Марганцевая руда, являясь ключевым сырьем для производства стали, аккумуляторов и химической промышленности, напрямую влияет на стоимость цепочки поставок и экологические преимущества благодаря эффективности переработки. Однако традиционные модели переработки сталкиваются с множеством проблем, включая трудности переработки бедных руд, высокое энергопотребление, быстрый износ оборудования и сложный контроль загрязнения. В данной статье систематически излагается практический подход к созданию интеллектуальных решений путем интеграции типовых технологических схем, конфигураций оборудования и инновационных технологий.
I. Технологический процесс переработки марганцевой руды и основные проблемы
1. Типовая схема переработки и технические параметры
Этап дробления и грохочения: использование комбинации щековой дробилки (первичное дробление) и конусной дробилки (вторичное/третичное дробление) позволяет уменьшить размер частиц руды с ≤750 мм до 30–50 мм. Например, щековая дробилка PE-750×1060 достигает производительности 150–220 т/ч, а гидравлическая конусная дробилка HPT300 контролирует размер частиц на выходе в диапазоне 10–30 мм.
Стадия измельчения: Шаровые мельницы (например, MQY3785) и вертикальные мельницы (LM3700) работают совместно для измельчения руды до размера 80–200 меш. Среди них валковые мельницы высокого давления, являющиеся новым энергоэффективным оборудованием, снижают энергопотребление на 20–30% по сравнению с традиционными шаровыми мельницами, что делает их идеальным выбором для стадии тонкого измельчения.
Стадия обогащения: В зависимости от свойств руды, процессы включают гравитационное разделение, магнитное разделение (напряжённость магнитного поля 800–1600 кА), флотацию или комбинированные методы. Например, в рамках индонезийского проекта содержание концентрата достигло 46–50% при использовании технологии «трехстадийного дробления + отсадочной установки». В рамках южноафриканского проекта эффективное обогащение достигалось с использованием комбинации щековой дробилки C6X, конусной дробилки HST и пескогенератора VSI6X.
2. Основные технические проблемы
Переработка бедной руды: Традиционные методы демонстрируют недостаточную эффективность разделения для руд с содержанием марганца менее 15%, что приводит к перерасходу ресурсов.
Высокое энергопотребление: Энергопотребление шаровых мельниц составляет более 30% от стоимости переработки, что требует срочной модернизации энергосберегающих технологий.
Износ оборудования: Твёрдость марганцевой руды по шкале Мооса 5–6 снижает срок службы молотков и футеровки мельниц до 60% от срока службы обычных руд.
Загрязнение окружающей среды: Каждая тонна сульфата марганца образует 0,8–1 тонну марганцевого шлака, который при неправильной переработке может загрязнять почву и водоемы.
Сложность управления технологическим процессом: требуется координация более 10 параметров, включая перепад давления (500–800 Па), значения вибрации (<2 мм/с) и температуру (80–120 °C), при этом вероятность ошибок при ручном управлении достигает 15%.
II. Конфигурация основного оборудования и интеллектуальные обновления
1. Оптимизация системы дробления
Оборудование для грубого дробления: щековая дробилка PE-750×1060 с размером исходного материала ≤750 мм и производительностью 150–220 т/ч в сочетании с вибропитателем 960×3800 для равномерной подачи материала.
Оборудование для среднетонкого дробления: гидравлическая конусная дробилка HPT300 с размером выходного материала 10–30 мм и производительностью 80–150 т/ч, образующая замкнутую систему грохочения с круглым вибрационным грохотом 2500×8000.
Инновационное применение: мобильная дробильная установка имеет модульную конструкцию, что сокращает время монтажа на 50% и адаптируется к сложным условиям горнодобывающей отрасли.
2. Инновации в системе измельчения и классификации
Шаровая мельница: шаровая мельница с верхним сливом MQY3785 производительностью 80–120 т/ч в сочетании со спиральным классификатором 2400×9000 образуют замкнутую систему, повышающую эффективность измельчения на 20%.
Вертикальная мельница: модель LM3700 подходит для тонкого измельчения порошков производительностью 15–30 т/ч. Тонкость продукта может достигать 80% при сечении -200.
Валковая мельница высокого давления: принцип пластинчатого дробления позволяет снизить энергопотребление на 25% по сравнению с традиционными шаровыми мельницами, а переизмельчение – на 30%.
3. Модернизация оборудования для переработки минерального сырья
Оборудование для магнитной сепарации: редкоземельные постоянные магниты увеличивают напряженность магнитного поля до 1,5 Тл, что позволяет экономить 40% энергии по сравнению с традиционными электромагнитными сепараторами.
Плавающий сепаратор: технология генерации микропузырьков повышает степень извлечения мелкозернистых марганцевых минералов на 10–15%.
Комбинированный процесс: для обогащения полиметаллических руд используется интегрированный процесс «магнитная сепарация – флотация», позволяющий достичь степени извлечения марганца более 85%.
III. Анализ типовых вариантов производственной линии
1. Конфигурация 300 т/ч (завод отечественного производства)
Система питания: вибрационный питатель 960×3800 + комбинация питающего оборудования 600×600, обеспечивающая однородность подачи на 30%.
Система дробления: 2 щековые дробилки PE600×900 + 2 щековые дробилки 250×1000, обеспечивающая производительность 320 т/ч.
Система классификации: спиральный классификатор 2400×9000 обеспечивает распределение размера частиц до 75% (-200 меш).
Система магнитной сепарации: высокоинтенсивный магнитный сепаратор в сочетании с перемешивающим резервуаром 3000×3000, обеспечивающая содержание концентрата 42%.
2. Конфигурация с производительностью 3000 тонн в сутки (международные примеры)
Проект в Индонезии: Трехстадийный процесс дробления («щековая дробилка + конусная дробилка + дробилка мелкого дробления») в сочетании с отсадочным оборудованием позволил достичь содержания концентрата 46–50% при снижении энергопотребления на тонну руды на 18%.
Проект в Южной Африке: Оснащен щековой дробилкой C6X, конусной дробилкой HST и пескогенератором VSI6X, что позволило снизить частоту отказов оборудования до менее 5%.
IV. Тенденции развития технологий и интеллектуальные пути
1. Тенденции интеллектуального управления
Применение системы DCS: Автоматизированная регулировка таких параметров, как давление дробления (500–800 Па) и концентрация измельчения (65–75%), с помощью распределенных систем управления сокращает ручное вмешательство на 70%.
Алгоритмы оптимизации на основе ИИ: Модели нейронных сетей, обученные на исторических данных, прогнозируют отказы оборудования и заблаговременно корректируют параметры процесса, сокращая время простоя на 40%.
2. Технологии экологичного производства
Комплексное использование хвостов: Оснащены высокоэффективными сгустителями производительностью 200 т/ч, что позволяет достичь 90% сухого складирования хвостов для использования в качестве строительных материалов или закладки.
Внедрение энергоэффективного оборудования: Валковые мельницы высокого давления, вертикальные мельницы и другое энергосберегающее оборудование теперь составляют 60% установок, что снижает потребление энергии на единицу продукции на 25%.
3. Модульность и гибкое производство
Мобильная дробильная установка: Объединяет функции дробления, сортировки и транспортировки. Монтаж и ввод в эксплуатацию выполняются в течение 7 дней для удовлетворения потребностей удаленных горнодобывающих предприятий.
Система быстрой смены штампов: использует гидравлические быстросменные устройства для замены различных спецификаций ячеек сита в течение 10 минут, повышая эффективность регулировки размера частиц продукта в 5 раз.
V. Факторы выбора и отраслевые рекомендации
1. Совместимость типов руды
Оксид марганца: приоритет отдается спиральным промывочным машинам и виброситам для удаления глинистых примесей, что повышает эффективность промывки на 30%.
Карбонат марганца:
Повышение тонкого измельчения до 80% размера частиц (-200 меш) с использованием замкнутого цикла с вертикальными мельницами и классификаторами.
Полиметаллические руды:
Рекомендуется комбинированный процесс «магнитная сепарация-флотация», повышающий извлечение марганца на 15% по сравнению с однопроцессными методами.
2. Экологический и экономический баланс
Переработка хвостов: выбор высокоэффективного сгустителя производительностью 200 т/ч в сочетании с фильтр-прессами для повторного использования воды, что позволяет экономить до 80% воды.
Управление жизненным циклом оборудования: использование футеровок из высокохромистого сплава для увеличения срока службы молотков дробилок до 1200 часов и снижения затрат на техническое обслуживание на 40%.
3. Интеллектуальный путь модернизации
Поэтапное внедрение: приоритетное внедрение систем DCS и оборудования онлайн-мониторинга, постепенное внедрение модулей предиктивного технического обслуживания на основе ИИ.
Принятие решений на основе данных: создание цифровых двойников горнодобывающих операций для оптимизации параметров процесса посредством моделирования, что снижает затраты на пробы и ошибки.
Отрасль переработки марганцевой руды переживает переход от «экстенсивных» к «интеллектуальным и экологичным» операциям. Инновационные решения, такие как технология валковой мельницы высокого давления, системы управления DCS и модульная конструкция, эффективно решают такие проблемы, как переработка низкосортной руды, высокое энергопотребление и износ оборудования. В перспективе интеграция технологий 5G и промышленного интернета позволит добиться сквозной автоматизации и эффективности использования ресурсов при переработке марганцевой руды, обеспечивая устойчивые поставки сырья для мировой промышленности.
