Сергей Александрович Краюхин, директор по науке Технического университета УГМК, к. т. н.
На предприятиях горно-металлургического комплекса скопилось большое количество техногенных отходов, представляющих интерес для повторной переработки с целью извлечения ценных компонентов: хвосты обогащения, шламы нейтрализации, металлургические шлаки и пыль. При рассмотрении вариантов их повторной переработки особое внимание уделяется попутному извлечению железа.
Благодаря наличию у соединений железа магнитных свойств их принято извлекать методом магнитной сепарации — с помощью создаваемого магнитного поля магнитные частицы отделяются от немагнитной части. Область применения магнитной сепарации и объём переработки исходного сырья данным способом непрерывно возрастают благодаря его высокой производительности, простоте, низким затратам и высокой экологичности, а также развитию производства постоянных магнитов на основе редкоземельных металлов.
Как известно, соединения железа обладают как сильномагнитными (ферромагнитными) свойствами (например, железо, магнетит — Fe3O4), так и слабомагнитными свойствами (например, гематит — Fe2O3, сидерит — FeCO3, пирит — FeS2, пирротин — FeS, лимонит — FeO(OH)*(Fe2O3·nH2O), гетит FeO(OH), ильменит — FeTiO3). Если для извлечения соединений первой группы достаточно применять магнитную систему с величиной магнитной индукции всего 0,05–0,20 Тл (Тесла), то для извлечения соединений железа второй группы необходимы предварительное тонкое измельчение исходного сырья и применение специальных систем сепарации с повышенным значением магнитной индукции — более 0,6 Тл.
В настоящее время в Техническом университете УГМК разрабатывается технология переработки лежалых пиритных огарков (40,9 % Fe), полученных много лет назад окислительным обжигом пиритного концентрата при производстве серной кислоты. Железо в составе пиритных огарков представлено преимущественно магнетитом и гематитом. Учитывая различие магнитных свойств данных соединений железа, их извлечение также целесообразно организовать в две стадии с применением сепараторов с различной интенсивностью магнитного поля: на первой стадии проводится слабомагнитная сепарация для отделения сильномагнитного магнетита, на второй — сильномагнитная сепарация для отделения слабомагнитного гематита. В конечном счёте оба продукта объединяются с получением коллективного железного концентрата. Качество магнитного продукта на первой стадии получается более высоким — содержание железа в нём составляет 60–70 %, на второй ниже — 55–65 %. Учитывая, что в товарном железном концентрате содержание железа должно быть не менее 62 % для возможности его вовлечения в существующее аглодоменное производство, перед исследователями стояла задача подбора оптимальных параметров магнитной сепарации на обеих стадиях, обеспечивающих его получение при максимально возможном извлечении железа.
Для решения поставленной задачи учёные университета успешно применили мокрый барабанный сепаратор на основе постоянных магнитов Nd-Fe-B с регулируемой величиной магнитной индукции в рабочей зоне. Определены оптимальные параметры сепарации, обеспечивающие получение магнитного продукта с содержанием железа не менее 62 % при суммарном извлечении железа на двух стадиях не менее 50 %.
Установлено, что в магнитном продукте повышено содержание серы (более 0,05 %) и меди (более 0,1 %), что не позволяет его вовлекать напрямую в процессы чёрной металлургии и обусловило проведение дополнительных исследований по кондиционированию с применением гидрометаллургических процессов — исследования по данному направлению продолжаются.
Таким образом, применение двухступенчатой магнитной сепарации для последовательного извлечения сильно- и слабомагнитных соединений железа позволило гибко регулировать содержание железа в получаемом магнитном продукте путём изменения его извлечения — ориентируясь по выходу магнитных продуктов на каждой стадии. Это особенно важно при колебаниях содержания железа в исходном сырье и характерном непостоянстве в нём соотношения сильно- и слабомагнитных соединений железа.
Полученные результаты использованы для разработки комплексной технологии переработки пиритных огарков, включающей гидрометаллургическое извлечение благородных и цветных металлов, а также производство железного концентрата с применением магнитной сепарации.