Способ сухой магнитной сепарации хвостов слабомагнитных руд Российский патент 2024 года по МПК B03B7/00 B03C1/02 

Изобретение может быть применено в области обогащения отходов переработки рудного сырья для черной металлургии и относится к способу сухой магнитной сепарации хвостов от переработки слабомагнитных руд, например, хвостов от сухой магнитной сепарации таких руд как гематитовые, гидрогематитовые, мартитовые, железноследковые мартитовые, кварцитовые и других, которые составляют месторождения естественного и техногенного происхождения.

Под хвостами слабомагнитных руд понимаются отходы, полученные после извлечения из слабомагнитных руд обогащенного магнитного продукта, с содержанием в них железа (Fe общ) не более 45%. Преимущественно для сухой магнитной сепарации слабомагнитных руд берут хвосты с содержанием в них железа не менее 20%, так как эффективность извлечение из хвостов с меньшим содержанием железа может не оправдывать затраты на проведение извлечения (трудовые, временные, экогномические).

Известен способ, включающий трехстадийное дробление с грохочением, основную магнитную сепарацию мелкозернистой фракции, собранной после каждой стадии грохочения в единый поток, с получением магнитного и немагнитного продуктов, и вспомогательную магнитную сепарацию, после каждой стадии дробления осуществляют выделение мелкозернистой фракции, среднезернистой фракции, которую после грохочения каждой последующей стадии дробления собирают в единый поток и направляют на вспомогательную магнитную сепарацию с получением магнитного продукта, промежуточного продукта, который направляют на дробление третьей стадии, немагнитного продукта, крупнозернистой фракции, которую направляют на последующую стадию дробления с грохочением, и после грохочения после третьей стадии дробления возвращают на дробление третьей стадии. Основную магнитную сепарацию осуществляют с выделением магнитного, промежуточного и немагнитного продуктов, а промежуточный продукт основной магнитной сепарации объединяют с магнитным продуктом вспомогательной магнитной сепарации, измельчают до полного раскрытия рудных слоев с последующим грохочением для получения надрешетного продукта, который возвращают на измельчение, и подрешетного продукта, который направляют на обеспыливание, и дополнительную сухую магнитную сепарацию обеспыленного продукта с получением магнитного и немагнитного продуктов (RU №2 370 318, МПК B03B 7/00, B03C 1/00, опубл. 20.10.2009).

Проблемой известного технического решения является то, что большая часть железа уходит в хвосты, так как отсеянный на каждой ступени немагнитный продукт сразу выводят из технологии, не осуществляя дополнительный операции для дополнительного извлечения железа из него.

Наиболее близким техническим решением является линия трехстадийного измельчения магнетито-гематитовых руд, включающая последовательно установленные и технологически связанные между собой бункера с питателями, грохота, дробилки крупного и среднего дробления, магнитные сепараторы 1-й и 2-й стадий обогащения, отличающаяся тем, что она включает дополнительную третью ступень сухой магнитной сепарации мелких отвальных хвостов (СМС-3) (нет 3), для чего используют двухбарабанный магнитный сепаратор, выполненный из двух отдельных барабанов одинакового диаметра, установленных вертикально один под другим (со смещением друг относительно друга), причем магнитные системы создают на поверхности барабанов разную по величине напряженность магнитного поля, при этом напряженность магнитного поля на верхнем барабане выше, чем напряженность магнитного поля на нижнем барабане. (на верхнем ниже, а на нижнем выше) (RU 2 693 203, МПК B03B 7/00, B03C 1/247, B02C 23/08, опубл. 01.07.2017).

Проблемой наиболее близкого технического решения является то, что оно основано на дроблении, измельчении и обогащению руды, которую добыли из подземного карьера, включая дополнительную сепарацию на третьей ступени, образовавшихся хвостов после второй ступени сепарации той же руды, с получением хвостов (по заявке RU 2 693 203 продукта) с массовой долей железа около 44-45%, то есть не предусматривает дальнейшее извлечение концентрированного продукта из хвостов с указанной массовой долей железа.

Технической проблемой решаемой заявляемым изобретением, является устранение недостатков аналогов.

Задачей заявляемого изобретения является создание способа сухой магнитной сепарации хвостов от магнитной сепарации слабомагнитных руд, позволяющего извлекать дополнительное железо из хвостов (отходов) переработки слабомагнитного рудного сырья.

Технический результат заключается в создание способа сухой магнитной сепарации хвостов от магнитной сепарации слабомагнитных руд, обеспечивающего извлечение магнитного продукта из хвостов обогащения слабомагнитных руд содержанием в них железа не более 45%.

Указанный технический результат достигается тем, что способ сухой магнитной сепарации хвостов от магнитной сепарации слабомагнитных руд, включающий стадийную сухую магнитную сепарацию хвостов слабомагнитных руд, производимую в барабанах сепаратора, при этом после каждой стадии извлекают магнитный продукт, а немагнитный продукт, подают на следующую стадию сепарации, сепарацию производят в две или три стадии, согласно изобретению на стадии магнитной сепарации подают хвосты размером фракции не более 5 мм, значение напряженности магнитного поля устанавливают на первой стадии сухой магнитной сепарации в диапазоне 0,2-0,4 Тл, а на стадии сухой магнитной сепарации после первой в диапазоне 0,6-1,0 Тл, при этом скорость вращения первого барабана сепаратора устанавливают в диапазоне 10-30 об/мин, при скорости вращения второго барабана равной или не более чем на 8 об/мин меньше скорости вращения первого барабана.

В частности, извлеченный магнитный продукт содержит компоненты, при следующем соотношении, мас.%:

Fe общ 40,0-60,0 SiO₂ 10,0-28,0 Al₂O₃ 4,0-10,0 Неизбежные примеси Остальное

В частности, при размере фракции хвостов более 5 мм, перед сепарацией производят дробление хвостов слабомагнитных руд.

В частности, перед сепарацией или после дробления производят выделение фракции хвостов слабомагнитных руд, размер которых не превышает 5 мм.

В частности, выделение фракции хвостов слабомагнитных руд производят грохочением.

Способ сухой магнитной сепарации хвостов от магнитной сепарации слабомагнитных руд включает стадийную сухую магнитную сепарацию хвостов слабомагнитных руд, производимую в барабанах сепаратора, при этом после каждой стадии извлекают магнитный продукт, а немагнитный продукт, подают на следующую стадию сепарации. Сепарацию производят в две или три стадии, на стадии магнитной сепарации подают хвосты размером фракции не более 5 мм. Значение напряженности магнитного поля устанавливают на первой стадии сухой магнитной сепарации в диапазоне 0,2-0,4 Тл, а на стадии сухой магнитной сепарации после первой в диапазоне 0,6-1,0 Тл, при этом скорость вращения первого барабана сепаратора устанавливают в диапазоне 10..30 об/мин, при скорости вращения второго барабана равной или не более чем на 8 об/мин меньше скорости вращения первого барабана.

Способ сухой магнитной сепарации хвостов от магнитной сепарации слабомагнитных руд включает стадийную сухую магнитную сепарацию хвостов слабомагнитных руд, производимую на барабанах сепаратора. Если не соблюдать стадийность процесса, и проводить сепарацию за один раз, то будут достигнуты низкие показатели обогащения низкий выход магнитного продукта, большие потери железа с хвостами (немагнитным продуктом). Использование сепаратора барабанного типа позволяет равномерно осуществлять разделение магнитного и немагнитного продукта. При вращении барабана магнитный продукт прилипает к поверхности барабана, далее выводится за пределы магнитной зоны и падает в накопитель магнитного продукта.

Извлеченный магнитный продукт уже соответствует требованиям по качеству, и с ним не надо больше проводить никаких дополнительных операций. В свою очередь, в немагнитном продукте ещё имеется содержание железа, которое возможно дополнительно извлечь на каждой стадии. Поэтому после каждой стадии извлекают магнитный продукт, а немагнитный продукт, подают на следующую стадию сепарации.

Для обеспечения высокого уровня извлечения из хвостов слабомагнитных руд сепарацию производят в две или три стадии. Если стадий будет меньше (одна), то будут достигнуты низкие показатели обогащения, то есть низкий выход магнитного продукта, большие потери железа с хвостами. Если стадий будет больше (четыре и больше), то на стадии после третьей будет низкое извлечение магнитного продукта, так как в полученных после третьей стадии хвостах, которые далее поступят на четвертую стадию будет содержаться мало железа, соответственно стадия займет много времени, энергии, трудозатрат, а полученный процент годного будет несопоставимо мал, в связи с чем в ней нет смысла.

На стадии магнитной сепарации подают хвосты размером фракции не более 5 мм, что связано с тем, что крупные частицы хвостов слабомагнитных руд, хуже обогащаются и уходят в немагнитный продукт. Следовательно с крупными частицами (которые также больше по массе) будут увеличиваться потери железа. При увеличении крупности также растет масса частицы, следовательно, сепаратор не будет магнитить более крупные и тяжелые частицы – они будут просто уходить в немагнитный продукт приводя к потере железа.

Значение напряженности магнитного поля устанавливают на первой стадии сухой магнитной сепарации в диапазоне 0,2…0,4 Тл, а на стадии сухой магнитной сепарации после первой в диапазоне 0,6…1,0 Тл, это связано с тем, что для извлечения железа на второй и последующих стадиях необходима более высокая величина напряжения, так как более магнитное железо из хвостов слабомагнитных руд, которое можно извлечь на более низком значении напряженности, уже выделено на первой стадии.

Предел напряженности магнитного поля 0,2 Тл на первой стадии и предел напряженности магнитного поля 0,6 Тл на стадиях после первой определен способностью примагничиваться железом из хвостов слабомагнитных руд, так как при значении пределов менее заявленных процесс обогащения будет нарушен, и образование магнитного продукта будет на малом уровне, в связи с чем возможны высокие потери полезного магнитного продукта из-за недостаточной величины напряженности магнитного поля.

Предел напряженности магнитного поля 0,4 Тл на первой стадии и предел напряженности магнитного поля 1,0 Тл на стадиях после первой также определен способностью примагничиваться железом из хвостов слабомагнитных руд, так как на большей напряженности на первой стадии и стадиях после первой, совместно с магнитным продуктом будут отмагничиваться и частицы хвостов, которые будут попадать в получаемый магнитный продукт, что приведет к снижению его качества, а именно к снижению концентрации железа в нем.

Скорость вращения первого барабана сепаратора устанавливают в диапазоне 10..30 об/мин, при скорости вращения второго барабана равной или не более чем на 8 об/мин меньше скорости вращения первого барабана, для обеспечения высокого содержания железа в магнитном продукте, полученном после сухой сепарации хвостов от слабомагнитных руд.

Если скорость вращения первого барабана сепаратора установить менее 10 об/мин, то магнитная поверхность барабана не будет успевать сбрасывать магнитные частицы в магнитный продукт, и часть хвостов будет пролетать мимо магнита и попадать в немагнитный продукт, что приведет к снижению концентрации железа в полученном от сухой сепарации хвостов слабомагнитных руд магнитном продукте.

При скорости вращения первого барабана сепаратора более 30 об/мин за счет его быстрого вращения часть магнитных частиц будет не успевать примагнититься к магниту за барабаном сепаратора, также высокая скорость вращения будет приводить к разбрасыванию материала на расстояние от магнита, и он будет уходить в немагнитный продукт, что снизит степень извлекаемости железа из хвостов слабомагнитных руд.

Так как на второй и третьей стадии обогащаются менее магнитные частицы, то для увеличения вероятности их отмагничивания из немагнитного продукта первой стадии в магнитный продукт необходимо снижать скорость барабана, то есть установить ее не более скорости первого барабана. Если скорость увеличить, то не будет образовываться магнитный продукт, так как на второй и третьей стадии отмагничиваются менее магнитные частицы, то есть при увеличении скорости (по сравнению с первой стадией) они не успеют примагнититься к магниту за барабаном сепаратора и железо будет теряться с хвостами (немагнитным продуктом).

Если установить скорость вращения второго барабана сепаратора более чем на 8 об/мин меньше скорости вращения первого барабана сепаратора, то магнитная поверхность барабана не будет успевать сбрасывать магнитные частицы в магнитный продукт, и часть хвостов будет пролетать мимо магнита и попадать в немагнитный продукт, что приведет к снижению концентрации железа в полученном от сухой сепарации хвостов слабомагнитных руд магнитном продукте.

При размере фракции хвостов более 5 мм, перед сепарацией производят дробление хвостов слабомагнитных руд. Это необходимо для наибольшей извлекаемости железа из хвостов и получения продукта с большой массой долей железа, так как крупные частицы более 5 мм хуже обогащаются, и уходят в немагнитный продукт.

Перед сепарацией или после дробления производят выделение фракции хвостов слабомагнитных руд, размер которых не превышает 5 мм. Связано это с тем, что в процессе дробления могут образовываться частицы крупнее заданного уровня, и чтобы избежать нарушения процесса выделяется фракцию 0-5 мм. Также если материал в исходном виде уже мелкий и дробление не требуется, то для улучшения процесса сепарации предпочтительно перед ней выполнять выделение фракции 0-5 мм, для достижения параметров обогащения. Выделение фракции хвостов слабомагнитных руд производят грохочением, так как процесс грохочения позволяет с высокой вероятностью убрать нецелевую фракцию.

Заявленный способ сухой магнитной сепарации нашел промышленное применение и широко используется для более высокой степени извлечения железа из хвостов слабомагнитных руд, полученных после сухой магнитной сепарации с содержанием железа до 45%. По мимо целевого показателя по извлечению железа из хвостов извлекается оксид алюминия, благодаря чему получаемый магнитный продукт применяется в направлениях, где необходимо производить ввод оксида алюминия в процесс, например для корректировки основности шлака после восстановления железа, для получения более жидкотекучих шлаков.

Примеры реализации заявленного способа приведены ниже.

В таблицах МП - магнитный продукт, НМП - немагнитный продукт (хвосты полученные от обогащения хвостов), Исх. - Исходные хвосты от магнитной сепарации слабомагнитных руд.

Пример №1.

Для опыта были взяты хвосты размером фракции 0-10 мм, которые раздробили и выделили из них фракцию размером 0-2 мм. Хвосты подали в барабанный сепаратор и произвели сепарацию в три стадии, после каждой стадии извлекали магнитный продукт, а немагнитный продукт, подавали на следующую стадию сепарации. Напряженность магнитного поля сухой магнитной сепарации устанавливали на первой стадии 0,2 Тл, на второй стадии 0,6 Тл, на третьей стадии 0,6 Тл, при скорости вращения первого барабана сепаратора 10 об/мин и скорости вращения второго барабана равной скорости вращения первого барабана.

Таблица 1 Размер фракции, мм Вид продукта Выход, % Массовая доля, % Извлечение, % Fe общ SiO₂ Al₂O₃ Fe общ SiO₂ Al₂O₃ 0-2 МП 45,7 44,2 23,6 7,8 55,4 30,8 49,5 НМП 54,3 29,9 44,4 6,6 44,6 69,2 50,5 Исх. 100 36,4 34,9 7,1 100 100 100

При измельчении хвостов до фракции 0-2 мм и магнитной сепарации в 3 стадии, массовая доля железа в магнитном продукте составила 44,2 %, извлечение равно 55,4%.

Пример №2.

Для опыта были взяты хвосты размером фракции 0-5 мм, которые подали в барабанный сепаратор и произвели сепарацию в две стадии, после каждой стадии извлекали магнитный продукт, а немагнитный продукт, подавали на следующую стадию сепарации. Напряженность магнитного поля сухой магнитной сепарации устанавливали на первой стадии 0,24 Тл, на второй стадии 0,8 Тл, при скорости вращения первого барабана сепаратора 15 об/мин и скорости вращения второго барабана на 2 об/мин меньше скорости вращения первого барабана.

Таблица 2 Размер фракции, мм Вид продукта Выход, % Массовая доля, % Извлечение, % Fe общ SiO₂ Al₂O₃ Fe общ SiO₂ Al₂O₃ 0-5 МП 43,3 45,0 23,5 8,1 54,2 29,2 42,1 НМП 56,7 29,0 43,6 6,8 45,8 70,8 57,9 Исх. 100 35,9 34,9 7,4 100 100 100

При двух стадиях сепарации хвостов фракции 0-5 мм, массовая доля железа в магнитном продукте составила 45,0 %, а извлечение равно 54,2%.

Пример №3.

Для опыта были взяты хвосты размером фракции 0-10 мм, которые раздробили и выделили из них фракцию размером 0-5 мм. Для опыта были взяты хвосты размером фракции 0-5 мм, которые подали в барабанный сепаратор и произвели сепарацию в две стадии, после каждой стадии извлекали магнитный продукт, а немагнитный продукт, подавали на следующую стадию сепарации. Напряженность магнитного поля сухой магнитной сепарации устанавливали на первой стадии 0,3 Тл, на второй стадии 1,0 Тл, при скорости вращения первого барабана сепаратора 20 об/мин и скорости вращения второго барабана на 4 об/мин меньше скорости вращения первого барабана.

Таблица 3 Размер фракции, мм Вид продукта Выход, % Массовая доля, % Извлечение, % Fe общ SiO₂ Al₂O₃ Fe общ SiO₂ Al₂O₃ 0-5 МП 36,4 60 10 10 48,5 16,8 42,3 НМП 63,6 36,42 28,4 7,8 51,5 83,2 57,7 Исх. 100 45,0 21,7 8,6 100 100 100

При измельчении хвостов до фракции 0-5 мм и проведении сепарации в две стадии, массовая доля железа в магнитном продукте составило 60,0 %, извлечение равно 36,1%.

Пример №4.

Для опыта были взяты хвосты размером фракции 0-4 мм, которые подали в барабанный сепаратор и произвели сепарацию в три стадии, после каждой стадии извлекали магнитный продукт, а немагнитный продукт, подавали на следующую стадию сепарации. Напряженность магнитного поля сухой магнитной сепарации устанавливали на первой стадии 0,36 Тл, на второй стадии 0,7 Тл, на третьей стадии 0,8 Тл, при скорости вращения первого барабана сепаратора 25 об/мин и скорости вращения второго на 8 об/мин меньше скорости вращения первого барабана.

Таблица 4 Размер фракции, мм Вид продукта Выход, % Массовая доля, % Извлечение, % Fe общ SiO₂ Al₂O₃ Fe общ SiO₂ Al₂O₃ 0-5 МП 25,7 40 23,2 8,2 51,4 12,9 29,7 НМП 74,3 13,1 54,1 6,7 48,6 87,1 70,3 Исх. 100 20,0 46,2 7,1 100,0 100 100

При трех стадиях сепарации хвостов фракции 0-4 мм, массовая доля железа в магнитном продукте составила 40,0 %, извлечение равно 59,5 %.

Пример №5.

Для опыта были взяты хвосты размером фракции 0-5 мм, которые подали в барабанный сепаратор и произвели сепарацию в три стадии, после каждой стадии извлекали магнитный продукт, а немагнитный продукт, подавали на следующую стадию сепарации. Напряженность магнитного поля сухой магнитной сепарации устанавливали на первой стадии 0,4 Тл, на второй стадии 0,9 Тл, на третьей стадии 1,0 Тл, при скорости вращения первого барабана сепаратора 30 об/мин и скорости вращения второго барабана равной скорости вращения первого барабана.

Таблица 5 Размер фракции, мм Вид продукта Выход, % Массовая доля, % Извлечение, % Fe общ SiO₂ Al₂O₃ Fe общ SiO₂ Al₂O₃ 0-5 МП 44,4 46,0 23,2 8,2 55,8 29,6 46,9 НМП 55,6 29,1 44,1 6,7 44,2 70,4 53,1 Исх. 100 36,6 44,1 6,7 100 100 100

При трех стадиях сепарации хвостов фракции 0-5 мм, массовая доля железа в магнитном продукте составило 46 %, но, извлечение равно 55,8 %.

Таким образом, благодаря заявленному способу сухой магнитной сепарации стало возможном извлекать магнитный продукт из хвостов слабомагнитных руд, обеспечивая выход более концентрированного продукта с содержанием железа (Fe общ) до 60 %, при этом дополнительно благодаря заявленному способу удалось доизвлекать из хвостов слабомагнитных железистых руд оксид алюминия с массовой долей в продукте до 10 %, добавка в сталеплавильный агрегат такой руды будет повышать содержание оксида алюминия в шлаке, как следствие повышать его подвижность и реакционную способность, то есть шлак будет обладать повышенной рафинировочной способностью.

Предложенное изобретение может быть применено в области обогащения отходов переработки рудного сырья для черной металлургии и относится к способу сухой магнитной сепарации хвостов от переработки слабомагнитных руд, например хвостов от сухой магнитной сепарации таких руд, как гематитовые, гидрогематитовые, мартитовые, железноследковые мартитовые, кварцитовые и других, которые составляют месторождения естественного и техногенного происхождения. Способ сухой магнитной сепарации хвостов от магнитной сепарации слабомагнитных руд включает стадийную сухую магнитную сепарацию хвостов слабомагнитных руд, производимую в барабанах сепаратора, при этом после каждой стадии извлекают магнитный продукт, а немагнитный продукт подают на следующую стадию сепарации, сепарацию производят в две или три стадии. На стадии магнитной сепарации подают хвосты размером фракции не более 5 мм. Значение напряженности магнитного поля устанавливают на первой стадии сухой магнитной сепарации в диапазоне 0,2-0,4 Тл, а на стадии сухой магнитной сепарации после первой в диапазоне 0,6-1,0 Тл. Скорость вращения первого барабана сепаратора устанавливают в диапазоне 10-30 об/мин, при скорости вращения второго барабана, равной или не более чем на 8 об/мин меньше скорости вращения первого барабана. Технический результат – обеспечение извлечения дополнительного железа из хвостов (отходов) переработки слабомагнитных руд. 4 з.п. ф-лы, 5 табл., 5 пр.

1. Способ сухой магнитной сепарации хвостов от магнитной сепарации слабомагнитных руд, включающий стадийную сухую магнитную сепарацию хвостов слабомагнитных руд, производимую в барабанах сепаратора, при этом после каждой стадии извлекают магнитный продукт, а немагнитный продукт подают на следующую стадию сепарации, сепарацию производят в две или три стадии,

отличающийся тем, что

на стадии магнитной сепарации подают хвосты размером фракции не более 5 мм, значение напряженности магнитного поля устанавливают на первой стадии сухой магнитной сепарации в диапазоне 0,2-0,4 Тл, а на стадии сухой магнитной сепарации после первой в диапазоне 0,6-1,0 Тл,

при этом скорость вращения первого барабана сепаратора устанавливают в диапазоне 10-30 об/мин, при скорости вращения второго барабана, равной или не более чем на 8 об/мин меньше скорости вращения первого барабана.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что извлеченный продукт содержит 40,0-60,0 мас.% Fe общ.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно при размере фракции хвостов более 5 мм перед сепарацией производят дробление хвостов слабомагнитных руд.

4. Способ по п. 1 или 3, отличающийся тем, что перед сепарацией или после дробления производят выделение фракции хвостов слабомагнитных руд, размер которых не превышает 5 мм.

5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что выделение фракции хвостов слабомагнитных руд производят грохочением.