5. Промивка

Мета розділу: вивчення закономірностей процесу, машин і апаратів для промивки.

5.1. Характеристика процесу

Промивка – це процес розділення корисних копалин шляхом розпушення (дезінтеграції) і видалення глинистого матеріалу за допомогою води і механічних впливів.

Мінеральні зерна в рудах розсипних родовищ і рудах осадового походження не зв’язані взаємним проростанням, але зцементовані в компактну масу м’якою і в’язкою глинистою речовиною. У гірничій масі глинисті домішки можуть знаходитися у виді примазок і плівок на рудних частинках, конгломератів з грудками руди, окремих грудок. Процес дезинтеграцї (розпушення, диспергування) глинистого матеріалу відбувається у воді. Глина у воді розбухає, що полегшує її руйнування. В результаті промивки одержують митий матеріал і шлами, що містять дисперговані у воді тонкі частинки.

Необхідною умовою підготовки цих руд до збагачення є звільнення їх від глини. У процесі промивки відбувається часткове збагачення корисної копалини за рахунок видалення глини і шламів, що не містять корисного компонента.

Промивка може використовуватися як самостійний процес при переробці багатих руд, якщо в результаті її використання одержують товарний продукт. Але частіше промивання використовується як підготовчий процес перед наступним збагаченням.

Наявність глинистих частинок і шламів погіршує подальші процеси збагачення, тому відділення глинистих частинок і шламів є необхідною умовою досягнення оптимальних технологічних показників.

Так, в процесі відсаджування шлами не тільки самі погано збагачуються, але й підвищують в’язкість пульпи, в результаті чого погіршується розділення крупного матеріалу. Дрібні частинки (глинисті і шламові), як правило, в незбагаченому вигляді рівномірно розподіляються між концентратом і відходами. При цьому концентрат забруднюється мінералами пустої породи, а з відходами втрачаються дрібні частинки цінного мінералу.

При збагаченні важкосередовищною сепарацією шлами і глина підвищують в’язкість суспензії і знижують її густину, в результаті чого розділення матеріалу погіршується.

При магнітній сепарації тонкі частинки глини і шламів коагулюють з магнітними частинками, попадають у концентрат і таким чином знижують його якість. Крім того, наявність шламів обумовлює витрати цінного мінералу з відходами.

Процес промивки широко застосовують для збагачення найрізноманітнішої сировини, в якій мінеральні зерна не пов'язані взаємним проростанням, а зцементовані відносно м'яким глинистим матеріалом (залізні і марганцеві руди, розсипи кольорових, рідкісних і благородних металів, каолінова сировина, вапняки, фосфорити та ін.).

Велике поширення знаходить промивка золотовмісних пісків розсипних родовищ, а також в будівельній індустрії для підготовки високоякісних будівельних матеріалів при розробці родовищ гравію, піску тощо.

5.2. Властивості глин

Глини – це тонкоуламкові полідисперсні та полімінеральні осадовi гiрськi породи, здатнi утворювати з водою пластичне тiсто, що пiсля висихання зберiгає надану йому форму, а пiсля випалу набирає твердості каменю. Містять понад 50% часточок розміру менше 0,01 мм. (у т.ч. 25% - менше 0,001 мм). Комплекс глинистих мiне­ра­лiв: каолiнiт, монтморилонiт та гiдрослюда. При збільшенні кількості грубоуламкового матеріалу глини переходять в алеврити та піски. Головні хімічні компоненти глин: SiO₂ (30-70%), Аl₂О₃ (10-40%), Н₂O (5-10%), крім того присутні Fe₂O₃ (FeO), TiO₂, CaO, MgO, К₂O, Na₂O, CO₂ та ін. Глини становлять бл. 50% всіх осадових гірських порід земної кори.

Глинисті породи підрозділяються на зцементовані і незцементовані. Цементування породи здійснюється в результаті дії на неї вапнякового, кременистого, залізистого, ґіпсового та інших цементів.

Найбільш затверділими і міцними глинистими породами є алеврити. Вони відносяться до древніших і залягають на значній глибині. Зцементовані алеврити називають алевролітами. Для алевролітів характерно слабке розмокання у воді. Але особливо важко розмиваються аргіліти – глинисті породи, що зцементовані кремнеземом.

Незцементовані пухкі глинисті породи, як правило, швидко розмокають у воді. Залежно від вмісту в цих породах частинок крупністю менше 5 мкм вони підрозділяються на супіски (3 – 10 %), суглинки (10 – 30 %) і глини (30 % і більше).

Крім глинистих мінералів, що представлені дрібнішими кристалами розміром до декількох мікронів, до складу глинистих ґрунтів входять уламки кварцу, польових шпатів та інших мінералів.

Гранулометричний склад глин залежить від літологічного складу порід і ступеня їх руйнування. Більш м’які породи (вапняки, пісковики, сланці) містять більше тонкого глинистого матеріалу, ніж тверді. Найбільш важкі для збагачення стародавні розсипи, що характеризуються значним вмістом тонких глинистих мінералів. Глинисті мінерали утворилися в процесі вивітрювання корінних порід. Вони мають складний хімічний склад, відповідно з яким класифікуються на групи: каолініту, галуазиту гідрослюди і монтморилоніту. Мінерали цих груп відрізняються за пластичними властивостями, а також за здатністю зв’язуватись з водою з утворюванням агрегатів. Більшою мірою «глинисті» властивості (пластичність, липкість та ін.) проявляються у порід групи монтморилоніту, в меншою – у порід групи каолініту, що пояснюється будовою кристалічної ґратки мінералів. Однак пластичні властивості глин визначаються не тільки ступенем дисперсності частинок, але й їх пластинчастою формою.

До фізико-механічних властивостей глин відносять: густину, пластичність, пористість, розмокання, набухання, водопроникність, природну вологість, структурну в’язкість, опір зсуву.

Основною характерною ознакою глини є її пластичність.

Пластичністю називають властивість матеріалу при постійному об’ємі змінювати форму і зберігати її без розриву суцільності. Пластичність характеризується числом пластичності, що визначається як різниця між вологовмістом глини при верхній і нижній межі пластичності:

, (5.1)

де W_в – верхня межа пластичності – вологість (%), при якій глина переходе з пластичного стану в рідкий; W_н– нижня межа пластичності – вологість (%), при якій глина втрачає пластичність.

Міцність глинистого матеріалу залежить від його вологості: при збільшенні вологості міцність спочатку збільшується до максимуму, а потім зменшується.

За числом пластичності глинисті породи характеризуються таким чином: супіски – до 7, суглинки – 7–17, глини – понад 17. Чим більше число пластичності, тим важче матеріал дезінтегрується.

Граничне насичення глини водою визначається як максимальна молекулярна вологоємність. Вона знаходиться у тісній кореляційній залежності від інших властивостей глин і тому може бути прийнята одним з показників властивостей глин. Для супісків максимальна молекулярна вологоємність складає 9–13 %, для суглинків і глин – 25–35 %.

Розмокання – здатність глин при всмоктуванні води втрачати зв’язність частинок і руйнуватися. Основний показник, що характеризує цю властивість – швидкість розмокання глини, яка залежить від вмісту в ній глинистих частинок і їх мінерального складу.

Порівняння природної вологості глини з вологістю, що відповідає межам її пластичності, дозволяє з деякою точністю оцінювати стан глини і її можливості руйнування при промивці.

Липкість – одна з властивостей глин, що тісно зв’язана з пластичністю. Під липкістю розуміють здатність достатньо в’язкої рідини прилипати до твердої поверхні. Прилипання обумовлюється різними причинами: в одних випадках – в’язкістю проміжного прошарку між твердими тілами; в інших – дією молекулярних і електростатичних сил; в третіх – явищами зростання або зварювання. Липкість проявляється тільки при достатній вологості глини, вона обумовлюється наявністю колоїдного прошарку між твердою поверхнею і поверхнями глинистих матеріалів.

Прилипання рідини до твердого тіла описується рівнянням Дюпре-Юнга:

, (5.2)

де σ – поверхневий натяг, Н/м; Θ – крайовий кут змочуваності.

До найбільш характерних властивостей глин належить їх здатність до набухання у водному середовищі. Набухання пояснюється наявністю подвійного електричного шару (ПЕШ) на поверхні частинок, що занурені у воду. При достатньо близькій відстані поверхонь, що мають однаковий за знаком і будовою подвійний шар йонів, периферійні частинки обох йонних шарів взаємно перекриваються. Внаслідок того, що вони мають один знак, виникають сили взаємного електричного відштовхування, які розсовують частинки. Таким чином, чим більша поверхнева енергія частинок, тим більше набухання глин.