8.2.6. Принципы селективного раскрытия минералов

Теоретические исследования и богатый промышленный опыт позволяют утверждать, что физической основой рациональной организации процессов дробления и измельчения применительно к задачам обогащения руд является селективность дезинтеграции. То обстоятельство, что традиционные способы дробления и измельчения, применяемые при обогащении полезных ископаемых, по своей физической организации являются процессами неселективного разрушения, всегда отрицательно сказывалось на технологических и технико-экономических показателях работы фабрик. При переработке крупно- или мелковкрапленных руд это обстоятельство не имело решающего значения. При массовом же вовлечении в эксплуатацию месторождений тонковкрапленных руд к проблеме колоссальных энергетических затрат на рудоподготовку добавились проблемы переизмельчения рудных минералов с одновременным неполным раскрытием их сростков с породой, что стало основной причиной потерь металлов на обогатительных фабриках. В связи с этим технологами постоянно предпринимаются попытки найти варианты схем в рамках существующих технологий рудоподготовки, позволяющие снизить указанные потери за счет более селективного раскрытия минералов.

В настоящее время все более актуальной становится задача разработки новых ресурсосберегающих технологий дезинтеграции, а также новых перспективных машин, обеспечивающих селективное раскрытие минералов и более тонкое измельчение горнорудного сырья.

В институте «Механобр» на основе результатов исследований механизма разрушения рудного сырья и составляющих его компонентов были разработаны основные принципы рациональной организации раскрытия минеральных сростков при подготовке рудного сырья к обогащению [ 84] .

Эти принципы сводятся к тому, чтобы в целях снижения шламообразования разрушающая нагрузка выбиралась по прочности более слабого компонента, а в целях повышения селективности раскрытия целевого минерала в сложных поликомпонентных рудах производилось предварительное разупрочнение связей в зонах контакта зерен этого минерала.

Примером разработки новых технологий является использование рациональной дозировки нагрузок при совместном измельчении разнопрочных материалов — известняка и нефелиновой руды, обеспечившей значительное повышение эффективности процессов подготовки глиноземсодержащей шихты при комплексной переработке нефелинов на глинозем, соду, поташ, цемент на Ачинском глиноземном комбинате. Это позволило существенно увеличить извлечение глинозема из сырья со значительным экономическим эффектом [85].

Для медно-никелевых руд Норильска и медных колчеданных руд Урала разработана технология селективного измельчения, способствующая значительному повышению извлечения металлов из руд.

Важным условием обеспечения селективности раскрытия минералов является организация предварительного разупрочнения руды на ранних стадиях рудоподготовки. При ведении горных работ энергия взрыва стала использоваться не только для отделения руды от массива, но и для разупрочнения кусков отбитой руды. Достигается это за счет некоторого увеличения расхода взрывчатых веществ, изменения расположения зарядов (сетки скважин) и кинетики взрыва. При этом часть энергии взрыва расходуется не на образование новой поверхности, а на создание сети зародышевых трещин. В результате разупрочнения взрывом резко увеличивается эффективность последующих процессов дробления и измельчения, причем раскалывание руды идет уже по ослабленным местам, преимущественно по плоскостям срастания минералов.

Реализация способов интенсификации взрывной отбойки железистых кварцитов позволяет увеличить производительность экскаваторов на погрузке отбитой горной массы на 10–15 %, дробилок крупного дробления — на 15–20 %, среднего и мелкого дробления — на 3–5 %, мельниц — на 5–7 % и увеличить извлечение металла при обогащении на 1–1,5 %. Причем необходимая степень раскрытия зерен в руде, взорванной путем разупрочняющей отбойки, достигается при более грубом измельчении.

Промышленные испытания интенсифицированной взрывной отбойки на предприятиях цветной металлургии также дали положительные результаты. Исследования, выполненные институтом «Механобр» на одном из месторождений медных порфировых руд, показали, что увеличение расхода взрывчатых веществ на 40 % по сравнению с обычной практикой взрывной отбойки позволяет: снизить средневзвешенный размер взорванной массы на 12,6 %; повысить производительность карьерного экскаватора на 8 %, дробилки крупного дробления — на 21 %, а узла среднего дробления — на 18 %; снизить прочность руды при дроблении на 10 % и повысить измельчаемость руды на 7,6 %.

Развитие рудоподготовительного передела идет по пути определенного упрощения операций дробления и измельчения в технологических схемах. Основные направления этих изменений заключаются в уменьшении числа операций за счет применения агрегатов, обладающих высокой степенью измельчения и повышенной производительностью, использования эффекта разрушения руды кусками той же руды и внедрения технологии разупрочнения сырья в ходе проведения процессов рудоподготовки.

Продолжаются работы по переносу объемного разрушения из более энергоемких циклов измельчения в менее энергоемкие циклы дробления, то есть по снижению крупности питания мельниц. При этом не только повышается производительность мельниц и снижается общий расход энергии, но и повышаются технологические показатели обогащения за счет сосредоточения полезных компонентов в эффективно обогащаемых классах и уменьшения потерь при флотации как во фракциях крупнее 0,15 мм, так и в шламовых фракциях.

Например, разработанные в институте «Механобр» конусные инерционные дробилки КИД-2200 позволяют получать в открытом цикле дробленый продукт со средним размером частиц 6 мм, а максимальным — 14 мм. При загрузке таким материалом мельниц обеспечивается повышение селективности измельчения сростков минералов с пустой породой.

Существенного повышения селективности выделения из руды целевого минерала можно добиться применением дробилок ударного действия, так как в момент удара в куске руды формируются упругие волны сжатия и растяжения, способствующие селективной дезинтеграции. Величина возникающих напряжений пропорциональна скорости соударяемых тел.

Повышение скоростей до 80–100 м/с позволяет выйти на качественно новый уровень технологии измельчения. Промышленные испытания показали, что при дроблении гранита крупностью до 100 мм степень сокращения достигает 15–20 при расходе электроэнергии до 3,5–4,0 кВт · ч/т. При этом крупность продукта дробления составляет 85–95 % класса менее 5 мм, 50–60 % класса менее 1 мм и 25–30 % класса менее 0,1 мм.

В существующих молотковых и роторных дробилках эти скорости явно недостаточны. Однако центробежные дробилки метательного типа, используемые для среднего и мелкого дробления, способны обеспечить требуемые скорости.

Разработка таких высокоскоростных ударных машин ведется в НПО «Центр» (г. Минск), в институте «Механобрчермет» (г. Кривой Рог) и в ОАО «Новые технологии» (г. Санкт-Петербург).

В НПО «Центр» разработан ряд машин для дробления руд и материалов производительностью от 0,5 до 250 т/ч с получением готового продукта крупностью 10–0 мм в открытом цикле. Наряду с дробилками ударного действия, создана высокопроизводительная мельница, позволяющая получать материал флотационной крупности.

Для проведения исследований влияния способов дезинтеграции и схем рудоподготовки на показатели обогащения был подготовлен стенд, состоящий из дробилки и мельницы ударно-отражательного типа с соответствующей пускорегулирующей аппаратурой. В институте «Механобр» испытания разных способов разрушения руды проводились в стандартной щековой, конусной и валковой дробилках и шаровых мельницах, результаты которых затем сравнили с результатами разрушения в ударно-отражательной дробилке [ 84] . Для исследований использовались медная сульфидная руда Кальмакырского месторождения (алмалыкская) и вольфрамо-молибденовая руда Тырныаузского месторождения.

Минералогический анализ медной руды, измельченной до флотационной крупности, показал, что раскрытие минеральных сростков значительно лучше происходит при ударном разрушении. Содержание раскрытых сростков халькопирита в классе более 0,16 мм при высокоскоростном ударном разрушении составляло от 80 до 95 %, в то время как при стандартных режимах дезинтеграции оно доходило лишь до 55–60 %, а содержание свободных (раскрытых) зерен пирита в классе крупности более 0,16 мм составляло 85 % против 75 % при стандартном разрушении. Преимущество более селективного ударного разрушения наблюдалось и в других классах крупности пирита и сфалерита. При комбинированном способе (дробление в ударной дробилке, измельчение в шаровой мельнице) степень раскрытия сростков была ниже, чем при ударном, но выше, чем при стандартном способе дезинтеграции.

Проведенные исследования показали, что наиболее высокие результаты получены при флотации руды, подготовленной к обогащению ударным способом дезинтеграции. В случае подготовки как медной, так и медно-молибденовой руды с использованием центробежно-ударного дробления имело место повышение извлечения металлов с улучшением качества концентратов.

Комбинированный способ — дробление в ударной дробилке и измельчение в шаровой мельнице — также обеспечил при флотации хорошие результаты.

Комбинированная схема рудоподготовки вольфрамо-молибденовой руды так же, как и медной, улучшила результаты обогащения по сравнению со стандартным способом дезинтеграции.

Наряду с центробежно-ударным способом измельчения перспективным также является комбинированный способ подготовки руд (центробежно-ударное дробление и измельчение в барабанной мельнице), который обеспечивает как повышение производительности измельчительного передела, так и повышение селективности раскрытия минералов.

Таким образом, направление на использование в промышленности дробильно-измельчительных машин нового поколения, основанных на применении экономичных видов разрушающих усилий и обеспечивающих высокую селективность измельчения полезных ископаемых, следует признать стратегическим в технологии дробления и измельчения.