ОАО Комбинат Магнезит - технология обагащения
Крупнейший в мире и главный в России производитель высоко-огнеупорных изделий ОАО "Комбинат Магнезит" ведет поиск более совершенной и эффективной технологии обогащения магнезитовой руды. Учеными ИПКОН РАН по заказу комбината были проведены исследования режима обогащения руды в пневмопульсационной машине. Методика и результаты исследований рассматриваются в этой статье.
В природном магнезите месторождений Саткинской группы присутствуют примеси доломита, кальцита, кварца, железа и другие. Особенно вредны примеси минералов, содержащие кремний и оксид кальция, которые образуют после обжига легкоплавкие соединения, резко снижающие качество огнеупоров. Высококачественные огнеупорные материалы могут быть получены из магнезитовых концентратов, содержащих минимальное количество примесей, главным образом, СаО и SiO(2). Удаление этих примесей, в особенности кремнезема - основная задача обогащения магнезитовых руд.
Для обогащения магнезитов разработаны два способа: разделение в тяжелых суспензиях и флотация.
Тяжелые суспензии не могут обеспечить необходимой степени разделения магнезита и доломита вследствие близких плотностей этих минералов. Для глубокого обогащения магнезитов с большим содержанием мелких зерен и тонким взаимопрорастанием минералов эффективным способом является флотация, технология которой подробно разрабатывалась специалистами института "Уралмеханобр" и завода "Сибэлектросталь". Дешламированную руду флотировали в содовой среде при рН = 10.0-10.5. В качестве собирателей использовали кубовые остатки синтетических жирных спиртов (КОС), талловое масло (ТМ), технические жирные кислоты (ТЖК). Для депрессии кальций- и кремнийсодержащих минералов обычно применяли гексаметафосфат натрия (ГМФ), карбоксиметилцеллюлозу (КМЦ), жидкое стекло (ЖС) и сульфат алюминия.
Схемы обогащения магнезитовой руды в механических флотомашинах предусматривали три перечистки магнезитового продукта. Практика показала, что выход концентрата и его химический состав существенно зависят от химического состава исходного магнезита. Для руд с повышенным содержанием силикатов использовали обратную флотацию.
В дальнейшем было предложено при флотационном обогащении магнезитового сырья с массовой долей примесей в нем до 3% СаО и до 2% SiOв качестве собирателя использовать только ТМ. В случае большего содержания примесей - ТМ совместно с мылами от рафинации метиловых жиров. Их применение позволяло получать из сырья с повышенным содержанием примесей магнезитовый концентрат с содержанием СаО и SiО(2), соответственно, 0.74 и 0.39%. Выход магнезитового концентрата составлял 52.7%. Использовали также и другие сочетания реагентов.
Пневмопульсационная флотация отличается от обычной тем, что разделение происходит в жидкости, совершающей вертикальные возвратно-поступательные движения с определенной частотой и амплитудой. Аэрирование жидкости осуществляется за счет движения границы раздела фаз жидкость-газ через диспергаторы в неподвижном аэраторе при подаче в него пульсирующего воздуха. Благодаря пульсационным воздействиям, пузырек воздуха всплывает с переменной скоростью, которая зависит от частоты и амплитуды колебаний пульпы. При этом во флотационной камере изменяются гидродинамические условия взаимодействия фаз и физико-механические свойства дисперсной системы.
Пневмопульсационные флотомашины конструкции ИПКОН РАН и ООО "ЭЛАС" объемом от 0.1 до 21м (3) испытаны в различных операциях при флотации фосфоритов, каменных углей, полиметаллических и медно-никелевых руд, калийных солей. Наиболее широкие исследования в промышленных условиях проведены при флотации калийных солей Верхнекамского месторождения и полиметаллической руды на Зыряновской обогатительной фабрике.
Аппарат объемом 0.1 м(3) был испытан в циклах цинковой и свинцовой флотации полиметаллической руды. При этом была установлена возможность повышения содержания цинка в готовом концентрате на 5-6% без снижения извлечения, т.е. за счет улучшения селекции. Пульсационная флотация с помощью этого аппарата позволила повысить не только содержание свинца в концентрате на 3%, но и извлечение его более, чем на 5%. Благодаря высокой селективности разделения при пульсационной флотации с возвратом в предыдущие операции камерных продуктов, одновременно повысилось извлечение меди и улучшилось качество медного концентрата.
Испытания флотомашины ФПП-7.7 в операции перечистки чернового сильвинового концентрата показали, что использование этого аппарата позволяет за одну стадию переработки, вместо трех при механической флотации, получить стабильный прирост массовой доли КСl в концентрате на 0.5-3%, снизить содержание ценного компонента в хвостах на 8-11% и в среднем на 1.5% увеличить извлечение хлористого калия. При этом можно получить пенный продукт с содержанием твердого до 65%, что позволяет снизить затраты на обезвоживание. Отмечена высокая селективность процессов разделения тонких частиц и высокая удельная производительность при низких затратах электроэнергии (до 0.3 кВт-ч/м(3) пульпы).
Пневмопульсационная флотационная машина с камерой объемом 21 м(3) производительностью до 500 м(3) в час постоянно работает в операции флотации шламов на обогатительной фабрике 2-го калийного рудоуправления АО "Уралкалий". В ближайшее время в операции перечистки сильвинового концентрата будет работать машина аналогичной конструкции с камерой объемом 15 м(3). Этот аппарат изготовлен из нержавеющей стали на Перловском заводе энергетического машиностроения (Подмосковье) и сейчас устанавливается на обогатительной фабрике 3-го рудоуправления АО "Уралкалий".
Технологические исследования по обогащению магнезитовой руды Саткинского месторождения проводились в укрупненной лабораторной колонной пневмопульсационной флотомашине на двух пробах, характеристики которых представлены диаграммами.
Основным минералом исследованной руды является магнезит, примесями - доломит, кальцит, брусит, кварц, хлорит, в незначительном количестве - серпентин и другие минералы.
По результатам рентгенофазового анализа проб магнезита в лаборатории ИПКОН РАН кальцит в руде не обнаружен, следовательно, практически весь кальций связан с доломитом, что делает руду весьма труднообогатимой. Результаты анализа руды, дробленной в лабораторных условиях, представлены в диаграмме.
Исследование флотации проведены с использованием технической (речной) и шахтной воды, доставленной из комбината "Магнезит".
Как показали анализы, шахтная вода отличается от речной большим количеством примесей железа, кальция и магния, находящихся как в растворе, так и в осадке. Предварительными опытами было установлено, что использование такой воды при флотации магнезита приводит к нарушению флотационного процесса и значительному снижению выхода концентрата. Известно, что качество воды, используемой для флотации, можно существенно улучшить с помощью обработки ее электрическим током. При проведении большинства флотационных опытов по магнезиту с использованием шахтной воды проводилась ее предварительная электрохимическая обработка с отстаиванием.
Опыты по флотации проводили на укрупненной лабораторной установке, имеющей флотационную камеру прямоугольного сечения 40х80 мм высотой 3000 мм и рабочим объемом около 10 л. Флотационная камера имеет два боковых аэратора, которые при помощи пульсатора 13 сообщаются попеременно с источником сжатого воздуха (компрессор) и с атмосферой. Параметры пульсации задаются электронным генератором колебаний. Амплитудно-частотный режим работы пульсационного флотационного аппарата выбран с учетом результатов исследования (имеются ввиду исследования, проведенные при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, грант N 99-05-64191) взаимодействия фаз в условиях пульсационной флотации.
Частота пульсаций в оптимальных условиях была принята равной 24 кол./мин. При этой частоте пульпа во флотационной камере совершала вертикальные колебания с амплитудой 14 мм.
Флотация руды проводилась в полунепрерывном и непрерывном режимах. При работе в полунепрерывном режиме исходный материал (навеска 1.5-3.0 кг) загружался в переливной бачок 4. Камерный продукт собирался в емкость II. Уровень пульпы в камере в этом случае поддерживался водой, подаваемой по питающему трубопроводу по окончании входа питания. Кроме того, вместо емкости 11 устанавливался эрлифт и разгрузка камерного продукта осуществлялась через устройство 17, с помощью которого поддерживался необходимый уровень пульпы во флотационной камере.
Для сопоставления технологических показателей и определения эффективности пневмопульсационного метода флотационные опыты проводили параллельно на пневмопульсационной флотомашине и в лабораторной механической (объем камеры 0.25 л): применялись схемы прямой и обратной флотации магнезита, включающие разное количество перечистных операций, различные расход и условия подачи реагентов.
Прямую флотацию проводили при рН-10 в содовой среде. Использовали два реагентных режима:
1) КМЦ - 100 г/т, ГМФ - 100 г/т, ТМ - 700 г/m;
2) ЖС - 900 г/m, сульфат алюминия 150 г/т, ТМ-400 г/т и КОС - 400 г/т.
Результаты опытов пневмопульсационной флотации обеих проб на технической и шахтной воде и по флотации пробы N1 в лабораторной механической флотомашине позволили сделать несколько принципиальных выводов.
Сравнение результатов флотации пробы N 2 на шахтной и технической воде показывает, что более чистая техническая вода позволяет получить несколько лучшее качество пенных продуктов при большем их выходе. Концентраты основной флотации при использовании технической воды очень близки по химическому составу к концентрату, полученному на шахтной воде. Разница в содержании ценного компонента не превышает 0.2%, а примесей - 0.1%.
При этом, различие выходов пенного продукта и, соответственно, извлечения Mg0 составляет более 14% в пользу применения технической воды. Вместе с тем, абсолютное содержание в этих продуктах вредных примесей, особенно кремнезема, достаточно велико и не позволяет отказаться от перечистной флотации.
Перечистная флотация в обоих случаях снижает выход концентратов на 7-8%, при этом, наряду с повышением их качества, несколько возрастает различие в содержании компонентов и пенный продукт при флотации на технической воде по содержанию примесей соответствует поставленным кондициям, а при флотации на обработанной шахтной воде близок к ним.
Флотация руды пробы N 1 на шахтной и технической воде также показала близкие результаты. В том и в другом случае после перечистной флотации могут быть получены кондиционные продукты практически одинакового состава, правда, выход концентрата при использовании технической воды на 2-3% выше, соответственно, выше и извлечение магнезита.
Полученные данные показывают, что различие в качестве продуктов при флотации в пневмопульсационных флотомашинах мало зависит от качества исходных материалов. Меньшее содержание Mg0 в пробе N 1 уменьшило выход концентрата при флотации на технической воде, но не изменило его качества. Представляет интерес то обстоятельство, что различие содержания примесей в пробах также практически не повлияло на их содержание в пенном продукте перечистки. В пробе N 1 содержание СаО более, чем вдвое выше, чем в пробе N 2 (3.44% и 1.52%), но в конечных продуктах разница либо отсутствует (шахтная вода), либо составляет 0.13%. Так же мало влияет на содержание в концентрате оксида кремния его количество в исходной руде. В обоих случаях конечный концентрат представляет собой продукт приемлемого качества. Наблюдаемый эффект - стабильность качества пенного продукта при довольно значительных изменениях содержания компонентов в питании - характерен для пульсационной флотации. Он был обнаружен при проведении промышленных испытаний по флотации полиметаллической руды и калийных солей.
Представляет известный интерес динамика изменения выхода и качества пенного продукта в перечистных операциях флотации материала пробы N 1 на технической воде в лабораторной механической флотационной машине. Выход пенного продукта, который в основной флотации составляет почти 65%, после третьей перечистки снижается до 51%. Содержание Mg0 при этом увеличивается на 0.8%, а количество примесей при перечистках планомерно уменьшается, но только после третьей перечистки пенный продукт механической флотации приближается по качеству к пенному продукту единственной перечистной операции при флотации того же материала на пневмопульсационной флотомашине.
Как уже отмечалось, минералы, слагающие магнезитовую руду, весьма близки по своим физическим и физико-химическим свойствам, поэтому их разделение флотационным, как и другими методами, затруднено. Содержание ценного компонента, Mg0, удается повысить флотацией лишь на 2-3%. Примерно на столько же меньше содержание Mg0 в камерном продукте. При этом следует отметить, что меньший прирост содержания в пене Mg0 (2%) соответствует пробе N 2, а больший (3% с лишним), пробе N 1. Конечные продукты, полученные из этих проб, по содержанию основного компонента и примесей практически одинаковы.
Сравнивая механическую и пульсационную флотомашины, необходимо отметить, что первая из них дает немного меньший прирост содержания Mg0, а содержание примесей в конечном продукте, несмотря на три перечистки, заметно выше. Меньшая селективность флотации в механической машине также видна при рассмотрении показателей извлечения в концентрат, промпродукты и отходы. Данные сравнительной флотации говорят, что суммарное извлечение магнезита в отходы механической флотации больше, а извлечение примесей меньше (SiО(2) - на .6%).
Была проверена целесообразность удаления из руды силикатных примесей перед основной магнезитовой флотацией путем проведения обратной флотации с применением амина АНП и метилизобутилкарбинола (МИБК) в качестве вспенивателя (в полунепрерывном режиме).
Опыты обратной флотации проводили по схеме, включающей предварительную силикатную флотацию (АНП - 450 г/т, МИБК - 100 г/т), основную магнезитовую флотацию камерного продукта (сода, силикат натрия, сернокислый алюминий, ГМФ, КОС, талловое масло) и перечистку магнезитового концентрата. Материал пробы N 1, отличающийся повышенным содержанием доломита, флотировали на технической и водопроводной воде, а также на шахтной необработанной и электрохимически обработанной воде. Руду пробы N 2 из забоя флотировали только на технической воде. О качестве продуктов, полученных в опытах, проведенных в условиях, близких к оптимальным, можно судить по данным.
В приведенных характеристиках пенных продуктов отмечается значительное снижение содержания двуокиси кремния в большинстве магнезитовых концентратов, так как основная часть силикатов выделяется в пенный продукт силикатной флотации. Что касается качества этих продуктов по содержанию других компонентов, то оно, в основном, аналогично качеству продуктов прямой флотации магнезита. Выход конечных концентратов также соответствует выходу аналогичных продуктов при прямой флотации магнезита. Исключение составляет пенный продукт перечистной флотации пробы N 1, выход которого вдвое меньше из-за применения в этом опыте необработанной шахтной воды.
Из материала обеих проб магнезита, труднообогатимого флотационным методом, в оптимальных условиях может быть получен магнезитовый концентрат с содержанием Mg0 более 46.5%, Са0 менее 0.8% и SiO, менее 0.4% при выходе 61-57% и извлечении Mg0 до 65%.
Лучшие результаты флотации получены при использовании "технической" (речной) воды. В процессе может быть применена и шахтная вода, однако магнезитовый концентрат приемлемого качества при достаточном выходе получается только после электрохимической обработки шахтной воды.
Конечные продукты близкого качества можно получить как в пульсационной, так и в механической флотационных машинах, но пульсационная флотация позволяет получать готовый продукт после двух операций - основной магнезитовой флотации и одной перечистки, тогда как механическая флотация требует, кроме основной, три перечистных операции. При этом готовый продукт механической флотации несколько уступает по качеству концентрату пульсационной флотации.
Кроме того, из результатов проведенных ранее промышленных испытаний известно, что пульсационные флотомашины имеют производительность в несколько раз большую по сравнению с импеллерными. Поэтому установка механических флотомашин неизбежно потребует значительно большего фронта флотации. По этой же причине в настоящее время не следует считать целесообразной предварительную силикатную флотацию магнезита, так как в этом случае для получения кондиционного готового продукта необходимы три операции - силикатная флотация, основная и перечистная его флотация.
Технология с предварительной силикатной флотацией магнезита представляется перспективной, так как готовый продукт хорошо очищается от примеси SiO(2). Вполне возможно, что путем подбора реагентного режима и параметров пульсационной флотации удастся исключить необходимость перечистки.