Метод обогащения по крупности. Специальные методы обогащения. Основная характеристика методов обогащения

Разрушение полезного ископаемого начинается в процессе его добычи. В зависимости от условий образования и последующих явлений метаморфизма полезные ископаемые обладают различ­ными свойствами. При применении тех или иных способов выем­ки и транспорта полезное ископаемое доставляется на обогати­тельную фабрику в виде смеси зерен, имеющих различие по крупности, крепости, твердости и упругости.

Для ряда полезных ископаемых различие в физико-механических свойствах (модули Юнга и Пуассона, прочность) разделяемых минералов приводят к тому, что в процессах дробления и измельчения частицы различных минералов существенно отличаются по крупности и форме. Некоторые авторы называют это обогащением по крепости минералов. В зависимости от крепости полезного ископаемого и вмещаю­щих пород в процессе добычи и при других операциях в шахте ис­ходный материал будет состоять из зерен той или иной крупности, при разделении которых на классы могут быть получены про­дукты с различным содержанием, как полезного компонента, так и загрязняющих примесей. Например, при измельчении магнетитовых кварцитов более прочный кварц в измельченном продукте оказывается в более крупных классах, чем магнетит (избирательное дробление и измельчение).

Разделение по крупности применяется, если имеется различие в качестве отдельных классов исходного материала. Здесь может потребоваться применение центробежных аппаратов как сухого (при обеспыливании), так и мокрого типа (гидроциклоны, центри­фуги). Процесс может быть как самостоятельным (на дисковых сепараторах), так и сопутствующим (например, при грохочении, пневматиче­ской, и мокрой классификации, в жалюзийных аппаратах, центробеж­ных обеспыливателях, в гидроциклонах и т. п.).

Обогащение данным способом с соответствующей подготов­кой производится, когда извлекаемые продукты необходимо по­лучить обязательно в крупном виде, например, обогащение драго­ценных камней (алмазов), либо в виде тонкого материала, на­пример, обогащение глин высокой дисперсности.

Как уже указывалось, обогащение некоторых полезных иско­паемых по крепости или твердости осуществляется путем дробле­ния при помощи удара, раздавливания или истирания, ниже в специальном разделе рассмотрены и более селективные методы раскрытия минералов.

В результате упомянутых видов дробления обогащаются рядо­вые угли, имеющие в своем составе более твердую породу, а также россыпи, содержащие черные алмазы, истирающиеся во много раз труднее, чем находящийся в этой россыпи гравий, имеющий оди­наковый с алмазами удельный вес.

m , а при перемещении - их вес Q = mg.

При добыче и переработке некоторых полезных ископаемых на­блюдают также и различия в форме кусков его компонентов (угли, слан­цы, слюда и асбестосодержащие руды, для которых различие в форме кусков компонентов является следствием их физических свойств). Сепарация частиц по форме приводит к концентра­ции того или иного компонента в продуктах разделения. Разделение составных частей, входящих в, смесь, отличающих­ся по форме (например, отделение пластинчатой породы, сопро­вождающей антрацит, или иглообразных волокон асбеста в асбе­стовой руде) может происходить и попутно на аппаратах, осуще­ствляющих другие операции (классификацию, обезвоживание и др.).

Общим звеном, связывающим эти различные процессы, является рабочая поверхность сепараторов или классификаторов. Последними являются грохоты с различной просеивающими поверхностями: для сепарации по крупности они должны иметь заданный размер ячеек, а для сепарации по форме важны не только размеры, но и форма отверстий в соответствии с кусков особенностями разделяемых минералов.

Обогащение по крупности. Возможность такого обогащения обусловлена физико-механическим свойствами разделяемых минералов. Так, например, при добыче угля, если порода крепкая, то более крупные классы исходного материала будут более высокозоль­ными (табл. 4).

Распределение по классам P 2 O 5 в фосфоритовой руде приве­дено в табл. 8.5.

Выход классов исходного продукта различной крупности и их качество определяют при помощи ситового и технического анали­зов. Обогатимость и возможные результаты обогащения можно определить обычным способом: для этого составляют таблицы и строят кривые обогатимости.

Записывать классы в таблицах для построения кривых обога­тимости надо в порядке возрастания содержания золы или P 2 O 5 .

Различие по крупности может быть получено в результате из­бирательного выветривания исходного материала.

В некоторых случаях этот процесс может иметь самостоятель­ное значение. Например, сортировка алмазной руды после ее вы­ветривания позволяет получить первичный концентрат алмазов.

Такой процесс применим и при извлечении других драгоцен­ных камней.

Следует отметить, что иные виды предварительной обработки исходного материала также могут привести к резкому различию качества минеральных составляющих смеси в зависимости от их крупности. К ним относятся: нагревание, охлаждение, эластичное дробление, ковка и пр.

При обогащении по крупности, поскольку процесс связан с разделением зерен различного размера, имеющих различное содержание какого-либо полезного минерала, очевидно необходи­мо учитывать массу зерен m , а при перемещении - их вес Q = mg.

В том случае, когда обогащение по крупности осуществляется при помощи избирательного грохочения, повышение веса зерен при определенном их размере представляет собой благоприятный фактор. В этом случае возможность прохождения зерна через от­верстие решета определяется соотношением размеров зерен и от­верстий.

Для обогащения по крупности может быть применен горизон­тальный дисковый сепаратор, схема устройства и действия которо­го показана на рис. 2.4.1.

В процессе сепарации более крупные зерна, имеющие боль­шую центробежную силу, от­брасываются на большее рас­стояние и попадают в концент­рический приемник II . Мелкие зерна собираются после схода их с диска D в приемник I . Регулировка аппарата и уп­равление им производятся глав­ным образом за счет изменения числа оборотов диска, что при­водит к изменению центробеж­ной силы и скорости схода зер­на с поверхности диска, а также за счет изменения количества движения исходного материала, по­даваемого на аппарат.

В отдельных случаях наблюдают проявление различий в форме частиц, обусловленное особенностями работы обогати­тельных машин, например дробилок. Так, при дроблении гор­ных пород на щебень для строительства в продуктах дробления появляются частицы «лещадной» (пластинчатой) формы, которые при использовании щебня в качестве заполнителя для бе­тона снижают его прочность. Уменьшение содержания «лещадных» частиц в готовой продукции может рассматриваться как. Рис. 2.5.1 повышение качества щебня.

Соотношение линейных размеров (доли ед.) частиц различ­ной формы (по В. Г. Деркачу и П. А. Копычеву) приведено ниже.

Длина Ширина Толщина

Форма частиц:

пластинчатая... 1 1(0,75) 0,5
продолговатая... 1 0,5 0,5
угловатая.... 1 1 0,5
округлая..... 1 1 1

Для разделения частиц с использованием различий в форме компонентов могут использоваться следующие способы:

Грохочение на специально оформленной просеивающей по­верхности;

Обогащение с использованием различий в коэффициентах трения частиц различной формы;

Разделение по скорости движения частиц в среде, обуслов­ленной различиями в форме частиц;

Разделение по площади контакта частицы с рабочей поверх­ностью аппарата;

Комбинированные способы разделения.

Выделение частиц пластинчатой или продолговатой формы путем грохочения улучшается при переходе от круглых к квад­ратным, от квадратных к прямоугольным, от прямоугольных к щелевидным отверстиям. Повышение качества фракционирован­
ного щебня за счет выделения частиц «лещадной» формы дости­гают, применяя резинострунные просеивающие поверхности, т. е. с использованием перехода от квадратных к прямоугольным от­верстиям. .

Схемы сепараторов для обогащения по форме представлены
на рис. 12.

Для выделения слюды, имеющей ярко выраженную пластин­чатую форму, выполнение только щелевидной просеивающей по­верхности недостаточно, так как для прохождения пластин слю­ды через щель необходима их ориентация перпендикулярно или наклонно к просеивающей поверхности. Такая ориентация до­стигается с помощью крышевидного грохота (см. рис. 2.5.2,а, б], образованного из уголков 1. При этом максимальная толщин» hmax пластинки слюды 2, которая проходит через щель меньше размера щели d c . При установке вертикальных перегородок 3 толщина пластинок слюды, проходящих через щели грохота d cr будет увеличена.

Таким образом, толщина пластинок слюды h, проходящих через щель, будет определяться углом наклона α полки уголка 1 или же высотой вертикальной перегородки 3: h = d c sinα.

Рис. 2.5.2. Схемы сепараторов для обогащения по форме:

а - крышевидный грохот; б - крышевидный грохот с вертикальными перегородками; в - барабанный грохот с удержанием частиц плоской формы за счет разрежения; г - плоскостной сепаратор для обогащения по форме и парусности; д - полочный сепаратор с трамплином; е - ленточный сепаратор-конвейер; ж - центробежный сепаратор».

При α = 0 через сито будут проходить частицы округлой и продолговатой формы. При увеличении угла наклона а толщи­на выделяемых частиц будет расти и npи α = 90° достигнет h= d c .

Процесс обогащения по форме с использованием профилиро­ванной поверхности реализован в грохоте СМ-13, применяемом в качестве основного обогатительного аппарата для получения слюды в забое (забойного сырца). Схемы переработки при этом зависят от запасов, содержания сростков в руде, крупности кус­ков (1; 0,6; 0,3 м), площади кристаллов, производительности добычных агрегатов. По содержанию сростков выделяют руды: до 5%- бедную сростками, 5-20% - среднюю, больше 20% - богатую сростками. В зависимости от приведенных факторов выделяют простые и сложные схемы переработки

Простые технологические схемы дробления и обогащения по форме применяют при объёмах переработки от 2 до 5 м 3 /ч. При большей производительности и более богатой по сросткам руде применяют сложные схемы получения забойного сырца с использованием операций обогащения по форме и ручной сортировки по внешним признакам. Для сохра­нения качества слюды переработку ее ведут с помощью пере­движных слюдовыборочных установок (СВУ-1, СВУ-2, УС-1), позволяющих извлечь до 90% слюды при засоренности концен­трата в пределах 6-20% на установках СВУ-1, СВУ-2 и 20-70% при переработке по простым схемам.

Имеются способы, использующие несколько свойств, вытека­ющих из различий в форме разделяемых частиц. Так, на рис. 2.5.2,в представлен барабанный грохот с удержанием частиц, плоской формы за счет разрежения, на валу 3 которого закреплены чашеобразная 2 и коническая 4 просеивающие поверхно­сти. Внутри барабанного грохота смонтированы устройства вво­да питания 6 и вывода концентрата 7. Коническая просеиваю­щая поверхность 4 охвачена кожухом 1 с уплотнителями 8, из полости которого откачивают воздух. Отсев с чашеобразной проcеивающей поверхности собирают на поддоне 5.

Исходный материал подают с помощью питающего желоба 6 на чашеобразную просеивающую поверхность 2, на которую в подрешетный продукт выделяют тонкозернистый материал и распределяют монослоем частицы округлой и плоской формы. При вращении грохота материал из чашеобразной части 2 по­ступает на коническую 4, где выделяют в надрешетный продукт округлые частицы. Частицы плоской формы перекрывают зна­чительную часть конической просеивающей поверхности и под действием отсасываемого из-под кожуха воздуха прижимают­ся к конической поверхности 4 грохота. Отрыв частиц плоской формы от поверхности барабана осуществляют на выходе зоны разрежения, слюдяной концентрат собирается и выводится из барабанного грохота лотком.

Барабанный грохот можно использовать для выделения слюды из отбитой горной массы крупностью –300+0 мм, а продукт округлой формы после дробления может снова подаваться на обогащение в грохот.

Плоскостной сепаратор для обогащения по форме и парусности (рис. 2.5.2,г) снабжен разгонной площадкой 1, разгрузочной щелью, отражательным выступом. Особенностью сепаратора является наличие у него перфорированной площадки 2 возле отражательного выступа 3, которая соединена с разгрузочной щелью канала 5, в котором установлен вентилятор 6. Подача воздуха через отверстия в площадке позволяет удары частиц слюдык об отражательный выступ, а забор воздуха из щели 4 для герметизации разгрузочного устройства 7 приводит к селективному увлечению в эту щель частиц с повышенной парусностью, т.е слюды. Округлые частицы ударяются о выступ 3 и проходят над щелью 4 в хвостовой продукт.

Различие в коэффициентах трения плоских и округлых частиц и их парусности используется в полочном сепараторе (рис. 2.5.2,д), предназначен-ном для обогащения смеси слюда-гранит-кварц крупностью менее 5 мм. Он состоит из наклонно установленной полки 1, заканчивающейся трамплином 2, параметры которого (угол поворота, длину) можно регулировать, и приемников продуктов разделения с регулировочным шибером. Приемник для слюды соединен со всасывающим патрубком вентилятора. При подаче материала на полку 1 сепаратора округлые частицы на подходе к трамплину 2 достигают более высоких скоростей, чем плоские частицы слю­ды, вследствие значительных различий в коэффициентах трения качения граната и скольжения слюды. На трамплине 2 скоро­сти движения частиц гасятся селективно, и различия в скоро­стях движения частиц граната и слюды возрастают. Из-за раз­личий в траекториях движения округлых и плоских частиц и различий в их парусности частицы слюды отклоняются в бункер слюдяного концентрата и осаждаются в нем.

Применение полочного сепаратора позволило получить слю­дяные концентраты из слюдосодержащих сланцев Кулетского месторождения (рис. 2.5.2,д). При переработке машинных классов

1,35 + 0,7; -0,7 + 0,4; -0,4 + 0,25; -0,25+0,1 мм были получе­ны концентраты с содержанием слюды соответственно 95; 98,85; 96,5; 93,2% и извлечением 8,2; 35,2; 19,3 и 24%.

На ленточном сепараторе-конвейере (см. рис. 2.5.2,е) частицы плоской формы движутся по более пологой траектории и про­летают большее расстояние. Траектория частиц определяется также парусностью частиц. Из-за различий в форме частиц на­блюдаются резкое изменение траектории их (кувыркание) и, как следствие, низкие показатели.

В центробежном сепараторе (см. рис. 2.5.2,с) предусмотрено устройство для повышения стабильности траекторий движения плоских частиц за счет их закрутки относительно вертикальной оси. Сепаратор содержит диск 1, кольцо 2, вращающиеся со ско­ростями 01 и 02, и кольцевые приемники продуктов разделения. Направления вращения диска и кольца совпадают, однако ско­рость вращения кольца выше и вследствие этого плоская части­ца при переходе с диска на кольцо закручивается вокруг верти­кальной оси и движется по более стабильной пологой траекто­рии.

Механические

К главным процессам обогащения руды относятся измельчение руды и выделение концентрата. Измельчение заключается в дроблении природного материала, обычно механическими методами, с получением смеси частиц ценных и ненужных компонентов. Дробление может также дополняться химическим разложением молекул компонентов для освобождения полезных атомов. Выделение, или концентрация, состоит в обособлении полезных частиц одного или нескольких продуктов, называемых концентратами, и исключении ненужных частиц пустой породы (хвостов, или отходов). Частицы, которые не попали ни в концентрат, ни в отходы, называются промежуточным продуктом и обычно требуют дальнейшей переработки.

К дроблению относятся механические процессы, посредством которых добытая в руднике порода разбивается до размеров, подходящих для дальнейшего измельчения посредством размалывания. Устройства, которые разбивают добытое в руднике сырье, относятся к первичным дробилкам; дробилки щекового и конусного типов среди них являются основными. Вторичное дробление осуществляется в один, два, реже в три этапа.

Размалывание представляет собой конечный этап механического отделения полезных минералов от пустой породы. Обычно оно производится в водной среде посредством машин, в которых порода измельчается при помощи чугунных или стальных шаров, кремневой гальки, а также гальки, образующейся из твердых кусков руды или

Грохочение применяется для приготовления материала определенной размерности, поступающего на концентрирование. Грохотами обычно разделяют зерна, размер которых превышает 3–5 мм; механические классификаторы используются для более тонкой сепарации мокрого материала.вмещающей породы.

Механические классификаторы представляют собой прямоугольные лотки с наклонным дном, которым сообщается встряхивающее и возвратно-поступательное движение. Материал, подлежащий разделению по крупности зерен, смешивается с водой, подается на верхний край классификатора и перемещается под действием силы тяжести в углубление на нижнем крае лотка. Там более тяжелые и крупные частицы оседают на дно и забираются конвейером. Более легкие и мелкие частички выносятся потоком воды.

В центробежных конусных классификаторах для выделения рудных частиц используются центробежные силы в водной среде. Процесс разделения в таких классификаторах позволяет получить мелкозернистую песчано-шламовую фракцию, пригодную для дальнейшего концентрирования методом флотации.

Физические

Механические и физические методы обогащения позволяют отделить ценные рудные частицы от частиц пустой породы с использованием чисто физических процессов, без химических превращений.

Гравитационная концентрация основана на использовании разной плотности различных минералов. Частицы разной плотности вводятся в жидкую среду, плотность которой имеет промежуточное значение между плотностями минералов, подлежащих разделению. Этот принцип можно проиллюстрировать отделением песка от опилок, когда их бросают в воду; опилки всплывают, а песок тонет в воде.

Метод обогащения в тяжелой среде основан на использовании суспензии, состоящей, помимо частиц руды, из воды и твердого компонента. Плотность суспензии варьируется от 2,5 до 3,5 в зависимости от свойств разделяемых минералов. При этом используются конические или пирамидальные емкости.

Отсадочная машина – это один из видов гравитационного концентратора, в котором суспензия состоит из воды и рудных частиц.В отсадочных машинах непрерывного действия имеются по крайней мере два отделения. Тяжелые частицы, попавшие в приемное отделение, скапливаются на дне; более легкие частицы всплывают. Подаваемый материал захватывается текущей водой и поступает в поверхностный слой на нижней части уклона, который стремится выплеснуться через край. Однако тяжелый материал проседает через более легкий и оказывается в придонном слое. Легкий материал смешивается с верхним слоем, и поперечный поток воды сносит его через перегородку в соседнее отделение, где происходит аналогичная

сепарация. Автоматические разгрузочные устройства удаляют придонный слой с такой скоростью, чтобы он сохранял необходимую толщину.

Концентрационные столы представляют собой гравитационные концентраторы, приспособленные для переработки материала песчаной фракции с размером зерна менее 2,5 мм. Главный их элемент – это покрытая линолеумом прямоугольная дека шириной 1,2–1,5 м и длиной около 4,8 м. Она устанавливается с небольшим регулируемым поперечным уклоном и испытывает возвратно- поступательное движение вдоль длинной стороны с частотой 175–300 циклов в минуту и амплитудой от 6 до 25 мм.

Концентрационный шлюз представляет собой наклонный желоб с шероховатым дном, вдоль которого перемещается гравий россыпи (золотоносной или оловоносной), увлекаемый потоком воды; при этом тяжелые минералы оседают на дне углублений и удерживаются там, тогда как легкие выносятся.

Флотация основана на различиях физико-химических свойств поверхности минералов в зависимости от их состава, что вызывает селективное прилипание частиц к пузырькам воздуха в воде. Агрегаты, состоящие из пузырьков и прилипших частичек, всплывают на поверхность воды, тогда как не прилипшие к пузырькам частицы оседают, в результате чего происходит разделение минералов.

Магнитная сепарация применяется для обогащения руд, содержащих минералы с относительно высокой магнитной восприимчивостью. К ним относятся магнетит, франклинит, ильменит и пирротин, а также некоторые другие минералы железа, поверхности которых могут быть приданы нужные свойства путем низкотемпературного обжига. Сепарация производится как в водной, так и в сухой среде. Сухая сепарация больше подходит для крупных зерен, мокрая – для тонкозернистых песков и шламов. Обычный магнитный сепаратор представляет собой устройство, в котором слой руды толщиной в несколько зерен перемещается непрерывно в магнитном поле. Магнитные частицы вытягиваются из потока зерен лентой и собираются для дальнейшей переработки; немагнитные частицы остаются в потоке.

Электростатическая сепарация основана на различной способности минералов пропускать электроны по своей поверхности, когда они находятся под поляризующим воздействием электрического поля. В результате частицы разного состава заряжаются в разной степени при определенных значениях напряженности этого поля и времени его воздействия и, как следствие, по разному реагируют на одновременно действующие на них электрические и другие силы, обычно гравитационные. Если таким заряженным частицам предоставить возможность свободно перемещаться, то направления их движения будут различаться, что и используется для разделения.

Химические

Химические методы обогащения включают, в качестве предварительного этапа, измельчение руды, которое открывает доступ химическим реагентам к ценным компонентам руды, после чего облегчается извлечение этих компонентов. Химические методы могут быть применены как непосредственно к рудам, так и к концентратам, полученным в результате обогащения руд механическими методами. Терминология методов химического обогащения до некоторой степени запутана. В рамках этой статьи разделение в расплаве относится к процессу плавления, а разделение путем селективных химических реакций – к процессу выщелачивания.

Плавление – это химический процесс, происходящий при высоких температурах, в ходе которого ценный металл и пустая порода переходят в расплавленное состояние.

Обжиг в ходе подготовки к выщелачиванию применяется либо для изменения химического состава полезных составляющих, что делает их пригодными для выщелачивания, либо для удаления некоторых примесей, присутствие которых значительно затрудняет и удорожает процесс выщелачивания ценных компонентов. Например, некоторые руды золота, содержащие мышьяк и серу, перед выщелачиванием подвергают обжигу для удаления этих составляющих

При выщелачивании ценные компоненты руды растворяются и отделяются от нерастворимого остатка посредством подходящего растворителя. В некоторых случаях для перевода ценного компонента в растворимую форму добавляется реагент.

Биологические

Введение бактерий

Они включают ручную рудоразборку, радиометрическое обогащение, обогащение по трению и форме, обогащение по упругости, термоадгезионное обогащение, а также обогащение, основанное на селективном изменении размера куска при дроблении.

Ручная сортировка (рудоразборка) представляет собой метод обогащения, при котором используется разница во внешних признаках (цвет, блеск, форма) минералов. Например, в мартитовой руде часто присутствуют сплошные включения известняков. Раздробив такую руду до крупности -100 мм, легко можно выбрать куски известняка. Рудоразборка осуществляется при крупности материала 10 – 300 мм и производится на специальных площадках, неподвижных и круглых подвижных столах и ленточных конвейерах. Ленточные конвейеры, используемые для рудоразборки, следует устанавливать под углом не более 18°, скорость ленты должна быть не более 0,4 м/с. Места рудоразборки должны быть хорошо освещены. Иногда освещение подбирают таким образом, чтобы усилить различие во внешних признаках сортируемых кусков руды. Данный метод достаточно дорог и низко производителен. Ручная рудоразборка применяется при обогащении дорогостоящего сырья (золото, алмазы и др.)

Наибольшее распространение из специальных методов получило радиометрическое обогащение, основанное на различии в способности минералов отражать, испускать и поглощать различные виды излучения.

Радиометрическое обогащение применяют при переработке руд цветных металлов (радиоактивных, редких, тяжелых и др.), алмазов, флюоритовых руд. Принцип всех способов радиометрического обогащения одинаков: на руду, перемещаемую в пространстве, действует какое либо излучение от источника; сигнал, возникающий от взаимодействия минералов с этим излучением, улавливается приемником; информация передается в специальный прибор-радиометр, где обрабатывается и подается команда на исполнительный механизм, направляющий кусок или в сборник концентрата или в сборник хвостов. Для отсечения посторонних сигналов в схеме предусматривается установка фильтров. В случае авторадиометрического обогащения схема значительно упрощается, так как отпадает необходимость в источнике первичного излучения (радиоактивные минералы сами испускают излучение). В качестве первичного излучения используются излучения широкого диапазона длины волн, от самых коротких гамма излучений до самых длинных радиоволн. По длине волны различают следующие группы первичного излучения, применяемых в радиометрических сепараторах:

По характеру взаимодействия минералов с первичным излучением различают следующие группы: 1) возбуждение вторичного излучения (люминесценции, нейтронного и др.); 2) отражение первичного излучения; 3) поглощение (абсорбция) первичного излучения.

Одними из самых распространенных способов радиометрического обогащения нерадиоактивных руд являются фотометрический и рентгенолюминесцентный.

По способу осуществления радиометрическое обогащение подразделяется на крупно порционную сортировку и радиометрическую сепарацию. При крупно порционной сортировке, являющейся одним из самых дешевых и высокопроизводительных методов обогащения, обогащению подвергаются не отдельные куски, а вагоны, самосвалы, ковши и т.п. Например, крупно порционная сортировка авторадиометрическим методом заключается в регистрации излучения вагонеток с рудой. Если излучение выше некого порогового (а это значит, что в руде много полезного радиоактивного минерала), то вагонетка разгружается и обогащается на фабрике, если излучение меньше порогового (мало полезного компонента) вагонетка отправляется прямо в отвал. Недостаток метода в том, что применим далеко не для всех руд. Полезный (радиоактивный) компонент должен быть неравномерно распределен по разным вагонеткам (в одних его мало в других много), а это бывает достаточно редко. Радиометрическая сепарация предусматривает «просмотр» каждого куска руды. При этом достигаются весьма высокие технологические показатели, но производительность невысока особенно для мелких частиц.

Рентгено-люминисцентный метод основан на различиях в интенсивности люминесценции (холодного свечения) минералов под влиянием рентгеновского излучений. Процесс люминесценции складывается из трех стадий: поглощения энергии возбуждающего излучения, преобразования и передачи энергии возбуждения внутрь тела и испускания света в центрах свечения с возвращением минерала в равновесное состояние. Способностью люминесцировать обладают многие минералы: шеелит, флюорит, алмаз и др. Люминесценция большей части минералов обусловлена присутствием в них примесей-активаторов (люминогенов).

Рентгенолюминесцентный метод является основным для обогащения алмазосодержащих руд. С его помощью обогащаются также флюоритовые и шеелитовые руды. Источником первичного излучения в рентгено-люминесцентных сепараторах являются рентгеновские трубки с различными анодами (вольфрам, медь, серебро, молибден и др.), что дает возможность выбирать оптимальное первичное излучение для данного вида сырья. В сепараторах предпочтительнее использовать трубки с широким пучком излучения. Приемником сигнала люминесценции служат различные фотоэлементы и фотоумножители, тип фотоэлемента определяется длиной волны возбуждаемой люминесценции.

Большинство радиометрических сепараторов имеет сходную конструкцию они имеют питатели, источник излучения (кроме авторадиометрических), регистрирующий прибор и исполнительный механизм. Рентгено-люминесцентные сепараторы отличаются устройством питателей, режимом подачи материала и способом вывода куска. У нас созданы сепараторы серии ЛС (рис. 2.23), которые широко используются для доводки гравитационных и флотационных алмазных концентратов, а также для первичного обогащения алмазных руд. Сепаратор имеет два питателя, второй работает быстрее, чем первый и поэтому частицы на нем вытягиваются в линию и падают по одной. Если частица способна люминесцировать (алмаз) то под действием рентгеновского излучения она начинает светится. Это свечение регистрируется фотоэлектронным умножителем и затем сигнал поступает на исполнительный механизм например, пневмоклапан, который отдувает частицу струей воздуха. Из зарубежных следует отметить сепараторы серии XR, разработанные фирмой«Гансонс Сортекс лимитед» (Великобритания).

Фотометрический метод основан на использовании в различий в способности минералов отражать, пропускать или преломлять свет. Схема фотометрического сепаратора приведена на рисунке 2.24.

Обогащение по трению и форме. Скорость движения частиц по наклонной плоскости (при заданном угле наклона) зависит от состояния поверхности самих частиц, их формы, влажности, плотности, крупности, свойств поверхности, по которой они перемещаются, характера движения (качение или скольжение), а также среды, в которой происходит разделение. Основным параметром, характеризующим минеральные частицы с точки зрения движения их по наклонной плоскости, является коэффициент трения, величина которого определяется в основном формой минеральных частиц. Обогащение по трению будет тем благоприятнее, чем больше разница в коэффициенте трения для частиц пустой породы и полезных минералов. Частицы могут перемещаться под действием собственной силы тяжести (при движении по наклонным плоскостям – рис. 2.25), центробежной силы (при движении по горизонтальной плоскости вращающегося диска) и в результате комбинированного действия сил собственной тяжести, центробежной и трения (винтовые сепараторы).

Эти свойства используются при обогащении алмазной мелочи, асбестовых руд, слюды, разделении абразивов и других материалов.

Обогащение по упругости основано на том, что зерна минералов различной упругости по-разному отскакивают от рабочей поверхности аппаратов и движутся по различным траекториям. Способ широко применяется при сортировке гравия.

Термоадгезионный способ обогащения заключается в том, что при облучении руды световым потоком темноцветные минералы нагреваются сильнее, чем светлые. Попадая затем на конвейер, поверхность которого покрыта термочувствительным материалом (температура пластификации 30-50 о С), более нагретые темноцветные минералы прилипают к этой поверхности, а светлые минералы не прилипают и движутся по своей траектории. Способ широко применяется при обогащении каменных солей.

Процесс обогащения по твердости заключается в том, что при измельчении минерального сырья разрушаются более мягкие материалы. Более твердые остаются в крупных кусках.. Затем на грохотах или классификаторах отделяют мелкий продукт от крупного. Такой процесс называют избирательным измельчением. Очень часто дробление и грохочение совмещены в одном аппарате. Способ широко применяется при обогащении углей и осуществляется в барабанных дробилках.

К специальным методам обогащения относятся процессы, основанные на использовании разницы в цвете и блеске, в твердости, в интенсивности различных видов физических излучений, в способности минералов растрескиваться при нагревании.

Наиболее широкое распространение среди специальных методов получили методы сортировки или рудоразборки, которые основаны на различиях излучения в оптической области спектра (оптические методы) , в области радиометрического излучения (радиометрическая сортировка).

Эти процессы применяются, как правило, при предварительной классификации руды с целью выделения продукта с отвальным содержанием ценного компонента, при выходе которого более 20…25% использование этих процессов становятся экономически целесообразным. Они отличаются высокой производительностью, эффективностью, низкими расходами электроэнергии, воды, топлива и экологичностью.

Сортировка по цвету и отражательной способности применяется для выделения алмазов, золота, драгоценных камней, урановых минералов.

Ручная сортировка в настоящее время применяется в очень ограниченных масштабах, т.к. отличается большой трудоемкостью. Она используется на предприятиях небольшой производительности и достаточно высокой стоимости продуктов обогащения (алмазы, драгоценные камни). Сортировку руды производят непосредственно в забое (в шахте) или уже на поверхности на специальных рудоразборных конвейерах при крупности материала от 10 до 300 мм. Эффективность такой сортировки зависит от различия в цвете кусков породы и ценных минералов. Примером использования процесса ручной сортировки могут быть крупнокристаллические сподуменовые и берилловые руды, в которых сподумен (литиевый минерал) и бериллийсодержащие минералы (изумруд, хризоберилл) сильно отличаются от минералов вмещающих пород не только по цвету и блеску, но и по форме.

Механическая сортировка по цвету, блеску и отражательной способности используется в фотометрической и люминесцентной сепарации, которые являются более производительными и эффективными, нежели ручная сортировка.

При фотометрической сортировке с применением фотоэлемента движущиеся по ленточному конвейеру куски руды освещаются источником света. В зависимости от интенсивности отраженного света, попадающего на фотоэлемент, возникает электрический ток, который затем усиливается и приводит в действие механизм отклоняющего шибера, который сбрасывает куски в отсек для концентрата или в отсек для хвостов (рис. 141).

Рис.141. Схема фотолюминисцентного сепаратор

1 – питатель; 2 –светонепроницаемый кожух сортирующего узла; 3 – источник ультрафиолетового излучения; 4 –линза; 5 – светофильтры; 6 –фотодатчики; 7 –светофильтры; 8 –электромагнитные шиберы; 9 - фотометр

Фотометрический метод применяется при предварительном обогащении, например, золото-кварцевых руд, бериллийсодеражщих руд.

Люминесцентный метод основан на способности некоторых минералов люминесцировать под влиянием внешних воздействии (ультрафиолетовых и рентгеновских лучей), которые возбуждают в минералах сильную люминесценцию. Такие сепараторы используются для обогащения алмазосодержащих руд. В рентгено-люминесцентных сепараторах используется свечение алмазов под действием рентгеновских лучей. При прохождении алмаза через зону просвечивания в фотоумножителе появляется импульс тока, который заставляет срабатывать механизм, перемещающий приемную воронку под желоб для алмазов. При прохождении через зону просвечивания минералов вмещающих пород такого импульса не появляется и минералы уходят в хвосты.

Современные высокоскоростные оптические сепараторы способны различить тысячи оттенков различных цветов и имеют производительность от 12 т/ч при крупности питания 2…35 мм до 450 т/ч при крупности исходной руды 400 мм. Эти сепараторы способны производить обогащение руды крупностью до 1 мм.

Наиболее широкое промышленное применение получили методы, использующие природную или наведенную радиактивность. Интенсивность гамма-излучений и бета-излучений используется при обогащении радиоактивных руд, содержащих уран и торий. Основанная на этих излучениях радиометрическая сортировка осуществляется в сепараторах, которые состоят из следующих конструктивных узлов: транспортирующего устройства, радиометра, разделяющего механизма и питателя. Питателем руда подается на транспортирующее устройство, который подает руду к разделяющему механизму. Радиометр регистрирует гамма- излучение при движении руды через сепаратор и управляет механизмом, разделяющим руду на продукты обогащения. По типу транспортирующих устройств сепараторы разделяются на ленточные, вибрационные, ковшовые и карусельные. Наиболее простыми являются ленточные сепараторы с электромеханическим разделяющим механизмом шиберного типа (рис. 142). Многоканальные ленточные сепараторы имеют несколько каналов с датчиками и разделяющими механизмами и могут одновременно производить обогащение нескольких потоков руды.

Рис. 142. Схема ленточного радиометрического сепаратора с электромеханическим разделителем

1 – ленточный конвейер; 2 – датчик радиометра; 3 –шибер; 4 – электромагнит; 5 – экран; 6 –радиометр

Радиометрическая сортировка бывает трех видов: кускова, порционная и поточная. При кусковой и порционной сортировке материал разделяется на куски или порции, которые раздельно подаются в зону разделения активности. При поточной сортировке через зону измерения непрерывным потоком проходит вся рудная масса, а за условную порцию принимается то количество руды, которое находится в данный момент под датчиком. Такая сортировка применяется при обогащении бедных руд. При кусковой сортировке осуществляется классификация по зкой школе с отмывкой глины и шламов.

Наглядным примером порционной сортировки являются радиометрические контрольные станции, в которых интенсивность излучения проводится в емкостях – вагонетках, скипах, думпкарах и автомашинах. Эти большеобъемные емкости помещаются между датчиками радиометра, регистрирующего интенсивность ее гамма-излучения и в соответствии с установленным эталонным графиком определяется содержание урана в порции руды с последующим направлением ее в цикл обогащения богатой рядовой или бедной руды (рис. 143)

Рис. 143. Технологическая схема радиометрическогообогащения

урановой руды

Эффективность радиометрического обогащения определяется прежде всего контрастностью руды – распределением урана между отдельными кусками руды. Если контрастность отсутствует, значит минералы урана распределены равномерно во всех кусках и радиометрическая сепарация при данной крупности материала не позволит произвести обогащение. Контрастность можно характеризовать показателем контрастности, который характеризует относительное отклонение ценного компонента в кусках руды от среднего содержания этого компонента, т.е.

Где М – показатель контрастности (0…2); α – среднее содержание ценного компонента в руде,%; у – среднее содержание ценного компонента в отдельных кусках пробы, % ; q – масса куска в общей массе пробы, доли ед.

Фотонейтронный метод сортировки основан на измерении интенсивности искусственного нейтронного излучения. Этот метод применяется при обогащении литиевых, бериллиевых, урановых, оловянных руд.

Обогащение по твердости применяется в процессе избирательного измельчения, которое основано на различной твердости минералов, входящих в состав руд, например, бериллиевых. При избирательном измельчении применяются мельницы с центральной разгрузкой, мелкие шары или галя, снижается частота вращения мельницы. При избирательном измельчении бериллиевых руд легко измельчающиеся частицы минералов вмещающих пород (тальк, слюды) отделяются от бериллийсодержащих минералов, имеющих твердость от 5,5 до 8,5, на грохотах или спиральных классификаторах. На второй стадии классификации применяются гидроциклоны, центрифуги или сепараторы (рис. 144).

Рис. 144. Схема обогащения берилливой руды методои избирательного измельчения

Обогащение бериллиевых руд избирательным измельчением применяется перед флотацией для удаления в хвосты хрупких минералов, обладающих низкой твердостью, содержание которых в рудах доходит до 70…80%. Степень обогащения берилла в этом случае составляет 2…4 (иногда 8…10) при извлечении его 70…90% в песковую фракцию.

Декрипитация – это свойство некоторых минералов растрескиваться и разрушаться при нагревании и последующем охлаждении. Этот процесс применяется, например, при обогащении литиевых руд, в которых литиевый минерал сподумен, находящийся в виде α – модификации, при нагревании до 950…1200˚С переходит в β – модификацию и разрушается. Минералы вмещающих пород при этом свою крупность не изменяют. Обжиг руды производят обычно в барабанных печах в течение 1…2 часов. Затем охлажденная руда измельчается в шаровой мельнице с резиновой футеровкой, а из мельницы направляется на грохочение или воздушную сепарацию для отделения мелкого порошкообразного сподуменового концентрата от крупных кусков породы (рис. 145).

Рис. 145. Схема обогащения сподуменовой руды

методом декрипитации

Растрескиваются при нагревании и превращаются в порошок такие минералы, как кианит, барит, флюорит, в то время как кварц практически не разрушается, поэтому при грохочении обожженной руды концентрируется в крупных классах.

7. Что подразумевается под терминами химическое и радиометрическое обогащение?

8. Что называется обогащением по трению, декрипитацией?

9. Какие формулы технологических показателей обогащения?

10. Какова формула степени сокращения?

11. Как вычислить степень обогащения руды?

Темы семинаров:

Основная характеристика методов обогащения.

Основные отличия от подготовительных, вспомогательных и основных методов обогащения.

Краткая характеристика основных методов обогащения.

Краткая характеристика подготовительных и вспомогательных методов обогащения.

Степень сокращения проб, основная роль данного метода при обогащении полезных ископаемых.

Домашнее задание :

Изучить термины, правила и основные методы обогащения, закрепить, полученные знания на семинарском занятии самостоятельно.

ЛЕКЦИЯ №3.

ТИПЫ И СХЕМЫ ОБОГАЩЕНИЯ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ.

Цель: Объяснить студентам основные типы и схемы обогащения и применение таких схем на производстве. Дать понятие о методах и процессах обогащения полезных ископаемых.

План:

Методы и процессы обогащения полезных ископаемых, область их применения.

Обогатительные фабрики и их промышленное значение. Основные типы технологических схем.

Ключевые слова: основные процессы, вспомогательные процессы, подготовительные методы, применение процессов, схема, технологическая схема, количественная, качественная, качественно-количественная, водно-шламовая, схема цепи аппаратов.

1. На обогатительных фабриках полезные ископаемые подвергаются последовательным процессам переработки, которые по назначению в технологическом цикле фабрики разделяются на подготовительные, собственно обогатительные и вспомогательные.

К подготовительным операциям обычно относят дробление, измельчение, грохочение и классификацию, т.е. процессы, в результате которых достигается раскрытие минерального состава, пригодной для их последующего разделения в процессе обогащения, а так же операции усреднения полезных ископаемых, которые могут проводиться на рудниках, карьерах, в шахтах и на обогатительных фабриках. При дроблении и измельчении достигается уменьшение крупности кусков руды и раскрытие минералов в результате разрушения сростков полезных минералов с пустой породой (или сростков одних ценных минералов с другими). Грохочение и классификация применяются для разделения по круп­ности полученных при дроблении и измельчении механических сме­сей. Задача подготовительных процессов - доведение минерального сырья до крупности, необходимой для последующего обогащения.

К основным обогатительным операциям относят те физические и физико-химические процессы разделения минералов, при которых полезные минералы выделяются в концентраты, а пустая порода – в хвосты.К основнымобогатительным процессам, относятся процессы разделения минералов по физическим и физико-химическим свойствам (по фор­ме, плотности, магнитной восприимчивости, электропроводности, смачиваемости, радиоактивности и др.): сортировка, гравитация, магнитное и электрическое обогащение, флотация, радиометриче­ское обогащение и др. В результате проведения основных процессов получают концентраты и хвосты. Применение того или другого спо­соба обогащения зависит от минералогического состава руды.

К вспомогательным процессам относят процедуры удаления влаги из продуктов обогащения. Такие процессы называются обезвоживанием, которое проводится с целью доведения влажности продуктов до установленных норм.

На обогатительной фабрике исходное сырье при обработке подвергается ряду последовательных технологических операций. Графическое изображение совокупности и последовательности этих операций так же называют технологической схемой обогащения.

При обогащении полезных ископаемых используют различия их физических и физико-химических свойств, существенное значение из которых имеют цвет, блеск, твердость, плотность, спайность, излом и т.д.

Цвет минералов разнообразен. Различие в цвете используется при ручной рудоразборке или пробовыборке из углей и других видах обработки.

Блеск минералов определяется характером их поверхностей. Различие в блеске можно использовать, как и в предыдущем случае, при ручной рудоразборке из углей или пробовыборке из углей и других видах обработки.

Твердость минералов, входящих в состав полезных ископаемых, имеет важное значение при выборе способов дробления и обогащения некоторых руд, а так же углей.

Плотность минералов изменяется в широких пределах. Различие в плотности полезных минералов и пустой породы широко используется при обогащении полезных ископаемых.

Спайность минералов заключается в их способности раскалываться от ударов по строго определенному направлению и образовывать по плоскостям раскола гладкие поверхности.

Излом имеет существенное практическое значение в процессах обогащения, так как характер поверхности минерала, полученного при дроблении и измельчении, оказывает влияние при обогащении электрическими и другими методами.

2. Технология обогащения полезных ископаемых состоит из ряда последовательных операций, осуществляемых на обогатительных фабриках.

Обогатительными фабриками называют промышленные предприятия, на которых методами обогащения обрабатывают полезные ископаемые и выделяют из них один или несколько товарных продуктов с повышенным содержанием ценных компонентов и пониженным содержанием вредных примесей. Современная обогатительная фабрика – это высокомеханизированное предприятие со сложной технологической схемой переработки полезного ископаемого.

Совокупность и последовательность операций, которым под­вергается руда при переработке, составляют схемы обога­щения, которые принято изображать графически

Технологическая схема включает сведения о последовательности технологических операций по переработки полезных ископаемых на обогатительной фабрике.

Качественная схема содержит сведения о качественных измерениях полезного ископаемого, в процессе его переработки, а так же данные о режиме отдельных технологических операций. Качественная схема (рис. 1.) дает представление о приня­той технологии переработки руды, последовательности процессов и операций, которым подвергается руда при обогащении.

рис. 1. Качественная схема обогащения

Количественная схема включает количественные данные о распределении полезного ископаемого по отдельным технологическим операциям и выход получаемых продуктов.

Качественно–количественная схема совмещает в себе данные качественной и количественной схем обогащения.

Если в схеме имеются данные о количестве воды в от­дельных операциях и продук­тах обогащения, о количестве добавляемой воды в процесс, то схема называется шламовой. Распределение твердого и воды по операциям и продуктам ука­зывается в виде отношения твердого к жидкому Т: Ж, например, Т: Ж = 1: 3, или в процентах твердого, например 70% твердого. Соотношение Т:Ж численно равно коли­честву воды (м³), приходящейся на 1 т твердого. Количество воды, добавляемой в отдельные операции, выражается в куби­ческих метрах в сутки или в ку­бических метрах в час. Часто эти виды схем совмещаются и тогда схема называется качественно-количественной шламовой.

Вводно-шламовая схема содержит данные о соотношении воды и твердого в продуктах обогащения.

Схема цепи аппаратов – графическое изображение пути движения полезного ископаемого и продуктов обогащения через аппараты. На таких схемах аппараты, машины и транспортные средства изображаются условно и указывается их число, тип и размер. Движение продуктов от агрегата к агрегату обозначается стрелками (см. рис.2):

Рис. 2. Схема цепи аппаратов:

1,9- бункер; 2, 5, 8, 10, 11 - транспортер; 3, 6 - грохоты;

4 - щековая дробилка; 7 - конусная дробилка; 12 - классификатор;

13 - мельница; 14 - флотомашина; 15 - сгуститель; 16 - фильтр

По схеме на рисунке видно подробно, как руда проходит полное обогащение, включая подготовительные и основные процессы обогащения.

В качестве самостоятельных процессов чаще всего применяют флотацию, гравитационные и магнитные методы обогащения. Из двух возможных методов, дающих одинаковые показатели обогащения, обычно выбирают наиболее экономичный и экологически безопасный метод.

Выводы:

Процессы обогащения подразделяются на подготовительные, основные вспомогательные.

При обогащении полезных ископаемых используют различия их физических и физико-химических свойств, существенное значение из которых имеют цвет, блеск, твердость, плотность, спайность, излом и т.д.

Совокупность и последовательность операций, которым под­вергается руда при переработке, составляют схемы обога­щения, которые принято изображать графически. В зависи­мости от назначения схемы могут быть качественными, количе­ственными, шламовыми. Кроме указанных схем обычно соста­вляют схемы цепи аппаратов.

В качественной схеме обогащения изображается путь движе­ния руды и продуктов обогащения последовательно по операциям с указанием некоторых данных о качественных изменениях руды и продуктов обогащения, например, крупности. Качественная схема дает представление о стадиальности процесса, коли­честве перечистных операций концентратов и контрольных пере­чисток хвостов, о виде процесса, способе обработки промпродуктов и количестве конечных продуктов обогащения.

Если на качественной схеме указать количество перерабаты­ваемой руды, получаемых в отдельных операциях продуктов и со­держание в них ценных компонентов, то схема уже будет назы­ваться количественной или качественно-количественной.

Совокупность схем дает нам полное понятие о происходящем процессе обогащения и переработки полезных ископаемых.

Контрольные вопросы:

1. Что относится к подготовительным, основным и вспомогательным процессам обогащения?

2. Какие различия в свойствах минералов используются при обогащении полезных ископаемых?

3. Что называют обогатительными фабриками? Каково их применение?

4. Какие типы технологических схем Вы знаете?

5. Что такое схема цепи аппаратов.

6. Что означает качественная схема технологического процесса?

7. Как Вы можете охарактеризовать качественно-количественную схему обогащения?

8. Что означает водно-шламовая схема?

9. Какие характеристики можно получить, следуя технологическим схемам?