Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Совершенствование техники и технологии обогащения магнетитовых кварцитов на основе стадиального выделения концентратов

ВАК РФ 25.00.13, Обогащение полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Совершенствование техники и технологии обогащения магнетитовых кварцитов на основе стадиального выделения концентратов"

На правах рукописи

□030532Ьг

КОВАЛЁВ Роман Владимирович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНИКИ И ТЕХНОЛОГИИ ОБОГАЩЕНИЯ МАГНЕТИТОВЫХ КВАРЦИТОВ НА ОСНОВЕ СТАДИАЛЬНОГО ВЫДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАТОВ

Специальность 25.00.13. "Обогащение полезных ископаемых"

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2007

003053267

Работа выполнена в Московском государственном горном университете

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Кармазин Виктор Витальевич

Официальные оппоненты:

Доктор технических наук, профессор

Старчик Леопольд Петрович

Кандидат технических наук

Гзогян Татьяна Николаевна

Ведущее предприятие - ОАО "Михайловский горно-обогатительный комбинат".

Защита состоится «//"» 2007г. в/.? час. ¿>0 мин. на заседании

диссертационного совета Д 212.128.08 в Московском государственном горном университете по адресу: 119991, Москва, Ленинский проспект, 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного горного университета.

Автореферат разослан <<££.»^Й^|*££2007г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор технических наук Шек Валерий Михайлович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

В XX веке минерально-сырьевая база традиционно определяла экономическую мощь государства, возможности развития его промышленного и оборонного потенциала.

Экономия и ресурсосбережение минерально-сырьевой базы сегодня является важнейшим направлением Наиболее рационально не расширение производства, а совершенствование технологий переработки и потребления, позволяющих снизить сами потребности общества в минеральном сырье. Это направление, помимо прямой прибыли (эффективное использование сырья при его рациональной переработке, комплексное использование месторождений, использование замкнутого цикла), дает экологический эффект, позволяя более разумно распорядиться ограниченными природными ресурсами.

Основные затраты при переработке руд носят энергетический характер и направлены на разрушение межмолекулярных связей в рудах для механического отделения частиц полезного минерала от минералов пустой породы. Самыми важными технологическими задачами, стоящими в современных условиях перед горной промышленностью и обогащением руд и решение которых возможно на современном уровне науки и техники являются:

- достижение максимальной степени раскрытия минералов при минимальной степени измельчения руды;

- обеспечение условий получения высококачественных концентратов при максимально возможном извлечении в них металла и высокой производительности сепарационных процессов;

- максимальное снижение удельных затрат энергии и материалов на 1 тонну производимого металла.

Самым актуальным направлением развития технологии обогащения железных руд является стадиальное выделение отвальных продуктов по мере их раскрытия в процессах дробления и измельчения.

Значительный вклад в развитие данного направления внесли: JI.A. Ломов-цев, К. Лымарь, P.C. Улубабов, В.Г. Деркач, Н.Ф. Егоров, А. Бельский, В.И. и В.В. Кармазины, Ю.С. Мосаыка, зарубежные исследователи Jan Svoboda, Fujita, Da-He X., E. Laurilla, U. RunolJina и другие.

Современные методы мокрой магнитной сепарации измельченных маг-нетитовых кварцитов способны стадиально выделить в отвальный продукт только немагнитные зерна пустой породы, а вся рудная смесь (зерна магнетита, богатые и бедные сростки) переходит в магнитный продукт (концентрат), который при этом захватывает и немагнитные зерна пустой породы за счет магнитной флокуляции сильномагнитных зерен. В сливе мельниц уже после первых стадий измельчения более трети магнетита представлено свободными зернами, и нет никакой нужды снова направлять их в мельницы.

Идея стадиального выведения готовых продуктов (не только кварца, но и магнетита) из технологии переработки по мере раскрытия минералов акту-

альна и правильна, но не нова: она выражает давние чаяния обогатителей соблюдать правило Чечота и не дробить ничего лишнего. Однако для её реализации пока нет сепараторов, способных это сделать. Работа посвящена поискам реальных конструкций высокоселективных мокрых магнитных сепараторов (ВСММС), способных решить эту задачу.

Цель работы. Заключается в улучшении современной технологии обогащения железных руд за счет выведения из циклов обогащения на ранних стадиях богатых магнетитовых продуктов по мере их раскрытия.

Для достижения поставленной в работе цели были решены следующие задачи:

- Разработана конструкция высокоселективного сепаратора для стадиального выделения готового концентрата, начиная с первой стадии ММС;

- Разработана методика расчета и оптимизации магнитного поля аппарата и поля сил систем постоянных магнитов;

- Создана методика расчета движения частиц пульпы в рабочей зоне;

- Экспериментально исследовано влияние основных параметров магнитного разделения минералов на показатели обогащения;

- Произведен анализ результатов испытаний сепаратора и предложены способы повышения эффективности сепарации;

- Проверены полученные результаты обогащения в условиях реального производства.

Идея работы. Заключается в использовании особенностей сепараци-онного массопереноса частиц во вращающемся круговом магнитном поле и создании на основе анализа оптимальных условий сепарации в исследуемой системе, магнитного сепаратора для получения чистого концентрата за счет высокоселективной сепарации из продукта 1й и последующих стадий ММС.

Методы исследований. В работе использованы математические методы моделирования, методы статистического анализа, методы теории поля и потенциала теории функций комплексных переменных, теория оценки точности и надежности измерений, лабораторные и полупромышленные методы исследования процесса обогащения, метод Гуи, метод Холла, химические и минералогические анализы.

Научные положения, выносимые на защиту, и их новизна:

- впервые установлен механизм мокрой магнитной сепарации магнетитовых кварцитов во вращающемся магнитном поле при комбинированном гидромеханическом режиме;

- разработана аналитическая методика определения параметров магнитной системы с постоянными магнитами, соответствующих оптимальной эпюре извлекающих магнитных сил;

- исследован механизм сепарационного массопереноса в переменных магнитных полях с учетом гидромеханических, гравитационных и центробежных сил;

- определены диапазоны значений основных факторов, влияющих на выбор параметров магнитной сепарации, и разработана методика расчета зависимостей между ними и технологическими показателями;

- впервые разработан новый механизм разделения минералов в высокоселективном магнитном сепараторе ВСПБМ-32,5/20 и соответствующая ему конструкция, позволяющая повысить качество магнетитового концентрата ММС I стадии на 15%, т.е. до уровня товарного концентрата

Обоснованность и достоверность научных положений и выводов

Научные положения, выводы и рекомендации обоснованы теоретическими исследованиями с использованием математического анализа аппарата теории магнитного поля и потенциала, теории сепарационных процессов, методами Гуи и Девиса для определения магнитных и сепарационных характеристик минералов, минералогическим, химическим и гранулометрическим анализом, обработкой данных с использованием программ - Elkut, Maxwell и Mathcad 13. Подтверждается удовлетворительной сходимостью результатов аналитических расчетов с данными, полученными экспериментальным путем. Оценка адекватности модели выполнена с доверительной вероятностью 0,85.

Научное значение работы заключается в разработке аналитической методики расчета магнитных полей и полей сил круговой системы на постоянных магнитах чередующейся полярности, методики расчета движения частиц пульпы в рабочей зоне сепаратора, экспериментальном установлении зависимости показателей обогащения от конструктивно-технологических параметров магнитных сепараторов, разработке модернизированной магнитной системы с различной высотой магнитных полюсов, модулирующее магнитное поле по амплитуде.

Практическое значение работы заключается в разработке и промышленных испытаниях опытно-промышленного сепаратора с высокой эффективностью разделения и управляемой магнитной флокуляцией, позволяющего выделить готовый концентрат после 1 стадии магнитной сепарации.

Реализации выводов и рекомендаций работы. Основные результаты работы и практические рекомендации использованы при выдаче ЗАО "Руд-гормаш" технического задания на проектирование опытно-промышленного высокоселективного сепаратора ВСПБМ - 90/100, а также в учебном процессе по курсу "Магнитные электрические и специальные методы обогащения".

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научных симпозиумах «Неделя горняка» (Москва, МП'У - 2004, 2005, 2006г), "Конгрессе обогатителей стран СНГ" (МИСИС, 2005 г).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 9 работ.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка использованной литературы из 92 наименований, 7 приложений на 39 страницах и содержит 112 страниц основного машинописного текста, в том числе 48 рисунков, 5 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы исследования, поставлены цели и задачи, определены предмет и объект исследования, раскрыть; научная новизна и практическая значимость исследования.

В первой г лаве дается обзор практики применения магнитных сепараторов для обогащения железных руд, а также рассматривается проблемы стадиального выделения магнетита. Постадийная скорость роста содержания магнетита в магнитных концентратах невелика и растет только за счет раскрытия сростков магнетита при измельчении, при этом магнетит переизмельчается и механически транспортируется из стадии в стадию. Как показывает анализ раскрытия минералов МГОКа (рис.1), в сливе мельниц уже после первых стадий измельчения более трети магнетита представлено свободными зернами, и нет никакой нужды снова направлять их в мельницы.

*У2 tOS -rtJB rt.ia +0 07* .¡¡(Кб *DJW4 4>flU ¡BCflOtrifcilt.fi WVWfrtT |M(»||fVl««C1H.rtl

ЩМУнетл t CpDCIUft с 4|*нр*г-до

] .wb| | J. > ,., MWItPBW 1 . C'. !' t ■ E WrtflTKlGU

Рис. 1 Вещественный состав магнезитовых концентратов

На каждом этапе измельчения (1,3,5) концентраты обводняются, а снижение содержания твердого в продуктах разделения уменьшает силы магнитной и физической адгезии, повышая селективность сепарации, которая при

А

этом удается уже 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, что и не удивительно, так как при измельчении до 40 мкм магнетит теряет 15-20% своих магнитных свойств.

В механизме высокоселективной магнитной сепарации главную роль играет динамика и кинетика магнитного поля, направленная на разрушение флокул, как основа повышения селективности магнитной сепарации, поэтому этот вопрос следует рассматривать до анализа условия сепарационного мас-сопереноса.

Обзор современных методов расчетов магнитных полей позволяет выделить две большие категории расчетов: аналитические и численные. В аналитических методах решение достигается рассмотрением систем алгебраических уравнений с параметрами, определяющими поле.

Математические модели, применяемые в современных электротехнических САПР, основаны на универсальной форме описания различных полевых задач. Используемые в моделях дифференциальные уравнения в частных производных решаются только численными методами. Наиболее широкое применение в электротехнических САПР находит метод конечных элементов. Обзор методик численных расчетов показывает, что они основываются на приближенных методах или в них применяются эмпирические формулы. Аппроксимацией уравнений искажаются свойства искомых функций, понижается точность расчетов, что не давало возможности исследовать динамику процесса, прогнозировать оптимальные параметры сепараторов, а в некоторых случаях получать необходимую точность конечных результатов.

Точное аналитическое решение представляет собой творческий, эвристический, не поддающийся автоматизации процесс преобразования информации без потерь и искажений. В результате аналитического решения вся информация, содержащаяся в краевой задаче, преобразуется в компактную форму, представленную в виде ограниченной совокупности изученных функций. По своей природе аналитическое решение содержит в себе информацию о множестве подобных процессов, отличающихся значениями параметров. Аналитические методы и расчет основаны на математической теории поля с использованием векторной алгебры и дифференциального исчисления. Все рассматриваемые электромагнитные явления описываются уравнениями Максвелла в частных производных.

Магнитные поля симметричных круговых магнитных систем с чередующийся полярностью известны более ста лет. Их описания, предложенные проф. Сочневым А.Я., Лауриллой Э. Е., Кармазинным В.В. и другими, показывают синусоидальный характер изменения напряженности поля во времени. Проф. В.Г. Деркач показал влияние ширины полюса и межполюсного зазора на картину магнитного поля.

Эти формулы получены, как правило, на основе формул Максвелла, формулы Эйлера и ТФКП (теории функций комплексного переменного) и являются решением задачи Дирихле с заданным потенциалом на поверхности

полюсов. Однако решение поставленных в нашей работе задач требует учета всех перечисленных факторов одновременно, и нами предложен новый метод расчета, в основе которого лежит вектор .1 - намагниченности постоянных магнитов, причем полученные нами формулы более адекватны реальным задачам.

В последнее время используется аналитический метод расчета систем с постоянными магнитами с помощью теории функций комплексного переменного по методике проф. Г.А. Епутаева, дающий возможность аналитически описать магнитное поле. Состояние исследований по магнитным полям и полям сил определил уровень разработки вопросов динамики процесса разделения минералов, имеются фундаментальные уравнения динамики движения материальных частиц в вязких средах.

Во второй главе исследовались поля магнитных индукций и поля пон-деромоторных сил сепаратора барабанного типа с постоянными магнитами. Для определения оптимальных технологических параметров обогащения магнетитовых руд необходимо было рассчитать магнитные поля и поля сил магнитного сепаратора.

Для проведения исследований было необходимо создать сепаратор, состоящий из барабана и магнитной системы, вращающихся навстречу друг другу. Решалась задача построения магнитной системы для случая, когда система постоянных магнитов является равноотстоящей, сечения магнитов -представлены равными фигурами магнитов, расположенных на одинаковом расстоянии друг от друга и соседние магниты имеют разную полярность. Геометрические размеры барабана являлись заданными, определялись размеры магнитов и их число.

Разработаны методы расчета неподвижных картин магнитного поля и магнитных индукций в относительных единицах в рабочей зоне сепаратора. По известным формулам для векторного магнитного потенциала для одного магнита выведено уравнение для систем магнитов, расположенных по кругу:

А(г)=Ке

.. г N_гпа§ 4

где к =

1+

I

> * 11+1-ё,

г ,-г -¡+1 -г

{,-1)-2л | л-Н)'

N_mag 2

А(£) - векторный магнитный потенциал, А; 2К/ - координаты вершины г, / магнита;

з - намагниченность магнита, А/м;

- число магнитов; Но - магнитная проницаемость вакуума, Гн/м.

/ Л

1 м-£ -1

V—'+1— —»^

,(1)

\

11+1-?,

г .-г. ^.-1 + 1 -I

N_та% 2 ) _

В полярной системе координат формула магнитной индукции имеет

вид:

& & '^А ) Л ),'

где в\р,а) - сопряженная магнитная индукция в полярной системе координат, Тл;

Р и а - полярные координаты. Полученные аналитические формулы позволяют в дальнейшем получить поле пондеромоторных сил в рассматриваемом сепараторе. Формула для пондеромоторных силы:

дВ,

-соьу -

*±У

йх

5!П Г |/+—

ев.

дВ

- С05 у+

ау ду

у .

1 5№ у

(3)

F4IO.il

Рис.2 Картина пондеромоторных сил

тглгЬ"тгГ1

Рис.3 Радиальная и тангенциальная составляющих по н дер о м отор н о й силы

где г - вектор удельной пондеромоторных силы, Н/м3;

у - угол между вектором магнитной индукции и вектором намагниченности флокулы;

- намагниченность флокулы, А/м.

Построены картина модуля удельных пондеромоторных сил (рис. 2) и графики изменения радиальной и тангенциальной составляющих этой силы на внешней поверхности барабана {рис. 3).

ГЙКЦЛ)

Построенные зависимости сил показывают, что значение тангенциальной составляющей силы на порядок меньше радиальной составляющей силы, следовательно, тангенциальной составляющей силы можно пренебречь.

Сравнение результатов расчета и лабораторных исследований сил показало совпадение результатов до точности применяемых измерительных приборов. Таким образом, метод аналитического расчета полей сил барабанного сепаратора на постоянных магнитах позволяет с высокой точностью и достоверностью прогнозировать характеристики проектируемых сепараторов.

В третьей главе представлены исследования процесса магнитной сепарации на основе аналитического описания траекторий движения минералов в сепараторах барабанного типа с постоянными магнитами.

Вопросам закономерностей поведения частиц магнетитовых руд во вращающемся поле посвящено большое количество практических и теоретических исследовательских работ. Сложились однозначные представления об образовании флокул в неподвижных и медленно вращающихся магнитных полях.

Анализ существующих представлений о процессах движения частиц сепарируемого материала показал, что на процесс разрушения флокул влияют не только растягивающие и центробежные силы, но и процесс вращения частиц. При увеличении скорости барабана разрушение флокул происходит до размера частиц магнетита. В настоящее время нет систематизированной трактовки физики разделения агрегатов из полидоменных структур и кластеров.

Для исследования сил и моментов, действующих на флокулу, ее вещественный состав условно представим в виде:

1. Слабомагнитные частицы, бедные сростки ферромагнетиков и другие жесткие структуры, обладающие малой удельной магнитной восприимчивостью;

2. Богатые сростки ферромагнетиков и полидоменные агрегаты, имеющие магнитные связи, которые во внешнем магнитном поле обладают наведенным вектором намагниченности;

3. Монодоменные зерна, имеющие легкую ось намагничивания и обладающие намагниченностью вращения, которые входят в состав полидоменных агрегатов с магнитными связями.

Частицы, обладающие наведенным вектором намагниченности, в отсутствии внешнего магнитного поля практически не создают своего магнитного поля. Если к этому сростку приложить внешнее магнитное поле, то появится вектор наведенной намагниченности 3 -хтН, который при любой практически возможной скорости вращения магнитного поля будет совпадать с вектором напряженности этого поля. Тогда на этот сросток всегда будет действовать только радиальная составляющая пондеромоторной силы, направленная в сторону рабочей поверхности барабана, и флокула не будет вращаться. В тоже время имеют место центробежные силы и силы трения турбулентных потоков воздуха или жидкости, которые стремятся оторвать сросток от поверхности барабана. Практика испытаний полупромышленного сепаратора показала, что слой этой группы частиц не смывается даже встречной струей потока жидкости. Снять с барабана обогащенный продукт можно только с помощью вращающейся щетки.

Флокула представляет плотный устойчивый агрегат, состоящий как из магнитных, так и не магнитных частиц.

Объектом исследования является вращение флокул во вращающемся магнитном поле. На основании дифференциального уравнения вращения магнитных частиц в неподвижном магнитном поле было выведено диффе-

ренциальное уравнение вращательного движение флокул во вращающемся магнитном поле:

J 5т(аг8( В(0)-Г) = 0, (4)

Л

где у - угол между направлением оси флокулы и вектором магнитной индукции;./ - момент инерции частицы; ¿я - намагниченность частицы;В -магнитная индукция; т] - приведенный коэффициент вязкости среды с учетом формы и размеров частицы; V- объем частицы; f - время.

Если флокула прижата к внешней поверхности барабана, то она, вращаясь, перекатывается в сторону вращения магнитной системы.

Решение уравнения (4) показало, что установившийся режим вращения не зависит от начальных условий положения флокулы относительно вектора магнитной индукции, что показано на рис.4.

Врем % с В[>««я1,е

Рис.4 Рис.5

На рис.5 показаны графики изменения углов вектора намагниченности частицы У и вектора магнитной индукции поля постоянных магнитов р при максимально возможной суммарной скорости барабана и магнитной системы, равной п=195 об/мин, и разных значениях намагниченности флокул 1) < 7у,(2). В первом случае отставание частицы от поля составило 0,44 рад, а во втором случае увеличивается до 1,48 рад. Характер вращения частиц остается неизменным при значительном изменении суммы этих скоростей (рис. 6).

Рис.6 График изменения углов магнитной индукции (1) и вектора намагничивания частицы (2,3)

При достижении критических скоростей вращения барабана и магнитной системы, углы (7 +0) станут больше 90°. В этом случае процесс сепара-

ции станет невозможным, так как пондеромоторная сила будет направлена на отрыв флокул от внешней поверхности барабана. Определено, что при малых частотах вращающегося магнитного поля флокула вращается вместе с полем, отставая от него на некоторый угол. При увеличении частоты флокула совершает вращательно-колебательное движение (рис. б кривая 2), а при высоких частотах она совершает только колебательное движение (рис.6, кривая 3). Рассчитаны критические суммарные скорости барабана и магнитной системы, которые показаны в таблице 1.

Таблица 1

Предельные значения суммы скоростей вращения барабана и магнитной системы при отрыве флокул от барабана

Ре маг% Намагниченность (Пб+Пм)крит

В исходном J А/М об/мин

100 4,5105 827,8

80 84140 650,3

60 45500 449,7

47,5 28700 389,6

Данные расчетов показывают, что максимальная сумма скоростей вращения барабана и магнитной системы при испытаниях сепаратора составила 196,1 об/мин., а предельная сумма скоростей, при содержании магнетита в исходном 47,5%, 389,6 об/мин. Следовательно, существует большой резерв увеличения скоростей как барабана, так и магнитной системы.

Движение флокул определяет процесс их разделения и характеристики процесса обогащения. Существуют многочисленные исследования по вопросу движения сепарируемого материала в сепараторах, но адекватно рассчитать траектории движения частиц при сепарации не удавалось вследствие отсутствия аналитического описания вращающегося магнитного поля.

Динамика движения магнитных частиц в вязких средах описывается системой трех уравнений:

3-

<Лу с1у

агх

г кп(атё(В(х,у, П)-Г) = 0-

<1X г,„ . . _ с1х /я—н-77—-УРх(х,у)+ = 0,

я/ а(

сНг 2

ш

с12у ¿у

ж

А

(4)

гдехиу- координаты декартовой системы; V- объем флокулы; 7 = - приведенный коэффициент вязкости среды; г - время;

11е

Ру С*. У), ^, Уцу РТу - соответственно удельные пондеромоторная, Архимедова сила, центробежная и сила тяжести флокулы.

Численное решение этой системы не вызывает принципиальных трудностей. Движение частиц, обладающих наведенным вектором намагничивания, рассчитывалось, исходя из условия, что этот вектор всегда совпадает с вектором магнитной индукции. Следовательно, частица или их механически связанные агрегаты вращаться не могут. Рассчитан режим работы с максимальны скоростями барабана и магнитной системы. Результаты расчета при-

с наведенным вектором намагничен- торных сил ности

На рис. 7 обозначено: 1 -траектория движения частицы, 2 - внешняя поверхность барабана, 3 - путь, пройденный магнитной системой. На рис.8 показаны графики изменения пондеромоторных сил, действующих на частицу. На начальном участке траектории все составляющие сил увеличиваются, так как частица в движении приближается к барабану. Попадая на внешнюю поверхность барабана, частица движется вместе с ним с постоянной скоростью, что определяет характер сил. Радиальная составляющая силы ^ становится практически постоянной. Ее составляющие Рх и Ру изменяются по синусоидальному закону. Частица или агрегат, обладающие наведенным вектором намагничивания, не могут самостоятельно оторваться от барабана до тех пор, пока центробежная сила не станет большей, чем магнитная сила.

В момент времени, когда флокулы ложатся на барабан, они имеют определенную вещественную структуру. При новом подъеме флокула изменяет свой состав из-за того, что длина флокулы на порядок меньше длины полюсного деления, что определяет хорошее перемешивание слоя. В исследуемом сепараторе за один оборот барабана флокула делает до 30 полных циклов перекатываний, следовательно, каждая частица окажется на поверхности слоя хотя бы один раз.

Исследован процесс сепарации для частиц, имеющих малое содержание магнетита. На эти частицы действует меньшая пондеромоторная сила и они имеют слабую связь с флокулой. В этом случае, при имеющихся параметрах сепаратора, частицы имеют траектории, показанные на рис.9.

п

— "TT j

ог/

! f ! \\ _____;jj

zs; ¿¿а

____ 1 ____

ja in n л * к ю L» xr X, NU

Рис.9 Графики траекторий движения сростков магнетита и кварца с различными наведенными векторами намагничивания

Рис.10 График траектории поступательного и вращательного движения флокул

Бедные сростки (траектория 1) не достигают поверхности барабана, выходят из слоя жидкости и попадают на поверхность стенки кожуха, откуда смываются водой в приемник шлама. Более богатые сростки (траектория 4) в начале движения достигают поверхности барабана, передвигаются с ним по его поверхности, а в четвертой четверти барабана отрываются от него и перемещаются с водой в приемник шлама. На рис.10 изображена траектория движения флокул. Как видно из рис.10, вращение флокул происходит по направлению вращения магнитной системы.

Для проверки принципиальной технологической возможности получения продукта высокого качества по общему железу, были проведены опыты на сухом полупромышленном магнитном центробежном сепараторе 11КЬ -«Лаурилла».

Без специальной настройки в первом же эксперименте на пробе ЛГОКа был получен концентрат, содержащий 69,47% Реобш, при выходе - 32%, что доказало реальную возможность решения задачи выделения конечного концентрата после первой стадии, но само ее решение для ММС оказалось очень непростым. В мокрой сепарации вязкость воды не позволяет флокулам быстро вращаться для разрушения центробежными силами, и поэтому понадобились дополнительные исследования.

На основании результатов теоретических исследований был разработан и изготовлен сепаратор ВПБМ-32,5/20, основанный на базе сепаратора 11КХ, но в отличии от него, предназначенный для мокрого магнитного обогащения. Принципиальная схема устройства показана на рис 11.

1 - барабан; 2 - магнитная система; 3 - щетка; 4 - реборда;

5 - брызгало; 6 - гидроструйный уплотнитель

Принцип работы. Исходное питание (магнетитсодержащая пульпа) подается самотеком через лоток питателя на поверхность второй четверти барабана. При попадании частиц магнетита во вращающееся магнитное поле происходит их флокуляция с одновременной ориентацией вдоль поля, ввиду поочередной смены полюсов, флокулы начинают перекатываться по поверхности барабана. Навстречу магнитной силы на частицы действует центробежная сила вследствие вращения барабана. Через брызгала 5 подается вода для смыва слабомагнитных и немагнитных частиц с поверхности барабана. Процесс разделения минералов происходит при переходе материала из 2 в 3 четверть барабана, когда слабомагнитные частицы уже не способны удерживаться на поверхности барабана и попадают в хвосты, в то время как сильномагнитные частицы и частицы, захваченные флокулами, продолжают свое движение до 1-й четверти, где счищаются щёткой на лоток разгрузки концентрата и смываются с него потоком воды, подаваемым из брызгала 7 над щеткой.

Таблица 2

Техническая характеристика сепаратора ВПБМ-32,5/20

1. Производительность (по твердому), кг/ч 50-75

2. Крупность материала, мм 0- 0,5

3. Плотность питания (содержание твердого), % 30-40

4. Диаметр барабана, мм 325

5. Длина барабана (активной зоны), мм 200(145)

6. Угол охвата магнитной системы,0 360"

7. Напряженность поля на поверхности барабана, э (кА/м) 900 (72)

8. Шаг полюсов, мм 56

9. Частота вращения барабана, мин-1 32 [50]

10. Частота вращения магнитной системы, мин "1 74 П15]

И. Частота вращения индукционной щетки узла съема концентрата, мин-' 146 [228]

12. Частота вращения вектора магнитного поля при встречном вращении системы и барабана, Гц 16 [-40,0]

13. Мощность двигателя привода барабана и щетки, кВт 0,1В

14. Мощность двигателя привода магнитной системы, кВт 0,12

15. Габаритные размеры: длина (мм) ширина (мм) высота (мм) 700 670 715

16. Масса, кг ~ 120

По результатам опытов были построены зависимости для определения влияния основных параметров, влияющих на качество концентрата, при различных оборотах вращения магнитной системы (рис. 12).

1Р0.0 Í00 80,0 70,0

£

55.Т 49,6

«0

3Q.0 Ю С

Рис. 12. Зависимость массовой доли железа в концентрате от скорости вращения магнитной системы

Из графика 12 прослеживается зависимость благоприятного влияния повышения оборотов магнитной системы, которые способствуют лучшему разделению материалов, уменьшая выход концентрата с одновременным увеличением его качества.

На рис.13 показано влияние удельной производительности сепаратора на выход концентрата и содержание железа в концентрате. Прослеживается негативное влияние увеличения удельной производительности по твердому. При увеличении содержания твердого в питании наблюдается ухудшение разделение минералов: происходит увеличение выхода концентрата с одновременным ухудшением его качества.

Гоьо®---^. 0 ^ и vP

« ^ч I о

Сед» ркание железа R3=096

0.0 50 0 1П0 О 1КП

25,0 75 0 И2 5

Факт обороты иагнитноя системы, оа ыин

100,0

80 0 г

*

59,0

49,6

40 0

30,0 0,0 -

0 85 150 220 295 390 460 540 600 690 800 Прогаволигегьнкть «гтч

Рис. 13. Зависимость выхода концентрата от удельной производительности сепаратора по твердому и зависимость массовой доли железа общего от удельной производительности сепаратора по твердому

В ходе испытаний сепаратора с подачей в качестве питания концентрата I стадии ММС (содержание общего железа - 45,2-46,4%) были получены концентраты с содержанием общего железа до 60%.

Полученные результаты не полностью удовлетворяли комбинат, поэтому было принято решение модернизировать магнитную систему сепаратора и провести дополнительные исследования.

В четвертой главе приведены результаты исследования сепаратора с магнитами разной высоты

Проведенные исследования сепаратора с магнитами равной высоты показали, что на нем можно получить концентрат с содержанием магнетита до 57%. Такой концентрат нельзя использовать сразу на пятой стадии обогащения.

Было принято решение изменить амплитуду напряженности магнитной системы сепаратора, используя магниты разной высоты. Расчетная картина магнитного поля на внешней поверхности барабана изображена на рис. 14.

Сравнивая графики магнитных индукций сепараторов с магнитами равной и разной высоты видно, что магнитная индукция на внешней поверхности барабана уменьшилась более чем в три раза. Модуль магнитной индукции стал носить синусоидальный характер. Характер изменения магнитной индукции по радиусу не изменился.

Значительно изменилась по величине и форме картина пондеромотор-ных сил. Рассчитанная картина модуля пондеромоторных сил изображена на рис. 15

Вь»1д «онуентратз

^.адеркение железа б концентрате Я2 «0,94

Рис.14 Картика поля модулей сил

а, рад.

Рис.15 Графики изменения радиальной и тангенциальной составляющих сил на внешней поверхности барабана

и?

Картина поля модулей сил существенно изменилась по сравнению с этой же картиной для сепаратора с магнитами равной высоты.

В рассматриваем сепараторе графики изменения радиальной, тангенциальной составляющих и модуля пондеромоторных сил на внешней поверхности барабана имеют вид, показанный на рис. 15. Сравнение графиков (рис.3 и 15) показало, что максимальные значения пондеромоторной силы над высокими полюсами уменьшилось приблизительно на 20%, а над полюсами меньшей высоты - в три раза.

Практически в сепараторах с полюсами меньшей высоты процессы сепарации протекают также как и в сепараторах с полюсами равной высоты. Отличие заключается в том, что уменьшается пондеромоторная сила. При одной и той же скорости вращения барабана центробежная сила отрывает от барабана частицы с более высоким содержанием магнетита.

Графики изменения результирующей удельной силы от скорости барабана при различном содержании магнетита в частице приведены на рис.16.

а

«Г 3 11Г

1-М*

по5

— ' > ч \

"V > ч '"Ч ч ..... -

1)(Я,Па> Л(11ПГ>{)

£

С корость вращушя барабана пя, об/мин

Рис. 16 График изменения удельной силы

Для оптимизации процесса обогащения путем уменьшения тангенциальной составляющей пондеромоторной силы была рассчитана магнитная система с чередующимися полюсами равной высоты с установкой между основными полюсами дополнительных полюсов так, чтобы полярность прилегающих сторон основных и дополдательных полюсов была одинаковой (рис. 17).

Рис.!7. Схема магнитной системы с дополнительными полюсами

Дня магнитных вставок рассчитаны и построены радиальные и тангенциальные составляющие пондеромоторной силы в цилиндрической системе координат на внешней поверхности барабана, когда магниты основных и дополнительных полюсов выполнены из одного и того же материала (рис.18,19).

а, рад.

Рис.18. Графики радиальных составляющих пондеромоторных сил магнитных вставок

1-пондеромоторная сила магнитных вставок; 2-пондеромоторная сила основных полюсов; 3-результорующяя пондеромоторная сила

Графики показывают, что радиальная сила в относительных единицах увеличилась с 1.69 до 2,421, т.е. в 1.433 раза. В тоже время колебания максимального значения результирующей силы уменьшилось.

На рис.19 показаны графики изменения тангенциальных составляющей сил. Из графика видно, что тангенциальная составляющая уменьшилась приблизительно в два раза, что уменьшает возможность поступателыгого движения флокул по барабану.

а, рад

Рис.19. Графики тангенциальных составляющих пондеромоторных сил

Исследование пондеромоторных сил для различного содержания магнетита в частицах показали, что при малом содержания магнетита усиление поля сил незначительно, а при больших содержаниях - поле сил на поверхности барабана резко возрастает.

Были проведены испытания магнитного сепаратора с оптимизированной магнитной системы результаты испытаний показаны на рис. 20 получены концентраты с содержанием общего железа до 65%. Ожидаемый годовой экономический эффект от ВСПБМ 120/300 составит 12,27 млн. руб. в ценах 2006 года.

Рис.20. Гистограммы содержаний железа в исходном питании и концентрате сепаратора

Эти данные вполне соответствуют поставленной руководством ОАО МГОКа задачи получения товарного концентрата после первой стадии обогащения, было рекомендовано дальнейшее исследование в соответствии с актом промышленных испытаний.

42

Чв 50 54 58 ВТ

Содержа*«« железа • с»«лет(1б*ге,%

исодврямк »еле» »негодном,*

66

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано новое решение актуальной научной задачи повышения эффективности стадиального обогащения железных руд на основе исследования динамики разделения минералов.

Выполненные в работе исследования позволили сделать следующие основные научные и практические выводы и рекомендации:

1. Разработана конструкция сепаратора для стадиального выделения готового концентрата в технологических схемах обогащения магнетитовых РУД-

2. Разработана методика расчета и оптимизации картины магнитного поля и поля сил систем постоянных магнитов, позволяющие уменьшить тангенциальные составляющие пондеромоторных сил до 10% от радиальной составляющей.

3. Получена математическая модель сепарационного массопереноса частиц пульпы в рабочей зоне сепаратора, которая позволила определить характер движения и траектории частиц.

4. Определены диапазоны значений основных факторов, влияющих на выбор параметров магнитной сепарации, и разработана методика расчета зависимостей между ними и технологическими показателями;

5. На основе анализа результатов промышленных испытаний сепаратора на МГОКе определены рациональные диапазоны регулировки основных параметров сепаратора для максимального повышения эффективности сепарации:

- за счет увеличения оборотов магнитной системы, приводящей к увеличению частоты вращения флокул и вероятности их раскрытия;

- необходимость применения магнитной системы с магнитами различной высоты для созданий условий разрушения флокул;

- необходимость вставки дополнительных полюсов, приводящей к уменьшению истирания барабана.

6. Полученные результаты проверены в реальных условиях промышленного производства при работе на концентрате ММС после первой стадии измельчения.

7. Результаты выполненных исследований были использованы при выдаче ЗАО "Рудгормаш" технического задания на проектирование промышленного высокоселективного сепаратора ВПБМ - 90/100 .

8. Расчетный экономический эффект, выполненный для условий Михайловского ГОКа, при использовании сепаратора ВСПБМ 120/300 составит 12,27 млн. руб. в ценах 2006 года в масштабах одной промышленной секции ДОФ МГОКа.

Основное содержание работы отражено в следующих публикациях:

1. Ковалев Р.В. Исследование мапштных полей барабанного сепаратора на постоянных магнитах. Горный информационно-аналитический бюллетень. №1 - М.: 2007, стр. 85.

2. Кармазин В.В., Ковалев Р.В., Епутаев Г.А. Исследование магнитных полей сил барабанного сепаратора на постоянных магнитах. Горный информационно-аналитический бюллетень. №12 - М.: 2006, стр. 22.

3. Кармазин В.В., Ковалев Р.В., Епутаев Г.А. Закономерности вращательного движения частиц железосодержащих руд во вращающемся поле барабанного сепаратора на постоянных магнитах. Горный информационно-аналитический бюллетень №11 - М.: 2006, стр. 5.

4. Кармазин В. В., Ковалёв Р.В., Епутаев Г.А. Разработка магнитной системы на постоянных высоконергетичных магнитах для камерного высокоградиентного сепаратора. Горный информационно-аналитический бюллетень. №9 - М.: 2004, стр. 29.

5. Кармазин В.В., Жилин С.Н., Измалков В.А., Опалев A.C., Кретов С.И., Ковалёв Р.В. Разработка мокрых магнитных сепараторов для стадиального выделения концентрата на обогатительных фабриках современных горнообогатительных комбинатов. Горный информационно-аналитический бюллетень №12 - М.: 2005, стр. 49.

6. Кармазин В.В., Опалев A.C., Кретов С. И., Губин СЛ., Ковалёв Р.В., Жилин С. Н. Разработка мокрых магнитных сепараторов для стадиального выделения концентрата на обогатительных фабриках современных обогатительных комбинатов. Горный информационно-аналитический бюллетень № 6 - М.: 2006, стр. 17.

7. Епутаев Г.А., Данилова М.Г., Пожарский Ю. М., Ковалев Р.В. Движение минералов в дисковых центробежных сепараторах на постоянных магнитах. Труды Северо-Кавказского горно-металлургического института (Государственного технологического университета). Выпуск десятый, 2003, стр. 54-59.

8. Епутаев Г.А., Данилова М.Г., Пожарский Ю.М., Ковалев Р.В. Аналитическое решение уравнений движения минералов в сухих сепараторах на постоянных магнитах. Труды Северо-Кавказского горно-металлургического института (Государственного технологического университета). Выпуск десятый. 2003, стр. 59-61.

9. Епутаев Г.А., Ковалев Р.В., Чупин В.М. Трехмерная модель магни-тожидкостного сепаратора. Труды Северо-Кавказского горнометаллургического института (Государственного технологического университета) Выпуск одиннадцатый, 2004, стр. 100-104.

Подписано в печать О Я, 6 2. 2.00¥ Формат 60x90/16

Объем 1,0 п.л. Тираж 100 экз. Заказ № 3Ц{

Типография Московского государственного горного университета г. Москва, Ленинский проспект, д.6

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Ковалёв, Роман Владимирович

Введение.

Глава 1. Анализ современного состояния проблемы и постановка задачи исследований.

1.1 Обзор практики использования магнитных сепараторов для обогащения сильномагнитных материалов.

1.2 Постановка задачи исследований.

1.3 Анализ современного состояния и путей развития методов расчета магнитных систем и движения минералов.

1.4 Выводы.

Глава 2. Исследование полей магнитных индукций и полей сил сепаратора

2.1 Аналитическое определение координат вершин барабанного сепаратора на постоянных магнитах.

2.2 Разработка методов расчета и исследование магнитных полей с неподвижной магнитной системой.

2.3 Разработка методов расчета и исследования полей сил.

2.4 Выводы.

Глава 3. Исследование процесса магнитной сепарации на основе аналитического описания траекторий движения минералов в сепараторах барабанного типа с постоянными магнитами.

3.1 Исследование вращательного движения флокул и частиц магнетита, имеющих собственный вектор намагничивания.

3.2 Динамика разделения минералов в процессе магнитной сепарации

3.3 Расчет основных параметров влияющих на эффективность процесса сепарации.

3.4 Разработка и опытно-промышленное испытание модели магнитного сепаратора барабанного типа. Экспериментальное определение основных конутруктивно-технологических параметров.

3.5 Результаты опытно-промышленных испытаний разработанного сепаратора.

3.6 Выводы.

Глава 4. Разработка конструкции и исследование процесса сепарации с модернизированной магнитной системой.

4.1 Исследование магнитных полей и полей сил в неподвижном сепараторе

4.2. Исследование процесса обогащения на основе аналитического описания траекторий движения минералов.

4.3 Оценка технологических и технико-экономических перспектив внедрения экспериментального образца магнитного сепаратора ВСПБМ

32,5/

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Совершенствование техники и технологии обогащения магнетитовых кварцитов на основе стадиального выделения концентратов"

Актуальность работы:

В XX веке минерально-сырьевая база традиционно определяла экономическую мощь государства, возможности развития его промышленного и оборонного потенциала. Анализ минерально-сырьевой базы действующих предприятий России по добыче большинства видов твёрдых полезных ископаемых показывает, что из-за исчерпания разведанных запасов эксплуатируемых месторождений (по причине отсутствия средств за последние десять лет не открыты новые значительные месторождения, которые, как это было в советские времена, могли бы быть целесообразными для освоения с высокой эффективностью) к 2010 году произойдёт обвальное выбытие из строя действующих сейчас горно-добывающих мощностей [1].

В связи с этим экономия и ресурсосбережение минерально-сырьевой базы сегодня является важнейшим направлением её освоения. Инвестиции следует вкладывать не в расширение производства, а в технологии переработки, потребления и снижения самих потребностей общества в минеральном сырье. Это направление, помимо прямой прибыли (эффективное использование сырья при его рациональной переработке, комплексное использование месторождений, использование замкнутого цикла), дает экологический эффект, позволяя более разумно распорядиться ограниченными природными ресурсами.

Важнейшей проблемой магнитного обогащения сильномагнитных минералов является его низкая селективность при малой контрастности магнитных свойств разделяемых частиц из-за явления магнитной флокуляции. В результате при обогащении железных руд используют технологии стадиального выделения пустой породы (в основном кварца) в хвосты, тогда как рудная смесь (чистые рудные зерна, богатые и бедные сростки) магнитный продукт направляются на следующую стадию измельчения переизмельчая уже раскрытый магнетит.

Анализ основных причин низкой селективности современных конструкций магнитных сепараторов показывает что постадиально выделять магнетит на современных серийных сепараторах типа ПБМ практически не возможно по трем причинам:

- контрастность магнитных свойств на границе разделения между магнитной рудной смесью и немагнитными породными минералами значительно выше, чем между элементами рудной смеси (магнетитом и сростками), а селективность сепараторов недостаточна [2,3,4];

- жесткая магнитная флокуляция частиц магнетита в относительно сильном поле рабочей зоны сепаратора, вызывает захват бедных сростков и частиц пустой породы в концентрат [5,6,7];

- высокая физико-механическая активация материала после измельчения.

Если первая причина связана с природными свойствами руд и частичное устранение её возможно в процессах самоизмельчения, что можно доказать на примере Михайловского ГОКа, то вторая и третья причины в основном зависят от режима разделения и конструкции магнитного сепаратора. Давно доказано [1,8], что в сухих магнитных центробежных сепараторах с высокой частотой магнитного поля из концентратов ГОКов Кривбасса этим способом можно получать суперконцентраты, содержащие менее 1% кремнезема.

Для стадиального выделения магнетита требуется высокоселективный сепаратор, способный отделить магнетит от сростков прямо в конечный концентрат. Такой сепаратор можно создать на основе управления магнитной флокуляцией с вращающимся магнитным полем, например в конструкциях барабанного типа.

Для выбора принципа действия сепаратора был проведен анализ принципиальной технологической возможности получения продукта высокого качества по общему железу. Это было сделано на полупромышленном сухом магнитном центробежном сепараторе 11KL - «Лаурилла». Высокая эффективность сухой центробежной сепарации ещё в 60-е годы была подтверждена практикой фабрики Отанмэки (Финляндия), где нашли выгодным применять сухую перечистку концентратов мокрого магнитного обогащения, причем содержание железа повышалось с 64-65% до 68-69% при высоком извлечении. Там же было показано, что три стадии сухого обогащения вполне заменяют семь стадий мокрого [1].

Сепаратор 11-KL имеет широкие пределы регулировки частоты поля, что имеет большое значение при сепарации тонкоизмельченных материалов. По этим причинам для исследований по интенсификации процесса сухой центробежной сепарации, проводившихся в ИГД им. А. А. Скочинского с 1961 г., был выбран сепаратор именно такого типа - 11-KL (рис. 1). Краткая техническая характеристика этого сепаратора приведена ниже:

Средняя напряженность поля Н,э 1 ООО

Число полюсов магнитного шкива, шт 24

Диаметр барабана, мм 400

Число оборотов барабана в минуту 70—400

Число оборотов магнитного шкива в минуту 135—680

Габариты сепаратора, м 1,26x0,6

Производительность, т/час до 3

Установочная мощность, квт 1

Вес, т 0,2

Ширина питания, мм 100

Шаг полюсов, мм 50

Барабан и магнитный шкив имеют отдельные, независимые приводы, позволяющие менять число их оборотов в широких пределах. Питание подается на барабан равномерно и с точной дозировкой при помощи вибрационного питателя с регулируемым числом вибраций.

Для удаления сильномагнитных примесей из слабомагнитных руд перед их сухим обогащением на сепараторах с сильным полем применяются центробежные сепараторы типа ПБСЦ. Отечественные сепараторы такого

Пылевидные хвосты

Рис. 1 Схема а) и внешний вид б) сепаратора 11-KL 1-индукционная разгрузочная щетка; 2-барабан из немагнитного материала; 3 - магнитная система; 4 — вентилятор с пылеулавливающим устройством. типа выпущены Механобром (ПБСЦ-63/200) (шифр 206СЭ) и Механо-брчерметом (шифр 21 СБ) и успешно прошли лабораторные и полупромышленные испытания.

Питание

Это барабанный сепаратор на постоянных магнитах с чередующейся полярностью. Магниты расположены радиально по всей окружности несущего шкива. Наружный барабан и магнитная система имеют отдельные, независимые приводы, позволяющие плавно менять скорость их вращения в любом направлении.

Без специальной настройки, в первом же эксперименте на этом сепараторе был получен концентрат, содержащий 69,47% Feo6m, при выходе 32%, что доказало реальную возможность решения задачи выделения конечного концентрата на первой стадии, но само ее решение для ММС оказалось очень не простым. В мокрой сепарации вязкость воды не позволяет флокулам быстро вращаться для разрушения центробежными силами, и поэтому понадобились дополнительные исследования.

В настоящее время имеется около десятка различных конструкций аппаратов для сухой центробежной сепарации, но из них можно выделить три принципиально отличных варианта, получивших наибольшее распространение (рис. 2).

Эти конструкции можно разделить на два типа: с подвижной и с неподвижной магнитной системой. Для экспериментального изучения процесса центробежной сепарации первый тип (рис. 2, а) имеет больше возможностей. Эксцентричный (рис 2, в) сепаратор менее удобен, так как значения магнитной силы непостоянны по длине окружности барабана. Несмотря на то, что этот сепаратор позволяет получать несколько различных фракций по качеству, относительная скорость сепарации для отдельных продуктов у него значительно ниже, чем у сепаратора с индукционно-роликовой разгрузкой. Последний (рис. 2, б) является наиболее универсальным, так как его можно превращать в другие типы после небольших переделок. У него широкие пределы регулировки частоты поля, что имеет большое значение при сепарации тонкоизмельченных материалов.

Рис. 2. Барабанные сепараторы с постоянными магнитами чередующейся полярности: а - с индукционно-роликовой разгрузкой; б - с центробежной разгрузкой; в - эксцентрический. а В в

Мокрая магнитная сепарация измельченных магнетитовых кварцитов на серийных сепараторах типа ПБМ выделяет, в конечный продукт (хвосты) только немагнитные зерна пустой породы. Вся рудная смесь (зерна магнетита, богатые и бедные сростки) переходит в магнитный продукт (концентрат), который к тому же захватывает и немагнитные зерна пустой породы за счет магнитной флокуляции сильномагнитных зерен и физики-механической адгезии. Из этого следует, что постадийная скорость роста содержания магнетита в магнитных концентратах невелика и растет только за счет раскрытия сростков магнетита при измельчении, а магнетит переизмельчается и механически транспортируется из стадии в стадию (рис.3) [7,9]. На каждом таком этапе концентраты обводняются, а снижение содержания твердого в продуктах разделения уменьшает силы магнитной и физической адгезии, повышая селективность сепарации, которая при этом удается уже 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 [2,3,10], что и не удивительно, так как при измельчении до 40 мкм магнетит теряет 15-20% своих магнитных свойств [1,3,10].

100 80 6 60 га i а. а>

3 40 20 0

Рис. 3 Вещественный состав магнетитовых концентратов 1,3,5 стадии измельчения.

Речь идет не только о путях решения проблемы выведения из циклов измельчения не только отвальных продуктов, но и высококачественных магнетитовых концентратов по мере их раскрытия для повышения извлечения железа и рентабельности производства высококачественного металлургического сырья.

Цель работы: Заключается в улучшении современной технологии обогащения железных руд за счет выведения из циклов обогащения на ранних стадиях богатых магнетитовых продуктов по мере их раскрытия.

Объектом исследования: является концентрат I стадии Магнитной мокрой сепарации (ММС) Михайловского ГОКа (МГОК)

Предметом исследования: являются основные параметры процесса обогащения на магнитном сепараторе для выделения конечного концентрата из магнетитового продукта 1 стадии ММС МГОКа;

1 |3 1 3 I рг 3 —I 5

1 1 3 5 1 Б 5 "Н п? 5 : |

1 1 3 1 1 J

1 ■ ■ si» В —

1 2 | — 1 ; гИ о :

1 ■ 1 1 Щ S со © 1 дМ т / V

1,2 +0,56 -KD.28 +0,16 +0,074 40,056 +0,044 -0,044

Ш Свободный магнетит Класс крупности, мм

Ц Магнетит в сростках с нерудными минералами □ Нерудные минералы в сростках с магнетитом

Научные положения, разработанные лично соискателем и их новизна:

- впервые установлен механизм мокрой магнитной сепарации магнети-товых кварцитов во вращающемся магнитном поле при комбинированном гидромеханическом режиме;

- разработана аналитическая модель определения параметров магнитной системы с постоянными магнитами, соответствующих оптимальной эпюре извлекающих магнитных сил;

- решена система дифференциальных уравнений, что было необходимо для описания движения частиц в рабочей зоне сепаратора;

- определена значимость основных факторов влияющих на выбор параметров магнитной сепарации;

- разработана методика расчета основных зависимостей между параметрами режима магнитной сепарации и ее технологическими показателями;

- впервые экспериментально показано, что применение сепаратора типа ВСПБМ-32,5/20 позволяет повысить качество магнетитового концентрата ММС I стадии на 15%, т.е. до уровня товарного концентрата;

- впервые установлены новые принципы работы высокоселективного магнитного сепаратора и соответствующая им конструкция, позволяющие резко повысить качество получаемого магнетитового концентрата.

Практическая значимость; заключается в разработке и промышленных испытаниях опытно-промышленного сепаратора с высокой эффективностью разделения и управляемой магнитной флокуляцией, позволяющего выделить готовый концентрат после 1 стадии магнитной сепарации.

Достоверность и обоснованность выводов и рекомендаций диссертационной работы: научные положения, выводы и рекомендации обоснованы теоретическими исследованиями с использованием математического анализа аппарата теории магнитного поля и потенциала, теории сепарационных процессов, методами Гуи и Девиса для определения магнитных и сепараци-онных характеристик минералов, минералогическим, химическим и гранулометрическим анализом, обработкой данных с использованием программ -Elkut, Maxwell и Mathcad 13.

В диссертационной работе решены следующие задачи;

- Разработана конструкция высокоселективного сепаратора для стадиального выделения готового концентрата, начиная с первой стадии ММС;

- Разработана методика расчета и оптимизации магнитного поля аппарата и поля сил систем постоянных магнитов;

- Создана методика расчета движения частиц пульпы в рабочей зоне;

- Экспериментально исследовано влияние основных параметров магнитного разделения минералов на показатели обогащения;

- Произведен анализ результатов испытаний сепаратора и предложены способы повышения эффективности сепарации;

- Проверены полученные результаты обогащения в условиях реального производства.

Программа апробаций выполняемых исследований.

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научных симпозиумах «Неделя горняка» (Москва, МГГУ - 2004, 2005, 2006г), "Конгрессе обогатителей стран СНГ" (МИСИС, 2005 г).

Заключение Диссертация по теме "Обогащение полезных ископаемых", Ковалёв, Роман Владимирович

Заключение

В диссертационной работе дано новое решение актуальной научной задачи повышения эффективности стадиального обогащения железных руд на основе исследования динамики разделения минералов и определения оптимальных параметров, определяющих работу магнитного сепаратора.

Выполненные в работе исследования, позволили сделать следующие основные научные и практические выводы и рекомендации:

1. Разработана конструкция сепаратора для стадиального выделения готового концентрата в технологических схемах обогащения магнетитовых

РУД

2. Разработаны принципы расчета и оптимизации картины магнитного поля и поля сил систем постоянных магнитов, позволяющие уменьшить тангенциальные составляющие пондеромоторных сил до 10% от радиальной составляющей.

3. Получена математическая модель сепарационного массопереноса частиц пульпы в рабочей зоне сепаратора, которая позволила определить характер движения и траектории частиц.

4. Исследовано влияние основных параметров магнитного разделения минералов на показатели обогащения .

5. На основе анализа результатов промышленных испытаний сепаратора на МГОКе определены рациональные диапазоны регулировки основных параметров сепаратора для максимального повышения эффективности сепарации:

- за счет увеличения оборотов магнитной системы, приводящей к увеличению частоты вращения флокул и вероятности их раскрытия;

- необходимость применения магнитной системы с магнитами различной высоты для созданий условий разрушения флокул;

- необходимость вставки дополнительных полюсов, приводящая к уменьшению истирания барабана.

6. Полученные результаты проверены в реальных условиях промышленного производства при работе на концентрате ММС после первой стадии измельчения.

7. Результаты выполненных исследований были использованы при выдаче ЗАО "Рудгормаш" технического задания на проектирование промышленного высокоселективного сепаратора ВПБМ - 90/100 .

8. Расчетный экономический эффект, выполненный для условий Михайловского ГОКа, при использовании одного сепаратора ВСПБМ 90/100 составит 12,27 млн. руб. в ценах 2006 г.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Ковалёв, Роман Владимирович, Москва

1. Кармазин В.В., Кармазин В.И. Магнитные, электрические и специальные методы обогащения полезных. Том 1. Москва, Издательство МГГУ. 2005 г.

2. Кармазин В. В. Современные тенденции в использовании минерального сырья. Сб. «Устойчивое развитие горнодобывающей промышленности», Кривой Рог, КГТУ, 2004 г.

3. Крючков А.В. Совершенствование технологии обогащения железистых кварцитов // Горный журнал. 2001. - № 6. - С. 49 - 52.

4. Лищинский B.C., Попов В.П., Остапенко А.В. Основные направления подготовки к производству концентрата для металлизованных брикетов //Горный журнал.- 1997. №5-6. - С.57-60.

5. Сухорученков А.И., Стаханов В.В, Зайцев Г.В. Тонкое грохочение -высоко-эффективный метод повышения технико-экономических показателей обогащения тонковкрапленных магнетитовых руд // Горный журнал.-2001. № 4. - С.48-50.

6. Клюшин В.А., Остапенко А.В. Совершенствование технологии обогащения // Горный журнал. 1996. - № 3. - С.27-32.

7. Плаксин И.Н., Кармазин В.И., Олофинский Н.Ф., Норкин В.В., Кармазин В.В. Новые направления глубокого обогащения тонковкрапленных железных руд. М., Наука, 1964.

8. Усачев П. А., Опалев А. С. Магнитно-гравитационное обогащение руд. РАН, Кольский НЦ, Горный институт, Апатиты, 1993.

9. Остапенко П. Е. Обогащение железных руд. М., Недра, 1985.

10. Ломовцев Л. А., Нестерова Н. А., Дробченко Л. А. Магнитное обогащение сильномагнитных руд. М., Недра, 1979.

11. Гзогян Т.Н. и др. Интенсификация процессов рудоподготовки и обогащения железистых кварцитов на Михайловском ГОКе, ГИАБ МГГУ, №8, 2003 г.

12. Karmazin V. V., Bikbov М.А., Bikbov A.A. The Energy Saving Technology of benefication of Iron Ore // MES. 2002. - V. - 11. - N.4.

13. Хек К. Магнитные материалы и их техническое применение. М. Энергия, 1973.

14. Несбишш Е., Верник Дж. Постоянные магниты на основе редкоземельных элементов. М.: Мир, 1977.

15. Магниты из сплавов редкоземельных металлов с кобальтом. Сб. под. ред. К, Страната. Пер, с англ. М.: Металлургия, 1978.

16. Karmazin V.V. Theoretical Assessment of Technological Potential of Magnetic and Electrical Separation // MES. V. 8. - 1997, OPA.

17. Михлин С.Г. Вариационные методы в математической физике, М.: Наука, 1970.

18. Anderssen R.S. Mitchell A. R. Math. Mech, Appl. Sci; 1979, v.l., p 3-15

19. Gallgher G. H. Finite element analysis fundamentals. Prentice Hall, Englewood Cliffs, New-Jersey, 1975.

20. Mitchell A. R., Wait R. The Finite element method in partial differential equations Willy, London, 1977.

21. Silvester P. P., Ferrari R.L. Finite elements for electrical engineers. Cambridge; New-York: Cambridge University Press, 1983.

22. Chari M. V, K, , Silvester P. P. Finite element in electrical and magnetic field problems. Wiley, New-York, 1960.

23. Finite elements for wave electromagnetics: methods and techniques / edited by Peter P. Silvester Giuseppe Pelosi. Piscataway, NY: IEEE Press, 1994.

24. Chung T. J. Finite element analysis in fluid dynamics. New-York: McGray-Hill, 1978.

25. FixG. F. Nassif N. Finite element approximations to time dependent problems. Numerische Mathematics, 19, No 2, 1972.

26. Mozton К. W. Finite difference and finite element method, Computer Phys. Com., 12, n.l, Sept-Oct, 1976,

27. Zienkiewiez О. C. The finite element method in engineering sciences. London: McGraw-Hill, 1971.

28. Максвелл Дж. К. Избранные сочинения по теории электромагнитного поля. М.: Гостехиздат, 1954.

29. Зоммерфельд А. Электродинамика. М.: ИЛ, 1954.

30. Тамм И. Е. Основы теории электричества. М.:Гостехиздат,1949.

31. Смайт У. Р. Электростатика и электродинамика. М.: ИЛ, 1954.

32. Шамони К. Теоретическая электротехника: пер. с нем. М. Мир, 1964.

33. Ландау Я П., Лифшиц ЕМ. Теоретическая физика, т. 2 Теория поля. М.: Наука, 1986.

34. Silvester P.P. Modern electromagnetic fields. Englewood cliffs, N. J., Prentice-Hall, 1986.

35. Clemmow P. C. An introduction to electromagnetic theory. Cambridge: University Press, 1973.

36. Davies J. B. Radley D.E. Electromagnetic theory. Edinburg,Oliver & Boyd, 1969.

37. Ferraro V. С A. Electromagnetic theory. London: Anhlone Press, 1954.

38. Hallen E. G. Electromagnetic theory. Translated from. Swedish by Runar Gusstrom. New-York, Wiley, 1962.

39. Heaviside O. Electromagnetic theory. New-York, Dover Publication, 1950.

40. Stratton J, A. Electromagnetic theory. New-York, London, Mc Craw -Hill book company, inc., 1941

41. Walsh J. B, Electromagnetic theory and engineering application. New York, Roland Press Co. 1960.

42. Nusbaum A. Electromagnetic theory for engineer and scientist End lewood chiffs, N.J. Prentic-Hall, 1995.

43. Foster K., Anderson, R. Electromagnetics theory; problems and solution. New-York: St. Martins Press, 1970

44. Weber E. Electromagnetics theory; static fields and their mapping, New-York, Dover Publications, 1965.

45. Ferrari R.L. An introduction to electromagnetic fields. New-York: Van Nostrand Reinhold, 1975

46. Флетчер К. Численные методы на основе метода Галеркина, Пер. с англ. -М.: Мир, 1988.

47. Коллатц JI. Численные методы решения дифференциальных уравнений. -М.: ИЛ, 1953.

48. Cranndell S.H. Engineering analysis, New-York: McGraw-Hill, 1956.

49. Finlayson B. A., Scriven L. E. Appl Mech. Rev., 1966, 63.

50. Herrneline F. Trianguiation automatigued'un polyedre en dimentvon N. RAIRO Analyse numerique, 16, n.3, 1982.

51. Poncet A. Autorde Vecture d'un code d'elements finis. These Doctorates Sciences Mathematigues, Grenoble, 1979.

52. Finlayson B. A. The method of weighted residuals and variational principles. -New-York: Academic Press, 1972.

53. Harington R.F., Field coputation by moment method New-York Macmil-ian.1998.

54. Бухгольц Г. Расчет электрических и магнитных полей. М.: Энергия, 1970.

55. Лаврентьев М. А., Шабат Б. В. Методы теории функций комплексного переменного: М.: Наука, 1987.

56. Гахов Ф. Д. Краевые задачи. М.: Физматгиз, 1963

57. Сочнев А.Я. Новый метод теоретического исследования магнитного поля электромагнитов. -ДАН СССР 1941,т. 33 № 1,с. 25 28.

58. Губаревич В.Н„ Гарин Ю.М, Смолкин РД. и др. Разработка конструкции ФГС-сепараторов и технологические исследования. /Обогащение руд. 1981 №5. с. 17-22.

59. Губаревич В.Н. Разделение материалов в магнитных жидкостях . -М.; Недра, 1987, с. 25-28.

60. Губаревич В.Н. Исследование и создание феррогидростатических сепараторов для обогащения полезных ископаемых в ферромагнитной жидкости: Автореф. дис. кан. техн. наук. Люберцы, 1982. -22 с.

61. Ломовцев Л., А., Нестерова Н.А., Дробченко Л.А.Магнитное обогащение силыюмагнитных руд. М.: Недра, 1979.

62. Квасков А.П. Магнитные поля кусков магнетитовой руды: VIII Межуна-родный конгресс по обогащению полезных ископаемых, т.1. Л.: изд. Меха-нобра, 1969.

63. Справочник по обогащению руд. Основные процессы. / Под ред. О.С. Богданова, 2 изд., перераб. и доп. М., Недра,1983, с.141

64. Расчет электрических цепей и электромагнитных полей на ЭВМ. / Под ред. Л.В. Данилова и ЕС. Филиппова, М.; Радио и связь, 1983, с.230 - 235, 311-316.

65. Ландау Л.Д., Лившиц М.Е. Теория поля М.; Наука, 1973, 504 с.

66. Тамм И.Е. Основы теории электричества. 1966, 624 с.

67. Кармазин В.И., Кармазин В.В., Усачев П.А. и др. Новые процессы сепарации в магнитных полях. Апатиты, изд. Кольского филиала АН СССР, 1982.

68. Солоденко А.Б. Научные основы создания техники и технологии для обогащения минерального сырья в ферромагнитных коллоидах . М.; Док. дис. МИСиС, 1992, 391 с.

69. Смирнов В.И. Курс высшей математики. Г. III. М. Наука, 1974,

70. Владимиров B.C. Уравнение математической физики. М. Наука, 1988.

71. Ковалев Р.В. "Исследование магнитных полей барабанного сепаратора на постоянных магнитах" Горный информационно-аналитический бюллетень. №11 М. 2006.

72. Кармазин В. В., Ковалёв Р.В., Епутаев Г.А. Разработка магнитной системы на постоянных высоконергетичных магнитах для камерного высокоградиентного сепаратора Горный информационно-аналитический бюллетень. №9 М. 2004 г.

73. Кармазин В.В., Ковалев Р.В., Епутаев Г.А "Закономерности вращательного движения частиц железосодержащих руд во вращающемся поле барабанного сепаратора на постоянных магнитах" Горный информационно-аналитический бюллетень №1 М. 2007.

74. Ландау Л.Д., Лившиц Е.М. Электродинамика сплошных сред. М. Наука, 1957.

75. Вайнштейн Э.Г, Толмачев СТ. Теоретические основы расчета магнитных сепараторов. В кн.: Совершенствование техники и технологии горного производства. М., Недра, 1974.

76. Епутаев Г. А., Солоденко А. Б., Данилова М.Г Расчёт полей постоянных магнитов на основе интегралов Коши и типа Коши. Владикавказ, Тр.СКГТУ, вып.2,1996, с. 136.

77. Епутаев ГЛ., Кузнецов СИ. Расчет систем постоянных магнитов. Владикавказ. Тезисы док. науч. -тех. конфер. СКГТУ, 1995, с.69 - 71.

78. Епутаев ГЛ., Солоденко А.Б., Данилова М.Г, Зоз М.Ю. Аналитический метод расчета сил магнитостатических сепараторов. Тр. СКГТУ, вып. 4,(1998).

79. Епутаев ГА., Данилова М.Г, Липовая АЛ, Солоденко В Л. Метод аналитического расчета сил в магнитостатическом сепараторе Новочеркасск. Мат.международной конф. Комплексное изучение и эксплуатация полезных ископаемых", НГПУ, 1997, ст.348-351.

80. Епутаев Г.А., Данилова М.Г, Солоденко В.А., Зоз М.Ю. Метод аналитического расчета сил в магнитостатическом сепараторе. Владикавказ, СКГТУ, труды СКГТУ, вып.4,1998,с 136-142

81. Владимиров B.C. Обобщенные функции в математической физике. М.: Наука, 1979

82. Сохоцкий 10. Об определенных интегралах и функциях, употребляемых при разложении в ряды. С. Петербург. 1973.

83. Смирнов В.И. Курс высшей математики. Г. Ш. М. Наука, 1974.

84. Кринчек ПС. Физика магнитных явлений. -М.: Изд-во Московского университета, 1985.

85. Епутаев Г.А. Основы аналитической теории взаимодействия минералов с полем сепараторов на постоянных магнитах. Владикавказ, РИА, 1999.

86. Svoboda Jan. A theoretical approach to the magnetic flocculation of magnetic minerals Jnt. J/ Miner/ Process. 8, 1981.

87. Karmazin V.V., S.I.Kretov Development of the magnetite-hematite quartzites benefication on the basis of new technologies, XXIIIIMPC -2006 Istanbul vol. 1и^Ъ Декабря; 2005г.'г- * Д.т '' "

88. Акт полупромышленных испытаний Высокосслсктивного сепаратора ВПБМ-32,5/20

89. Главный обогатитель ОАО МГОК Начальник ЦТЛ ОАО МГОК Профессор МГГУ Аспирант МГГУ ^ /г— Л1.17

90. СЛГубин С.АЛотапов ВЛЗ.Кйрмазин Р.ВЛСовалвв ' Н.Г.Синельникова