CC BY
41
--------------------------------- © В.В. Кармазин, C.B. Татауров,
Н.Г. Синельникова, Т.Н. Гзогян, С.Н. Жилин, Л.Д. Логинова, 2007
УДК 6220-15
В.В. Кармазин, С.В. Татауров, Н.Г. Синельникова,
Т.Н. Гзогян, С.Н. Жилин, Л.А. Логинова
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПУТЕЙ СНИЖЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ СЕРЫ И КРЕМНЕЗЕМА В ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННЫХ КОНЦЕНТРАТАХ ОФ ЛГОКА - СЫРЬЕ ДЛЯ БЕЗДОМЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА СТАЛИ
Семинар № 25
Анализ современного состояния железорудной промышленности в мире показывает, что за последние 50 лет наблюдается постоянное возрастание объемов добычи и потребления железных руд. Однако темпы прироста разведанных запасов значительно превышают рост добычи. Так за вторую половину прошлого столетия мировое производство товарных железных руд возросло в 3,5 раза, а разведанных запасов за тот же период - в 6,2 раза [1]. Вместе с тем качество железорудного сырья постоянно снижается за последние 25 лет содержание железа в рудах снизилось в 1,3 раза.
Качество концентратов для различных месторождений регламентируется соответствующими стандартами и техническими условиями. Так, для месторождений КМА технические условия на магнетитовый концентрат предусматривают: крупность - 0,1-0 мм; влажность - 10,5 %; содержание железа - не менее 64 %. В ряде концентратов регламентируется содержание вредных примесей: фосфора - не более 0,08 %; серы - не более 0,8 %.
Лебединский горнообогатительный комбинат обладает наиболее прогрессивной в России технологией обогащения железных руд позволивший ему выйти на уровень производства сырья для бездоменной металлургии (горячее брикетирование железа, электросталь и др.) [1-3]. С другой стороны требования металлургов к этому сырью ставят обогатителей в очень жесткие условия по их выполнению, так как с увеличением глубины карьера содержание серы в исходной руде возрастает, а в концентратах ее уровень не должен, превышать 0,06 %. Наибольшее количество серы до 2-х % содержит магнетито-кумнигтонито-вая типы руды встречающейся в юговосточной и северо-восточной частях карьера ЛГОКа. Руды этого типа обладают повышенной прочностью и меньшей степенью раскрытия при измельчении. Сера в этих рудах представлена пиритом, пирротином и другими сульфидами.
В процессах магнитного обогащения практически все сульфиды, обладающие слабомагнитными свойствами уходят в хвосты, и лишь незначитель-
Рис. 1. Зависимость магнитных свойств а-, Р~, у-, Л-фаз пирротина от состава н температуры: а — общая зависимость удельной магнитной восприимчивости пирротина от его химического состава при нормальной температуре; б — фазовые превращения пирротина при различных температурах; в, г — зависимость удельной магнитной восприимчивости от температуры для некоторых составов пирротина типа РеБ^ для х<0,1 и х>0,1 соответственно
ная доля представленная моноклинным пирротином, обладающим ферромагнитными свойствами «доходит» до конечного концентрата. В связи с этим, наименьшее количество серы во всей технологической цепи наблюдается в конечных продуктах магнитного обо-
гащения, однако выдерживать верхний предел серы на уровне 0,06 %, как того требует ГОСТ на сырье для бездо-менной металлургии [4].
До определенных пределов решение этой проблемы можно обеспечить шихтовкой исходной руды в соответ-
Вещество Окислительный потенциал, В Относительная сила окисления
Хлор 1,36 1,00
НОС1 1,49 1,10
Озон 2,07 1,52
ОН-радикал 2,80 2,05
Фтор 3,06 2,25
ствии с данными минералогического картирования. Однако быстрый рост содержания серы с углублением карьера позволяет прогнозировать серьезные проблемы по поддержанию необходимого предела серы. Это в конечно счете требует опережающей разработки специальные мероприятий по обессериванию концентратов, т. е. разработки новых процессов и аппаратов.
Из сульфидов типа (РехБ1+х) только гексагональный пирротин Ре7Б8 является ферромагнетиком, а остальные: 0<х<0,1 — антиферромагнетики;
0,1<х<1,7 — ферримагнетики (Мб = 0,25 цв/моль при 20 °С); х ~ 0,1 — переходная область к ферромагнетику.
На рис. 1 показана диаграмма магнитных фаз пирротина [5]. На кривой х—Т между а- и р-
превращениями наблюдается точка у-превращения или Л,-точка, соответствующая температуре Нееля, т. е. сначала у антиферро-магнетика появляется паразитический ферромагнетизм, который при х>0,12 переходит в обычный ферромагнетизм Вейсса [5]. Направление легкого намагничивания Ре7Б8 лежит в гексагональной плоскости, хотя его решетка моноклинная (псевдогексагональная).
Окисление соединение типа РеБ1+х происходит по реакции с образованием гидроокислов железа и водорастворимого сернистого агидрида (кислоты), что вызовет снижение серы в концентрате. Однако, кинетика этого
процесса, его аппаратурное оформление нуждается в дополнительных исследованиях, чему и посвящены настоящие исследования.
Анализ различных окислителей применяемых в горно-химической, химической промышленности показал, что для решения проблемы обес-серивания концентратов ОФ ЛГОКа по своим физико-химическим характеристикам наиболее предпочтителен - озон (табл. 1). Озон является мета-стабильной аллотропической модификацией кислорода, который образуется в результате «тихого» электрического разряда, происходящего в воздушной среде или кислороде. Его преимущества по сравнению с другими окислителями состоят в следующем:
- производство озона не требует высоких энергетических затрат (в среднем 0,05-0,07 кВт на 1 г озона);
- использование озона не приводит к загрязнению окружающей среды (остаточный озон не стабилен и самопроизвольно превращается в кислород), а наоборот обеззараживает воду, используемую в технологическом процессе;
- не требуется специального реагентного хозяйства, так как синтезирует кислород из воздуха.
Для промышленной реализации этого процесса потребуются озонаторы типа «Озон-ПВ» производительностью от 5 до 1000 г/час и выше, которые позволяют получать озоно-
Рис. 2. Внешний вид отделения МГС-сепарации (17 сепараторов МОБ-1700 на ОФ норвежской фирмы Сюдварангер (г. Киркинес)
воздушные смеси из осушенного атмосферного воздуха или кислородсодержащих смесей (в данном случае рассматривается первый вариант), контактные чаны (реакторы) с автоматикой, контролирующей и поддерживающей концентрацию и расход озона. Все это оборудование имеет небольшие габаритные размеры, что позволяет решить другую немаловажную проблему - ограничение по площади. Так как при существующей компоновке оборудования на ОФ ЛГОКа практически невозможно будет установить дополнительные крупногабаритные агрегаты без серьезной реконструкции.
В 2006 году в промышленных условиях на ОФ ЛГОКа успешно испытана технология магнитогравитаци-
онного получения высококачественных мало-кремнеземистых концентратов. Это направление уже изучалось в течение многих лет, том числе и в промышленных условиях на различных ГОКах, включая Лебединский, с получением высококачественных концентратов, содержащих менее 1 % ЭЮ2 [6-8]. В связи с чем, принято решение о расширении масштабов промышленных испытаний и внедрений. Наиболее подходящими для этой цели аппаратами являются норвежские сепараторы МСБ-1700 (производительностью 40 т/час), которые до остановки комбината Сюдварангер около 20 лет производили на нем малокремнеземистые суперконцентраты (рис. 2).
Рис. 3. Гистограммы содержаний железа в исходном питании и концентрате сепаратора (расчет выполнен по программе “Біаіівііса”)
Особенностью этих аппаратов является подача чистой воды для повышения качества концентрата. Благодаря этому, именно такой аппарат и может в перспективе может стать наиболее удобным для эффективного обессеривания. С одной стороны, питание МГС-сепаратора уже измельчено до крупности -44 мкм, что предполагает наличие высокой удельной свободной поверхности, а с другой стороны, этот материал находится во взвешенном состоянии (типа «кипящего слоя»), что обеспечивает хорошие условия для проведения окислительно-восстановительных реакций.
В качестве окислителя в рабочее пространство МГС-сепаратора с чистой водой можно подавать: растворенный кислород, озон, пероксид водорода и другие, наиболее активные окислители. Для интенсификации этих процессов могут применяться
электрохимическое воздействие, регуляторы среды, электромагнитное излучение и т.д.
При наличии высокой свободной поверхности пирротина нам достаточно окислить поверхностный слоя частицы пирротина на несколько микрон, чтобы достичь требуемого снижения содержания серы. Для этой цели в НТЦ МГГУ проводятся теоретические и стендовые исследования на стенде, содержащем озонатор, компрессор, распылитель и МГС-сепаратор для исследований новых процессов обессеривания и обес-кремнивания концентратов.
На Михайловском ГОКе в промышленных условиях были проведены испытания магнитного сепаратора с оптимизированной магнитной системой ВСПБМ - 32,5/20М и статистически обработанные результаты за весь период этих испытаний показаны
Рис. 4. Картина поля модулей сил с магнитами разной высоты в относительных единицах
на рис. 3. Эти данные подтвердили возможность получения концентратов с содержанием общего железа до 65 % (уровень качества товарных концентратов МГОКа). 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. При этом, уменьшается объём промпродукта, направляемого далее на дообогащение по существующей технологической схеме на последующие стадии измельчения и обогащения. На этой основе появляется возможность повышения производительности всей обогатительной фабрики за счет сравнительно небольших капиталовложений в повышение производитель-ности мельниц и сепараторов I стадии ОФ.
Результаты, приведенные на рис. 2 по условиям раскрытия магнетита в
концентрате ММС 1 стадии ДОК МГОКа близки к идеальным, однако, учитывая, что промышленные испытания будут продолжены на ОФ ЁГОКа и закончатся они выдачей технического задания Воронежскому заводу «Рудгормаш» на проектирование и изготовление промышленного высокоселективного сепаратора ВСПБМ 90/100 экспериментальные исследования по совершенствованию сепаратора ВСПБМ - 32,5/20М в НТЦ МГГУ были продолжены. Было принято решение изменить вращающуюся магнитную систему таким образом, чтобы модулировать магнитное поле сепаратора не только по частоте, но и по амплитуде колебаний вектора напряженности магнитного поля.
Картина поля модулей сил существенно изменилась по сравнению с этой же картиной для сепаратора с магнитами равной высоты (рис. 4, 5).
В рассматриваем сепараторе графики изменения радиальной, танген-
Рис. 5. Графики изменения радиальной и тангенциальной составляющих силы на внешней поверхности барабана
циальной составляющих и модуля пондеромоторных сил на внешней поверхности барабана имеет вид, показанный на рис. 4. Сравнивая эпюры сил обычных сочневских систем с магнитами равной высоты с рис. 6, видим, что максимальные значения пондеромоторной силы над высокими полюсами уменьшилось приблизительно на 20 %, а над полюсами меньшей высоты в три раза.
Стендовые испытания сепаратора с новой магнитной системой на пробе концентрата ММС 1 стадии ОФ ЁГОКа показали прирост качества концентрата на 1,5-2 %, т.е. выше 69 %. После промышленных испытаний на ОФ ЁГОКа можно будет приступать к созданию сепаратора ВСПБМ 120/300. Ожидаемый годовой экономический эффект от его внедрения в масштабах комбината составит не менее 12,27 млн. руб. в ценах 2007 года. Такой сепаратор способен не
только снизить содержание БЮг, но также и пирротина, магнитные свойства которого меньше, чем у магнетита.
Очень важным направлением в решении поставленной задачи может стать уменьшение магнитных свойств пирротина в исходной руде, с последующим удалением его при сепарации. Флотационное удаление пирротина также происходит успешно, но по экономическим соображениям его внедрение возможно, только если бы удалось сочетать этот процесс с удалением кремнезема.
Заключение
В основе предлагаемых новых процессов остается мокрое магнитное обогащение, усовершенствованное за счет модуляции напряженности магнитного поля по частоте и амплитуде, продувки пульпы окислителями в магнитно-гравитационных сепараторах и т.д. На этой основе необходимо
создать промышленные образцы соответствующего оборудования, способного решать поставленные задачи. Внедрение новых процессов и аппаратов магнитного обогащения и обес-серивания, включая сепараторы типа ВСПБМ могут коренным образом
1. Авдохин В М, Губин С. Л. Современное состояние и основные направления развития процессов глубокого обогащения железных руд. // Горный журнал. - 2007. -№2.
2. Кармазин В.В., Кармазин В.И. Магнитные, электрические и специальные методы обогащения полезных ископаемых. - М.: Изд-во МГГУ. 2005. - Т.1.
3. Кармазин В.В. Совершенствование технологии обогащения магнетитовых кварцитов на основе сепараторов с бегущим магнитным полем // Горный журнал. -2006. - №6.
4. Железорудная база России / под ред. Орлова В.П., Веригина М.И., Голивкина Н.И. - М.: ЗАО «Геоинформмарк», 1998. -842 с. - 1ББН 5 - 900357 - 07 - 4.
изменить технологию обогащения магнетитовых кварцитов на ГОКах России повысив их технико-экономические показатели, создавая основу для диверсификации перечня их продукции от товарных окатышей к сырью бездоменной металлургии.
--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
5. Нага та Такэзи. Магнетизм горных пород. М., Недра, 1965.
6. 14. Усачев П.А., Опалев А.С. Магнитно-гравитационное обогащение руд. РАН, Кольский НЦ, Горный институт, Апатиты, 1993.
7. Отчеты НТЦ МГГУ выполнении работ по хоздоговору с ОАО ЛГОК (темы: ОПИ-363 и ОПИ-228) Москва-Губкин 2004-05 г.г.
8. Karmazin V.I., Zelenov P.I., Ostapenko P.E., Karmazin V.V., Aleynikov N. A. Development of new processes for the beneficiation of magnetite-hematite ores at the Olenegorsk mining and beneficiation complex. X IMPC, London, 1973. BHD
— Коротко об авторах------------------------------------------------------------------
Кармазин Виктор Витальевич - академик МИА и РАЕН, профессор, доктор технических наук, Московский государственный горный университет,
Татауров С.В. - докторант, Московский государственный горный университет, Синельникова Н. Г., Логинова Л. А. - аспиранты, Московский государственный горный университет,
Гзогян Т.Н. - кандидат технических наук, ОАО «Белмеханобр»,
Жилин С.Н. - начальник технического управления, ОАО «Лебединский ГОК»,
Логинова Л.А. - соискатель, вед. специалист, ОАО «Лебединский ГОК»
Доклад рекомендован к опубликованию семинаром № 25 симпозиума «Неделя горняка-2007». Рецензент д-р техн. наук, проф. В.М. Авдохин.
