Застосування електроімпульсного впливу для поліпшення якісно-кількісних показників магнітної сепарації

Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

КРИВОРІЗЬКИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

УДК 622.778

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

ЗАСТОСУВАННЯ ЕЛЕКТРОІМПУЛЬСНОГО ВПЛИВУ ДЛЯ ПОЛІПШЕННЯ ЯКІСНО-КІЛЬКІСНИХ ПОКАЗНИКІВ МАГНІТНОЇ СЕПАРАЦІЇ

Спеціальність 05.15.08 - збагачення корисних копалин

ПЛОТНІКОВ ВОЛОДИМИР ВОЛОДИМИРОВИЧ

Кривий Ріг - 2008

Дисертацією є рукопис.

Роботу виконано в Криворізькому технічному університеті, Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник:

ГУБІН Георгій Вікторович, доктор технічних наук, професор, Криворізький технічний університет, Міністерства освіти і науки України, завідувач кафедри металургії чорних металів та ливарного виробництва.

Офіційні опоненти:

ТУРКЕНІЧ Олександр Михайлович, доктор технічних наук, професор, Національний гірничий університет Міністерства освіти і науки України, професор кафедри збагачення корисних копалин (м. Дніпропетровськ);

РТИЩЕВ Андрій Борисович, кандидат технічних наук, ВАТ "Центральний ГЗК", головний збагачувальник.

Захист відбудеться "29" січня 2009 р. о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 09.052.03 в Криворізькому технічному університеті за адресою: ауд. 300, вул. Пушкіна, 37, м. Кривий Ріг, 50002.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Криворізького технічного університету за адресою: вул. Пушкіна, 37, м. Кривий Ріг, 50002.

Автореферат розісланий "24" грудня 2008 р.

Учений секретар спеціалізованої вченої ради Д 09.052.03, кандидат технічних наук, доцент М.П. Тиханський.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність роботи. Україна займає провідне місце у світі за запасами залізної руди й має у своєму розпорядженні потужну гірничорудну галузь. У програмі розвитку й реформування гірничо-металургійного комплексу України до 2010 року передбачається зростання виробництва залізорудної сировини з 55,9 млн. т/рік у 2000 р. до 61,0 млн. т/рік у 2010 р. (відповідно на 9,2 %) при одночасному підвищенні якості концентрату на 0,94-1,37 % та зниженні енергоємності виробництва.

Однак для підвищення якості концентрату необхідно впроваджувати нові технології, а також удосконалювати нині діючі. У цей момент запропоновано різні способи покращення існуючих технологічних схем збагачення магнетитових кварцитів та інтенсифікації магнітного розподілення. Багато з них задля свого впровадження потребують значних матеріальних і промислових ресурсів.

Одним з найбільш багатообіцяючих напрямків поліпшення якості концентрату є підвищення ефективності розділення при магнітній сепарації. Перспективним методом інтенсифікації магнітної сепарації, який не вимагає суттєвих капітальних затрат, є застосування електричного впливу на пульпу, яка підлягає магнітному розподіленню. Електрохімічна обробка пульпи в процесі магнітної сепарації дозволяє підвищити якісно-кількісні показники збагачення без значних змін діючої технології, а отже, не вимагає значних економічних витрат.

Дослідження, спрямовані на інтенсифікацію існуючого процесу магнітної сепарації, є сучасними й актуальними.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами Дисертаційне дослідження виконано відповідно до тематичного плану науково-дослідних робіт Криворізького технічного університету згідно з пріоритетним напрямом розвитку науки і техніки КПКВ 2601130 "Державна програма розвитку та реформування гірничо-металургійного комплексу України до 2011 року".

Мета і завдання дослідження. Метою дисертаційної роботи є поліпшення якісно-кількісних показників магнітної сепарації за рахунок застосування електроімпульсного впливу на залізорудну суспензію.

Для досягнення поставленої мети в роботі вирішуються такі завдання:

– дослідження закономірності процесу магнітного розподілення із застосуванням електрохімічної обробки;

– дослідження впливу електроімпульсного струму під час магнітної сепарації на фізичні, фізико-хімічні та технологічні властивості мінералів;

– удосконалення сепарації магнетитових кварцитів у барабанному сепараторі із застосуванням електроімпульсної обробки пульпи.

Об'єктом дослідження є технологія розділення магнетитових кварцитів у барабанних сепараторах із застосуванням електроімпульсних дій.

Предметом дослідження є процеси електрохімічної та електрофізичної дії імпульсного струму на технологічні властивості мінеральних часток подрібнених залізних руд.

Ідея роботи полягає в застосуванні електроімпульсних дій під час магнітної сепарації для поліпшення технологічних властивостей мінералів і ефективності збагачення залізних руд.

Методи досліджень. При виконанні роботи використано комплекс методів досліджень, який включав: узагальнення наукової інформації, рН_метрія та потенціометрія рідкої фази пульпи; вимірювання електрокінетичного потенціалу поверхні мінералів; лабораторні дослідження; технологічні випробування; гранулометричний та мінералогічний аналізи; методи статистичного оброблення результатів досліджень; рентгеноструктурний аналіз; фізико-механічний спосіб визначення пружних характеристик дрібних часток; мікроскопічний аналіз; магнітний аналіз мономінеральних фракцій.

Наукові положення та наукова новизна одержаних результатів:

Наукові положення

1. Активація поверхонь часток магнетиту та кварцу можлива в результаті накладення імпульсного електричного поля на гетерофазну систему, за рахунок чого збільшується енергетичний бар'єр відштовхування між частками розміром 0,5-50 мкм, та змінюються фізико-хімічні властивості суспензії, що призводить до підвищення якості концентрату на 0,6-0,8 %.

2. Ефективність магнітної сепарації може бути збільшена шляхом видалення шламових часток з поверхні крупних зерен магнетиту та кварцу, які закріпляються в результаті адгезійних взаємодій у магнітному полі сепаратора, за рахунок застосування електроімпульсного струму з амплітудою від 200 до 400 В.

Наукова новизна

1) Уперше встановлено що після електроімпульсної обробки пульпи, при частоті струму f = 1-10 Гц, електрокінетичний потенціал поверхні часток магнетиту підвищується з 5-10 мВ до 500-800 мВ; та зберігається в розмірі 20-30 % від максимально досягнутого після обробки протягом 4-6 хвилин, що призводить до зменшення засмічення поверхні магнетиту та кварцу на 70-80 %.

2) Встановлено, що енергетичний бар'єр відштовхування між частками розміром 0,5-50 мкм у процесі магнітної сепарації підвищується до 10 разів, за рахунок збільшення електрокінетичного потенціалу поверхонь часток в 80-100 разів, що сприяє підвищенню якості магнетитового концентрату на 0,6-0,8 %. електроімпульсний магнітна сепарація властивість

3) Уперше встановлено, що в результаті електроімпульсної обробки залізорудної суспензії можливе виникнення реакцій відновлення поверхонь мінеральних часток, які містять залізо, і це, як наслідок, приводить до підвищення вилучення заліза в концентрат на 0,7 %.

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

Практичне значення роботи. Розроблено принципову конструкцію агрегату для електроімпульсної обробки пульпи, яка дозволяє підвищити ефективність магнітної сепарації, а саме якість отриманого концентрату на 0,6-0,8 %. На основі даних лабораторних досліджень і технологічних випробувань на безперервно діючій установці запропоновано застосування електроімпульсних дій для інтенсифікації процесу магнітної сепарації залізних руд для промислових умов.

Наукове значення полягає в розвитку теорії й практики застосування електрохімічних процесів для магнітної сепарації, використання відомостей поведінки магнітних і немагнітних часток, умов закріплення шламових часток для підвищення ефективності магнітного розподілення.

Особистий внесок здобувача в розроблення наукових результатів, винесених на захист, полягає: у формуванні мети, ідеї, наукових положень і завдань досліджень; у теоретичному та експериментальному обґрунтуванні інтенсифікації процесу магнітної сепарації при використанні електровпливу; у створенні експериментальних установок; перевірці результатів досліджень на безперервно діючій установці.

Апробація результатів дисертації. Основні теоретичні положення й результати дослідження обговорювалися на наукових семінарах кафедри збагачення корисних копалин, кафедри металургії чорних металів і ливарного виробництва Криворізького технічного університету, на Міжнародних науково-технічних конференціях "Сталий розвиток гірничо-металургійного комплексу України" (Кривий Ріг, 2004-2005 рр.), на V-му Конгресі збагачувальників країн СНД (Москва, 2005 р.), на науково-технічній конференції "Якість мінеральної сировини" (Партеніт, 2005 р.)

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 7 наукових статей, 6 з них - у фахових виданнях.

Структура і обсяг роботи. Дисертаційна робота складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел (121 найменування) і 1 додатку. Загальний обсяг дисертації 155 сторінок, основний текст викладений на 127 сторінках. Дисертація містить 31 рисунок, 21таблицю і 1 додаток на 2 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність, розглянуто зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами, сформульовано мету та ідею роботи, завдання досліджень, визначено об'єкт, предмет і методи дослідження, викладено основні наукові положення, новизну наукових і практичних результатів та їхню вірогідність, особистий внесок здобувача, апробацію результатів, структуру роботи.

У першому розділі охарактеризовано сучасний стан технології та устаткування для збагачення магнетитових кварцитів, нові напрямки їх розвитку. Показано, що на сьогоднішній день конкурентний тиск на вітчизняні гірничорудні підприємства на європейському та інших ринках залізорудної продукції посилюється з боку світових виробників залізної руди (Швеція, Росія, Бразилія, Австралія, Індія), які пропонують залізорудну сировину з якістю 68-69 % Fe_заг. Собівартість вітчизняної продукції значно вища, ніж у закордонних підприємств. Отже, одним з важливих завдань є вдосконалення збагачення магнетитових кварцитів, у тому числі й інтенсифікація магнітної сепарації.

Удосконалення процесу збагачення проводиться за наступними напрямками:

– уведення в стандартну технологічну схему збагачення додаткових стадій контрольної класифікації зливів класифікаторів і пісків магнітних дешламаторів, а також застосування роздільної переробки несфлокульованих рудних потоків різкого гранулометричного складу;

– застосування комбінованих схем глибокого збагачення з широким фронтом дешламації та доводкою магнетитових концентратів флотацією;

– застосування гідравлічної магнітно-флокуляційної сепарації, магнітно-гідравлічної сепарації, гравітаційно-магнітної сепарації.

– використання фізичних інтенсифікуючих впливів та хімічних реагентів.

Складності отримання якісних концентратів із залізистих кварцитів зумовлені тим, що ці руди є бідними (30-35 % Fe_заг) і мають відносно тонку вкрапленість рудних мінералів. Однак досягнута масова доля заліза загального в товарному концентраті не є максимально можливою при такому ступені подрібнення й може бути підвищена не тільки за рахунок удосконалення технологічних схем збагачення, але й шляхом розробки способів зниження розубожування шламами пустої породи.

Процес утворення шламових часток пов'язаний з виникненням в подрібнювальних, збагачувальних та класифікуючих апаратах комбінацій різноманітних силових полів, які створюють умови для інтенсивної взаємодії поверхонь мінералів. Такі покриття для крупних зерен (більш ніж 10-20 мкм) необхідно відносити до класу "щільних". Механізм утворення яких пов'язаний в основному з наявністю на поверхні часток іонноелектростатичних та молекулярних силових полів. Про необхідність аналізу фізико-хімічних властивостей мінералів, та рідкої фази пульпи, свідчать результати досліджень по застосуванню способу механічного впливу на концентрати. Виявлено, що після застосування такого впливу на поверхні мінеральних часток магнетитових суспензій перед магнітною сепарацією, суттєво підвищувались якісні показники.

Значний внесок у створення й удосконалення теорії та практики магнітного збагачення, зокрема в розробку сепараторів для сильномагнітних руд і напрямків інтенсифікації їх роботи здійснили М.Г. Бедрань, В.Г. Деркач, В.В. Кармазин, В.І. Кармазин, Л.О. Ломовцев, П.А. Усачов, В.А. Чумаков та ін.

Екологічно нешкідливим методом інтенсифікації процесу збагачення, який не потребує суттєвих капітальних вкладень, є застосування електроімпульсних дій під час розділення мінералів. Електрохімічна обробка пульпи під час магнітного розділення промпродуктів збагачення магнетитових кварцитів ВАТ "Центральний гірничозбагачувальний комбінат" дозволила підвищити якість концентрату на 0,6-0,8 % порівняно з результатами досліджень без застосування електровпливу.

Застосування електрохімічних методів інтенсифікації має ряд переваг у порівнянні з іншими методами, оскільки дозволяє змінювати в необхідних межах електрокінетичні параметри мінералів і рідини, реологічні властивості пульпи без використання хімічних реагентів.

Урахування, аналіз і спрямоване використання особливостей мінералів дозволяє розробити ефективний спосіб інтенсифікації процесу магнітної сепарації залізних руд за рахунок електроімпульсної обробки.

Другий розділ роботи присвячено теоретичним дослідженням можливості застосування електровпливів для інтенсифікації процесу магнітної сепарації.

При виконанні роботи використано комплекс методів досліджень, який включав: узагальнення наукової інформації, рН_метрія та потенціометрія рідкої фази пульпи; вимірювання електрокінетичного потенціалу поверхні мінералів; лабораторні дослідження; технологічні випробування; гранулометричний та мінералогічний аналізи; методи статистичного оброблення результатів досліджень; рентгеноструктурний аналіз; фізико-механічний спосіб визначення пружних характеристик дрібних часток; мікроскопічний аналіз; магнітний аналіз мономінеральних фракцій.

Лабораторні та промислові дослідження показали, що величина електродного потенціалу мінеральних часток пульпи значно впливає на ступінь чистоти магнітного продукту та ефективність магнітної сепарації залізних руд. З підвищенням від'ємного показника електродного потенціалу магнетитових часток ефективність магнітної сепарації збільшується. Унаслідок того, що максимальний ефект від електрохімічної обробки спостерігається для матеріалів-провідників (залізорудна сировина представлена мінералами-напівпровідниками: гематитом, магнетитом, мартитом - і діелектриком - кварцем), доцільність використання електрохімічної обробки не викликає сумніву.

Імпульсний струм має такі особливі властивості.

– за рахунок малої довжини та скважності імпульсу, а також зниження теплових втрат зростає ККД використання струму в електрохімічних процесах;

– можливо надавати дуже високу напругу, що забезпечує проходження значних струмів у імпульсі між електродами;

– виникнення сильних турбулентних потоків у міжелектродному просторі сприяє зриву подвійного електричного шару, імпульси струму високих напруг при умовах відсутності виникнення іскрового розряду здійснюють енергетично більш вигідний обмін між електродами та зарядженими компонентами пульпи, ніж при розряді у звичайному електрохімічному режимі;

– дія імпульсного струму не обмежується адсорбційним моношаром; зміна амплітуди імпульсу в часі супроводжується виникненням імпульсу магнітного поля, який вільно проходить через середовище та наводить ЕДС індукції.

Електроімпульсна обробка мінеральних зерен перед магнітним розподіленням активізує відновлення поверхні магнетитових і гематитових зерен. Вірогідність переходу Fe₂O₃ > FeO (OH) зростає зі збільшенням "більш позитивних" значень окисно-відновного потенціалу рідкої фази пульпи.

Найбільш термодинамічно вірогідним слід уважати такий твердофазний перехід гематиту (мартиту) при електровідновленні:

.

Результати проведених теоретичних розрахунків та експериментальних досліджень свідчать про таке:

1. Поверхня Fe₂O₃ у водяному середовищі нестійка й переходить у FeO(OH). Таким чином, наступні відновлювальні дії при електрообробці будуть відбуватися з поверхнею Fe₂O₃]- FeO(OH), а не Fe₂O₃]- Fe₂O₃.

2. Процеси електрохімічного відновлення гематиту (мартиту) є складними, стадійними й залежать від потенціалу робочого електроду. Кінетику поверхневих змін, які протікають у системі Fe₂O₃ - H₂O, можна уявити наступним чином:

– перехід Fe₂O₃ - FeO(OH) при внесенні Fe₂O₃ у водну фазу;

– перехід FeO(OH) з поверхні у Fe₃O₄, що підтверджується як проведенням термодинамічних розрахунків, так і електрохімічними дослідженнями.

Отже встановлено, що в результаті електроімпульсної обробки залізорудної суспензії можливе виникнення реакцій відновлення поверхонь мінеральних часток, які містять залізо.

Досліди промпродуктів збагачення магнетитових руд показали, що при будь-якій крупності подрібнення не вдається отримати чисті зерна рудних і нерудних мінералів розміром від 0,1 до 0,02 мм. Головною причиною цього вважалася наявність тонкої та дисперсної вкрапленості мінералів і кварцу. Однак, як показує практика, навіть при тонкому подрібненні крупнозернистих залізистих кварцитів не виділяються вільні зерна кварциту, гематиту та магнетиту.

Мікроскопічний аналіз показав, що в магнетитових кварцитах присутня значна кількість як природних зростків магнетиту й кварцу, так і штучних, які являють собою втиснуті в поверхню магнетиту дрібні частки кварцу. При взаємодії часток кварцу з магнетитом відбувається зайняття і їхньої поверхні феромагнітним матеріалом, що підвищує можливість витягу кварцу в магнітний продукт. Магнетит покриває до 25-30 %, мартит і гематит - від 22 до 50 % поверхні кварцових часток, що дорівнює збільшенню заліза у кварці порівняно з чистим матеріалом у 1,22-1,4 рази. Це дозволяє уявити, що засмічення поверхні мінералів відбувається як при подрібненні, так і при магнітному збагаченні.

Вивчення продуктів збагачення показало, що поверхня крупних часток покрита частками менше 1 мкм, переважний розмір яких сягає 0,2-0,4 мм. Продукти розділення пульпи в гідроциклонах містять штучні зростки часток з крупністю шламів на поверхні до 5-8 мкм. Концентрати магнітного збагачення містять конгломерати часток розміром 2-5 мкм. Шлами міцно з'єднані з поверхнею зерна носія та не відмиваються навіть при флотації.

У роботі вивчені промпродукти та концентрат магнітного збагачення. Наявність і міцність закріплення шламових часток вимірювались за зміною масової долі Fe_заг в класах крупності. До продуктів була застосована інтенсивна ультразвукова "відмивка". Отримані результати дозволяють зробити висновки про те, що в різних класах крупності промпродуктів магнітного збагачення масова доля Fe_заг після УЗВ змінюється. Вивчались магнітні фракції сепараторів і застосовувалась ультразвукова обробка одночасно з видаленням шламових покриттів, руйнувались магнітні флокули, що сприяє визволенню механічно затриманих у них часток нерудних мінералів.

Встановлено, що активація поверхонь часток магнетиту та кварцу можлива в результаті накладення імпульсного електричного поля на гетерофазну систему, за рахунок чого збільшується енергетичний бар'єр відштовхування між частками розміром 0,5-50 мкм, та змінюються фізико-хімічні властивості суспензії, що призводить до підвищення якості концентрату на 0,6-0,8 %.

Виявлено, що після електроімпульсної обробки пульпи, при частоті струму f = 1-10 Гц, електрокінетичний потенціал поверхні часток магнетиту підвищується з 5-10 мВ до 500-800 мВ; та зберігається в розмірі 20-30 % від максимально досягнутого після обробки протягом 4-6 хвилин, що призводить до зменшення засмічення поверхні магнетиту та кварцу на 70-80 %.

Масова доля Fe_заг підвищується на 2,7-4,1 % в класах крупності, у яких концентруються розкриті зерна мінералів (- 0,071 мм), а в шламових продуктах (- 0,02 мм) - знижується на 14,9-7,2 % для промпродуктів І та V стадій збагачення. Це свідчить скоріше про явище чистки поверхні крупних часток від шламового покриття, ніж про визволення з магнітних флокул нерудних мінералів.

Вивчення механізму виникнення шламових шарів на поверхні крупних часток показало, що направлена зміна електрокінетичних поверхневих властивостей спричиняє зниження "забруднення" поверхні мінералів, таким чином, підвищує якість продуктів та ефективність наступних процесів розділення.

Приймаючи за основу модель флокулоутворення в магнітному полі, розглянемо можливі варіанти направлення інтенсифікації процесу магнітного збагачення з урахуванням електрокінетичних властивостей поверхонь мінералів та існуючих електрохімічних методів дій на мінеральні складові пульпи. У процесі утворення флокул необхідно визначити вплив електрокінетичних властивостей поверхонь мінеральних часток на результат їх взаємодії.

Розглядаючи частки пульпи як випадкову сукупність, яка характеризується середньою відстанню між частками, і функцію розподілення цієї відстані, яка при турбулентній течії пульпи може бути рівномірною, можна визначити кінетичну енергію зіткнення часток під час флокуляції в магнітному полі.

Попередня коагуляція (агрегація) часток дає можливість підвищити ефективність магнітної сепарації.

Дія електричного струму може призводити до зміни величини поверхневої енергії мінеральних часток, що спричиняє вплив на їхню взаємодію. Електрохімічна дія, пов'язана зі зміною іонного складу пульпи, виникненням "іонного потоку" та проходженням електрохімічних реакцій на поверхні мінеральних часток, здійснює певний вплив на зміну магнітних властивостей мінералів. Теплофізична дія, пов'язана з тепловою дією струму при його проходженні крізь мінеральні частки.

При розгляді руху часток у зоні магнітного поля сепаратора зроблено припущення, що кварцові частки рухаються спільно з потоками рідини в залежності від турбулентних пульсацій рідкої фази пульпи, а швидкість руху феромагнітної частки в магнітному полі сепаратора залежить від напруженості та градієнту магнітного поля.

У магнітних сепараторах виділення магнітного мінералу із суміші супроводжується флокуляцією тонкоподрібнених часток. При флокулоутворенні відбувається захват часток пустої породи, частіше за все кварцу, дрібної крупності, тим самим погіршується якість магнітного продукту.

Проведені розрахунки напруженості магнітного поля сепаратора в зоні розподілення, при якій долається енергетичний бар'єр відштовхування часток магнетиту із зернами кварцу, показали, що бар'єр долається для часток кварцу крупністю 0,001-0,004 мм при Н = 10-40 кА/м при ц_m = 0,02-0,03 В, що відповідає напруженості поля в зоні розподілення барабанного сепаратора. Це вважається однією з причин засмічення поверхні магнітних часток шламами.

Збільшення електрокінетичного потенціалу поверхні часток за рахунок їх зарядження приводить до зміщення граничного показника напруженості поля до більших значень. Таким чином, здійснюється умова до попередження засмічення поверхні магнетиту шламами тонких часток.

Встановлено, що енергетичний бар'єр відштовхування між частками розміром 0,5-50 мкм у процесі магнітної сепарації підвищується до 10 разів, за рахунок збільшення електрокінетичного потенціалу поверхонь часток в 80-100 раз, що сприяє підвищенню якості магнетитового концентрату на 0,6-0,8 %.

У третьому розділі експериментальними дослідженнями підтверджено теоретичне обґрунтування процесу електроімпульсної обробки суспензії.

Експерименти з вивчення налипання шламів на поверхню великих часток під впливом інтенсивних гідродинамічних дій проводились на установці (рис. 1), що складається з чарунки з робочим та допоміжним електродами, перемішуючого пристрою, комплекту контрольно-вимірювальних приладів та блоку живлення з напругою постійного струму. Робочий електрод (рис. 2) виконаний з листової неіржавіючої сталі марки Х 18Н 10Т у формі решітки.

Матеріал, що досліджується розташовують в чарунці 1, яка заповнена водою. При обертанні валу 10, мішалкою з нахиленими лопатками 5, пульпа переміщається в верхню частину чарунки, де переливаючись через верхній край опускається униз робочої камери та через вікна 8 за рахунок розрядження, яке утворюється мішалкою 5, потрапляє в область підсиленої гідродинамічної взаємодії мішалки з прямими лопатками та відбійними поверхнями. Змінюючи кутову швидкість обертання мішалки, маємо можливість регулювання швидкість та частоти зіткнення часток між собою. Число обертів мішалки складало 100-2000 об/хв в залежності від необхідного гідродинамічного тиску. Напруга на електродах змінювалась в залежності від необхідного потенціалу робочого електроду в зоні електрообробки. Якщо припустити, що частки мінералів у пульпі проходячи через решітку електроду не відхиляється потоком, то вірогідність контакту часток з робочою поверхнею буде відображатися формулою:

де: - площина торця решітки електроду;

- площина поперечного розтину чарунки, м ².

Час, за який відбувається контактування з поверхнею робочого електроду всіх мінеральних часток, які знаходяться у пульпі, складає:

,

де - об'ємна продуктивність транспортуючої мішалки, м ³/с;

- загальний об'єм пульпи в чарунці, м ³.

Важливим фактором при дослідженні електрополяризаційних впливів на налипання тонкодисперсних часток на поверхню більш великих є час поляризаційної обробки. Оскільки основна дія електричного струму при електрополяризаційних діях виявляється в зміні електричного стану поверхні за рахунок контакту часток мінералів з поверхнею електроду, необхідно визначити вірогідність цього процесу та його тривалість. Розроблена установка дозволяє вивчити процес налипання тонких шламів.

Проведені дослідження електрохімічних властивостей магнетиту показали, що в магнітному сепараторі існують умови для самовільного проходження реакції на відкритих поверхнях мінералів під час збагачення у воді, які посилюються під інтенсивним механічним впливом.

Рис. 1. Конструкція чарунки (а) та схема лабораторного пристрою для вивчення налипання шламів на поверхні крупних часток (б): 1 - робоча чарунка; 2 - корпус чарунки; 3 - робочий електрод; 4 - допоміжний електрод; 5 - мішалка з похилими лопатками; 6 - мішалка з прямими лопатками; 7 - відбійні поверхні; 8 - вікна; 9 - провідники струму; 10 - вал; 11 - допоміжні електроди; 12 - допоміжна чарунка; 13 - Hp-метр; 14 - контрольно-вимірювальні прилади; 15 - джерело напруги, що регулюється.

Розроблено принципову конструкцію агрегату для електроімпульсної обробки пульпи, яка дозволяє підвищити ефективність магнітної сепарації.

Електрохімічне відновлення уповільнює процес окислення металевих поверхонь ванни сепаратора, а також магнетиту з наступним відновленням окисних і гідроокисних плівок, що з'явилися.

Катодна поляризація магнетиту після його взаємодії з водою приводить до відновлення створених плівок окислу Fe₂O₃ до окислу більш низького ступеня окислення.

Рис. 2. Робочий електрод: 1 - циліндричний корпус чарунки; 2 - пластинчата електродна станція (робочий електрод); 3 - вал мішалки.

Максимальний ефект від електровпливу на пульпу досягається в результаті контактного зарядження мінералів, які мають значну електропровідність, оскільки в цьому випадку відбувається електронний механізм розряду часток з поверхнею електроду. До рівновідносного потенціалу мінералу додається потенціал електроду. При відриві частки з поверхні електроду відбувається релаксаційні процеси в поверхневих шарах мінеральної частки, і потенціал поверхні мінеральних часток набуває свого первинного значення.

На рис. 3 наведена крива зміни електродного потенціалу поверхні магнетиту (ц⁰) після контактного зарядження.

Аналіз кривих показав, що потенціал поверхні мінералу рідко змінюється в момент торкання з робочим електродом. Однак після зняття зовнішньої поляризації потенціал поверхні мінеральної частки релаксує. Швидкість релаксації залежить від величини заряду робочого електрода. Різкий спад заряду відбувається в перші секунди після зняття зовнішньої поляризації. Тангенс кута нахилу в цій області складає від 0,4 до 1,85. Час повної релаксації заряду відбувається за 20-40 хвилин. Кутовий коефіцієнт зміни заряду знаходиться в межах від 0,066 до 0,155. Швидкість зниження заряду в цій області зменшується в 6-7 разів порівняно з першою секундою після зняття зовнішньої поляризації.

Рис. 3. Кінетика зміни -потенціалу поверхні магнетиту після контактного зарядження: 1, 6 - U = 500 В; 2, 5 - U = 400 В; 3, 4 - U = 100 В.

На рис. 4-7 наведено результати лабораторних експериментів і математичної обробки отриманих результатів. Усі отримані залежності носять експериментальний характер, з високим ступенем достовірності.

Абсолютна величина приросту виходу магнітної фракції досягається при тривалості дії 3-5 хвилин. Максимум виходу досягається при U = 300 В, також спостерігається приріст за якістю.

Рис. 4. Вплив параметрів електровпливу на вихід магнітної фракції, Fімп = 1 Гц: 1) U = 200 В, 2) U = 300 В, 3) U = 400 В.

Рис. 5. Вплив параметрів електровпливу на якість магнітної фракції, Fімп = 1 Гц: 1) U = 200 В, 2) U = 300 В, 3) U = 400 В.

Рис. 6. Вплив параметрів електровпливу на якість немагнітної фракції, Fімп = 1 Гц: 1) U=200 В, 2) U = 300 В, 3) U = 400 В.

Рис. 7. Вплив параметрів електровпливу на вилучення Fзаг в магнітну фракцію, Fімп = 1 Гц: 1) U = 200 В, 2) U = 300 В, 3) U = 400 В.

У цілому при застосуванні електроімпульсних дій ефективність магнітного розділення підвищується на 4-8 %. Розглядаючи розподілення часток рудних і нерудних зростків, можна зробити висновок: оскільки після електроімпульсних дій підвищується вилучення Fe_заг в магнітну фракцію, то такі дії спричиняють ефективне вилучення нерудних часток у всьому діапазоні крупнисті. Оптимальний час електрообробки складає 4-5 хвилин.

Отже, в роботі встановлено, що ефективність магнітної сепарації може бути збільшена шляхом видалення шламових часток з поверхні крупних зерен магнетиту та кварцу, які закріпляються в результаті адгезійних взаємодій у магнітному полі сепаратора та займають при цьому до 30 % поверхні розділюваних зерен.

У четвертому розділі наведено результати випробувань, які проводились на збагачувальній фабриці ВАТ "Центральний ГЗК" у четвертій стадії магнітної сепарації, що працює із застосуванням серійних сепараторів ПБМ-120/300.

Випробування проводились на пісках знешламлення другої стадії знешламлювання з масовою часткою заліза загального 62,1 %.

Запропонована схема випробувань передбачала отримання залізорудного концентрату з масовою часткою заліза не менше 66,8 % із застосуванням при цьому трьох стадій магнітної сепарації, в останній з яких проведено один прийом замість використовуваних традиційно двох.

Діюча технологічна схема на момент випробувань включала в себе три стадії подрібнення, кінцева крупність матеріалу складала в межах 94-97 % класу 74 мкм, три стадії класифікації, дві стадії знешламлювання та три стадії магнітної сепарації, дві з них у два прийоми. Така технологія дозволила отримати концентрат з якістю 66,2 % при виході 32,9 % і вилученні 91,5 %.

Вихідна руда містила 23,5 % заліза магнетитового. Порівняльні показники технологічних випробувань для стандартних сепараторів та сепараторів з електроімпульсною обробкою (табл. 1.), показали, що вилучення збільшується на 0,7 %, якість концентрату на 0,6 %, вихід зменшується на 0,2 %.

Таблиця 1. Середні показники порівняльних технологічних випробувань

Продукти	ПБМ - 120/300 (серійний)	ПБМ - 120/300 (з електрообробкою)
	Вихід, %	Мас. доля заліза, %	Вилучення, %	Вихід, %	Мас. доля заліза, %	Вилучен- ня, %
Живлення	100	62,1	100	100	62,1	100
Промпродукт	91,7	66,2	97,7	91,5	66,8	98,4
Хвости	8,3	16,9	2,3	8,5	11,5	1,6

Показники збагачення можуть змінюватися в залежності від зміни параметрів обробки (тривалість обробки, частота імпульсу, напруження). Аналіз результатів порівняних технологічних випробувань показав, що застосування електроімпульсних дій дозволяє суттєво підвищити технологічні показники магнітного збагачення, відмовившись при цьому від одного чи декількох прийомів магнітної сепарації. Параметри обробки пульпи можуть змінюватись у залежності від частки корисного компоненту, розмірів часток і характеру зростання зерен.

Отже, на основі даних лабораторних досліджень і технологічних випробувань на безперервно діючій установці запропоновано застосування електроімпульсних дій для інтенсифікації процесу магнітної сепарації залізних руд для промислових умов.

ВИСНОВКИ

У дисертації, яка є закінченою науково-дослідною роботою, вирішено актуальне науково-практичне завдання, що полягає в поліпшенні якісно-кількісних показників магнітної сепарації залізних руд за рахунок застосування електроімпульсного впливу на залізорудну суспензію на основі визначення термодинамічних і фізико-хімічних закономірностей процесу. Основні наукові та практичні результати роботи полягають у наступному:

1. На основі даних лабораторних досліджень і технологічних випробувань на безперервно діючій установці встановлено, що можливо застосування електроімпульсних дій для інтенсифікації процесу магнітної сепарації залізних руд для промислових умов.

2. Встановлено що після електроімпульсної обробки пульпи, при частоті струму f = 1-10 Гц, електрокінетичний потенціал поверхні часток магнетиту підвищується з 5-10 мВ до 500-800 мВ; та зберігається в розмірі 20-30 % від максимально досягнутого після обробки протягом 4-6 хвилин, що призводить до зменшення засмічення поверхні магнетиту та кварцу на 70-80 %.

3. Виявлено, що ефективність магнітної сепарації може бути збільшена шляхом видалення шламових часток з поверхні крупних зерен магнетиту та кварцу, які закріпляються в результаті адгезійних взаємодій у магнітному полі сепаратора, за рахунок застосування електроімпульсного струму з амплітудою від 200 до 400 В.

4. Виявлено, що активація поверхонь часток магнетиту та кварцу можлива в результаті накладення імпульсного електричного поля на гетерофазну систему, за рахунок чого збільшується енергетичний бар'єр відштовхування між частками розміром 0,5-50 мкм, та змінюються фізико-хімічні властивості суспензії, що призводить до підвищення якості концентрату на 0,6-0,8 %.

5. У результаті проведених досліджень встановлено, що енергетичний бар'єр відштовхування між частками розміром 0,5-50 мкм у процесі магнітної сепарації підвищується до 10 разів, за рахунок збільшення електрокінетичного потенціалу поверхонь часток в 80-100 раз, що сприяє підвищенню якості магнетитового концентрату на 0,6-0,8 %.

6. Теоретичні та практичні дослідження показали, що в результаті електроімпульсної обробки залізорудної суспензії можливе виникнення реакцій відновлення поверхонь мінеральних часток, які містять залізо, і це, як наслідок, приводить до підвищення вилучення заліза в концентрат на 0,7 %.

7. Напівпромислові випробування в умовах РЗФ ВАТ "Центральний ГЗК" підтвердили результати лабораторних досліджень; масова доля Fe_заг у концентраті підвищилась на 0,6-0,8 % вилучення зросло на 0,7 %; з метою досягнення максимального ефекту інтенсифікації для більш крупних часток необхідно застосовувати імпульсний струм більшої частоти (до 10 Гц), ніж для дрібних часток, де оптимальна частота складає 1 Гц.

8. Економічний ефект від впровадження розробленої технології на ВАТ "Центральний гірничо-збагачувальний комбінат" при застосуванні електродних станцій на магнітній сепарації однієї секції з виробничою потужністю 200 т/год по вихідній руді годовий економічний ефект складає 3564000 грн.

ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ І РЕЗУЛЬТАТИ ДИСЕРТАЦІЇ ВИКЛАДЕНО В ПУБЛІКАЦІЯХ

1. Губин Г.В. Влияние электрообработки пульпы на показатели обогащения магнетитовых кварцитов / Г.В. Губин, Т.А. Олейник, В.В. Плотников // Разработка рудных месторождений: научно-технический сборник. - Вып. 83. - Кривой Рог: КТУ, 2003. - С. 34-36.

2. Губин Г.В. Влияние формы импульса на показатели электрообработки при интенсификации процесса магнитного обогащения / Г.В. Губин, Т.А. Олейник, В.В. Плотников // Разработка рудных месторождений: научно-технический сборник. - Вып. 84. - Кривой Рог: КТУ, 2003. - С. 87-90.

3. Губин Г.В. Особенности загрязнения поверхности минералов в процессе измельчения / Г.В. Губин, В.В. Плотников // Вісник Криворізького технічного університету. - № 7. - Кривий Ріг: КТУ, 2005. - С. 77-82.

4. Губин Г.В. Влияние электроимпульсной обработки на процесс магнитной сепарации / Г.В. Губин, В.В. Плотников // Качество минерального сырья: сборник научных трудов. - Кривой Рог, 2005. - С. 257-260.

5. Губин Г.В. Интенсификация процессов магнитного обогащения железистых кварцитов методом электроимпульсной обработки / Г.В. Губин, В.В. Плотников // Качество минерального сырья: сборник научных трудов. - Кривой Рог, 2002. - С. 84-89.

6. Губин Г.В. Восстановление окислов железа в результате электрообработки / Г.В. Губин, В.В. Плотников // Вісник Криворізького технічного університету. - № 17. - Кривий Ріг: КТУ, 2007. - № 17. - С. 81-84.

7. Губин Г.В. Интенсификация процесса магнитного обогащения лежалых хвостов ЦГОКа / Г.В. Губин, В.В. Плотников // V Конгресс обогатителей стран СНГ: материалы конгресса. - Т. III. - М.: Альтекс, 2005. - С. 97-98.

Особистий внесок автора в роботи, опубліковані в співавторстві:

[1, 3] - обґрунтування, проведення досліджень, обробка й аналіз результатів; [4, 2, 5] - теоретичні та експериментальні дослідження, обробка й аналіз результатів;

[6, 7] - формування ідеї обґрунтування наукової новизни.

АНОТАЦІЯ

Плотніков В.В. Застосування електроімпульсного впливу для поліпшення якісно-кількісних показників магнітної сепарації.

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

Дисертація присвячена питанню підвищення якості концентрату залізних руд за рахунок поліпшення показників розділення шляхом інтенсифікації процесу магнітної сепарації електроімпульсними діями. У роботі досліджено вплив електроімпульсних дій на механізм закріплення шламів на поверхні крупних часток.

Зі зменшенням крупнисті часток кварцу бар'єр відштовхування різко знижується, що приводить до засмічення поверхні магнетиту. Величина бар'єру відштовхування зростає зі збільшенням електрокінетичного потенціалу магнетиту, що створює умови для запобігання поверхневого засмічення часток магнетиту кварцовими частками. Електрокінетичний потенціал магнетиту можливо змінити електроімпульсною обробкою пульпи перед розділенням у магнітному полі. Ефективність впливу залежить від величини напруги поля і довго тривалості імпульсу. Дослідження проводились на установці обладнаній імпульсним генератором постійного струму з напругою до 500 Вт та частотою імпульсів 0...10 Гц. Проводилась обробка промпродуктів збагачення ЗФ ВАТ "ЦГЗК". Найбільш високі показники отримані при напрузі 300 В та частоті імпульсу 10 Гц. Зокрема масова доля заліза у концентраті зросла на 0,6···0,8 % без зміни виходу.

Ключові слова: сепарація, імпульсна обробка, бар'єр відштовхування, електрокінетичний потенціал.

АННОТАЦИЯ

Плотников В.В. Применение электроимпульсных воздействий для улучшения качественно-количественных показателей магнитной сепарации. - Рукопись.

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

Диссертация посвящена вопросу повышения качества концентрата железных руд за счет улучшения показателей разделения путем интенсификации процесса магнитной сепарации электроимпульсными воздействиями. В настоящее время, даже при высокой степени раскрытия минералов не удается получить достаточно высококачественные концентраты. Основной причиной этого считалось наличие тонкой вкрапленности рудного минерала, однако исследования показали, что в данном случае следует учитывать силы адгезионного взаимодействия между зернами минералов, которые по величине приближаются к магнитным и гравитационным силам при переработке тонкоизмельченных руд крупностью менее 0,05 мм. Снижение качественных показателей магнитного обогащения происходит в результате засорения продуктов разделения, как из-за прочно закрепленных на поверхности кварца дисперсных частиц магнетита, так и при обратном явлении. Изучение поверхности магнетита промышленных концентратов под микроскопом показал, что она покрыта мелкими (0,002-0,003 мм) частицами других минералов, на отдельных участках такие частицы (шламы) занимают 20-30 % площади поверхности. В состав тонких шламов входят 95 % кварца и силикатов и лишь 5 % тонких частиц магнетита. После отделения этих шлаков массовая доля железа в высококачественных концентратах может быть повышена на 0,6-0,8 %.

В работе исследовано влияние электровоздействий на механизм закрепления шламистых частиц на поверхности крупных зерен.

Согласно физической теории взаимодействия частиц, находящихся в жидкости и учитывая электростатические и молекулярные силы взаимодействия, можно с достаточно большой степенью достоверности предсказать условия, при которых может происходить коагуляция или диспергирование тонкоизмельченных шламов на поверхности крупных частиц минералов. В зависимости от размеров частиц и расстояния между ними возникает энергетический барьер отталкивания, препятствующий их коагуляции, на преодоление энергетического барьера расходуется кинетическая энергия соударяющихся частиц. С уменьшением крупности зерен кварца барьер отталкивания резко снижается, что приводит к загрязнению поверхности магнетита. Скорость и число благоприятных для налипания частиц зависит от их концентрации, гидродинамических условий, а в полях магнитных сепараторов и от магнитных свойств частиц, напряженности и градиента магнитного поля сепаратора. Электрохимические исследования показали, что крупность частиц, которые закрепляются на поверхности, составляет 0,002-0,003 мм и не ниже 0,001 мм, частицы крупнее 0,003 мм легко смываются гидродинамическими потоками жидкости на сепараторе, а для частиц менее 0,001 мм требуются магнитные поля напряженностью более 100 кА/м. Величина барьера отталкивания возрастает с увеличением электрокинетического потенциала магнетита, что создает условия для предотвращения поверхностного засорения зерен магнетита кварцевыми частицами. Электрокинетический потенциал магнетита можно увеличить электроимпульсной обработкой пульпы перед разделением в магнитном поле. Эффективность воздействия зависит от величины напряженности поля и длительности импульса при условии передачи минеральным зернам одинакового количества энергии.

Исследования производились на установке, оборудованной импульсным генератором постоянного тока с напряжением до 500 В и частотой импульсов 0…10 Гц. Обработке подвергались промпродукты обогащения РОФ ОАО "ЦГОК". Наиболее высокие технологические показатели получены при напряжении 300 В и частоте импульса 10 Гц. В частности, массовая доля железа в концентрате возросла на 0,6-0,8 % при незначительном снижении показателей выхода и извлечения.

Ключевые слова: сепарация, импульсная обработка, барьер отталкивания, электрокинетический потенциал.

ABSTRACT

Plotnikov V.V. Application of electropulse influences in order to improve qualitative and quantitative indices of magnetic separation. - Manuscript.

The dissertation on competition of scientific degree of candidate of engineering science on a specialty 05.15.08. - mineral dressing - Kryvyj Rih technical university, Kryvyj Rih, 2008.

The dissertation is devoted to a question of improving quality of iron-ore concentrate at the expense of increasing the degree of division by force of intensification of magnetic separation by electropulse influences. In work influence of electrical exposure on the mechanism fixing slime granules on the surface of coarse grains is investigated. If fineness of quartz grain diminish, the barrier of repulsion will tromp decrease. As a result, it creates soiling of magnetite surface. Grains' speed and quantity for adhering vary depending on their concentration, hydrodynamic conditions, in the field of magnetic separator also on grains' magnetic properties, intensity and gradient separator's magnetic field. The electrochemical investigations showed that particle size compile 0,002-0,003 mm and not lower than 0,001 mm. Grains which are coarser than 0,003 mm are simply washed down by hydrodynamical liquid flow on the separator. Magnetic field for grains which are lower than 0,001 mm, should be more then 100 kA/m. The highest technological value was received under voltage 300 V and pulse frequency 10 Hz. Mass fraction of iron in concentrate specifically increased on 0,6-0,8 % under slight decreasing of emission and recovery indexes.

Key words: separation, impulse processing, repulsion barrier, electrokinetic potential.

Размещено на Allbest.ru

...