13.01.2021

Совершенствование техники и технологии обогатительных работ


Одной из важнейших проблем современной горной промышленности является интенсификация обогащения добываемых руд, качество которых во всех странах неизменно ухудшается вследствие вовлечения в использование сложных, труднообогатимых и бедных руд, а также руд, ранее полностью или частично относимых к забалансовым. Увеличение объемов обогащения в. значительной мере обусловлено возрастающим разубоживанием руд, что в свою очередь вызвано применением высокопроизводительной, полностью механизированной и автоматизированной их добычи, а также повышением требований потребителей к качеству товарной продукции горно-обогатительных предприятий.

В последние годы существенные изменения в процессах обогащения и увеличение объемов работ такого рода происходят в связи с мероприятиями по охране от загрязнения окружающей среды, по сокращению потерь, рациональному и более полному комплексному использованию минерального сырья.

Систематически возрастает в мире добыча руд с низким содержанием железа, главным образом за счет увеличения в ее общем объеме доли железистых кварцитов, которые в недалеком прошлом не учитывались даже в качестве забалансовых руд.

В Советской Союзе вовлечение в промышленную эксплуатацию бедных руд позволило более рационально разместить производительные силы, вовлечь в отработку месторождения железистых кварцитов с низким содержанием металла, ко с запасами более 1,5-3,0 млрд. т. В общей добыче железных руд доля железистых кварцитов (среднее содержание железа 34,4%) и титаномагнетитов (16,6%) увеличилась с 22,2% в 1960 г. до 51,8% в 1970 г. и 56,2% в 1975 г. и среднее содержание железа в добытых рудах всех типов соответственно снизилось за эти годы с 44,5 до 37,4 и 36,3%.

Несмотря на постоянное снижение содержания железа в добываемой руде, качество товарной руды неуклонно повышается при соответствующем сокращении расхода кокса и флюсов и снижении общих издержек производства металлургических предприятий. Доля руды, поступающей на обогащение, увеличилась с 55,1% в 1960 г. до 79,3% в 1970 г. и 81,4% в 1975 г. и, вероятно, в 1980 г. достигнет 84%, а доля концентратов в товарной железной руде составит 75,5%.

В США удельный вес добытой железной руды, подвергнутой обогащению, возрос с 76% в 1960 г. до 89% в 1965 г. и до 97% в 1974 г. Почти полностью также проходят обогащение добытые руды в Канаде. Предполагается, что к 1985 г. почти вся железная руда, потребляемая в промышленно развитых странах, будет подвергаться обогащению.

Неизменно возрастают требования к качеству товарной железной руды. В капиталистических странах в сороковых годах руда с содержанием 47—49% считалась кондиционной, теперь же металлургические заводы покупают руду с содержанием железа не менее 52—53%. В США среднее содержание железа в товарной руде возросло с 51% в 1955 г. до 61,9% в 1970 г. В Канаде среднее содержание железа в товарной руде достигло 64,2%. Среднее содержание железа в товарной руде бывш. Советского Союза увеличилось с 54,3% в 1960 г. до 58,8% в 1970 г. и 59,3% в 1975 г. (соответственно в концентратах — с 55,1 до 61,8 и 62,5%), а расход сырой руды на производство товарной руды за эти годы возрос с 1,36 т до 1,82 т и 1,84 т.

Технический прогресс в обогащении железных руд связан с широким внедрением мокрого и сухого самоизмельчения, а также рудногалечного измельчения, с применением для окисленных и полуокисленных руд комбинированных магнитно-гравитационно-флотационных схем обогащения с использованием винтовых сепараторов, полиградиентных сепараторов с интенсивным магнитным полем и обратной флотацией, с использованием в схемах обогащения газоструйного обжиг-магнитного способа в реакторах кипящего слоя, магнито-гидродинамической сепарации, а также с применением магнитно-флотационных схем для железных руд, содержащих ценные металлы, с целью их комплексного использования.

Важное значение для получения сверхбогатых концентратов с содержанием железа более 70% имеет освоение рациональных способов сочетания флотации и гравитации (гидроциклирование) обычных концентратов. За рубежом все более широко распространяется флотационное обогащение окисленных, а также комплексных железных руд. Флотацию применяют в комбинированных схемах обогащения смешанных железных руд для доизвлечения слабомагнитных железных минералов, для доводки магнетитовых концентратов методом обратной флотации с целью удаления кремнезема, для извлечения сопутствующих минералов цветных металлов при комплексном использовании железных руд. В бывш. Советском Союзе прямой флотацией осуществляется извлечение железа из хвостов магнитной сепарации.

Большое народнохозяйственное значение имеет проблема обогащения окисленных железистых кварцитов, количество которых только в отвалах горно-обогатительных комбинатов Кривого Рога и KМA превышает 150 млн. т, а балансовые их запасы составляют 2200 млн. т. Обычно окисленные железистые кварциты характеризуются более благоприятными горнотехническими условиями разработки по сравнению с магнетитовыми разностями, так как залегают непосредственно под породами вскрыши; поэтому несмотря на более высокую стоимость их обогащения в целом приведенные затраты на 1 т товарной продукции будут ниже, чем на продукцию, получаемую из магнетитовых кварцитов. Разработке рациональной технологии обогащения окисленных кварцитов большое внимание уделяется и за рубежом. В США разработан новый метод обогащения гематитовых кварцитов с применением селективной коагуляции и диспергирования кремнезема.

В последние годы все большее внимание уделяется окатышам, использование которых позволяет значительно увеличить производительность доменных печей. Высокие розничные цены на высококачественные концентраты и окатыши стимулируют рост их производства даже за счет переработки богатых руд. В капиталистических и развивающихся странах производство окатышей увеличилось с 45,1 млн. т в 1965 г. до 114,7 в 1970 г. и 152,5 млн. т в 1975 г. Содержание железа в окатышах находится в пределах 60—67%, В ФРГ разрабатывается способ по выпуску окатышей, основанный на сжигании угля, нефти или газа на подвижной колосниковой решетке. Получаемые при этом окатыши характеризуются постоянством размера и механической устойчивостью, что снижает расход газа при доменном процессе их переработки.

В последнее время большое внимание уделяется вопросу металлизации железорудного сырья, в первую очередь окатышей, использование которых намного повышает производительность электро- и доменных печей. Содержание железа в металлизированных окатышах достигает 86—95% и они могут применяться для выплавки специальных сортов стали в электропечах.

В бывш. Советском Союзе выпуск окатышей увеличился с 0,3 млн. т в 1965 г. до 27,2 млн. т в 1975 г. В 1976 г. завершено строительство первой очереди уникальной фабрики окомкования Михайловского горно-обогатительного комбината. Годовая мощность первой очереди составляет 3,1 млн. т высококачественных окатышей. На сооружаемый Оскольский электрометаллургический завод будут поступать по 20-километровому трубопроводу с Лебединского горно-обогатительного комбината окатыши, содержащие 70% железа. На заводе из пульпы будет отведена вода, окатыши подвергнутся обжигу природным газом, и содержание железа в них превысит 90%.

Почти вся добываемая в бывш. Советском Союзе марганцевая руда подвергается обогащению. В 1976 г, при общей добыче сырой руды 19,8 млн. т производство товарной руды составило

8,6 млн. т.

Главной задачей развития обогащения руд является повышение качества концентратов и максимальное извлечение марганца. Осуществляется перевооружение действующих фабрик с целью внедрения более передовой технологии гравитационно-магнитно-флотациониых схем обогащения и оснащения более прогрессивным высокопроизводительным оборудованием.

Ведутся исследования по химическому и гидрометаллургическому обогащению руд, а также по использованию микробиологических процессов для выщелачивания марганца из бедных окисленных карбонатных руд. Совершенствуется технология глубокого обогащения никопольских марганцевых руд, результаты которых должны обеспечить лучшее извлечение марганца в концентраты, снижение содержания в них фосфора (до удельного показателя 0,0042%) и позволить не только выплавлять стандартные марки ферромарганца, но и резко снизить расход сырых руд на 1 т ферросплава.

Подавляющая часть хромитовых руд, добываемых в капиталистических и развивающихся странах, до недавнего времени не подвергалась обогащению. По содержанию Сr2О3 руды подразделяются на низкосортные (30—40%), среднесортные (41 — 47%), высокосортные (48% и выше). В последние годы в связи с недостатком на мировом рынке высокосортной хромитовой руды ведутся поиски экономичных способов переработки и использования бедных руд. Особенно этот вопрос актуален для ЮАР, обладающей огромными запасами среднесортных химических руд; при участии иностранных фирм там разработана новая технология подготовки хромитовых руд к плавке, ведутся работы по производству окатышей и брикетов из мелочи трансваальских руд, предполагается к 1978—1979 гг. закончить строительство двух фабрик окатышей суммарной мощностью 500 тыс. т продукции в год.

Все руды цветных, благородных и редких металлов подвергаются разнообразным процессам обогащения, которые в основном и определяют общее извлечение металлов из исходного рудного сырья и качество концентратов, направляемых на металлургический передел.

В цветной металлургии бывш. Советского Союза на долю обогащения приходится до 25% общих основных фондов. По объему обогащения страна занимает одно из ведущих мест в мире.

В последние годы достигнуты крупные успехи в обогащении руд благодаря внедрению технологических схем, основанных на использовании эффективного оборудования для самоизмельчения, новых машин для флотации и гравитации, новых флотационных реагентов и комплексной автоматизации, базирующейся на электронно-вычислительной технике. Широко применяются многостадийные коллективно-селективные схемы флотации, сохраняющие ведущее место в технологии обогащения руд цветных металлов. Расширяются области применения флотации, осуществляется дофлотация металлов из хвостов, осваиваются более экономичные и эффективные флотационные реагенты, внедряются более совершенные реагентные режимы и способы интенсификации процессов. Прогрессивный метод скоростной флотации позволил достигнуть на ряде фабрик высокой технико-экономической эффективности.

Разработка способов флотационного обогащения ряда окисленных минералов свинца, меди, молибдена, вольфрама и других цветных и редких металлов позволила вовлечь в хозяйственный оборот многие сложные комплексные руды, ранее относившиеся к непромышленным.

Большой экономический эффект получен благодаря внедрению способа обогащения руд в тяжелых суспензиях, который позволяет на стадии среднего дробления сбросить в отвал от

30 до 60% пустой породы, намного увеличивает производительность обогатительных фабрик и снижает себестоимость переработки руд. Этот способ дает возможность применять высокоэффективные системы разработки и вовлечь в добычу и переработку забалансовые руды, а также рудничные отвалы. Эксплуатационные затраты на обогащение в тяжелых суспензиях в 3—5 раз меньше затрат на измельчение до флотационной крупности и во столько же раз меньше затрат на флотацию одинакового количества руды. Вследствие этого капитальные затраты на сооружение установок для обогащения руд в тяжелых суспензиях во многих случаях окупались в течение 1—1,5 лет.

Весьма эффективным представляется сочетание процессов самоизмельчения и обогащения в тяжелых суспензиях, позволяющее удалить куски пустой породы из процессов измельчения. Объем переработки руд с применением тяжелых сред, пенной и люминесцентной сепарации увеличился за 1971—1975 гг. в 2,3 раза, а использование более эффективных реагентов и коллективно-селективных схем флотации в 1,3 раза.

Успешно внедряется рациональное сочетание механических обогатительных процессов с химическими и особенно гидрометаллургическими и сорбционными.

Важное значение приобрела проблема селективности в технологических процессах обогащения. С ней связаны не только значительное повышение степени комплексности и успехи в извлечении попутных полезных компонентов, но и улучшение качества концентратов основных компонентов. В частности, это относится к извлечению фосфора из железных, вольфрамовых, редкометальных, оловянных, марганцевых и других руд и продуктов их обогащения.

Рациональным методом повышения качества продуктов является гидрометаллургическая доводка концентратов обогащения, в том числе химическое и бактериальное выщелачивание, ионный обмен, экстракция, ионная флотация и др.

Большое значение при переработке труднообогащаемых руд приобретают микробиологические процессы. С их помощью вскрывают тонковкрапленное золото в арсенопиритных концентратах, и в результате количество извлекаемого металла возрастает во много раз. Доказано, что концентраты золота или олова, содержащие мышьяк, можно очистить с помощью бактерии с одновременным получением мышьяка.

Совершенствуется технология и аппаратура измельчения руд — самой энергоемкой и дорогой технологической операции в цикле обогащения. Стоимость сооружений дробилыго-измельчительных комплексов составляет примерно 50—60% от общих капиталовложений на строительство фабрик. На многих обогатительных фабриках внедрено рудное и рудногалечное самоизмельчение руд, что позволило улучшить технологические показатели за счет более избирательного обогащения, снизить привнос железа и обеспечить достаточное раскрытие рудных зерен при более крупном измельчении, чем в шаровых мельницах.

Вопросам дальнейшего совершенствования техники измельчения руд для их последующего обогащения много уделяется внимания в зарубежных странах. В Японии широко используются установки дробилок в подземных выработках, применение конусных дробилок с гидравлическим регулированием разгрузочной щели в циклах вторичного и третичного дробления.

Осуществлены мероприятия по предотвращению закупорки отверстий сит, по повышению эффективности грохочения путем применения электрообогрева ситовых полотен и другие специальные методы. Начато внедрение резиновых ситовых полотен, изготовленных шведскими фирмами. На многих обогатительных фабриках применяется метод классификации только в гидроциклонах, включающий замкнутый цикл измельчения с гидроциклонами как в первичном, так и во вторичном циклах измельчения.

В России повышение технического уровня обогатительных фабрик осуществлялось путем их реконструкции, оснащения более производительным оборудованием — крупными мельницами для самоизмельчеиия руд, более эффективными флотационными и гравитационными установками (пневмомеханическими флотомашинами, конусными сепараторами, многоярусными концентрационными столами, винтовыми шлюзами). Достигнутые успехи в обогащении руд цветных металлов и, как следствие, в повышении качества концентратов, поступающих для металлургического передела, позволило значительно увеличить выпуск металлов, не увеличивая мощности предприятий, и повысить степень их извлечения из добытого минерального сырья. Так, извлечение цинка из всего объема переработанных на обогатительных фабриках медно-цинковых руд возросло с 46,7% в 1970 г. до 60% в 1975 г.; выпуск цинка в цинковых концентратах увеличился в 1975 г. в сравнении с 1970 г. более чем в 1,7 раза.

Предусматривается, что в 1980 г. переработка руд по комбинированным и стадиальным схемам обогащения достигнет 80— 85%, а с применением сорбционных процессов возрастет в 4—5 раз. Увеличится использование обогащения руд в тяжелых суспензиях, процессов самоизмельчения, методов пенной и люминесцентной сепарации, гравитационных и радиометрических методов обогащения, новых эффективных флотационных реагентов, расширится внедрение новых высокопроизводительных и эффективных машин и аппаратов: высокоэффективных инерционных дробилок, размольных мельниц с объемом до 130 м3, флотационных машин с объемом камер 120 м3 и других видов оборудования.

Большое значение в последнее время придается обогащению угля и повышению его качества, тем более что с ростом механизации очистных работ значительно увеличилось его разубоживание и возрос удельный вес в добытом угле вмещающих пород. Снижение зольности сокращает загрузку железнодорожного транспорта, увеличивает теплоту сгорания угля, повышает коэффициент полезного действия котельных установок, снижает расходы топлива и затраты на ремонт и эксплуатацию котельных установок и т. п.

В основных угледобывающих странах вводятся в строй новые обогатительные фабрики, интенсивно модернизируется оборудование на действующих фабриках и совершенствуются процессы обогащения. В связи с принятием усиленных мер по охране от загрязнения воздушной среды ведутся интенсивные исследования по разработке эффективной технологии десульфуризации углей.

Объемы работ по обогащению углей в Советском Союзе неустанно возрастают, но все еще значительная часть общесоюзной добычи направляется потребителям без предварительной переработки. Так, удельный вес углей, подвергшихся переработке, в 1975 г. составил только 56,0%, в том числе на обогатительных фабриках 48,2%, на установках механизированной породовыборки 7,6%, на брикетных фабриках 1,8%, кроме того, рассортировано на шахтных сортировках 14,8%. Почти полностью (97,5%) подвергаются переработке на обогатительных фабриках угли для коксования.

Обогащение угля может производиться не только на обогатительных фабриках, но также на относительно недорогих упрощенных обогатительных установках с сезонным или круглогодичным режимом работы. Строительство таких установок может быть осуществлено в относительно короткие сроки и со значительно меньшими затратами по сравнению со строительством крупных обогатительных фабрик.

Для повышения эффективности использования бурых и других неспекающихся углей создана опытно-промышленная установка, на которой производится термоконтактное их коксование. При этом образуются полукокс, горючий газ, смолы, водяной пар. Полукокс может быть использован при агломерации руд черных и цветных металлов, для частичной металлизации железорудных окатышей перед плавкой, в качестве сырья для производства дешевых адсорбентов — поглотителей разного рода веществ, загрязняющих атмосферу и воды.





Яндекс.Метрика