СПОСОБ РАЗМЕЩЕНИЯ В КУЧАХ ХВОСТОВ, ПРОИСХОДЯЩИХ ОТ СПОСОБА ПЕРЕРАБОТКИ ЖЕЛЕЗНОЙ РУДЫ Российский патент 2023 года по МПК C02F11/14 C02F103/10 B03D1/08 B03D1/10 B09B3/00 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[001] Настоящее изобретение относится к способу размещения хвостов, происходящих от способа переработки железной руды, в кучах, предназначенных, главным образом, для горнодобывающей промышленности.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[002] Способ переработки железной руды стремится брать материал, получаемый извлечением (добытого материала), и затем отделять и концентрировать желаемые материалы с высоким содержанием железа и, следовательно, высокой добавленной экономической ценностью. Способ, который наиболее применяется в горной промышленности, содержит стадии, которые состоят, главным образом, из отдельных операций измельчения добытой руды (дробление и помол), разделения на фракции по размеру частиц и концентрационного разделения (флотация и магнитное разделение). Упомянутый способ переработки также дает материалы с низкой добавленной экономической ценностью, называемые хвостами, из-за низкого содержания железа в них. Так как способы переработки руды обычно включают в себя добавление воды, хвосты обычно существуют в форме суспензий в резервуарах, называемых дамбами.

[003] Горнодобывающая промышленность сейчас производит сотни миллионов тонн хвостов в год. Значительная часть этого материала размещается в дамбах, которые создают огромные конструкционные, технологические и управленческие расходы, а также серьезные опасности для окружающей среды и опасности крупных бедствий, таких как прорывы. Любые повреждения в дамбах могут затем высвобождать миллионы кубометров хвостов в окружающую среду, лишая людей жилья, загрязняя источники питьевой воды, такие как реки и озера, и вызывая опустошение местной фауны и средств к существованию людей и животных в затронутой области. Несмотря на усилия и доступные технологии, прорывы дамб для содержания горных хвостов все еще отвечают за события, которые часто являются катастрофическими и несут серьезные социальные, экологические и экономические последствия.

[004] С учетом сказанного, горнодобывающий сектор сделал большие вложения в разработку способов, которые минимизируют воздействия, вызываемые его общей активностью и, в частности, горными хвостами. Следовательно, разработка новых способов, которые пытаются смягчить проблемы, происходящие от переработки железной руды, является фундаментальной для горнодобывающей промышленности.

[005] Одной из альтернатив в минимизации воздействий является разработка способа, который может заменять размещение хвостов в дамбах на размещение хвостов в кучах после обезвоживания.

[006] Хвосты, получаемые в операциях переработки железной руды, можно разделить на два типа:

- песчаные хвосты, содержащие приблизительно 95% частиц с размером больше 10 мкм и легко проницаемые. В большинстве установок эти хвосты образуются в операции концентрирования путем флотации, но они также могут быть получены в других способах концентрирования, таких как магнитное концентрирование.

- сверхтонкие хвосты или суспензии, обычно содержащие 60% или больше частиц с размером ниже 10 мкм и с большей трудностью с точки зрения проницаемости. Эти хвосты получаются в операции удаления шлама, которая готовит суспензию для этапа концентрирования (флотации или магнитного разделения).

[007] Песчаные хвосты можно обезвоживать в таком оборудовании, как сита или фильтры. Из-за больших объемов генерации хвостов и низкой способности сит наиболее подходящей альтернативой является обезвоживание на фильтрах.

[008] Сверхтонкие хвосты можно обезвоживать в обычных сгустителях или сгустителях высокой плотности (ВП - высокой плотности), а затем с помощью фильтра, или даже в пастовых сгустителях. Каждый тип сгустителя имеет свои ограничения; например, сгущение в форме пасты не рекомендуется для операций в области Quadrilátero Ferrífero в Минас-Жерайс из-за местной топографии.

[009] Применение обычных способов обезвоживания хвостов от переработки железной руды, особенно сверхтонких хвостов, представляет серьезные эксплуатационные проблемы, особенно в отношении их эффективности. Наиболее эффективные технологии обезвоживания, доступные на рынке, требуют больших инвестиций в основной капитал (ОснКап) и имеют высокие эксплуатационные расходы (ЭксРасх). Следовательно, одной из основных проблем в размещении хвостов в кучах является эффективное и экономически приемлемое обезвоживание.

[0010] В данном состоянии техники есть способы для размещения хвостов в кучах, такие как способ, описанный в Boccamino (BOCCAMINO, G. D. Development of a geometry to pile up iron ore dewatered tailings - Case study for tailings generated in the itabirite ore treatment plant (ITM-I) in operation at the peak mine. Master's Thesis at UFOP [Federal University of Ouro Preto]. Ouro Preto, 2017). Данный документ состоит из собрания общей информации, взятой из научной литературы, по собиранию в кучи хвостов железной руды. Представленные экспериментальные данные показывают только, что возможно укладывать 100% песчаные хвосты после этапов сгущения и фильтрации. С другой стороны, так как сгущенные или фильтрованные сверхтонкие хвосты не дают хороших характеристик образования куч, бесполезный рудный материал вводили в кучу.

[0011] В способе, описанном Boccamino, хвосты не обрабатывали вместе и никогда не смешивали, так как, согласно документу, каждая область кучи должна содержать некоторый тип хвостов. Важно отметить, что автор не упоминает ни какой-либо информации относительно конструктивных и связанных со стабильностью параметров куч со временем, ни каких-либо рассуждений в отношении эффективности и экономической осуществимости.

[0012] Патентная заявка US2018/0111131 раскрывает комплексный способ извлечения железа из низкокачественной железной руды. Указанный способ включает в себя этапы измельчения (дробления и помола), разделения, флотации, повторного измельчения промежуточного железного концентрата, обработки более тонкой фракции и затем размещения объединенных хвостов в кучах.

[0013] Патентная заявка US2018/0111131 фокусируется, главным образом, на необходимости минералогического высвобождения железных частиц для большей способности извлечения, что требует применения особого измельчающего оборудования в добавление к последующим этапам разделения.

[0014] Направление способа настоящего изобретения отличается от направления способа US2018/0111131 в нескольких аспектах, среди которых: отсутствие этапа переработки более тонких частиц, который состоит из других дорогостоящих операций; наличие единственного этапа фильтрации вместо отдельной фильтрации песчаных и сверхтонких хвостов; смешивание разных пропорций хвостов (от 80 до 90% песчаных хвостов). Кроме того, US2018/0111131 не дает информации относительно главной технологической проблемы, которой является фильтрация всех хвостов (грубых и тонких). Документ US2018/0111131 не упоминает используемое фильтрующее оборудование и рабочие параметры, которые требуются для данной операции. Этот документ не раскрывает конструктивные параметры или комментарии о стабильности куч со временем.

[0015] Что касается патентной заявки ВR112017026396-3, собственник которой тот же, что и у US2018/0111131, она описывает комплексный способ извлечения ценных металлов из руд, главным образом меди и золота. Патентная заявка ВR112017026396-3 описывает способ, который включает в себя этапы измельчения (дробления и помола), разделения, флотации, повторного измельчения промежуточного концентрата, переработки более тонкой фракции и потом размещения объединенных хвостов в кучах.

[0016] Как и US2018/0111131, документ ВR112017026396-3 фокусируется, главным образом, на необходимости минералогического высвобождения металлических частиц для большей способности извлечения, что требует применения особого измельчающего оборудования в добавление к последующим этапам разделения.

[0017] Направление способа настоящего изобретения отличается от направления способа ВR112017026396-3 в нескольких аспектах, среди которых:

- наличие конкретной информации о переработке железной руды и базовых неметаллах, химические-минералогические свойства которых существенно отличаются;

- отсутствие этапа флотации более тонких частиц, предшествующего повторному измельчению, который состоит из очень дорогой операции, необходимой в трех вариантах осуществления способов, заявленных в документе ВR112017026396-3;

- наличие единственного этапа фильтрации вместо отдельной фильтрации песчаных хвостов и сверхтонких хвостов, как требуется в вариантах осуществления 1 и 2 патентной заявки ВR112017026396-3;

- отсутствие этапа разделения после флотации, требуемого в варианте осуществления 3 патентной заявки ВR112017026396-3;

- использование других размеров частиц для материалов: грубая фракция в заявке ВR112017026396-3 относится к частицам больше чем 75 мкм и меньше чем 750 мкм, а более тонкая фракция относится к частицам меньше этого размера, тогда как в настоящей патентной заявке грубая фракция относится к частицам меньше чем 150 мкм и больше чем 10 мкм, а фракция более тонких частиц относится к частицам суспензии (<45 мкм).

[0018] Кроме того, как и в US2018/0111131, патентная заявка ВR112017026396-3 не содержит информации относительно основной технологической проблемы, главной технологической проблемы, которой является фильтрация хвостов. Этот документ не упоминает тип используемого фильтрующего оборудования и рабочие параметры, которые требуются для данной операции. Этот документ не раскрывает конструктивные параметры или комментарии о стабильности куч со временем.

[0019] Разработанный способ, который является предметом настоящей патентной заявки, является частью этого контекста и представляет экономически и технически выполнимое решение для размещения хвостов, получаемых из способа переработки железной руды, в кучах, а не в хвостовых дамбах.

ЦЕЛИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0020] Целью настоящего изобретения является разработка способа размещения хвостов, происходящих из способа переработки железной руды, который не включает в себя хвостовые дамбы.

[0021] Другой целью является разработка более устойчивого способа размещения хвостов, который обеспечивает более эффективное использование воды, значительно меньший объем генерации хвостов и, следовательно, меньшую затрагиваемую площадь для конечного размещения хвостов.

[0022] Другой целью настоящего изобретения является разработка способа размещения хвостов в кучах экономичным и технически выполнимым образом.

[0023] Еще одной целью настоящего изобретения является обеспечение конструктивной выполнимости и стабильности структур для размещения хвостов в кучах.

[0024] Также целью настоящего изобретения является разработка способа размещения хвостов в кучах, который может быть добавлен к любому обычному заводу по переработке железной руды без необходимости каких-либо изменений в схеме способа, так как есть многочисленные обычные работающие заводы, главным образом в области Quadrilátero Ferrífero - МG [штат Минас-Жерайс].

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0025] Настоящее изобретение раскрывает способ размещения в кучах хвостов, происходящих из способа переработки железной руды, содержащий этапы сгущения сверхтонких хвостов, сгущения песчаных хвостов, смешивания данных хвостов в пропорции от 80 до 90 масс.% песчаных хвостов и от 10 до 20 масс.% сверхтонких хвостов (ил), добавления коагулянта, добавления флокулянта, фильтрации данной смеси и сваливания отфильтрованных хвостов.

[0026] В отличие от традиционных способов, настоящее изобретение предлагает экономически и технически выполнимый способ размещения хвостов в кучах, который может быть добавлен к любому обычному заводу концентрирования железной руды без необходимости каких-либо изменений в схеме способа.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0027] Настоящее изобретение подробно описывается на основании приложенных фигур:

[0028] Фигура 1 изображает сравнительную блок-схему данного состояния техники (1А) и маршрута размещения хвостов в кучах настоящего изобретения (1В);

[0029] Фигура 2 изображает блок-схему, детализирующую этапы способа размещения хвостов в кучах настоящего изобретения;

[0030] Фигура 3 изображает типичную гранулометрическую кривую смеси, которая содержит 80% песчаных хвостов и 20% сверхтонких хвостов;

[0031] Фигура 4 представляет гранулометрическую кривую смеси, которая содержит 90% песчаных хвостов и 10% сверхтонких хвостов;

[0032] Фигура 5 представляет сравнительные кривые для смеси 80% песчаных хвостов и 20% сверхтонких хвостов;

[0033] Фигура 6 представляет картину колеи, проделанной колесом самосвала в свалке, сооруженной из смеси 80% песчаных хвостов и 20% сверхтонких хвостов;

[0034] Фигура 7 представляет картину рабочей территории после завершения свалки, сооруженной из смеси 80% песчаных хвостов и 20% сверхтонких хвостов;

[0035] Фигура 8 представляет сравнительные кривые для смеси 90% песчаных хвостов и 10% сверхтонких хвостов;

[0036] Фигура 9 представляет картину распространения смеси 90% песчаных хвостов и 10% сверхтонких хвостов на свалке;

[0037] Фигура 10 представляет картину плато через 3 дня после распространения смеси 90% песчаных хвостов и 10% сверхтонких хвостов на свалке;

[0038] Фигура 11 представляет картину теста кучи сжатием с использованием загруженного внедорожного самосвала модели 775;

[0039] Фигура 12 представляет картину приготовления и насаждения растительности на кучах;

[0040] Фигура 13 представляет картину куч через 6 месяцев после насаждения растительности.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0041] Хотя настоящее изобретение может допускать разные варианты осуществления, предпочтительные варианты осуществления показаны на чертежах и в последующем подробном обсуждении с пониманием того, что настоящее описание следует рассматривать как пример принципов данного изобретения, и что оно не предназначено ограничивать настоящее изобретение тем, что изображается или обсуждается в нем.

[0042] Если не указано иное, все части и проценты указаны как массовые.

[0043] Основной подход настоящего изобретения касается способа размещения в кучах хвостов, происходящих из способа переработки железной руды, содержащего следующие этапы:

А. сгущение сверхтонких хвостов с высокоплотным сгустителем (ВП - высокая плотность);

В. сгущение песчаных хвостов с обычным сгустителем;

С. смешивание данных хвостов в пропорции от 80 до 90 масс.% песчаных хвостов и от 10 до 20 масс.% сверхтонких хвостов и добавление коагулянта для предварительной обработки 1 смеси хвостов;

D. выполнение предварительной обработки 2 смеси хвостов с добавлением флокулянта;

Е. фильтрация смеси хвостов в вертикальном вакуумном дисковом фильтре;

F. свалка фильтрованной смеси хвостов.

[0044] Способ концентрирования железной руды, который наиболее широко применяется горной промышленностью, состоит из флотации. Применение этого способа требует предварительных этапов удаления шлама, которые состоят из удаления сверхтонкой руды, которая ухудшает эффективность способа концентрирования.

[0045] В общем, удаление шлама из этой руды выполняют, используя такое оборудование, как гидроциклоны. Как представлено на фигуре 1, верхний продукт удаления шлама, который образован сверхтонкими фракциями руды, ведет к последующему способу, известному как сгущение. На этапе сгущения технологическую воду извлекают, тогда как сверхтонкий материал сгущается. В данном состоянии техники сгущенный сверхтонкий материал предназначается для хвостовых дамб, как показано на фигуре 1А. Сток из этапа удаления шлама, называемый нижним продуктом, идет на этап флотации. Флотация затем генерирует конечный продукт способа, который представляет собой концентрат железной руды, а также песчаные хвосты, которые размещают в дамбах, как показано на фигуре 1А.

[0046] Настоящее изобретение использует сверхтонкие хвосты из способа удаления шлама и песчаные хвосты из способа флотации в качестве исходного материала. Хвосты сгущают, смешивают, обрабатывают, фильтруют и сваливают, как показано на фигуре 1В и подробно объясняется далее.

[0047] Сверхтонкие хвосты из удаления шлама обычно содержат пустую породу, в частности кварц и каолинит, и железные минералы. Обычно сверхтонкие хвосты имеют приблизительно 60% частиц меньше чем 10 мкм и 20% меньше чем 3 мкм в добавление к максимальному размеру частиц (верхний размер) приблизительно 45 мкм.

[0048] Песчаные хвосты из флотации в основном состоят из минералов кварц и гематит. Обычно песчаные хвосты имеют приблизительно 90% частиц меньше чем 150 мкм, 50% меньше чем 75 мкм, 30% меньше чем 45 мкм и только 5% частиц меньше чем 10 мкм.

[0049] Как показано блок-схемой на фигуре 2, первый этап способа в настоящем изобретении состоит из сгущения сверхтонких хвостов с использованием высокоплотного сгустителя (ВП -высокая плотность).

[0050] Применение обычных способов для обезвоживания сверхтонких хвостов представляет серьезные технологические проблемы, главным образом в отношении эффективности. По этой причине, рекомендуется специальное сгущающее оборудование, такое как сгуститель высокой плотности (ВП -высокая плотность).

[0051] Сгуститель высокой плотности имеет способность обработки материала с массовой концентрацией твердых веществ от 20% до 45% с получением более плотного нижнего продукта с массовой концентрацией твердых веществ от 35 до 55% для последующего смешивания его с песчаными хвостами. Предпочтительно, процент твердых веществ после сгущения сверхтонких хвостов составляет от 45 до 55%.

[0052] Сгуститель высокой плотности (ВП -высокая плотность) отличается тем, что имеет боковую высоту, равную 6 метрам или больше, меньшую площадь по сравнению с обычными сгустителями и дает большее сгущение нижнего продукта.

[0053] Второй этап в способе настоящего изобретения состоит из сгущения песчаных хвостов, как показано на фигуре 2, которое протекает параллельно этапу сгущения сверхтонких хвостов. Песчаные хвосты, происходящие от флотации, представляют собой суспензию, имеющую массовую концентрацию твердого вещества от 30 до 45% и большое число пузырей. Обычные сгустители способны увеличивать массовую концентрацию твердого вещества в суспензии до 60-70%, наиболее эффективной точки для последующих фильтров; уменьшать долю пузырей, чтобы позволить перенос суспензии с помощью горизонтальных шламовых насосов; и извлекать воду для повторного использования в способе. Предпочтительно, процент твердого вещества после сгущения песчаных хвостов составляет 65%.

[0054] Как показано на фигуре 2, третий этап способа настоящего изобретения состоит из смешивания хвостов, предпочтительно в пропорции 80-90 масс.% песчаных хвостов и 10-20 масс.% сверхтонких хвостов, и добавления коагулянта в предварительной обработке 1 упомянутой смеси хвостов.

[0055] После выполнения тестов с разными процентами каждого типа хвостов рекомендуется использовать, самое большее, 90 масс.% песчаных хвостов, так как чем больше количество песчаных хвостов, тем больше ветровой унос после сооружения куч. Для размещения только песчаных хвостов должна также обеспечиваться очень эффективная или агрессивная система борьбы с ветровым уносом, так как, когда влажность поверхности достигает величин ниже 5,5% (горная влажность), объем увлекаемых частиц очень велик. Ветровой унос значительно снижается в присутствии сверхтонких хвостов вместе с песчаными хвостами.

[0056] Что касается доли используемых сверхтонких хвостов, рекомендуется использовать, самое большее, 20 масс.% сверхтонких хвостов, так как превышение этого процента приводит к значительному падению производительности с точки зрения получения куч. Это происходит потому, что влажность всех фильтрованных хвостов превышает критическую влажность, выше 100% степени насыщения материала, вызывая большие трудности в сооружении свалки, с наличием "резиноподобного" поведения (большие отверстия образуются в свалке под действие движения машин). Следовательно, невозможно компактировать хвосты сразу после их размещения в куче. Если используется больше чем 20% сверхтонких хвостов, требуется период покоя после размещения хвостов на свалке от 4 до 5 дней, чтобы обеспечить снижение влажности, и только затем компактировать хвосты. Этот факт делает выполнение данного способа невозможным.

[0057] Следовательно, можно заключить, что применение 80-90 масс.% песчаных хвостов и, соответственно, 10-20 масс.% сверхтонких хвостов является идеальной пропорцией для эффективного, и технически и экономически жизнеспособного способа, однако без ограничения использования других пропорций с помощью настоящего изобретения.

[0058] Смесь песчаных хвостов со сверхтонкими хвостами получают в смесительном баке при времени смешивания от 10 до 15 минут или до полной гомогенизации материала. В этом смесительном баке добавляют коагулянт в количестве от 100 до 130 г/т (грамм коагулянта на тонну смеси хвостов), и перемешивание необходимо поддерживать в течение, по меньшей мере, 10 дополнительных минут.

[0059] Используемый коагулянт должен быть продуктом, который способствует коагуляции, чтобы удалять взвешенные твердые вещества, выполнять разделение твердое тело/жидкость и ускорять оседание твердых веществ. Примером такого реагента является коагулянт WD 545РI, производимый компанией Werdyal Tratamento Ambiental Ltda. Добавление коагулянта может снижать рН смеси, усиливая последующий этап фильтрации.

[0060] Согласно фигуре 2, четвертый этап способа настоящего изобретения состоит в добавлении флокулянта к смеси хвостов. Целью добавления этого реагента является флокуляция мелких частиц в большие частицы, позволяя большую эффективность при фильтрации материала.

[0061] Необходимо, чтобы добавление флокулянта происходило непосредственно перед этапом фильтрации, так как сдвиговые силы, возникающие от возмущения или прокачки, могут разрушать хлопья, ухудшая их целостность. По этой причине рекомендуется устанавливать короб флокуляции непосредственно перед фильтрацией.

[0062] Флокулянт добавляют в количестве от 15 до 30 г/т (граммов флокулянта на тонну смеси хвостов). Примером такого реагента является анионный порошковый флокулянт FLOPAM AN 934 MPM, производимый компанией SNF Floerger.

[0063] Как показано на фигуре 2, пятый этап способа настоящего изобретения состоит из фильтрации данной смеси в вертикальном вакуумном дисковом фильтре. Смесь хвостов, после добавления флокулянта в короб флокуляции, подвергают способу фильтрации с величиной фильтрации (UFR) от 1,4 до 2,4 т/ч/м². Вакуумный дисковый фильтр должен работать в интервале скоростей от 1 до 2 об/мин. Содержание влаги в конечном отфильтрованном осадке составляет от 10 до 18%, предпочтительно от 13 до 14%.

[0064] Затем отфильтрованные хвосты направляют на последний этап способа настоящего изобретения согласно фигуре 2, который состоит в размещении в кучах. Фильтрованные хвосты переносят из установки фильтрации на место размещения, где их выгружают.

[0065] Используют способ, приспособленный для работы с неплодородными кучами, используя слои разной высоты. В этом способе гусеничный трактор разравнивает ("разрушает") кучу материала, распределяя хвосты и регулируя образование слоя равномерной толщины, и создавая новую область ("место") для материалов, размещаемых самосвалами. Данный способ повторяется до конечного уровня высоты следующего слоя. Компактирование свалки выполняют путем движения самосвалов и тракторов по поверхности свалки.

[0066] Таким образом, хотя было показано только несколько вариантов осуществления данного изобретения, будет понятно, что некоторые пропуски, замены и изменения могут быть сделаны специалистом без отклонения от сущности и объема настоящего изобретения. Описанные варианты осуществления следует считать только иллюстративными, а не ограничивающими в каких-либо аспектах.

[0067] Определенно обеспечивается, что все комбинации элементов, которые выполняют такую же функцию по существу таким же образом для достижения таких же результатов, находятся в пределах объема данного изобретения. Замена элементов из одного описанного варианта осуществления в другой также полностью подразумевается и предполагается. Также необходимо понимать, что чертежи не обязательно сделаны в масштабе, являясь только концептуальными по своей природе. Следовательно, намерение ограничивается, как указано объемом формулы изобретения.

[0068] Следующий пример представлен, чтобы помочь в понимании настоящего изобретения, и не должен рассматриваться как ограничивающий его объем.

Пример

[0069] Тесты по обработке хвостов железной руды проводили в пилотной установке с целью оценки технической-эксплуатационной выполнимости размещения хвостов в кучах. Для проведения данных тестов использовали хвосты от переработки компактного итабирита, происходящего из разработок железной руды, расположенных в области Quadrilátero Ferrífero (штат Минас-Жерайс, Бразилия).

[0070] Таблица 1 показывает средний химический состав песчаных хвостов и сверхтонких хвостов, использованных в тестах пилотной установки.

Таблица 1 - Химический состав хвостов железной руды

Fe
(%) SiO₂
(%) P
(%) Al₂O₃
(%) Mn
(%) TiO₂
(%) CaO
(%) MgO
(%) PPP
(%)
потери при прокаливании песчаные
хвосты 19,3 70,5 0,02 0,61 0,01 0,03 0,01 0,03 1,16 сверхтонкие
хвосты 48,9 16,3 0,13 5,39 0,18 0,28 0,02 0,12 7,39

[0071] Первый этап состоял из сгущения сверхтонких хвостов в сгустителе высокой плотности (ВП - высокая плотность). Полученный нижний продукт имел концентрацию твердых веществ от 45% до 55%.

[0072] Второй этап состоял из сгущения песчаных хвостов в обычном сгустителе. Использовали обычный сгуститель размеров 8,2 метра в диаметре с производительностью 110 т/ч. Площадь единицы была 0,020 м²/т/день. Хотя была установлена система дозирования флокулянта, она не требовалась для тестированных хвостов, так как было возможно достигать ожидаемой концентрации твердых веществ в нижнем продукте (60-65%) без большого присутствия твердых веществ в верхнем продукте (<0,3%). Даже при малом присутствии твердых веществ верхний продукт был мутным, так как рН суспензии в сырье сгустителя или хвостах флотации был от 8,4 до 8,9. и при этой величине рН сверхтонкие частицы диспергировались, образуя коллоидный раствор.

[0073] Третий этап состоял из смешивания песчаных хвостов со сверхтонкими хвостами в смесительном баке. Проводили несколько тестов, чтобы наблюдать поведение смесей хвостов с разными процентами песчаных хвостов и сверхтонких хвостов. Однако лучшие результаты были получены, когда не превышали предел 20% сверхтонких хвостов и 90% песчаных хвостов, как можно видеть в таблице 2. Следовательно, можно заключить, что использование 80-90 масс.% песчаных хвостов и, соответственно, 10-20 масс.% сверхтонких хвостов является идеальным для эффективного и технически и экономически жизнеспособного способа. Время перемешивания для гомогенизации смеси хвостов составляло от 10 до 15 минут.

[0074] Фигура 3 представляет типичную гранулометрическую кривую смеси, которая содержит 80% песчаных хвостов и 20% сверхтонких хвостов. Фигура 4 представляет гранулометрическую кривую смеси, которая содержит 90% песчаных хвостов и 10% сверхтонких хвостов.

[0075] В смесительном баке добавляли коагулянт WD 545РI, производимый компанией Werdyal Tratamento Ambiental, с исходной концентрацией 89%. Для тестов со смесью, содержащей пропорцию 80% песчаных хвостов к 20% сверхтонких хвостов, количество добавляемого коагулянта было 114 г/т (грамм коагулянта на тонну смеси хвостов). Для тестов со смесью, содержащей пропорцию 90% песчаных хвостов к 90% сверхтонких хвостов, количество добавляемого коагулянта было 116 г/т (грамм коагулянта на тонну смеси хвостов). Перемешивание в баке поддерживали в течение 10 минут после добавления коагулянта. Добавление коагулянта снижало рН смеси от 8,5-9,0 до 6,0-8,0. Увеличение кислотности способствует последующему этапу фильтрации.

[0076] Четвертый этап состоял в добавлении порошка анионного флокулянта FLOPAM AN 934 MPM, производимого компанией SNF Floerger, разбавленного до 0,5%, к смеси хвостов. Для тестов со смесью, содержащей пропорцию 80% песчаных хвостов к 20% сверхтонких хвостов, количество добавляемого флокулянта было 21 г/т (грамм флокулянта на тонну смеси хвостов). Для тестов со смесью, содержащей пропорцию 90% песчаных хвостов к 10% сверхтонких хвостов, количество добавляемого флокулянта было 18 г/т (грамм флокулянта на тонну смеси хвостов). Флокулянт добавляли в коробе флокуляции, который расположен непосредственно перед вакуумным дисковым фильтром.

[0077] Пятая стадия способа состояла в фильтрации данной смеси в вертикальном вакуумном дисковом фильтре. Использовали фильтр FLSmidth с 10 дисками размером 6 метров в диаметре с площадью фильтрации 47 м².

[0078] Смесь хвостов фильтровали сразу после добавления флокулянта, и производительность фильтрации (UFR) составляла от 1,4 до 2,4 т/ч/м², как можно видеть в таблице 2. Содержание влаги в конечном отфильтрованном осадке было приблизительно 14%. Вакуумный дисковый фильтр работал со скоростью от 1 до 2 об/мин.

Таблица 2 - Результаты фильтрации смеси хвостов на вакуумном дисковом фильтре

Дата Желаемое
отношение Реальное отношение Dp Drs Твердые
вещества URF(т/ч/м² Влажность Сухой осадок рН песчаный сверхтонкий т/м³ т/м³ % влажный сухой % т/ч 14/июнь 57/43 57,75 42,25 1,51 3,31 48,41 0,24 0,20 17,94 9,26 6,89 01/июнь 70/30 72,6 27,4 1,83 3,13 66,66 0,78 0,67 13,78 31,61 6,15 01/июнь 70/30 72,6 27,4 1,8 3,13 65,32 1,51 1,28 15,05 60,37 5,99 06/июнь 70/30 71,23 28,77 1,69 3,15 59,86 0,99 0,83 16,08 39,05 7,05 09/июнь 70/30 70,13 29,87 1,76 3,16 63,19 1,10 0,92 15,97 43,44 6,84 09/июнь 70/30 70 29,87 1,76 3,16 63,19 1,25 1,04 16,62 48,99 6,94 12/июнь 70/30 81 30 1,82 3,16 65,91 1,64 1,40 14,52 65,77 6,86 31/май 80/20 81 19 1,74 3,03 63,50 0,70 0,61 12,97 28,63 6,3 31/май 80/20 79,8 19 1,74 3,03 63,35 1,43 1,25 12,76 58,63 6,07 05/июнь 80/20 79,8 20,2 1,74 3,04 65,74 1,48 1,24 16,33 58,20 6,26 05/июнь 80/20 80 20,2 1,79 3,04 60,82 1,98 1,68 15,25 78,87 6,51 06/июнь 80/20 80 20 1,69 3,04 58,68 1,36 1,14 16,08 53,64 7,05 14/июнь 80/20 80 20 1,65 3,04 60,32 1,28 1,10 14,10 51,68 6,6 08/авг 80/20 80 20 1,68 3,04 50,33 1,34 1,16 13,72 54,34 6,6 16/авг 80/20 80 20 1,51 3,04 58,70 0,90 0,78 13,05 36,78 6,6 22/авг 80/20 80 20 1,71 3,04 61,87 1,30 1,12 14,00 52,55 6,6 29/авг 80/20 80 20 1,68 3,04 60,32 1,35 1,16 13,98 54,58 6,6 15/сент 80/20 80 20 1,73 3,04 62,88 1,35 1,16 13,81 54,69 6,6 21/сент 80/20 80 20 1,74 3,04 63,38 1,36 1,17 14,01 54,96 6,83 28/сент 80/20 80 20 1,76 3,04 64,35 1,35 1,16 13,99 54,57 6,95 03/окт 80/20 80 20 1,74 3,04 64,67 1,39 1,20 14,02 56,17 7,01 02/июн 90/10 89,9 10,1 1,71 2,92 63,13 1,01 0,88 12,7 41,44 6,27 02/июн 90/10 89,9 10,1 1,74 2,92 67,68 2,43 2,12 12,96 99,41 6,32 03/янв 90/10 90 10 1,74 29,2 64,68 2,20 1,90 13,56 89,38 -

[0079] Что касается дисковых фильтров, использовали два типа фильтрующего материала от разных поставщиков, оба из которых давали прекрасную производительность. Это были:

- поставщик Casfil: 100% полипропиленового волокна; моноволоконная нить; атласная текстура; плотность 285 г/м²; толщина 0,48 мм; воздушная проницаемость 36 м³/мин/м²; каландрированная отделка.

- поставщик Valmet: РТ2031 SК фильтрующая сетка; моноволоконная нить.

[0080] Использовали специальный шламовый насос модели Nash-Krogh (выходной Ø=1,5" × ротор Ø=9"), который обеспечивал прекрасный вариант для замены барометрической ноги.

[0081] Применение коагулянта и флокулянта позволяло хорошую фильтрацию, без учета срока службы фильтрующего материала, который составлял приблизительно 2100 часов, без прокладки и без необходимости использовать промывочную воду.

[0082] Затем отфильтрованные хвосты поступали на этап размещения в кучах. Отфильтрованные хвосты транспортировали из установки фильтрации на место размещения, где их выгружали, распределяли и формовали в слои, используя гусеничный трактор.

[0083] Первая сооруженная экспериментальная куча имела следующие размеры: длина 160 метров, ширина 60 метров и высота 8,2 метра. Сооружение этой экспериментальной кучи выполняли слоями высотой в интервале от 600 мм до 4000 мм. Размеры следующих сооруженных куч менялись согласно опыту привлеченных геотехников.

[0084] Тесты, проводившиеся на всех слоях, показали прекрасные геотехнические результаты. В слоях от 600 мм до 1000 мм оптимальную обрабатываемость указывали в степенях компактирования вблизи оптимальной влажности.

[0085] Компактирование свалки выполняли путем движения машин и тракторов по поверхности свалки. Таблица 3 представляет критические величины влажности в кучах.

Таблица 3 - Средние результаты фильтрации и сваливания смесей хвостов

Пропорция Доз.коаг Доз.флок UFR
(т/ч/м²)
вл. осн. Влажность в фильтре (%) Критическая влажность в куче (%) песчаные
хвосты сверхтонкие
хвосты г/т г/т горная геотехническая горная геотехническая 100 - - - 2,49 13,0 14,9 17,8 21,7 90 10 116 18 2,27 14,4 16,8 16 19,0 80 20 114 21 1,53 14,5 17,0 14,9 17,5 70 30 110 25 1,38 15,3 18,0 13,1 15,0

[0086] Смесь, содержащая 80% песчаных хвостов и 20% сверхтонких хвостов, имела среднюю геотехническую влажность порядка 17,0% на выходе из дискового фильтра с хорошей производительностью, но в некоторых случаях были обнаружены уровни влажности, которые затрудняли выполнение работ на свалке, как показано на фигуре 5. Для этих случаев было необходимо давать материалу отдохнуть для сушки в среднем один день, чтобы происходила потеря влажности и было возможно работать с материалом для создания экспериментальной свалки. Фигура 5 показывает, что при влажности 17,5% материал уже достигает зоны насыщения и, таким образом, достигает уровня трудной обработки ("резиноподобное" поведение); однако это не делало операцию невыполнимой.

[0087] Из области наблюдений, эта свалка считалась удовлетворительной, и эту пропорцию можно рекомендовать для использования в проектах размещения фильтрованных хвостов в промышленном масштабе, хотя некоторые трудности были обнаружены в отношении обрабатываемости материала сразу после выхода из фильтра, как можно видеть на фигуре 6 (колеи от 20 до 30 см). Фигура 7 представляет рабочее место после завершения свалки.

[0088] Смесь, содержащая 90% песчаных хвостов и 10% сверхтонких хвостов, демонстрировала прекрасную обрабатываемость без величин влажности, достигающих критической влажности, без случаев трудностей в сооружении свалки. Вариацию влажности на выходе фильтра ниже зоны насыщения можно найти на фигуре 8.

[0089] На фигуре 8 видно, что от влажности 19,0% материал уже достигает зоны насыщения, и, следовательно, он достигает точки затрудненной обрабатываемости. Хвосты показали среднюю геотехническую влажность порядка 16,8% с прекрасной обрабатываемостью. Эта экспериментальная свалка имела удовлетворительные результаты с точки зрения фильтрации и обрабатываемости.

[0090] Фигура 9 показывает поведение смеси, содержащей 90% песчаных хвостов и 10% сверхтонких хвостов, после распределения материала, а фигура 10 демонстрирует плато через 3 дня после распределения материала.

[0091] После сооружения куч выполняли тест с внедорожным грузовиком, модель 775, загруженным приблизительно 60 тоннами пустой породы. Для кучи, сооруженной из смеси, содержащей 80% песчаных хвостов и 20% сверхтонких хвостов, сжатие земли было эквивалентно самосвалу, обычно применяемому для сооружения куч, как показано на фигуре 11. Этот тест подтвердил все наблюдения относительно обрабатываемости в других кучах, где использовали только самосвал.

[0092] Экспериментальные свалки показали прекрасные результаты с точки зрения фильтрации и обрабатываемости в добавление к удовлетворительным результатам от полевых и лабораторных геотехнических тестов, и по этой причине их можно рекомендовать для будущих проектов размещения фильтрованных хвостов в кучах. Критерии и допущения принимаемых проектов необходимо определять согласно геометрическим конфигурациям кучи и параметрам ее основания.

[0093] Дополнительно тестировали три формы озеленения куч, а именно (i) прямое насаждение на хвостах, (ii) насаждение на вегетативной сетке и (iii) насаждение с использованием верхнего слоя почвы.

[0094] Фигура 12 показывает картину кучи в день приготовления и насаждения растительности 03 октября 2017. Фигура 13 показывает картину полученного результата через 6 месяцев на склоне кучи, содержащей 80% песчаных хвостов плюс 20% сверхтонких хвостов. Во всех случаях результаты были похожими, и, как ожидалось, растительность на верхнем слое почвы давала лучший результат. Однако в промышленных применениях с непрерывным развитием хвостовых куч есть опасность отсутствия достаточной верхней почвы. То есть, для промышленного проекта рекомендуется рассматривать применение вегетационной биосетки, объединенной с гидросеянием, применяемым с посевом хорошо загруженных семян и вводов.

Изобретение относится к способу размещения в кучах, вместо дамб, хвостов, производимых способом переработки железной руды, который содержит этапы сгущения ультратонких хвостов, сгущения песчаных хвостов, смешивания данных хвостов в пропорции 80-90 мас.% песчаных хвостов и 10-20 мас.% ультратонких хвостов, добавления коагулянта, добавления флокулянта, фильтрации данной смеси и сваливания отфильтрованных хвостов. Обеспечивается возможность использования изобретения на любом заводе концентрирования железной руды без необходимости каких-либо изменений в схеме способа. 7 з.п. ф-лы, 13 ил., 3 табл., 1 пр.

1. Способ размещения в кучах хвостов, происходящих из способа переработки железной руды, содержащий следующие этапы, на которых:

а. осуществляют сгущение ультратонких хвостов в сгустителе;

b. осуществляют сгущение песчаных хвостов в сгустителе;

с. смешивают песчаные хвосты с ультратонкими хвостами и добавляют коагулянт для предварительной обработки 1 смеси хвостов;

d. выполняют предварительную обработку путем добавления флокулянта с получением 2 смеси хвостов;

е. фильтруют смесь хвостов;

f. размещают в кучах фильтрованные хвосты.

2. Способ по п. 1, в котором этап а) осуществляют в сгустителе высокой плотности.

3. Способ по п. 1 или 2, в котором этап b) осуществляют в сгустителе обычного типа, причем этот сгуститель имеет большую площадь по сравнению со сгустителем высокой плотности.

4. Способ по п. 1, в котором на этапе с) смешивают хвосты в пропорции 80-90 мас.% песчаных хвостов и 10-20 мас.% ультратонких хвостов.

5. Способ по п. 1, в котором на этапе с) добавляют коагулянт в пропорции 100-130 г/т смеси хвостов.

6. Способ по п. 1, в котором на этапе d) добавляют флокулянт в пропорции 15-30 г/т смеси хвостов.

7. Способ по п. 1, в котором на этапе е) выполняют способ фильтрации в вертикальном вакуумном дисковом фильтре.

8. Способ по п. 1, в котором на этапе е) выполняют фильтрацию, которая дает содержание влаги в конечном отфильтрованном осадке от 10 до 18%.