СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ КОБАЛЬТОНОСНЫХ ЖЕЛЕЗО-МАРГАНЦЕВЫХ ОКЕАНИЧЕСКИХ ОБРАЗОВАНИЙ (ЕГО ВАРИАНТЫ) Российский патент 2007 года по МПК B03B7/00 

Изобретение относится к области обогащения полезных ископаемых и может быть использовано при переработке кобальтоносных железо-марганцевых океанических образований, добываемых со дна мирового океана и содержащих помимо марганца, кобальта и железа также никель, медь, благородные и редкие металлы. Среди полезных ископаемых океана кобальтоносные железо-марганцевые корковые образования (КЖМК) представляют собой самостоятельный промышленный рудный тип, имеющий огромное экономическое и политическое значение.

Известен способ переработки образований (КЖМК), включающий измельчение, восстановительный обжиг и гидрометаллургическую переработку сырья с получением марганца, кобальта и никеля (см. «Геология и минеральные ресурсы мирового океана, Интерморгео, Варшава, 1990, стр.646-648»). Недостатком этого способа являются значительные энергетические затраты на обжиг и сушку исходного измельченного материала, а также необходимость переработки 100% массы материала по химико-металлургической технологии.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к описываемым изобретениям является способ переработки кобальтоносных железо-марганцевых океанических образований, включающий дробление, измельчение, классификацию и последующие выделения марганца и цветных металлов (см. Патент России №2261923, кл. С22В 3/08 от 31.05.2004 г.).

К недостаткам известного способа следует отнести невысокие технологические показатели процесса и необходимость вовлечения в переработку всей массы исходного материала.

Технической задачей изобретений является создание технологии переработки кобальтоносных железо-марганцевых океанических образований на основе предварительного глубокого обогащения с получением коллективного концентрата для последующего химико-технологического процесса при снижении его массы в 2,5-3 раза.

Поставленная техническая задача решается таким образом, что в способе переработки кобальтоносных железо-марганцевых океанических образований по I варианту, включающем дробление, измельчение, классификацию и последующие выделения марганца и цветных металлов, последнее осуществляют предварительным гравитационным обогащением на концентрационном столе из фракции -0,5+0,074 мм с последующей трехстадийной магнитной сепарацией легкой фракции концентрационного стола, при этом напряженность магнитного поля сепаратора на первой стадии составляет от 3500 до 4000 эрстед, на второй - от 6500 до 7200 эрстед и на третьей - от 8000 до 8200 эрстед, а марганец и цветные металлы извлекают в магнитную фракцию третьей стадии.

В способе переработки кобальтоносных железо-марганцевых океанических образований по II варианту, включающем дробление, измельчение, классификацию и последующее выделение марганца и цветных металлов, последнее осуществляют предварительным гравитационным обогащением на отсадочных машинах из фракции -12+0,5 мм и на концентрационных столах из фракции -0,5+0,074 мм, при этом марганец и цветные металлы извлекают в легкие фракции гравитационного обогащения, которые направляют на химико-металлургическую доводку.

Процесс переработки по I и II вариантам проводят в модуле на дне океана.

Сущность изобретения заключается в следующем:

После операции дробления, измельчения и классификации каждый класс крупности исходного материала поступает на гравитационное обогащение с использованием процесса концентрации на столе КЦ-30 с перечисткой концентратов и контрольным обогащением хвостов. При этом в тяжелую фракцию переходят минералы субстрата, а в легкую (хвосты стола) фракцию минералы с повышенным содержанием марганца и цветных металлов.

Результаты гравитационного обогащения классифицированного материала на концентрационном столе позволяют сделать следующие выводы:

- извлечение марганца (и соответственно цветных металлов) в легкую фракцию концентрационного стола, направляемую на магнитную сепарацию, при обогащении всех трех классов высокое (78-81%), однако с понижением тонины помола степень концентрации ценных компонентов снижается с 20 до 11%;

- при обогащении крупных классов (0,5+0,3 мм.) и (-0,3+0,15 мм) обогащенный марганцем (и соответственно кобальтом и др. цветными металлами) продукт (конечные хвосты концентрационного стола) практически в два раза богаче исходного при содержании железа на уровне исходного;

- при обогащении мелкого класса (-0,15+0,044 мм) наблюдается лишь незначительное повышение содержания марганца в легкой фракции концентрационного стола на 3-4% по сравнению с исходным материалом;

- при разработке принципиальной схемы обогащения исходного материала рекомендуется на концентрационный стол направлять более широкий по крупности класс -0,5+0,074 мм.

Последующий процесс магнитной сепарации осуществляется в пределах напряженности магнитного поля от 3500 до 8200 эрстед в три стадии. При проведении исследований на каждом классе крупности было уставлено, что в немагнитную фракцию выделяются легкие минералы фазы субстрата, а сильно магнитную фракцию (от 3500 до 5000 эрстед) - железистые образования с пониженным содержанием марганца и цветных металлов, в слабомагнитную фракцию (от 7200 до 8200 эрстед) - более богатый марганцем и цветными металлами продукт.

Анализ результатов трехстадийной магнитной сепарации обогащенных продуктов концентрационного стола (по классам крупности) позволяет установить следующее:

- в диапазоне напряженности магнитного поля сепаратора от 3500 до 5500 эрстед из всех трех классов крупности удалось выделить отвальные по марганцу и цветным металлом хвосты, содержащие от 3,2 до 5,4% марганца (магнитная фракция) с низкими потерями в них ценных компонентов (0,7-2,0% от руды);

- немагнитные фракции от всех классов крупности представляют собой отвальные хвосты с содержанием марганца от 1,5 до 3,0%, с потерями в них ценных компонентов (0,1 до 0,5% от руды);

- в диапазоне напряженности магнитного сепаратора от 5500 до 7200 эрстед из класса -0,5+0,3 мм выделен промежуточный марганцевый продукт с содержанием 10,6% марганца и цветным металлам 1,5% (от руды);

- в диапазоне напряженности магнитного сепаратора от 7200 до 8200 эрстед выделен наиболее богатый по марганцу и цветным металлампродукт (слабомагнитная фракция) с содержанием марганца в среднем 20% и кобальта 0,53% при извлечении 65-70% от руды, соответственно направляемой на химико-металлургическую переработку.

В результате проведенных исследований было установлено, при определенном минеральном составе океанических корковых образований (отсутствие слабомагнитных марганцевых минералов) выделение марганца и цветных металлов осуществляют из фракции -12+0,5 мм гравитационным обогащением на отсадочных машинах, а из фракции -0,5+0,074 мм - на концентрационных столах, при этом марганец и цветные металлы извлекают в легкие фракции гравитационного обогащения (II вариант).

С целью сокращения в 3,5-4,0 раза объема поднимаемого со дна океана и обогащенного материала, содержащего марганец и цветные металлы для последующего химико-металлургического процесса, а также снижения экологической напряженности дна Мирового океана переработку исходного материала по обоим вариантам осуществляют в модуле на дне океана.

Пример конкретной реализации изобретения поясняется со ссылкой на графический материал, где на фиг.1 изображена схема и основные параметры процессов переработки кобальтоносных железомарганцевых океанических образований (вариант I).

Исследования производились на представительной пробе содержащей 10,5% марганца, 0,27% кобальта, 0,24% никеля и 0,08% меди. После операций дробления, измельчения и классификации фракция -0,5+0,074 мм поступала на предварительное гравитационное обогащение с использованием концентрационного стола. Легкая фракция концентрационного стола поступала на трехстадиальную магнитную сепарацию, при этом напряженность магнитного поля на первой стадии составляла 3500-4000 эрстед, на второй - 6500-7200 эрстед и на третьей - 8000-8200 эрстед. В результате трехстадиальной магнитной сепарации марганец и цветные металлы извлекают в магнитную фракцию на третьей стадии.

В табл.1 приведены данные, подтверждающие обоснованность описываемого изобретения - способа переработки кобальтоносных железомарганцевых океанических образований (по первому варианту) в сравнении с аналогом и прототипом (опыты 1 и 2). Анализ полученных результатов показывает, что только при оптимальных условиях описываемого способа (опыты 3, 4, 5) достигается высокое извлечение в коллективный концентрат марганца (63-67%), кобальта (63-69%), никеля (77-90%) и меди (56-61%) при минимальном его выходе 30-35% (по массе), поступающем на химико-металлургическую доводку до товарных продуктов. При выходе за нижние пределы оптимальных значений (опыт 6 и 9) технологические показатели значительно снижаются, а при выходе за верхние пределы (опыты 7 и 8 ) практически не изменяются.

По второму варианту пример конкретной реализации изобретения поясняется со ссылкой на чертежи, где на фиг.2 изображена схема переработки кобальтоносных железо-марганцевых океанических образований (на той же пробе, что и по первому варианту). После операций дробления, измельчения и классификации фракция -12+0,5 мм направлялись на гравитационное обогащения методом отсадки, а фракция -0,5+0,074 мм на концентрационный стол. В результате проведения процесса обогащения марганец и цветные металлы извлекают в легкие фракции гравитационных методов.

В табл.2 приведены данные, подтверждающие обоснованность описываемого изобретения - способа переработки кобальтоносных железо-марганцевых океанических образований (по второму варианту) в сравнении с аналогом и прототипом (опыты 1 и 2). Анализ полученных результатов показывает, что только при оптимальных условиях описываемого способа (опыты 3) достигается высокое извлечение в коллективный концентрат марганца (63,8%), кобальта (66,0%),никеля (86,6%) и меди (57,7%) при минимальном его выходе 33% (по массе), поступающем на химико-металлургическую доводку до товарных продуктов.

Таким образом, использование описываемого изобретения решает проблему комплексной переработки кобальтоносных железо-марганцевых океанических образований за счет высокого извлечения марганца, кобальта, никеля и меди в коллективный концентрат, поступающий на химико-металлургическую переработку до товарных продуктов, при одновременном снижении его выхода (по массе) до 30-35%

Таблица 1
Сравнительные результаты переработки кобальтоносных железо-марганцевых океанических образований по аналогу, прототипу и изобретению (вариант 1)Опыт №1Продукты переработкивыходСодержаниеИзвлечениеУсловия опытаMnCoNiCuMnСоNiCuКонцентрат обогащения на металлургический передел80,012,00,290,260,1995,585,986,790,0По способу аналогаХвосты20,02,250,190,160,044,514,113,310,0Шламы000000000Исходный материал100,010,50,270,240,08100,0100,0100,0100,0Опыт №2Продукты переработкивыходСодержаниеИзвлечениеУсловия опытаMnCoNiCuMnСоNiCuКонцентрат обогащения на металлургический передел64,014,00,320,290,185,375,977,380,0По способу прототипаХвосты19,05,70,250,200,054,36,76,57,0Шламы7,06,50,260,240,0810,417,416,213,0Исходный материал100,010,50,270,240,08100,0100,0100,0100,0Опыт №3Продукты переработкивыходСодержаниеИзвлечениеУсловия опытаMnCoNiCuMnСоNiCuКонцентрат обогащения на металлургический передел33,020,00,560,610,1562,968,484,061,9По предложенному способу Фракция -0,5+0,044
На первой стадии 3500 эрстед
На второй стадии 6500 эрстед
На третьей стадии 8000 эрстедХвосты37,04,60,100,020,0216,213,814,78,1Шламы30,07,30,160,100,0820,917,81,330,0Исходный материал100,010,50,270,240,08100,0100,0100,0100,0

Продолжение таблицы 1Опыт №4Продукты переработкивыходСодержаниеИзвлечениеУсловия опытаMnCoNiCuMnСоNiCuКонцентрат обогащения на металлургический передел3519,60,530,620,1366,168,790,456,88По предложенному способу Фракция -0,5+0,044
На первой стадии 3800 эрстед
На второй стации 6800 эрстед
На третьей стадии 8100 эрстедХвосты384,20,090,050,0415,112,67,9119,0Шламы277,80,190,180,0818,818,71,6924,125Исходный материал100,010,50,270,240,08100,0100,0100,0100,0Опыт №5Продукты переработкивыходСодержаниеИзвлечениеУсловия опытаMnCoNiCuMnСоNiCuКонцентрат обогащения на металлургический передел31,022,70,550,630,1467,063,181,454,2По предложенному способу Фракция -0,5+0,044
На первой стадии 4000 эрстед
На второй стадии 7200 эрстед
На третьей стадии 8200эрстедХвосты40,04,00,150,020,0315,221,94,116,8Шламы29,06,40,140,120,0817,815,014,529,0Исходный материал100,010,50,270,240,08100,0100,0100,0100,0Опыт №6Продукты переработкивыходСодержаниеИзвлечениеУсловия опытаMnCoNiCuMnСоNiCuКонцентрат обогащения на металлургический передел40,016,40,450,530,1162,566,788,355,0По предложенному способу Фракция -0,5+0,044
На первой стадии 3400 эрстед
На второй стадии 6400 эрстед
На третьей стадии 7900 эрстедХвосты38,06,00,160,020,0521,622,72,523,0Шламы22,07,60,130,100,0815,910,69,222,0Исходный материал100,010,50,270,240,08100,0100,0100,0100,0

Продолжение таблицы 1Опыт №7Продукты переработкивыходСодержаниеИзвлечениеУсловия опытаMnCoNiCuMnСоNiCuКонцентрат обогащения на металлургический передел32,019,80,510,580,1360,360,477,352,0По предложенному способу Фракция -0,5+0,044
На первой стадии 4100 эрстед
На второй стадии 7300 эрстед
На третьей стадии 8300 эрстедХвосты37,04,40,140,030,0415,518,94,617,0Шламы31,08,20,180,140,0824,220,718,131,0Исходный материал100,010,50,270,240,08100,0100,0100,0100,0Опыт №8Продукты переработкивыходСодержаниеИзвлечениеУсловия опытаMnCoNiCuMnСоNiCuКонцентрат обогащения на металлургический передел39,017,00,490,600,1264,670,8 58,5По предложенному способу Фракция -0,6+0,05
На первой стадии 3800 эрстед
На второй стадии 6800 эрстед
На третьей стадии 8100 эрстедХвосты37,05,20.120,530,0418,516,8 17,5Шламы24,07,40,140,110,0816,912,4 24,0Исходный материал100,010,50,270,240,08100,0100,0100,0100,0Опыт №9Продукты переработкивыходСодержаниеИзвлечениеУсловия опытаMnCoNiCuMnСоNiCuКонцентрат обогащения на металлургический передел33,018,80,500,610,1259,161,183,949,5По предложенному способу Фракция 10,4-+0,035
На первой стадии 3800 эрстед
На второй стадии 6800 эрстед
На третьей стадии 8100 эрстедХвосты36,05,60,180,010,0419,424,01,919,5Шламы31,07,30,130,110,0821,514,914,231,0Исходный материал100,010,50,270,240,08100,0100,0100,0100,0

Таблица 2
Сравнительные результаты переработки кобальтоносных железо-марганцевых океанических образований по аналогу, прототипу и изобретению (вариант 2)Опыт№1Продукты переработкивыходСодержаниеИзвлечениеУсловия опытаMnCoNiCuMnСоNiCuКонцентрат обогащения на металлургический передел80,012,00,290,260,1995,585,986,790,0По способу аналогаХвосты20,02,250,190,160,044,514,113,310,0Шламы000000000Исходный материал100,010,50,270,240,08100,0100,0100,0100,0Опыт №2Продукты переработкивыходСодержаниеИзвлечениеУсловия опытаMnCoNiCuMnСоNiCuКонцентрат обогащения на металлургический передел64,014,00,320,290,185,375,977,380,0По способу прототипаХвосты19,05,70,250,200,054,36,76,57,0Шламы7,06,50,260,240,0810,417,416,213,0Исходный материал100,010,50,270,240,08100,0100,0100,0100,0

Продолжение таблицы 2Опыт №3Продукты переработкивыходСодержаниеИзвлечениеУсловия опытаMnCoNiCuMnСоNiCuКонцентрат обогащения на металлургический передел33,020,30,540,630,1463,866,086,657,7По предложенному способу:
Отсадка из фракции-12+0,5
концентрация на столе из фракции-0,5+0,044Хвосты38,04,60,150,0080,0316,621,11,313,3Шламы29,07,10,120,100,0819,612,912,129,0Исходный материал100,010,50,270,240,08100,0100,0100,0100,0Опыт №4Продукты переработкивыходСодержаниеИзвлечениеУсловия опытаMnCoNiCuMnСоNiCuКонцентрат обогащения на металлургический передел38,019,10,520,580,1169,173,2 52,2По предложенному способу
Отсадка из фракции -10+0,4
концентрация на столе из фракции-0,4+0,065Хвосты35,03,90,110,540,0513,114,8 20,8Шламы27,06,90,120,100,0817,812,0 27,0Исходный материал100,010,50,270,240,08100,0100,0100,0100,0Опыт №5Продукты переработкивыходСодержаниеИзвлечениеУсловия опытаMnCoNiCuMnСоNiCuКонцентрат обогащения на металлургический передел34,818,90,500,570,1161,263,080,746,7По предложенному способу
Отсадка из фракции-13+0,6
концентрация на столе из фракции-0,6+0,085Хвосты37,05,40,160,040,0519,222,06,024,3Шламы29,07,10,140,110,0819,615,013,329,0Исходный материал100,010,50,270,240,08100,0100,0100,0100,0

Изобретение относится к области обогащения полезных ископаемых и может быть использовано при переработки кобальтоносных железо-марганцевых океанических образований (корок и конкреций), добываемых со дна мирового океана и содержащих помимо марганца, кобальта и железа также никель, медь, благородные и редкие металлы. Способ переработки кобальтоносных железо-марганцевых океанических образований включает дробление, измельчение, классификацию и последующие выделения марганца и цветных металлов. По первому варианту способа после классификации из фракции -0,5+0,074 мм осуществляют выделение марганца и цветных металлов гравитационным обогащением на концентрационном столе, с последующей трехстадийной магнитной сепарацией легкой фракции концентрационного стола. При этом напряженность магнитного поля сепаратора на первой стадии составляет от 3500 до 4000 эрстед, на второй от 6500 до 7200 эрстед и на третьей от 8000 до 8200 эрстед, причем марганец и цветные металлы извлекают в магнитную фракцию третьей стадии. По второму варианту способа классификацию осуществляют на фракции -12+0,5 и -0,5+0,074 мм, а выделение марганца и цветных металлов осуществляют из полученных фракций гравитационным обогащением на отсадочных машинах из фракции -12+0,5 мм и на концентрационных столах из фракции -0,5+0,074 мм. При этом марганец и цветные металлы извлекают в легкие фракции гравитационного обогащения, которые направляют на химико-металлургическую доводку. Процесс переработки по обоим вариантам способа осуществляют в модуле на дне океана. Технический результат - повышение извлечения в коллективный концентрат марганца, кобальта, никеля и меди, снижение экологической напряженности дна Мирового океана, сокращение объема материала, поднимаемого со дна океана. 2 н.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл.

1. Способ переработки кобальтоносных железо-марганцевых океанических образований, включающие дробление, измельчение, классификацию и последующие выделения марганца и цветных металлов, отличающийся тем, что после классификации из фракции -0,5+0,074 мм осуществляют выделение марганца и цветных металлов гравитационным обогащением на концентрационном столе с последующей трехстадийной магнитной сепарацией легкой фракции концентрационного стола, при этом напряженность магнитного поля сепаратора на первой стадии составляет от 3500 до 4000 Э, на второй от 6500 до 7200 Э и на третьей от 8000 до 8200 Э, причем марганец и цветные металлы извлекают в магнитную фракцию третьей стадии.2. Способ переработки кобальтоносных железо-марганцевых океанических образований, включающий дробление, измельчение, классификацию и последующее выделения марганца и цветных металлов, отличающийся тем, что классификацию осуществляют на фракции -12+0,5 и -0,5+0,074 мм, а выделение марганца и цветных металлов осуществляют из полученных фракций гравитационным обогащением на отсадочных машинах из фракции -12+0,5 мм и на концентрационных столах из фракции -0,5+0,074 мм, при этом марганец и цветные металлы извлекают в легкие фракции гравитационного обогащения, которые направляют на химико-металлургическую доводку.3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что процесс переработки осуществляют в модуле на дне океана.