Обогащение железистых кварцитов в магнитных сепараторах с воздушным зазором

Варламов, Борис Сергеевич

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Обогащение железистых кварцитов в магнитных сепараторах с воздушным зазором
ВАК РФ 25.00.13, Обогащение полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Обогащение железистых кварцитов в магнитных сепараторах с воздушным зазором"

На правах рукописи

ВАРЛАМОВ БОРИС СЕРГЕЕВИЧ

ОБОГАЩЕНИЕ ЖЕЛЕЗИСТЫХ КВАРЦИТОВ В МАГНИТНЫХ СЕПАРАТОРАХ С ВОЗДУШНЫМ ЗАЗОРОМ

Специальность 20.00.13 - "Обогащение полезных ископаемых"

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

^ о л п Р 2012 і — * • •

Владикавказ - 2012

005018686

Работа выполнена в Северо-Кавказском горно-металлургическом институте (государственном технологическом университете).

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

ЕПУТАЕВ Геннадий Алексеевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, доцент

МАКСИМОВ Руслан Николаевич, ФГБОУ ВПО «Северо-Кавказский горнометаллургический институт (государственный технологический университет)», кафедра «Обогащение полезных ископаемых», профессор

кандидат технических наук, доцент ПОЖАРСКИЙ Юрий Михайлович, Старооскольский технологический институт (филиал) НИТУ «МИСиС», кафедра «Автоматизированные информационные системы управления»

Ведущая организация: Всероссийский научно-исследовательский

институт ОАО «ВИОГЕМ» (г. Белгород)

Защита диссертации состоится « 27 » апреля 2012 г. в 15 час 00 мин на заседании диссертационного совета Д 212.246.05 при ФГБОУ ВПО «Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет)» по адресу: 362021, РСО-Алания, г. Владикавказ, ул. Николаева, 44.

Факс: (8672) 407-203, E-mail: info@skgmi-gtu.ru.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять в адрес Совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет)».

Автореферат разослан «JL» марта 2012г.

Ученый секретарь диссертационного совета, л.

доктор технических наук, профессор Хетагуров В.Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Анализ минерально-сырьевой базы действующих предприятий России по добыче железорудного сырья показывает, что в настоящее время ресурсная база Российской Федерации позволяет обеспечить потребности страны и экспорт железорудного сырья на длительную перспективу. В настоящее время Россия является пятым по величине производителем железорудного сырья (ЖРС).

Обычно повышение качества магнетитовых концентратов осуществляется с помощью применения более развитых схем магнитной сепарации, что неизбежно приводит к повышению себестоимости 1 т концентрата. Поэтому в современных условиях повышение качества магнетитовых концентратов при снижении затрат для их получения является весьма актуальной задачей.

На всех переделах обогатительных фабрик по переработке железосодержащего сырья существуют проблемы, и во многих случаях существуют научные разработки по их преодолению.

Проблемой магнитного обогащения железистых кварцитов на используемых барабанных сепараторах типа ПБМ является низкая селективность свойств разделяемых частиц из-за явления магнитной флоккуляции. Анализ вещественного состава измельченной руды показал, что значительная часть зерен магнетита раскрыта уже после первой стадии измельчения, поэтому возникла идея стадиального выведения не только кварца, но и товарного магнетита уже на первой и последующих стадиях.

В НТЦ МГГУ успешно реализован такой механизм сепарации в новом экспериментальном высокоселективном мокром магнитном сепараторе ВСПБМ-32,5/20, применение которого усложняет технологическую схему обогащения.

В настоящее время нет способов обогащения и сепараторов для их осуществления с одновременным и эффективным разделением исходной пульпы на три продукта: концентрат, промпродукт и шлам, которые позволят получать высококачественные конкурентоспособные концентраты, соответствующие современным требованиям.

Цель работы: повышение эффективности магнитного обогащения путем сепарации сырья через воздушный зазор.

Идея работы: разработать способ обогащения железосодержащего сырья без извлечения немагнитной фракции на основе теоретических и экспериментальных исследований разделения минералов при сепарации через воздушный зазор.

переменного, аналитических методов решения систем дифференциальных уравнений и теории сепарационных процессов, методы математического и физического моделирования, лабораторные эксперименты, методы планирования экспериментов, статистические методы исследований с обработкой результатов на ЭВМ.

Научные положения, защищаемые в работе.

1. Способ обогащения железистых кварцитов путем магнитной сепарации через воздушный зазор между извлеченным материалом и потоком пульпы, который может быть применен на любой стадии обогащения.

2. Математические модели расчета магнитных полей в ленточных магнитных сепараторах, в которых магнитная система имеет вид линейки постоянных магнитов с различными углами наклона к горизонтальной оси, и траекторий движения минералов в рабочей зоне сепараторов.

3. Зависимости извлечения Ре203 при обогащении концентрата первой стадии мокрой магнитной сепарации от длины рабочей зоны ленточных прямо - и противоточных сепараторов с воздушным зазором. В проти-воточном сепараторе наблюдается рост извлечения Ре203 при увеличении длины рабочей зоны от 210 до 630 мм, при этом его концентрация снижается с 62,2 до 55,2 %. В прямоточном сепараторе при длинах рабочей зоны от 210 до 420 мм извлечение Ре203 растет, при дальнейшем увеличении длины извлечение стабилизируется.

Научная новизна:

1. Разработанный способ обогащения железистых кварцитов путем магнитной сепарации через воздушный зазор между извлеченным материалом и потоком пульпы отличается возможностью разделения исходной пульпы на три продукта: концентрат, промпродукт и шлам.

3. Впервые установлен факт зависимости извлечения Ре203 от длины его рабочей зоны при обогащении концентрата первой стадии мокрой магнитной сепарации в ленточном противоточном сепараторе, имеющем воздушный зазор между извлеченным материалом и потоком пульпы.

4. Установлена зависимость извлечения Ре203 от длины рабочей зоны в ленточном прямоточном сепараторе. Установлено, что извлечение Ре203 при длине рабочей зоны от 420 до 630 мм изменяется незначительно в сторону увеличения.

ного поля на ее поверхности образуется тонкий слой магнитного материала, в который попадают частицы магнетита и его сростки. Впоследствии образуются на поверхности пульпы «обратные» капли, и частицы магнетита и его сростки перемещаются на ленту.

Научное значение работы заключается в следующем:

1. Разработанный способ обогащения железистых кварцитов путем магнитной сепарации через воздушный зазор между извлеченным материалом и потоком пульпы позволяет разработать конструкцию ленточного магнитного сепаратора.

2. Разработанные математические модели расчета магнитных полей в ленточных магнитных сепараторах, в которых магнитная система имеет вид линейки постоянных магнитов с различными углами наклона к горизонтальной оси, и траектории движения минералов в рабочей зоне сепараторов позволяют построить картины поля сил и их модулей, горизонтальной и вертикальной составляющей пондеромоторной магнитной силы и траекторий движения ферромагнитных частиц в противоточном и прямоточном ленточных магнитных сепараторах при различных углах наклона сепаратора к горизонтальной оси.

3. Установленные зависимости извлечения Ре203 от длины рабочей зоны ленточного противоточного и прямоточного магнитных сепараторов с воздушным зазором между извлеченным материалом и потоком пульпы, позволяют определить оптимальные параметры обогащения железистых кварцитов.

Практическая значимость заключается в следующем:

1. Разработаны конструкции сепараторов на постоянных магнитах с воздушным зазором между извлеченным материалом и потоком пульпы.

2. Разработан пакет программ расчетов на ЭВМ в среде Ма^Ьсаё 13 параметров магнитных полей, полей сил и траекторий движения минералов в ленточных магнитных сепараторах.

3. Показана возможность получения концентрата с содержанием 5562 % Ре203 после одной стадии обогащения в ленточном противоточном сепараторе.

4. Применение прямоточного ленточного магнитного сепаратора в технологических схемах обогащения железистых кварцитов позволяет получить практически полное извлечение магнитной фракции из потока пульпы и производить стадиальное выделение концентрата.

5. Определено, что в двухзонном ленточном сепараторе возможно осуществлять выделение из потока пульпы двух продуктов, концентрата и промпродукта на любой стадии обогащения.

6. Установлены параметры процесса доводки концентрата с содержанием железа 71,24 % из железистых кварцитов Лебединского и Стойлен-ского месторождений в прямоточном ленточном сепараторе.

Достоверность и обоснованность выводов и рекомендаций диссертационной работы подтверждаются: использованием фундаментальных законоз теории электромагнитного поля и классических методов расчета магнитных полей с использованием векторного магнитного потенциала, теории разделительных процессов, большим объемом экспериментальных исследований, проведенных в лабораторных условиях, использованием современных методик и измерительной аппаратуры, удовлетворительной сходимостью теоретических и экспериментальных результатов, использованием методов математической статистки, использованием результатов исследований, подтвержденных актом промышленных испытаний. Погрешность между опытными и расчетными величинами составляет не более 5 %.

Личный вклад автора заключается в проведении аналитического обзора научно-технической и патентной информации о существующих методах переработки железистых кварцитов, разработке способа магнитной сепарации через воздушный зазор, получении аналитических зависимостей в алгебраической форме записи, выполнении экспериментальных исследований по изучению закономерностей разделения магнитных минералов в магнитном поле магнитных сепараторов, анализе и обобщении полученных результатов, формулировании выводов.

Реализация рекомендаций и выводов работы. Основные рекомендации по проектированию магнитных систем в виде линейки постоянных магнитов и конструированию магнитных сепараторов; регулированию параметрами режима магнитной сепарации для получения минимального количества Ре203 в хвостах; регулированию параметрами режима магнитной сепарации для получения максимального содержания Ре203 в концентрате приняты в 2011 г. к использованию ОАО НПП «ГЕОС» при усовершенствовании технологической линии сепарации железистых кварцитов.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и получили одобрение на научных симпозиумах «Неделя горня-ка-2009», г. Москва, 2009 г., «Неделя горняка-2010», г. Москва, 2010 г.; на ежегодных заседаниях научно-технических конференций СКГМИ (ГТУ), 2007-2011 гг.; на техническом совете ООО Научно-производственное предприятие «ГЕОС», 2009 г.; на расширенном заседании кафедры «Теоретической электротехники и электрических машин» СКГМИ (ГТУ), 2011 г.

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 5 статьях, из них 2 статьи включены в Перечень ведущих рецензируемых научных журналов, определенных ВАК РФ, а также получено 3 патента РФ на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, а также 6 приложений, изложенных на 110 страницах машинописного текста, и содержит 10 таблиц, 37 рисунков, список использованных источников из 87 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе проведен анализ литературных и патентных источников, показавший, что до настоящего времени все существующие процессы мокрого магнитного обогащения железных руд и железистых кварцитов сопровождаются процессами флоккуляции, когда во флоккулы захватываются немагнитные частицы и бедные сростки, что приводит к усложнению схем обогащения. Борьба с процессами флоккуляции велась постоянно, особенно интенсивно она велась в последнее время, но существенных результатов достигнуто не было. Постадийный рост содержания магнетита идет только за счет раскрытия сростков при измельчении, а при переизмельчении магнетит частично теряет магнитные свойства, например при измельчении до 40 мкм магнетит теряет до 15-20 % своих магнитных свойств.

Значительный вклад в исследования по магнитной сепарации и конструированию аппаратов и повышение эффективности их работы для обогащения сильномагнитных руд внесли ведущие ученые: Т.Е. Владимиров, В.Т. Деркач, B.C. Замыцкий, В.В. Кармазин, В.И. Кармазин, JI.A. Ломовцев, П.Е. Остапенко, И.Н. Плаксин, а также зарубежные исследователи Jan Svoboda, Fujita, Е. Laurilla, U. Runollina и многие другие.

Проведен анализ современного состояния и путей развития методов расчета магнитных систем. Аналитические методы расчета (методы непосредственного решения, метод зеркальных отображений, метод отображений, методы конечных разностей, метод конечных элементов) основаны на математической теории поля с использованием векторной алгебры и дифференциального исчисления. И в дальнейшем аналитические методы расчета развивались с использованием комфорных отображений для эквипотенциальных систем.

Погрешность расчетов по предлагаемым методам напряженностей магнитных полей и потоков составляет 10-15 %, а в некоторых случаях -более 20 %.

Определено, что наиболее приемлемой для расчета магнитных полей и полей сил является теория функций комплексного переменного с использованием интеграла типа Коши и интеграла Коши. До настоящего времени нет аналитических выражений в алгебраической форме записи для магнитных индукций.

На основе выполненного анализа, а также в соответствии с целью работы сформулированы следующие задачи исследований:

- разработать конструкции сепараторов на постоянных магнитах с воздушным зазором между извлеченным материалом и потоком пульпы: дискового центробежного магнитного сепаратора; ленточных магнитных сепараторов с разными направлениями движения пульпы и рабочего органа;

- разработать способ магнитной сепарации и конструкции ленточного противоточного сепаратора с двумя зонами обогащения;

- выполнить аналитические исследования магнитных полей, полей пондероматорных сил и траекторий движения частиц магнетита в магнитных сепараторах;

- выполнить экспериментальные исследования процессов сепарации в ленточных магнитных сепараторах на постоянных магнитах с воздушным зазором между извлеченным материалом и потоком пульпы;

- разработать рекомендации по проектированию и эксплуатации ленточных магнитных сепараторов.

Во второй главе разработаны конструкции сепараторов с воздушным зазором между извлеченным материалом и потоком пульпы.

Был разработан дисковый магнитный сепаратор для мокрого обогащения. Анализ работы дискового магнитного сепаратора для мокрого магнитного обогащения показал, что сепараторы подобного типа успешно могут применяться при обогащении небольших количеств минерального сырья в лабораторных условиях или в геологоразведочных экспедициях. Выявлено, что конструкция дискового магнитного сепаратора имеет ряд недостатков, таких как увеличение динамических нагрузок на диск и вал сепаратора при увеличении размеров диска, трудности при разгрузке извлеченного материала, которые не позволяют увеличить производительность сепаратора и препятствуют созданию сепаратора для промышленного использования. Было принято решение разработать конструкцию сепаратора с воздушным зазором между извлеченным материалом и потоком пульпы на основе ленточного магнитного сепаратора.

Разработаны новые ленточные магнитные сепараторы наклонного типа с воздушным зазором между извлекаемым материалом и потоком пульпы при противоточном и прямоточном движении пульпы. Принципиальная схема противоточного сепаратора представлена на рис. 1.

Рис. 1. Противоточный ленточный магнитный сепаратор.

Ленточный магнитный сепаратор работает следующим образом. Через патрубок 7 по желобу б подается пульпа. Транспортирующая лента 3, натянутая между приводным 4 и хвостовым 5 барабанами, приводится в движение посредством электродвигателя 15 против направления движения потока пульпы. Транспортирующая лента 3 устанавливается над желобом 6

с образованием воздушного зазора. При этом магнитные частицы извлекаются из потока пульпы пондеремоторными магнитными силами постоянных магнитов 1 через воздушный зазор на транспортирующую ленту 3, образуя флоккулы. Пульпа проходит по всей длине желоба 6 и стекает в приемник 8. Магнетит, очищенный от примесей, увлекается транспортирующей лентой 3 к приемнику для магнитной фракции 9 и удаляется с нее при помощи смывного устройства (на рис. не показано).

На рис. 2 представлена принципиальная схема прямоточного сепаратора.

Рис. 2. Прямоточный ленточный магнитный сепаратор.

Изменяя направление движения транспортирующей ленты и соответственно ему положение приемников продуктов разделения, сепаратор используется для стадиального выделения магнетита.

Разработан способ магнитного обогащения и ленточный магнитный сепаратор с двумя зонами для его осуществления, который представлен на рис. 3.

Рис. 3. Ленточный магнитный сепаратор с двумя зонами.

Способ магнитной сепарации осуществляют с помощью этого устройства следующим образом. Через патрубок 7 пульпу подают в зону воздействия неоднородного магнитного поля с помощью желоба 6. Транспортерную ленту 3 приводят в движение посредством электродвигателя ¡9 и барабанов 4 и 5 против направления движения потока пульпы. Пульпа попадает в зону действия постоянных магнитов 1. Сначала в зоне воздействия слабого магнитного поля через воздушный зазор на транспортерную

ленту 3 из пульпы извлекают сильномагнитные частицы, которые затем движутся в направлении приемника 8, образуя флоккулы и совершая одновременно с поступательным движением по транспортерной ленте 3 вращательное движение, делая один оборот на каждой паре полюсов магнитов 1. При вращении флоккулы принимают новую форму и вещественный состав, а немагнитные частицы, захваченные между магнитными частицами, сбрасываются под действием гравитационных сил в поток пульпы при переходе от одного полюса магнитов 1 к другому, вследствие чего происходит многократная перечистка продукта. Воздушный зазор между потоком пульпы и транспортерной лентой 3 позволяет значительно уменьшить попадание немагнитной фракции в извлеченный продукт, который затем удаляют через патрубок 18.

Затем пульпа поступает в зону воздействия сильного магнитного поля, где из нее извлекают слабомагнитные частицы на транспортерную ленту 3 через воздушный зазор, уменьшающийся по направлению движения пульпы до полного соприкосновения транспортерной ленты 3 с потоком пульпы в конце зоны магнитного воздействия, что значительно повышает извлечение слабомагнитных частиц из потока пульпы. При этом извлеченные слабомагнитные частицы, как и сильно магнитные, совершают вращательное движение, делая один оборот на каждой паре полюсов магнитов /, освобождаются от немагнитных частиц, двигаются по транспортерной ленте 3 к приемнику 9 и счищаются с нее щеткой 14. Пульпа, проходя по всей длине желоба б, после извлечения из нее магнитных частиц стекает в приемник для шлама 10.

Регулирование величины воздействия магнитного поля на поток пульпы и улучшение качества получаемого продукта осуществляют изменением расстояния между магнитами / и транспортерной лентой 3 с помощью механизма 12. Изменением угла наклона кожуха 15 к горизонтальной оси с помощью устройства 17 регулируют производительность и эффективность извлечения магнитных частиц, а также качество товарного магнетита.

Изготовлен экспериментальный экземпляр сепаратора и определены его технические характеристики, которые приведены в табл. 1.

Таблица 1

Техническая характеристика экспериментального сепаратора

№ п/п Параметр Показатель

1 2 3

1. Производительность (по твердом)'), кг/ч 50-60

2. Длина ленты над рабочей зоной, мм 630

3. Ширина ленты над рабочей зоной, мм 55

4. Магнитная индукция на поверхности магнита, мТл 262-362

Продолжение табл. 1

1 2 3

5. Шаг полюсов, мм 95

б. Скорость движения ленты, м/с 0,75

7. Мощность двигателя привода барабана и щетки, кВт 0,2

8. Габаритные размеры сепаратора:

Длина, мм 730

Ширина, мм 285

Высота, мм 190

9. Масса, кг 15

Магнитная система имеет кобальт-самариевые магниты, которые имеют размеры: длина - 60 мм, ширина в узком месте 10 - мм, ширина в широком месте 20 - мм, высота 10 - мм. Для увеличения магнитной индукции магниты удваивались по высоте.

В третьей главе произведены расчеты магнитных полей, полей пон-деромоторных сил и траекторий движения частиц магнетита в магнитных сепараторах.

Для определения оптимальных технологических параметров сепарации магнетитовых руд рассчитаны магнитные поля и поля сил магнитного сепаратора. Разработана методика расчета линейки магнитов на основе уравнений

I Н_ та% 4

х[1пг)]

О)

где к. .= I,)

1+;

С03ф+7

Ы1 £/ у

-г,-

Э1Г1Ср

; у — мнимая единица,

у = V—~Г; 2 - комплексная координата; ц0 - магнитная постоянная; J -вектор намагниченности, А/м; В - магнитная индукция, Тл; ф - угол наклона вектора намагниченности к оси ординат, рад.

Составлена программа расчета и произведен расчет вершин линейки магнитов при заданных геометрических размерах магнитов, их числе и различном угле наклона магнитной системы к горизонтальной оси. Определены магнитные индукции в относительных единицах в рабочей зоне сепаратора, когда системы постоянных магнитов - равноотстоящие, сечения магнитов - равные фигуры, магниты одинаково намагничены.

Построены картины магнитных полей ленточного сепаратора на постоянных магнитах.

Векторный потенциал для линейки описывается формулой:

А(і)=Ке

Т 5Х

4п Ъм 4

( \ Г N

Ъ.м-1 !

V —ї+7 -і ) и

где модуль вектора намагниченности, А/м.

Построение картин магнитного поля производилось в относитель-

ных единицах при значении

\л

Картина магнитных полей линейки постоянных магнитов при углах наклона а=0,3 рад показана на рис. 4.

80-

40 вО 80 101

Длина I, ым

Рис. 4. Картина магнитного поля при наклонном расположении магнитов.

Создана методика расчета полей пондеромоторных сил с использованием формул для горизонтальной и вертикальной составляющих силы:

дВX Я , дВУ ■ « —-сое р + ——эт р

дх дх

дВ,

2 \ду ду

где ^ - вектор спонтанного намагничения частицы, А/м;

р -утоп между вектором магнитной индукции В и осью х, рад.

-12-

Принимаем Js= const. Для определения пондеромоторных сил были получены формулы для нахождения действительной и мнимой части магнитной индукции

ReB(x,y) = J— ¿ [Re(K(kj) х

х \atan2 \(Re(Z2 ок+,)) + х] ~[(Im(Z2 ок+1)) + j]j]- , (4)

- [ atan2 ft(Re(Z2 ок )) + х] ~[(Im(Z2 ок )) + уЩ-

- 1т(К(к)) [in |Z20M1 - (X + ^ ¡]- In \Z2U ~(x + yi) |{¡

ImB(x,y) = J- ■ ¿ ■■ [[УВД^х

x ([д/^звд^;; + x] - [f/^ i+/;;+;']]]- (5)

- [atató|[«e<Z2w;; + x] - [(Im(Z20k)) +у ^ + + Re(K(k))\ln\z20MI -fx + /n¡Z2„ - fx +

Для ленточного сепаратора по полученным формулам рассчитаны и построены картины горизонтальной и вертикальной составляющих сил при углах наклона а=0,3 рад и представлены на рис. 5 и 6.

Длима £, мм

Рис. 5. Картина горизонтальной составляющей пондеромоторной силы при «=0,3 рад.

Длима мм

Рис. 6. Картина вертикальной составляющей пондеромоторной силы при а=0,3 рад.

Для исследования процесса сепарации необходимо описать процесс движения частиц магнетита и его сростков в рабочей зоне сепаратора. Для этого аналитически описаны магнитные поля и поля пондеромоторных сил.

При взаимодействии минералов, содержащих магнетит, с магнитным полем возникают пондеромоторные силы, которые взаимодействуют с магнитными частицами. Траектории движения рассчитаны по формулам

и 0

йгх п ——

¿ъ

с1 X

ИГ

с1х

л^-У^Му+РАу+РТу) = о,

(6)

где - момент инерции частицы, кг/м2; ц - приведенная вязкость среды с учетом формы и размеров частицы, н-с/м; V-объем частицы, м3; т - масса частицы, кг;/ - время, с, х,у - координаты, м; удельная пондеромотор-ная сила, н/м ; РТ - удельная сила тяжести частицы, н/м3; РА- удельная сила Архимеда, н/м3.

Траектории движения магнитных частиц рассчитаны в системе координат х,у и имеют 4 участка, результаты расчета которых представлены на рис. 7. При противоточном движении пульпы и ленты на участке траектории 1 магнитные частицы движутся в пульпе по желобу при ее турбулентном движении, которое описывается системой уравнений (6). Это приводит к тому, что они перемещаются в воздушный зазор на различном расстоянии от начала желоба, но имеют одинаковые траектории движения в потоке пульпы.

На участке 2 движение магнитосодержащих частиц происходит в воздушной среде и также описывается системой уравнений (6), но в ней

сила Архимеда РА = О и приведенная вязкость среды г/ для воздуха.

Участок траектории 3 начинается, когда частица достигает нижней стороны транспортерной ленты. В поступательном движении она движется со скоростью, равной скорости ленты. Одновременно на ленте образуются флоккулы, совершающие Еращательное движение. При вращении флоккулы принимают новую форму и вещественный состав, а сростки, захваченные между магнитными частицами, сбрасываются под действием гравитационных сил в процессе перехода от одного полюса постоянных магнитов к другому, вследствие чего происходит многократная перечистка продукта.

На рис. 7 представлены траектории движения частицы магнетита в противоточном ленточном сепараторе.

Рис. 7. Траектория движения частицы магнетита в противоточном ленточном сепараторе.

На участке траектории 4, флоккулы перемещаясь по ленте, достигают области, где силы тяжести становятся больше пондеромоторных сил. В этом случае полученный продукт отрывается от ленты и движется в воздухе.

Траектория движения магнитных частиц при прямоточном движении для стадиального выделения магнетита показана на рис. 8.

Рис. 8. Траектория движения частицы магнетита в прямоточном ленточном сепараторе. -15-

В четвертой главе приведены результаты экспериментальных исследований процессов сепарации в ленточных магнитных сепараторах.

Для исследования процесса обогащения в сепараторах с воздушным зазором между извлекаемым материалом и потоком пульпы был изготовлен лоток из прозрачного оргстекла, что позволило проводить визуальные наблюдения.

На рис. 9 изображены результаты наблюдений процесса сепарации. В пульпе, попадающей в зону действия магнитного поля, на поверхности образуется тонкий слой магнитного материала. В зависимости от напряженности магнитного поля в слой селективно попадают частицы магнетита и его сростки. Затем слой утолщается, образуются «обратные» капли, и они перемещаются на ленту. По мере удаления из пульпы большинства сростков происходит уменьшение толщины поверхностного слоя, капли не образуются и пульпа уходит в шлам.

Исследован процесс обогащения в ленточном сепараторе при проти-воточном движении с целью максимального выделения из пульпы магнитного железа при различной длине рабочей зоны. Различная длина рабочей зоны получалась путем выдвижения лотка из рабочей зоны. На каждой длине рабочей зоны эксперименты проводились по пять раз.

(а) и прямотоке (б).

По данным экспериментов построены зависимости содержания масс твердого в пульпе и концентрате, масс магнитного железа в пульпе и концентрате, процентного магнитного железа в пульпе и концентрате от длины рабочей зоны в ленточном противоточном сепараторе. По полученным данным построены и обработаны графики в системах Excel и Statistica. Зависимости процентного магнитного железа в хвостах и концентрате от длины рабочей зоны в ленточном противоточном сепараторе показаны на рис. 10.

о4

4) Ич

о К о

и t-

оз

у = 2Е-05* - 0,0077* + 62

у =- 0,0003* - 0,0084л: + 50,219

500

1000

1500

Длина Ьр.з., мм

Рис. 10. Зависимости содержания магнитного железа в хвостах нижняя и концентрате верхняя от длины рабочей зоны

Зависимость извлечения Ре203 от длины рабочей зоны в ленточном противоточном сепараторе показана на рис. 11.

По данным экспериментальных исследований, приведенных в тексте диссертации, построены зависимости содержания масс твердого в хвостах и концентрате, масс магнитного железа в хвостах и концентрате, процентного содержания магнитного железа в хвостах и концентрате от длины рабочей зоны в ленточном прямоточном сепараторе.

Зависимость извлечения Ре203 от длины рабочей зоны в ленточном прямоточном сепараторе показаны на рис. 12.

Химический анализ продуктов обогащения показал, что при данных параметрах обогащения получен шлам, содержащий 0,3 % магнетита, концентрат магнетита содержит 55-62 % железа.

О 200 400 600 800 1000 1200 1400

Длина рабочей зоны Ь р.з., мм Рис. 11. Зависимость извлечения Ре203 от длины рабочей зоны в ленточном противоточном сепараторе

Длина рабочей зоны Ьр.з., мм

Рис. 12. Зависимости извлечения Ре203 от длины рабочей зоны в ленточном прямоточном сепараторе

В ленточном прямоточном сепараторе исследовался процесс обогащения промпродукта Лебединской обогатительной фабрики, отобранный после первой стадии обогащения, при стадиальном выделении магнетита и в зависимости от длины рабочей зоны. Магнитная индукция на дне желоба составляла 75 мТс.

Зависимость изменения извлечения Ре20з в концентрат от длины рабочей зоны при стадиальном выделении магнетита показывает, что содержание изменяется незначительно в сторону уменьшения.

Были проведены испытания прямоточного ленточного сепаратора при обогащении материалов, отправляемых на стадию доводки концентратов Стойленской, Михайловской, Коробовской и Лебединской обогатительных фабрик. Причем материалы Лебединского ГОКа подвергались вторичной перечистке. Результаты доводки концентратов текущего производства на ленточном сепараторе приведены в табл. 2.

Таблица 2

Результаты доводки концентратов на ленточном сепараторе

Горнообогатительный комбинат Исходный концентрат После перечистки на сепараторе

Выход, % Массовая доля,%

Массовая доля, % Р^общ Ре 1 смаг БЮг

^ ^общ БЮг

Стойленский 66,8 6,43 90,34 69,07 64,74 4,64

Михайловский 65,1 8,85 68,31 65,93 58,1 8,43

Коробковский 66,16 7,59 85,20 67,30 65,25 6,84

Лебединский 68,56 4,28 82,41 69,13 66,1 3,08

70,05 3,42 97,22 71,24 65,76 1,84

С целью снижения содержания диоксида кремния в концентрате проведены эксперименты на концентратах текущего производства предприятий Курской магнитной аномалии (табл. 2). Анализ полученных результатов свидетельствует, что на прямоточном ленточном сепараторе возможно получение низкокремнеземистого продукта из легкообогатимых железистых кварцитов Лебединского и Стойленского месторождений. Минералогический анализ продуктов после перечистки железистых кварцитов этих ГОКов на ленточном сепараторе показал, что в концентратах существенно увеличилась объемная доля рудных частиц и практически отсутствуют нерудные. В то же время при сепарации труднообогатимых концентратов Михайловского и Коробковского месторождений выявлено присутствие сростков и незначительного количества нерудных частиц в виде ожелез-ненных силикатов и кварца.

Зависимость извлечения Ре203 от производительности сепаратора в ленточном двухзонном сепараторе приведена на рис. 13.

-19-

£ у = 61,12х2-203,53х +306,91

«40 х

е? 20

3,2 3,4 3,6 3,8

Производительность сепаратора £>, л/мин

Рис. 13. Зависимость извлечения Ре203 от производительности сепаратора в ленточном двухзонном сепараторе.

Опыты показали, что при изменении производительности сепаратора от 3 - 4 л/мин извлечение Ре203 в концентрат меняется незначительно.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является законченной научно-квалификационной работой, в которой на основе результатов проведенных исследований изложены научно обоснованные технические решения по проектированию магнитных систем в виде линейки постоянных магнитов и возможности прогнозирования извлечения Ре203 в магнитных сепараторах с воздушным зазором между извлекаемым материалом и потоком пульпы. Реализация результатов исследований вносит значительный вклад в теорию и практику процессов обогащения магнитных руд и железистых кварцитов.

Основные научные результаты, выводы и практические рекомендации диссертационной работы заключаются в следующем:

1. Разработаны конструкции сепараторов на постоянных магнитах с воздушным зазором между извлеченным материалом и потоком пульпы: дискового центробежного магнитного сепаратора; ленточных магнитных сепараторов с разными направлениями движения пульпы и транспортерной ленты.

2. Разработаны способ обогащения магнетитсодержащего сырья путем магнитной сепарации через воздушный зазор между извлекаемым материалом и потоком пульпы, который обладает высокой селективностью, и может быть применен на любой стадии обогащения, и конструкция ленточного противоточного сепаратора с двумя зонами обогащения.

3. Создана аналитическая методика расчета двухмерных магнитных полей, картин магнитных полей, полей сил и траекторий движения магни-тосодержащих частиц в комплексной форме записи и разработана про-

грамма расчета на ЭВМ в среде Ма^Исас! 13 полей сил и модуля сил в ленточных магнитных сепараторах, горизонтальной и вертикальной составляющей пондероматорной магнитной силы при углах наклона сепаратора к горизонтальной оси, равных 0 и 0,3 рад, траекторий движения ферромагнитных частиц в противоточном и прямоточном ленточных магнитных сепараторах при угле наклона, равном 0,3 рад.

4. Предложен механизм процесса обогащения в сепараторах с воздушным зазором между извлеченным материалом и потоком пульпы, заключающийся в том, что при попадании пульпы в зону действия магнитного поля на ее поверхности образуется тонкий слой магнитного материала, в который попадают частицы магнетита и его сростки. Впоследствии образуются на поверхности пульпы «обратные» капли, и частицы магнетита и его сростки перемещаются на ленту.

5. Получены зависимости извлечения Ре203 от длины рабочей зоны в ленточном противоточном сепараторе. Химический анализ продуктов обогащения показал, что при данных параметрах обогащения получен шлам, содержащий 0,3 % Ре203 и промпродукт после одной стадии обогащения, содержащий 55-62 % железа. При этом установлено, что извлечение в основном увеличивается до длины рабочей зоны - 630 мм, а затем его увеличение практически не изменяется.

6. Получены зависимости извлечения Ре203 от длины рабочей зоны в ленточном прямоточном сепараторе при стадиальном выделении магнетита. Установлено, что извлечение Ре203 при длине рабочей зоны от 420 до 630 мм изменяется незначительно в сторону увеличения.

7. Произведены испытания прямоточного ленточного сепаратора по доводке концентратов текущего производства различных обогатительных фабрик: Стойленской, Михайловской, Коробковской и Лебединской фабрик. Анализ полученных результатов свидетельствует, что на данном типе сепаратора возможно получение низкокремнеземистого концентрата из легкообогатимых железистых кварцитов Лебединского и Стойленского месторождений с содержанием железа 71,24 %.

8. Установлены зависимости извлечения Ре203 от производительности сепаратора в ленточном двухзонном сепараторе. Определено, что при изменении производительности сепаратора от 3 - 4 л/мин извлечение Ре203 в концентрат происходит незначительно.

9. Проведены испытания процесса обогащения в двухзонном ленточном сепараторе и определено, что в этом сепараторе возможно осуществлять выделение из потока пульпы двух продуктов, концентрата и пром-продукта на любой стадии обогащения.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. Г.А. Епутаев, М.Г. Данилова, Б.С. Варламов Траектории движения магнитных частиц в дисковом сепараторе при мокром обогащении железосодержащих материалов // М. Горный информационно-аналитический бюллетень МГГУ, отдельный выпуск: Горная механика и транспорт. 2009. №5. С. 529-537.

2. Г.А. Епутаев, М.Г. Данилова, Б.С. Варламов, Д.Н. Хабалов Исследование движения магнитных частиц в ленточном магнитном сепараторе для мокрого обогащения при стадиальном выведении магнетита // Изв. вузов. Электромеханика. 2010. №2. С. 28 - 31.

3. Патент РФ № RU 2350395. Магнитный центробежный сепаратор / Епутаев Г.А., Данилова М.Г., Варламов Б.С. МПК8 В03С 1/16, опубл. 27.03.2009 г.

4. Патент РФ № RU 2356631. Ленточный магнитный сепаратор / Епутаев Г.А, Данилова М.Г., Варламов B.C., МПК8 ВОЗС 1/16, опубл. 27.05.2009 г.

5. Патент РФ № RU 2392056. Способ магнитной сепарации и устройство для его осуществления / Епутаев Г.А., Данилова М.Г., Варламов Б.С., Хабалов Д.Н. МПК8 ВОЗС 1/16, опубл. 20.06.2010 г.

Публикации в других изданиях.

6. Варламов Б.С. Дисковый сепаратор для мокрого обогащения железосодержащих руд // Труды молодых ученых ВНЦ РАН и Правительства PCO - Алания. 2008, № 2. С. 39-46.

7. Епутаев. Г.А., Варламов Б.С., Соин A.M. Исследования магнитных полей и полей сил ленточного магнитного сепаратора для мокрого обогащения с воздушным зазором между обогащенными продуктами и пульпой // Труды молодых ученых ВНЦ РАН и Правительства PCO - Алания. 2008, №. 3. С. 45-52.

Подписано в печать 29.02.2012. Формат 60x84 '/,6. Бумага офсетная. Гарнитура «Тзймс». Печать на ризографе. Усл. п.л. 1. Тираж 100 экз. Заказ № 56.

ФГБОУ ВПО "Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет)". Издательство «Терек». Отпечатано в отделе оперативной полиграфии СКГМИ (ГТУ). 362021, г. Владикавказ, ул. Николаева, 44.

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Варламов, Борис Сергеевич, Владикавказ

61 12-5/3497

СЕВЕРО-КАВКАЗКИЙ ГОРНО-МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

На правах рукописи

ВАРЛАМОВ БОРИС СЕРГЕЕВИЧ

«ОБОГАЩЕНИЕ ЖЕЛЕЗИСТЫХ КВАРЦИТОВ В МАГНИТНЫХ СЕПАРАТОРАХ С ВОЗДУШНЫМ ЗАЗОРОМ»

Специальность 25.00.13 - "Обогащение полезных ископаемых"

Диссертация

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор

Г.А. Епутаев

Владикавказ - 2012

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 4

1. Анализ современного состояния проблемы и постановка задачи исследований 10

1.1. Обзор исследований процессов обогащения железных руд и магнитных сепараторов 10

1.2. Анализ современного состояния и путей развития методов расчета магнитных систем, пандеромоторных сил и движения минералов в магнитных сепараторах 20

1.3. Постановка цели и задач исследований 24 Выводы 25

2. Разработка конструкций сепараторов с воздушным зазором между извлеченным материалом и потоком пульпы 27

2.1. Задачи исследований 27

2.2. Разработка конструкции дискового центробежного магнитного сепаратора 27

2.3. Разработка конструкций ленточных магнитных сепараторов с разными направлениями движения пульпы и рабочего органа 31

2.4. Разработка способа магнитной сепарации и конструкции ленточного противоточного сепаратора с двумя зонами обогащения 34

Выводы 37

3. Расчет магнитных полей, полей пондеромоторных сил и траекторий движения частиц магнетита в магнитных сепараторах 39

3.1. Задачи исследований 3 9

3.2. Аналитическое определение координат вершин ленточного сепаратора на постоянных магнитах 39

3.3. Аналитическое определение магнитных индукций ленточного магнитного сепаратора 41

3.4. Исследование полей пондеромоторных сил и траекторий движения ферромагнитных частиц в ленточных сепараторах 47

3.5. Аналитический метод расчета движения частиц магнетита в магнитных полях ленточного магнитного сепаратора 53

3.6. Расчет траекторий движения магнитных частиц в рабочей зоне ленточных сепараторов 54

3.7. Исследование движения магнитных частиц в ленточном магнитном сепараторе при стадиальном выведении магнетита 56

Выводы 58

4. Исследование процессов сепарации в сепараторах с воздушным зазором между извлеченным материалом и потоком пульпы 59

4.1. Задачи исследований 59

4.2. Экспериментальное определение параметров магнитных систем 59

4.3. Механизм процесса обогащения в сепараторах с воздушным зазором между извлеченным материалом и потоком пульпы 63

4.4. Исследование процесса обогащения в ленточном сепараторе при противоточном движении 64

4.5. Исследование процесса обогащения в ленточном сепараторе при прямоточном движении 71

4.6 Исследование процесса обогащения в ленточном двух зонном сепараторе 78

Выводы 79

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 81

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 84

ПРИЛОЖЕНИЕ 92

ВВЕДЕНИЕ

получать высококачественные конкурентоспособные концентраты, соответствующие современным требованиям.

Цель работы: повышение эффективности магнитного обогащения путем сепарации сырья через воздушный зазор.

Методы исследований. В работе применен комплексный метод исследований: критическое обобщение опыта на основе анализа литературных и патентных источников, теоретические исследования с использованием теории электромагнитного поля, теории функций комплексного переменного, аналитических методов решения систем дифференциальных уравнений и теории сепарационных процессов, методы математического и физического моделирования, лабораторные эксперименты, методы планирования экспериментов, статистические методы исследований с обработкой результатов на ЭВМ.

Научные положения, защищаемые в работе.

зоны от 210 до 630 мм, при этом его концентрация снижается с 62,2 до 55,2 %. В прямоточном сепараторе при длинах рабочей зоны от 210 до 420 мм извлечение Ре203 растет, при дальнейшем увеличении длины извлечение стабилизируется.

Научная новизна;

4. Установлена зависимость извлечения Ре203 от длины рабочей зоны в ленточном прямоточном сепараторе. Установлено, что извлечение Ре2Оз при длине рабочей зоны от 420 до 630 мм изменяется незначительно в сторону увеличения.

5. Предложен механизм процесса обогащения в сепараторах с воздушным зазором между извлеченным материалом и потоком пульпы, заключающийся в том, что при попадании пульпы в зону действия магнитного поля на ее поверхности образуется тонкий слой магнитного материала, в который попадают частицы магнетита и его сростки. Впоследствии образуются на

поверхности пульпы «обратные» капли, и частицы магнетита и его сростки перемещаются на ленту.

Научное значение работы заключается в следующем:

3. Установленные зависимости извлечения БегОз от длины рабочей зоны ленточного противоточного и прямоточного магнитных сепараторов с воздушным зазором между извлеченным материалом и потоком пульпы, позволяют определить оптимальные параметры обогащения железистых кварцитов.

Практическая значимость заключается в следующем:

2. Разработан пакет программ расчетов на ЭВМ в среде Ма1сЬса(1 13 параметров магнитных полей, полей сил и траекторий движения минералов в ленточных магнитных сепараторах.

3. Показана возможность получения концентрата с содержанием 55-62 % Бе20з после одной стадии обогащения в ленточном противоточном сепараторе.

6. Установлены параметры процесса доводки концентрата с содержанием железа 71,24 % из железистых кварцитов Лебединского и Стойленского месторождений в прямоточном ленточном сепараторе.

Достоверность и обоснованность выводов и рекомендаций диссертационной работы подтверждаются: использованием фундаментальных законов теории электромагнитного поля и классических методов расчета магнитных полей с использованием векторного магнитного потенциала, теории разделительных процессов, большим объемом экспериментальных исследований, проведенных в лабораторных условиях, использованием современных методик и измерительной аппаратуры, удовлетворительной сходимостью теоретических и экспериментальных результатов, использованием методов математической статистики, использованием результатов исследований, подтвержденных актом промышленных испытаний. Погрешность между опытными и расчетными величинами составляет не более 5 %.

Реализация рекомендаций и выводов работы. Основные рекомендации по проектированию магнитных систем в виде линейки постоянных магнитов и конструированию магнитных сепараторов; регулированию параметрами режима магнитной сепарации для получения минимального количества Fe203 в хвостах; регулированию параметрами режима магнитной сепарации для получения максимального содержания Fe203 в концентрате приняты в 2011 г. к использованию ОАО HI 111 «ГЕОС» при усовершенствовании технологической линии сепарации железистых кварцитов.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и получили одобрение на научных симпозиумах «Неделя горняка-2009», г. Москва, 2009 г., «Неделя горняка-2010», г. Москва, 2010 г.; на ежегодных заседаниях научно-технических конференций СКГМИ (ГТУ), 20072011 гг.; на техническом совете ООО Научно-производственное предприятие «ГЕОС», 2009 г.; на расширенном заседании кафедры «Теоретической электротехники и электрических машин» СКГМИ (ГТУ), 2011 г.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, а также 6 приложений, изложенных на 110 страницах машинописного текста, и содержит 10 таблиц, 37 рисунок, список использованных источников из 87 наименований.

1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ И ПОСТАНОВКА

ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1. Обзор исследований процессов обогащения железных руд и магнитных

сепараторов

В России с использованием магнитных сепараторов ежегодно обогащают сотни миллионов тонн минерального сырья. Магнитные методы обогащения широко исследуются и применяются во многих странах (США, Германии, Великобритании, Франции, ЮАР, Швеции и др.) [1].

В настоящее время на всех переделах магнитного обогащения, начиная с работы шаровых мельниц и кончая доводкой концентратов, существуют проблемы при получении товарных концентратов.

При использовании шаровых мельниц раскрытые зерна магнетита переизмельчаются и ошламовываются, теряя часть своих магнитных свойств, что в конечном итоге приводит к засорению конечного концентрата шламами и потере полезного компонента в хвостах. Повышение селективности сепарации удается только на магнитных дешламаторах. Известно, что на 1% повышения качества концентрата при его доводке традиционными методами в ныне действующем варианте технологии теряется до 3 % извлечения металла в концентрат [2, 3,4], так как при измельчении до 40 мкм магнетит теряет 15-20 % своих магнитных свойств [1,3-6].

В настоящее время на Лебединский ГОК принято решение заменить шаровые мельницы мельницами самоизмельчения, что значительно уменьшит переизмельчение зерен магнетита и устранит вышеуказанные недостатки.

Из-за недостаточной селективности повсеместно применяемых магнитных сепараторов типа ПМБ существует большой резерв по повышению качества конечного концентрата при одновременном снижении капитальных и эксплуатационных затрат, которому в настоящее время уделяется недостаточно внимания.

Современная качественно-количественная схема Михайловского ГОКа сложная и требует больших затрат на эксплуатацию, достаточно много теряется железа в хвосты. При этом концентрат имеет 65,2 % железа.

Основной технологический аппарат при магнитном обогащении

магнитный сепаратор.

Первый патент в области магнитного обогащения был выдан Уильяму Фулартону в 1792 г. Первый магнитный сепаратор в России был создан

о и V

инженером Петровым в 1911 г., а в 1936 г. был выпущен первый серииныи сепаратор. Промышленное внедрение магнитного метода обогащения, главным образом для железных руд, началось в конце XIX века. Болл и Нортон (США), а также Венстрем и Таге Мортзелл (Швеция) предложили сухой барабанный сепаратор с чередующейся полярностью. Аналогичный сепаратор с вращающимся магнитным полем был создан в Италии (Пальмер, 1854 г.), но широкое внедрение магнитной сепарации железных руд в Швеции связано с разработкой Грендалем барабанного сепарации для мокрого магнитного обогащения в 1906 году, аналогичного русскому сепаратору Петрова) [1,2].

При пуске первого в СССР Южного горно-обогатительного комбината основной обогатительный аппарат для обработки магнетитовых кварцитов -магнитный сепаратор, еще не выпускался серийно. Попытки внедрения электромагнитных ленточных сепараторов 148-СЭ, (прототип американского сепаратора «Крокет»), спроектированных институтом «Механобр», не нашли применения в производстве из-за того, что ленты постоянно сходили с барабанов и рвались, а установленные в сепататоре электромагниты с масленым охлаждением имели большой расход электроэнергии. Работоспособным оказался барабанный сепаратор 167-СЭ с магнитной системой на никель-кобальтовых постоянных маг

Информация о работе

Варламов, Борис Сергеевич
кандидата технических наук
Владикавказ, 2012
ВАК 25.00.13

Диссертация

Обогащение железистых кварцитов в магнитных сепараторах с воздушным зазором - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы