способ извлечения железорудного концентрата из лежалых намывных хвостов мокрой магнитной сепарации железных руд скарново-магнетитового типа

Формула изобретения

1. Способ извлечения железорудного концентрата из лежалых намывных хвостов мокрой магнитной сепарации железных руд скарново-магнетитового типа, включающий осушение массива хвостов, установление контура гипергенно-преобразованного горизонта, разделение толщи хвостов на непродуктивные бедные, не подверженные гипергенным изменениям хвосты из верхней части техногенных массивов и продуктивные гетит-магнетит-гематитовые горизонты, сформированные в процессе гипергенного преобразования техногенного минерального сырья, удаление верхних непродуктивных горизонтов, извлечение гетит-магнетит-гематитового горизонта и его переработку с получением железорудного концентрата.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что извлечение железорудного концентрата осуществляют гравитационно-магнитным или магнитным способом.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к обогащению полезных ископаемых и может быть использовано в горнорудной и металлургической промышленности для извлечения железа из намывных хвостов хвостохранилищ, сформированных в процессе обогащения скарново-магнетитовых руд методом мокрой магнитной сепарации.

Известным способом является извлечение гематита из хвостов мокрой магнитной сепарации железных руд, включающий мокрое магнитное обогащение железной руды с получением магнетитового концентрата и хвостов, представленных гематитом и мартитом, где первоначально хвосты подвергают первичной гидравлической классификации в гидроциклонах с выделением песков в хвосты, а слив направляют на вторичную гидравлическую классификацию в гидроциклоны с выделением слива в хвосты. При этом пески направляют на контрольную гидравлическую классификацию в гидроциклоны с последующим направлением слива в хвосты, а пески контрольной гидравлической классификации направляют на флотацию с получением гематитового концентрата и хвостов (1).

Недостатком способа является то, что он применяется для переработки хвостов мокрой магнитной сепарации железных руд, полученных сразу же от переработки первичных железных руд (преимущественно железистых кварцитов) и не затрагивает вовлечение лежалых хвостов, уложенных в хвостохранилища.

Известен способ обогащения гематитовых руд техногенных месторождений, который включает постадийный процесс дробления и магнитно-флотационный процесс обогащения, с предварительным измельчением рудной массы и последующей сепарацией первой и второй стадий соответственно после первой и второй стадий измельчения, флотацию магнитного продукта второй стадии магнитной сепарации после третьей стадии его измельчения (2).

Недостатком известного способа является сложность процессов извлечения полезных компонентов, трудоемкость подготовительных операций, невысокая эффективность. Также недостатком является применение способа ко всему объему рудного сырья, заключенного в техногенном массиве, без учета вторичных процессов, ведущих к существенному изменению минерального состава рудной массы лежалых хвостов.

Аналогов переработки лежалых намывных хвостов мокрой магнитной сепарации железных руд скарново-магнетитового типа нет.

На сегодняшний день такие лежалые намывные хвосты магнитной сепарации железных руд не перерабатываются вообще. Они представляют собой промышленные отходы 3-4 класса опасности, оказывающие негативное воздействие на окружающую среду.

Содержание железа в лежалых намывных хвостах, полученных от переработки железных руд скарново-магнетитового типа существенно зависит от процесса рудоподготовки. Предварительное дробление и тонкое измельчение исходной руды часто сопровождается изменением природной морфологии, гранулометрии и конституции первичных железистых минералов вплоть до появления новообразованных фаз, явлений аморфизации, полиморфизации, псевдоморфизации минералов, что значительно влияет на эффективность сепарации продуктивного сырья (3).

Проведенными исследованиями (4) выявлено, что при тонком измельчении возрастает дефектность структур магнетита, появляется новообразованный маггемит, усиливая гетерогенность окисления магнетита в маггемит, а затем в мартит. Особенно интенсивно процессы протекают по деформированным участкам. Установлено, что нарушения целостности железистых минералов существенно уменьшают магнитную восприимчивость и снижают выход магнитного концентрата. Соответственно повышается количество рудного сырья, уходящего в хвостохранилища.

В 2010-2012 гг. было установлено, что техногенные залежи намывных хвостов мокрой магнитной сепарации железных руд скарново-магнетитового типа не являются стабильным массивом, а представляют собой активно изменяющуюся гетерогенную систему (5). Под воздействием вторичных процессов в разрезе намывных техногенных толщ хвостохранилищ формируется два горизонта.

Вещественный состав верхнего горизонта генетически связан с магнетит-мартитовым типом хвостов, поступающих вместе с пульпой в хвостохранилище. В нижнем горизонте под интенсивным воздействием техногенного водоносного горизонта происходит преобразование минеральной массы хвостов, повсеместно развивается замещение магнетита гематитом, гетитом и гидрогетитом с сохранением форм первичных выделений. Наиболее интенсивно процессы замещения проявляются в основании техногенного массива хвостохранилища. Как правило, в магнетите прослеживаются сетчатые и решетчатые структуры распада. Вдоль направлений октаэдрической отдельности формируется гематит. Грани одного зерна магнетита могут быть изменены в различной степени. С увеличением глубины залегания наблюдается развитие более сложных вторичных структур, появляются метаколлоидные (колломорфноподобные) скрыто-мелкокристаллические агрегаты. Основная масса, вмещающая рудные минералы, большей частью представляет собой аморфный глинисто-железистый состав. В результате трансформации вещества в лежалых хвостах формируется новый гетит-магнетит-гематитовый тип руд с высоким содержанием железа, отработку которых можно осуществлять гравитационно-магнитным или магнитным методами с получением товарного железорудного концентрата более 60%.

Таким образом, в лежалых намывных хвостах мокрой магнитной сепарации железных руд скарново-магнетитового типа с течением времени формируется новый тип минерального сырья, пригодный для промышленного освоения, и становится возможным переработка таких технологических отходов.

Изобретение решает задачу утилизации технологических отходов производства и переработки лежалых намывных хвостов мокрой магнитной сепарации железных руд скарново-магнетитового типа с целью извлечения железорудного концентрата из обогащенного железом гетит-магнетит-гематитового горизонта, сформированного в толще техногенных отложений.

Технический результат заключается в утилизации отходов производства путем переработки лежалых намывных хвостов мокрой магнитной сепарации железных руд скарново-магнетитового типа с получением железорудного концентрата из гетит-магнетит-гематитового горизонта, сформированного в толще лежалых хвостов, снижение экологической нагрузки в районах размещения данных промышленных отходов.

Указанный технический результат достигается тем, что способ извлечения железорудного концентрата из лежалых намывных хвостов мокрой магнитной сепарации железных руд скарново-магнетитового типа, включает осушение массива хвостов, установление контура гипергенно-преобразованного горизонта (гетит-магнетит-гематитового типа), разделение толщи хвостов на непродуктивные бедные, не подверженные гипергенным изменениям хвосты из верхней части техногенных массивов и продуктивные гетит-магнетит-гематитовые горизонты, обогащенные железом, сформированные в процессе гипергенного преобразования техногенного минерального сырья, удаление верхних непродуктивных горизонтов, извлечение гетит-магнетит-гематитового горизонта и его переработку с получением железорудного концентрата.

Извлечение гетит-магнетит-гематитового горизонта из массива хвостов осуществляют путем выемки продуктивных горизонтов. Получение железорудного концентрата из этих горизонтов осуществляют гравитационно-магнитным или магнитным способом.

Способ извлечения железа из гетит-магнетит-гематитового горизонта лежалых намывных хвостов заключается в проведении следующих операций.

Осушение лежалых намывных хвостов мокрой магнитной сепарации железных руд скарново-магнетитового типа техногенной залежи. Осушение массива производят откачкой свободной воды через зумпф. Число осушающих конструкций может быть как одна, так и несколько, в зависимости от объема осушаемых секций.

Разделение лежалых намывных хвостов на продуктивные и непродуктивные горизонты. Установление в массиве лежалых намывных хвостов образованного в процессе их хранения гетит-магнетит-гематитового горизонта. Определение в нем количества содержания железа.

Разработка гетит-магнетит-гематитового горизонта. Техногенная залежь делится на выемочные блоки. С помощью землеройной техники верхний непродуктивный горизонт техногенных отложений снимается и складируется в бурт на свободных секциях хвостохранилища, а гетит-магнетит-гематитовый горизонт извлекается на поверхность. Извлечение осуществляется с помощью погрузочно-разгрузочной техники.

Продуктивный горизонт отрабатывается земснарядами или прямым ходом экскаватора слоями сверху вниз с погрузкой их в транспортные средства и транспортировкой на обогатительную установку. Освободившееся пространство в блоках заполняется ранее снятыми хвостами с бедным содержанием.

Извлечение железорудного концентрата с содержанием общего железа более 60% из гетит-магнетит-гематитового горизонта производят на обогатительной установке гравитационно-магнитным или магнитным методом.

Сформированный в процессе хранения в намывных лежалых хвостах мокрой магнитной сепарации железных руд скарново-магнетитового типа новый вид минерального сырья гетит-магнетит-гематитового типа с высоким содержанием железа позволяет получить товарный железорудный концентрат с содержанием железа более 60%.

Пример 1

В качестве испытаний выбрано хвостохранилище ОАО "Краснокаменский рудник", расположенное в Курагинском районе Красноярского края. Было проведено осушение блока хвостохранилища способом откачки воды через зумпф. Геологическое изучение показало, что мощность лежалых хвостов на исследованном блоке составила 31 м.

Верхняя часть техногенной залежи в интервале от 0,0 до 10,0 м характеризуется средним содержанием железа общего 17%. Минеральный состав представлен кварцем 45%, гематитом и магнетитом 15%, альбитом 15%. Доля остальных минералов составляет 25%. По минеральному составу рудная масса относится к гетит-магнетит-гематитовому типу. Горизонт относится к непродуктивному типу.

Нижняя часть техногенной залежи в интервале от 10,0 м до 30,0 м характеризуется средним содержанием железа общего от 29 до 35%. Толща горизонта представлена кремнисто-гипержелезистым типом, сформированным кварцем 30%, магнетитом 8%, гематитом 12%, гетитом 13,5%, доля остальных минералов составляет 12%. Рудная минерализация имеет гетит-магнетит-гематитовый состав. Установлено повсеместное замещение магнетита гематитом, гетитом и гидрогетитом с сохранением формы первичных зерен. В магнетите прослеживаются сетчатые и решетчатые структуры распада. С увеличением глубины залегания хвостов в хвостохранилище наблюдается развитие более сложных вторичных структур, связанных с образованием метаколлоидных (колломорфноподобных) скрыто-мелкокристаллических агрегатов. Основная масса, вмещающая рудные минералы, большей частью представляет собой аморфную глинисто-железистую массу, в которой микрорентгеноспектральным анализом содержание железа установлено до 26,66%, а алюминия до 46,06%. Гематит в нижнем горизонте хвостов является преимущественно продуктом изменения магнетита (процесс мартитизации), минерал встречается в тесном срастании с последним. Отмечаются частичные и полные псевдоморфозы гематита по магнетиту, при этом, как правило, сохраняется октаэдрическая и кубическая форма зерен. Ресурсный потенциал в нижнем продуктивном горизонте оценивается в 20000000 тонн гетит-магнетит-гематитовых руд с содержанием железа общего от 29 до 35%.

Техногенная залежь была разделена на блоки размером 10х10 м.

С помощью землеройной техники верхний непродуктивный горизонт был снят и складирован в бурт.

Извлечение железорудного концентрата осуществлялось из продуктивного гипергенно-переобразованного горизонта гетит-магнетит-гематитового типа в интервале от 10 до 30 м.

Испытания проведены на крупнообъемной пробе весом 350 кг, отобранной по всему разрезу продуктивного горизонта.

Извлечение железа из гетит-магнетит-гематитового горизонта проводили по гравитационно-магнитной схеме, включающей рудоподготовительные операции, винтовую сепарацию и доводку гравитационного концентрата магнитной сепарацией. Предварительная подготовка сырья включала: дезинтеграцию и классификацию материала с последующим обесшламливанием материала крупностью -0,5+0 мм в гидроциклоне.

Экспериментальные исследования по гравитационному обогащению проведены на спиральном сепараторе HG10S (Австралия) на мытом бедном продукте крупностью +0,5 мм и обесшламленном на гидроциклоне богатом продукте крупностью -0,5 мм. В результате проведенного гравитационного разделения техногенного материала получен суммарный концентрат, содержащий 60,09% Fe_общ с извлечением 47,62%. Выход его равен 20,96%. Повышение качества получаемого продукта осуществлялось путем доводки гравитационных концентратов крупностью +0,5 мм и -0,5 мм на мокром барабанном сепараторе-анализаторе АМБ-0,6 М. Исследования проводились при значениях напряженности магнитного поля 0,05 Тл и 0,1 Тл 0,25 Тл.

Сводные показатели обогащения по гравитационно-магнитной схеме приведены в таблице 1.

Таблица 1
Сводные показатели обогащения по гравитационно-магнитной схеме
Наименование продуктов	Выход, %	Feобщ
		Содержание, %	Извлечение, %
Концентрат гравитационно-магнитной сепарации	22,89	61,08	54,0
Промпродукт (немагнитная фракция)	11,4	31,2	13,7
Отвальные хвосты винтовой сепарации	44,45	8,96	16,0
Галя (отвальный продукт)	3,76	28,1	3,9
Слив г/ц	17,5	19,2	12,4
Исходная руда	100,0	26,0	100,0

Пример 2

Аналогично примеру 1. Выделение железорудного концентрата из гетит-магнетит-гематитового горизонта производилось с использованием магнитной схемы.

Обогащения проводились на мытом бедном продукте крупностью +0,5 мм и обесшламленном на гидроциклоне богатом продукте крупностью -0,5 мм с использованием сепаратора АМБ-0,6 М при значениях напряженности магнитного поля 0,05 Тл и 0,1 Тл с последующим обогащением на роторном электромагнитном сепараторе с высокоинтенсивным магнитным полем. Сепарация проводилась при напряженности магнитного поля 1 Тл, и затем перечищалась при Н=0,5 Тл. Сводные показатели магнитного обогащения приведены в таблице 2. В результате проведенного магнитного разделения техногенного материала получен суммарный концентрат, содержащий 62,4% Fe_общ с извлечением 45,54%. Выход его равен 19,09%.

Сводные показатели обогащения по магнитной схеме приведены в таблице 2.

Таблица 2
Сводные показатели обогащения по магнитной схеме
Наименование продуктов	Выход, %	Feобщ
		Содержание, %	Извлечение, %
Концентрат	19,09	62,4	45,54
Промпродукт	18,69	34,89	25,78
Хвосты	40,96	7,87	12,38
Галя (отвальный продукт)	3,76	28,1	3,90
Слив г/ц	17,5	19,2	12,4
Исходная руда	100,0	26,07	100,0

По результатам рентгенофазового анализа минеральный состав железорудного концентрата, извлеченного из гетит-магнетит-гематитового горизонта, в основном представлен кварцем, магнетитом, гематитом. Доля магнетита достигает 50%, гематита 30%, кварца 5%, гетита 2%. Доля остальных минералов составляет 13%.

Предлагаемый способ переработки лежалых намывных хвостов позволяет перерабатывать отходы железорудного производства, получать дополнительно железорудный концентрат с содержанием общего железа более 60% из обогащенного железом гетит-магнетит-гематитового горизонта, сформированного в толще лежалых хвостов, снизить антропогенную нагрузку на экосистемы, повысить эффективность комплексного освоения железорудных месторождений.

Источники информации

1. RU 2427430 А1, МПК В03В 7/00, В03С 1/00, опубл. 08.04.2010.

2. RU 2383392, МПК В03В 7/00, В03С 1/00, опубл. 2006.01.

3. Пирогов Б.И. Технологическая минералогия железных руд/ Б.И.Пирогов, Г.С.Порогов, И.В.Холошин, В.Н.Тарасенко. - Л.: Наука, 1988. -304 с.

4. Проблемы направленного изменения технологических и технических свойств минералов. - Л.: Механобр, 1985. - 136 с.

5. Целюк Д.И. Перспективы освоения промышленных отходов железорудного производства Восточной Сибири / Д.И.Целюк, И.Н.Целюк // Известия Сибирского отделения Секции наук о Земле РАЕН. - 2012. № 2 (41), с.142-150.