книги из ГПНТБ / Федосеев, В. А. Экономика обогащения железных руд

ГЛАВА III

АНАЛИЗ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ОСНОВНЫХ СПОСОБОВ ОБОГАЩЕНИЯ ЖЕЛЕЗНЫХ РУД

Обогащение железных руд представляет собой совокупность про­ цессов механической, обработки руд с целью повышения в ней со­ держания железа п других полезных компоиентов за счет удале­ ния пустой породы и снижения содержания вредных примесей. В результате повышения удельного веса бедных руд в общей до­ быче железной руды на эксплуатируемых месторождениях, а также вовлечения в промышленное производство новых месторождений железных руд, нуждающихся в глубоком обогащении, процесс обогащения приобретает все большее значение в подготовке руд к плавке. При производстве черных металлов обогатительный пере­ дел имеет важнейшее значепе. Он оказывает существенное влия­ ние на экономику всех стадпй подготовки руд к плавке, на ка­ чество металлургической продукции и общие технико-экономп- ческие показатели производства черных металлов.

В настоящее время наиболее широко применяются следующие методы обогащения:

1)промывка, применяющаяся для глинистых и валунчатых руд и заключающаяся в перетирании комков руды и отмывке глинистых частиц;

2)гравитационное обогащение, основанное на разделении ми­ нералов по удельному весу в какой-либо среде (вода, воздух, искус­ ственные суспензии);

3)магнитное обогащение, в котором используется различная магнитная проницаемость минералов извлекаемого металла и пустой породы;

4)флотация — физико-химический процесс обогащения, осно­ ванный на различной смачиваемости поверхности минералов из­ влекаемого металла и пустой породы;

5)обжиг, удаляющий в газообразном состоянии вредные примеси (мышьяк, серу) или переводящий извлекаемый металл из одного химического состояния в другое (окислительный или восстановительный обжиг).

30

На технико-экономические показатели обогащения железных руд оказывают влияние многие факторы, к числу которых отно­ сятся следующие:

1)технологические свойства руды, определяющие метод ее обогащения;

2)вещественный состав (химический и минералогический) и текстурно-структурные особенности, определяющие крупность

измельчения руды, число стадий обогащения, количество и после­ довательность операций и величину выхода продуктов по опера­ циям;

3)механические свойства руды (дробимость, измельчаемость);

4)уровень цеп на сырье, материалы, энергию, топливо и т. д.;

5)характеристика обогатительного оборудования (тип, размер);

6)расход основных и вспомогательных материалов, сменного-

оборудования, энергии, топлива на 1 т концентрата;

7)годовая производительность обогатительных фабрик по сырой руде и концентрату;

8)уровень использования производственных мощностей обо­ гатительных фабрик;

9)совершенство техники, технологии и организации производ­

ства; 10) уровень производительности труда.

Первые четыре фактора относятся к внешним, не зависящим от предприятия, остальные — к внутрипроизводственным, зави­ сящим от предприятия.

Ниже рассмотрим технико-экономические показатели обога­ щения железных руд различными методами.

§ 1. Промывка

Промывка является одним из самых простых методов обогащения железных руд. Этот процесс отличается сравнительно низкими экс­ плуатационными затратами и капитальными вложениями. Про­ мывка может иметь самостоятельное значение или включаться в виде предварительной стадии комбинированной схемы обогащения. Поэтому она нашла широкое применение при обогащении железных руд, в которых вмещающая порода представлена полностью или частично глиной и песком, а рудная составляющая находится в кусковом виде или в зернистом состоянии.

Глинистые руды разделяются на труднопромывистые и легкопромывистые. Труднопромывистые руды нуждаются в двух прие­ мах промывки, легкопромывистые требуют одного приема про­ мывки пли могут размываться на орошаемых водой грохотах. Практика работы промывочных фабрик показала, что эффективность процесса промывки зависит от интенсивности и времени размыва.

31

Различия в составе руд определяют многообразие применяе­ мых схем промывки и промывочного оборудования. Например, в результате обогащения валунчатых железных руд уральских месторождений промывкой с последующим грохочением н клас­ сификацией получают товарные сорта руды с кондиционным со­ держанием железа. При обогащении коричневой разности керчннскпх бурых железняков на Камыш-Бурунской обогатительной фабрике также выдается товарная мытая руда.

Обогащение бедных. окисленных россыпных железных руд Магнитогорского месторождения дает возможность выделить круп­ ные фракции мытой руды в качестве к о н д и ц и о н н ы х сортов товар­ ной руды, а продукт крупностью —12 мм после промывки направ­ ляется на отсадку.

Когда пустая порода представлена не только глинами, но и плотными коренными породами, кусковые классы мытой руды не могут быть признаны товарными продуктами. Удаление их из мытой руды должно производиться другими методами обога­ щения (магнитной сепарацией, гравитацией). В этом случае обогащение осуществляется по комбинированной схеме и обога­ тительная фабрика из чисто промывочной переходит в разряд ком­ бинированных фабрик.

Для промывки применяют различные типы оборудования. Для легкопромывпстых руд используются плоские и барабанные грохоты, реечные и чашевые классификаторы. Распространены промывочные аппараты с более энергичным воздействием на обра­ батываемую руду, к которым относятся:

1)бутары, представляющие собой утяжеленную конструкцию барабанного грохота;

2)комбинированные агрегаты, соединяющие бутару с реечным классификатором;

3)скрубберы — глухой барабан с набором перебрасывающих лопаток;

4)скрубберы в комбинации с бутарой;

5)наклонные корытные лопастные промывочные машины с ме­ чевидными лопастями.

Выбор типа промывочного аппарата зависит от крупности руды, физических свойств ее, вязкости глины, требуемой чистоты про­ мывки и т. д. Производительность промывочных аппаратов колеб­ лется в широких пределах и зависит в основном от трудности дезин­ теграции частиц руды н цементирующих их глинистых примесей.

В 1970 г. промывкой было обогащено 11.5 мли т сырой руды и получено 6.2 млн т концентрата с содержанием свыше 48% же­ леза. Выход концентрата в целом по всем промывочным фабри­ кам составил 54%, а извлечение железа в концентрат — 66.2%. Превышение содержания железа в концентрате по сравнению с ис­ ходной рудой — 9.1%. Основные технологические показатели по промывочным фабрикам приведены в табл. Ш-1.

32

Та блица III-l

Осиовиые технологические показатели по промывочным фабрикам, %

Из табл. Ш-1 видно, что технологические показатели работы промывочных фабрик колеблются в значительных пределах. Это объясняется в основном различной производительностью фаб­ рик и типом применяемого промывочного оборудования.

Наиболее высокую производительность имеет промывочная фаб­ рика , Камыш-Бурунского комбината. Исходная руда на этой фабрике подвергается двухкратной промывке в корытных аппара­ тах, классификации в реечных классификаторах и обезвоживанию на ковшевых конвейерах.

Анализ работы промывочной фабрики показал, что промывка руды в корытных аппаратах недостаточно эффективна. С целью совершенствования технологии обогащения руд промывкой и повышения технико-экономических показателей в 1957—1966 гг. были проведены лабораторные, полупромышленные и промыш­ ленные исследования процессов башенной промывки и отсадки. На основании этих работ н продолжительной эксплуатации (с на­ чала 1964 г. по настоящее время) промывочных башен впервые в промышленных условиях на Камыш-Бурунском комбинате ос­ воен непрерывный процесс башенной промывки руд.

Схема обогащения с применением башенной промывки и отсадки позволяет получать концентрат с более высоким содержанием же­ леза (на 1.5—2.0%) по сравнению с концентратом промывочной фабрики. Извлечение железа в концентрат также выше, чем при двухстадиальной промывке в корытных машинах.

Объем производства концентрата на промывочных фабриках остается почти неизменным с 1960 г. Промышленно-производствен­ ные основные фонды возросли примерно в два раза. Новые про­ мывочные фабрики не строятся. В период 1961—1967 гг. выбыли из эксплуатации промывочные фабрики Гороблагодатского п Богословского рудоуправлений.

Динамика объема производства концентрата промывки, стои­ мости промышленно-производственных основных фондов (с при-

ходящейся долей общерудничных цехов и объектов) и фондоем­ кости за 1960—1970 гг. следующая:

Основная доля объема производства концентрата и стоимости промышленно-производственных основных фондов приходится на Камыш-Бурунский комбинат.

Увеличение объема производства концентрата и стоимости промышленно-производственных основных фондов по КамьтшБурунскому комбинату за этот же период составляет:

в табл. 111-2. Из таблицы видно, что прп одинаковом методе обо­ гащения и близком качестве концентрата структура его себестои­ мости существенно различается. Это вызвано использованием в ка-

Таблица Ш-2

Структура себестоимости 1 т концентрата промывки, °/0

честве сырья железных руд с различной себестоимостью, что в свою очередь обусловливает колебание удельного веса сырьевой сла­ гаемой в структуре себестоимости концентрата, производимого на рассматриваемых фабриках.

34

Стоимость фабричного передела 1 т исходной руды колеблется в широких пределах и в среднем по всем фабрикам составляет около 7 руб.

Структура затрат по переделу на наиболее крупных промы­ вочных фабриках представлена в табл. Ш-З. Наиболее высокий удельный вес в структуре затрат по переделу (16.6—41.6%) за-

Таблица Ш-З

Структура расходов по переделу на промывочных фабриках, %

нимагот расходы на заработную плату, за исключением КамышБурунской фабрики, где доля затрат на заработную плату равна 10.6%. Это указывает на невысокую техническую оснащенность промывочных фабрик, недостаточную механизацию и автомати­ зацию производственных процессов и сравнительно низкую произ­

и содержание основных средств (16.6—38.6%).'Амортизация ос­ новных средств имеет сравнительно небольшой удельный вес и колеблется от 10.2 до 19.3%.

Энергетические затраты составляют 5.7—30.8% от всех расхо­ дов по переделу, причем основная доля затрат по этой статье па­ дает на электроэнергию. Исключение составляет лишь Высоко­ горская промывочная фабрика, где имеет место весьма высокий расход воды (34.6 м3) на 1 т концентрата и подавляющая доля рас­ ходов (87%) в энергетических затратах приходится на воду.

Расход силовой электроэнергии (основное производство) на 1 т исходной сухой руды колеблется по промывочным фабрикам от 0.93 до 7.53 квт-ч.

Расход воды на 1 т исходной руды'составляет'9.98—18.3 м3.

Производительность труда на промывочных фабриках представ­ лена в табл. III-4. Более высокая производительность труда, рас­ считанная как по исходной руде, так и по готовой продукции, имеет место на Камыш-Бурунской п Магнитогорской промывоч­ ных фабриках, отличающихся более высокой годовой произво­ дительностью по исходной руде и концентрату.

§ 2. Гравитационное обогащение

Гравитационный метод обогащения окисленных неглинистых или промытых железных руд включает отсадку (мокрую), раз­ деление в тяжелых суспензиях, концентрацию на столах и вин­ товых сепараторах, а также разделение в гндроцнклоиах, если в них производится ие только классификация, но и обогащение. Обогащение в тяжелых суспензиях является одним из видов мок­ рого гравитационного обогащения и основано на разделении руды но удельным весам полезных минералов и пустой породы в искус­ ственно приготовленной суспензии. Эта разновидность мокрого гравитационного обогащения является наиболее дешевым мето­ дом обогащения, исключая промывку. Процесс обогащения ве­ дется на простых аппаратах сравнительно высокой производитель­ ности и не требует измельчения руды. Отделение пустой породы от железосодержащих минералов может производиться при мень­ шей разнице в удельных весах, чем это допускается при обогащении на отсадочных машинах.

Технический прогресс в области гравитационного обогащения развивается в направлении широкого внедрения тяжелых суспен­ зий, отсадки в беспоршневых отсадочных машпиах большой произ­ водительности для крупных и мелких классов руды, винтовых сепа­ раторов и суживающихся желобов для мелких классов руды.

36

С внедрением обогащения руды крупностью -1-6 мм в тяжелых суспензиях и класса —3 мм в винтовых сепараторах область от­ садки значительно сузилась в связи с недостаточной ее экономи­ ческой эффективностью для производства богатых концентратов. Применение гидроциклонов для обогащения руды класса 6—0.4 мм явилось эффективным средством интенсификации гравитационных процессов и позволило разработать типовую технологическую схему обогащения гематитовых руд. Такая схема, внедренная на ряде зарубежных обогатительных фабрик, предусматривает раз­ дельное обогащение руды трех классов крупности (60—6, 6—0.4 и 0.4—0.1 мм). Руда класса 60—6 мм обогащается в барабанных сепараторах с ферросилициевой суспензией, класса 6—0.4 мм — в гпдроциклоиах с магнетитовой суспензией и класса 0.4— 0.1 мм — в винтовых сепараторах.

Освоение процессов обогащения железных руд в СССР в тяже­ лых суспензиях и отсадки в беспоршневых машинах ведется в на­ стоящее время в полупромышленных и промышленных условиях. Исследования по обогащению кусковой руды в тяжелых суспен­ зиях были проведены на полупромышленной установке института «Механобрчермет». Промышленные испытания проводились па обогатительной фабрике им. Коминтерна. Исследования показали, что при обогащении руды подземной добычи может быть получен кусковой мартеновский концентрат с содержанием железа 60.2— 61.6%.

Концентрация на столах основана на использовании явления избирательного смыва водой отдельных зерен руды, движущейся по наклонной плоскости. Этот процесс применяется для обогащения более тонкого материала, чем при отсадке, в основном не круп­ нее 3 мм. Однако капитальные затраты и эксплуатационные рас­ ходы при обогащении на концентрационных столах выше, чем при отсадке. Поэтому этот процесс применяется тогда, когда техноло­ гические показатели оказываются настолько высокими по сравне­ нию с показателями отсадки, что компенсируют увеличение капи­ тальных затрат и эксплуатационных расходов.

В настоящее время в СССР освоены концентрационные столы со сдвоеннымидеками при расположении их в три яруса. Это позво­ лило значительно увеличить их производительность, что вле­ чет за собой снижение при обогащении эксплуатационных за­ трат.

В 1970 г. гравитационным методом было обогащено около 2400 тыс. т сырой руды, что немногим более 1% от всей руды, направляемой на обогащение. Объем производства концентрата, полученного в результате гравитационного обогащения, составил 1.6 млн т (содержание железа в концентрате 54.8%). Выход кон­ центрата по всем фабрикам гравитационного обогащения — 45.8%, извлечение железа в концентрат — 53.3%, превышение содержа­ ния железа в концентрате по сравнению с исходной рудой — 7.7 % *

37

Содержание влаги в исходной руде, направляемой на гравитацион­ ное обогащение, составляет 4.4%, а в концентрате — 5.4%.

Удельный вес гравитационного обогащения незжлонио сни­ жается. Технологические схемы гравитационного обогащения большинства действующих фабрик просты и предусматривают отделение только богатой руды от железистых пород.

Гравитационное обогащение наиболее эффективно для гема- тит-мартитовых руд. За рубежом (США, Канада, Швеция) приме­ няют разделение в тяжелых суспензиях и на винтовых сепарато­ рах, иногда с доработкой получаемых хвостов флотацией.

Наиболее крупной обогатительной фабрикой, работающей по гравитационной схеме, в СССР является фабрика рудоуправле­ ния им. Дзержинского. На ней обогащаются разубоженные руды подземной и открытой добычи. По гравитацпонпой схеме работает также обогатительная фабрика рудоуправления пм. Р. Люксем­ бург. Особенностью технологической схемы этой фабрики яв­

упрощенной схеме., включающей только дробление, грохочение н промывку класса —10 мм в реечных классификаторах.

По комбинированной магнитно-гравитационной схеме рабо­ тает обогатительная фабрика рудоуправления «Ингулец». Для обогащения руд шахтной добычи Криворожского бассейна инсти­ тут. «Механобрчермет» разработал схему, включающую разделе­ ние в тяжелых суспензиях кусковой руды (30—80 мм), отсадку рудной мелочи (8—0 мм) и флотацию допзмельчениых промежу­ точных продуктов гравитациоппого обогащения п шламов. Эта схема проверена в промышленных условиях на фабрике рудо­ управления им. Коминтерна. В результате обогащения по этой схеме содержание железа возрастает на 7—8%, количество крем­ незема понижается до 8.5—9.0%. В промышленных условиях эту схему обогащения предполагается реализовать на Криворож­ ском рудоподготовительном комбинате, где намечается обраба­ тывать бедные кусковые и разубоженные руды, добываемые иа шахтах бассейна.

Гравитационно-магиптыая (в сильном поле) схема преду­ смотрена для обогащения оолитовых бурых железняков на Лисаковском ГОКе. Содержание железа в концентрате составит 47.5—48.0% (или 54—55% па прокаленное вещество). При необ­ ходимости содержание железа в таком концентрате может быть повышено до 50—51% (57.0—58.5% на прокаленное вещество) с помощью сухой магнитной сепарации.

Основные технологические показатели работы гравитационных фабрик приведены в табл. Ш-5.

Из табл. Ш-5 видно, что содержание железа в концентратах колеблется от 52.10 до 55.30%, выход концентрата от исходной руды изменяется от 34.3 до 65.8%. Это определяет большие коле-

38

банмя в расходе руды на 1 т концентрата по отдельным фабрикам. Расход сырой руды на 1 т концентрата при прочих равных усло­ виях оказывает большое влияние на структуру себестоимости концентрата в части сырьевой слагаемой (табл. Ш-6). Удельный вес сырья в себестоимости концентрата гравитационного обога­ щения колеблется от 55.0 до 76.0%, что кроме сравнительно боль­ шого расхода руды на 1 т концентрата обусловлено использова­ нием руд подземной добычи.

Таблица Ш-6

Структура себестоимости 1 т концентрата гравитационного обогащения, %

Стоимость фабричного передела 1 т исходной руды в пересчете на сухой вес составляет в среднем по всем фабрикам около 1 руб. Структура затрат по переделу по гравитационным фабрикам представлена в табл. III-7. Сравнительно большой удельный вес в расходах по переделу занимают затраты на заработную плату. Причем примерно 50% затрат по этой статье приходится на за­ работную плату ремонтного персонала. Высокий удельный вес занимают затраты на амортизацию, что указывает на сравни­ тельно высокую техническую оснащенность фабрик гравитацион­ ного обогащения.

39