автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.08, диссертация на тему:Интенсификация гравитационного обогащения редкометалльных руд на основе единого принципа оптимизации рудоподготовки

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК Кольский научный центр Горный институт

На правах рукописи Ракаев Анвар Ибрагимович

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ГРАВИТАЦИОННОГО ОБОГАЩЕНИЯ РЕДКОМЕТАЛЛЬНЫХ РУД НА ОСНОВЕ ЕДИНОГО ПРИНЦИПА ОПТИМИЗАЦИИ РУДОПОДГОТОВКИ

Апатиты -1998

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ..........................................7

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОЦЕССОВ РУДОПОДГОТОВКИ И ГРАВИТАЦИОННОГО ОБОГАЩЕНИЯ РЕДКОМЕТАЛЛЬНЫХ РУД........14

1.1. Особенности подготовки руды к гравитационному обогащению..........14

1.2. Кинетика измельчения руды в стержневой мельнице................26

1.3. Принципы организации гравитационного обогащения...............30

1.4. Краткая характеристика технологии обогащения лопаритовых руд.........35

2. ВЗАИМОСВЯЗЬ МЕЖДУ ТЕКСТУРНО-СТРУКТУРНЫМИ И ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ РУДЫ И СЕЛЕКТИВНОСТЬЮ

ЕЕ РАЗРУШЕНИЯ....................................41

2.1. Комплексная методика исследования процесса селективного разрушения

руды.........................................41

2.2. Минеральный состав и вкрапленность основных минералов лопаритовых

руд...........................................43

2.3. Упруго-прочностные свойства основных минералов руды и приграничных

зон их срастания...................................47

2.4. Исследования прочностных свойств и особенностей разрушения лопари-

товой руды при различных видах и режимах нагружения.............54

2.4.1. Исследование прочностных характеристик руды при различных скоростях нагружения.............................55

2.4.2. Физико-механические свойства и особенности разрушения руды

при различных видах деформации.......................61

\12.5. Изменение вещественного состава руды при ее дроблении............66

2.6. Исследование прочностных свойств частиц неправильной формы.........70

2.6.1. Прочностные свойства частиц питания I стадии измельчения........70

2.6.2. Оценка прочностных свойств продуктов питания мельниц доизмельчения..................................78

2.6.3. Характеристика раскрытия сростков при измельчении в стержневой мельнице ..................................... 82

Выводы...........................................87

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ РУДЫ В СТЕРЖНЕВЫХ МЕЛЬНИЦАХ..............................90

3.1. Методика проведения исследований.........................90

3.2. Разработка и исследование уравнения кинетики, отвечающего физической сущности стержневого измельчения .....................91

3.3. Экспериментальная проверка уравнения кинетики стержневого

измельчения......................................97

3.3.1. Зависимость коэффициентов к и Ск от крупности остатка...........97

3.3.2. Влияние массы материала в мельнице на характер изменения коэффициентов к и Ск.............................100

3.3.3. Взаимосвязь коэффициентов скорости измельчения с энергозатратами ....................................103

3.4. Закономерности непрерывного процесса измельчения в стержневой

мельнице........................................104

3.4.1. Кинетика непрерывного процесса измельчения...............104

3.4.2. Зависимость внутримельничного заполнения мельницы от

входных параметров...............................105

3.4.3. Математическая модель процесса измельчения руды в стержневой мельнице..................................112

3.5. Определение оптимальных условий измельчения в системе стержневая

мельница - грохот...................................115

3.5.1. Обоснование метода выбора оптимального соотношения между компонентами питания мельницы, работающей в замкнутом цикле.....115

3.5.2. Раздельное и совместное измельчение руды и песков............117

3.6. Регулировочные характеристики замкнутого цикла измельчения.........120

3.7. Кинетика раскрытия минералов........................... 124

Выводы.......................................... 131

4. ОПТИМИЗАЦИЯ НАЧАЛЬНОЙ ПОДГОТОВКИ РУДЫ К ГРАВИТАЦИОННОМУ ОБОГАЩЕНИЮ............................. 133

4.1. Обоснование целесообразности снижения начальной крупности

измельчения..................................... 133

4.2. Исследования механизма раскрытия и ошламования лопарита и выбор

оптимальной крупности измельчения руды в I стадии............. 139

4.3. Соотношение между начальной крупностью измельчения и конечной крупностью дробления..............................147

4.4. Промышленные испытания влияния уменьшения начальной крупности помола на эффективность измельчения и гравитационного обогащения ... 153 Выводы...................................... 160

5. ОПТИМИЗАЦИЯ КАЧЕСТВЕННОГО СОСТАВА ПИТАНИЯ НАЧАЛЬНОЙ СТАДИИ ГРАВИТАЦИОННОГО ОБОГАЩЕНИЯ.............162

5.1. Исследования влияния вывода непродуктивной фракции из готового продукта измельчения на показатели гравитационного обогащения лопаритовой руды................................ 163

5.2. Укрупненная проверка технологии рудоподготовки с выводом непродуктивной фракции из питания I стадии обогащения..... ........170

5.2.1. Обогащение лопаритовой руды......................172

5.2.2. Обогащение пирохлорсодержащей руды.................174

5.2.3. Обогащение оловосодержащей руды...................179

5.2.4. Обогащение хромитовых руд Кольского полуострова..........181

5.2.5. Разработка новой технологии подготовки апатито-нефелиновых

руд к комплексному обогащению.....................187

5.3. Промышленные испытания технологии измельчения с выводом непродуктивной фракции ................................190

5.3.1. Лопаритовые руды.............................190

5.3.2. Пирохлоровые руды............................194

5.4. Интенсификация раскрытия сростков......................195

Выводы......................................207

6. ОПТИМИЗАЦИЯ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО ГРАВИТАЦИОННОГО ОБОГАЩЕНИЯ ......................................210

6.1. Закономерности разделения частиц на винтовых сепараторах.........211

6.2. Распределение частиц твердой фазы по ширине и длине винтового

желоба ......................................216

6.3. Влияние вывода шламов в конце первого витка на показатели винтовой сепарации...................................220

6.4. Повышение извлечения шламов на винтовом сепараторе.............226

6.5. Обогащение лопаритовой руды в I стадии с получением концентратов различного качества...................... .........230

6.5.1. Раздельный вывод концентратов I стадии обогащения...........230

6.5.2. Стабилизация качества концентратов винтовых сепараторов

I стадии.....................................235

6.6. Рациональная технология гравитационного обогащения...............239

6.7. Автоматизация процессов гравитационного обогащения..........................245

6.7.1. Автоматизация процесса вывода шламов и отвальных хвостов с

винтовых сепараторов.............................245

6.7.2. Автоматизация процесса вывода богатого концентрата...........247

Выводы..........................................250

7. ОПТИМИЗАЦИЯ ЦИКЛА ПЕРЕЧИСТКИ ЧЕРНОВЫХ КОНЦЕНТРАТОВ . . . . 252

7.1. Обоснование метода выбора оптимальных параметров обогащения при последовательном соединении гравитационных аппаратов............252

7.2. Определение оптимального режима обогащения в системе винтовой

сепаратор - концентрационный стол................................................256

7.2.1. Предварительное обогащение продуктов гидравлической классификации на винтовом сепараторе............................................256

7.2.2. Перечистка концентратов винтовой сепарации на концентрационных столах......................................................................260

7.3. Разработка рациональной схемы перечистки чернового концентрата на Умбозерской ОФ...............................................267

7.4. Промышленные испытания технологии перечистки черновых концентратов при введении предварительной винтовой сепарации .............270

Выводы ..................................................................................276

8. ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССА РАСКРЫТИЯ МИНЕРАЛОВ..........277

8.1. Взаимосвязь между повреждаемостью горной породы и параметрами динамического нагружения...............................278

8.2. Электроразрядная обработка дробленой руды......................................281

8.2.1. Оценка эффективной зоны электроразрядного разупрочнения руды . . . . 282

8.2.2. Влияние электроразрядного разупрочнения руды на селективность

измельчения и обогащения..........................286

8.3. Разупрочнение руды при взрывном нагружении..................290

8.4. Оценка эффективности разупрочнения руды при ее транспортировке через вертикальный рудоспуск................................295

Выводы.................................. ....... 302

ЗАКЛЮЧЕНИЕ........................................303

ЛИТЕРАТУРА........................................306

ПРИЛОЖЕНИЯ........................................320

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Подготовка руд тяжелых металлов к гравитационному обогащению неразрывно связана с обеспечением максимального раскрытия ценных минеральных компонентов при минимальном их переизмельчении. Особенно актуальна эта проблема для редкометалльных руд , отличающихся большой сложностью вещественного состава, низким содержанием, неравномерной вкрапленностью и хрупкостью полезных компонентов, взаимным прорастанием минералов. Для ограничения переизмельчения полезных минералов используются сложные многостадиальные схемы обогащения с последовательным сокращением крупности грубоизмельченной руды в каждой стадии. Однако излишнее загрубление помола руды перед I стадией обогащения приводит к увеличению в продукте измельчения количества сростков и крупных частиц породообразующих минералов. Это ухудшает показатели обогащения, усложняет перечистку и доводку черновых концентратов, ограничивает или исключает получение грубозернистых отвальных хвостов в начале обогащения.

Существующий подход к рудоподготовке сохраняется и при все большем вовлечении в переработку труднообогатимых руд с более мелкой вкрапленностью ценных минералов, в результате чего принятая начальная крупность измельчения - 2(3) мм в 10-15 раз превышает средневзвешенный размер полезных компонентов. По этой причине извлечение ценных компонентов не превышает 75-80% даже на лучших гравитационных фабриках страны, а потери со сростками приближаются к потерям со шламами (класс -0.07 мм).

Кардинальное повышение эффективности гравитационного обогащения возможно только на основе единого принципа технологической оптимизации рудоподготовки, при котором решение задачи повышения селективности раскрытия ценных компонентов руды должно осуществляться одновременно с целенаправленным формированием качественного состава питания и продуктов операций обогащения на всех стадиях переработки, включая и цикл перечистки черновых гравитационных концентратов.

В связи с этим, разработка способов и методов совместной оптимизации главных переделов гравитационного обогащения - измельчения, предварительного обогащения и цикла перечистки - имеет весьма важное значение, поскольку неучет взаимосвязей между этими стадиями во многом сдерживает развитие теории и практики рудоподготовки и гравитационного обогащения. Решению этой актуальной народнохозяйственной задачи посвящена настоящая диссертационная работа, выполненная автором в течении 1976-1996 гг. в соответствии с планами научно-исследовательских работ Горного института Кольского научного центра РАН.

Основной объем исследований выполнен применительно к лопаритовым рудам, которые являются основным источником получения ниобия, тантала, титана и редкоземельных элементов в стране. Используемая для этих руд технология гравитационного обогащения, при которой на каждой стадии получают черновые концентраты с последующей их перечисткой в отдельном цикле, является классической и применяется при обогащении большинства руд редких металлов и олова. Отдельные положения работы проверялись на пирохло-ровых , оловосодержащих, хромитовых, синхизитовых и др. рудах.

Цель работы заключается в разработке единого принципа технологической оптимизации подготовки редкометалльных руд к гравитационному обогащению, обепечивающего:

• максимально возможный перевод ценного компонента руды в эффективно обогащаемую на существующем оборудовании фракцию руды;

• минимальное переизмельчение компонентов;

• рациональный качественный состав питания гравитационных аппаратов на основных стадиях обогащения, включая цикл перечистки черновых концентратов.

Идея работы заключается в использовании минералого-технологических и физико-механических свойств руды для целенаправленного формирования качественного состава продуктов рудоподготовки и гравитационного обогащения и принятия на этой основе рациональных компоновочных решений.

Методы исследований. Методической и теоретической основой исследований являются известные труды В.И. Ревнивцева, В. А. Чантурия, О.Н. Тихонова, В.И. Товарова, К. А. Разумова, С.Н. Журкова, Л.Ф. Биленко, А.Н. Марюты, И.И. Блехмана, Э.А. Хопунова, В.Ф. Шинкоренко, М.Ф. Аникина, Б.В. Кизевальтера, А.И. Поварова, Ю.И. Еропкина, А.М. Бази-левского, В.Н. Шохина, Т.С. Юсупова, Г.Д. Краснова и др. отечественных и зарубежных ученых. В основе работы лежит комплексный подход к оптимизации рудоподготовки и гравитационного обогащения, заключающийся в целенаправленном изучении закономерностей раскрытия и разделения минералов, который включает в себя использование традиционных методов изучения текстурно-структурного и вещественного состава руд, продуктов разрушения и разделения (микроскопического, стереологического, микрозондового, рентгеност-руктурного, гамма-спектрометрического, электронной микроскопии), изучения физико-механических свойств горных пород, статистического, имитационного и математического моделирования, а также новых методов оценки упруго-прочностных свойств минералов, границ срастания и частиц неправильной формы, позволяющих определять кинетические и энергетические характеристики процесса разрушения, прогнозировать вещественный состав

сростков. Расчеты параметров кинетики измельчения, оценка интенсивности раскрытия минералов, балансовые расчеты схем обогащения любой сложности производились по разработанным программам на ПЭВМ.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций. Научные результаты работы получены на основе фундаментальных положений кинетики процесса разрушения и гидродинамики потоков малой толщины. Достоверность теоретических представлений, результатов исследований и выводов обеспечена и подтверждена проведением многочисленных экспериментов на различных рудах с соответствующей статистической обработкой; достаточно хорошим совпадением теоретических моделей с экспериментальными исследованиями, подтвержденными лабораторными, полупромышленными и промышленными испытаниями разработанных технологий, их широким внедрением в производство.

Научная новизна заключается в разработке и научном обосновании комплексного подхода к совместной оптимизации процессов рудоподготовки и гравитационного обогащения и включает следующие теоретически обоснованные и экспериментально подтвержденные научные положения:

• выявлены закономерности разрушения отдельных фракций руды в стержневой мельнице, скорости измельчения которых имеют свои особенности;

• впервые установлен колебательный характер измельчения руды в стержневой мельнице, выражающийся в чередовании уменьшающихся по величине максимумов скоростей измельчения расчетных классов во времени и по длине барабана мельницы;

• разработано новое уравнение кинетики измельчения, наиболее полно отражающее физическую сущность стержневого измельчения;

• обоснован метод определения оптимального соотношения между разнопрочными компонентами питания стержневой мельницы, в частности, песками и исходной рудой в замкнутом цикле измельчения;

• установлено влияние производительности по руде и плотности пульпы на закономерности образования продуктивного класса крупности и шламов в коротких стержневых мельницах;

• выявлены связи между структурно-текстурными и физико-механическими свойствами руды, начальной крупностью обогащения и качеством образующихся при измельчении сростков;

• установлена связь между характером разрушения и режимами нагружения и обоснована целесообразность применения динамических нагрузок для предварительного разупрочнения руды;

• разработан аналитический метод расчета предельного напряжения трещинообразования руды при импульсном нагружении руды;

• установлены закономерности распределения давления и. частиц различной крупности и плотности по длине и ширине желоба винтового сепаратора;

• обоснованы эффективные способы формирования продуктов рудоподготовки и гравитационного обогащения, отличающихся максимальной однородностью по степени раскрытия и содержанию ценного компонента руды, прочности, крупности и вещественному составу частиц;

• разработан новый метод выбора оптимальных параметров в технологической линии гравитационного обогащения;

• разработаны новые способы автоматического управления процессом вывода сростков из питания I стадии обогащения, богатого концентрата, отвальных хвостов и шламов с винтовых сепараторов.

Научное значение работы заключается в раскрытии определяющего влияния мине-ралого-технологических и физико-механических свойств руды и минералов, физических особенностей стержневого измельчения, предварительного динамического нагружения руды и гравитационного поведения частиц в потоках малой толщины на закономерности формирования продуктов рудоподготовки и обогащения, отличающихся максимальной однородностью частиц по какому-либо физическому признаку.

Практическая ценн�