Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ современного состояния технологии обогащения магнетитовых руд и постановка задач исследований 13
1.1. Типовая схема обогащенияямагнетитовых руд 13
1.2. Качество магнетитовых концентратов и пути его повышения 16
1.3. Снижение удельных затрат на переработку руды 24
1.4. Техническая, технологическаяи теоретическая база процесса тонкого грохочения 31
1.5. Постановка задач исследований 38
2. Физические свойства магнетитовых продуктов и место тонкого грохочения в схемах обогащения железных руд 41
2.1. Физические свойства магнетитовых продуктов 41
2.2. Тонкое грохочение, его место в технологии обогащения железных руд и решаемые им технологические задачи 57
2.3. Прогноз теоретических показателей грохочения 65
2.4. Выводы 70
3. Вероятность прохождения частиц через сито и процесс сегрегации на вибрационном грохоте 72
3.1. Основная формула вероятности просеивания 72
3.2. Вероятность прохождения частиц через сито грохота с учётом «фракционного состава исходного продукта и взаимодействия частиц 82
3.3. Сегрегация частиц на грохоте 87
3.4. Количественная оценка процесса сегрегации
3.4.1. Модель первой составляющей процесса сегрегации 95
3.4.2. Модель второй составляющей процесса сегрегации 98
3.4.3. Расчёт вероятности просеивания частиц 108
3.5. Математическое исследование элементарных актов просеивания 109
3.5.1. Влияние фракционного состава материала 109
3.5.2. Расчёт элементарных актов просеивания по длине грохота Л14
3.5.3. Изменение сегрегации и вероятности просеивания по
длине грохота 124
3.6. Выводы 128
4. Математическая модель процесса разделения по крупности на гидравлическом вибрационном грохоте 130
4.1. Общие положения модели 130
4.2. Гидродинамика движения жидких,фаз в процессе грохочения 135
4.2.1.. Расчёт продольной скорости воды по поверхности грохота 135
4.2.2. Определение высоты пульпы на деке грохота 142
4.2.3. Расчёт нормальной (к поверхности деки) составляющей скорости воды в отверстии сита грохота 147
4.3. Динамика движения твёрдых фаз в процессе грохочения 164
4.3.1. Вибрационное перемещение-фаз по деке грохота 164
4.3.2. Скорость движения твёрдой частицы в отверстии сита 174
4.3.3: Гидродинамическая сила (гидродинамическое ускорение) 177
4.3.4. Осаждение взвешенных твёрдых частиц 179
4.4. Расчёт выхода жидкой фазы под.решето 183
4.5. Расчёт технологических показателей грохочения 191
4.6. Проверка соответствия моделиреальному процессу грохочения 198
4.7. Выводы , 201
5. Исследование процесса вибрационного гидравлического грохочения с помощью математического моделирования . 204
5.1. Исходные данные для моделирования 204
5.2. Технологические факторы, влияющие на процесс грохочения 207
5.3. Амплитуда-и частота колебаний сита грохота 237
5.4. Угол наклона деки гидравлического грохота 246
5.5. Сепарационная характеристика грохота 251
5.6. Предельные показатели грохочения 262
5.7. Выводы 265
6. Испытание схем с применением тонкого грохочения 267
6.1. Использование гидравлического вибрационного-грохота в замкнутом цикле измельчения ; ,
Показатели работьгзамкнутого цикла измельчения
6.1.21. Сравнение грохота и гидроциклона
6:2: Использование гидравлическоговибрационногогрохота /и других аппаратов;длязстадиальногошыделения-железного концентрата?.. —. 295
6.2.1. Использование магнитно-гравитационного сепаратораПБМ!..296
6.2.2. Использование сепаратора с: бегущим магнитным полем» 303;
6:23: Использование винтовой сепарации 305
61214. Использование тонкого грохочения 308:
6:2.5; Сравнение, методов и аппаратовдаястадиальноготыделени железного концентрата
6.31 Повышение качества готового «концентрата
6:41 Влияние технологических факторов на процесс грохочения 327
7. Разработка новых схем
7.1. Схемы состадиальным выд елением: готового концентрата..." 334
7.21 Схемькс. использованиемігрохотов.вместотидроциклоновв замкнутомщиклепоследнеШстадишизмельченияї
7.3. Схемы с.применением грохочения-конечных:концентратов 33 8:
7.4. Разработка новых;схем обогащения магнетитовых руд
Классификация новыхсхем обогащения
7.4.21 Испытания.схеме измельчением подрешётного-продукта 344
7.5. Сравнение схем обогащения с применением тонкого грохочения 365
Литература
- Качество магнетитовых концентратов и пути его повышения
- Тонкое грохочение, его место в технологии обогащения железных руд и решаемые им технологические задачи
- Вероятность прохождения частиц через сито грохота с учётом «фракционного состава исходного продукта и взаимодействия частиц
- Расчёт продольной скорости воды по поверхности грохота
Введение к работе
Актуальность темы. Для промышленности чёрной металлургии России и других стран мира характерно постоянное увеличение объёмов добычи и обогащения магнетитовых руд. При этом массовая доля железа в добываемых рудах постоянно снижается и повышаются требования к качеству железных концентратов. Для компенсации ухудшения качества руды на фабриках усложняются технологические схемы измельчения и обогащения. В основном это связано с увеличением тонины помола готовых продуктов, что приводит к росту затрат на измельчение.
Повышение качества магнетитовых концентратов снижает затраты металлургического передела. Кроме этого, наблюдается устойчивая тенденция к увеличению бездоменного производства стали в электропечах. Дефицит лома чёрных металлов увеличивает спрос на его заменитель – металлизованный продукт из высококачественного концентрата.
К настоящему времени действующие обогатительные фабрики достигли предела по увеличению производительности. Повышение качества концентратов при увеличении объёмов производства и доли добываемых труднообогатимых руд невозможно при имеющихся схемах обогащения и количестве оборудования. Для решения этой проблемы необходимо внедрение новых процессов, аппаратов и технологических решений, позволяющих не только не снижать экономические показатели передела обогащения, но и улучшать их.
Одним из путей развития схем обогащения магнетитовых руд, позволяющим увеличивать производительность технологических секций или (и) повышать качество концентратов, является использование технологии с тонким гидравлическим грохочением. Применение тонкого грохочения является одним из наиболее перспективных и развивающихся направлений развития технологий обогащения магнетитовых руд, с которым во многом связан дальнейший прогресс в этой области. Тонкое вибрационное грохочение к настоящему времени является новым процессом, недостаточно изученным и описанным.
Теория и закономерности разработаны в основном для процесса «сухого» грохочения. Для процесса тонкого вибрационного грохочения не разработаны его теоретические основы и не оценена эффективность применения этого метода не только в различных вариантах технологий, но и применительно к различным промышленным типам магнетитовых руд. Поэтому тонкое грохочение необходимо рассмотреть как самостоятельный метод обогатительной технологии.
Объект исследований – схемы обогащения магнетитовых руд.
Предмет исследований – закономерности тонкого гидравлического вибрационного грохочения.
Цель работы – разработка рациональных технологий обогащения магнетитовых руд с применением тонкого грохочения.
Идея работы заключается в выделении с помощью тонкого грохочения легкообогатимого сорта руды, последующее измельчение и обогащение которого позволяет увеличить массовую долю железа в концентрате или (и) снизить удельные затраты на переработку руды.
Научные положения, выносимые на защиту:
1. Для основных промышленных типов магнетитовых руд с различной рудной вкрапленностью на стадиях измельчения и обогащения в качестве признаков разделения кроме магнитной восприимчивости и плотности следует использовать крупность.
2. Вероятность просеивания частиц через сито зависит кроме крупности частицы от фракционного состава материала в рабочем объёме и от взаимодействия частиц над отверстием сита. Количественная оценка сегрегации определяется величиной извлечения мелких частиц под решето и соотношением мелких и крупных частиц на решете грохота.
3. Математическая модель процесса вибрационного гидравлического тонкого грохочения должна включать: описание процесса виброперемещения твёрдой фазы по деке с учётом гидродинамических сил; описание процесса осаждения взвешенных твёрдых частиц на сито грохота; расчёт скорости движения твёрдой частицы и воды в отверстии сита; расчёт продольной скорости движения жидкой фазы; расчёт выхода твёрдых частиц и воды под сито грохота с учётом процесса сегрегации и вероятности просеивания для любого промежутка времени.
4. Максимальная эффективность грохочения достигается при соответствии размера отверстия сита, амплитуды и частоты виброколебаний гидравлического грохота фракционному составу исходного продукта. Оптимальное значение массовой доли твёрдого в питании гидравлического грохота и его предельная производительность зависят от размера отверстий сита и от фракционного состава исходного продукта.
5. Сепарационная характеристика грохота должна выражать: попадание в подрешётный продукт частиц продолговатой формы с одним размером, превышающим размер отверстия сита; снижение извлечения в подрешётный продукт тонких фракций (-0,045 мм) по сравнению с извлечением более крупных фракций.
6. Рациональные схемы обогащения, обеспечивающие повышение качества концентрата или (и) снижение удельных затрат на переработку руды, включают операции тонкого грохочения и операции раздельного последовательного измельчения и обогащения подрешётного и надрешётного продуктов грохота. Измельчение и обогащение подрешётного продукта грохота позволяют получить высококачественный концентрат.
Научная новизна результатов состоит в следующем.
Установлено, что для основных промышленных типов магнетитовых руд для повышения массовой доли железа в концентрате в качестве физических свойств, используемых при разделении, кроме магнитной восприимчивости и плотности следует использовать крупность.
Разработана модель вероятности просеивания частиц через сито, учитывающая фракционный состав исходного продукта по крупности на решете и взаимодействие частиц над отверстием сита, проявляющееся в возможности одновременного просеивания нескольких частиц. Для определения фракционного состава исходного материала над отверстием сита разработана количественная модель процесса сегрегации.
Разработана динамическая математическая модель процесса тонкого гидравлического вибрационного грохочения, позволяющая качественно и количественно исследовать процесс и результаты разделения с получением общепринятых показателей и характеристик.
Установлены зависимости между показателями грохочения и свойствами исходного продукта, параметрами и режимами работы грохота.
Получена новая сепарационная характеристика грохота, отличающаяся от общепринятой сепарационной характеристики попаданием в подрешётный продукт частиц продолговатой формы с одним размером, превышающим размер отверстия сита, и снижением извлечения в подрешётный продукт тонких фракций (-0,045 мм) по сравнению с извлечением более крупных фракций.
Технологической задачей тонкого грохочения в новых схемах обогащения является не выделение готового по крупности продукта, а выделение продукта, подготовленного для получения из него после измельчения высококачественного железного концентрата.
Методы исследований: обобщение и анализ научно-технической информации; определение гранулометрических, денсиметрических и магнитных характеристик продуктов; методы химического, рентгенофлуоресцентного, фазового, магнитного анализов; магнитные измерения с помощью датчиков Холла; методы прикладной математики и механики, математической статистики и теории вероятностей, математического и физического моделирования; численные методы расчёта; методы расчёта схем обогащения. Экспериментальная проверка результатов теоретических исследований выполнялась в лабораторных и промышленных условиях.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается экспериментальными комплексными исследованиями, выполненными для основных промышленных типов магнетитовых руд с различной рудной вкрапленностью, дублированием лабораторных экспериментов, большим объёмом исследований в условиях действующих фабрик с положительными результатами, сходимостью результатов моделирования с результатами промышленных экспериментов. Максимальные ошибки составили ±9,62 и ±4,06 % при доверительной вероятности 95 % соответственно для выхода подрешётного продукта и массовой доли класса -71 мкм в нём.
Практическая значимость работы.
Для прогноза результатов и исследования процесса гидравлического грохочения разработана математическая модель.
Выполнена систематизация результатов промышленных испытаний тонкого грохочения и его сравнение с другими процессами разделения магнетитовых руд. Для основных промышленных типов магнетитовых руд с различной рудной вкрапленностью оценена возможность получения высококачественных концентратов и возможность использования тонкого грохочения для стадиального выделения концентрата.
Разработаны новые схемы обогащения магнетитовых руд для получения высококачественных концентратов с использованием тонкого грохочения.
Реализация результатов работы. Разработанные в диссертации математические модели, методы и методики оценки обогатимости, конструкции магнитных сепараторов и технологические схемы использованы в научно-исследовательских работах, выполненных в разные годы для промышленных предприятий, в том числе для ОАО КГОК «Ванадий», ОАО «Высокогорский ГОК», ОАО «Святогор», ООО «Кимкано-Сутарский ГОК». Разработанные технологии с использованием тонкого грохочения испытаны в лабораторных и промышленных условиях, и часть из них внедрена в производство, что подтверждено актами испытаний и внедрения. Применение тонкого грохочения для стадиального выделения концентрата на ОАО КГОК «Ванадий» обеспечило для двух технологических секций снижение себестоимости переработки руды на 2,4 млн. руб. в год (2007 г.).
Разработанные в диссертации методики лабораторных исследований, программы моделирования и лабораторные сепараторы использованы в учебном процессе кафедры ОПИ УГГУ и в учебном пособии с грифом УМО вузов РФ по образованию в области горного дела.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались: на международном совещании «Научные основы и прогрессивные технологии переработки труднообогатимых руд и техногенного сырья благородных металлов» (Плаксинские чтения) (г. Екатеринбург, 2001 г.); международных научно-практических конференциях «Научные основы и практика переработки руд и техногенного сырья» (г. Екатеринбург, 2002-2011 гг.); Уральской горнопромышленной декаде (г. Екатеринбург, 2004-2007 гг.); научном симпозиуме «Неделя горняка» (г. Москва, 2007 г.); Уральском горно-промышленном форуме «Горное дело, оборудование, технологии» (г. Екатеринбург, 2007, 2009 гг.); международном научно-практическом семинаре памяти В.А. Олевского «Проблемы дезинтеграции минерального и техногенного сырья в горной промышленности и строительной индустрии» (г. Ставрополь, 2009 г.); технических совещаниях ОАО КГОК «Ванадий» (2003-2008 гг.), ОАО «Высокогорский ГОК» (2004, 2005 гг.), ОАО «Святогор» (2008 г.), ООО «Петропавловск Чёрная металлургия» (2010-2011 гг.).
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 53 научных работах, в том числе в 22 статьях в рецензируемых научных журналах, входящих в перечень ВАК, двух монографиях, учебном пособии с грифом УМО вузов РФ по образованию в области горного дела, трёх авторских свидетельствах СССР, патенте РФ, свидетельстве РФ на полезную модель.
Вклад автора в публикации, выполненные в соавторстве: формирование основной идеи; анализ имеющейся априорной информации; постановка задач исследований; разработка математических моделей и их реализация; разработка методик лабораторных исследований и промышленных испытаний; участие в исследованиях и испытаниях; математическая обработка и интерпретация полученных результатов; написание текстовой части публикаций и публичных докладов.
Объём и структура работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения и содержит 399 страниц машинописного текста, 135 рисунков, 53 таблицы, список использованной литературы из 218 наименований и четыре приложения.
Качество магнетитовых концентратов и пути его повышения
Измельчение магнетитовых руд осуществляется, как правило, в три или в две стадии. В первой стадии измельчения применяются стержневые мельницы или шаровые мельницы, работающие в замкнутом цикле со спиральными классификаторами. Во второй и третьей стадиях используются шаровые мельницы, работающие в замкнутом цикле с гидроциклонами; На Лебединском ГОКе применяется технология самоизмельчения:
Магнитная сепарация осуществляется в 2-5 стадий. Под стадией магнитной сепарации в схемах обогащения понимается не только обогащение готовых продуктов цикла измельчения, но и сепарация слива мельницы замкнутого цикла измельчения или отдельная сепарация промпродуктов, разделённых по крупности. В каждой стадии может использоваться от 1 до 3 последовательных операций ММС, с выделением в каждой операции отвальных хвостов. Большее число операций ММС характерно при обогащении магнетитовых кварцитов с целью более полного вывода в хвосты, немагнитных шламов. Основными обогатительными аппаратами на ОФ являются сепараторы ПБМ с прямоточными, противоточными и полупротивоточными ваннами с размерами барабанов 90/250, 120/300 и 150/200.
Во II стадии измельчения в замкнутом цикле на многих ОФ применяется магнитная сепарация на сливе шаровых мельниц, что позволяет не только снизить циркулирующую нагрузку, но» и частично уменьшить переизмельчение вмещающих пород за счёт их вывода в немагнитный продукт перед операцией разделения по крупности в гидроциклонах. Причём, при обогащении, магнетитовых руд переизмельчение вмещающих пород более вредно, чем переизмельчение магнетита.
Переизмельчение магнетита не приводит к значительному снижению его извлечения в магнитный продукт вследствие магнитной флокуляции, которая приводит к «укрупнению» частиц. Однако при магнитной флокуляции во фло-кулы попадают тонкие немагнитные частицы, что значительно снижает качество концентрата. Причём, чем больше переизмельчён магнетит,, тем выше его коэрцитивная сила и тем более устойчива магнитная флокула. Полностью разрушить флокулы или; удалить из них тонкие породные частицы, достаточно сложно; Врезультате этого1 часть,тонких породных частиц, попадает в концентрат. При; этом при обогащений; железистых:кварцитов в тонкоизмельчённых промпродуктах и: концентратах магнетит концентрируется? вг классах крупнее 20-30 МКМ. Вгболее тонких классахувеличивается:количествошороднь1х;частиц, что приводит кснижению качества концентрата01:72,, 187]! фабриках; перерабатывающих железистые: кварциты;, для- удаления шламовшспользуетсяоперацияобесшламливания которошподвергаютсягсливьіі гидроциклонов и: готовые концентраты, бёсшламливание осуществляется: вг магнитных дешламаторах МД-З -Э -Х Уиливщругих1 аппаратах.,
Явление магнитной флокуляции отрицательно, сказывается на; процессе; разделения по крупности: (классификация; и тонкое грохочение) ш на; процессе: фильтрования;. Длягдефлокуляциишульшнашекоторыхфабриках: применяются» размагничивающие: аппараты.. Дляч размагничиванияшульш применяются электромагнитные, системы создающие: переменное магнитное поле: Возможно применение систем; из постоянных магнитов;для,создания-размагничивающих: аппаратов[66;Л37];,
Дальнейшее повышение; эффективности; схем- обогащения; магнетитовых руд связано.со снижением удельньїх затрат:нащереработкуруды восновномща; измельчение) и с повышением! качествашроизводимых концентратов:
Современные тенденции- развития технологий обогащения магнетитовых руд России идругих стран; направлены на повышение: качества железных концентров. На ГОКах внедряются новые технологии, позволяющие повысить.массовую долю железа в концентратах иснизить массовую5 долю диоксида кремния и: других вредных примесей.
Металлургическая ценность, железных руд и концентратов .определяется массовой долей: в них основного элемента (Fe); полезных (Mn;,Ni,CrvV, Ті), вредных (S, Р; Asi Zn, Pb, Gu, К, Na) и шлакообразующих (Si, Ga, Mg; Al) примесей. Вредные примеси-или ухудшают свойства металла:, или усложняют процесс: выплавки; чугуна. Шлакообразующие примеси разделяются- на основные (Ga, Mg) икислые (Si, Al); Предпочтительно более высокое отношенйеосновных1 окислоВ Ккислым: Поэтому Si02 и АІ20з можно отнести к вредным примесям:;
. Для; FOKOB; перерабатывающих железистые кварциты; массовая- доля-Si02.B; концентратеїявляется вторым-показателем (наряду с; 3рс)г определяющим; качество- концентрата. Для? ГОКов, перерабатывающих титаномагнетитовые -т скарновые:магнетитовые руды, массовая доля:Si02 в концентрате; ;как.правило, не является; показателем качества; так как в исходной; руде диоксид кремния;со-держится-вшеньших количествах и удаляется в хвосты;притбогащении.
При: повышении массовой доли железа в. концентрате происходит, снижение в нём вредных примесей: При этом? повышается производительность печей с (экономические показатели процесса: производства чугуна) и как; следствие, ценность и конкурентоспособность высококачественного концентрата:
Железный концентрат поступает на выплавку чугуна.в. виде окатышей или агломерата.. Если из концентрата производятся-окатыши то повышенная массовая? доля? в концентрате диоксида; кремния предполагает добавление в. шихту известняка, лто значительно повышает себёстоимость.производства:окатышей и, как следствие, снижает цену железногоконцентрата:
В: то же; время-металлургические заводы; России накопили большое количество отходов (шлаки, пыли и шламы газоочистки); содержащие: значительное количество: железа (до 48-50 %). 0тходы металлургического производства; невозможно напрямую отправить на, производство чугуна (не разработаны высокоэффективные технологии, высокая массовая доля Zn). Поэтому металлургические заводы заинтересованы в совместной переработке высококачественных концентратов и своих отходов. Если из концентрата производитсяагломерат, то низкое качество концентрата не позволяет металлургическому заводу добавить в шихту значительное количество своих отходов; и также требует добавления: известняка, что, в конечном итоге, снижает цену железного концентрата. Цена железного концентрата не прямопропорциональна массовой доле в нём железа, и во многом определяется массовой долей кремнезёма и других шлакообразующих и вредных примесей. Поэтому любой ГОК стремиться повысить в своём концентрате массовую долю железа, что будет означать снижение массовой доли вредных примесей в концентрате. В табл. 1.1 приведены по-казатели качества концентратов ГОКов России [164].
Среди ГОКов России только Лебединский ГОК получает часть высококачественного концентрата с массовой долей железа более 69,5 %. Из этого концентрата производится железо прямого получения (металлизованный окатыш) в шахтных печах «Мидрекс» ОЭМК. Другие ГОКи проводят большой объём работ (от лабораторных исследований до промышленного внедрения) по л возможности повышения качества своего концентрата. Рассмотрим основные возможные технологии и методы повышения качества магнетитового концентрата.
Тонкое грохочение, его место в технологии обогащения железных руд и решаемые им технологические задачи
Среди рассмотренных минералов самыми высокими магнитными свойствами обладают магнетит и титаномагнетит. Поэтому в магнитных полях сепа-раторов ПБМ (В до 0,25 Тл) в магнитный продукт будет извлекаться магнетит в чистом виде и в виде сростков. Повышение индукции магнитного поля сепараторов до 0,6 Тл приведёт к большей вероятности попадания в магнитный продукт ильменита и магнетита в виде бедных сростков. Дальнейшее повышение индукции магнитного поля до 1 Тл приведёт к попаданию в магнитный продукт породообразующих минералов (пироксенов, оливинов, амфиболов). Поэтому повышать индукцию магнитного поля сепараторов следует только до определённого уровня, обеспечивающего более полное извлечение в магнитный продукт сростков магнетита с вмещающими породами.
При гравитационном обогащении в тяжёлый продукт будут переходить магнетит и ильменит (в чистом виде и в виде богатых сростков), имеющие высокую плотность. Бедные сростки магнетита с вмещающими породами в тяжёлый продукт переходить не будут, так как плотность такой частицы будет определять не «тяжёлый» магнетит, а «лёгкий» породообразующий минерал.
При выборе метода обогащения рассматривается и вкрапленность рудных минералов, определяющая конечную степень измельчения промпродуктов. Например, для руды Гусевогорского месторождения вкрапленность магнетита и ти-таномагнетита весьма тонкая (0,03-0,07 мм) и тонкая (0,07-0,2 мм), а вкрапленность ильменита дисперсная ( 0,03 мм) и весьма тонкая (0,03-0,07 мм). В связи с меньшим размером зёрен ильменита на КГОК «Ванадий» ильменитовый концентрат не получают, так как для этого требуется более тонкое измельчение.
Применять гравитационное обогащение для получения магнетитового концентрата можно, но нецелесообразно в связи с малым размером рудных зёрен, что требует измельчения руды и промпродуктов до крупности р" =80-95 %. При такой крупности исходного продукта аппараты для гравитационного обогащения не могут конкурировать по удельным нагрузкам с высокопроизводительными сепараторами ПБМ. Поэтому, для получения магнетитового концентрата из руды Гусевогорского месторождения следует принять только магнитный метод обогащения, который является основным для всех магнетитсодер-жащих руд.
Однако у сепараторов ПБМ имеется недостаток - они предназначены только для получения отвальных хвостов. Поэтому в магнитный продукт извлекаются как чистые зёрна магнетита, так и бедные сростки. Наличие магнитного флокулообразования приводит к тому, что в магнитный продукт попадают и частицы пустой породы, механически захваченные в магнитные флокулы и пряди. Поэтому для повышения селективности магнитного обогащения в барабанных сепараторах необходимо использовать ещё одно физическое свойство.
При измельчении и обогащении магнетитовых руд всех месторождений наблюдается концентрация железа в тонких классах крупности, как в готовых концентратах, так и в промпродуктах. Причинами избирательного изменения размеров магнетита и вмещающих пород в процессах измельчения являются различия в прочности. Для усиления избирательного изменения размеров минералов с различной прочностью необходимо использовать их разрушение преимущественно путём раздавливания и удара, что реализуется при режиме измельчения, близком к водопадному. Такой режим измельчения реализован в мельницах на магнетитообогатительных фабриках, что и обеспечивает концентрацию железа в тонких классах крупности [77, 78].
Кроме этого, повышению1 массовой доли железа в тонких классах крупности концентратов и промпродуктов способствует использование гидроци-клонов в замкнутых циклах измельчения. Магнетит и вмещающие породы имеют значительные отличия в плотности. Поэтому в гидроциклоне создаются . условия для частичного разделения по плотности. В результате этого в слив гидроциклона с тонкими частицами магнетита и породы выводятся и относительно крупные частицы породы и сростков, которые не измельчены до требуемой крупности и снижают массовую долю железа в крупных классах крупности. Если тонкие и особенно крупные частицы породы магнитные сепараторы достаточно эффективно выводят в хвосты, то недоизмельчённые сростки попадают в магнитный продукт, снижая его качество. В пески гидроциклонов наряду с крупными частицами попадают мелкие частицы магнетита, что приводит к его переизмельчению. Если рассматривать тонкие фракции всех пром-продуктов стадии измельчения и обогащения, то в тонких классах песков гидроциклонов будет больше железа. Эта особенность использования гидроциклонов в замкнутых циклах измельчения магнетитовых руд отмечается во многих работах, например в [54, 176].
Таким образом, вторым свойством, которое следует, наряду с магнитной восприимчивостью, использовать при обогащении магнетитовых руд является крупность. Крупность частиц не является физическим свойством. Однако если учитывать, что различия в массовых долях железа в классах крупности продуктов переработки железных руд возникают за счет избирательного изменения размеров магнетита и вмещающих пород при измельчении и за счёт особенностей работы гидроциклонов в замкнутых циклах измельчения, то крупность следует рассматривать как признак разделения по железу.
Для разделения по крупности следует использовать вибрационный гидравлический грохот, так как в этом аппарате частичное разделение по плотности, связанное с сегрегацией и гидравлическим характером перемещения частиц по деке и в подрешётный продукт, будет способствовать повышению массовой доли железа в готовом продукте (в подрешётном продукте). В гидроциклоне, наоборот, частичное разделение по плотности будет способствовать снижению массовой доли железа в готовом продукте (в сливе).
Рассмотрим распределение железа в классах крупности продуктов для основных промышленных типов магнетитовых руд и схем обогащения с целью выбора продуктов, потенциально пригодных для разделения по крупности с помощью тонкого грохочения. В настоящей работе для характеристики вкрапленности магнетита использована классификация, приведённая в работе [182].
Вероятность прохождения частиц через сито грохота с учётом «фракционного состава исходного продукта и взаимодействия частиц
Для Оленегорского ГОКа использование тонкого грохочения с: a=0j 15 мм вместо гидроциклонов или в качестве контрольной операции1 на песках гидро циклонов приведёт к получению подрешётного продукта с (3Ре:=бГ-62 % из. конг центрата ММЄ-ІІГ.Уменьшение размера отверстия сетки до 0,1 ммпри грохо чении? песков, гидроциклонов приведёт к получению подрешётного продукта с pFc=64,9 %. Применение тонкого грохочение; (а=0;3: мм) после; первой стадии измельчения в;стержневых мельницах может позволить;из магнитного продук та ММЄ-Itc aFe=3 4,&% выделить вподрешётнышпродукт. богатьійіпромпродукт (PFC=45 %), из которого можно получить высококачественный концентрат по отдельной схеме.
Для Єтойленского ГОКа при грохочении магнитного продукта после IF стадии(измельченияша сите с a=0;Г мм можно получить продукт с: Рре=64,9 % и Psid2=6,8 %.. Можно предположить, что из такого продукта без; измельчения: можно получить концентрат, с pFe 66 % и pSi02 6,8 %.. 0днако массовая; доля класса -71 мкм в стадиально полученном концентрате может оказатьсяшедоста-точной для последующего производства- окатышей; Уменьшение размера отверстия сита грохота приведёт к более быстрому износу сит незначительно снизит производительность одного грохота. Поэтому схема обогащения может включать операцию измельченияшодрешётного продуктах поеледующешмагнитной сепарацией. Если использовать тонкое грохочение после первой? стадии; измельчения (а=0;15 мм), то можно из магнитного гфодуктаММ-Ііс aFe=48-% и : «si02=27,5 % выделитьв подрешётный- продукт богатый промпродукт (j3Fe=56 %) с пониженной массовой долей кремнезёма (18 %) из которого можно; получить высококачественный концентрат по отдельной схеме..
Использование кривых обогатимости или иных зависимостей применительно к процессу обогащения завышает прогнозируемые показатели разделения. Для точного прогноза результатов разделения необходимо знать, сепарационную характеристику аппарата [190, 191, 199]. Любой грохот имеет специфическую сепарационную характеристику, связанную с невозможностью попадания в; подре-шётный продукт частиц с крупностью большей размера отверстия сита [7, 29; 72, 191, 199]. Это приводит к тому, что реальная граница разделения грохота: всегда меньше, чем размер отверстия сита. Поэтому использование кривых обогатимости приводит к завышению выхода подрешётного; продукта. Массовая? доля«железа: в г подрешётномпродуктег оцененная-по рис. 2.3-2.5, будет всегдаезанижена, так. как, согласно классической" теории грохочения; и сепарационных процессов [7, 29; 72, 191,199] j-. с уменьшением-крупности; частиц: повышается вероятность, их: просеивания? (попаданиям в подрешётный продукт); Однако теория сепарационных-: процессов ш грохочения в основном разработана применительно «крупному» и? «сухому» грохочению и частично к тонкому грохочению на неподвижньіх грохотах [29,т ,69]1 Гидравлический вибрационный грохот для тонкого грохоченияшагнетит-. содержащих продуктов следует рассматривать как аппарат, осуществляюшишраз-деление не толькошо крупносщІ но и частично по плотности.
Гидравлическое: перемещение частиц по деке грохота приводит к возможности взвешиванияітонких частиц (в том числе и магнетита) и выноса их в надрег шётный продукт. При этом сепарационнаяхарактеристикагрохотаможетпринять вид, - не-, согласующийся с общепринятыми представлениями о процессе: грохочения И: проявляющийся; в снижении извлечения под решето самых, тонких классов крупности. Кроме этого, для лёгких тонких частиц возможность.взвешиваниям более высокая; чем дляїтяжельїх тонких частиц, что приводит к частичному разделению по плотности (по железу) тонких частиц.
При: тонком грохочении; на вибрационном высокочастотном грохоте про дуктов, в которых уже содержатся чистые зёрна:тяжёлых, минералов;(магнетита), разделение осуществляется5 частично по плотности в. пульсирующем потоке: сре ды. При этом для тяжёлых частиц увеличивается скорость их осаждения И: ско рость их продвижения через слой материала к ситу. Это также усиливает эффект разделения по полезному компоненту (по железу). Поэтому для более точного теоретического прогноза технологических показателей разделения при тонком гидравлическом вибрационном грохочении необходима сепарационная характеристика, учитывающая особенности этого процесса. При получении сепарационной характеристики следует использовать как крупность, так и плотность фракций разделяемого продукта.
Для теоретического описания процесса грохочения, в - основном используются сепарационные характеристиюгили другие зависимости, позволяющие рассчитать конечные показатели, разделения, [29, 69, 73, 191]. Получение сепа-рационных характеристик, как правило, связано, кроме теоретических исследований, с обработкой большого объёма экспериментальной- информации; что также накладывает определённые ограничения на интервал варьирования исходных факторов.
К чисто теоретическим-методам получения конечных показателей любого процесса разделения относятся математические динамические модели; решаемые-методами численного интегрирования. В частности; в работе [10] отмечается, что использование компьютерного моделирования на основе метода динамики, частиц и метода дискретных элементов позволяет в значительной степени заменить физический эксперимент и обработку его»результатов. При этом модель динамики перемещения частиц через рабочую зону обогатительного аппарата (грохота) позволяет, при включении в неё математического описания вероятностных процессов (вероятности просеивания через сито), получить кроме конечных показателей разделения и сепарационную характеристику исследуемого. аппарата.
Расчёт продольной скорости воды по поверхности грохота
Вероятность просеивания, как и процесс сегрегации и динамика (гидродинамика) перемещения твёрдой и жидкой фазы через зону разделения вибрационного грохота во многом зависят от фракционного состава частиц по крупности. Рассмотрим влияние фракционного состава на вероятность просеивания частиц через сито грохота.
В начальный момент времени t (попадание материала на сито) можно принять, что распределение частиц с z-ой крупностью по высоте слоя одинаковое. Тогда вероятность нахождения над отверстием сита частицы того или иного размера будет определяться фракционным (объёмным) составом частиц по крупности. При принятии равенства плотностей (в монолите и насыпных) частиц различной крупности вероятность нахождения над отверстием сита частиц узкой фракции будет определяться ситовой характеристикой (у-функцией) по крупности. Эта вероятность равна: РоШ уШ, доли ед., (3.9) где Po(di) - вероятность появления частиц с крупностью di над отверстием сита, доли ед.; і - номер класса крупности; y(d,) — массовая доля (выход) частиц класса крупности в рабочем объёме материала над отверстием сита при условии равенства насыпных плотностей классов крупности, доли ед.
Рабочим объёмом материала (продукта на решете грохота) в момент времени t будем называть такой объем, из любой точки которого частица за заданный промежуток времени At сможет достичь поверхности сита. В процессе разделения рабочий объём будет изменяться по длине грохота (во времени). Рабочий объём материала будет определяться динамикой и гидродинамикой перемещения твёрдой и жидкой фазы по деке грохота.
При продвижении материала по ситу одинаковое распределение частиц с /-ой крупностью по высоте слоя будет поддерживать процесс сегрегации, по 83 стоянно заменяя прошедшие под решето мелкие частицы частицами такого же размера из верхних слоев материала. Поэтому вероятность Po(d,) частиц с d a будет определяться распределением частиц по крупности в исходном продукте и скоростью процесса сегрегации.
Формула (3.9) справедлива для случая независимости наступления события появления над ситом частицы с размером dt от наступления событий появления над ситом частиц с другим размером di+c. Причём более мелкие частицы с размером dt dMWi рассматриваются не по одной штуке, а в количестве, заполняющем объём, равный объёму максимальной частицы.
Если имеется связь между крупностью и плотностью частиц, как при тонком грохочении магнетитовых промпродуктов, то при условии равенства коэффициентов пористости (для перехода к насыпным плотностям) для частиц различной крупности формула (3.9) запишется следующим образом: poK) = i , (3.10) Е(тК)/р,) где р/ - плотность частиц с размером dh кг/м ; N— число классов крупности.
Если имеется связь между крупностью и насыпной плотностью частиц то в уравнение (3.10) следует вместо плотности в монолите подставить насыпную плотность рн.
Общая вероятность прохождения частиц с крупностью dt через сито грохота P(.)(di) будет равна произведению вероятности появления частиц над отверстием сита (формулы (3.9 и 3.10)) и вероятности прохождения частиц через сито (система уравнений (3.8)): Р(0( =ВД Ж)- (3.11)
Вероятность P(d{), рассчитываемая по формулам системы (3.8), учитывает вероятность просеивания одиночной частицы с dj. Но этой частице будут мешать попасть в отверстие частицы с другим размером, как с размером большим а (перекрывая отверстия сита), так и с di+c а (пытаясь опередить частицы с di). Влияние на просеивание частицы с dt других частиц определяется вероятностью Po(di).
Общая вероятность прохождения частиц через сито грохота P(.)(rf,) будет занижена для частиц с крупностью dt а, так как вероятность P(di) учитывает возможность прохождение через отверстие сита в момент времени t только одной частицы. Если над ситом окажутся две частицы, которые потенциально могут пройти через сито, но имеют различный размер, то возможны два исхода. При первом исходе пройдут мелкие частицы, но оставят в отверстии сита не заполненную часть, через которую сможет пройти (или не пройти) определённое количество более крупных частиц. При втором исходе пройдёт одна крупная частица и в отверстии опять будет не заполненная часть, через которую сможет пройти определённое количество более мелких частиц. При этом в момент прохождения основной частицы через отверстие сита, между краем частицы и проволокой сита образуется ещё одно «дополнительное условное отверстие», размер которого равен af=a-dj.
Дополнительным условным отверстием сита будем называть отверстие с размером, определяемым расстоянием между проволокой сита и частицей, находящейся в основном отверстии, и возникающее в момент прохождения частицей основного отверстия. Размер дополнительного отверстия всегда меньше основного отверстия.
