Способ обогащения сильномагнитных руд и установка для его осуществления Российский патент 2023 года по МПК B03C1/02 B03B7/00 B03B9/00 

Изобретение относится к способам обогащения сильномагнитных руд за счет разделения сильномагнитных частиц, содержащих большое количество примесей, от сильномагнитных частиц с минимальным содержанием примесей.

Изобретение относится к области обогащения полезных ископаемых, а именно к способу для обогащения сильномагнитных руд, способ может быть использован для повышения качества выделяемых тонкодисперсных ферромагнитных минералов за счет снижения массовой доли кварцитов и диоксида кремния.

Из уровня техники известны различные способы обогащения полезных ископаемых - гравитационные, электродинамические, радиометрические, флотационные, магнитные, адгезионные, химические и комбинированные.

Известен «СПОСОБ КОМПЛЕКСНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ТЕХНОГЕННОГО И ТРУДНООБОГАТИМОГО ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ», патент RU №2746332 с приоритетом от 05.07.2016, МПК С22В1/00, B03C1/005 (патентообладатель - ФГБОУ высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет"), который включает измельчение, магнитную сепарацию и классификацию. Исходное сырье доизмельчают и подвергают магнитной сепарации в слабом магнитном поле. Слабомагнитный продукт тонко измельчают и направляют на магнитную сепарацию в сильном поле. Немагнитный продукт в виде отвальных хвостов направляют на хвостохранилище. Магнитный продукт направляют на гидравлическую классификацию, слив подвергают тонкому грохочению, подрешетную пульпу подвергают ультразвуковой обработке с одновременной аэрацией пульпы воздухом. Затем пульпу сгущают, фильтруют, сушат, а сильномагнитный продукт, пески гидравлической классификации и надрешетный продукт тонкого грохочения окусковывают и направляют на металлургическую переработку. Однако к недостаткам способа следует отнести низкую эффективность обогащения при высокой сложности способа.

Известен «Способ мокрой сепарации полезных ископаемых и электродинамический сепаратор для его осуществления», патент RU №2746332 от 20.11.2020, МПК B03C1/24 (патентообладатель - АО «Энергокомплект»), который заключается в том, что генерируют переменные магнитные поля, которые обеспечивают условия извлечения из массопотока частиц обогащаемого класса крупности полезного компонента, при этом в качестве сортируемого материала используется сыпучий ферроматериал с веденными в него примесями в виде частиц немагнитных материалов. Устройство по указанному патенту №2746332 содержит загрузочную емкость для транспортировки пульпы с конусным распределителем, выходное кольцевое отверстие, сложный индуктор, состоящий из нескольких соосных катушек, источники переменного напряжения для создания бегущего магнитного поля, устройство отделения магнитных частиц от транспортирующего материала. Однако указанный способ не позволяет разделить сильномагнитные частицы, имеющие одинаковые свойства и разное качество.

Известно устройство «Магнитно-гравитационный сепаратор», патент RU №2733354 от 22.05.2020, МПК B03C1/02 (патентообладатель - АО «Энергокомплект), включающий в себя цилиндро-конический корпус из немагнитного материала, приспособления для подачи исходной суспензии, промывной воды и вывода продуктов разделения, магнитную систему, установленную снаружи, при этом магнитная система выполнена в виде соосно расположенных электромагнитных катушек, а устройство фильтрации выполнено в виде барьера-формирователя восходящего потока промывочной воды. Однако к недостаткам устройства следует отнести невозможность повышения качества концентрата за счет разделения сильномагнитных частиц, близких по размеру, имеющих одинаковые свойства и разное качество.

Известно, что сильномагнитные частицы (ферромагнетики) всегда различаются и по весу, и по качеству, причем размеры их в 8 раз больше размеров маленьких частиц, а по массе они тяжелее в 4 раза. На горно-обогатительных комбинатах (ГОК) в существующих концентратах именно в крупных частицах класса -0,1;-0,071;+0,045 мм находится много загрязняющего минерала - кварцитов, причем фракционный состав концентратов по ГОКам сильно отличается друг от друга.

В результате ряда экспериментов заявитель пришел к выводу, что для дальнейшего обогащения сильномагнитных руд следует использовать установку, состоящую, как минимум, из двух магнитно-гравитационных сепараторов (МГС), а лучше из четырех МГС с устройством фильтрации (конструкция которого описана в патенте №2733354), поэтому заявитель использует указанную конструкцию МГС в качестве ближайшего аналога заявленного решения.

При обогащении сильномагнитных руд сначала измельчают руду, причем чем меньше зерна этих частиц, тем меньше в них загрязняющего минерала - кварцитов (за счет раскрытия зерен после помола руды). После помола и многостадийной очистки, в концентрате, всегда присутствуют крупные частицы -0,1; -0,071; +0,045мм, обычно их - до 10-15%, причем именно эти частицы и портят конечный продукт.

Масса частиц и их размер объясняют причину примагничивания в слабом магнитном поле более крупных частиц, которые содержат самый большой процент загрязнений (до 30-50% кварцитов), что ухудшает качество рудных концентратов.

Заявитель поставил задачу - отделить от общей массы ферромагнетиков маленькие частицы, поскольку для процесса обогащения в МГС используются именно маленькие частицы, которые при мокрой сепарации отделяются от хвостов за счет воздействия магнитного поля определенной напряженности.

Техническая проблема, которая решается при использовании заявленного изобретения - повышение качества обогащаемых концентратов и создание установки, пригодной для промышленного использования.

Технический результат - улучшение технологических показателей процесса обогащения, выделение концентрата высокого качества (с пониженной массовой долей кварцитов и диоксида кремния).

Проблема решается, а технический результат достигается тем, что, в установке, состоящей, как минимум, из двух МГС с устройствами фильтрации, выполненными в виде барьера-формирователя восходящего потока промывочной воды, сначала в условиях мокрой сепарации на первом МГС отделяют крупный рудный концентрат низкого качества от малых, более качественных частиц, после чего из потока с малыми частицами на следующих МГС выделяют концентрат высокого качества.

В заявленном решении заявитель предлагает использовать несколько МГС расположенных в два ряда, причем на первом МГС, расположенном в первом ряду, используется так называемая обратная сепарация, когда рудный концентрат низкого качества, выходя через нижний патрубок первого МГС, перекрывает проход промывной воде, которая разворачивает поток и выносит нужный качественный продукт в обратном направлении в слив МГС, что позволяет отделить крупные сильномагнитные частицы от малых, а затем поток с малыми сильномагнитными частицами направить на МГС прямого действия во второй ряд для дальнейшего обогащения. В результате такой сепарации более качественный магнетит, состоящий из малых частиц, замещает в МГС объем частиц низкого качества, а полученный концентрат становится концентратом «премиум» класса.

По мнению заявителя, наиболее подходящим способом обогащения концентрата, состоящего из сильномагнитных частиц близких по размеру, имеющих одинаковые свойства и разное качество, является использование установки, состоящей из нескольких МГС по патенту №2733354, причем первый МГС будет работать в малом магнитном поле с напряженностью 60-70Э и будет отделять мелкие частицы от крупных, а потом установка будет осуществлять последующую сепарацию выделенных мелких частиц с помощью линейки из трех МГС, которые будут работать в магнитном поле напряженностью более 90Э, как обычно, когда частицы сепарируются и выделяются.

В результате так называемой обратной сепарации крупные частицы будут примагничиваться к стенкам первого МГС с малым магнитным полем, а мелкие частицы будут разворачиваться в своем движении обратно, против сил гравитации и уходить наверх с промывочной водой в слив первого МГС.

Суть такой обратной сепарации состоит в том, что при разделении намагничивающихся частиц, близких по размеру, имеющих одинаковые свойства и разное качество, используют слабое магнитное поле, которое позволяет удерживать в пристеночной части первого МГС только крупные сильномагнитные частицы, а весь основной поток с малыми сильномагнитными частицами, сростками и диоксидом кремния будет подниматься наверх, проходя через слабое магнитное поле МГС.

В результате крупные частицы, примагниченные к стенках первого МГС, под собственным весом будут сползать вниз, уплотняя выход и не давая основному потоку суспензии выйти вниз, а поток с малыми сильномагнитными частицами, перенаправленный в обратном направлении, поступит на МГС прямого действия.

Другими словами, первый сепаратор будет работать в «обратном» режиме - не на обогащение, а только на отделение крупных сильномагнитных частиц.

В результате такого отделения выход первого МГС окажется «закрытым» некачественным концентратом из крупных сильномагнитных частиц со сростками кварцитов до 30-50%. Именно эти частицы под действием магнитной системы МГС в слабом поле прилипают к стенкам, слипаются и под собственным весом сползают вниз уплотняя выход, не давая основному потоку суспензии с малыми частицами выйти вниз. Основной же поток с более качественными малыми сильномагнитными частицами и примесями будет уходить вместе с восходящим потоком против сил гравитации наверх, откуда будет подаваться в МГСы прямого действия, где будет происходить дальнейшая сепарация - примагничивание малых частиц более сильным полем, чем в первом сепараторе, при этом немагнитные частицы, сростки, диоксид кремния будут уходить в слив. Таким образом, получим двойную сепарацию сильномагнитных частиц, близких по размеру, имеющих одинаковые свойства и разное качество.

Для достижения указанного технического результата заявитель предлагает в первом МГС за счет настроек изменить направление движения основного потока на обратное, для того, чтобы отделить рудный концентрат низкого качества (57-61% Feобщ), а концентрат высокого качества (67-68,5% Feобщ) и более выделить затем в сепараторах прямого действия.

Установка состоит из четырех магнитно-гравитационных сепараторов, первый из которых работает по обратной схеме и входящий поток суспензии у него в три раза больше, чем поток на сепаратор прямого действия, а три других МГС, установленные за первым сепаратором, соединены между собой параллельно и работают по прямой схеме сепарации.

Четыре единицы МГС обусловлены производительностью каждого МГС, так как через сепаратор, включенный по обратной схеме, можно пропустить поток суспензии в обратном направлении в объеме не более 300-330 м3/ч, что соответствует расходу трех МГС прямого действия.

Заявленное изобретение поясняется следующими графическими материалами:

Фиг.1. - схема установки, реализующей заявленный способ обогащения;

Фиг.2. - общий вид используемого МГС с устройством фильтрации.

Заявленная установка для обогащения сильномагнитных руд (Фиг.1.) состоит из четырех МГС, каждый из которых (Фиг.2.) содержит элементы, обозначенные следующими позициями:

- корпус МГС (1);

- устройство для подачи суспензии (2);

- загрузочной емкостью (3) с выходным отверстием;

- устройство подачи промывной воды (4);

- устройство слива избыточной воды (5);

- устройство фильтрации (6);

- приспособление для вывода продукта разделения (7);

- нижний патрубок слива (8);

- коллектор сбора концентрата (9);

- магнитную систему, состоящую из электромагнитных катушек (10);

- систему управления (11);

при этом выход первого МГС, предназначенного для выделения фракции с малыми сильномагнитными частицами, является входом для соединенных параллельно второго, третьего и четвертого МГС, работающих в режиме обычной сепарации, отделяющей качественный магнетит от хвостов, которые выводятся через патрубки слива второго, третьего и четвертого МГС и объединены в единую магистраль.

Описываемая установка работает следующим образом.

Входящий поток суспензии в объеме до 270 м3/ч поступает через устройство подачи (2) на загрузочную емкость (3) первого МГС, далее, двигаясь внутри корпуса МГС, сталкивается в нижней части с восходящим потоком промывочной воды, которая поступает в объеме 40-60м3/ч в МГС через устройство подачи промывной воды (4), но из-за образовавшейся внизу корпуса МГС пробки из некачественного магнетита, препятствующей потоку с малыми сильномагнитными частицами вместе с примесями выйти вниз, поток воды с малыми частицами в объеме 330 м3/ч уходит наверх против сил гравитации, откуда через устройство слива (5) поступает на входные устройства второго, третьего и четвертого МГС прямого действия (Фиг.1.), где за счет более сильного магнитного поля качественный магнетит с частичками меньшего размера прилипает к стенкам МГС прямого действия и, сползая вниз, попадает в коллектор сбора концентрата (9) «премиум» класса, а оставшийся поток с примесями поступает в устройство слива (5) второго, третьего и четвертого МГС и далее попадает в «хвосты», при этом настройки у всех МГС будут разными, обеспечивающими соответствующее направление движения частиц концентрата внутри каждого МГС.

В нижеприведенной Таблице 1 представлены основные настройки МГС: ток магнитной системы; расход промывочной воды; % токовые настройки затвора МГС.

Таким образом, сепарируемые компоненты, используемые для обогащения, можно будет извлекать в промышленных масштабах на установке, состоящей из четырех одинаковых МГС, собранной по заявленной схеме, при этом необходимо соответствующим образом изменить программу системы управления (11) для установки необходимых электрических параметров (величины тока, подаваемого в обмотки электромагнитных катушек), чтобы обеспечить требуемую степень извлечения из массопотока частиц обогащаемого класса крупности. Регулирование значений напряженности магнитного поля позволяет управлять процессом разделения и определять оптимальные параметры для селективного отделения немагнитной и сростковой фракции от частиц магнетита.

Экспериментальная проверка предлагаемого способа была проведена в ЮГОК (Украина) на установке, собранной по схеме, представленной на Фиг.1.

Пример 1

Результаты извлечения намагничивающихся частиц (ферромагнетиков) фракции классом 25 мкм по обратной схеме представлены в нижеприведенной Таблице 2. Исходная суспензия с составом концентрата через устройство подачи поступала в загрузочную емкость первого МГС. На выходе установки было получено обогащение в 1,2% - 69,2% по общему железу.

Таблица 2 Наименование продукта Классы, мм Прирост (%) 0,4 -0,040 -0,030 -0,025 +0,30 +0,25 +0,00 Питание установки Массовая доля кл, % 100,0 1,6 0,2 7,2 91,0 Содержание Fe, % 68 29,20 48,10 57,93 70,3 Выход с установки Массовая доля кл, % 100,0 0,01 0,01 5,2 94,8 Содержание Fe, % 69.2 29,20 48,10 57,93 70,3

Пример 2

Во втором случае, для проверки результатов извлечения намагничивающихся частиц (ферромагнетиков) фракции классом 25 мкм по обратной схеме, при изменении состава концентрата на входе были получены результаты представленные в нижеприведенной Таблице 3. Исходная суспензия с измененным составом концентрата через устройство подачи поступала в загрузочную емкость первого МГС. На выходе установки было получено обогащение в 1,1% - 69,1% по общему железу.

Таблица 3 Наименование продукта Классы, мм Прирост (%) 0,4 -0,04 -0,03 -0,025 0,3 0,25 0 Питание установки Массовая доля кл, % 100 1 0,2 6,8 92 Содержание Fe, % 68 29,1 47,9 57,6 70,2 Выход с установки Массовая доля кл, % 100 0,02 0,02 5,3 94,7 Содержание Fe, % 69.1 29,1 47,9 57,6 70,2

Пример 3

Для разделения сильномагнитных частиц, близких по размеру, имеющих одинаковые свойства и разное качество, надо было получить с выхода первого МГС рудный концентрат низкого качества с содержанием железа общего 60%, но на выходе первого МГС со слабым магнитным полем 70Э на ЮГОК был получен рудный концентрат низкого качества - 62% по общему железу, что свидетельствует о разделении фракции магнетита, однако на выходе с МГС получили не 10% крупных частиц, а около 30% частиц, близких по размеру, то есть часть качественного концентрата (средних частиц) вышла с рудным концентратом, поднимая его обогащение с 60% до 62%. Стоимость полученного при этом концентрата «премиум» класса окупает этот недостаток разделения.

Пример 4

При проверке работы МГС прямого действия в Казахстане на Соколовско-Сарбайском горном производственном объединении (ССГПО) с целью получения концентрата требуемого качества 69% (Fобщ) был получен концентрат 67%. Этот результат показывает, что при работе по прямой схеме не удается получить концентрат «премиум» класса из-за наличия в его составе большого количества сростковой части. В Таблице 4 приведены значения полученного на выходе МГС концентрата 67,3% Feобщ при питании в МГС с содержанием Feобщ 61,7%, причем эксперимент повторялся три раза. На выходе МГС был получен концентрат с содержанием железа общего 67,3%, что оказалось хуже результатов, полученных на промышленной установке ЮГОК на 2%, где были выделены фракции, содержащие сростковую часть. Исходная суспензия через устройство подачи поступала в загрузочное устройство МГС прямого действия ССГПО (Казахстан) с параметрами, указанными в нижеприведенной Таблице 4:

Заявителем приведены расчеты по подрешетному продукту с фракциями 0,04мм, 0,03мм и 0,02мм на ЮГОК, показывающие, что крупные сильномагнитные частицы 0,04мм имеют в своем составе больше железа, они по объему и весу, соответственно в 8 раз и 4 раза больше фракции 0,02мм. Расчет относительных масс и размеров 4-х фракций концентрата ЮГОК приведен в Таблице 5.

Таблица 5 Класс крупности, мм Выход % фракции, Fe общ, % Вес Feобщ во фракциях в (%) Присутствие
сростков в зерне по фракциям
(% содерж. сростк.) M вес зерна. Разм.V
(V=4/3*piR3 зерно) относит. масса и
объем фракции в у.е. 0,040 1,6 29,2 0,468 (1,12) (58,4%) 57,4 у.е. (33,510) - 0,040 + 0,030 0,2 48,10 0,096(0,140) (31,3%) 52,4 у.е. (22,449) - 0,030 + 0,025 7,2 57,93 3,74 (5,061) (17,6%) 30,5 у.е. (10,889) ИТОГО 9% 52,60% 4,3% - 0,025 + 0 91 70.1 63,6 (max содерж. Fe 70.4% (0%) 14,2 у.е. (4.189) СУММА 100% 68,0% 68,0% Песок (SiO2) 9,5 у.е. М=4раза; V=8раз

Масса железа и размер в частицах фракции 0,04мм объясняют причину примагничивания в слабом магнитном поле более крупных частиц, которые содержат самый большой процент загрязнений (кварцитов), что ухудшает качество при попадании этих частиц в концентрат. При сепарации более качественный магнетит, состоящий из меньших частиц, замещает объем плохого качества и концентрат становится «премиум» класса.

Экспериментальная проверка показала эффективность заявленного способа, так как при производстве на ГОК концентрата, например, в объеме 10 млн.тонн в год можно получить прибыль за 1% дополнительно полученного концентрата в 100 тыс.тонн по цене 30 тыс.руб. за тонну в размере более 3 млрд.руб. Рыночная стоимость концентрата «премиум» класса за 2022 г. около 114 -117 долларов за тонну. Проведенные расчеты и эксперименты доказывают, что использование устройства с обратным включением МГС позволяет улучшить процесс сепарации и получить на выходе концентрат высокого качества.

Заявленное решение раскрыто в отношении предпочтительных вариантов его осуществления, однако возможны и аналогичные варианты его осуществления, не выходящие за пределы объема правовой охраны настоящего изобретения.

Заявленное техническое решение позволяет получить универсальный способ магнитного обогащения сильномагнитных руд с возможностью разделения частиц близких по размеру, имеющих одинаковые свойства и разное качество.

Таким образом, заявленное решение позволяет улучшить технологические показатели процесса обогащения, а также на одной и той же установке реализовать процесс обогащения в промышленных масштабах.

Предложенное изобретение относится к области обогащения полезных ископаемых, а именно к способу для обогащения сильномагнитных руд, способ может быть использован для повышения качества выделяемых тонкодисперсных ферромагнитных минералов за счет снижения массовой доли кварцитов и диоксида кремния. Способ обогащения сильномагнитных руд заключается в том, что в условиях мокрой сепарации сепарацию производят на установке из нескольких магнито-гравитационных сепараторов (МГС) с устройством фильтрации, для чего суспензию с рудным концентратом пропускают через первый МГС, который работает в режиме отделения крупного рудного концентрата от мелкого посредством использования слабого магнитного поля напряженностью до 60-70Э, при этом фракция с крупными сильномагнитными частицами опускается в нижний патрубок МГС, а фракция с мелкими сильномагнитными частицами перемещается вдоль оси МГС наверх к центру рабочей зоны против сил гравитации, после чего выделенную фракцию с мелкими частицами подают для последующего разделения на линию, состоящую из трех соединенных параллельно МГС, работающих при напряженности магнитного поля 90-95Э. Немагнитные частицы уходят в слив, а магнетит с частичками меньшего размера прилипает к стенкам МГС, сползает вниз и попадает в коллектор для сбора концентрата с содержанием 69,2% Fe_общ. Способ осуществляется с помощью установки, состоящей из четырех магнито-гравитационных сепараторов (МГС). Каждый из МГС содержит корпус с устройством для подачи суспензии, устройством фильтрации, выходным отверстием, затвор с нижним патрубком, устройство подачи промывной воды, приспособление для вывода продукта разделения, магнитную систему, расположенную снаружи корпуса МГС, выполненную в виде индуктора, состоящего из одной или нескольких индуктивных катушек с системой управления. Выход первого МГС, предназначенного для выделения из исходной суспензии фракции с мелкими сильномагнитными частицами, является входом для соединенных параллельно второго, третьего и четвертого МГС. Технический результат - улучшение процесса сепарации и получение на выходе концентрата высокого качества. 2 н.п. ф-лы, 2 ил., 5 табл., 4 пр.

1. Способ обогащения сильномагнитных руд, заключающийся в том, что в условиях мокрой сепарации сепарацию производят на установке из нескольких магнито-гравитационных сепараторов (МГС) с устройством фильтрации, для чего суспензию с рудным концентратом пропускают через первый МГС, который работает в режиме отделения крупного рудного концентрата от мелкого посредством использования слабого магнитного поля напряженностью до 60-70Э, при этом фракция с крупными сильномагнитными частицами опускается в нижний патрубок МГС, а фракция с мелкими сильномагнитными частицами перемещается вдоль оси МГС наверх к центру рабочей зоны против сил гравитации, после чего выделенную фракцию с мелкими частицами подают для последующего разделения на линию, состоящую из трех соединенных параллельно МГС, работающих при напряженности магнитного поля 90-95Э, при этом немагнитные частицы уходят в слив, а магнетит с частичками меньшего размера прилипает к стенкам МГС, сползает вниз и попадает в коллектор для сбора концентрата с содержанием 69,2% Fe_общ.

2. Установка для обогащения сильномагнитных руд, состоящая из четырех магнито-гравитационных сепараторов (МГС), каждый из которых содержит корпус с устройством для подачи суспензии, устройством фильтрации, выходным отверстием, затвор с нижним патрубком, устройство подачи промывной воды, приспособление для вывода продукта разделения, магнитную систему, расположенную снаружи корпуса МГС, выполненную в виде индуктора, состоящего из одной или нескольких индуктивных катушек с системой управления, при этом выход первого МГС, предназначенного для выделения из исходной суспензии фракции с мелкими сильномагнитными частицами, является входом для соединенных параллельно второго, третьего и четвертого МГС, работающих при напряженности магнитного поля 90-95Э, отделяющих магнетит от хвостов, которые выводятся через патрубки затворов второго, третьего и четвертого МГС и объединены в единую магистраль.