2011/2010/2009/2008/2007/2006/2005

Обогащение полезных ископаемых

Разработан Инновационный проект «Сохранение и освоение техногенных месторождений Кольского горнопромышленного комплекса», объединяющий новые технологические решения по сохранению техногенных месторождений и комплексной переработке техногенного минерального сырья с максимально возможным извлечением полезных компонентов. Реализация проекта обеспечивает повышение эффективности природопользования, расширение минерально-сырьевой базы предприятий, получение дополнительных объемов и новых видов продукции, сокращение складированных отходов, улучшение состояния природной среды. Инновационный проект создан на основе разработанной в Горном институте теории сохранения и освоения техногенных месторождений. Технологические решения обеспечены результатами инженерного анализа на основе CAD/СAM/CAE программных средств.

Прямые инвестиции ОАО МХК «ЕвроХим» в реализацию проекта на первом этапе составили более 600 млн. рублей. Стоимость дополнительно выпускаемой только ОАО «Ковдорский ГОК» товарной продукции составляет ~ 2 млрд. руб. в год.

Теория сохранения и освоения минерального сырья техногенных месторождений, разработанная в Горном институте КНЦ РАН в рамках Программы фундаментальных исследований Президиума РАН № 14-23-24, основывается на фундаментальных и прикладных исследованиях по сохранению и комплексному освоению техногенных месторождений, типичными представителями которых являются отходы рудообогащения горнодобывающих предприятий Кольского горнопромышленного комплекса (ГПК) ОАО - «Апатит» (~900 млн. т), ОАО «Олкон»(~400 млн.т), ОАО «Ковдорский ГОК»(~250 млн.т), содержащие значительное количество полезных компонентов, представляющих практический интерес.

В составе Инновационного проекта разработаны (рис. 1):
- технологии комплексного обогащения минерального сырья техногенного месторождения ОАО «Ковдорский ГОК», представленного отходами магнитной и апатит-бадделеитовой обогатительных фабрик (I и II поле хвостохранилища), обеспечивающие получение кондиционных концентратов - апатитового объемом 570 тыс. т/год, при извлечении до 60% Р2О5,, бадделеитового объемом 3.0 тыс т/год при извлечении 27% ZrO2 (I поле); железорудного, апатитового, чернового бадделеитового при извлечении соответственно 23% Feобщ., 42,3% Р2О5 и 25% ZrO2 (II поле); на предприятии введен в эксплуатацию корпус переработки минерального сырья техногенного месторождения производительностью 5млн. т/год, обеспеченность предприятия запасами техногенного сырья при такой мощности составляет более 20 лет;

- ресурсосберегающая гравитационно-магнитная технология переработки техногенного минерального сырья ОАО «Олкон», обеспечивающая получение кондиционного железного концентрата при извлечении Feобщ выше 50% без цикла рудоподготовки. Введение цикла рудоподготовки на стадии обогащения промпродуктов и их переработка комбинированным магнитно-гравитационным способом повышает извлечение Feобщ. еще на 7-10%. Применение магнитной сепарации с повышенной напряженностью магнитного поля позволяет выделить кварцевый продукт с содержанием железа (2-3%) с извлечением до 90% общего железа в магнитную фракцию. Обеспеченность предприятия запасами сырья при производительности 1,1 млн. т железного концентрата в год составляет более 40 лет;

- комбинированная флотационно-магнитная технология комплексного обогащения техногенного сырья (ОАО «Апатит»), обеспечивающая получение кондиционных концентратов: апатитового при извлечении 78% Р2О5, нефелинового при извлечении глинозема до 70%, сфенового при извлечении сфена ~63%. Наряду с апатитовым, нефелиновым и сфеновым концентратами получены титаномагнетитовый и эгириновый продукты. Вовлечение в переработку минерального сырья техногенных месторождений ОАО «Апатит» в объеме 10 млн. т в год, позволяет производить до 570 тыс. т апатитового, 5,8 млн. т нефелинового и ~350 тыс.т сфенового концентратов в год.

Рисунок 1 – Технологические решения Инновационного проекта.

Созданы новые образцы обогатительного оборудования на основе оптимизации гидродинамических характеристик потоков с учетом выявленных закономерностей движения гетерогенных фаз при разделении минеральных комплексов на базе CAD/CAM/САE программных средств.

Разработана технология сохранения техногенных месторождений созданием биогеобарьера в соответствии с концепцией естественного почвообразования. На хвостохранилищах предприятий Кольского ГПК создан биогеобарьер, обеспечивающий прекращение ветровой и водной эрозии, снижение интенсивности процессов химического выветривания, повышение устойчивости гидротехнических сооружений.

Социально-экономическая значимость вовлечения отходов в промышленное производство заключается в снижении себестоимости получаемой продукции, наполнении бюджетов различных уровней, росте социального и экологического благополучия населения региона. Экологическая составляющая заключается в уменьшении объемов складированных отходов и снижении их негативного влияния на природную среду.

Внедрен способ приготовления растворов труднорастворимых этоксилатов алкилфенолов, основанный на образовании устойчивых солюбилизированных систем. Использование способа на ОАО «Ковдорский ГОК» позволяет повысить эффективность их действия как регулятора селективной флотации апатита, повысить технико-экономические показатели, снизить затраты на реагенты и сократить энерго- и трудозатраты. Экономический эффект от внедрения составляет 55 млн. руб. в год.

Реагентный режим флотации апатита на АБОФ Ковдорского ГОКа включает использование в качестве регулятора смеси этоксилатов нонилфенола с содержанием 2-х молей этиленоксида (реагент М-246, производства «Кемира», Финляндия) и изононилфенола со средним содержанием 10 молей этиленоксида (Неонол 9-10, Россия) в соотношении 1:1. Ввиду нерастворимости в воде М-246 растворы при нормальной температуре крайне нестабильны, и в промышленных условиях для обеспечения устойчивости раствора предусматривалось постоянное перемешивание и поддержание температуры ~800С как при его приготовлении, так и при подаче в процесс. Снижение температуры приводило к нарушению устойчивости раствора, что негативно отражалось на процессе селективной флотации.

Внедрение разработанного способа, основанного на введении по отношению к нерастворимому в воде М-246 добавок солюбилизатора – ионогенного ПАВ, позволяет обеспечить получение при температуре ~400С устойчивых растворов, сохраняющих свои свойства при снижении температуры до 15-200С. Способ полностью исключает необходимость нагрева раствора до ~ 800С и сокращает в ~ 2 раза время его приготовления.

Внедрение способа и оптимизации соотношения компонентов смеси регуляторов обеспечивает повышение стабильности процесса флотации и технологических показателей, снижение затрат на реагенты, сокращение энерго- и трудозатрат в производстве апатитового концентрата.

Разработанный способ внедрен с 01.07.2011 г. с ожидаемым экономическим эффектом 55 млн. руб. в год.

Разработана технология обогащения маложелезистых апатитовых руд Ковдорского железорудного месторождения с содержанием 5% P2O5 и 12% Feобщ и определено оптимальное соотношение их переработки с рудами текущей добычи. При годовой производительности 16,4 млн.т технология позволяет вовлечь 4,3 млн.т маложелезистых руд и обеспечить получение кондиционных апатитового, железорудного и бадделеитового концентратов.

В результате проведенных лабораторных исследований разработаны технологические схемы обогащения маложелезистых руд и их смеси с бадделеит-апатит-магнетитовыми рудами со следующими технологическими показателями обогащения:

маложелезистые апатитовые руды:

- магнетитовый концентрат с содержанием Fe общ. – 64,05% , извлечение – 76,8%;

- апатитовый концентрат с содержанием P2O5 – 38,05% при извлечении – 65,2%.

смесь бадделеит-апатит-магнетитовых руд и маложелезистых апатитовых руд текущей подачи на обогатительную фабрику:

- магнетитовый концентрат с содержанием Fe общ. – 64,07%, извлечение – 91,7%;

- апатитовый концентрат с содержанием P2O5 – 38,01% при извлечении – 69,9%.

смесь бадделеит-апатит-магнетитовых руд и маложелезистых апатитовых руд в полном объеме добычи:

- магнетитовый концентрат с содержанием Fe общ. – 64,08%, извлечение – 87,3%;

- апатитовый концентрат с содержанием P2O5 – 38,02% при извлечении – 66,9%.

С 2010 г. началось совместное вовлечение в переработку на ОАО «Ковдорский ГОК» бадделеит-апатит-магнетитовых руд и маложелезистых апатитовых руд в полном объеме добычи с получением железорудного, апатитового и бадделеитового концентратов.

На основе результатов минералого-технологических исследований и полупромышленных испытаний разработана эффективная гравитационно-магнитная технология обогащения бедных хромовых руд Аганозерского месторождения Республики Карелия, соответствующая особенностям вещественного состава руд и обеспечивающая получение кондиционного концентрата с содержанием Cr2O3 не менее 45%. Разработан технологический регламент для проектирования промышленного предприятия по переработке хромовой руды производительностью 1 млн. т в год.

Особенности вещественного состава и текстурно-структурных свойств хромовой руды Аганозерского месторождения предопределили выбор гравитационного метода обогащения в качестве основного. Из нескольких вариантов разработанных технологических схем обогащения выбран один, наиболее полно соответствующий минералого-технологическим особенностям руды. Основой технологии является использованием двухстадиальной гравитационно-магнитной схемы обогащения.

На I стадии обогащения при крупности измельчения -0.63 мм осуществляется выделение хромита крупнозернистой разновидности. На этой стадии руду рекомендуется измельчать в стержневой мельнице. Во II стадии для обеспечения достаточно полного раскрытия хромита второй (мелкозернистой) разновидности рекомендуется использование шаровой мельницы при крупности измельчения -0.2 мм.

Для предварительного обогащения руды предлагается использование винтовых сепараторов, доводка полученных продуктов осуществляется на концентрационных столах и магнитных сепараторах.

При обогащении хромовой руды Аганозерского месторождения по разработанной схеме с учетом содержания в исходной руде 20.24% Cr2O3 (при бортовом содержании 10% Cr2O3) показатели обогащения составят: выход концентрата - 34%, содержание Cr2O3 - 45.5%, извлечение Cr2O3- 76.4%. Потери с отвальными хвостами составят 23.5%, при содержании Cr2O3 7.2%.

В качестве возможного варианта технологии изучен и такой, в котором на стадии среднего дробления с целью вывода из процесса кусковых отвальных хвостов используется метод тяжелосредной сепарации (ТЖС). С легкой фракцией ТЖС в этом случае может быть выведено около 28% отвальных хвостов с содержанием Cr2O3 6.3%. Наиболее эффективен данный вариант будет при вовлечении переработку более бедных руд: при снижении бортового содержания и переработке руд с других участков месторождения. По результатам исследований разработан технологический регламент на проектирование обогатительной фабрики.

С учетом установленных текстурно-структурных особенностей и закономерностей раскрытия минеральных комплексов разработана эффективная технология предварительного гравитационного обогащения забалансовых медно-никелевых руд Ждановского месторождения, позволяющая получать обогащенный продукт, пригодный для последующей переработки в общей шихте на существующей обогатительной фабрике ОАО «Кольская ГМК».

На основе результатов детальных исследований текстурно-структурных свойств забалансовых медно-никелевых руд Ждановского месторождения, закономерностей сокращения крупности руды и раскрытия сульфидной вкрапленности, закономерностей разделения руды с использованием гравитационных и магнитных методов обогащения разработана эффективная технология предварительного обогащения забалансовой руды. Разработанная технология включает в себя обогащение с использованием винтовой сепарации и концентрации на столах руды крупностью -0.4 мм с предварительной классификацией по классу -0.045 мм. Полученный гравитационный концентрат (продукт предобогащения) содержит 0.42-0.44% Ni и 0.13% Cu при извлечении 55-59% и 49-51%, соответственно. Содержание никеля и меди в хвостах гравитационного обогащения составляет 0.19% и 0.08%, соответственно. При последующем флотационном обогащении гравитационного концентрата получен готовый медно-никелевый концентрат с содержанием 6-8.5% Ni и 2-2.5% Cu при извлечении 75-76% и 73-75%, соответственно. Содержание никеля и меди в хвостах флотации составило 0.11% и 0.04%, соответственно.

На основании полученных результатов и текущих показателей обогащения руды на обогатительной фабрике (ОФ) ОАО «Кольская ГМК» выполнена теоретическая оценка показателей переработки продукта предобогащения в смеси с рудой перерабатываемой на ОФ. Показано, что совместная переработка гравитационного концентрата в количестве до 20% с рудой текущей добычи существенно не повлияет на фабричные показатели обогащения.

Выявлены закономерности процессов массопереноса и распределения частиц, обладающих пониженной контрастностью физических и физико-химических свойств, в рабочих объемах обогатительного оборудования, позволившие обосновать оптимальную геометрию разделительных аппаратов и выбор научно-технических решений при создании ресурсо- и энергосберегающих технологий извлечения минеральных компонентов из комплексных труднообогатимых руд.

Развитие научно-обоснованных методов расчета гидродинамических характеристик течения псевдоожиженных минеральных суспензий в рабочих объемах сепарационного оборудования с привлечением современных информационных технологий направлено на создание конкурентоспособных ресурсо- и энергосберегающих схем обогащения труднообогатимого сырья. Использование методов вычислительной гидродинамики многофазных сред и современных информационных технологий позволило выполнить расчеты параметров течения псевдоожиженной минеральной суспензии в рабочих объемах обогатительных аппаратов.

Влияние гидродинамики движения многофазных сред на селективность разделения минеральных частиц с близкими физическими и физико-химическими свойствами в широком диапазоне изменения параметров потоков установлено в результате математического моделирования. Адекватность математических моделей подтверждена натурными экспериментами. Полученные данные использованы для обоснования оптимизации геометрии разделительных аппаратов и разработки конструкции нового обогатительного оборудования.

В рамках аналитической модели процесса обратной флотации нефелина решена задачи обеспечения разделения компонентов пульпы по признаку флотируемости и получения графических результатов распределения концентраций и градиентов скоростей жидкой, твердой и газовой фаз. Модель позволяет осуществлять постоянный контроль над технологическими параметрами флотации в типовой схеме обогатительного цикла. Выявленные тенденции и закономерности распределения концентраций агрегатов в камере флотационной машины подтвердили целесообразность перехода от моноточечной схемы введения активированной водной дисперсии воздуха (АВДВ) в зону активной аэрации пульпы к радиальной многоточечной схеме введения АВДВ.

Применение компьютерных программ моделирования технологических процессов обогащения в сочетании с математическими моделями нового и традиционного обогатительного оборудования позволяют прогнозировать технологические показатели схем обогащения железорудного сырья с использованием комбинации процесса тонкого грохочения и магнитно-гравитационного разделения, подтвердить возможность снижения энергозатрат при внедрении данной технологии в промышленных условиях за счет сокращения фронта измельчения и рекомендовать применение гравитационных методов обогащения при переработке железистых кварцитов Заимандровской группы месторождений, обеспечивающих более полное извлечение гематита из немагнитных фракций основной магнитной сепарации.

На основании исследований механизма взаимодействия собирателей с поверхностью кианита разработана технология флотации кианитовых руд Кейвских месторождений в щелочной среде из шихты отсевов и промпродуктов тяжелосредной сепарации, что значительно сокращает фронт флотации, расходы собирателей, повышает содержание кианита в концентрате на 2-4% и извлечение глинозема на 5-10%.

Флотируемость кианита сульфонатами и жирнокислотными собирателями определяется значениями рН. Максимум флотации достигается в кислой среде при рН ниже 4,5 в случае использования сульфонатов. Однако картина изменяется при совместном использовании сульфонатов и жирнокислотных собирателей. В этом случае флотируемость сочетанием собирателей выше, чем флотируемость одними сульфонатами. При определении сорбционной активности поверхности кианита в зависимости от рН показана также высокая сорбция собирателей, используемых совместно, в щелочной среде, что происходит в результате диспергации при их совместном применении.

Выполненная работа на чистых разностях кианита позволила разработать флотационную технологию обогащения кианитовых руд, позволяющая вести флотацию в щелочной среде. Предлагаемая флотационная технология отличается от ранее разработанной меньшими расходами собирателей (в 1,5 раза), более высокими технологическими показателями: содержание глинозема выше на 2-4%, а его извлечение – на 5-10%.
 

1  2  3  4  5  6  7