Применение флокулянтов для повышения эффективности фильтрования железорудных концентратов с низким содержанием SiO2

Рассмотрена проблема повышения эффективности фильтрования флотационных железорудных концентратов с низким содержанием кремнезема (SiO2 ~2,4%) и высокой долей шламистых частиц (<5 мкм), возникающей из-за необходимости глубокого обогащения для производства высококачественных окатышей прямого восстановления. Основная сложность заключается в высоком удельном сопротивлении осадка и остаточной влажности продукта при обезвоживании таких тонкодисперсных концентратов на керамических дисковых вакуум-фильтрах, широко применяемых в промышленности благодаря энергоэффективности. Целью исследования являлся поиск и оптимизация типа и дозировок флокулянтов для эффективного агрегирования мелких частиц с целью улучшения фильтрационных характеристик на керамических дисковых вакуум-фильтрах. Комплексно исследовано влияние типов флокулянтов на процесс фильтрации труднообезвоживаемых флотационных железорудных концентратов с низким содержанием SiO2 и высокой шламистостью. В качестве объектов исследования использованы: железорудный концентрат (69,7% Feобщ, 2,4% SiO2) и два типа флокулянтов: высокомолекулярный полиэлектролит со средним анионным зарядом на основе акриламида и акрилата натрия (реагент А) и полимерный коагулянт с высокой флокуллирующей способностью имеющий катионный характер с высокой плотностью заряда на основе полидиаллилдиметиламмония хлорида (реагент К). Основные методы включали: лазерную дифракционную гранулометрию (Fritsch Analysette 22) для оценки агрегирования частиц; лабораторное вакуумное фильтрование на воронке Бюхнера при ΔP = 85 кПа для определения удельного сопротивления осадка (Rос); измерение остаточной влажности по ГОСТ 12764-73. По результатам работы было определено, что оба флокулянта эффективно агрегируют мелкие частицы. При оптимальных дозах (Реагент А: 2,5–5 г/т; Реагент К: 10–20 г/т) достигается: снижение выхода класса <5 мкм в 2,3–2,7 раза (с 18,3 до 5, 2–6,4%) за счет их перехода в более крупные агрегаты. Увеличение доли агрегатов размером 30–44 мкм в 2,2–2,3 раза (с 14,1 до 30,4–36,3%). Минимальное удельное сопротивление осадка (3,3·1013 м–2 для реагента А и 4,7·1013 м–2 для реагента К). Снижение остаточной влажности осадка (до 14,12% для реагента А и 13,57% для реагента К против 14,18% без реагентов). Превышение оптимальных доз ведет к гелеобразованию, росту сопротивления осадка и влажности из-за переуплотнения осадка.

Чылбак-оол Е. Д., Конюхов Ю. В., Дмитракова У. В., Николаев А. А., Сизова А. С. Применение флокулянтов для повышения эффективности фильтрования железорудных концентратов с низким содержанием SiO2 // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2025. – № 10. – С. 37–47. DOI: 10.25018/0236_1493_2025_ 10_0_37.

Чылбак-оол Евгений Джамильевич^1,2 — аспирант; научный сотрудник, e-mail: chylbak-ool@ntcbakor.ru, ORCID ID: 0009-0007-9915-4809,
Конюхов Юрий Владимирович¹ — д-р техн. наук, зав. кафедрой, e-mail: ykonukhov@misis.ru, ORCID ID: 0000-0003-0219-4809,
Дмитракова Ульяна Вадимовна² — руководитель научно-исследовательского центра инновационных решений по обезвоживанию и обогащению, e-mail: dmitrakova@ntcbakor.ru,
Николаев Александр Александрович¹ — канд. техн. наук, доцент, доцент, e-mail: nikolaevopr@mail.ru, ORCID ID: 0000-0003-1687-2332,
Сизова Анастасия Сергеевна² — канд. техн. наук, старший научный сотрудник, e-mail: sizova@ntcbakor.ru, ORCID ID: 0009-0004-4261-6660,
¹ НИТУ МИСИС,
² ООО «Научно-технический центр «Бакор».

Чылбак-оол Е.Д., e-mail: chylbak-ool@ntcbakor.ru.

1. Thang Toan Vu, Junhyeong Seo, Eunkyu Kim, Seung Gul Ryoo, Byung Cheol Park, Daesung Song Techno-economic analysis of integrated MIDREX process with CO2 capture and storage: Evaluating sustainability and viability for iron production // Process Safety and Environmental Protection. 2024, vol. 189, pp. 1314—1322. DOI: 10.1016/j.psep.2024.07.005.

2. Румянцева Г. А., Немененок Б. М., Арабей А. В., Трибушевский Л. В. «Зеленые» технологии в металлургическом производстве — мечта или реальность? // Литье и металлургия. — 2022. — № 4. — С. 63—69. DOI: 10.21122/16836065202246369.

3. Мохова А. В. «Зеленые» технологии в металлургии / Наука ЮУРГУ. Секции технических наук. Материалы 74-й научной конференции. — Челябинск, 2022. — С. 490—492.

4. Юсфин Ю. С., Пашков Н. Ф. Металлургия железа: учебник для вузов. — М.: Академкнига, 2007. — 464 c.

5. Пелевин А. Е. Технологии обогащения железных руд России и пути повышения их эффективности // Записки Горного института. — 2022. — Т. 256. — C. 579—592. DOI: 10.31897/ PMI.2022.61.

6. Варичев А. В., Кретов С. И., Кузин В. Ф. Крупномасштабное производство железорудной продукции в Российской Федерации. — М.: Изд-во МГГУ, 2010. — 395 с.

7. Исмагилов Р. И., Козуб А. В., Гридасов И. Н., Шелепов Э. В. Современные направления повышения эффективности переработки железистых кварцитов на примере АО «Михайловский ГОК им. А.В. Варичева» // Горная промышленность. — 2020. — № 4. — C. 98—103. DOI: 10.30686/1609-9192-2020-4-98-103.

8. Воловиков А. Ю. Влияние флотационных реагентов на фильтрующие свойства керамических фильтров при обезвоживании железорудного концентрата: автореф…дис. кан. техн. наук. — СПб., 2014. — 20 с.

9. Дмитракова У. В., Круглов А. В., Чылбак-оол Е. Д., Юшина Т. И. Опыт применения различного фильтровального оборудования на отечественных предприятиях // Обогащение руд. — 2021. — № 4. — С. 52—56. DOI: 10.17580/or.2021.04.09.

10. Красный Б. Л., Зимбовский И. Г., Дмитракова У. В., Чылбак-оол Е. Д. Химический способ восстановления фильтрующей способности керамических фильтрующих элементов // Черные металлы. — 2021. — № 11. DOI: 10.17580/chm.2021.11.01.

11. Лавриненко А. А., Гольберг Г. Ю. Современное состояние и направления совершенствования процессов разделения суспензий продуктов обогащения углей с применением флокулянтов // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. — 2024. — Т. 22. — № 2. — C. 58—70. DOI: 10.18503/1995-2732-2024-22-2-58-70.

12. Khazaie A., Mazarji M., Samali B., Osborne D., Minkina T., Sushkova S., Mandzhieva S., Soldatov A. A review on coagulation/flocculation in dewatering of coal slurry // Water. 2022, vol. 14, article 918. DOI: 10.3390/w14060918.

13. Чернигов Д. А., Богородский А. В., Набиулин Р. Н., Минеева Т. С. Исследование процессов сгущения продуктов обогащения золотосодержащих руд // Вестник Иркутского государственного технического университета. — 2021. — Т. 25. — № 3. — C. 391—401. DOI: 10. 21285/1814-3520-2021-3-391-401.

14. Meng S., Wen S., Han G., Wang X., Feng Q. Wastewater treatment in mineral processing of non-ferrous metal resources: A review // Water. 2022, vol. 14, article 726. DOI: 10.3390/w14050726.

15. Mohammed Shadi S. Abujazar, Sakine Ugurlu Karaağaç, Salem S. Abu Amr, Motasem Y. D. Alazaiza, Mohammed J. K. Bashir Recent advancement in the application of hybrid coagulants in coagulation-flocculation of wastewater: A review // Journal of Cleaner Production. 2022, vol. 345, article 131133. DOI: 10.1016/j.jclepro.2022.131133.

16. Ульрих Е. В., Баркова А. С. Параметры флокуляции сточных вод с последующим фильтрованием на пресс-фильтрах // Известия КГТУ. — 2022. — № 66. — C. 53—64. DOI: 10.46845/ 1997-3071-2022-66-53-64.

17. Кожонов А. К., Ящук А. А., Дуйшонбаев Н. П. Исследование сгущаемости продуктов флотации полимерными флокулянтами и определение влияния флокулянтов на процесс фильтрации // Наука вчера, сегодня, завтра. — 2016. — № 12-2(34). — С. 32—47.

18. Chin C. H., Muchtar A., Azhari C. H., Razali M., Aboras M. Optimization of pH and dispersant amount of Y-TZP suspension for colloidal stability // Ceramics International. 2015, vol. 41, pp. 9939— 9946. DOI: 10.1016/j.ceramint.2015.04.073.

19. Hyrycz M., Ochowiak M., Krupińska A., Włodarczak S., Matuszak M. A review of flocculants as an efficient method for increasing the efficiency of municipal sludge dewatering: Mechanisms, performances, influencing factors and perspectives // Science of The Total Environment. 2022, vol. 820, article 153328. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2022.153328.

20. Панфилов П. Ф. Исследование влияния перемешивания флокулянтов в статических смесителях с суспензиями отходов флотации на эффективность их обезвоживания на гравитационном столе // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2005. — № 6. — C. 329—331.