Пути решения проблемы выведения из циклов измельчения отвальных продуктов и высококачественных магнетитовых концентратов

+ - 2. (4.1)

Для диполей, длина которых существенна, первый член значительно превышает сумму второго и третьего, и последними можно пренебречь.

В случае наведенных масс силу этого взаимодействия можно выразить следующим образом:

, (4.2)

где m₁, m₂ -- магнитные массы взаимодействующих частиц или флокул;

r -- расстояние между условными точками сосредоточения частиц;

м₀- магнитная проницаемость среды (в системе СГСМ); для воздуха и воды м₀?1;

б - угол между вектором напряженности магнитного поля и линией взаимодействия частиц или флокул.

Эффект селективной флокуляции в сепараторе достигается при постоянном росте и разрушении флокул магнито-механическими воздействиями на их структуру в условиях магнитного поля с амплитудно-частотной модуляцией напряженности. При этом в ядро флокул попадают только чистые магнетитовые зерна и такие богатые флокулы переходят затем в концентрат в процессе сепарации.

При проведении опытов были испытаны магнитные системы с магнитами различной высоты. Наилучшим является соотношение высоты полюсов магнитной системы 1-3-1.

4.2 Конструкции магнитных сепараторов

Надежность работы магнитных сепараторов (при прочих равных условиях) характеризуется коэффициентом использования оборудования (КИО), который должен быть не менее 0,9, и коэффициентом корреляции между среднесменным содержанием железа в продуктах сепарации и в продуктах магнитного анализа. Коэффициент корреляции при устойчивой работе сепаратора должен быть не менее 0,9. Надежность сепараторов определяется числом факторов, влияющих на его работу. Так, электромагнитные сепараторы, работающие от постоянного тока, менее надежны и имеют меньший КИО по сравнению с электромагнитными сепараторами, питающимися переменным током, в связи с тем, что их работа зависит не только от наличия электроэнергии в сети переменного тока, но и от состояния преобразователей и пускорегулирующей аппаратуры сети постоянного тока.

Большую роль в повышении надежности работы магнитных сепараторов играет их конструкция и, в частности, конструкция магнитных систем. Например, открытые магнитные системы барабанных сепараторов наиболее надежны, так как магниты находятся внутри барабана и полностью защищены от попадания на них ферромагнитных частиц руды.

При необходимости получения более чистых сильномагнитных концентратов применяют барабанные сепараторы с внутрикамерной циркуляцией магнитной фракции (ПБМ-ПП-ПЦ) и др.

Известны многие конструктивные разработки магнитных сепараторов и среди них: барабанные сепараторы с качающимися и вращающимися магнитными системами с тангенциальным и продольным подводами питания, сепараторы термомагнитные, сепараторы и гидроциклоны со сверхпроводящими обмотками, лабораторные магнитогидростатические сепараторы и промышленные сепараторы-металлоразделители и др.

Одним из наиболее эффективных методов борьбы с отрицательным влиянием флокуляции на процесс разделения при ММС тонкоизмельченных материалов является применение стационарных частотных магнитных полей. За прошедший период было предложено множество различных конструкций магнитных сепараторов с частотными магнитными полями.

Известны конструкции сепараторов с бегущим магнитным полем роторного и статорного типов.

Двухроторный электромагнитный сепаратор (рис. 4.2) разработан ВНИИЦветметом. Конструкции сепараторов роторного типа, несмотря на высокую эффективность не нашли широкого применения из-за большой энерго- и металлоемкости, невысокой производительности и малой надежности.

Электромагнитный сепаратор с бегущим полем статорного типа. Для повышения производительности Т.Е. Владимировым была предложена конструкция электромагнитного сепаратора с вертикально расположенной плоской магнитной системой, создающей бегущее магнитное поле, и вынесенным из зоны сепарации индукционным барабаном.

Известен магнитный сепаратор, рабочая ванна которого выполнена в виде системы наклонных каналов, расположенных по периметру вертикальной вращающейся магнитной системы.

Эффективная сепарация тонкоизмельченных материалов обеспечивается в сепараторе В.И. Кармазина и других с качающейся магнитной системой. Однако, из-за низкой надежности работы механической части пока не нашла широкого применения.

В институте Уралмеханобр совместно с работниками СГОКа разработана и изготовлена экспериментальная модель сепаратора с бегущим магнитным полем, предназначенного для работы в операциях доводки магнетитовых концентратов.

Изучение достоинств и недостатков известных конструкций мокрых магнитных сепараторов с частотными и бегущими магнитными полями позволяет сформулировать следующее:

-электромагнитные сепараторы имеют относительно невысокую удельную производительность, высокий удельный расход электроэнергии и низкую надежность работы основных узлов,

-для повышения надежности работы, снижения энергоемкости процесса и массы сепаратора в качестве индуктора магнитного поля целесообразно применять магнитные системы с постоянными магнитами,

-для увеличения удельной производительности сепаратора магнитная система должна обеспечивать достаточную глубину и длину распространения градиентного магнитного поля, а разгрузочные устройства - обеспечивать быстрый вывод из процесса продуктов разделения, для повышения эффективности разрушения флокул и селективности извлечения частиц необходимо обеспечить достаточно высокую (>20Гц) частоту магнитного поля и создать такие условия, при которых основным критерием разделения была бы магнитная восприимчивость частиц.

4.3 Предпосылки для применения операций мокрой магнитной сепарации (ММС) в технологии стадиального выделения конечных продуктов обогащения магнетитовых кварцитов по мере их раскрытия для повышения технологических и экономических показателей обогащения на Лебединском ГОКе

Технология обогащения магнетитовых кварцитов КМА однотипна и предусматривает стадиальное обогащение с последовательным выводом нерудной части в хвосты. Это является отличительной особенностью технологии обогащения магнетитовых руд, поскольку при обогащении большинства полезных ископаемых преследуется цель последовательного выделения рудных минералов в готовые продукты по мере их раскрытия. Стадиальное выделение магнетита в концентрат предъявляет свои требования к оптимизации процесса и, прежде всего, к крупности стадиального измельчения, которая определяет выход хвостов по стадиям обогащения. Существенное влияние на выход хвостов оказывает число перечистных операций, от которых зависит чистота магнитного продукта по содержанию нерудного материала.

Анализируя практику обогащения магнетитовых кварцитов, можно видеть, что результаты магнитного разделения измельченных руд традиционным способом не всегда могут быть признаны удовлетворительными. Особенно низкая селективность разделения имеет место в первых стадиях обогащения. В магнитных продуктах этих стадий содержится 17-25% раскрытой пустой породы. В последующих стадиях ее содержание в таких продуктах снижается, однако даже в концентрате доля вскрытой пустой породы составляет 2-6%. Неизвлекаемая часть пустой породы в концентратах является крупным резервом для повышения качества магнетитовых концентратов.

Традиционные пути повышения качества магнетитовых концентратов - это применение более развитых схем магнитной сепарации в каждой стадии для лучшего выведения пустой породы из магнитного продукта, что неизбежно приводит к увеличению числа аппаратов, задействованных в процессе обогащения. Все это, в конечном счете, приводит к увеличению затрат на переработку руды и повышению себестоимости 1т концентрата.

Выделять же магнетит постадиально в настоящее время невозможно по трем причинам:

1. Контрастность магнитных свойств на границе разделения между магнитной рудной смесью и пустой породой выше, чем между магнетитом и сростками, а селективность сепараторов недостаточна.

2. В относительно сильном поле рабочей зоны сепаратора существует жесткая магнитная флокуляция частиц магнетита, что вызывает захват бедных сростков и частиц пустой породы в концентрат.

3. В процессе измельчения происходит физико-механическая активация материала, что вызывает адгезию частиц кварца, получивших благодаря пьезоэффекту дипольный электрический заряд, на частицах магнетита, обладающих хорошей электропроводностью.

Если первая причина связана с природными свойствами руд и её частично можно устранить, то 2 и 3 причины в основном зависят от режима разделения и конструкции магнитного сепаратора, а именно применяемого повсеместно сепараторов серии ПБМ.

Селективность существующих сепараторов типа ПБМ недостаточна, а жесткая магнитная флокуляция частиц магнетита вызывает захват бедных сростков и частиц пустой породы в концентрат.

Наиболее перспективным решением проблемы повышения качества железорудных концентратов при одновременном снижении себестоимости передела является технология полного стадиального выделения конечных продуктов разделения на основе применения создаваемых магнитных сепараторов с комбинированной амплитудно-частотной модуляцией напряженности магнитного поля.

Мокрая магнитная сепарация измельченных магнетитовых кварцитов на серийных сепараторах типа ПБМ выделяет, как известно, в конечный продукт (хвосты) только немагнитные зерна пустой породы. Причем, если после первой стадии измельчения ММС способна удалять по выходу от исходного (35-40)% хвостов, то после второй - до 15%, а после третьей - и менее 10%. При этом высоки эксплуатационные расходы, в частности электроэнергии, (наиболее энергоемким является измельчение, которое при получении ВКК осуществляют в четыре стадии). Вся рудная смесь (зерна магнетита, богатые и бедные сростки) переходит в магнитный продукт (концентрат), который к тому же захватывает и немагнитные зерна пустой породы за счет магнитной флокуляции сильномагнитных зерен и физико-механической адгезии. Из этого следует, что постадийная скорость роста содержания магнетита в магнитных концентратах невелика и растет только за счет раскрытия сростков магнетита при измельчении, а магнетит переизмельчается и механически транспортируется из стадии в стадию. На каждом таком этапе концентраты обводняются, а снижение содержания твердого в продуктах разделения уменьшает силы магнитной и физической адгезии, повышая селективность сепарации, которая при этом удается уже только на магнитных дешламаторах. Известно, что на 1% повышения качества концентрата при его доводке традиционными методами в ныне действующем варианте технологии теряется до 3% извлечения металла в концентрат, что и неудивительно, так как при измельчении до 40 мкм магнетит теряет 15-20% своих магнитных свойств. Между тем, как это следует из описания исходной руды, уже после первой стадии измельчения в ней более трети измельченного магнетита находятся в виде свободных зерен, т.е. оказываются раскрытыми. Многостадиальное переизмельчение чистого магнетита приводит к образованию монодоменных флоккул, попадающих в концентрат в засоренном виде, что вообще исключает возможность получения суперконцентратов.

В ходе исследований проводилось определение принципиальной технологической возможности получения продукта высокого качества по общему железу из магнитного концентрата первой стадии обогащения. Это было сделано на полупромышленном сухом магнитном центробежном сепараторе 11KL - конструкции Эрки Лаурилла, причем удавалось получать концентраты, содержащие до 69% Fe_общ, при выходе до 15%, что доказало реальную возможность решения поставленной задачи, но само ее решение для ММС оказалось очень не простым.

Многочисленные попытки исследователей создать такие конструкции были положительными в технологическом плане, но экономически не состоятельными, либо неработоспособными или не доведенными до внедрения в промышленных условиях.

В НТЦ МГГУ проводились и продолжаются экспериментально-конструкторские и технологические исследования по созданию высокоселективных магнитных сепараторов способных реализовать получение постадийное получение товарных концентратов по мере раскрытия магнетита. На основе анализа известных научно-технических решений были выбраны следующие возможные подходы:

1 - управление ростом флокул в условиях перемешивания, когда в их ядро попадают только чистые магнетитовые зерна и такие флокулы переходят затем в концентрат;

2 - постоянное разрушение флоккул в процессах сепарации;

3 - разрушение флоккул между процессами сепарации;

4 - ослабление флокулообразования за счет снижения напряженности внешнего намагничивающего поля в сепараторе;

5 - очистка магнетитовых флоккул от зерен пустой породы механическими воздействиями на их структуру.

Наиболее перспективным по режиму силового разделения минералов является способ, требующий постоянного разрушения флоккул в самом процессе сепарации.

Практически интересно находить частоту поля, необходимую для разрушения флокулы до размера частиц, ее составляющих. Для линейной частоты н, которая связана с угловой частотой следующим образом: , получено теоретическое выражение [3]:

(4.3)

где Н - напряженность магнитного поля;

а - длина флоккулы, м_а - магнитная проницаемость, _а - восприимчивость и - плотность минерала флоккулы;

c, s ,t - коэффициент неоднородности поля, шаг полюсов и время сепарации.

Расчетный график зависимости а =f(н) - (1), который хорошо согласуются с экспериментальными данными, полученными перерасчетом скорости движения флокулы по барабану при данной частоте на длину флокулы (2), а также с фотоизмерениями (3).

Эффективность процесса сепарации повышается пропорционально освобождению материала из флокул такое освобождение было бы обратно пропорционально длине если бы у , флокулы при её разрушении уменьшалась только длина.

Однако, сечение тоже уменьшается, хотя и более плавно. В этом случае зависимость = f(a) можно записать приблизительно так: , а зависимость = f(н) выразится как (1.2).

Этот способ разрушения флоккул хорошо зарекомендовал себя в 21- СВ, 11KL (Лаурилла) и других, сухих центробежных сепараторах, однако его промышленная реализация мокром варианте потребовала не менее пяти лет эспериментально-конструкторских исследований по созданию данного образца такого сепаратора - ВСПБМ - 32.5/20. На этом сепараторе была выполнена большая программа стендовых и промышленных испытаний на МГОКе и ЛГОКе для определения оптимальных значений основных его конструктивно-технологических параметров. В ходе испытаний сепаратора ВСПБМ 32,5/20 с подачей в качестве питания концентрата I стадии ММС (содержание общего железа - 50,8-60,0%) были получены концентраты с содержанием общего железа до 68,5%.

Полученные данные были обработаны с помощью программы «Статистика» и представлены на гистограммах (рис. 4.8 и рис.4.9). Превышение содержания железа общего в концентрате над содержанием железа общего в исходном питании в среднем составило более 10%. Также результаты обрабатывались с помощью программного пакета Surfer и была получено графическая зависимость содержания общего железа в концентрате от частоты вращения барабана и магнитной системы - из которой виден характер движения и разрушения флокул в бегущем магнитном поле барабанного магнитного сепаратора.

На основе этих испытаний был выполнен проект, запатентованный НТЦ МГГУ и ОАО МГОК, нового опытно-промышленного высокоселективного сепаратора ВСПБМ 90/100, который в настоящее время изготавливается Воронежским заводом «Рудгормаш». В конструкции этого сепаратора уже заложены значительные диапазоны регулировки его оптимальных конструктивно-технологических параметров, а большая длина рабочей зоны (угол охвата - 360⁰) повышает его производительность.

4.4 Краткое описание сепаратора ВСПБМ-90/100 с вращающейся магнитной системой, предназначенного для стадиального выделения исходной высококачественных магнетитовых концентратов

Задачей полупромышленных испытаний экспериментального образца сепаратора ВСПБМ - 90/100 на обогатительной фабрике ОАО Лебединский ГОК является определение его оптимальных конструктивно-технологических параметров в режиме стадиального выделения магнетитовых продуктов, по содержанию железа близких к концентратам, для выдачи технического задания на проектирование опытно-промышленного образца такого сепаратора. Такими параметрами являются числа оборотов рабочих органов, напряженность магнитного поля, содержание твердого в питании и удельная производительность сепаратора.

Сепаратор ВСПБМ - 90/100 (экспериментальный образец) предназначен для мокрого магнитного обогащения измельченных, сильномагнитных руд с возможностью селективного выделения раскрытых зерен ферромагнитных минералов и получения высококачественных концентратов.

Параметрами режима работы сепаратора ВСПБМ 90/100 являются:

- скорость вращения барабана сепаратора;

- скорость вращения магнитной системы сепаратора, вращающейся навстречу барабану сепаратора;

- удельная производительность сепаратора;

- содержание твердого в питании.

Для реализации испытаний двух первых параметров необходимы частотные регуляторы оборотов двигателей приводов барабана и магнитной системы, остальные параметры регулируются стандартными технологическими приемами (задвижки, брызгала и т.д.)

Техническая характеристика сепаратора ВСПБМ - 90/100:

1. Размеры: DxL = 900х1000 мм;

2. Шаг полюсов: 38 мм;

3. Количество полюсов: N = рD/s= 3.14?880/38 = 74,4 ? 72 штуки.

4. Диапазон регулировки скорости барабана: 0 - 2 м/сек или 0 - 42 об/мин

5. Диапазон регулировки скорости магнитной системы: 0 - 10 м/сек или 0 -210 об/мин;

6. Сечение рабочего пространства S = b ^x h = 960 ^x 50 = 4800мм = 0,048м²;

7. Производительность: объемная: Q = v ^x s = 2 ^х 0,048 ^х 360 = 345,6м³/час, что при плотности пульпы 20% твердого соответствует ? 80 т/час;

8. Магниты Nd-Fe-B, элементарная пластинка ВхНхL = 4х25х96(48)мм;

9. Полюса содержат две пластинки по высоте (8мм) и 50 по длине, причем возможен вариант чередования двух и одной пластинки по высоте, но в этом случае вместо одной пластинки снизу подкладывается полоса из мягкого железа, длиною 960мм.

10. Сепаратор снабжен дефлекторами и индукционными решетками для перечистки хвостов и концентрата;

11. Для съема концентрата применена индукционная «щетка» типа «Беличье колесо» ш150мм с прутьями 4-5мм при шаге 6мм; n_max = 250 об/мин

12. Сепаратор снабжен двумя брызгалами для съема (щелевое) и для перечистки концентрата (душевое).

Устройство и принцип действия сепаратора:

При проектировании сепаратора ВСПБМ 90/100 было принято решение максимально использовать рабочую зону аппарата. Вследствие чего вся рабочая зона условно разделилась на 4 четверти.

Сепаратор работает следующим образом. Исходный материал в виде пульпы подают на вращающийся немагнитный барабан 2. Магнитные частицы притягиваются к барабану 2, а основная масса немагнитных - отбрасывается от барабана 2 центробежными силами. При этом на частицы кварца в пульпе действует дипольный момент в результате взаимодействия электрического заряда дугообразной пластины 10 и собственного заряда частиц кварца, что вызывает их перемещение от барабана 2 к дугообразной пластине 10. Магнитные частицы, притянутые к барабану 2, группируются во флокулы. Силы сопротивления среды оказывают значительное влияние на характер движения магнитных флокул. Для обеспечения режима разделения материала на магнитную и немагнитную составляющую барабан 2 необходимо вращать с линейной скоростью, меньшей или равной скорости движения пульпы в рабочей зоне сепаратора. Флокулы осуществляют вращательно-поступательное движение под воздействием бегущего магнитного поля, создаваемого магнитной системой с чередующейся полярностью полюсов и вращения барабана 2. При этом происходит их разрушение с выделением частиц породы и сростков, выводимых в хвосты, и раскрытого магнетита с образованием более богатых флокул. При прохождении пульпы через лопастные дефлекторы 11 происходит приближение удаленных магнитных частиц к барабану 2 за счет кинетической энергии струи. Для наиболее полного захвата раскрытого магнетита магнитным полем величину зазора между поверхностью барабана 2 и лопастными дефлекторами 11 выбирают с учетом величины напряженности магнитного поля в рабочей зоне сепаратора. Далее флокулы продолжают свое движение по барабану 2 и проходят через рабочие элементы индукционной решетки 12. В момент прохождения полюсов магнитной системы над ребрами рабочих элементов индукционной решетки к ним притягиваются магнитные частицы. При изменении положения постоянных магнитов 4 на флокулы воздействуют разнонаправленные магнитные силы, вызывающие их дальнейшее разрушение. Около следующего полюса магнитной системы материал перегруппировывается в новую флокулу более богатую магнетитом и процесс повторяется. При этом под воздействием воды, поступающей из брызгала 9, удаляются сростки магнетита с кварцем и оставшаяся часть пустой породы через разгрузочное устройство для вывода хвостов 6. Флокула, более богатая раскрытым магнетитом, за счет взаимодействия с элементами съемного органа типа «беличье колесо» 13, переходит на его поверхность и разгружается под воздействием воды, подаваемой через брызгало 8, в устройство для разгрузки концентрата 7.

4.5 Теоретические предпосылки, используемые при проектировании высокоселективного сепаратора ВСПБМ-90/100

4.5.1 Теоретическое определение оптимальных параметров угла наклона питающего элемента в зоне подачи питания

В условиях современной технологии обогащения магнетитовых кварцитов естественный, ненамагниченный магнетит, содержащийся в сливе мельниц I стадии измельчения, попадает непосредственно в рабочие поля магнитных сепараторов напряженностью 80112 кА/м и флокуляция происходит лавинообразно (практически мгновенно), поэтому захват немагнитных зерен (кварца и др.) неизбежен [20].

Для того чтобы избежать этого в 1-ой условно принятой четверти было принято решение установить подающий лоток, расположенный в соответствии со следующими теоретическими соображениями. Величина напряженности магнитного поля в зависимости от расстояния находится в соответствие с формулой Сочнева [75]:

, (4.4)

где Н, Н₀ - величина напряженности магнитного поля,

с - коэффициент,

х - расстояние.

А захват частиц кварца напрямую зависит от скорости образования флокул, которая, в свою очередь, зависит от их размера, прямопропорционально зависящего от напряженности поля.

, (4. 5)

где l_max - длина флокулы,

- магнитная проницаемость вакуума,

- магнитная проницаемость среды,

Н - напряженность магнитного поля,

- плотность пряди,

f - частота бегущего магнитного поля,

К - эмпирический коэффициент, зависящий от свойств пульпы, определяемый опытным путем.

При этом учитывалась как методика разработки и конструирования сепараторов, разработанная до этого и принятая на данный момент, так и методика, разработанная специалистами НТЦ МГГУ «Горнообогатительные модульные установки» для высокоселективных сепараторов типа ВСПБМ.

Механические силы, разрушающие флокулы, обеспечиваются турбулентным режимом и вибрацией. Кроме того, очень важно не допустить перепада напряженности поля в сторону снижения ее при подаче материала в рабочую зону сепаратора, так как при этом часть селективных флокул может разрушаться, а влияние агрегирования снижается.

Тогда равнодействующую силу для данного участка можно записать как:

, (4.6)

, (4.7)

где F_равнX и F_равнY - соответственно равнодействующая сила относительно оси X и Y; б - угол наклона питателя, F_п - гидромеханическая сила, действующая на частицу, находящуюся на питающем лотке, F_р.о. - сила реакции опоры лотка, G - сила тяжести, F_магн - магнитная сила

Рассматривая данные уравнения, заметим, что время нахождения частицы в зоне удерживания зависит от скорости подачи пульпы в питающее устройство, расстояния до магнитов, а также напряженности магнитного поля, создаваемого магнитной системой. Остальными взаимодействиями, такими как: вязкость среды, трение м/у различными частицами и т.п. можно пренебречь, т.к. их влияние значительно меньше, а также это значительно усложняет расчет. Также следует учесть, что рассматривая описанные уравнения, определяющим условием воздействия на частицу становится магнитная сила, т.к. скорость движения пульпы определяет лишь начало флокулообразования, а степень флокуляции суспензии, а значит и количество захваченных в объем флокулы частиц породы, зависит от расстояния до поверхности магнитов - поверхности барабана, соответственно. Таким образом, обеспечивая ламинарный заход исходного питания на поверхность барабана под углом, уменьшающим резкое возрастание размера флокулы, можно обеспечить невысокий захват частиц породы и сростков в объем флокулы, что в дальнейшем обеспечивает минимальное количество пустой породы, попадающей на барабан.

С использованием различных методик экспериментально изучалась зависимость степени флокуляции суспензии ш от напряженности намагничивающего поля Н_е.

На участке I, который соответствует равновесной части процесса, степень флокуляции пропорциональна R_мех - равнодействующей магнитных и гидромеханических сил, действующих на флокулу.

В этой зоне F_М ? R_мех, что обусловливает равновесный характер процесса. Так как F_М пропорциональна H², то Ш₁=kH². При этом именно этот участок определяет захват частиц пустой породы, т.е. зависит от значения напряженности, находящейся в экспоненциальной зависимости от расстояния частицы до поверхности барабана, т.е.

Ш₁=k*(H₀*e^cx)² (4.8)

Исходя из данного условия, а также из того, что на относительно малом расстоянии турбулентность, а значит и число Re, резко не изменяется, а угол, при котором происходит наиболее плавное изменение величины напряженности поля, соответствует углу, находимому из уравнения касательной к окружности [74], получаем:

, (4.9)

где А, В, С - коэффициенты окружности; x, y - координаты центра окружности; x₁, y₁ - координаты точки касания к окружности

Решая данное уравнение относительно окружности с центром в точке (0,0) и радиусом равным 450, а также, учитывая конструктивное расположение питающей камеры, можно определить искомый угол между касательной и горизонталью. Данный угол будет равняться 28⁰,48ґ.

Таким образом, исходя из изложенного ранее, оптимальным углом подачи питания на барабан можно считать угол, равный 28⁰,48ґ. Для проверки данного теоретического утверждения было принято решение о создании лабораторной модели, а также ее испытаний при режимах близких, либо соответствующих режимам работы промышленного сепаратора.

4.5.2 Теоретическое определение оптимальных параметров отклоняющих дефлекторов

Во 2-й четверти условно принятого направления вращения (против часовой стрелки), на основе исследований гидродинамического режима движения пульпы в ванне сепаратора (рисунок 2.6), было принято решение установить лопастные дефлекторы для отклонения потока материала с целью приближения его к рабочей поверхности барабана, чтобы максимально провести через высокоинтенсивную часть магнитного поля весь, поступающий на сепарацию магнитный материал [31].

На представленном рисунке магнитная частица, отлетевшая от барабана в результате воздействия центробежной силы, получает возможность приблизиться к барабану под воздействием силы, отражающей частицу от материала дефлектора.

Однако для создания усовершенствованной конструкции сепаратора необходимо более точно определить количество отклоняющих элементов, а также радиус закругления, при котором:

1. В зону магнитного удерживания возвратиться наибольшее количество магнитных частиц, удаленных от поверхности барабана вследствие воздействия центробежной силы;

2. Использовать такой гидромеханический режим, при котором соблюдалось бы минимальное перемешивание частиц.

На рисунке 2.6. показано влияние дефлекторов, установленных в ванне сепаратора и гидромеханика пульпы в объеме барабана с дефлекторами и без них.

Не сложно заметить, что без установленных отражающих элементов специальной конструкции материал в пульпе под воздействием центробежных сил и сил тяжести происходит прижимание массопотока пульпы к внутренней стенке ванны, а значит и удаление частиц магнетита, отброшенных от барабана в результате разрушения флокул под воздействием бегущего магнитного поля.

Примем, что:

1. краевыми точками и элементами соприкосновения ванны сепаратора и боковых крышек ванны, можно пренебречь, при этом появится возможность рассматривать движение только в 1 сечении, проходящим через центр цилиндра, перпендикулярно его поверхности;

2. Основная часть пульпы, поступающей в начальную часть сечения поступает по касательной к барабану;

3. Поток подчиняется закону отражения, т.е. угол падения равен углу отражения;

4. Расстояние от поверхности барабана до оканчания дефлектора остается постоянным.

При этом необходимо найти точку, соответствующую оканчанию дефлектора, для этого необходимо учесть скорость движения потока, а также то, что магнитная сила на расстоянии менее 30 мм от поверхности потока способна удерживать магнитную частицу и вовлечь ее в объем флокулы.

Решение данной задачи можно получить из уравнения равновесия сил, определяемых по уравнениям:

, , (4.10, 4.11)

при этом гидромеханическую силу, действующую на частицу можно найти исходя из уравнения Бернулли [48], аналогично 1-му случаю. Остальные силы, находятся аналогично, тогда все механические силы можно свести к одной равнодействующей R_мех.

Решая данные уравнения можно найти искомую точку - в данном случае это 0,5 от расстояния между внутренней поверхностью ванны и внешней поверхностью барабана или 50 мм.

Зная, что равнодействующая сила будет всегда направлена по касательной, как к внутренней поверхности дефлектора, так и к внешней поверхности барабана (для минимизации образования вихревого движения от удара о барабан) можно с помощью математического определения найти как радиус закругления, так и число дефлекторов, установленных в ванне.

, 4.12

где r - радиус закругления дефлектора, б - отношение расстояния от

барабана до конца дефлекторов к расстоянию между внутренней поверхностью ванны и внешней поверхностью барабана, R₁ - радиус закругления поверхности ванны, R₂ - радиус закругления барабана.

4.5.3 Теоретические предпосылки и обоснование применения индукционной решетки в третьей условно выбранной четверти

Для улучшения качества получаемого концентрата на сепараторах типа ВСПБМ 90/100 в 3 условно принятой четверти используется неподвижная индукционная решетка (рисунок 4.16), при этом, в момент прохождения полюсов магнитной системы над ребрами рабочих элементов индукционной решетки, к ним притягиваются магнитные частицы. При изменении положения постоянных магнитов на флокулы воздействуют разнонаправленные магнитные силы, вызывающие их дальнейшее разрушение. Около следующего полюса магнитной системы материал перегруппировывается в новую флокулу более богатую магнетитом и процесс повторяется. При этом под воздействием воды, поступающей из брызгала, удаляются сростки магнетита с кварцем и оставшаяся часть пустой породы через разгрузочное устройство для вывода хвостов.

4.6 Краткое описание технологической схемы обогащения железных руд Лебединского месторождения

На основании выше изложенных соображений и в ходе испытаний сепаратора ВСПБМ 32,5/20 с подачей в качестве питания концентрата I стадии ММС на рис. 4.17. представлена усовершенствованная схема обогащения железистых кварцитов Лебединского месторождения.

Полученные результаты показали возможность выделять сепаратором ВСПБМ-90/100 в конечный продукт раскрытых зерен магнетита уже после первой стадии ММС, что приведет к повышению технико-экономических показателей ОФ в целом. Как уже отмечалось, при ММС с применением серийных сепараторах типа ПБМ в конечный продукт можно выделить только немагнитные зерна пустой породы, а зерна магнетита, богатые и бедные сростки переходит в магнитную фракцию. К тому же в неё переходит и часть немагнитных зерен пустой породы, захваченных за счет магнитной флокуляции сильномагнитных зерен и физико-механической адгезии. Из этого следует, что постадийный прирост содержания магнетита в концентратах невелик и происходит в процессе раскрытия сростков магнетита при измельчении за счет удаления кварца и очень бедных сростков, причем весь магнетит переизмельчается и механически транспортируется из стадии в стадию. Высокоселективные сепараторы, разработанные в НТЦ МГГУ после каждой стадии измельчения способны выделить часть богатого магнетитового концентрата и направить его, по крайней мере, минуя одну или несколько стадий в конец технологической схемы.

Технологическая схема обогащения выбрана и обоснована с учетом всех факторов, влияющих на технологию переработки железных руд месторождения.

Схема включает:

-одну стадию крупного дробления в конусных дробилках;

-одну стадию самоизмельчения с классификацией на спиральных классификаторах;

-две стадии рудногалечного измельчения с классификацией на спиральных классификаторах;

-пять стадий мокрой магнитной сепарации;

-две операции классификации в гидроциклонах;

-операции обесшламливания, сгущения хвостов и концентрата, фильтрования концентрата.

Данная технологическая схема с правильным подбором и компоновкой оборудования позволит получать железосодержащий концентрат с содержанием до 69% Fe в количестве 2 836 625 тонн в год.

Выделение магнетита в голове технологической схемы и постадийно требует от ВСММС максимальной эффективности сепарации, причем это сделать легче на более крупных зернах, т.е. после первой стадии измельчения. Выделение конечного концентрата после первого приема ММС - это, безусловно, лучший вариант технологического решения для внедрения технологии стадиального выделения высококачественных магнетитовых концентратов по мере их раскрытия для сокращения технологической схемы. Конечно, при этом возникают также и некоторые технологические препятствия, например, нежелательное загрубение крупности конечного концентрата перед окомкованием и другие решаемые проблемы. Однако, все это перекрывается положительными технологическими и экономическими преимуществами новой технологии: повышение извлечения за счет большего коэффициента захвата, увеличение экономии материальных и энергетических ресурсов, уменьшение обводненности продуктов и водооборота.

Однако, учитывая минералогический состав и раскрытие исходного продукта, необходимо искать оптимального режима работы ВСПБМ-90/100, повышать интенсивность силового режима сепарации, что бы снизить выход концентрата вдвое и поднять его качество до уровня конечного концентрата.

4.7 Технико-экономическая оценка возможности применения внедрения разработанных предложений

Решение актуальной проблемы стадиального выведения из технологических циклов фракций заданного состава, соответствующего качеству конечных продуктов, образующихся после каждой стадии измельчения, становится основой сквозного повышения извлечения железа, повышения производительности и рентабельности всего производства высококачественного металлургического сырья, и новых путей диверсиификации всего производственного процесса.

В перспективе, создание сепараторов для постадийного выделения магнетита означает, что нужно будет достроить только одну головную мельницу вместо того, чтобы строить новую секцию для расширения комбината. Общее извлечение железа должно при этом повышаться, так как его потери связаны в основном с мелкими классами. Количество воды, участвующей в водообороте, также должно снижаться, так как сепараторы ВСММС работают при более высоких плотностях пульпы, а появление зернистых классов в питании фильтров безусловно снизит влажность кека.

Экономической проблемой на пути широкого внедрения технологии ВСММС может оказаться более низкая производительность этих сепараторов в сравнении с сепараторами ПБМ. Тенденция к этому проявилась в испытаниях, но оценить ее не представилось возможным из-за большой разницы в диаметрах сепараторов. По итогам испытаний в конструкцию сепаратора будут внесены коррективы, и производительность сепаратора ВСПБМ-90/100 будет сопоставимой с производительностью промышленных сепараторов типа ПБМ.

Стоимость сепараторов ВСММС должна быть выше приблизительно на 30% из-за большей стоимости металлокерамических магнитов Nd-Fe-B. Магнитная система из обычного феррита бария при той же картине поля несколько дешевле, но в четыре раза тяжелее, а высокие обороты магнитной системы делают нежелательным ее большой вес. На опытно-промышленном сепараторе ВСПБМ-90/100 будут установлены частотные терристорные регуляторы оборотов барабана и магнитной системы.

Выводы

Конечной целью настоящих исследований является доказательство того, что при соответствующем управлении процессами магнитной флокуляции и массопереноса в новых технологических процессах и аппаратах современных железорудных горнообогатительных комбинатов возможно стадиальное выделение конечного концентрата со всеми, из этого вытекающими технологическими и экономическими преимуществами только на основе одного основного процесса - мокрого магнитного обогащения во вращающемся поле.

Это позволит в конечном счете на основе внедрения сепараторов типа ВСПБМ коренным образом изменить технологию обогащения магнетитовых кварцитов на ГОКах России повысив их технико-экономические показатели, создавая основу для диверсификации перечня их продукции от окатышей к сырью бездоменной металлургии.

Настоящим этапом и отчетом по нему исследования в этом направлении не завершаются и после устранения замеченных здесь конструктивно-технологических недостатков, сепаратор снова будет проверен в стендовых, близких к промышленным условиях для получения исходных данных для проектирования опытно-промышленного сепаратора ВСПБМ-120/300, после изготовления которого на Воронежском заводе «УГМК-Рудгормаш» и испытания в промышленных условиях, станет основой серийных промышленных сепараторов различных типоразмеров.

Ослабление флокулообразования за счет снижения напряженности внешнего намагничивающего поля в сепараторе требует удаления части постоянных магнитов системы, а изменения гидромеханического режима сепарации требует изменения конструкции ванны и т. п.

Испытания опытного образца, естественно, и не могли ответить на все вопросы, связанные с технологическими и экономическими эффектами внедрения его в промышленность, однако они однозначно подтвердили перспективность этого направления

5. Организация производства

5.1 Режим работы фабрики

Режим работы проектируемой обогатительной фабрики круглосуточный. График работы технологического персонала непрерывен и предусматривает переход из одной смены в другую. За работу в ночное время (с 24.00 до 8.00) производится доплата к тарифному фонду заработной платы.

Число рабочих дней обогатительной фабрики, в среднем, в год составляет 330 дней.

Режим работы фабрики - семидневная рабочая неделя. Рабочие технологических смен чередуются по сменам равномерно, переход из одной смены в другую должен происходить через каждые четыре дня в часы, определённые графиком сменности. Продолжительность отдыха при переходе в смену составляет 42-56 час. Среднее число рабочих дней составляет 29,6.

Периодически проводится плановый ремонт и проверка работы оборудования[21].

5.2 Управление предприятием

Производственная деятельность обогатительной фабрики организуется управленческим аппаратом.

На оперативных совещаниях, которые проводит директор комбината, рассматриваются суточные и недельные графики производственных заданий по цехам комбината, утверждаются мероприятия по обеспечению производства сырьём, топливом, основными материалами, сменным оборудованием, принимаются меры по предотвращению нарушения графиков производства.

На совещаниях с главными специалистами, проводимых главным инженером комбината, решаются вопросы по повышению технического уровня и организации производства, механизации и автоматизации производственных процессов, совершенствованию технологических процессов и оборудования, повышению качества продукции, усилению охраны труда и техники безопасности на комбинате.

Отдел кадров и технического обучения производит подготовку рабочих кадров для комбината, обучение смежным профессиям, помогает повысить квалификацию трудящимся комбината.

Организация и функциональная структура автоматизированной системы управления осуществляется главным диспетчером, диспетчерами, операторами процессов. Основные функции управления на нижнем уровне осуществляют операторы процессов, главными задачами которых является контроль технологических параметров и качества сырья, промежуточных продуктов и концентратов[21].

5.3 Организация труда и заработная плата

Заработная плата регулируется с помощью:

-тарифных ставок;

-тарифных сеток;

-квалификационных справочников.

Тарифная ставка - нормируемая величина оплаты за единицу времени.

Тарифная сетка включает тарифные ставки и тарифные коэффициенты[16].

На предприятии имеют место доплаты за: профессиональное мастерство, повышение производительности, снижение трудоемкости, а также за экономию, внедрение нового, снижение себестоимости.

На обогатительной фабрике используется современная форма организации труда: совмещение функций и профилей.

Предпочтение отдается бригадной форме организации труда. Повсеместно предполагается применять научную организацию труда. Для определения численности работников использованы передовые нормативы к труду.

Расчет зарплаты для сдельщиков осуществляется, исходя из числа их выходов и фактического объема выработки в соответствующие дни выхода[21].

Выводы

Основные цели организации производства на обогатительной фабрике - это получение большей прибыли, сокращение затрат, рациональное использование ресурсов и повышение конкурентоспособности.

Для достижения этих целей необходимо формирование эффективной системы производства включающей в себя: организацию производственных процессов, организацию труда и управления. Правильно организованный график рабочих смен и плановых ремонтов, баланс рабочего времени и автоматизации системы управления, штат рабочих фабрики и фонд заработных плат обеспечивают стабильное и прибыльное производство.

6. Безопасность работ на обогатительной фабрике

Под охраной труда понимается система законодательных актов лечебно-профилактических мероприятий и средств, обеспечивающих безопасность сохранения здоровья, работоспособности человека в процессе труда.

Основная задача - это разработка и внедрение мер, обеспечивающих безопасность труда, при котором исключено воздействие на рабочих опасных и вредных производственных факторов.

В качестве примера для улучшения условий труда на обогатительной фабрике можно привести введение в действие процесса шарового измельчения. В частности улучшается воздух рабочей зоны фабрики, уменьшается уровень шума и вибрации, снижается пожароопасность, сокращается число основных производственных опасностей и вредностей на всём предприятии[13].

6.1 Улучшение условий труда при совершенствовании технологии обогащения железистых кварцитов

Современные обогатительные фабрики представляют собой мощные высокомеханизированные предприятия с поточными непрерывными технологическими процессами, оснащенные различными машинами и аппаратами. Несмотря на достигнутые результаты в области охраны труда, полностью не устранены аварии, пожары, травмы, предотвращение которых зависит от технических решений, заложенных при проектировании обогатительных фабрик и оборудования, от уровня эксплуатации и организации работ[13,14].

6.2 Анализ основных производственных опасностей и вредностей на обогатительной фабрике

Опасным производственным фактором называют фактор, воздействие которого на людей приводит к травме или другому внезапному, резкому ухудшению здоровья (движущиеся детали, падающие предметы)[14].

Опасными и вредными факторами согласно ГОСТ 12.0.003 на обогатительном производстве являются:

- движущиеся машины и механизмы;

- подвижные части производственного оборудования;

- передвигающиеся материалы (руда, концентрат);

- повышенная запыленность и загазованность рабочей зоны;

- повышенный уровень шума на рабочих местах;

- повышенный уровень вибрации;

- повышенный уровень статического электричества;

- повышенная напряженность магнитного поля;

- острые кромки, заусенцы и шероховатость на поверхностях заготовок, инструментах, оборудования;

- повышенное значение напряжения в электрической цепи, замыкание которой может произойти через тело человека;

- повышенная влажность воздуха;

- расположение рабочего места на значительной высоте относительно земли (пола)[13].

По характеру выполняемой работы травматизм распределяется следующим образом: обслуживание внутрифабричного транспорта - 22%, обслуживание технологического оборудования - 12%, обслуживание электрооборудования - 2%, передвижение по отметкам фабрики - 10%.

Основные причины травмирования рабочих при эксплуатациии оборудования - организационные, а также индивидуального и санитарно-гигиенического характера.

Основное количество травм, связанных с транспортным оборудованием происходит при обслуживании ленточных конвейеров (до 79%).

Наибольшее количество несчастных случаев при выполнении ремонтных и монтажных работ наблюдается в отделениях обогащения (до 40%), на участках приема и погрузки полезных ископаемых (до 17%), а также в механических мастерских (до 4%). Основные травмирующие факторы - механические (88%).

Статистические данные по электротравматизму на обогатительных фабриках показывают, что удельный вес поражений электрическим током по сравнению с другими видами невелик (до 2%), но они носят более тяжелый характер.

Помимо травматизма пагубное воздействие на здоровье рабочего персонала оказывают и другие факторы[13,14].

Вредный производственный фактор - это фактор воздействия которого на человека приводит к заболеванию или снижению работоспособности (повышенный уровень вибрации, шума, запыленности, недостаточная освещённость, вредные примеси в воздухе.)

Так основные причины заболеваний органов дыхания - загрязненность производственной атмосферы пылью, что обусловлено недостаточно эффективной работой вентиляции, некачественным укрытием очагов пылевыделения, недостаточной герметизацией окон, проемов.

Существенное значение в развитии нервных заболеваний, болезней уха и язвенной болезни имеют повышенные уровни шума и вибрации.

Основные причины несоответствия уровня освещенности рабочих мест -загрязненность светильников из-за большого выделения пыли, нерациональное размещение их по отношению к оборудованию, отсутствие или отключение светильников, нерегулярный уход за ними. Основная причина неудовлетворительной естественной освещенности -- высокая влажность воздуха и повышенное пылевыделение.

При комплексном воздействии вредных факторов на организм человека происходит многократное усиление их влияния[14].

6.3 Обеспечение санитарно-гигиенических требований к воздуху рабочей зоны

Санитарно-гигиеническое благоустройство предприятий занимает значительное место в комплексе мероприятий по обеспечению здоровых и безопасных условий труда. Поэтому санитарно-гигиенические требования учитываются как при проектировании и строительстве предприятий, так и при их эксплуатации.

К основным параметрам атмосферы производственной среды помещений обогатительных фабрик относят: загазованность, запылённость воздуха, содержание паров вредных веществ, фактор, определяющие микроклимат помещений (температуру, влажность, скорость движения воздуха, барометрическое давление). В задачи санитарно-гигиенического метода входит исследование температуры, влажности, давления и движения воздуха; химического состава и запыленности воздушной среды, коротковолнового и радиоактивного излучения, шума, сотрясений и вибрации[14].

Комплексное воздействие температуры, влажности и движения воздуха создает определенный микроклимат, от которого зависит терморегуляция организма работающего.

На теплорегуляцию организма отрицательное влияние оказывает влажность воздуха. Особенно неблагоприятно отражается высокая относительная влажность воздуха (70-75%) при высоких и низких температурах воздуха.

Для создания нормального микроклимата на обогатительных фабриках применяют механическую приточно-вытяжную вентиляцию (наличие которой обязательно), естественное проветривание производственных помещений, отопительную систему, воздушные тепловые завесы, двойное остекление, теплоизоляцию поверхности нагреваемого оборудования и другие меры. Наиболее благоприятными условиями являются температура в пределах 18-24°С и барометрическое давление в пределах 550-950 мм рт. ст., а также воздух, содержащий по объёму 78,08% азота и 20,95% кислорода. При резком изменении атмосферного давления значительно ухудшается здоровье людей[14].

Оптимальные метеорологические параметры в рабочих зонах производственных помещений представлены в таблице 6.1

Таблица 6.1 Оптимальные метеорологические параметры в рабочих зонах производственных помещений

Температура воздуха	Категория работ	Температура в помещении, °С	Влажность, %	Подвижность воздуха, м/с
<10°С	лёгкая	20-22	40-60	0,2-0,3
	средняя	17-19
	тяжёлая	16-18
	лёгкая	22-25		0,2-0,5
>10°С	средняя	20-23	40-60	0,2-0,5
	тяжёлая	28-21		0,3-0,7

Основными средствами защиты работающего от переохлаждения являются спецодежда и спецобувь. Ткани, из которых изготовляют спецодежду, должны быть не только малотеплопроводимыми и влагоемкими, но и воздухопроницаемыми[14].

6.4 Мероприятия по снижению запылённости

Пылью называются дисперсные системы, состоящие из твердых частиц размером 0,001-0,1 мм, которые в воздухе могут находиться в течение продолжительного времени во взвешенном состоянии.

Влияние пыли на организм человека зависит от ее физико-химических свойств.

В настоящее время все мероприятия по борьбе с пылью можно разделить на следующие основные группы: предупреждение или снижение пылеобразования; осаждение пыли, взвешенной в воздухе; разжижение взвешенной в воздухе пыли (вентиляция); пылеотсос и осаждение пыли[14,15].

К основным источникам пылеобразования на обогатительных фабриках относятся грохочение, дробление, сушка, а также механическое и самотечное транспортирование продуктов обогащения. Наиболее интенсивным пылеобразованием сопровождается перегрузка высушенного концентрата с большим содержанием тонких фракций[15].

К основным способам борьбы с пылью на фабриках относятся: максимальная герметизация технологического оборудования и укрытие всех мест пылевыделения; аспирация с очисткой воздуха от пыли.