Обогащение

Подготовленная руда или в сухом виде или в виде взвеси рудных частиц в воде (пульпы) поступает в собственно обогатительный цикл. Около 70 % железной руды в мире и 90% отечественной железной руды обогащается магнитным способом.

Магнитные методы обогащения основаны на различиях магнитных свойств рудных минералов и минералов пустой породы. На минеральное зерно, внесенное в неоднородное магнитное поле, будет действовать магнитная сила F_магн, определяемая по формуле:

F_магн = χ∙m∙Н∙ grad Н, (4.5‑4)

где χ - удельная магнитная восприимчивость минерала; m – масса зерна, Н – напряженность магнитного поля. Произведение Н∙gradН называется магнитной силой поля F_п. Чем выше удельная магнитная восприимчивость, тем при прочих равных условиях с большей силой магнитное поле воздействует на минеральное зерно. Минеральные зерна, для которых магнитная сила больше суммы противодействующих механических сил (тяжести, инерции, центробежная, сопротивление среды и т. д.), будут притягиваться к полюсам магнитной системы сепаратора и извлекаться в магнитный продукт. Минеральные зерна с низкой магнитной восприимчивостью практически не меняют намагниченности, не взаимодействуют с внешним магнитным полем и движутся в магнитном поле по траектории, зависящей от воздействия только механических сил. Эти минеральные зерна выделяются в немагнитный продукт.

Разделение минеральных зерен в магнитном поле сепаратора возможно при условии, если соблюдается следующее неравенство:

F_1магн > f_мех > F_2магн (4.5‑5)

где F_1магн и F_2магн — удельные магнитные силы, действующие соответственно на рудные и нерудные зерна;

f_мех — равнодействующая всех механических сил (в том числе силы тяжести), отнесенных к единице массы зерна и направленных противоположно действию удельных магнитных сил.

Наибольшей удельной магнитной восприимчивостью среди минералов железных руд обладают магнетит и титаномагнетиты.

Магнитное обогащение осуществляется в магнитных сепараторах, работающих в воздушной (сухая сепарация) или водной (мокрая сепарация) среде. Сухой сепарацией разделяют материал крупнее 3 мм в воздушной среде. Более мелкий материал подвергают мокрой сепарации в водной среде.

Для создания магнитного поля в сепараторах используются постоянные магниты или электромагниты. Любой магнитный сепаратор состоит из следующих основных конструктивных узлов: магнитной системы, питателя для подачи руды в рабочую зону сепаратора, устройства для транспортирования магнитного продукта из зоны действия магнитных сил, привода и кожуха или ванны (рис. 4.5‑1).

Для обогащения немагнитных (например гематитовых или сидеритовых) руд применяются методы статического или динамического гравитационного обогащения. Все способы гравитационного обогащения основаны на использовании различия установившихся скоростей падения частиц различной плотности и крупности в водной среде. Установившаяся скорость падения частиц зависит от режима обтекания частиц средой и от ее плотности. При турбулентном режиме обтекания жидкостью скорость падения частиц (V) определяется по формуле:

V = [2d∙g∙(ρ -∆)/∆]^0,5, (4.5‑6)

при ламинарном - по формуле:

V = 1/18 ∙(g/η)∙(ρ -∆)∙d², (4.5‑7)

где d – диаметр частицы; ρ и ∆ - плотности частицы и среды соответственно; η – динамическая вязкость среды; g – ускорение свободного падения.

Из формул видно, что если плотность среды будет выше плотности частицы, последняя будет всплывать на поверхность среды. При статическом гравитационном обогащении измельченную руду подают в резервуар с жидкостью, имеющей плотность ∆ больше плотности пустой породы (ρ_пп), но меньше плотности рудных минералов (ρ_р): ρ_пп < ∆< ρ_р. В качестве такой жидкости обычно используют смесь воды с измельченным ферросилицием (∆≈ 3,0 г/см³). В этом случае пустая порода всплывает на поверхность жидкости, а зерна рудного минерала опускаются на дно резервуара.

В некоторых случаях при обогащении окисленных железных руд применяют флотацию – способ, основанный на разделении зерен полезного минерала и пустой породы, обладающих различной смачиваемостью водой.

Для обогащения руд с большим содержанием глинистых разностей применяют промывку.

Для повышения технико-экономических показателей обогащения применяют также комбинированные способы, например, гравитационно – магнитное обогащение.

Продуктами обогащения являются: концентрат – материал, содержащий полезных минералов больше, чем их было в исходной руде; хвосты – материал, состоящий в основном из минералов пустой породы и небольшого количества полезных минералов. В сложных многостадийных схемах, которые, как правило, применяются при обогащении, получают также продукт, занимающий по содержанию полезных минералов промежуточное положение между концентратом и хвостами – промпродукт. Промпродукт подвергается дополнительному обогащению.