁺ + Н⁺. (3)

Адсорбовані комплексні іони магнію на поверхні кварцу не порушують структури гратки в мінералі, але в значному ступені є гідратованими. Ці іони міцно закріплюються на поверхні кварцу та в дуже малій кількості відмиваються водою при десорбції іонів з рН = 6-7.

Припускається, що іони бішофіту можуть закріплюватися й на силаксанових ділянках поверхні, що повинне приводити до більш міцного закріплення сорбованих сполук.

При одночасній присутності у пульпі кварцу й гематиту в суспензії обов'язково є присутніми іони заліза, магнію, кальцію. Останні здатні витісняти з поверхні кварцу іони водню, однак не комплексні іони бішофіту. Закріплення іонів заліза буде першочерговим у порівнянні з іонами кальцію та магнію та може здійснюватися на недисоційованих ділянках поверхні мінералу. Оскільки кількість цих ділянок дуже мала у зв'язку з тим, що комплексні сполуки магнію не відмиваються водою з поверхні кварцу, то дисоціація іонів заліза мала, а значить, і можливість налипання шламистих частинок гематиту різко знижується.

Після подрібнення кварцу в млині з використанням бішофіту на його новоутворених поверхнях присутні, в основному, комплексні іони [Mg(H₂O)₆]⁺², які сприяють утворенню чистої поверхні кварцу (табл. 1).

Таблиця 1

Результати адсорбції складових бішофіту мінеральними різновидами

Концентрація бішофіту, %	Адсорбція на мінеральних різновидах, мг/м2
	селикогель	кварц	гематит	гетит	кварцит
Крупність сорбенту 3-2 мм
5,0	4092	3742	126	-	2632
10,0	4963	4122	138	-	2966
2,5	3111	2042	93	-	1232
0,001	0,82	0,58	0,09	-	0,44
Крупність сорбенту 3-0 мм
5,0	-	3816	130	120	3792
10,0	-	4295	142	127	4005
2,5	-	2244	90	81	1794
0,001	-	0,62	0,09	0,07	0,50
Сорбент 3-0 мм подрібнювався до 50 % класу -0,074 мм
5,0	-	5612	143	-	4630
2,5	-	2375	110	-	-
0,001	1,46	0,74	0,1	-	2042
Сорбент 3-0 мм подрібнювався до 60 % класу -0,074 мм
5,0	-	6144	151	-	5293
2,5	-	2596	114	-	2216
0,001	1,69	0,80	0,1	-	0,59
Сорбент 3-0 мм подрібнювався до 70 % класу -0,074 мм
5,0	-	6149	151	-	5295
2,5	-	2597	114	-	2218
0,001	1,71	0,80	0,11	-	0,62
Сорбент 3-0 мм подрібнювався до 80 % класу -0,074 мм
5,0	-	6150	151	-	5299
2,5	-	2602	116	-	2220
0,001	1,72	0,80	0,12	-	0,62

Поверхневий шар гематиту в млині у водному середовищі можна подати у вигляді Fe₂O₃|FeO(OH). На поверхні гематиту вже присутні іони тривалентного заліза, які важко відмиваються водою. Крім цього, не існує умов для закріплення центрів кварцу, а отже, налипання тонких частинок кварцу на гематиті виникати не буде.

Отже, при подрібненні в технічній воді з використанням бішофіту можна досягти чистих поверхонь мінералів кварцу і гематиту.

З метою зниження витрат бішофіту на гематиті, вивчалось зрошування поверхні руди розчином цієї солі при рН = 4-5 до подрібнення сировини. для цього більш детально досліджувалась поверхня мінералів.

При дослідженні процесів, які протікають на границі розділу «мінерал - розчин реагенту», були проведені вимірювання електрокінетичного заряду поверхонь дисперсних частинок як рудних, так і нерудних мінеральних зерен.

Для дослідження було вибрано дисперсні частинки як основного нерудного мінералу - кварцу, так і основного рудного мінералу - гематиту.

Результати досліджень вимірювання дзета-потенціалу показали, що кварц у нейтральному середовищі має негативний заряд, а зі збільшенням кислотності потенціал мінералу зменшується. Перезарядка поверхні кварцу виникає при рН = 4,5. Падіння негативної величини дзета-потенціалу кварцу при рН більше 10 пояснюється сорбцією на його поверхні іонів натрію. Перезарядка при рН ? ? виникає завдяки іонам водню, які накопичуються на поверхні мінералу.

За результатами вивчення системи «кварц - розчин бішофіту» відзначено, що нульовий заряд поверхні кварцу досягається при рН = 4-5. Крім того, бішофіт знижує негативний заряд поверхні кварцу з 49 до 15 мВ, тим самим зменшує можливість закріплення шламистих частинок у 3,3 рази. Порівняння результатів вимірювань дзета-потенціалів дозволяє зробити висновок, що адсорбція комплексних катіонів бішофіту має місце на заряджених центрах поверхні незруйнованого кварцу.

При вивченні впливу раціональної концентрації бішофіту на зменшення міцності мінералів при стендових випробуваннях установлено, що найбільший ефект досягається при концентрації реагенту в межах 20-40 % (рис. 1). З'ясовано, що при зменшенні концентрації бішофіту час руйнування зразка збільшується.

За результатами досліджень визначено оптимальне значення рН реагенту (рН = 4-5) при аерозольній обробці ним окислених залізистих кварцитів (див. рис. 1).

Дослідження механізму дії бішофіту при подрібненні мінеральних різновидів окислених залізистих кварцитів показали, що досягнута за рахунок використання бішофіту при подрібненні чистота поверхні кварцу і гематиту в наступних технологіях знешламлювання та магнітної сепарації в слабкому й сильному полях буде сприяти високоефективному розділенню рудних і нерудних мінеральних зерен з отриманням кінцевого залізорудного концентрату з високою масовою часткою заліза за рахунок отримання чистих поверхонь мінеральних зерен.

Результати ситового аналізу руди після подрібнення з використанням бішофіту і без нього доводять, що використання бішофіту при подрібненні окислених залізистих кварцитів сприяє утворенню чистих поверхонь мінеральних зерен, що підтверджується результатами табл. 2. Утворення чистої поверхні із застосуванням бішофіту збільшується на 3-24 %.

Таблиця 2

Показники утворення чистої поверхні при подрібненні
мінеральних різновидів руди Скелеватського і Валявкінського родовищ

Варіант	Скелеватське родовище	Валявкінське родовище
	4 з. г.	5 з. г.	6 з. г.	4 з. г.	6 з. г.
Базовий	0,77	0,64	0,67	0,64	0,53
Рекомендований	0,86	0,67	0,76	0,87	0,57
Різниця, %	9	3	9	23	4

У технологічному процесі подрібнення сировини час має важливе значення і також впливає на селективність процесу. Бішофіт, адсорбований на поверхні мінералу, впливає на контрастність фізико-механічних властивостей зерен. При цьому енергія механічного руйнування А_р деякого об'єму залізорудної маси складається з енергії, що витрачається на механічне переміщення кусків руди, , енергії, що витрачається на утворення нової поверхні, та енергії, що витрачається на теплове виділення за рахунок тертя куль між собою, рудою та футеровкою млина А₀. З урахуванням того, що не вся механічна енергія витрачається на утворення нових поверхонь подрібнюваних частинок рудної сировини, коефіцієнт корисної дії процесу може бути визначений як з = 1 - А₀ / А_р.

У результаті механічного впливу кульового навантаження на зерна залізорудної сировини виникає прирощення площі поверхні вихідного матеріалу за рахунок утворення уламків.

Тоді енергія, яка витрачається на руйнування куска руди механічним способом, дорівнює:

(4)

де у_s - ефективна питома енергія механічного руйнування мінеральних зерен, Дж/м²; ДS - новоутворена поверхня, м²; b - коефіцієнт пропорційності; с - об'ємна густина руди, кг/м³; V₀ - об'єм рудної сировини, м³; k та - коефіцієнти пропорційності, які враховують процес механічного руйнування руди в млині за рахунок зовнішніх та внутрішніх тріщин; ДS_e = S - S₀ - прирощення поверхні мінеральних зерен за рахунок руйнування від первісного значення, м²; V - об'єм зерен, які руйнуються, м³; з - коефіцієнт корисної дії.

Тоді час, необхідний для подрібнення рудних і нерудних зерен, буде визначатися як

. (5)

Як показав розрахунок сумарного часу подрібнення, за математичною моделлю він складає 25 хв. Практичними дослідженнями доведено, що оптимальним сумарним часом подрібнення окислених залізистих кварцитів є 20-25 хв, що підтверджує адекватність математичної моделі.

Подальші дослідження щодо вивчення чистоти поверхонь рудних мінералів показали, що відсутність вільних дисперсних частинок при подрібненні сприяє збереженню мономінералу рудної частини (рис. 2).

Найбільше забруднення поверхні рудних мінералів спостерігається в окислених залізистих кварцитах п'ятого залізистого горизонту Скелеватського родовища. Це пов'язано з особливостями мінеральних різновидів і вкрапленістю цього горизонту порівняно з рудами Валявкінського родовища.

Отже, з використанням бішофіту при руйнуванні з часом подрібнення для тонковкраплених окислених кварцитів спостерігається збільшення масової частки заліза в окремих і особливо тонких класах крупності, за рахунок того, що застосовуючи бішофіт при подрібненні кварцитів і не змінюючи ступеня розкриття мінералів (81-93 %), можливо збільшити отримання чистих поверхонь рудних і нерудних зерен. Застосування бішофіту при підготовці руд до збагачення сприятиме підвищенню ефективності всього комплексу збагачувального переділу.

У четвертому розділі наведено результати досліджень процесів збагачення із застосуванням бішофіту при подрібненні.

Створення умов селективної флокуляції можливе за рахунок утворення чистих поверхонь мінералів, що уможливлюється використанням бішофіту при подрібненні сировини.

Підтвердженням теоретичного обґрунтування з покращення процесу подрібнення окислених залізистих кварцитів при використанні розчину бішофіту є те, що при різній крупності подрібнення досягаються кращі показники збагачення.

Так, якщо при збагаченні руди за базовим варіантом масова частка заліза у магнітному продукті I стадії для кварцитів 4 з. г. збільшується з 49,1 % до 52,0 % при крупності подрібнення відповідно від 60 до 75 % класу мінус 0,074 мм, то за запропонованим варіантом масова частка заліза збільшується з 49,9 до 53,7 %, при цьому втрати заліза з хвостами знижуються порівняно з базовим варіантом у діапазоні від 0,1 до 0,9 %, що підтверджує теоретичне обґрунтування технології використання бішофіту в процесі подрібнення окислених залізистих кварцитів.

Втрати заліза загального з хвостами магнітного збагачення за рекомендованим варіантом рудопідготовки зменшуються на 0,9-1,1 % для кварцитів 4 з. г. Скелеватського і Валявкінського родовищ (рис. 3, 4).

Як показали порівняльні дослідження за базовим варіантом, масова частка втрат заліза на 1,3-1,5 % більша порівняно з рекомендованим варіантом, а вилучення безповоротних втрат на 3-5 % менше.

При магнітній сепарації подрібненої руди з використанням бішофіту відбувається значно менше засмічення магнітного продукту нерудними мінералами за рахунок селективного флокулоутворення нерудних часток, що дозволяє отримати приріст масової частки заліза в кінцевому концентраті у порівнянні з базовим варіантом на 3,1 % без знешламлювання, на 2,9 % зі знешламлюванням промпродукту без бішофіту та на 4,1 % із застосуванням бішофіту та знешламлюванням.

Чиста поверхня дисперсної частинки кварцу, отримана при подрібненні, забезпечує запобігання налипання мінералу на рудних зернах, що підвищує ефективність наступного збагачувального переділу. Масова частка заліза в кінцевому концентраті складає 65,1 % (проектний показник - 61 %). Ефективність збагачувального переділу за запропонованою технологією підвищена з 44,8 % (базовий варіант) до 52,7 % (запропонований варіант). залізорудний концентрат бішофіт кривбас

П'ятий розділ дисертації присвячений розробленню технології збагачення окислених залізистих кварцитів на основі вдосконаленого методу рудопідготовки. Теоретичні розрахунки, а також експериментальні дослідження із застосуванням бішофіту перед подрібненням та з подальшим магнітним збагаченням окислених залізистих кварцитів Кривбасу показали перспективність цієї технології.

Масова частка заліза загального у вихідній руді окислених залізистих кварцитів складала в середньому 35,4 %, заліза магнітного - 3,3 %, гідроксидів заліза - до 12,4 %, силікатів - до 6,6 %. Дослідно-промислові випробування аерозольної обробки руди розчином бішофіту перед подрібненням з подальшим знешламлюванням і магнітною сепарацією в сильному полі підтвердили доцільність даного напрямку.

У процесі випробувань були опрацьовані 4 варіанти: базовий варіант, варіант з попереднім знешламлюванням подрібненої руди та з використанням бішофіту у вигляді аерозольної обробки руди перед подрібненням, а також варіант із застосуванням бішофіту та попереднім знешламлюванням (табл. 3).

Як показали дослідження при переробці шихти окислених залізистих кварцитів 4 з. г. Скелеватського родовища за проектною схемою одержано концентрат з масовою часткою заліза 61,2 % і хвости з втратами заліза загального до 18,5 %. Ефективність усього комплексу збагачувального переділу склала 44,7 %. Операція знешламлювання сприяє підвищенню якості концентрату до 63,7 % при загальних втратах заліза 16,5 %. Ефективність збагачувального переділу склала 49,5 %.

Застосування аерозольної обробки окислених залізистих кварцитів перед подрібненням бішофітом і наступна селективна флокуляція забезпечує одержання концентрату з масовою часткою заліза 65,1 % і ефективністю збагачувального переділу 50,8 %.

Залежно від текстурно-структурних особливостей переробленої руди змінюються й витрати бішофіту, а разом з цим змінюється приріст готового класу в розвантаженні млина. Так, при переробці міцної структури окислених залізистих кварцитів при витратах бішофіту 0,5-0,7 кг/т забезпечується приріст готового класу до 6 %.

Таблиця 3

Порівняльні показники збагачення шихти
окислених залізистих кварцитів Кривбасу за варіантами схем

Найменування операції, стадія	Масова частка заліза у вихідній руді, %	Магнітний продукт, %	Немагнітний продукт, %	Ефективність збагачення, %
		вихід	масова частка заліза	вилучення	вихід	масова частка заліза	вилучення
Проектна схема
1 стадія	35,4	54,9	51,1	79,2	45,1	16,3	20,8	37,7
2 стадія	51,1	39,6	61,2	68,4	15,3	25,0	10,8	-
всього	35,4	39,6	61,2	68,4	60,4	18,5	31,6	44,7
З попереднім знешламлюванням
1 стадія	35,4	51,6	53,8	78,4	48,4	15,8	21,6	41,5
2 стадія	53,8	40,0	63,7	72,0	11,6	19,6	6,4	-
всього	35,4	40,0	63,7	72,0	60,0	16,5	28,0	49,5
З використанням бішофіту
1 стадія	35,4	54,6	52,6	81,1	45,4	14,7	18,9	41,1
2 стадія	52,6	41,2	63,9	74,4	13,4	17,9	6,7	-
всього	35,4	41,2	63,9	74,4	58,8	15,4	25,6	51,3
З використанням бішофіту та попереднім знешламлюванням
1 стадія	35,4	49,0	56,7	78,5	51,0	14,9	21,5	45,6
2 стадія	56,7	39,5	65,2	71,8	10,0	23,5	6,7	-
всього	35,4	39,0	65,2	71,8	61,0	16,4	28,2	50,8

Не враховуючи особливостей речовинного складу окислених залізистих кварцитів Кривбасу з урахуванням залучення в переробку кварцитів 5 з. г., а також техногенних родовищ, рекомендовано технологічну схему з попередньою аерозольною обробкою руди перед подрібненням розчином бішофіту, яка дозволяє: зменшити налипання дисперсних частинок кварцу на рудні зерна; інтенсифікувати процес руйнування мінеральних зерен в операції їх подрібнення; зменшити енерговитрати на процес збагачення в цілому; підвищити масову частку заліза у кінцевому концентраті на 4,1 % (з 61 % у базовому варіанті до 65,1 % - у запропонованому), зменшити втрати заліза у хвостах на 2,1 % (з 18,4 % у базовому варіанті до 16,3 % - у запропонованому).

Якісно-кількісні показники запропонованої технологічної схеми прийняті за результатами збільшених випробувань, а також коефіцієнта перерахунку від збільшених випробувань до промислових результатів.

Руди, що надходять на переробку в умовах КГЗКОРу з масовою часткою заліза 35,2 %, перед подрібненням піддаються аерозольній обробці з розрахунку до 0,6 кг/т.

Двостадійне подрібнення руди і магнітна сепарація забезпечують отримання кінцевого концентрату з масовою часткою заліза 65,1 % при вилученні 71,6%. Економічний ефект від упровадження складає 10,345 млн грн / рік.

За даними дослідно-промислових випробувань підтверджено схему переробки кварцитів із застосуванням розчину бішофіту при подрібненні та з подальшим магнітним знешламлюванням руди перед магнітною сепарацією.

ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі, що є закінченою науково-дослідною роботою, вирішено актуальне науково-практичне завдання, що забезпечує вдосконалення технології підготовки та збагачення окислених залізистих кварцитів на підставі встановлення закономірностей утворення чистих поверхонь рудних і нерудних мінералів із застосуванням бішофіту при руйнуванні та особливостей флокулоутворення мінералів перед магнітним збагаченням сировини.

Найбільш важливі наукові й практичні результати, висновки та рекомендації:

1. Як показав аналіз досліджень і практики збагачення окислених руд, у розроблених раніше схемах при подрібненні виникає забруднення новоутворених поверхонь рудних і нерудних мінералів залізних руд - на поверхні зерен кварцу має місце міцне закріплення дисперсних частинок рудних мінералів залізистих кварцитів - магнетиту, гематиту, мартиту та гідроксидів заліза, а на рудних частинках - кварцу. Автором показано, що при подрібненні окислених кварцитів найбільш раціональним є застосування бішофіту, що і дозволяє отримати чисту поверхню мінералів. З метою підвищення ефективності магнітного збагачення окислених кварцитів раціонально застосовувати магнітне знешламлювання руди, подрібненої з розчином бішофіту.

2. Вивчено хімічний і мінеральний склади окислених кварцитів Скелеватського й Валявкінського родовищ, їх текстурно-структурні особливості та фізико-механічні властивості, що визначають їх розкриття й збагачуваність. Загальною закономірністю структури окислених залізистих кварцитів Кривбасу є поступове збільшення вкрапленості рудних мінералів від пилоподібної до суцільної по мірі збільшення масової частки заліза в шарах. Нерудна вкрапленість у рудних шарах, як правило, відрізняється малими розмірами окремих вкрапленостей (менше 0,01 мм).

3. Умови отримання чистої новоутвореної поверхні кварцу та частинок гематиту, мартиту, гідроксидів заліза й магнетиту створюються при подрібненні сировини із застосуванням бішофіту, що приводить до підвищення контрастності фізико-механічних характеристик рудних і нерудних мінералів.

4. Уперше розкрито механізм дії бішофіту на поверхні силікатів, який полягає в тому, що комплексний іон [Mg(H₂O)₆]⁺² бішофіту закріплюється шляхом заміщення водню силанольної та силаксанової груп мінералу кварцу.

5. З'ясовано, що створення нейтрального заряду на поверхні кварцу сприяє забезпеченню селективної флокуляції нерудних мінеральних часток у процесі збагачення окислених кварцитів. Унаслідок їх флокуляції в крупні флокули засмічення нерудними мінералами значно менше перед магнітною сепарацією, завдяки чому не відбувається їх захоплення на магнітних центрах високоградієнтного сепаратора.

6. Встановлено, що при сепарації подрібненої руди з використанням бішофіту відбувається значно менше засмічення магнітного продукту нерудними мінералами за рахунок селективного флокулоутворення нерудних часток, що дозволяє отримати приріст масової частки заліза в кінцевому концентраті в порівнянні з базовим варіантом на 3,1 % без знешламлювання, на 2,9 % зі знешламлюванням промпродукту без бішофіту та на 4,1 % із застосуванням бішофіту та знешламлюванням.

7. Економічний ефект від впровадження рекомендованої технології переробки окислених залізистих кварцитів на КГЗКОРі складає 10,345 млн грн / рік.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ РОБІТ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ:

1. Кравцов Е.Н. Эффективные способы рудоподготовки окисленных железных руд Кривбасса / Е.Н. Кравцов, В.В. Красуля, А.В. Булах // Качество минерального сырья. - Кривой Рог : Минерал, 2005. - С. 185-189.

2. Булах А.В. Новые направления по повышению эффективности измельчения окисленных железных руд / А.В. Булах // Разработка рудных месторождений. - № 90. - Кривой Рог : КТУ, 2006. - С. 113-117.

3. Кравцов В.Н. Усовершенствование технологии подготовки окисленных железистых кварцитов для обогащения / В.Н. Кравцов, А.В. Булах // Вісник Криворізького технічного університету. - № 17. - Кривий Ріг : КТУ, 2007. - С. 69-71.

4. Кравцов В.Н. Рациональные способы дезинтеграции окисленных железных руд Кривбасса / В.Н. Кравцов, А.А. Хиноцкая, А.В. Булах, Е.Н. Кравцов // Вісник Криворізького технічного університету. - № 19. - Кривий Ріг : КТУ, 2007. - С. 58-61.

5. Булах А.В. Перспектива повышения эффективности процесса рудоподготовки окисленных железистых кварцитов Кривбасса / А.В. Булах // Разработка рудных месторождений. - № 92. - Кривой Рог : КТУ, 2008. - С. 256-258.

6. Булах А.В. Новый подход к решению вопроса селективной флокуляции / А.В. Булах // Качество минерального сырья. - Кривой Рог : КТУ, 2008. - С. 362-367.

7. Назаренко В.М. Новый подход к повышению качества железорудного концентрата / В.М. Назаренко, В.Н. Кравцов, А.В. Булах, Г.В. Данилюк // VI конгресс обогатителей стран СНГ. - Т. 2. - М. : МИСиС, 2007. - С. 30-31.

8. Пат. 65960 А Україна, МКИ ВОЗВ 7/00. Спосіб збагачення залізної руди / Сологуб А.І., Кравцов М.К., Кравцов Е.М., Борон А.А., Галіч В.В., Булах О.В.; заявник та патентовласник Криворізький технічний університет. - № 2003076314 ; заявл. 08.07.03 ; опубл. 15.04.04, Бюл. № 4. - 2 с.

9. Пат. 24598 Україна, МПК В 03 С 1/00. Спосіб збагачення окисленої залізної руди / Кравцов В.М., Булах О.В., Кравцов Є.М., Яременко В.І., Данилюк Г.В., Хіноцька А.А., Кравцов М.К., Мазалов В.В.; заявник та патентовласник Криворізький технічний університет. - № u200700921 ; заявл. 29.01.2007; опубл. 10.07.2007, Бюл. № 10.

10. Пат. 29274 Україна, МПК В 03 С 1/00. Спосіб збагачення залізних руд / Колесник М.Д., Кравцов В.М., Хіноцька А.А., Ломовцев Л.О., Кравцов Є.М., Верховський С.С., Булах О.В., Кравцов М.К.; заявник та патентовласник Криворізький технічний університет. - № u200709503, заявл. 21.08.2007; опубл. 10.01.2008.

У роботах, написаних у співавторстві, дисертантові належать: [1, 4] - аналіз результатів досліджень магнітної сепарації сировини, [3, 7] - проведення досліджень з магнітної сепарації, аналіз практики збагачення і перероблення окислених залізистих кварцитів.

АНОТАЦІЯ

Булах О. В. Вдосконалення технології підготовки та збагачення окислених залізистих кварцитів із застосуванням бішофіту. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеню кандидата технічних наук за спеціальністю 05.15.08 - збагачення корисних копалин. - Криворізький технічний університет, Кривий Ріг, 2008.

У дисертаційній роботі, що є закінченою науково-дослідною роботою, вирішено актуальне науково-практичне завдання, що забезпечує вдосконалення технології підготовки та збагачення окислених залізистих кварцитів на підставі встановлення закономірностей утворення чистих поверхонь рудних і нерудних мінералів із застосуванням бішофіту при руйнуванні та особливостей флокулоутворення мінералів при магнітному збагаченні сировини.

Дисертація присвячена технології отримання високоякісного залізорудного концентрату з окислених залізистих кварцитів із застосуванням бішофіту. Показані умови для створення чистоти поверхонь всіх мінералів, які подрібнюються. Результати теоретичних і експериментальних досліджень дозволили розробити новий спосіб створення чистоти поверхонь мінералів окислених залізистих кварцитів та подальшого їх збагачення.

Встановлено, що при сепарації подрібненої руди з використанням бішофіту відбувається значно менше засмічення магнітного продукту нерудними мінералами за рахунок селективного флокулоутворення нерудних часток, що дозволяє отримати приріст масової частки заліза в кінцевому концентраті у порівнянні з базовим варіантом на 3,1 % без знешламлювання, на 2,9 % зі знешламлюванням промпродукту без бішофіту та на 4,1 % із застосуванням бішофіту та знешламлюванням.

Отримані результати лабораторних і напівпромислових досліджень показали придатність даної технології для можливості отримання високоякісного залізорудного концентрату.

Ключові слова: бішофіт, окислені залізисті кварцити, утворення чистих поверхонь мінералів, подрібнення, магнітна сепарація.

Булах А. В. Усовершенствование технологи подготовки и обогащения окисленных железистых кварцитов с применением бишофита. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.15.08 - обогащение полезных ископаемых. - Криворожский технический университет, Кривой Рог, 2008.

В диссертационной работе, которая является законченной научно-исследовательской работой, решено актуальное научно-практическое задание, которое обеспечивает усовершенствование технологии подготовки и обогащения окисленных железистых кварцитов на основании установления закономерностей образования чистых поверхностей рудных и нерудных минералов с применением бишофита при разрушении и особенностей флокулообразования минералов при магнитном обогащении сырья.

Рекомендуется использование бишофита, природной соли хлористого магния с массовой долей ионов магния не меньше 7 %, хлористого магния - не меньше 24 %, хлористого натрия - не больше 5 %, раствор которого необходимо вносить перед первой стадией измельчения. При использовании раствора бишофита установлено, что налипание шламистых частиц на минеральных поверхностях при измельчении сырья не происходит вследствие образования чистой поверхности кварца и гематита. Чистота поверхностей нерудных минералов обеспечивается адсорбцией на вновь образованных поверхностях комплексных тяжелорастворимых ионов магния, чистота поверхностей рудных минералов - вследствие отсутствия или малого количества на поверхности гематита активных центров для диссоциации комплексного иона магния, благодаря наличию на них ионов железа (III).

Аэрозольная обработка бишофитом окисленных железистых кварцитов, поступающих на обогащение, дает гарантию того, что этот раствор останется на минеральной поверхности частиц до их разрушения. Это утверждение основано на сорбционной способности, прежде всего нерудных минеральных зерен (кварца) и высокой активности диссоциирующего реагента - бишофита.

При проведении исследований было установлено, что наибольший эффект бишофита достигается при его концентрации в пределах 20-40 %. При уменьшении концентрации этого реагента время разрушения образца увеличивается.

Бишофит при измельчении окисленных железистых кварцитов способствует повышению показателей обогащения в первой и второй стадиях обогатительного передела, благодаря чему не происходит захват нерудного минерала на магнитных центрах высокоградиентного сепаратора, и как следствие - прирост массовой доли железа в конечном концентрате в среднем на 3,5 %.

Результаты теоретических и экспериментальных исследований позволили разработать новый способ создания чистоты поверхностей минералов окисленных железистых кварцитов и дальнейшего их обогащения. Полученные результаты лабораторных и полупромышленных исследований показали достоверность данной технологии для возможности получения высококачественного железорудного концентрата.

Ключевые слова: бишофит, окисленные железистые кварциты, образование чистых поверхностей минералов, измельчение, магнитная сепарация.

Bulakh А. V. Improvement of technology of preparation and concentration of oxidized ferrous quartzite with the use of bischofite. - Manuscript.

Thesis for a candidate's degree by specialty 05.15.08 - ore dressing of useful minerals. - Kryvyi Rih technical university, Kryvyi Rih, 2008.

In the thesis, that is complete research work, the actual scientific- practical task is decided, that provides perfection of technology of preparation and concentration of the oxidized ferrous quartzite on the basis of conformities setting to the law of formation of clean surfaces of ore and non-metallic minerals with the use of bischofite at destruction and features of minerals flocculeformation at magnetic ore dressing of raw material.

Dissertation is devoted to a technology of high grade iron - ore concentrate obtaining from the oxidized ferrous quartzite with the use of bischofite. The conditions for creation of surfaces cleanness of all grinding minerals are demonstrated. The results of theoretical and experimental research allowed developing a new method of creation of cleanness of surfaces of minerals of the oxidized ferrous quartzite and their subsequent concentration.

The use of bischofite at the oxidized ferrous quartzite grinding is more effective at the first and the second stages of grinding and, as a result, increase of mass particle of Fe in a final concentrate in comparison with a base variant by 3,1 % without desliming by 2,9 % with desliming product without bischofite and by 4,1 % with desliming and application of bischofite is proved.

The obtained results of laboratory and pilot research showed the fitness of this technology for possibility of high-grade iron ore concentrate obtaining.

Keywords: bischofite, oxidized ferrous quartzite, cleanness of surfaces, grinding and selectivity of opening, magnetic separation.

Размещено на Allbest.ru

...