Магнитная агломерация

Когда слышишь ?магнитная агломерация?, первое, что приходит в голову — это просто спекание магнитных концентратов. Но на практике всё сложнее. Многие, особенно те, кто только начинает работать с обогащением, путают этот процесс с банальным окомкованием перед загрузкой в печь. На деле же, это критически важный этап, от которого зависит не только производительность доменной печи, но и весь экономический расклад. Я сам долго считал, что главное — добиться нужной прочности окатышей, пока на одном из комбинатов не столкнулся с проблемой перерасхода топлива из-за нестабильной магнитной проницаемости агломерата. Оказалось, что одно дело — склеить частицы, и совсем другое — сохранить и даже усилить их магнитные свойства после термообработки. Вот тут и начинается настоящая работа.

Где кроется подвох в классическом подходе

Традиционная технология, особенно с использованием магнитных колонн или дегидратационных баков, часто дает на выходе концентрат с приемлемым содержанием железа, но с огромным разбросом по гранулометрическому составу. Это как раз тот камень преткновения, который мешает получить однородный агломерат. Частицы разного размера спекаются неравномерно — внутри комка образуются зоны с разной плотностью и, что самое главное, с разной магнитной анизотропией. В печи такой агломерат ведет себя непредсказуемо: где-то восстановление идет быстрее, где-то медленнее, нарушается газодинамика.

Мы пробовали решить проблему дополнительным дроблением и классификацией перед спеканием. Технически, логика была железной: если сделать фракцию более однородной, то и спечется она равномерно. Но на практике это вылилось в дополнительные энергозатраты и потери материала в виде тонких фракций, которые просто уносились в улавливающие системы. Экономика проекта начинала трещать по швам. Стало ясно, что проблема не в стадии спекания, а гораздо раньше — на этапе подготовки концентрата. Нужно было не ?латать? неоднородность, а предотвращать её появление.

Именно в этот момент мы обратили внимание на оборудование, которое, казалось бы, решало другую задачу — промывку и сепарацию. Речь о разработках компании ООО Шицзячжуан Цзинькэнь Технологии (сайт: https://www.jinken.ru). Их профиль — электромагнитно-гравитационное обогатительное оборудование, а ключевое изобретение — технология электромагнитной сепарации-промывки. Изначально мы смотрели на их аппараты как на способ просто повысить содержание железа. Но в их патентах на серию промывочных машин магнитной флотации был заложен другой принцип: совмещение нескольких физических методов — электромагнетизма, гидравлической пульсации, пенной флотации. Это позволяло не просто отделять магнитную фракцию, а делать это с невероятной точностью по размеру частиц.

Практический опыт: замена столбовых сепараторов

На одном из наших переделов мы решились на эксперимент — заменить банк устаревших магнитных колонн на их полностью автоматическую промывочную магнитную сепарацию. Риск был, так как процесс обогащения — это кровь предприятия, останавливать его страшно. Главным аргументом ?за? был тот факт, что более 90% магнитных железорудных рудников в Китае используют оборудование Цзинькэнь. Если у них работает в таких масштабах, значит, технология выстрелила.

Самым сложным был этап пусконаладки. Автоматика — это хорошо, но её нужно ?обучить? под конкретную руду. Наш технолог две недели не выходил из цеха, подбирая параметры гидравлической пульсации и интенсивности магнитного поля. Ключевым было добиться не максимального извлечения (с этим как раз проблем не было), а стабильности гранулометрии на выходе. Нужно было, чтобы аппарат отсекал и те самые ?неудобные? мелкие фракции, которые потом мешали при агломерации.

Результат превзошел ожидания. Концентрат после новой системы был не только чище, но и, как мы говорили, ?спокойнее?. Разброс по крупности сократился на 40%. Это сразу же отразилось на следующем этапе — при подготовке шихты для агломерационного цеха. Смесь стала более сыпучей, однородной, а значит, и более предсказуемой в процессе спекания.

Влияние на процесс спекания и качество агломерата

С улучшением качества концентрата мы смогли, наконец, по-настоящему управлять процессом магнитной агломерации. Раньше мы боролись со следствиями, а теперь работали с причиной. Однородные частицы спекались при более низкой температуре, что дало прямую экономию на энергоносителях. Но что важнее — структура самого агломерата стала другой.

При микроскопическом анализе было видно, что поры в агломерате распределены равномерно, а магнитные фазы (в основном магнетит) образуют непрерывную проводящую сетку. Это критически важно для восстановления в доменной печи. Газ проходит через шихту равномерно, нет застойных зон или, наоборот, каналов продувки. В итоге, мы получили прирост в производительности печи и снижение расхода кокса. Цифры приведу скромные, но значимые: удельный расход кокса снизился на 3-4%, а производительность агломашины выросла примерно на 7% за счет лучшей газопроницаемости шихты.

Был и побочный, но приятный эффект. Раньше мы сталкивались с проблемой повышенного содержания цинка и щелочей в агломерате, которые шли с тонкими, плохо отслеживаемыми фракциями. Новая система промывочной сепарации, особенно с использованием ультразвукового воздействия (это тоже есть в арсенале Цзинькэнь), позволила более эффективно отмывать поверхность частиц от этих вредных примесей. Качество агломерата по химическому составу также улучшилось.

Мысли о масштабировании и границах применимости

Конечно, технология — не панацея. У нас был опыт работы с очень тонковкрапленными рудами, где основной носитель железа — гематит. Там магнитные методы, даже такие продвинутые, имеют естественные ограничения. Оборудование Цзинькэнь показало себя блестяще именно на магнетитовых рудах, что, впрочем, логично, учитывая их специализацию. Их экспорт в Австралию, Перу, Либерию — тому подтверждение. Но для других типов руд нужен иной технологический пакет.

Ещё один момент, о котором редко говорят в рекламных проспектах, — это требования к воде и реагентам в системах с пенной флотацией. Полностью автоматическая промывочная магнитная сепарация от Цзинькэнь хоть и экономит воду за счет замкнутых циклов, но всё же требует качественной водоподготовки. На одном из удаленных участков в Камеруне (куда, кстати, они тоже поставляют оборудование) у заказчика возникли сложности именно с этим. Пришлось дорабатывать систему очистки оборотной воды. Это к вопросу о том, что идеальных решений нет — всегда есть нюансы для конкретного месторождения.

Тем не менее, для классических магнетитовых проектов, особенно среднего и крупного масштаба, такой подход к подготовке концентрата перед магнитной агломерацией кажется мне наиболее перспективным. Это не просто замена одного аппарата на другой, это изменение философии всего цикла ?обогащение-агломерация?. Мы перестаем рассматривать эти этапы как изолированные и начинаем видеть их как единый контур, где качество на входе в агломашину определяется технологиями, примененными на флотации и сепарации за несколько стадий до этого.

Выводы, которые не претендуют на истину в последней инстанции

Итак, что в сухом остатке? Магнитная агломерация — это не самостоятельный процесс, а финальный аккорд, качество которого полностью зависит от того, как была подготовлена партитура. Борьба за однородность концентрата по размеру и чистоте — это и есть борьба за эффективность всего металлургического передела.

Опыт внедрения оборудования, подобного тому, что производит ООО Шицзячжуан Цзинькэнь Технологии, показал, что современные комбинированные методы (электромагнетизм + гидравлика + флотация) позволяют выйти на новый уровень контроля. Это уже не ?грубая? сепарация, а тонкая настройка свойств концентрата под нужды конкретного агломерационного производства.

Будущее, как мне видится, за дальнейшей интеграцией этих процессов. Возможно, следующим шагом станет создание цифровых двойников, которые будут в реальном времени, на основе данных с датчиков на промывочных сепараторах, прогнозировать поведение шихты в агломашине и корректировать режимы. Но это уже тема для другого разговора. Пока же, для любого технолога, который хочет всерьез заняться улучшением качества агломерата, мой совет — смотреть не только на агломашину, а внимательно изучить, что происходит на несколько переделов раньше. Ответ на ваши проблемы, скорее всего, кроется именно там.