На правах рукописи

СЕДИНКИНА НАТАЛЬЯ АНАТОЛЬЕВНА

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ

РУДОПОДГОТОВКИ МАГНЕТИТОВОЙ РУДЫ

ЗА СЧЕТ ПРИМЕНЕНИЯ СУХОЙ МАГНИТНОЙ СЕПАРАЦИИ

ВО ВЗВЕШЕННОМ СОСТОЯНИИ

Специальность 25.00.13 – Обогащение полезных ископаемых

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Магнитогорск - 2009

Работа выполнена в Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова».

Научный руководитель доктор технических наук, профессор Чижевский Владимир Брониславович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Петухов Василий Николаевич кандидат технических наук, доцент Пелевин Алексей Евгеньевич

Ведущая организация – ЗАО «Урал Омега» (г. Магнитогорск)

Защита состоится 21 апреля 2009 г. в 1400 на заседании диссертационного совета Д 212.111.02 при ГОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова» по адресу:

455000, Челябинская область, г. Магнитогорск, пр. Ленина, д. 38, ауд. Тел. – факс (3519) 29-84-26; 23-57-

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова».

Автореферат разослан «20» марта 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор С.Н. Корнилов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Необходимость снижения себестоимости и повышения технико-экономических показателей обогащения магнетитовой руды ставит задачи совершенствования технологии обогащения и, в частности, технологий рудоподготовки.

Возможность увеличения выпуска и снижения себестоимости железорудного концентрата в значительной мере зависит от эффективности подготовки руды к обогащению, так как затраты на рудоподготовку составляют до 40 % от общих затрат. На большинстве горно-обогатительных комбинатов, перерабатывающих магнетитовые руды, в процессе рудоподготовки используется сухая магнитная сепарация (СМС) мелкодробленых руд, как способ предконцентрации железных руд, позволяющий выделить значительное количество сухих хвостов и снизить затраты на последующую переработку. Используется СМС и на дробильно-обогатительной фабрике №5 (ДОФ – 5) ОАО «ММК», перерабатывающей магнетитовую руду месторождения Малый Куйбас. Дробленая руда после третьей стадии крупностью 50-15(10) мм подвергается СМС с выделением отвальных хвостов с массовой долей железа 10-11,5 %. Потери железа с хвостами СМС достигают 11-12 % за счет значительной крупности материала, поступающего на СМС, и недораскрытия в нем сростков. Руда крупностью 15(10)-0 мм не обогащается вследствие низкой эффективности сепарации на используемых барабанных сепараторах, а поступает на измельчение и мокрую магнитную сепарацию, что приводит к увеличению затрат на измельчение, обогащение и гидротранспорт хвостов мокрой магнитной сепарации (ММС). Низкая эффективность СМС мелкодробленой руды на барабанных сепараторах имеет место и на других фабриках. Поэтому совершенствование технологии рудоподготовки магнетитовой руды с целью снижения затрат и повышения выпуска железорудного концентрата является весьма актуальной задачей.

Целью диссертационной работы является установление закономерностей сухой магнитной сепарации мелкодробленой магнетитовой руды с учетом особенностей ее состава и свойств для совершенствования технологии рудоподготовки.

Идея работы заключается в использовании закономерностей поведения частиц при сухой магнитной сепарации во взвешенном состоянии и снижении крупности обогащаемой руды для интенсификации процесса рудоподготовки и повышения технико-экономических показателей обогащения.

Основными задачами

исследований являются:

- исследование состава, свойств и обогатимости мелкодробленой магнетитовой руды;

- изучение характеристик магнитного поля установки для сухой магнитной сепарации во взвешенном состоянии;

- изучение динамики перемещения частиц в магнитном поле при сепарации во взвешенном состоянии;

- установление закономерностей сухой магнитной сепарации во взвешенном состоянии мелкодробленой магнетитовой руды;

Объект и методы исследования Исследования проводились на пробах магнетитовой руды месторождения Малый Куйбас, а также на смесях магнетита и кварца в соотношении 1:1.

Для решения поставленных задач использованы: экспериментальные исследования на лабораторной установке для сухой магнитной сепарации во взвешенном состоянии; ситовый и химический методы анализа исходного сырья и продуктов обогащения; пондеромоторный метод определения магнитной восприимчивости и коэрцитивной силы; экспериментальные и аналитические исследования характеристик магнитного поля и сил, действующих в рабочей зоне сепаратора; промышленные испытания сепарации во взвешенном состоянии.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. Доминантным фактором при сухой магнитной сепарации во взвешенном состоянии является межполюсное расстояние.

2. Удельная магнитная сила (f м, м/с2), необходимая для извлечения магнитных частиц из потока руды при сепарации во взвешенном состоянии с учетом силы сцепления между ними, определяется по формуле где t – время подъема частиц до магнитной системы, с; l – длина рабочей зоны сепаратора, м;

– угол подъема магнитной системы, градус; fm – удельная сила тяжести, м/с2; А – безразмерный коэффициент, учитывающий форму поверхности в местах контакта частиц, наличие на этой поверхности конденсированной влаги и ряд других факторов; – поверхностное натяжение на границе раздела твердое - газ, эрг/м2; d – средний диаметр частиц, м; – плотность частиц, кг/м3.

3. Глубина обогащения тонкозернистого материала при сухой магнитной сепарации во взвешенном состоянии зависит от физических и физикохимических свойств частиц, определяется соотношением сил адгезии частиц и силы тяжести и, в случае сепарации магнетитовой руды, составляет 0,044 мм.

Научная новизна работы:

1. Теоретически и экспериментально установлено распределение магнитной силы в поле сепаратора и определены зоны притягивания и отрыва частиц крупностью 0,044 мм от магнитной системы при сепарации во взвешенном состоянии.

2. Разработана методика, позволяющая изучать динамику перемещения частиц в магнитном поле при сухой магнитной сепарации во взвешенном состоянии, и определять влияние скорости перемещения частиц на их поведение в магнитном поле.

3. Выведена формула для определения величины удельной магнитной силы, необходимой для извлечения магнитных частиц из слоя материала при сепарации во взвешенном состоянии, учитывающая кроме силы тяжести и магнитной силы, силы адгезии частиц.

4. Установлена глубина обогащения при СМС во взвешенном состоянии магнетитовой руды.

Практическое значение работы состоит в разработке высокоэффективной технологии рудоподготовки магнетитовой руды, позволяющей повысить технико-экономические показатели по сравнению с показателями обогащения, получаемыми на действующей обогатительной фабрике. Установленные закономерности сухой магнитной сепарации применимы для обогащения мелкозернистого железосодержащего сырья природного и техногенного происхождения.

Обоснованность и достоверность исследований подтверждается удовлетворительной сходимостью теоретических и экспериментальных исследований, а также положительными результатами промышленных испытаний на ГОП ОАО «ММК».

Реализация результатов работы.

Усовершенствованная технология рудоподготовки рекомендована для использования на ДОФ-5 ОАО «ММК» и предусматривает снижение крупности дробленого продукта, поступающего на СМС, с 50-15(10) до 30-7 мм и применение СМС во взвешенном состоянии для получения аглоруды из промпродукта крупностью 7-0 мм. Это позволит снизить затраты на дальнейшую переработку руды и повысить технико-экономические показатели обогащения. Сухая магнитная сепарация во взвешенном состоянии используется для обогащения сталеплавильных шлаков крупностью 10-0 мм на ГОП ОАО «ММК».

Результаты исследований используются в учебном процессе при изучении дисциплин «Магнитные, электрические и специальные методы обогащения», «Исследование процессов и технологии обогащения» и «Технология обогащения полезных ископаемых» при подготовке горных инженеров по специальности 130405 «Обогащение полезных ископаемых» в ГОУ ВПО «МГТУ им. Г.И. Носова».

Апробация работы.

Основные выводы и результаты работы докладывались и обсуждались на VI Конгрессе обогатителей стран СНГ (Москва, 2007 г.); на международной научно-технической конференции «Плаксинские чтения» (Апатиты, 2007 г.); на международных научно-практических конференциях «Научные основы и практика переработки руд и техногенного сырья» (Екатеринбург, 2006, 2008гг.), а также на ежегодных научно-технических конференциях МГТУ им. Г.И. Носова по итогам научно-исследовательских работ 2006-2008 годов.

По результатам работы опубликовано 8 статей, в том числе 2 в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК.

Структура и объем работы.

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка используемой литературы из 103 наименований и содержит 119 страниц машинописного текста, 22 таблицы и 34 рисунка.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Анализ практики обогащения магнетитовых руд Наиболее значимые работы по обогащению железных руд принадлежат Ю.И. Азбелю, А.А. Бельскому, И.С. Дацук, В.Г. Деркач, Г.В. Зайцеву, В.И Кармазину, В.В. Кармазину, А.П. Кваскову, П.А. Копычеву, В.В. Крутий, Л.А. Ломовцеву, Н.Ф. Мясникову, Н.Ф. Олофинскому, В.А. Петрову, Г.И. Пилинскому, И.Н. Плаксину, А.Я. Сочневу, Р.С. Улубабову и другим. Значительный вклад в развитие магнитного обогащения внесли и зарубежные исследователи К.В. Девис, Де-Ваней, Д.Х. Джонс, Р.С. Дин, П. Каванау, Э. Лаурилла, Д.Э. Лоувер, О.Е.

Паласвирта, М.О. Пирс, П.Г. Чилстэд и другие.

Основными направлениями научных исследований в области обогащения магнетитовых руд являются создание и применение нового оборудования, а также совершенствование существующих и разработка новых технологий обогащения магнетитовых руд. Используемые технологии предусматривают стадиальное обогащение с применением, как правило, усовершенствованного оборудования. Одним из направлений в области совершенствования процесса СМС мелкодробленых сильномагнитных руд является укрупнение обогатительного оборудования и совмещение в одном аппарате основных и перечистных операции. Для СМС сильномагнитных руд на обогатительных фабриках применяются барабанные и шкивные сепараторы. Для повышения эффективности их работы и избирательности разделения совершенствуются магнитная система сепаратора, подача исходного материала на барабан и увеличивается скорость вращения барабана. На ДОФ-5 ОАО «ММК» СМС осуществляется на барабанных сепараторах СБаМ при крупности исходного питания 50-15(10) мм. Продукт крупностью 15(10)-0 мм не обогащается СМС, а поступает на измельчение и мокрую магнитную сепарацию. Это обусловлено низкой эффективностью разделения за счет механического увлечения немагнитных частиц в магнитный продукт, а также вследствие магнитоадгезионного налипания мелких частиц на более крупные.

Указанные негативные явления ослабляются в сепараторах с нижней подачей.

Однако, и на них реализуется одноразовое притягивание частиц, что в свою очередь не обеспечивает полноту извлечения магнитных частиц и очистку их от механически увлеченных. Таким образом, для обогащения мелкодробленой магнетитовой руды необходим новый высокоэффективный способ сепарации. Сухая магнитная сепарация во взвешенном состоянии, реализуемая при перемещении материала в магнитном поле с резко изменяющейся и убывающей по ходу движения материала максимальной напряженностью магнитного поля, обеспечивает неоднократное вытягивание частиц из потока материала и отрыв их от магнитной системы. В результате этого происходит освобождение и выпадение механически увлеченных частиц, самоочистка сталкивающихся частиц от налипших мелких и повышение качества магнитного продукта в каждой последующей зоне сепарации.

магнетитовой руды месторождения Малый Куйбас Магнетитовая руда месторождения Малый Куйбас представлена, в основном, магнетитом, кварцем и ильменитом. На долю железосодержащих минералов приходится около 80 % объемного состава проб. Магнетит находится в сростках с пирротином, пиритом, халькопиритом и ильменитом, а также с мельчайшими включениями нерудных минералов (< 0,02 мм). Установлено, что размер зерен магнетита колеблется от 0,02 до 0,5 мм.

Магнитные свойства магнетитовой руды оценивались по величинам магнитной восприимчивости, коэрцитивной силы и удельной намагниченности. Определено, что максимальное значение удельной магнитной восприимчивости достигается при напряженности магнитного поля 8 кА/м и составляет 7,42 · 10- м3/кг. Максимальное значение удельной намагниченности составляет 201,6 Тл/м при напряженности поля 96 кА/м. Установлено, что при уменьшении крупности магнетита с 0,1 до 0,02 мм коэрцитивная сила возрастает с 5,5 до 9,0 кА/м.

Исследование закономерностей сухой магнитной сепарации Изучение основных параметров магнитного поля установки для сухой магнитной сепарации во взвешенном состоянии.

На характеристику поля многополюсной открытой магнитной системы оказывает влияние шаг полюсов S, межполюсное расстояние а и ширина полюса b (рис.1).

Рис.1 Схема расположения полюсов магнитной от поверхности полюсов, кА/м; Н0 – напрясистемы установки для сухой магнитной сепара- женность поля на поверхности полюсов (х = 0) ции во взвешенном состоянии кА/м; е – основание натуральных логарифмов;

При сухой магнитной сепарации во взвешенном состоянии мелкодробленой магнетитовой руды удельная магнитная сила, равная Fмагн = µ0НgradH, должна быть достаточной, чтобы обеспечить извлечение магнитных частиц руды с заданным значением удельной магнитной восприимчивости на расстоянии от полюсов х = h +.

С учетом принятых обозначений удельная магнитная сила притяжения, действующая на магнитные частицы на заданном расстоянии х от полюсов, составляет Fмагн = µ0сН0 е2сх. Возьмем частную производную что µ0 и Н0 постоянны, получим F магн = µ 0 H 0 e 2 cx (1 2 cx ). При этом коэфc фициент неоднородности равен c = Так как полюсные наконечники расположены в горизонтальной плоскости (рис.1), то c 1 =, м,а шаг полюсов магнитной системы составит Учитывая, что магнитная система установки для сухой магнитной сепарации во взвешенном состоянии может быть установлена под углом, шаг полюсов определяется по формуле Для исследования магнитной системы при сепарации во взвешенном состоянии тонкозернистого материала изучено распределение напряженности магнитного поля и gradH в рабочей зоне сепаратора и влияние расстояния от магнитной системы до слоя руды на напряженность магнитного поля и gradH. Полученные данные позволили рассчитать магнитную силу, необходимую для извлечения магнетита крупностью -0,044 мм, и представить в виде картины распределения магнитной силы в рабочей зоне сепаратора (рис. 2). Закрепление магнитной частицы на поверхности магнитной системы происходит при условии, когда магнитная сила, действующая на частицу, больше силы тяжести. Для сравнения величин этих сил и определения зон притягивания и отрыва частиц была рассчитана сила тяжести частицы магнетита, которая составила 2,2 · 10-9 кг·м/с2.

Из рис. 2 следует, что на поверхности магнитной системы сила тяжести магнетита крупностью 0,044 мм превышает магнитную силу на расстояниях 0, и 0,26 м от начала магнитной системы, следовательно, в этих точках произойдет отрыв магнитных частиц. При увеличении расстояния от полюса до конвейерной ленты до 0,005 м диапазон значений магнитной силы, превышающий силу тяжести, сужается и зона отрыва увеличивается: с 0,08 до 0,12 м для первого и второго магнита; с 0,24 до 0,28 м - для второго и третьего магнита. Аналогичное сужение зон притягивания и увеличение зон отрыва имеет место на расстоянии 0,01 м. При увеличении расстояния от полюса до конвейерной ленты до 0,02 м происходит дальнейшее сужение зон притягивания: с 0 до 0,04 м для первого магнита; с 0,16 до 0,2 м для второго магнита; с 0,32 до 0,36 м для третьего магнита. Таким образом, зоны притягивания и отрыва зависят от расстояния между полюсом и конвейерной ленты, напряженности магнитного поля и межполюсного расстояния магнитной системы установки для сухой магнитной сепарации во взвешенном состоянии. Установлено, что оптимальное расстояние от полюса до конвейерной ленты составляет 0,005 - 0,01 м.

Рис. 2 Распределение магнитной силы (Н/кг) в рабочей зоне сепаратора Таким образом, при сепарации во взвешенном состоянии определяющим фактором, обеспечивающим неоднократный отрыв и притягивание частиц к магнитной системе, является расстояние между полюсами, которое зависит от крупности руды, напряженности магнитного поля и расстояния от магнитной системы до слоя руды.

Значительное влияние на характеристику поля многополюсной системы оказывает отношение ширины полюса b к ширине межполюсного зазора а. Установлено, что при сепарации во взвешенном состоянии оптимальное отношение b = 1,25.

Изучение динамики перемещения частиц в магнитном поле при сепарации во взвешенном состоянии.

Для изучения динамики перемещения магнитных частиц в магнитном поле при сухой магнитной сепарации во взвешенном состоянии разработана методика, позволяющая определять скорость движения зерен обогащаемого материала в зависимости от их крупности и характеристик магнитного поля.

Исследования проводились на лабораторной установке для магнитной сепарации во взвешенном состоянии (рис.3). Изучались особенности перемещения магнитной частицы вдоль продольной оси.

Движение магнитной частицы в магнитном поле сепаратора включает три этапа: подъем магнитной частицы и притяжение ее к магнитной системе, транспортирование магнитной частицы и отрыв от магнитной системы.

Установлено, что подъем магнитной частицы перпендикулярно плоскости возможен тогда, когда магнитная сила больше силы тяжести. Для извлечения частицы в магнитный продукт необходимо, чтобы за время пребывания ее в магнитном поле, равном времени перемещения частицы со скоростью на расстояние l cos, частица успела притянуться к магнитной системе. Закрепления частицы на магнитной системе происходит, когда время подъема частицы к магнитной системе t1 меньше или, в крайнем случае, равно времени нахождения частицы t2 в магнитном поле при перемещении ее со скоростью на расстояние l cos.

Для определения траектории движения частиц в магнитном поле при СМС во взвешенном состоянии и установления оптимальных параметров сепаратора изучена динамика перемещения отдельных частиц. Переменным параметром являлась высота подъема магнитной системы и скорость перемещения материала (рис.4).

Рис.4 Влияние высоты подъема магнитной системы на расстояние, необходимое для перемещения частиц происходит на практически одинапри различной скорости, м/с:

1-0,18; 2-0,22; 3-0,28; 4-0,37; 5-0, 0,035 м вызывает увеличение расстояния, необходимого для притягивания частицы к магнитной системе. Это объясняется уменьшением времени пребывания частицы в активной зоне сепаратора. При высоте расположения магнитной системы 0,04 м закрепление частиц не происходит даже при малой скорости.

При увеличении скорости перемещения материала, расстояние перемещения частиц увеличивается, а вероятность закрепления снижается. При дальнейшем увеличении скорости перемещения материала наступает момент, когда закрепление частиц не происходит, эта скорость является критической.

При увеличении высоты расположения магнитной системы более 35 мм, притягивание магнитной частицы к магнитной системе не происходит, так как напряженность магнитного поля снижается и удельной магнитной силы недостаточно для ее подъема.

В результате изучения динамики перемещения частиц при сепарации во взвешенном состоянии установлено, что наличие зон неоднократного притягивания и отрыва частиц от магнитной системы определяется соотношением действующей величины удельной магнитной силы и силы, необходимой для извлечения частиц. Изменяющаяся разница величин этих сил в различных зонах магнитной системы вызывает подъем частиц с различным ускорением, их относительное перемещение и соударение, что обеспечивает очистку извлекаемых частиц от налипших мелких и выпадение из магнитного продукта механически увлеченных частиц.

Аналитическое исследование перемещения частиц в магнитном поле установки для сухой магнитной сепарации во взвешенном состоянии.

При перемещении частиц в магнитном поле установки для СМС во взвешенном состоянии кроме силы тяжести и удельной магнитной силы действует сила сцепления частиц fс, которая по В.И. Кармазину определяется по формуле При равномерно ускоренном подъеме тела с ускорением fм-g-fс на высоту h+l sin потребуется время t, тогда Преобразуя выражение (5), получим Аналитическое исследование перемещения частиц в магнитном поле установки для сухой магнитной сепарации во взвешенном состоянии показывает, что удельная магнитная сила, необходимая для извлечения магнитных частиц из слоя руды и закрепления, определяется по формуле Из формулы (7) следует, что удельная магнитная сила, необходимая для извлечения магнитных частиц из потока руды с учетом силы сцепления, зависит от времени подъема частиц, высоты слоя руды, плотности частиц, длины рабочей зоны сепарации, а также от поверхностного натяжения на границе раздела твердое-газ.

Исследование разделения тонкозернистых частиц при сухой магнитной сепарации во взвешенном состоянии.

Сухая магнитная сепарация тонкозернистых сильномагнитных материалов затруднена слипанием частиц и образованием магнитных прядей, которые в свою очередь определяют качество и извлечение магнитной фракции. Агрегирование частиц происходит под действием молекулярных, механических, магнитных и капиллярных сил. Анализ этих сил показал, что при адгезии частиц значительную роль играет сила сцепления между ними, которая обуславливается молекулярным притяжением этих частиц. При снижении крупности частиц сила тяжести уменьшается пропорционально d3, а коэрцитивная сила увеличивается.

Установлено, что при снижении крупности частиц с 0,2 до 0,02 мм, коэрцитивная сила возрастает с 5,0 до 9,0 кА/м, что будет приводить к увеличению сил адгезии и сцепления. Известно, что пограничный диаметр частиц, ниже которого сила сцепления превышает силу тяжести и эффективность СМС снижается, определяется по формуле d 6 A и для магнетита составляет 0,08-0,1 мм. Для устаg новления пограничного диаметра частиц при сепарации во взвешенном состоянии, при котором происходит неоднократный подъем и отрыв частиц, изучена эффективность разделения тонкозернистого материала - смеси магнетита и кварца крупностью 1-0,5; 0,5-0,25; 0,25-0,1; 0,1-0,044 и 0,044-0 мм.

Рис.5 Влияние крупности смеси магнетита и кварца при СМС во взвешенном состоянии на показатели обогащения при различной высоте подъема магнитной системы h, мм: 1-5; 2-10; 3-20; 4- Результаты разделения (рис. 5) показали, что при снижении крупности смеси магнетита и кварца с 1,0 до 0,25 мм извлечение железа в магнитный продукт практически не изменяется, а массовая доля железа увеличивается. При снижении крупности частиц до 0,044 мм извлечение железа в магнитный продукт и массовая доля железа снижается, что обусловлено, вероятно, агрегированием частиц, так как с уменьшением крупности частиц коэрцитивная сила увеличивается, а сила тяжести уменьшается. Так, при уменьшении крупности магнетитовой фракции с 0,1 до 0,044 мм, коэрцитивная сила увеличивается с 5, кА/м до 7,15 кА/м. Приведенные данные показывают, что смесь кварца и магнетита крупностью 0,1-0,044 мм разделяется достаточно эффективно. При оптимальной высоте подъема магнитной системы 0,01 м извлечение железа в магнитный продукт составило 69,4 % при массовой доле железа 70,95%. Это объясняется достаточно высокой удельной магнитной восприимчивостью зерен данного класса крупности и, благодаря неоднократному притягиванию и отрыву частиц от магнитной системы, качество остается высоким. Разделение смеси крупностью 0,044-0 мм протекает крайне не эффективно. Извлечение железа в магнитный продукт составляет от 45,8 до 49,6 % при массовой доле железа от 69,35 до 69,49 %. Низкое извлечение железа объясняется более низкой удельной магнитной восприимчивостью тонких частиц, а снижение массовой доли железа происходит вследствие образования более прочных неизбирательных флокул и меньшей вероятностью отрыва. Таким образом, при сепарации во взвешенном состоянии глубина обогащения составляет 0,044 мм.

Разработка и промышленные испытания технологии обогащения Значительные потери железа на ДОФ – 5 ОАО «ММК», достигающие 11связаны с хвостами СМС. Это объясняется широким диапазоном крупности руды и ее значительной крупностью. Крупность руды, поступающей на СМС, составляет 50-15(10) мм.

Допустимая разница между верхним d1 и нижним d2 пределами крупности обогащаемой руды d определяется по формуле, предложенной А.П. Квасковым где K' = '/''; ' и ''– удельная магнитная восприимчивость магнетита и вмещающей породы соответственно; S – шаг полюсов, мм.

Определено, что допустимая разница d для эффективного обогащения должна составлять 24 мм. Для руды крупностью 50-15(10) мм, поступающей на СМС на ДОФ -5 ОАО «ММК», эта разница составляет 35(40) мм. Это значительно снижает избирательность разделения и является одной из причин низких показателей сухой магнитной сепарации. Таким образом, эффективная сепарация возможна при меньшем диапазоне крупности обогащаемой руды.

Для интенсификации процесса СМС были проведены исследования по влиянию уменьшения диапазона крупности на показатели обогащения.

Результаты СМС магнетитовой руды различной крупности, представленные в табл.1, показывают, что минимальные потери железа с хвостами получены при крупности руды 30-7 мм и составили 9,36 % при массовой доле железа 9,46 %. При этой крупности d составляет 23 мм.

С учетом установленной высокой эффективности сепарации во взвешенном состоянии мелкого материала изучена возможность применения ее для магнетитовой руды ДОФ – 5 ОАО «ММК» крупностью 7-0 мм, что позволило бы уменьшить количество материала, поступающего на измельчение и ММС, а также снизить затраты на транспортировку и складирование хвостов ММС.

Результаты СМС магнетитовой руды различной крупности Примечание: Массовая доля железа в исходной руде составляет 34,5 % Эффективность сухой магнитной сепарации во взвешенном состоянии зависит от напряженности магнитного поля, скорости перемещения материала, высоты подъема и угла подъема магнитной системы.

Результаты исследования влияния напряженности магнитного поля на показатели обогащения представлены на рис. 6.

Установлено, что при повышении напряженности магнитного поля, извлечение железа в аглоруду в случае всех трех проб увеличивается при снижении массовой доли железа.

Результаты исследования влияния угла подъема магнитной системы на показатели обогащения представлены на рис. 7. Установлено, что с увеличением угла подъема магнитной системы от 0 до 15 извлечение железа в аглоруду снижается, а массовая доля железа повышается. Так, при увеличении угла наклона с 3 до 10 извлечение железа снизилось для пробы №1 с 70,42 до 69,5 %, для проб №2 и 3 с 62,46 до 58,27 % и с 63,24 до 61,71 % соответственно.

на показатели обогащения проб руды: 1-№1, 2-№2 и 3-№ Данные, представленные на рис.7, показывают, что с увеличением угла подъема магнитной системы от 0 до 15, извлечение железа в аглоруду снижается, а массовая доля железа повышается.

Результаты исследования (рис.8) влияния высоты подъема магнитной системы на показатели сепарации руды крупностью 7-0 мм показали, что при ее увеличении с 20 до 60 мм извлечение железа в аглоруду снижается, а массовая доля железа в ней повышается в случае всех трех проб руды, так как при этом напряженность магнитного поля снижается. Извлечение железа в аглоруду уменьшается в случае пробы № 1 с 71,4 до 65,4 %, для пробы № 2 с 59,8 до 56, % и для пробы № 3 с 62,84 до 58,41 %.

Рис.8 Влияние высоты подъема магнитной системы на показатели обогащения проб руды: 1-№1, 2-№2 и 3-№ Таким образом, оптимальные, выше рассмотренные, конструктивные параметры принимаются исходя из требуемых показателей обогащения.

Для изучения эффективности сухой магнитной сепарации во взвешенном состоянии для обогащения мелкодробленой руды ДОФ – 5 ОАО «ММК» с целью получения аглоруды были проведены промышленные испытания на ГОП ОАО «ММК». Результаты представлены в табл. 2.

Наименование Выход, Исходный продукт Результаты промышленных испытаний показали, что применение сухой магнитной сепарации во взвешенном состоянии позволят получать аглоруду с массовой долей железа 52,60 – 53,8 % при извлечении железа 48,50-75,60 %.

Снижение крупности магнетитовой руды, поступающей на СМС, с 50до 30-7 мм и использование сухой магнитной сепарации во взвешенном состоянии руды крупностью 7–0 мм позволят снизить количество материала, поступающего на измельчение и ММС, с 73,32 до 45,98 %. Это позволит повысить тонину помола с 61 до 70 % класса крупности -0,071 мм и суммарное извлечение железа с 79,40 до 86,72 % (рис.9). За счет снижения крупности магнетитовой руды, поступающей на СМС, с 50-15(10) до 30-7 мм потери железа с хвостами снизились на 1,75 %.

50-15(10) мм Рис.9 Действующая (а) и рекомендованная (б) схемы рудоподготовки При использовании усовершенствованной схемы рудоподготовки в условиях ДОФ - 5 ОАО «ММК» экономический эффект составит 130,53 млн. руб. в год.

В диссертационной работе дано решение актуальной научной и практической задачи совершенствования технологии рудоподготовки магнетитовой руды.

Основные выводы заключаются в следующем:

1. С использованием комплекса физических, химических и физикохимических методов исследований изучен состав и свойства магнетитовой руды месторождения Малый Куйбас. Установлено, что размер зерен магнетита колеблется от 0,02 до 0,5 мм. Магнетитовая руда месторождения Малый Куйбас относится к легкообогатимой. Удельная магнитная восприимчивость магнетитовой руды месторождения Малый Куйбас составляет 2,5 · 10-4 м3/кг. Установлено, что удельная намагниченность магнетитовой фракции увеличивается с повышением напряженности магнитного поля. Максимальное значение удельной намагниченности получено при напряженности 96 кА/м и составляет 201,60 Тл/м. С уменьшением крупности магнетитовой руды с 0,4 до 0,02 мм коэрцитивная сила увеличивается с 4,5 до 9,0 кА/м.

2. Определено, что напряженность магнитного поля на поверхности магнитной системы установки для сухой магнитной сепарации во взвешенном состоянии, благодаря чередующейся полярности, изменяется по оси х и характеризуется зависимостью, близкой к синусоидальной. Максимальная напряженность магнитного поля достигается на расстоянии 0,02; 0,18 и 0,34 м от начала магнитной системы и составляет 198 кА/м.

3. Установлено распределение напряженности магнитного поля и gradH в рабочей зоне сепаратора и рассчитана магнитная сила, необходимая для извлечения магнетита крупностью 0,044 мм при сухой магнитной сепарации во взвешенном состоянии. В результате получена картина распределения магнитной силы в рабочей зоне сепаратора и с учетом силы тяжести определены зоны притягивания и отрыва частиц от магнитной системы.

4. В результате аналитического исследования установлено, что межполюсное расстояние магнитной системы для сухой магнитной сепарации во взвешенном состоянии, которое обеспечивает неоднократное притягивание и отрыв частиц от магнитной системы, зависит от напряженности магнитного поля, высоты слоя руды и расстояния от полюсов магнитной системы до слоя руды.

5. Установлено, что при сепарации во взвешенном состоянии неоднократное притягивание и отрыв частиц от магнитной системы определяется соотношением величины действующей удельной магнитной силы и силы, необходимой для извлечения частиц из слоя руды. Разница величин этих сил в различных зонах магнитной системы вызывает подъем частиц с различным ускорением, их относительное перемещение и соударение, что обеспечивает очистку извлекаемых частиц от налипших мелких и выпадение из магнитного продукта механически увлеченных частиц.

6. Предложена формула для определения удельной магнитной силы, необходимой для извлечения магнитных частиц из слоя руды, учитывающая не только силу тяжести и магнитные силы, но и силы сцепления между частицами.

7. Глубина обогащения тонкозернистого материала при сухой магнитной сепарации во взвешенном состоянии зависит от физических и физикохимических свойств частиц, определяется соотношением сил адгезии частиц и силы тяжести и в случае сепарации магнетитовых руд составляет 0,044 мм.

8. Изучено влияние конструктивных параметров установки на показатели сухой магнитной сепарации мелкодробленой магнетитовой руды. Установлено, что при сепарации магнетитовой руды крупностью 7-0 мм, оптимальный угол подъема магнитной системы составляет 10, высота подъема магнитной системы - 40 мм, скорость перемещения материала - 0,28 м/с и напряженность магнитного поля - 105 кА/м.

9. Усовершенствована технология рудоподготовки магнетитовой руды, предусматривающая снижение крупности руды, поступающей на СМС, с 50мм до 30-7 мм и использование сухой магнитной сепарации во взвешенном состоянии промпродукта крупностью 7-0 мм. Это позволит снизить количество материала, поступающего на измельчение и ММС, повысить тонину помола с 61 до 70 % класса крупности -0,071 мм и повысить извлечение железа в магнитные продукты с 79,40 до 86,72 %.

10. При использовании усовершенствованной схемы рудоподготовки в условиях ДОФ - 5 ОАО «ММК» экономический эффект составит 130,53 млн. руб. в год.

Основные положения диссертации опубликованы В изданиях, аннотированных ВАК:

1. Сединкина, Н.А. Особенности сухой магнитной сепарации мелких продуктов во взвешенном состоянии / В.Б. Чижевский, Н.А. Сединкина // Обогащение руд. – 2007. - №1. – С. 25-28.

2. Сединкина, Н.А. Влияние различных параметров на сепарацию промпродукта ДОФ – 5 ОАО «ММК» / Н.А. Сединкина // Вестник МГТУ им. Г.И.

Носова. – Магнитогорск, 2007. - №3. – С. 22-25.

В прочих изданиях:

3. Сединкина, Н.А. Эффективность сухой магнитной сепарации мелкозернистого материала во взвешенном состоянии / Н.А. Сединкина // Современные методы комплексной переработки руд и нетрадиционного минерального сырья «Плаксинские чтения». Материалы Междунар. совещания. – Апатиты, 2007. – Ч 2. - С. 474-476.

4. Сединкина, Н.А. Влияние крупности магнетитовой руды на показатели сухой магнитной сепарации / В.Б. Чижевский, О.Е. Горлова, И.А. Гришин, Н.А.

Сединкина // Научные основы и практика переработки руд и техногенного сырья: Материалы Междунар. науч. – практ. конф. - Екатеринбург, 2006. – С. 299– 300.

5. Сединкина, Н.А. Влияние конструктивных параметров установки на показатели сепарации мелкодробленых продуктов во взвешенном состоянии / В.Б. Чижевский, О.Е. Горлова, Н.А. Сединкина // Научные основы и практика переработки руд и техногенного сырья: Материалы Междунар. науч. – практ.

конф. - Екатеринбург, 2006. – С. 266-267.

6. Сединкина, Н.А. Сухая магнитная сепарация мелкозернистых материалов во взвешенном состоянии / Н.А. Сединкина // Материалы VI Конгресса обогатителей стран СНГ. – М.: Альтекс, 2007. – Т.II. – С. 67-68.

7. Сединкина, Н.А. Изучение основных параметров магнитного поля установки для магнитной сепарации во взвешенном состоянии / В.Б. Чижевский, Н.А. Сединкина, О.П. Шавакулева // Научные основы и практика переработки руд и техногенного сырья: Материалы Междунар. науч. – практ. конф. - Екатеринбург, 2008. – С. 63-66.

8. Сединкина Н.А. Исследование динамики перемещения частиц при сухой магнитной сепарации во взвешенном состоянии / Н.А. Сединкина, Т.А. Ермолаева, О.С. Калугина, Э.Р. Муллина // Материалы 66-й науч. –техн. конф. по итогам науч. исслед. работ за 2007-2008 годы. - Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2008. - С. 212-214.