Спосіб збагачення залізовмісної сировини

Реферат: Спосіб збагачення залізовмісної сировини, що включає послідовні операції вологої та сухої магнітних сепарацій попередньо подрібненої та помеленої сировини. Хвости сухої магнітної сепарації поміщають у вакуумну камеру, нагрівають, витримують при необхідній температурі, охолоджують, піддають додатковій сухій магнітній сепарації. UA 70556 U (12) UA 70556 U UA 70556 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до гірничорудної промисловості, а саме до способів розділення твердих матеріалів за допомогою магнітної сепарації та вилучення в концентрат слабомагнітних мінералів, і може бути використана для збільшення мінерально-сировинного ресурсу гірничодобувних і збагачувальних підприємств залізорудних родовищ. Відомий спосіб збагачення залізовмісної сировини, заснований на використанні вологої магнітної сепарації, який дозволяє вилучати мінерали з високими магнітними властивостями, але непридатний до ряду слабомагнітних мінералів (гематит, кварц, польові шпати та ін.), що входять до складу залізних руд [див., наприклад, Скороходов В.Ф., Хохуля М.С. Повышение эффективности разделения техногенных отходов железных руд // Вестник МГТУ, 2009. Т. 12. № 4. - С. 619-623]. З цієї причини спостерігаються значні втрати металу з хвостами збагачення. Велика частина цих втрат пов'язана з пустою породою: кварцом, піроксенами, польовим шпатом, гранатом і біотитом, а також магнетитом і гематитом. Відомий також, вибраний як найближчий аналог, спосіб збагачення залізовмісної сировини, що включає вилучення магнетиту з лежалих хвостів збагачувальної фабрики вологою магнітною сепарацією подрібненої та помеленої сировини з подальшим направленням корисного продукту на додаткове подрібнення і збагачення в технологічну лінію, що діє методом сухої магнітної сепарації [див., наприклад, Самоткал Э.В., Заболотний С.А., Величко Ю.В. и др. Сухая магнитная сепарация некондиционных гематит-мартитовых руд - путь к увеличению производства товарной продукции на шахтах Криворожского бассейна. / V Конгресс обогатителей стран СНГ. Сборник материалов. Московский институт стали и сплавов. 23-25 марта 2005 г. // Москва, 2005. - ТЛИ. - С. 211-213]. Технологія дозволяє отримувати з початкового матеріалу із загальним вмістом заліза близько 40 мас. % агломераційну руду із вмістом заліза 53-55 %. Проте цим способом повторного магнітного збагачення лежалих хвостів не витягується близько 40 % їх рудної складової, представленої гематитом. Унаслідок нижчої питомої магнітної сприйнятливості гематиту у порівнянні з магнетитом, близько 90 % загальної його кількості втрачається у відходах повторного збагачення хвостів. В основу корисної моделі поставлено задачу удосконалення способу збагачення залізовмісної сировини шляхом вилучення в концентрат слабомагнітних мінералів з хвостів магнітної сепарації, при якому створюються умови для контрольованого відновлення гематитової складової руди у атмосфері водню, що призведе до збільшення дисперсності рудного порошку, отримання високомагнітних мінералів із слабомагнітних мінералів, що входять до складу хвостів, з одночасним виділенням чистого заліза. Поставлена задача вирішується тим, що в способі збагачення залізовмісної сировини, що включає послідовні операції вологої та сухої магнітних сепарацій попередньо подрібненої та помеленої сировини, згідно з корисною моделлю, хвости сухої магнітної сепарації поміщають у вакуумну камеру, в якій створюють атмосферу водню тиском 0,59-0,61 МПа, нагрівають їх до температури 300-600 °C, витримують при цій температурі впродовж 5-30 хвилин, охолоджують до кімнатної температури та піддають додатковій сухій магнітній сепарації. Збільшення дисперсності рудного порошку відбувається внаслідок того, що нагрівання до високих температур у середовищі водню дає можливість отримання у структурі мінералів, що входять до складу руди, металогідридних фаз. Утворення металогідридів супроводжується збільшенням об'єму від 10 до 15 %, що викликає окрихчування початкового матеріалу. До того ж розташування атомів водню поміж атомами вихідної речовини сприяє викривленню електронних оболонок сусідніх атомів і викликає розклинюючу дію. Проведення операції вилучення в концентрат слабомагнітних мінералів у середовищі водню відбувається внаслідок того, що високі температури нагрівання сприяють протіканню хімічної реакції між рудною сировиною та відновником. А саме, при взаємодії молекулярного водню з поверхневим прошарком частинок рудного порошку атоми заліза виступають як каталізаторта призводять до розщеплення молекули водню на атоми. Атомарний водень має велику проникаючу здатність і тому може взаємодіяти з атомами матеріалу, що знаходяться не лише на поверхні, але й всередині. Таким чином, відбувається часткове захоплення атомів кисню, що входять до складу молекули гематиту, атомами водню з утворенням молекул води (Н 2О), які внаслідок високої температури нагрівання потрапляють в газоподібне середовище молекулярного водню. Зазначені вище хімічні реакції можна виразити за допомогою наступних рівнянь: Н2 → Н + Н (дисоціація молекули водню); 4Fe2O3+2Н → 2Fe3O4+Fe2O3 + Н2О (часткове утворення магнетиту); 3Fe2O3+2Н → 2Fe3O4 + Н2О (перетворення гематит→магнетит). 1 UA 70556 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Після повного перетворення гематиту в магнетит наступна взаємодія з воднем приводить до отримання чистого заліза: 2Fe3O4+8Н → 3Fe+Fe3O4+4Н2О (часткове утворення заліза) Fe3O4+8Н → 3Fe+4Н2О (перетворення магнетит-чисте залізо). Параметри процесу відновлення (тиск водню 0,59-0,61 МПа, нагрівання до температури 300600 °C, витримка впродовж 5-30 хвилин) були визначені експериментально як оптимальні для перетворення гематиту в магнетит та навіть отримання чистого заліза. Запропонований спосіб подрібнення в атмосфері водню при підвищених температурах можна застосовувати для подальшого збагачення тонковкраплених бідних гематитових руд при крупності вкраплень руди менше, ніж 0,5 мм. Застосування водню як відновника дає можливість вилучати атоми кисню з гематиту, внаслідок чого отримують високо магнітну складову руди і чисте залізо. Запропонований спосіб здійснюється наступним чином. Залізовмісну сировину на першому етапі піддають подрібненню у кульковому млині, який завантажений тілами, що мелють, на 35-40 % об'єму. У міжкульковому просторі знаходиться руда, яку дроблять кульки і крупні куски породи, а також взаємне стирання часток з наступною вологою магнітною сепарацією. На другому етапі хвости вологої магнітної сепарації подрібнюють в порошок у вібраційному млині, та піддають сухій магнітній сепарації. На третьому етапі хвости сухої магнітної сепарації поміщають у вакуумну піч. Після досягнення 5 вакууму порядку ~10- атм у камеру подають молекулярний водень до тиску 0,59-0,61 МПа, нагрівають хвости до температури 300-600 °C, при досягненні заданої температури проводять витримку 5-30 хвилин з наступним охолодженням системи. Після охолодження до кімнатної температури водень відкачують з камери, впускають повітря та виймають порошки, після чого піддають їх сухій магнітній сепарації. Запропонований спосіб характеризується кресленнями, на яких представлено: фіг. 1 результати визначення фазового складу (дифрактограми) зразків порошків чистого для аналізів (ЧДА) гематиту у вихідному стані і після нагрівання у атмосфері водню, де а - вихідний зразок; б- після відпалу у атмосфері водню (Т=500 °C, Р=0,6 МПа, витр=5 хв.); фіг. 2 - результати визначення фазового складу зразків бідної гематитової руди у вихідному стані і після у атмосфері водню при різних температурних режимах (Дифрактограми порошків гематитової руди, подрібненої у вібраційному млині протягом 70 год., до і після відпалу у атмосфері водню = при Р=0,6 МПа і витр. 30 хв.), де а - до відпалу у атмосфері водню; б - після відпалу у атмосфері водню при Т=300 °C; в - після відпалу у атмосфері водню при Т=400 °C; г - після відпалу у атмосфері водню при Т=500 °C. Корисна модель ілюструється наступними прикладами дослідження перетворення гематиту в магнетит. Приклад 1. Зразки порошків гематиту чистих для аналізу (ЧДА) розміщували у вакуумній печі, створювали атмосферу водню до тиску 0,6 МПа та нагрівали зразки до температури 500 °C. При досягненні заданої температури проводили витримку зразків впродовж 5 хвилин, після чого охолоджували систему, відкачували водень та досліджували зразки Як видно на дифрактограмі для гематиту ЧДА (фіг. 1а) присутні практично всі лінії фази Fe2O3. Після нагрівання порошкового гематиту у середовищі водню, відбуваються суттєві зміни у його фазовому складі. З рентгенограми від порошку фіг. 1б, видно, що лінії фази Fe2O3 повністю відсутні, але в той же час присутні лінії, фази Fe3O4, а також лінії чистого заліза невеликої інтенсивності. Це свідчить про те, що при нагрівання гематиту у атмосфері водню відбувається перетворення гематиту в магнетит, а також часткове відновлення до чистого заліза. Приклад 2. Вихідні зразки бідної гематитової руди з розмірами кусків руди у середньому 10 мм механічно дроблять у вібраційному конусному млині ВМКД-10 до розмірів фракції на виході d=0,3-0,5 мм. Потім дроблену руду піддають сухому подрібненню у помольній камері планетарного млина Fritsch моделі LC-105-2 до розмірів фракції на виході d=50-100 мкм. Нагрівання зразків проводять у вакуумній печі в середовищі водню до температури 300-500 °C при тиску 0,59-0,61 МПа. При досягненні заданої температури проводять витримку протягом 530 хвилин, після чого систему охолоджують, відкачують водень, та піддають магнітній сепарації. За даними визначення фазового складу (фіг. 2) на дифрактограмі бідної гематитової руди наявні лінії, що належать фазам SiO2, Fe2O3 і Fe. Після нагрівання бідної гематитової руди до 300 °C у атмосфері водню на дифрактограмі спостерігається зменшення інтенсивності ліній, що відповідають гематиту Fe2O3, і поява ліній, що відповідають магнетиту Fe3O4-Відпал бідної гематитової руди у атмосфері водню при температурах 400 °C і 500 °C згідно з результатами рентгенофазових досліджень (фіг. 2) призводить до повного перетворення гематиту в магнетит. 2 UA 70556 U 5 10 Ці результати погоджуються з даними для гематиту ЧДА і свідчать про те, що при нагріванні руди у атмосфері водню відбуваються процеси вилучення атомів кисню з гематиту, що призводить до відновлення гематиту Fe2O3, що входить до складу бідної гематитової руди, до . магнетиту Fe3O4 Наведений приклад підтверджує досягнення технічного результату при здійсненні способу, що заявляється. Таким чином, запропонований спосіб переробки залізовмісної сировини має наступні переваги над прототипом: дає можливість збільшувати мінерально-сировинний ресурс гірничодобувних і збагачувальних підприємств; - дозволяє за рахунок відновника (водню) при нагріванні отримувати не тільки магнетит, але й чисте залізо; - дозволяє понизити енерговитрати на подрібнення і отримати більш дисперсний порошок за рахунок його окрихчування при нагріванні у атмосфері водню. 15 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 Спосіб збагачення залізовмісної сировини, що включає послідовні операції вологої та сухої магнітних сепарацій попередньо подрібненої та помеленої сировини, який відрізняється тим, що хвости сухої магнітної сепарації поміщають у вакуумну камеру, в якій створюють атмосферу водню тиском 0,59-0,61 МПа, нагрівають їх до температури 300-600 °C, витримують при цій температурі впродовж 5-30 хвилин, охолоджують до кімнатної температури та піддають додатковій сухій магнітній сепарації. 3 UA 70556 U Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4