автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.08, диссертация на тему:Исследование и разработка технологии обогащения магнетитовых кварцитов с применением магнитных гидроциклонов

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ Криворожский горнорудный институт •

На правах рукописи ТАНВЙХЯ

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ОБОГАЩЕНИЯ МАГНЕЗИТОВЫХ КВАРЦИТОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ МАГНИТНЫХ

гидроциклонов

Специальность 05.15.08 - "Обогащение полезных

ископаемых"

Автореферат до&сертации на соискание у 1еной степени кандидата технических наук

Кривой Рог - 1994

Работа выполнена в Криворожском горнорудном институте

шчный ржоводатаь:

- доцент кафедры ОПИ КГРИ, кандидат технических наук Юров Петр Пантелеевич

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ:

ВВДЩЕЕ ПРЕДПРИЯТИЕ:

- доктор технических наук, профессор Щупов Леонид Петрович

- кандидат технических наук Ломовцев

Лев Алексеевич

- Центральный горнообогатительный комбинат

Защита состоится ".....¡4 " . 1954 г.

в У^7 ' часов на заседаши специализированного совета К 16.01.01 Криворожского горнорудного института по адресу: 324027, г.Кривой Рог, ул.ХХП партсъезда.П.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке КГРИ. Автореферат разослан " " 1994 г.

'Ученый секретарь специализированного совета, кандидат технических наук

Горбачев Ю.Г.

СЕЦАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

Актуальность.работы. Возможности традиционных способов обогащения магнетитовых кварцитов и обогюкенной руды практически исчерпаны, поэтому в последние годы, при поступлении в переработку гонковкрапленных бедных руд, наблюдается тенденция некоторого снижения массовой доли железа в концентрате, что противоречит технологическим и экономическим требованиям мет;ллургического производства.

В КНР бурно развивается рыночная экономика. Рыночная конкуренция в горнодобывающее промкпленнос'.л заставляет обогатительные Ьабрики повышать качество концентрата из железных руд без существенного снижения его извлечения.

По существующей технологии обогащения в железорудных концентратах, получаемы, из крупновкрапленных магнетитовых руд на обогатительных фабриках КНР, содержится ¿-5% бедных сростков, а на обогатительных фабриках Кривбасса, перер_батывающих тснковкрап-деннаэ магнетитсвые кварциты , до 4-7$, выделение которых затруднительно. 3 настоящее время еще недостаточно изучены и не в полной пере используются способы выделения бедных сростков, образующихся при переработке сырья, способы, которые могут поеыси^ь качество концентрата и увеличить эффективность работы доменных печей. Одним из таких способов является повышение эффективности обесллам-лизания продуктов обогащения. По этому направлению известны работы кармазина 2.И., Кармазина В.З., ЗЗрова ШП., Губика Г.В.. Шохина В. Н., -Денисенко А.л., Няколаенко В.П., ЛомоЕцепа Л.А,., Уса-чеза П. А.. Зеленена П. , Сапе] , ~З.Н. ЬгчпсЬ . .".> Тай-

;."1НЬ 'Л др.

Од;;:::.; чапи-дьлс:1::;; лс^гсония эссехтивисстл сбзеглзклисанкя («згьетвгсзь с •! зоссганозлзиггых до магнетита руд является прикезе-¡™<о маг:-:: гидрси'п:« жов с использованием -"лгнптного "ентрг-.....сггг;::.

Целью^ работы является разработка способа интенсификации процесса выделения бедных сростков из магнитных продуктов путем применения магнитного и центробежного полей.

Идея работы заключается в использовании закономерностей движения магнитных частиц и флокул в магнитном и центробежном полях для разработки конструкции магнитного гидроциклона.

Методы исследования. Для решения поставленных в работе задач применена комплексная методика, в основу которой положены аналитические, физические, технологические, техники-окономические и статистические исследования. Проверка результатов теоретических исследований проводилась ¡экспериментально в лабораторных и полупромышленных условиях.

Научные положения, разработанные диссертантом и их новизна:

- определены взаимодействия ыегду ферромагнитными частицами при воздействии магнитного и центробежного полей;

- установлена зависимость эффективности обесшламливания в магнитном гидроциклоне от расстояния мезду магнитами на входном патрубке ;

- путем математической обработки данных экспериментов определены параметры магнитного гидроциклона;

- установлена оптимальная глубина погружения сливного патрубка;

- определены параметры Песковых насадок для ка:кдой стадии гбесиламливания;

- установлена зависимость эффективности ое'ессламливакия в магнитном гидроциклона от массовой доли твердого в среде разделения.

Обоснованность и достоверность научных положений, вызодов к: рекомендаций диссертации подтверждены результатами исследований с использованием классических, методов физики магнетизма и гадраз-

хини, а также лабораторными, полупромышленными испытаниями и математической обработкой экспериментальных данных на ЭВМ. Объем экс-дериментальных исследований определен из условия обеспечения подтай надежности результатов экспериментов.

Практическая.ценность. На основе лабораторных и полупромышленных исследований предложен способ применения комбинированного магнитного и центробекгого полей для иктенсификг'дии прсг.есса обеспламливания тснколзмельченантс с::яьномагнп7ч«к руд не со'зге-гптэльннх фабриках КМР.

Реализация гзботн. Няуччн» полег "»пкя работ;; буду: :• Банк при реконструкции магнитных ко,~:уссг. цкауетпе:; 3 г,::/: сб-зг;-^ла^лизания кс.гнетитогых кзарпптсв кг обогатительной сг^нк1"' гзапь и на обогатительной фабрик.? Пчвагень, пяреъ£.Сгт£&с«г2&:'. восстановленные го кагкетпта руда.

Апробация работы. Резугьтаты работы доложены и обототенп на научно-технических конференциях Криворожского горнорудного института (г.Кривой Рог, 1991-1993 г.г.).

Публикация.По теме диссертационной работы опубликованы четыре депонированных статьи.

Объем работы.Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения и приложений, изложенных на 122 страницах машинописного текста, содержит 18 рисунков, 16 таблиц, список литературы из 72 наимеиовзний, 1Ь прплег.егаг*.

Автор выражает глубокуп признательность научному рукооод;--телга, диценту гОрову П.П. за квалифицированное руководство при выполнении диссертационной работы, заведующему кафедрой ОПИ КГРй, академику Губину Г.В. и "оценту Гьоз.цу1су В.С. за у «стиз в обсуждении окончательного варианта работа и сотрудникам кафедры ОГО! за критические замечания по у.тучиениз диссертационной работа.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Одной из основных операций обогащения тонкоизмельченных магнетитовых и восстановлеш*ок до магнетита руд является обес-шламливание. В настоящее время в ПНР в качестве обешлвыливающего аппарата для обогащения сильномагнитных руд применяются магнитные конусы диаметром 3 ы, а в СНГ - магнитные дешламато-ры типа ВД-5, ВД-9 и ЦЦ-12.

Анализ литературных источников показал, что вопросы обес-пшамливания тонкоизмельченных склъко^агнктных руд е СЕГ и зь, его пределами, б ток числе к в КН?5 изучакы недостаточно.

В связи с стш длл достцкеншг поставленной цел:; ь доссер-^•гционяоь работе пеооходимо роп;гп- сяодуыцие задач;;:

1. Обскишю?».- и разработать метода ^зслодоппк^ ыаппгк.О) гпдроциклона;

2. Проанализировать процессы движения Т0нк0из?лзль«еик1гг сильномагнитных частиц в магнитном гидроциклоне;

л

3. Провести лабораторные и полупромышленные испытания ма ных гидроциклонов на сливах I, П и Ш стадий классификации;

4. Разработать методику реконструкции магнитных конусов обогатительных фабриках КНР с целью переделки их в магнитные гидроциклоны.

Для выбора и обоснования схемы магнитного гидроциклона (рис.1) в лабораторных условиях были исследованы его техноло! кие параметры.

Магнитный гидроциклон работает следующим образом.

Поступающая в магнитный гидроциклон пульпа проходит чер питающий патрубок 3 с магнитной системой 4. При этом феррома нитные частицы намагничиваются в поле магнитной системы 4. Г ток пу^опы попадает в магнитный гидроциклон тангенциально бс вой поверхности и движется бдоль нее. При этом намагниченные

?::сЛ. "аглптный гядроцлклон

1 - .корпус; 2 - чрэтла; Я - нагнетаг'дпл натр/сок;

4 - нялгагничлваолая олот<?:.га из постоянного '.чтянто;

5 - сливной патруОок; - устройство ллл регулг.ро-заяия '.'агнпта 7; 7 - постоянная могяптлал састрка, 3 - носковая насадка; 9 - патрубок для подачи чисто:: воды; 10 - отражательный диск

б

ферромагнитные частицы за счет остаточной намагниченности и снижения скорости их движения притягиваются друг к другу, образуя магнитные ф^окулы. Как тяжелые, так и крупные магнитные фло-кулы, под действием центробежной силы отбрасываются к стенке цилиндрической части магнитного гидроциклона и концентрируются там а легкие и мелкие немагнитный частиг.ы л относительно бедные сростки магнетита, которые не могу? флокулировать, вытесняется г. центральную часть. Под действием центробежной силы и силы тл-лсести, соасрмая круговые цзикения вдоль боковой стенки магнитног гицроцяклена, магнитные флокулы опускаются вниз и разгружаются через песксяую насадку. Перед сливным патрубком установлена магнитная система для того, чтобы дополнительно намагничивались то;-кие ферромагнитные часфицы, которые по тем или другим причинам не вошли в состав магнитных флокул. После дополнительного намагничивания тонкле сЬетгсомагнитные частицы флокулируэт и направляю1! сл к стенке магнитного гидроциклона. Поцача свежей воды способст сует вымыванию немагнитных частиц из магнитных флокул. Поток пу.г пы проходя у магнитной системы 7, встречает на своем пути отра>7.£ тельньгл диск 10. Назначение его з том, чтобы при обмывании потоком пульпы снизить скорость двикения потока в этой зоне и создат условия образования магнитных флокул из тех ферромагнитных част^ которые приобрели достаточно высокую остаточную намагниченность. Сфлокулированные сильномагнитные частицы под действием центробея ной силы выходлт из сливного потока и перемещаются к внутренней стенке магнитного гидроциклона, а затем попадают в пески.

При анализе поведения тонкоизмелъченных сильномагнитнгх материалов в магнитном поле и после намагничивания установлено, что стремление системы гберромагнитных частиц в магнитном поле. или после магнитного поля к уменьшению общей магнитостатической энергии (энергии свободных полисов) приводит к образованию агрегатов из этих частиц, именуемых флокулами.

Явление магнитной флокуляция неизбежно сопровождает любуа рацию магнитного обогащения тонкоизыельченных сильномагнит-: руд и непосредственно влияет на эффективность их обогащения [роцессах магнитной сепарации магнитная флокуляция повышает )изводительность и извлечение, но сгаисает качество магнлтной шцки- из-за засорения магнитных флокул немагнитными и слабо-"нитньми частицами. При магнитном обесшламл^аакгги и сгущении гнитная флокуляция яеляэтся основным фактором процесса.

Можно рассматривать магнитную флокулкцию кая взакмодейст-з магнитных масс по закону Кулона.

Определим силу Езаголодействия магннтнкх масс Рср к проч-зть флокулы ,

г Лз^М'з* .

'У и?- '

, (2)

К

/ио к константа;

магнитная восприимчивость частицы;

Н - напряженность магнитного поля; О - площадь поперечного с:г;чокпя у./-? _ магнитная рроипагпчлл* ере -у:

Я. - ра?с-гоян::е :е.еглу '^статг-^ь (. <-»

/Г О

Допустим, ЧТО —,Г~РГ- " , го П0Л7Ч';м

А

I

Для ссттгочной слокуляцим

остао.'очнгг: ягкаппнеичсс?.*

Из формул (3) и (4) видно, что сила взаимодействия ыекду магнитными частицами и прочностью флокулы пропорциональна квадрату напряженности магнитного поля или остаточной намагниченности частицы.

При анализе ,пвижения флокул в магнитном гидроциклоне установлено, что на магнитные частицы действуют следующие силы:

1. Центробежная сила

л

г , (5)

6 & п '

где ^ - плотность частицы; с1 - диаметр частицы; Г1 - радиус вращения частицы; V - тангенциальная скорость движения частицы.

2. Сила Архимеда в центробежном поле

РА - ? £ , '

где - плотность среды.

3. Сила сопротивления при относителоном движении частицы с

среда

Не = Зя^/ии ,

где уи - динамичеекгя вязкость:

11, - радиаяь-ая скорость движения частшты.

4. Сила взаимодействия между намагниченными частицами

Р<р = , (8]

Силг /~ср возникает лишь в случае, когда у магнитных част! имеется остаточная намагниченность. Она влияет на прочность флокулы.

Магнитный гидроциклон должен работать в режиме небольшого давления, так как на фяокулу действуют разрушающие механически силы,

F„ = F4+Fr-+£+Fa . (9)

где f-ц - центробезная сила; - .

f-r - гравитационная сила;

гс - сила сопротивления пульпы при относительном движения флокулы от нее;

Fn - прочие силы, зависящие от турбулентности движения потока.

Если > , т.е. действующие на флокулу механические силы больше силы магнитного взаимодействия между частицами, то флокула разрешается, если f~. < f^, то магнитная флокула сохраняется.

В процессе исследований определялись массовая доля яелеза в песках ( ji , %), массовая доля желега в форме магнетита в сливе ( , %), эффективность обогащения (Е , %) в зависимости от диаметра песковой насадки idn , мм), производительности по питанию ( Q , л/мин), массовой "оли твердого в среде разделения ( Т , %), расстояния межда магнитами на входном патрубке (Z , мы) и глубины погружения сливного патрубка (Н , мм).

После обработки данных экспериментов по специальной программе " Siai^raphcL^ на ПЭВМ найдены в общей сложности 9 уравнений регрессии: ° .

- для I стадии

ft = 65А? - 8,65dn - 0,71Q *■ 1.03T-0.08L -h0,05H+Q51dZ+QOSQ2-0l02T2-0lOCO3H2 С ? -0,87 , F = 9,19) do)

iXr - 4.15-0,49d„ +0,28Q+q09T-0,31l - 0,06И + 0,0006lz + 0,0004и2

f? *0,96 , J (Ш

Е = Н2.73 -25.21Я„ -3,280^Ъ,59Т-0,4И -0,16НЧ,47£ +0,тг-0106Т:!- 0,0№И2 (?^0,88, Р=9,7) (12)

- для П стадии

- О,0012 С}*

(г=ом Р*36.6) (в)

%г= -.24,22+5,900/»-0,022а-0,35Т -0.28Ы,£ * 0003О2

(г = 0,85, /=-?£2) (14)

/ч

Е - 66,52 - 5В А1 с1п о, 55 С) -0,7Г

(г=0,8?, £~- 56", 2)" (15)

- для Ш стадии

I =г 62,34 V- 0,03 с1п +0,0д<3-0,т'2т ~ 0, ОГ5с1п - 3• -

/ , ч О- - "

!, : ^ о- = - - / . (16)

- . '') /,• г -ч ' , • ; ,-; ,

./■ : " О, О';/ „•(.• 'и, ! ^'

•■/- о,ооаа~

Сг р. >■; (17,

■С - Ц, 76 -0,054; -ОоЪП ... •/;.. -0,054сЦ-ГЮОб'С!-

л А. л

где J3 ^ ц<г ü £~ - оценки соответственно массовой доли железа

общего в песках, лселеза з форме магнетита в сливе и эффективности обогащения.

Длл оптимизации параметров по специальной программе на ЭВМ, например, для I стадии берем целевую функция

% = 4 15-9,49 dn +Q28Q +0,097-0.511. - ût о б г/ ¿? ûûâl2 * û,oûû*. у-- min ,

тогда оптимизационная модель имеет вид:

В 66:47-86~с!, -0,71 Q +10ST-0,081 + 005Н\ 0,5]d;: -OOSCr-0,02Tz-o,. OuüW

415-049^ 4-0,280 <-0097-0,5-/L 'O.OhH+ÜüOSi2-+0,0004 H2 -min С = 112.75-25,21^-5,20 O-z 597-041L - Q16H+ 1А79Л+0,19Q Z-0006T-Q000911Z?40.0 o^cL^ÏO 19,5

40 ^¿4<3ö 55" ^//¿250

Результаты расчетов по оптимизационной модели (19) показаны з табл.1.

Таблица I

Результаты оптимизации

M19)

Параметр а ! т L \h ! Л 1 ß л В ' Е I

Оптимум !7,0! 14,3 ! 21,8 40 ! 75 ! 40,8 1,5 40,5 !

При лабораторных условиях испытаны влияние установки дополнительного магнита на входном патрубке (рис.2) и при отсутствии магнита перед сливным патрубком (рис.3). Результаты испытаний

О, л/мин

Рис.2. Зависимости кассовой дол:: аолеза в форме магнетита в сливе ("К«г) от производительности (О) при условиях:

1 и 2 - без :г с применением дополнительного магнита на входное патрубке

<91*1. >%

Рис.3. Зависимости массовой доли железа в форме магнеткга в сливе (ВСч) от производительности с <Э) при условиях:

о

1 и 2 - без и с применением магнита перед сливным патрубком

показали, что установка дополнительного магнита на входном патрубке способствует снижению массовой доли железа в форме магнетита в сливе на.0,Ь-1,С$, а при отсутствии магнита перед сливным патрубком массовая доля железа в форме магнетита повышается на 5,0-6,0%.

Испытания магнитных гидроциклонов е полупромышленных условиях в трех стадиях обесшламллэашя магнзтитовых кварц»гоз СевГОКа по схеыо РОФ-1 на непрерывно действующей установке ( О. = 160-1б0кг/ч) на опытной фабрике* института "Изхшюбрчерие'г" показали, что магнитные гклроцйкпоку в качестве обесокшдошавдзгс аппарата, узтс-нозлсшше после. клэссь.глгзд/г.1, могут косьзигь :.:ассову;з дота железа и концентрате т 1,0-1,ел, извлечен;!'. 'келезй в кокленграт на 6,0-7,Ой и снизить ыаосовуа долз тселеза в хвостах на 2.03,0£ (рис.4).

На основании проведенных исследований разработаны эскизы реконструкции магнитных конусов на обогатительной фабрике Цида-шань з КНР в магнитные гидроциклоны. Ожидаемый экономический эффект от реконструкции составит 2 987 тыс.юаней.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является законченной научно-исследовательской работой, в которой дане ре:::сни'-' задачи, имеющей значение для обесаламливэния и сгущения тоикоизнельчекных магнетитовых и восстановленных до магнетита руд, заключающееся в установлении зависимостей, определяющих оптимальные технологические параметры магнитного гидроциклона.

Основные научные и практические результаты сводятся к следующему:

I. Определены взаимодействия козшу серроуг.гннгнк.т,: ъчетгщкят за счет остаточной нгаагначенноск: и движения материалов ^ магнитном гидроциклоне.

Исходная руда 5-0 мм

¥

1% •■

6 % ;

Классификация 1 ст. рпл^ 5 65,4% кл.-0,074 ммкоо!о;26,3

78Д6;42,0

Обесгигамливание 1 ст.

92 21- г-™

61.56:49.^ Магн- ^р^ИЯ п;12 86,29; - » Гц 92-п

52.28:56.2 Магн. сепарация, ' 82153;" -

21,84:12.7

\79;0,7

Классификация П ст.

9 28 • 11 4 3176; 2 Д "

Ф95,8% кл. -0,074 мм

Мягн. свпарчттия

3.24:10.4 0,95:0,5

49.47:58,9 81,85; -

0'1ес'"ламл'лвание П ст.

|46,52;61.8

' 80,75; - * 44,62;63,1 'Дагя. сепарация

9'Й3• - ф | 1.90Д7

'.95:1

1 Д0;1

1*2

,5

44.19:64,0

•;агн. сепаилия

1

О, "3:22,0 0,27; -

Класс лфккащш !П ст.

98,3% кл. I 44.47;63,82 ЧУА» -0,074 мм » 79,73; -

Обесаиамливание Ш сч

0,56:10,8 0Д8;1,6

42^46166^2 78,95; -

у'агн. сепарация

1.45:14.8 0,60:4,1

"0,17; -

.78,78; концентрат

59.82:13, 21,22:1,01

Селив ХЕСОГН

:::с.4. Схема обогащения "лагнетлтовых кварцитов СевГОКа по схг™е РОФ-1 с применением магнитных гидрсшнсгснов з трех стадиях обес-'лламливалля па. кетшернвнс деЗотв^эдей "стяловке С - 130*кг/ч

2. Обоснован и разработан мзтоц исследования модели магнитного гидроциклона.

3. Результаты лабораторных испытаний обработаны на ПЭВМ, полученные математические модели позволили оптимизировать технологические параметры магнитного гидроциклона.

4. Проведенные полупромышленные испытания магнитных гидро-едклонов в трех стадиях обесшламливания магнетитовых руд позволили определить возможность и целесообразность применения магнитных гидроциклонов для обесшламливания тонкоизмельченных сильномагнитных руд.

5. Работа магнитных лонусов китайского типа после их реконструкции по принципу магнитных гидроциклонов на обогатительной фабрике Иддашань з КНР позволит имет^ экономический эффект в размере 2 987 ООО юаней в год.

Основные положения диссертационной работы изложены в следующих публикациях:

1. Тан Юйхэ. Состояние и перспектива обогащения железных руд

в Китае. - Кривой Рог, IS93.- 7с. Рук.деп. в ГНТБ Украины,03.II.93, 2185 - Ук 93.

2. Юров П.П., Тан Юйхэ. 0 целесообразности реконструкции магнитных конусов для работы по принципу магнитных гидроциклонов. Кривой Рог, 1993.- 5с. Рук.деп. в ГНТБ Украины, 03.11.93,

» 2187 - Ук 93.

Автором проанализированы недостатки работы магнитных конусов китайского типа.

3. 'Срез П.П., Тан Зйхэ. О есз.мсглюоти применения магнитных гит.ооцикленов в схемах обогащения сильномагнитгкх руд. - Кривой For, 1993.- 6с. Рук.деп. в ГНТБ Украины, 03.11.93, }? 2188 - Ук 93.

Автором изучена возможность применения магнитных гидроциклонов на обогатительных фабриках КНР на основании работы их на обогатительных фабриках ЦГОКа и ЮГОКа.

4. Еров П.П., Тан Юйхэ. Теоретические основы обесшламливания тснкоизмельченных сильномагнитных руд и продуктов в магнитном гидроциклоне. - Кривой Рог, 1993.- 7с. Рук.деп. в ГНТБ Украины, 03.11.93, № 2186 - Ук 93.

Соискателем определены взаимодействия между ферромагнитными частицами за счет остаточной намагниченности.