Магнитные, электрические и специальные методы обогащения полезных ископаемых : в 2 т. Т 1. Магнитные и электрические методы обогащения полезных ископаемых

Московский 
""' 
государственныи 

горный 

университет 

РЕДАКЦИОННЫЙ 

С 
О 
В 
Е Т 

Председа т 
ель 

Л.А.ПУЧКОВ 

Зам . председателя 

л.хгитис 

Члены редсовета 

И. В. ДЕМЕНТЬЕВ 

А . П. ДМИТРИЕВ 

Б. А . КАРТОЗИЯ 

М.В. КУРЛЕНЯ 

В.И. ОСИПОВ 

Э . М. СОКОЛОВ 

К.Н. ТРУБЕЦКОЙ 

В.В . ХРОНИН 

В.А. ЧАНТУРИЯ 

Е. И. ШЕМЯКИН 

И:ЩЛТЕЛЬСГВО 
московского 

ГОСУДАРСТВЕННОГО 

ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕТА 

ректор МГГУ. 

чл . -корр. РАН 

директор 

Издательства МГГУ 

академик РАЕН 

академик РАЕН 

академик РАЕН 

академик РАН 

академик РАН 

академик МАН ВШ 

академик РАН 

профессор 

академик РАН 

академик РАН 

В.В. Кармазин 

В.И. Кармазин 

МАГНИТНЫЕ, 

ЭЛЕКГРИЧЕСКИЕ 
И СПЕЦИАПЬНЫЕ 
МЕТОДЫ ОБОГАJЦЕНИЯ 
ПОЛЕЗНЫХ 

ИСКОПАЕМЬIХ 

ТОМl 

Магнитные 

и электрические 

методы обогащения 

полезных 

ископаемых 

Допущено Учебно-.методическим объединением вузов 

Российской Федерации по образованию в области горного 
дещ в качестве учебника для студентов высших учебных 

заведений, обучающихся по специальности «Обогащение 

полезных ископаемых» направления подготовки 

дUiио.мированных специалистов «Горное дело» 

Высшее 

горное 
-------образование--------------~ 

МОСКВА 

ИЗ!J.АГЕЛЬСГВО МОСКОВСКОГО 

ГОСУДАРСГВЕННОГО ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕD\ 
2005 

УДК 622.7 

ББК 33.4 

к 21 

Федеральная целевая программа <<Культура России (2001-2005 годы)», 

подпрограмма «Поддержка полиграфии и книгоиздания России (20022005 ГОДЬI)» 

Экспертиза проведеиа Учебно-,wетодическим объединением вузов Российской 

Федерации по образоваиию в области горного дела (выписка из протокола М 5110716 от 25. JJ.2004 г.) 

Киига соответствует «Гигиеническим требоваииям к изданиям кни:ж:иым для 

взрослЬL'С. СанПиН 1.2.1253-03». утверждеиным Главным государстветtы\1 санитарНЬL\1 врачо,\1 России 30 ,1Шрта 2003 г. 

Рецензенты: 
• 
кафедра «Обогащение полезных ископаемых» Читинского государственного 

университета (зав. кафедрой д-р техн. наук, проф. В.П. Мязин); 
• 
д-р техн. наук, проф. П.Е. Остапенко (Всероссийа<Ий IDfститут МIDiерального сырья) 

Кармазин В.В., Кармазин В.И. 

К 21 
Магнитные, электрические и специальные методы обога
щения полезных ископаемых: Учебник для вузов. В 2 т. -М.: 

Издательство Московского государственного горного университета, 2005. -Т. 1: Магнитные и электрические методы обогащения полезных ископаемых. -669 с.: ил. 
ISBN 5-7418-0373-3 (в пер.) 

Изложены современные теоретические представления о разделении минералов в магнитных, электрических и комбинированных полях. Рассмотрены процессы и аппараты основных, подготовительных и вспомогательных 

методов магнитного и электрического обогащения. 

Практика магнитных и электрических методов обогащения излагается 

на основе опыта отечественных и зарубежных обогатительных фабрик, использующих магнитные и комбинированные (с гравитационными, электрическими, специальными и другими методами) технологии. 

Для студентов вузов, обучающихся по специальности «Обогащение полезных ископаемых» направления подготовки дипломированных специалистов <<Горное дело». 

Том 1. Магнитные и электрические методы обогащения полезных ископаемых. 

Том 2. Специальные методы обогащения полезных ископаемых. 

ISBN 5-7418-0280-Х 
ISBN 5-7418-0373-3 (т. 1) 

УДК 622.7 

ББК 33.4 

© В.В. Кармазин, В.И. Кармазин, 2005 

©Издательство МГГУ, 2005 

©Дизайн книги. 

Издательство МГГУ, 2005 

Виктор Витальевич Кармазин родился в 
1936 г. в городе Днепропетровске. Его отецВ.И. Кармазин бьт извесгным специалистом в облаСПI обогащения полезных ископаемых. Это, безусловно, повлияло на выбор профессии его сыном, который в 1958 г. окончил 

Криворожский горно-рудный инrnnyr и начал 

работать начальником смены Центральной 

обогаnпельной фабрики треста «НикопольМарганец». В 1964 г. В.В. Кармазин защищает 

кандидатскую диссертацию и переходит на рабоrу в отдел обогащения полезных ископаемых 

ИГД АН СССР им. Скочинского. С 1971 г. он 

работает в Московском горном ИНСПil)'те сначала на кафедре «Физика горных пород и процессов», 
а 
затем 
на 
кафедре 
(<Физикохимические методы». В 1975 г. состоялась защита докторской диссертации. В 1983- 1990 гr. В. В. Кармазин- ректор СевероКавказского горно-металлургического инrnnyra. 

С 1990 г. В.В. Кармазин работает в Московском rосударсrеенном горном универсiПеТе. Он -профессор кафедры ((Горная механика и транспорn>, pyкoвo.!IIfl"e1IЬ 

Научно-технического центра ((Горно-обогаnпельные модульные установки». 

В.В. Кармазин является автором более 150 работ, у него 60 авторских 

свидетельств. Он работает в редколлегиях авторитетнейших журналов по 

обогащению, печатающихся в России, Америке, Китае. 

Когда книга готовилась к печати, его отца, В.И. Кармазина, уже не бьто в живьiХ, поэтому вся работа по подготовке книги бьта вьшоШ!ена В. В. Кармазиным. 

Вкrалий Иванович Кармазин (1912 
2000 гr.) доктор технических наук, профессор, 

крупнейший специалист в облаСПI обогащения 

полезных ископаемых. Автор более 350 научных работ, 85 изобретений. Его научная и инженерная деятельность бьта связана с проблемами обогащения магиетитовых и окисленньiХ 

кварцитов, удаления серы при обогащении углей, газификации металлургического топлива. 

Им разработаны технологии предварительного 

обогащения и раскрьrrия железных, марганцевых и хромитовых руд, магнитиого обогащения руд редких металлов, а также получения 

концентратов из отходов металлургических заводов. Магиитиые сепараторы, созданные по 

его разработкам, успешно эксплуатируются на 

обоrаnпельных фабриках Никопольского, Криворожского бассейнов, а также на Вольногорском горно-металлургическом комбинате. 

ВВЕДЕНИЕ 

Отцу -учителю, ученому и основателю 

современного варианта данного курса, профессору В. И. Кармазину-посвящается 

Более трех тысяч лет человечеству известны явления элеКЧ'ичества и 

магнетизма. Им посвящены труды Аристотеля, Плиния, Фалеса Милетского, Тита Лукреция Кара и других ученых древности. В них упоминается о первых попытках применении магнетизма и элеКIJ'ичества в различных технологиях. В средневековом трактате Георгия Агриколы «0 горном деле и металлургии» [1] подробно описана магнитная сепарация касситерита и вольфрамита от магнетита (книга 8. «Обогащение полезных 

ископаемых»). Однако, только после работ Гильберта, Фарадея, Максвелла, Лоренца, Ампера, Столетова, Аркадьева и других великих физиков 

элеКIJ'ОМагнитное поле стало широко использоваться на службе человечеству, и без этого уже немыели м а современная цивилизация [7). 

Сегодня трудно назвать область обогащения, которая бы развивалась так быстро в последние годы, как сепарация в магнитном поле. Первый магнитный сепаратор был создан инженером В.А. Петровым в России (на Урале) в 1911 г. В 1936 г. выпущен первый серийный сепаратор, а 

к 1971 г. только в СССР с помощью десятков тысяч сепараторов переработано более полумиллиарда железных, марганцевых, вольфрамовых, 

хромитовых, редкометальных руд, угля и других полезных ископаемых. 

Первым патентом считают английский патент от 1792 г., выданный 

Уильяму Фулартону на магнитную сепарацию железной руды [19). 

Промышленное внедрение магнитного метода обогащения, главным образом для железных руд, началось в конце XIX в. В CIIIA Болл 

и Нортон, а в Швеции Венстрем и Таге Мортзелл предложили сухой 

барабанный сепаратор с чередующейся полярностью. Аналогичный 

сепаратор с вращающимся магнитным полем создается в Италии (Пальмер, 1854 г.). Однако широкое внедрение магнитной сепарации железных руд в Швеции связано с разработкой Грендалем барабанного сепаратора для мокрого магнитного обогащения в 1906 г., аналогичного русскому сепаратору В.А. Петрова, работавшему на руднике г. Благодать (Урал) в 1911 г. [19). 

Для обогащения слабомагнитных руд (хромитовых, вольфрамитовых и др.) в Швеции Ветерилем в конце XIX в. был предложен ленточный электромагнитный сепаратор с замкнутой системой, в котором 

впервые применено весьма распространенное в современных сепараторах сочетание полюсов «клин- плоскость». Несколько позже Ульрих 

предложил конструкцию кольцевого сепаратора для сухого и мокрого 

обогащения мелких слабомагнитных руд [18). 

6 

В 1916---1920 гг. разработаны конструкции сеnараторов сnирального тиnа (Дэвис), ленточного для мокрой сеnарации частично окисленных сильномагнитных руд (Роч) и индукционно-роликового для 

мелкозернистых слабомагнитных руд (Джонсон) [29]. 

В 1934 г. Крокет nредложил сложный в эксnлуатации ленточный 

сеnаратор для обогащения тонкоизмельченных сильномагнитных руд с 

нижней nодачей исходного материала, который nолучил широкое 

расnространение. Во второй nоловине :ХХ в. были внедрены более надежные барабанные сеnараторы, лучшие образцы которых и в настоящее время выnускает Воронежский завод горно-обогатительного оборудования- ВЗГОО (АО «Рудмаш») [24]. 

Промышленное nрименение магнитной сеnарации слабомагнитных 

зернистых и кусковых руд было освоено в 40-х rr. ХХв. на базе барабанно-ручейковых сеnараторов фирмы «Крупn» (Германия) и ручейковороликовых сеnараторов ДК-НИГРИ (В.Г. Деркач и В. И. Кармазин). Проблема сеnарации мелкозернистых слабомагнитных руд вnервые решена в 

институте Механобрчермет (СССР) в 1955 г. с nомощью валковых сеnараторов (В.И. Кармазин и В.В. Крутий). 

Процесс высокоградиентной (nолиградиентной) магнитной сеnарации в сильном nоле для мелкозернистых слабомагнитных минералов и шламов был усnешно внедрен в nромышленность на роторных 

сеnараторах бЭРМ-35/315 (СССР) и ДП-317 (Германия), а также карусельных сеnараторах С-9000 фирмы «Сала» (Швеция, США) [31]. 

Серийное nроизводство магнитных сеnараторов в СССР началось в 

конце 20-х rr. ХХ в. Первые сеnараторы были разработаны в институте 

Механобр. Изготавливали их на заводах им. Пархоменко в Ворошиловграде, им. Котлякова в Ленинграде и nозже-на ВЗГОО. Первые сеnараторы работали на обогатительных фабриках железных руд Рудного Алтая (Гемир-Тау и Мундыбаш), г. Высокой (Урал), на Первоуральской фабрике для титаномагнетитовых руд (Урал) и др. С 1932 г. no 1941 г. nромышленностью был освоен выnуск сеnараторов только для обогащения 

железных руд и железоотделителей. После 1945 г. было налажено серийное nроизводпво сеnараторов с сильным магнитным nолем для 

сухого и мокрого магнитного обогащения, а также была расширена номенклатура сеnараторов со средним и слабым магнитными nолями [24]. 

Современные усnехи отечественного сеnараторостроения (наука, машиностроение, nромышленность) особенно заметны, если сравнивать с 

уровнем 50-х г ХХ в .. Резко nовысилась эффективность разделения, nроизводительность возросла в 5- 1 О раз. При разделении кусковых сильномагнитных материалов магнитная сеnарация намного дешевле любого другого метода обогащения (ее стоимость составляет не более одного 

рубля на тонну nитания), а nри разделении тонкоизмельченных -она 

устуnает no стоимости только винтовой сеnарации. Производительность 

сеnараторов для кусковых руд достигает 500 т/ ч, для тонкоизмельченных 

сильномагнитных- 200 т/ч, слабомагнитных- 40 т/ч. Россия nрочно 

7 

удерживает в этой отрасли ведущее место в ряду таких стран, как 

Германия, Финляндия и др. 

Электрическая сепарация разделение минералов по способности 

электризоваться, проводимости и величине диэлектрической проницаемости, как промышленный метод обогащения, начала применяться с начала 

ХХ 
в. (1901 г.-Блэк, Моршер, 1905 г.-Гуфф, США) [55). Она получила 

распространение на ряде фабрик цветной металлургии для доводки гра­

витационных концентратов и промпродуктов (в 1915 1920 rr. в США 

только в цинковой промышленности использовалось более 150 электростатических сепараторов Гуффа). Однако, из-за недостаточно развитой 

теории и несовершенного оборудования электрическая сепарация в 30-х 
rr. была вытеснена более экономичной в то время и бурно развивающейся 

флотацией. В отечественной практике обогащения электросепарация в 

этот первый период ее развития вовсе не нашла применения. Вновь начинает проявляться интерес к электрическим методам обогащения лишь в 
1930- 1945 rr. На основе достижений электротехники высоких напряжений разрабатывается ряд новых способов сепарации и создаются более 

совершенные конструкции сепараторов и высоковольтной аппаратуры [5). 

Активная роль в развитии теории и практики электрической сепарации, начиная с этого периода, принадлежит советским исследователям. В 1936 г. Н.Ф. Олофинским, В.М. Бачковским и др. (МГИ) разработан новый метод электрического обогащения сепарация в поле коронного разряда. В 1942 г. в Казахстане была построена первая электросепарационная фабрика по переработке шлихов и доводке комплексных 

некондиционных концентратов. Быстрый рост использования электрических методов обогащения связан с периодом 1945--1960 гг. В эти годы 

продолжается разработка новых способов электрической сепарации и 

новых сепараторов. И.Н. Плаксиным и Н.Ф. Олофинским разработан 

трибоадгезионный метод сепарации тонкоизмельченных материалов. 

А.И. Ангеловым, В.И. Ревнивцевым и Ю.Н. Набиулиным усовершенствован трибоэлектростатический метод. Все это создало предпосылки для более широкого внедрения электрических методов обогащения. Процесс электрической сепарации был освоен для доводки комплексных титан-циркониевых гравитационных концентратов, алмазосодержащих концентратов (комбинат ВДГМК, трест «Уралалмаз», комбинат «Якуталмаэ»), поленошпатовых флотационных концентратов и 

кварца (Лянгарское рудоуправление) [5, 55]. 

Электросепарационные установки наибольшей производительности сооружены для доводки концентратов россыпей, особенно титанциркониевых [6]. Этому способствовали благоприятная характеристика 

минералов, их составляющих (различие в электропроводности достигает нескольких порядков, что обусловливает наиболее высокие эффективность и производительность процесса электросепарации), и бурный 

рост производства титановых и циркониевых концентратов. Доста
8 

точно сказать, что во второй половине ХХ в. мировое производство 

циркониевого концентрата возросло в 9 раз, ильменитового более 

чем в 6 раз, а рутилового-более чем в 20 раз. 

Схема основного алгоритма выбора и проектирования магнитных, 

электрических и комбинированных сепараторов 

Исходные данные 

( nрои1водительность. своАства 

минералов и т.n.) 
l 

Со(тавлс:ние и решение ураанениА 

сеnарационного массоnереноса в 

маnштных 11 электрических noru~x 

~ 
/ 

Маrниmые и 

Геометри• 
злектрическиесвойства 
Уровень 
рабочего 
1+минералов и способы 
~ p83ДCJUIIOЩИX 
nространства 
управленИJI ими 
сил 

~ l 
~ 

Оnределение тиnа н картины силового 

(маntнтноrо, электрнчес~tого •• комбиннровuнкых) 

полей 

~ 

Расчi!т маmитной или :)Лектрич~.о-скоЯ системы длJI 

подnержанИJI необходимого уроВИJI и картины ПOJII 

в оабочем nDОСТDВНстае сепаратооа 
l 

Расчёт трансnортирующей среды и механизмов для 

удаления nродуктов разделения 
l 

1 
Проектирование несущих конструкций, привода, 

блока nитания сепаратора и т.д. 

9 

В последнее время разработана промышленная технология трибоэлектрической сепарации фосфоритов, каменной соли, полевых шпатов и других видов сырья и диэлектрическая сепарация редкоземельных концентратов [5]. 

Развивается селективное кондиционирование руды азросуспензиями 

для искусственного изменения электропроводности, которое позволяет использовать электросепарацию в ряде новых областей. Установлена общность явлений, происходящих при обработке минералов поверхностноактивными веществами перед электрической сепарацией и флотацией. 

По производительности, экономичности и технологическим показателям электрическая сепарация в настоящее время в ряде случаев вполне 

может конкурировать с флотацией, а в будущем, в связи с дефицитом пресной воды, роль электрических методов обогащения еще более возрастет. 

На схеме (стр. 9) приведен основной алгоритм выбора и проектирования магнитных, электрических и комбинированных сепараторов, а 

также соответствующих технологических расчетов. Данному алгоритму 

подчинена программа курса, соответствует ему и построение данного 

учебника. 

Специальные методы обогащения, как правило, включают в себя 

все, что не охвачено гравитационными, флотационными, магнитными 

и электрическими методами. Преобладают в них процессы автоматизированной сортировки частиц с помощью электромагнитного облучения ультрафиолетовыми, световыми, инфракрасными, у- и 13-лучами. В 

связи с этим специальные методы, как правило, применяются для обогащения урановых руд, алмазов, асбестовых и других руд со специальными (сnецифическими) свойствами [37, 69]. 

В эту же группу включают методы, основанные на взаимодействии 

частиц с поверхностью сепараторов. Здесь используют: упругие экраны 

для сепарации по отскоку частиц; поверхности, по которым скользят частицы с различной скоростью в зависимости от коэффициента трения; решета с определенной формой отверстий для сепарации по форме; поверхности, покрытые легкоплавким или липким веществом, и т. n. Общим 

элементом этих сепараторов является особая рабочая поверхность [19]. 

Современные комбинированные схемы обогащения минерального 

сырья в начале, середине или в конце включают в себя обжиг и низкотемпературные химические процессы [28, 63, 77]. Данную область технологии 

называют химическим и биохимическим обогащением, или гидрометаллургией. Эти специальные методы используются при обогащении руд 

редких и благородных металлов, вольфрама, никеля, меди и др. 

Однако общие закономерности сепарационного массопереноса, 

силового режима разделения и кинетики являются практически одинаковыми для всех процессов данного курса.