Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОГО МАГНИТНОГО РАЗДЕЛЕНИЯ И/ИЛИ ОБОГАЩЕНИЯ РУДЫ.

Изобретение относится к способу непрерывного магнитного разделения и/или обогащения руды согласно п.1 ограничительной части формулы изобретения. При этом, в частности, также должна быть возможна переработка примененных веществ и возвращение их в процесс. Далее, изобретение также относится к устройству для проведения данного способа согласно п.11, в котором, в частности, этапы способа по изобретению реализованы в промышленном виде с применением соответствующих устройств/оборудования.

В соответствующей горнодобывающей/перерабатывающей технологии руду понимают как содержащую металл горную породу, от которой содержащие металл составные части должны быть отделены в виде ценного рудного материала. Например, у медных руд ценные рудные материалы, в частности сульфидные медные материалы, которые должны быть обогащены, например, но не исключительно, представляют собой Cu₂S. Окружающую зерна материала не содержащую Cu горную породу обозначают как матрицу горной породы или жильную породу, в кругу специалистов после измельчения горной породы также как «хвосты» (отходы обогащения) или далее сокращенно как песок.

Из уровня техники уже известны способы для разделения руды, которые при необходимости можно проводить непрерывно. Однако данные способы работают преимущественно по принципу механической флотации, при котором измельченную горную породу смешивают с водой для того, чтобы ее затем можно было переработать. Данную смесь из воды и порошка горной породы также обозначают как «пульпа». Содержащиеся в предварительно измельченной горной породе ценные рудные частицы в пульпе сначала с помощью химических добавок избирательно снабжают гидрофобным слоем и затем с помощью связывания с пузырьками воздуха концентрируют в шапке пены. Таким образом, образовавшуюся смесь из ценных рудных частиц, пузырьков пены и воды можно затем простым сливом переносить в так называемые флотационные камеры.

Для того чтобы согласно уровню техники достичь высокой степени экстрагирования ценной руды из горной породы, то есть высокого выхода, необходимо несколько последовательных ступеней разделения, которые соответственно включают флотационные камеры. С этим связаны в общем итоге большие расходы и, в частности, высокое дополнительное потребление энергии.

Также уже предлагался способ разделения руды с магнитной поддержкой, который, однако, согласно уровню техники не мог проходить непрерывно. При варианте осуществления способа с периодичным способом загрузки выход продукта и связанная с ним эффективность является ограниченной, что сказывается на стоимости.

Следующие способы работают непрерывно, как, например, барабанный разделитель, однако из-за высокой механической трудоемкости и потребностей в техобслуживании имеют только небольшую производительность и являются поэтому непригодными для многих применяемых в горной промышленности способах добычи руды.

Нижеописанный новый способ напротив наряду с магнитным разделением руды при необходимости также можно применять для водоочистки с помощью магнитного разделения.

В более старых немецких патентных заявках уже предлагались способы непрерывного разделения немагнитных руд с применением магнитных или намагничивающихся частиц. Ссылаются на следующие неопубликованные немецкие патентные заявки Siemens AG DE 102008047841 и DE02008047842, а также на опубликованные WO 2009030669 A2, BASF AG.

Задачей данного изобретения является предоставить общий процесс непрерывного магнитного разделения руды и, в частности, последующей регенерации применяемых веществ. Для этого необходимо создать пригодное устройство, которое может быть реализовано на практике в промышленном объеме.

Задачу данного изобретения решают с помощью средств, указанных в п.1 формулы изобретения. Устройство с подходящей схемой процесса представлено в п.11 формулы изобретения. Усовершенствованные варианты осуществления способа и соответствующего устройства являются объектами зависимых пунктов формулы изобретения.

Таким образом, объектом данного изобретения является способ непрерывного магнитного разделения руды или обогащения руды, включающий регенерацию самых важных применяемых веществ. В итоге получается особенно благоприятный для окружающей среды и рентабельный общий способ для непрерывного разделения руд, в частности, немагнитных руд с помощью магнитных частиц, который может в целом заменить традиционные, дорогостоящие флотационные способы.

Новый способ имеет более низкую потребность в энергии и больший выход экстракта, чем известные способы и может, в частности, разделять частицы руды в более широкой области размеров частиц, чем это возможно согласно уровню техники. Является преимуществом то, что общее устройство по изобретению в значительной мере можно составлять из уже имеющихся в распоряжении технических устройств или оборудования. В сочетании с техническим устройством для намагничивания/размагничивания, в котором намагниченный поток твердых частиц отделяется от соответствующего потока жидкости или суспензии, получаются очень значительные улучшения.

Следующие подробности и преимущества данного изобретения следуют из последующих описаний фигур, на которых представлены примеры вариантов осуществления в совокупности с формулой изобретения.

На фигурах представлено:

фигура 1 - схема с функциональными блоками для отдельных этапов способа с отдельными материальными потоками и

фигура 2 - конкретный вариант осуществления способа согласно фигуре 1 для общего устройства с необходимыми отдельными устройствами/оборудованием для осуществления отдельных фаз технологического процесса.

Обе фигуры вместе подробно описаны далее.

На фигуре 1 нанесены отдельные участки процесса в виде блоков с соответствующими химическими составами, причем жирно проставленные стрелки обозначают последовательность участков процесса, а пунктирные линии со стрелками обозначают материальные потоки из регенерированного материала.

В данном описанном способе и соответствующем устройстве важно применение магнетита (Fe₃O₄) в качестве магнитно активируемого поглотителя: магнетит применяют уже в тонкоизмельченной гидрофобной форме, то есть он соединяется предпочтительно с гидрофобными частицами в водных растворах.

Применяемый магнетит в тонкоизмельченной форме обрабатывают модифицирующим поверхность средством, которое делает поверхность частиц еще более сильно гидрофобной, то есть водоотталкивающей. Гидрофобные частицы собираются в водной суспензии вместе в агломераты для того, чтобы минимизировать пограничную поверхность с водой. Данное явление используется таким образом, что ценные рудные частицы тоже избирательно гидрофобизированы, а жильная порода остается гидрофильной; вследствие этого образуются большие агломераты из ценных рудных частиц и магнетита, которые в целом из-за содержания магнетита являются намагничиваемыми.

В описанном далее способе магнитные свойства магнетита используются таким образом, что с помощью определенным образом размещенных или активируемых магнитных полей магнетит со связанными с ним ценными частицами руды может быть отделен от немагнитных материалов (жильная порода). В дальнейшем в качестве примера приводят сульфидные медные руды, при этом данный способ также можно применять для других сульфидных минералов, например сульфида молибдена или сульфида цинка. Подбором функциональных групп гидрофобизирующих средств для других минералов описанный здесь метод можно применять также для минералов других химических составов.

Важной добавкой в начале технологической цепочки способа служит длинноцепной алкилксантогенат калия или натрия (в дальнейшем для простоты называемый «ксантогенат»), средство, которое, как известно, избирательно адсорбируется на поверхности частиц сульфидной медной руды и делает их гидрофобными. Ксантогенат преимущественно состоит из углеродной цепи, обычно из от 5 до 12 атомов углерода и функциональной начальной группы, которая избирательно соединяется с медной рудой.

Благодаря этому в данном случае происходит гидрофобизирование ценных рудных частиц. Для этого руда в тонкоизмельченной форме, а также вода и дизельное топливо применяются в качестве исходных веществ в нижеописанном процессе.

Согласно блоку 1 на первой стадии процесса происходит смешивание исходных веществ. При этом смешиваются поток руды (пульпа), который состоит из измельченной горной породы (руды), воды и, в зависимости от назначения, различных химикатов с необходимым уже гидрофобизированным магнетитом и дополнительным гидрофобизирующим средством, в частности с ксантогенатом. Предпочтительно поток руды имеет содержание твердых веществ примерно от 40 до 70 массовых процентов, причем поток может перекачиваться насосом и согласно фигуре 2 может поступать с помощью насоса 25 в смесительную емкость или емкость с мешалкой 26.

Целью является образование в водной суспензии (пульпе), которая наряду с ценными рудными частицами содержит еще и жильную породу, агломератов гидрофобизированной с помощью ксантогената медной руды, такой как, например, халькоцит (Cu₂S), борнит (Cu₅FeS₄) или халькопирит (CuFeS₂) с гидрофобным магнетитом (Fe₃O₄ ^h) по причине их водоотталкивающих свойств. Данная стадия процесса далее обозначена как «Load»-процесс 2. Как уже было указано, гидрофобизирующее средство применяется для гидрофобизации содержащихся в потоке руды ценных рудных частиц. Поток руды, гидрофобизирующее средство и магнетит смешивают («Load-процесс»). Для этого необходим смеситель или емкость с мешалкой 26, которая должна быть устроена таким образом, чтобы имелось в распоряжении достаточное усилие сдвига и продолжительность обработки, чтобы могли происходить реакция гидрофобизации и соединение вместе частиц магнетита и частиц руды.

Возможный вариант осуществления представляет собой емкость с мешалкой 26, в которой применяется такая мешалка, которая имеет большое усилие сдвига. При этом химикаты и магнетит загружают поблизости от мешалки. Данная мешалка должна также обеспечивать не только локальное, но и глобальное перемешивание. Альтернативно можно также применять дополнительную мешалку, которая дополнительно перемешивает жидкость. При этом образуются большие частицы (агломераты), которые состоят из гидрофобизированной руды и гидрофобизированного магнетита.

Согласно блоку 3 затем происходит разделение руды на два материальных потока, в частности на ценную сульфидную рудную часть и жильную породу. На данной стадии процесса наряду с материальным потоком «хвосты» (то есть освобожденная от ценной рудной части разнообразная жильная порода) получают поток ценного вещества «черновой концентрат». В то время как «хвосты», как и в применяемом в настоящее время флотационном способе, могут быть захоронены, черновой концентрат необходимо переработать для того, чтобы, в частности, вернуть обратно применяемый магнетит и подготовить медную руду для следующих стадий дальнейшей переработки.

Для этого согласно блоку 4 сначала извлекают воду; при необходимости производят дополнительный процесс сушки. Согласно блоку 5 смесь из гидрофобного сульфида меди и магнетита пригодна для транспортировки, при этом в качестве примеси в черновом концентрате еще имеется часть жильной породы.

На следующих стадиях способа части магнетита и ценной руды отделяют друг от друга (так называемый «Unload» - процесс). Вследствие этого снова получают два материальных потока:

- поток магнетита, который поступает в пульпу в области входа устройства (блок 1);

- так называемый концентрат, который преимущественно состоит из сульфидной медной руды и определенного количества жильной породы.

К полученному таким образом потоку магнетита из вторично переработанного магнетита дополнительно добавляют свежий гидрофобизированный магнетит для того, чтобы восполнить неизбежные потери материала в общем процессе. Вследствие этого потребность в сравнительно дорогом магнетите при проведении данного способа минимизируется, причем свежий магнетит поставляют в контейнерах (например, «big bags»), и в зависимости от потребности он может быть добавлен. Только к этому потоку добавляют необходимые дополнительные химикаты в растворенном виде. Химикаты добавляют предпочтительно в растворенном виде, так как дозировка и транспортировка жидкостей внутри устройства может происходить более гомогенно, быстро и точно, чем дозирование твердых веществ.

В нижней части фигуры 1 при помощи блоков от 6 до 9 показано разделение смеси сульфид меди - магнетит. Для этого к смеси из сульфидной медной руды, магнетита и жильной породы необходимо добавить неполярную жидкость, что может быть реализовано, например, с помощью дизельного топлива.

Блок 6 включает в себя введение дизельного топлива в конечный продукт из блока 5 и, соответственно, смешивание обоих веществ. Вследствие этого агломераты сульфидной руды и магнетит распадаются и появляется возможность вернуть магнетит обратно и получить конечный продукт «концентрат» без содержания магнетита.

На следующей стадии процесса, с одной стороны, дизельное топливо и, с другой стороны, магнетит регенерируют для дальнейшего использования. В соответствии с пунктирными линиями со стрелками, магнетит, находящаяся в черновом концентрате часть жильной породы и дизельное топливо поступают обратно к началу стадии.

Принцип работы устройства для проведения способа объяснен с помощью представленной на фигуре 2 последовательности всех устройств/оборудования. Обозначение 20 на данной фигуре означает контейнер («big bag») для магнетита с дозирующим устройством 21. На первой стадии процесса магнетит в перемешивающем устройстве 22 смешивается с водой и вторичным магнетитом. Данная смесь с помощью дозирующего насоса 23 попадает в перемешивающее устройство 26, причем через второй дозирующий насос 24 к смеси добавляется ксантогенат. По второй технологической линии ценные материалы в виде пульпы с рудой с помощью следующего дозирующего насоса 25 попадают в перемешивающее устройство 26. Пульпу и смесь с ксантогенатом смешивают в перемешивающем устройстве 46. Перемешивающее устройство 26 устроено как реактор, и в нем происходит «Load» - процесс.

В общем устройстве согласно фигуре 2 имеются два магнитных сепаратора 30, 40, то есть процесс протекает параллельно на двух уровнях процесса. Магнитные сепараторы 30, 40 работают по одинаковым физическим принципам. К каждому из них подсоединен дозирующий насос 27 или 39, которые обеспечивают транспортировку пульпы. Целью данных магнитных сепараторов 30 и 40 является получение соответствующего концентрата с более высоким содержанием меди.

В соответствии с первым способом смесь руды и магнетита поступает в процесс разделения, для чего необходим дозирующий насос 27. В данном процессе разделения происходит отделение магнитных агломератов из потока руды, при этом образуются отдельные материальные потоки, а именно:

- упомянутый поток «хвостов», который представляет собой поток с большим содержанием воды и который, в зависимости от применения, либо не содержит больше ценных веществ и тогда может быть утилизирован. Либо возможно данный поток содержит остатки ценного вещества и тогда возвращается в новую переработку;

- отделенный поток («черновой концентрат») содержит ценные вещества в виде промежуточного продукта в сравнительно высокой концентрации. Данный поток содержит по меньшей мере 10 массовых процентов ценного материала и представляет собой поток промежуточного продукта.

Указанный поток промежуточного продукта далее с помощью по меньшей мере одного дозирующего насоса 31 поступает на стадию сушки. Сушка может в случае необходимости происходить в две стадии. На первой, обязательной стадии с помощью механического способа, в частности с помощью центробежной силы, удаляют большую часть воды. Эта вода в зависимости от технологического процесса может снова возвращаться в процесс, так что получается абсолютно замкнутый цикл обращения воды с незначительным влиянием на окружающую среду. Также отделенную воду можно непосредственно загружать обратно в процесс приготовления пульпы.

Следующей возможностью применения является добавление к конечному продукту для того, чтобы сделать его пригодным к транспортировке и при необходимости устранять влияние незначительных остатков дизельного топлива.

Возможным вариантом осуществления первой стадии удаления воды является применение декантатора 32 согласно фигуре 2. При этом образуется уже упомянутый поток промежуточного продукта, который имеет остаточную влажность самое большее от 10 до 30 масс.%.

Этот поток может, если необходимо, например, с помощью гибкого винтового конвейера 33 или ленточного конвейера поступать на вторую стадию сушки. При этом речь идет, например, о тепловой сушилке 34, которая испаряет остаточную влагу. Эта сушилка может эксплуатироваться, например, с помощью технологического пара, или газа, или горелки для жидкого топлива. При этом образуется пар, который можно применять в других местах для предварительного нагревания.

Последняя стадия может в зависимости от применения и технологического процесса быть не нужна. После сушки выходит поток твердого материала с остаточной влажностью меньше 1%. Данный поток охлаждают в теплообменнике для твердых веществ 36 и, например, с помощью винтового конвейера 37 перемещают в следующую емкость с мешалкой 38.

В особенно предпочтительном варианте осуществления три технологических стадии: грубое обезвоживание - сушка - охлаждение интегрированы в единственной технологической единице, так что количество применяемого на данной стадии оборудования уменьшается с трех до одного. В емкости с мешалкой 38 согласно фигуре 2, которая предпочтительно имеет такое же строение, как первая емкость с мешалкой 26, к потоку твердого материала добавляют дополнительные химикаты, в частности неполярные жидкости, такие как дизельное топливо. Необходимо выбрать такой химикат, который устраняет гидрофобные связи между ценным материалом и магнетитом, что идеальным образом выполняется с помощью дизельного топлива. Поток дизельного топлива, который добавляют, состоит из переработанного дизельного топлива, а также из свежей части дизельного топлива, которое необходимо для того, чтобы восполнить потери материала в общем процессе. Содержание дизельного топлива должно составлять по меньшей мере 40 массовых процентов для того, чтобы сделать смесь способной к течению и перекачиванию. Содержащая дизельное топливо смесь с помощью по меньшей мере одного дозирующего насоса 39 поступает не следующую стадию разделения, на которой частицы магнетита отделяют от ценной руды.

«Unload-процесс» включает дополнительное магнитное разделение. При этом магнетит отделяют из материального потока для того, чтобы затем снова вернуть в «Load-процесс». При этом снова образуются два материальных потока: один поток содержит ценный материал (руду) и подвергается обезвоживанию с помощью декантатора 44. В зависимости от требований можно применять еще одну дополнительную тепловую сушилку. Затем данный материальный поток с помощью транспортирующего устройства 44 поступает в емкость с мешалкой 46, смешивается с водой и выходит в качестве конечного продукта «концентрата» с помощью насоса 47.

Поток магнетита также с помощью декантатора 42 обезвоживают. Здесь также, в зависимости от применения, можно применять дополнительную стадию сушки. Регенерированное дизельное топливо снова поступает в первоначальный процесс, например через емкость для дизельного топлива 50. Высушенный магнетит может с помощью шнекового конвейера 43 транспортироваться в перемешивающее устройство 22. Там переработанный магнетит смешивают со свежим магнетитом и водой, и таким образом он снова поступает в материальный поток.