2. Грохочение

Ввиду высокой энергоемкости процессов дробления и измельчения при их организации применяется принцип «не дробить ничего лишнего», т.е. не подавать в дробильные машины и мельницы те классы материала, которые имеют крупность меньше заданного верхнего предела крупности. Для оптимизации процессов дробления измельчения применяются операции грохочения (разделения материала на классы крупности на просеивающих поверхностях специальных машин – грохотов) и классификации (разделения материала на классы крупности в водной или воздушной среде с помощью классификаторов). Грохочение обычно применяется в циклах дробления. Так как измельчение материала с целью исключения его пыления и повышения производительности мельниц ведут, как правило, в водной среде, классификация материала применяется в циклах его измельчения.

3. Обогащение

Подготовленная руда или в сухом виде или в виде взвеси рудных частиц в воде (пульпы) поступает в собственно обогатительный цикл. Около 70 % железной руды в мире и 90% отечественной железной руды обогащается магнитным способом.

Магнитные методы обогащения основаны на различиях магнитных свойств рудных минералов и минералов пустой породы. На минеральное зерно, внесенное в неоднородное магнитное поле, будет действовать магнитная сила F_магн, определяемая по формуле:

F_магн= χ∙m∙Н∙ grad Н,(4.5‑8)

где χ - удельная магнитная восприимчивость минерала; m– масса зерна, Н – напряженность магнитного поля. Произведение Н∙gradН называется магнитной силой поляF_п. Чем выше удельная магнитная восприимчивость, тем при прочих равных условиях с большей силой магнитное поле воздействует на минеральное зерно. Минеральные зерна, для которых магнитная сила больше суммы противодействующих механических сил (тяжести, инерции, центробежная, сопротивление среды и т. д.), будут притягиваться к полюсам магнитной системы сепаратора и извлекаться в магнитный продукт. Минеральные зерна с низкой магнитной восприимчивостью практически не меняют намагниченности, не взаимодействуют с внешним магнитным полем и движутся в магнитном поле по траектории, зависящей от воздействия только механических сил. Эти минеральные зерна выделяются в немагнитный продукт.

Разделение минеральных зерен в магнитном поле сепаратора возможно при условии, если соблюдается следующее неравенство:

F_1магн >f_мех>F_2магн(4.5‑9)

где F_1магниF_2магн— удельные магнитные силы, действующие соответственно на рудные и нерудные зерна;

f_мех— равнодействующая всех механических сил (в том числе силы тяжести), отнесенных к единице массы зерна и направленных противоположно действию удельных магнитных сил.

Наибольшей удельной магнитной восприимчивостью среди минералов железных руд обладают магнетит и титаномагнетиты.

Магнитное обогащение осуществляется в магнитных сепараторах, работающих в воздушной (сухая сепарация) или водной (мокрая сепарация) среде. Сухой сепарацией разделяют материал крупнее 3 мм в воздушной среде. Более мелкий материал подвергают мокрой сепарации в водной среде.

Для создания магнитного поля в сепараторах используются постоянные магниты или электромагниты. Любой магнитный сепаратор состоит из следующих основных конструктивных узлов: магнитной системы, питателя для подачи руды в рабочую зону сепаратора, устройства для транспортирования магнитного продукта из зоны действия магнитных сил, привода и кожуха или ванны (рис. 4.5 -2).

Для обогащения немагнитных (например гематитовых или сидеритовых) руд применяются методы статического или динамического гравитационного обогащения. Все способы гравитационного обогащения основаны на использовании различия установившихся скоростей падения частиц различной плотности и крупности в водной среде. Установившаяся скорость падения частиц зависит от режима обтекания частиц средой и от ее плотности. При турбулентном режиме обтекания жидкостью скорость падения частиц (V) определяется по формуле:

V= [2d∙g∙(ρ-∆)/∆]^0,5,(4.5‑10)

при ламинарном - по формуле:

V= 1/18 ∙(g/η)∙(ρ-∆)∙d²,(4.5‑11)

где d– диаметр частицы;ρи ∆ - плотности частицы и среды соответственно;η– динамическая вязкость среды;g– ускорение свободного падения.

Из формул видно, что если плотность среды будет выше плотности частицы, последняя будет всплывать на поверхность среды. При статическом гравитационном обогащении измельченную руду подают в резервуар с жидкостью, имеющей плотность ∆ больше плотности пустой породы (ρ_пп), но меньше плотности рудных минералов (ρ_р):ρ_пп< ∆<ρ_р. В качестве такой жидкости обычно используют смесь воды с измельченным ферросилицием (∆≈ 3,0 г/см³). В этом случае пустая порода всплывает на поверхность жидкости, а зерна рудного минерала опускаются на дно резервуара.

К

Рис.4.5‑2. Магнитные сепараторы:

а - барабанный для мокрой сепарации, б- ленточный для сухой сепарации

методам динамического гравитационного обогащения (с использованием динамических сил, действующих на движущиеся в определенном режиме частицы) относятся отсадка, обогащение на концентрационных столах, в винтовых сепараторах и др.

В некоторых случаях при обогащении окисленных железных руд применяют флотацию – способ, основанный на разделении зерен полезного минерала и пустой породы, обладающих различной смачиваемостью водой.

Для обогащения руд с большим содержанием глинистых разностей применяют промывку.

Для повышения технико-экономических показателей обогащения применяют также комбинированные способы, например, гравитационно – магнитное обогащение.

Продуктами обогащения являются: концентрат – материал, содержащий полезных минералов больше, чем их было в исходной руде; хвосты – материал, состоящий в основном из минералов пустой породы и небольшого количества полезных минералов. В сложных многостадийных схемах, которые, как правило, применяются при обогащении, получают также продукт, занимающий по содержанию полезных минералов промежуточное положение между концентратом и хвостами – промпродукт. Промпродукт подвергается дополнительному обогащению.