Применяемые в настоящее время методы обогащения глинистых песков, в частности титаносодержащего сырья, предполагают создание сложной и дорогостоящей обогатительной фабрики, значительную энергоемкость производства, организацию оборотного водоснабжения, отвод значительных площадей под шламохранилище. При этом в процессе обесшламливания и первичного гравитационного обогащения имеют место потери мелкодисперсного и измененного полезного ископаемого, а глинистое сырье сбрасывается в отвал.
С целью сокращения общих капитальных затрат и времени на освоение месторождения, а также для обеспечения комплексного использования сырьевой базы и уменьшения экологического воздействия производства, предложена технология селективной выемки и безводного обогащения россыпных ильменитовых руд. Руды (пески) месторождения в ряде случаев представлены корой выветривания и на 90-95% состоят из глин (каолин, бентонит).
Суть технологического решения заключается в следующем.
Для выемки вскрышных пород и добычи полезного ископаемого разработан малоразмерный роторный комбайн (рис.1). Комбайн, имея малую массу и установленную мощность приводов, обеспечивает производительность по отбойке 5 м3/мин. в породах прочностью до 7 единиц по шкале проф. Протодьяконова. Комбайн способен выполнять вспомогательные горные работы (формирование забойных траншей, съездов и проч.) и управляется одним оператором. Применение комбайнов позволяет минимизировать потери полезного ископаемого и его разубоживание, обеспечить оперативное реагирование на изменение горно-геологической обстановки.
Для транспортирования горной массы разработана система забойных, наклонных и магистральных (рис.2) конвейеров, ленточных отвалообразователей. Являясь специальным оборудованием, конвейеры обеспечивают проектную производительность, имея при этом существенно более низкий вес и установленную мощность по сравнению со стандартными решениями.
Конструкция комбайна и транспортирующего оборудования обеспечивает минимальные удельные давления на грунт, что позволяет эксплуатировать их на малопрочных обводненных породах. Конструкция транспортирующего оборудования предполагает его периодическую передвижку.
Система каскадных наклонных конвейеров исключает необходимость проходки наклонных траншей и позволяет оперативно изменять и реверсировать потоки горной массы между вскрышными и добычными уступами.
Исходное сырье (пески и песчано-глинистые смеси), селективно отбитое малогабаритными роторными комбайнами, подается транспортом непрерывного действия в штабель.
Штабелирование преследует следующие цели:
-создание резервных объемов сырья для стабилизации питания
-обогатительного производства;
-дренирование и предварительная естественная сушка сырья.
Принципиальная технологическая схема обогащения ильменитсодержащих песков россыпного месторождения заключается в следующем. Минимизированный за счет селективной выемки объем полезного ископаемого подают на сушку. В отличие от традиционных решений сушку выполняют в два этапа.
На начальном этапе сырьевую массу подвергают измельчению и предварительной сушке в валково-щеточном измельчителе. В результате подобной обработки исходное сырье, даже при значительной влажности и высоком содержании глинистых примесей, превращается в мелкодисперсную сыпучую массу. Частицы сырья подсушиваются на поверхности и утрачивают способность к слипанию.
Подготовленную подобным образом сырьевую массу досушивают в барабанных сушилках с прямым нагревом. Предварительная подготовка сырья позволяет существенно интенсифицировать процесс сушки, повысить к.п.д. сушильного барабана и существенно снизить удельную энергоемкость процесса сушки.
Высушенное сырье подвергают измельчению в лопастных метателях и дезинтеграции в газоструйных мельницах.
Дезинтегрированное исходное сырье после отделения гали подают на классификацию в проточном пневматическом сепараторе. В результате пневматической сепарации от сырья отделяются глинистые фракции. Песковые фракции сырья классифицируют по гравитационной крупности и предварительно обогащают.
Далее в технологической схеме предусмотрено раздельное обогащение крупно-, средне- и мелкопесковых фракций.
Раздельная переработка различных фракций позволяет оптимизировать технологические параметры обогащения с учетом морфологии и свойств сырья разной крупности и, как следствие, повысить её эффективность и исключить потери (особенно среди мелкодисперсного сырья).
Основную сепарацию материала выполняют магнито-гравитационными методами.
Для крупнопесковых фракций сепарация на ленточных виброактивных магнитных сепараторах позволяет получить концентраты с требуемым содержанием TiO2 и лимитируемых примесей. Кроме того, для средне- и мелкодисперсных песков применяют гравитационную доводку концентратов на пневматических сепараторах. В случае повышения в исходном материале лимитируемых соединений фосфора в схеме предусмотрена отмывка концентратов растворами уксусной кислоты.
Анализ результатов опытно-промышленной переработки проб, отобранных из различных месторождений, подтверждает увеличение объемов выхода концентрата на 1,2-4,4% по сравнению с известными технологиями (в основном за счет сокращения потерь в мелкодисперсных классах), обеспечивая при этом требуемое качество концентратов.
Хвосты обогащения представляют собой сухие, свободные от примесей и обеспыленные кварцевые пески, классифицированные по крупности.
Пески крупных и средних фракций после дополнительной магнитной сепарации с целью удаления фоновых примесей железа могут применяться в стекольной промышленности, использоваться в качестве стройматериалов и прочее.
Мелкодисперсные пески могут применяться в формовочных смесях и т. п. При отсутствии спроса пески могут складироваться как в наружный склад, так и в выработанное пространство карьера.
Возможность отделять глинистые фракции на этапе предварительной пневматической сепарации позволяет после их дополнительной доводки получать сухую глину или каолин как дополнительный товарный продукт.
Разработанное оборудование для сухой технологии обогащения имеет малый вес и блочно-модульное конструктивное исполнение. Для подачи перерабатываемого сырья между отдельными технологическими операциями применяют трубчатые конвейеры и пневмотранспорт.
Все это позволяет уменьшить размеры и этажность обогатительной фабрики, существенно сократить объемы капитальных строительных работ и проектировать фабрику периодически передвижной.
Основное и вспомогательное оборудование для сухого обогащения обладает значительно большим ресурсом и уровнем эксплуатационной надежности по сравнению с оборудованием, работающим по технологиям с использованием воды (отсутствие коррозии).
Основные технологические операции, использованные в предложенной схеме сухого обогащения ильменитсодержащих песков, проверены в опытно-промышленных условиях на Бирзуловском месторождении с использованием пилотных образцов оборудования.
Получены готовые ильменитовые концентраты:
1.Крупнопесковый (0,5-2 мм) — выход 6,81-9,68%, содержание TiO2 — 5455,5%, извлечение ильменита — 86-90,1%.
2.Среднепесковый (+0,16-0,5 мм) — выход 0,93-1,17%, содержание TiO2 — 57-58%, извлечение ильменита — 82-86,7%.
3.Мелкопесковый (+0,05-0,16 мм) — выход 0,46-0,54%, содержание TiO2 — 61-63,4%, извлечение ильменита—77-79%.
Подтверждена возможность использования подобных концентратов для производства двуокиси титана и выплавки титановых шлаков.
Выход ильменитового концентрата при использовании сухой технологии обогащения зависит от массовой доли ильменита в исходной руде. Извлечение ильменита практически не зависит от массовой доли в исходном сырье, но зависит от его технологических свойств (степени лейкоксенизации).
Суммарный выход концентратов всех фракций (применительно к условиям Бирзуловского месторождения) находится в пределах 8,2-11,36%, содержание TiO2 в смеси концентратов изменяется в пределах 54,8-56,12%.
Таким образом, применение подобной технологии позволяет:
-существенно сократить по сравнению со всеми альтернативными вариантами общие капитальные затраты и время на реализацию промышленной технологии; значительно повысить уровень надежности и ремонтопригодности комплекса оборудования для обогатительного производства;
-упростить инфраструктуру, обслуживающую обогатительное производство;
-сделать обогатительное производство значительно более компактным пространственно и территориально;
-уменьшить объем и вес строительных сооружений для обеспечения функционирования обогатительной линии; технологическая линия может быть выполнена по блочно-модульному принципу периодически передвижной.
-обеспечить комплексность использования исходной сырьевой базы за счет попутного получения товарных песков, глин и каолинов. Попутные продукты получаются в сухом виде, пригодном для транспортирования и последующего использования;
-существенно снизить степень воздействия на окружающую среду и улучшить экологические показатели производства за счет исключения использования воды в обогатительном процессе (и как следствие отсутствие оборотного водоснабжения).
