книги / Переработка, обогащение и комплексное использование твердых полезных ископаемых. Обогатительные процессы и аппараты
.pdfТехнологическая схема обогащения в тяжелых суспензиях является практически типовой. Она включает (рис. 6.4) грохо чение и промывку исходного материала, разделение в тяже лой суспензии на тяжелую и легкую фракции, дренаж и от мывку тяжелой суспензии от продуктов обогащения, регене рацию утяжелителя.
Операции промывки и грохочения совмещают на одном грохоте. Для крупного материала чаще применяют горизон тальные самобалансные грохоты, для мелкого — высокоча стотные (до 3600 мин"1) вибрационные грохоты с малой ам плитудой вибраций. Отрицательное влияние мелочи и шламов обусловлено тем, что мелкие зерна из-за повышенной вязко сти среды в присутствии шламов не успевают расслаиваться и загрязняют продукты обогащения. Для повышения эффектив ности промывки используют брызгала циклонного типа при расходе воды от 0,2 до 0,9 м3/т.
Дренаж рабочей суспензии производится на первой поло вине грохота (обычно самобалансного вибрационного). Сус пензия собирается в зумпф и возвращается в процесс. На вто рой половине грохота по его длине производят отмывку утяже лителя с поверхности кусков водой при расходе ее 0,3— 1,5 м3/т. Получаемая разбавленная суспензия содержит также большое количество тонких минеральных частиц и направляется на регенерацию. Потери утяжелителя вследствие неполноты от мывки составляют 100-—750 т/т. Они могут быть сокращены на 25—40 % применением реагентов-пептизаторов.
Способ регенерации определяется свойствами утяжелите ля и обогащаемого материала. Для регенерации ферросили ция, магнетита и пирротина при обогащении немагнитных ма териалов используют магнитную сепарацию (при извлечении утяжелителя до 99,5—99,9 %), для регенерации галенита и арсе нопирита — флотацию, для регенерации барита — концен трацию на столах. Регенерированный утяжелитель поступает на приготовление свежей суспензии и затем возвращается в процесс. Контроль и регулирование плотности тяжелой сус пензии в процессе ее приготовления и при обогащении осуще ствляются автоматически добавками воды или утяжелителя.
Преимуществами обогащения в тяжелых суспензиях по сравнению с другими гравитационными методами являются:
•высокая точность разделения в аппаратах, сравнительно простых по конструкции и техническому обслуживанию;
•возможность эффективно перерабатывать большие объ емы минерального сырья широкого диапазона крупности при незначительной разности в плотности разделяемых минера
лов (с точностью ± 0,003 г/см3);
•невысокие капитальные затраты и эксплуатационные рас ходы, обусловленные незначительным расходом электроэнер гии, воды, утяжелителя;
•легкость автоматизации технологического процесса. Наиболее широко процесс обогащения в тяжелых суспен
зиях используют для целей предконцентрации полезных иско паемых.
6.2.3. Обогащение в аэросуспензиях
Аэросуспензия представляет собой псевдоожиженный (кипя щий) слой утяжелителя, образующийся под действием верти кальных воздушных потоков. Степень псевдоожижения слоя и его внутренняя структура определяются скоростью воздушно го потока (0,093—-0,140 м/с) и распределением частиц утяже лителя по крупности.
В качестве утяжелителей аэросуспензий применяются пе сок, магнетит, ферросилиций, другие материалы и минералы и их смесь. При использовании в качестве утяжелителя трех компонентной смеси (песок, магнетит, ферросилиций) крупно стью -0,15 +0,05 возможно образование аэросуспензий с плот ностью разделения от 1 100 до 3300 кг/м3 пригодных для обога щения углей, сланцев и некоторых руд, например асбестовых.
Для приготовления аэросуспензий используют утяжели тели, подвергнутые предварительной классификации по шка ле, равной 2. При более широкой шкале их классификации наблюдается расслаивание утяжелителя по высоте рабочего слоя аэросуспензиИКроме того, должно соблюдаться вполне определенное coofHoiueHHe между размерами частиц легких фракций d\ и зерен утяжелителя d2 и их плотностями (соот ветственно 6| и 62), Например при обогащении углей:
Ig( d m = 3/2 lg(ô,/52).
Аэросуспензионный сепаратор, например CKC-1 (рис. 6.5), представляет собой закрытую зонтом 8 прямоугольную ванну с плоской пористой перегородкой 7, в которой смонтированы элеваторное колесо 3 для разгрузки тяжелой фракции на дре нажный грохот 4, подвижное сито б с эксцентриковым приво дом 9 для перемещения тяжелой фракции к элеваторному ко лесу, скребковый конвейер 2 для разгрузки легкой фракции на дренажный грохот 5 и приемное устройство в виде бункера 1 с секторным питателем.
Обогащение в аэросуспензиях используется главным об разом для обогащения углей в районах с ограниченными вод ными ресурсами и суровыми климатическими условиями. Процесс характеризуется удобством в эксплуатации, отсутст вием необходимости в очистке воды, обезвоживании продук тов обогащения и сушке концентратов, простотой регенера ции утяжелителя, но обладает меньшей точностью разделения по сравнению с обогащением в тяжелых суспензиях.
6.2.4. Магнптогпаростатпческая (МГС)
п Феррогпаростатпческая (ФГС) сепараинп
При МГС и ФГС сепарациях разделение минералов осу ществляется в объеме магнитной жидкости, помещенной в не однородное магнитное поле.
В качестве магнитной жидкости при МГС сепарации ис пользуются растворы парамагнитных солей (железа, марган ца, никеля и др.), при ФГС сепарации — ферромагнитная жидкость (ФМЖ), представляющая собой коллоидную дис персию мелких частичек магнетита в керосине с добавками олеиновой кислоты в качестве стабилизатора. Магнитная вос приимчивость ФМЖ в 10— 15 раз больше, чем у растворов парамагнитных солей. В результате воздействия магнитного поля на магнитную жидкость эффективная (кажущаяся) плот ность ее меняется в широких пределах (от 1 до 20 г/см3).
Разделение минеральных зерен производится по плотно сти с учетом их магнитной восприимчивости. На каждую ми неральную частицу, помещенную в магнитную жидкость ме жду полюсами магнита, действует удельная сила
/ = (ÔT+ 6*)g + (хт + хж)Я grad Я,
где бт и 5Ж— плотность частицы и жидкости; Хт и Хж — маг
нитная восприимчивость частицы и жидкости; g — ускорение свободного падения; Я — напряженность магнитного поля.
разделение будет проходить не по истинной, а по эффек тивной (кажущейся) плотности жидкости 8Э:
5э = 5Т+ хтЯ grad Я.
В существующих конструкциях МГС и ФГС сепараторов (рис. 6.6) разделение материала, подаваемого из бункера I пи тателем 2, осуществляется в слое жидкости 3, утяжеленной до необходимой плотности между полюсами 4 магнитов гипер болического профиля. Сепаратор — своеобразное «гравита ционное решето», На поверхности которого остаются легкие минералы, а тяжеЛЫе погружаются, проходят через слой жид-
Рис. 6.6. Принципиальная схема М ГС и ФГС сепараторов
кости и разгружаются в приемник б. Небольшой градиент по ля или наклон аппарата, создаваемый в горизонтальном напра влении, обеспечивает разгрузку зерен легкой фракции в при емник 5.
Перед разделением из материала удаляются все магнит ные минералы (магнетит, пирротин и др.), поскольку разделе ние происходит в магнитном поле, градиент напряженности которого направлен вниз, и наличие таких минералов приве дет к загрязнению тяжелой фракции.
Для материалов крупностью 1— 2 мм и более эффектив ное разделение может быть осуществлено при разнице в плот ностях у разделяемых зерен всего 0,05 г/см3. Увеличение этой разницы позволяет уменьшить нижний предел крупности обо гащаемого материала, составляющий около 0,5 мм в обычных условиях. Он может быть снижен также до 0,1 мм при исполь зовании в процессе сепарации центробежных и вибраци онных сил.
Процессы МГС и ФГС сепарации перспективны для до водки гравитационных концентратов редких, благородных ме таллов, алмазсодержащих материалов и других полезных ис копаемых. Недостатком их является сложность конструктив ного оформления аппаратов, особенно при большой произво дительности.
6.3. Обогащ ение в потоках постоянного п переменного направления
Разделение минеральных зерен по плотности в потоках по стоянного и переменного направления осуществляется в поле сил тяжести и гидроили аэродинамического воздействия сре ды. Обогащение в вертикальных потоках переменного направ ления получило название отсадки, в горизонтальных, наклон ных и вертикальных потоках постоянного направления — противоточной сепарации и в криволинейных потоках высокой ин тенсивности — обогащения в центробежных концентраторах.
6.3.1. Отсаака
Отсадка основана на различии скоростей движения мине ральных зерен в пульсирующей среде разделения, в качестве которой используется обычно вода и гораздо реже воздух.
Исходный материал 1 поступает на решето 2 обычно двух ступенчатой 8 отсадочной машины (рис. 6.7, а) и распределя ется на нем равномерным слоем. Через отверстия решета цир кулируют восходящий и нисходящий потоки среды, под воз действием которых формируются слои тяжелых 3, легких 5 зе рен и их сростков 4. Послойная разгрузка происходит в каж дой ступени 6. Тяжелая фракция разгружается через специ альные шиберные устройства 7 (горизонтальные или верти кальные щели с затворами разной конструкции) и решето 2 , легкая — через порог в конце отсадочной машины. Режимом ее работы предусмотрено, чтобы слои 3, 4 не выходили за пре делы соответствующей ступени отсадки.
Закономерности расслоения материала по плотности в стесненных условиях при отсадке обусловлены явлениями не только разделения зерен во взвешенном слое, но и их сегрега ции. При этом на Движение минеральных зерен оказывают влияние их вес в разделительной среде, гидростатические си лы сопротивления и инерции среды, механические силы тре ния и ударов зерен квк друг о друга, гак и о стенки аппарата.
Под Действием восходящего потока среды смесь разде ляемых зерен разрыхляется и легкие зерна, скорость паде-
|
|
а |
|
|
Рис. 6.7. Схема |
процесса |
||
|
|
|
|
|
отсадки (а) и ее циклы: |
|||
|
|
|
|
|
б — гармонический; в — |
|||
|
|
|
|
|
Майера; г — Берда; д — |
|||
|
|
|
|
|
Томаса; S — перемещение |
|||
|
|
|
|
|
среды; V — скорость пере |
|||
|
|
|
|
|
мещения |
|
|
|
|
|
|
|
|
ния которых меньше |
|||
|
|
|
|
|
скорости потока, дви |
|||
|
|
|
|
|
жутся вверх; а тяже |
|||
|
|
|
|
|
лые зерна лишь взве- |
|||
|
|
|
|
|
шиваются. При нис |
|||
|
|
|
|
|
ходящем потоке сре |
|||
|
|
|
|
|
ды, наоборот, тяже |
|||
|
|
|
|
|
лые зерна извлека |
|||
|
|
|
|
|
ются потоком вниз |
|||
|
|
|
|
|
с |
большей |
скоро |
|
|
|
uTTtШ |
И |
3C0 |
стью, чем легкие, и |
|||
|
|
|
|
V |
слой минеральных зе |
|||
|
|
tn |
рен |
на |
решете уп |
|||
|
|
m l |
||||||
|
|
m- |
■ |
лотняется. |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
В результате мно |
||
> |
? |
< 1 ^J |
|
|
гократного воздест- |
|||
|
|
вия |
восходяще-нис |
|||||
|
|
ходящих потоков ма |
||||||
|
|
о м (h \m J u o |
териал |
расслаивает |
||||
|
|
|
|
|
ся: зерна легких ми нералов выносятся в верхние слои, а тяжелые зерна, преодо левая сопротивление среды, концентрируются в нижних сло ях. При этом за счет всасывающего действия нисходящего по тока мелкие зерна тяжелых минералов проходят через каналы между крупными тяжелыми зернами и располагаются под ни ми или разгружаются через отверстия решета в камеры отса дочной машины.
Мелкие зерна легких минералов также просачиваются меж ду более крупными легкими зернами, но не успевают пройти по каналам между зернами тяжелых минералов в связи с уп
лотнением слоя зерен на решете, остаются под слоем крупных зерен легких минералов. В результате минеральные зерна рас полагаются над решетом в последовательности: мелкие, затем крупные зерна тяжелых минералов, над ними — мелкие зерна легких минералов и вверху — более крупные зерна легких ми нералов. Такому распределению зерен по плотности и круп ности способствует также сегрегация материала, возникаю щая в результате периодически повторяющихся пульсаций слоя минеральных зерен.
Слой материала 9, находящийся на решете при отсадке крупного материала (более 3—5 мм при обогащении руд и более 10— 13 мм — углей), называют естественной постелью (см. рис. 6.7, а). Оптимальная толщина ее равна 5— 10 диа метрам максимальных зерен в питании. Ухудшение четкости разделения при большей толщине постели обусловлено недо статочной ее разрыхленностью (из-за чрезмерного возраста ния гидростатического сопротивления), а при меньшей тол щине постели — образованием прорывов (из-за недостаточ ного гидростатического ее сопротивления), вызывающих мест ные увеличения скорости потоков, перемешивание материала и увеличение взаимных засорений продуктов обогащения.
При обогащении более мелкого рудного материала (мель че 3— 5 мм) и углей (мельче 10— 13 мм) на решето укладывают слой 9 искусственной постели из полевого шпата, гематита, магнетита, ферросилиция, металлической дроби и других ма териалов плотностью не менее чем у зерен тяжелых минера лов обогащаемого сырья и крупностью, в 2,5— 6 раз превыша ющей максимальную разделяемых частиц. Искусственная по стель является не только своеобразным «решетом», но и сред ством разделения зерен. Она пропускает частицы тяжелых ми нералов и задерживает легкие. Чем больше толщина и плот ность искусственной постели и менее правильна форма ее зе рен, тем меньше пропускная способность постели, особенно по отношению к крупным зернам. Изменяя ее параметры, мож но управлять процессом отсадки. Высота постели должна быть меньше при большом и больше при малом содержании тяже лых зерен в исходном питании. Обычно толщина искусствен
ной постели составляет не менее трех максимальных диамет ров ее зерен, а толщина обогащаемого надпостельного слоя в 20 раз больше максимальной крупности частиц в питании.
Закономерности вертикального перемещения S среды и из менения ее скорости Уво времени характеризуются циклом от садки (рис. 6.7, б— д), включающим подъем л> паузу /п и опус кание (и среды. Основные циклы, применяемые на практике, характеризуются: гармонический (см. рис. 6.7, б) — равенством скоростей восходящего (Ув) и нисходящего (Ун) потоков и пе риодов их действия (/в = /н); цикл Майера (см. рис. 6.7, в) — кратковременностью подъема и опускания среды и большой паузой; цикл Берда (см. рис. 6.7, г) — большой скоростью подъема и меньшей скоростью опускания при отсутствии па узы; цикл Томаса (см. рис. 6.7, д) — малой скоростью подъема и большой скоростью опускания среды. Изменение продол жительности элементов цикла позволяет управлять процессом расслоения материала.
Например, чтобы предотвратить попадание легких мелких зерен в слой тяжелых при обогащении неклассифицирован ных углей, применяют циклы с кратковременным действием нисходящего потока среды. Характер цикла оказывает суще ственное влияние на результаты отсадки только при неболь шой частоте колебаний среды — меньше 100 мин"1 применя емой при отсадке крупного материала.
Частота и амплитуда колебаний среды при отсадке опре деляются не только крупностью, но и плотностью обогащае мого материала. Чем больше максимальный размер и плот ность частиц, тем больше амплитуда, но меньше частота ко лебаний среды. При малых значениях числа пульсаций обе спечиваются более высокие скорости восходящего потока, уве личивается амплитуда колебаний, достигаются максимальный подъем постели и степень ее разрыхления. Однако при этом процесс отсадки становится менее устойчивым и более чув ствительным к изменениям производительности, крупности и фракционного состава исходного материала. При большом чи сле пульсаций устойчивость процесса увеличивается, но сни жается степень разрыхления постели. Необходимую частоту пульсаций можно определить из условия достаточности ско
рости восходящего потока для взвешивания наиболее круп ных тяжелых зерен в стесненных условиях, когда ускорение среды еще не превышает ускорения силы тяжести.
Средством регулирования процесса отсадки в водной сре де является подача подрешетной воды. Она увеличивает ско рость восходящего потока и разрыхленность постели, умень шает скорость нисходящего потока и засасывание мелких клас сов под решето, способствует перемещению легкой фракции к сливному порогу отсадочной машины. Увеличение расхода подрешетной воды вызывает, как правило, уменьшение выхо да подрешетного продукта и повышение его качества, но со провождается выносом в слив тонких частиц тяжелых мине ралов; уменьшение расхода приводит к обратным результа там. Скорость движения подрешетной воды в отсадочных ма шинах возрастает с увеличением крупности материала, но обычно не превышает 0,6 см/с.
Разжижение исходного питания не должно превышать со отношения Ж Т = 2 1 (по массе). В противном случае в от садочной машине создается горизонтальный поток большой скорости, который взмучивает надпостельный слой, нарушая процесс расслоения частиц по плотности. Общий расход воды возрастает при увеличении крупности обогащаемого мате риала и при отсадке руд изменяется от 3,5 до 8,0 м3/т, а при отсадке углей — от 2,3 до 6,0 м3/т. Доля подрешетной воды в общем ее расходе составляет от 40 до 70 V Исключение ее подачи существенно затрудняет получение удовлетворитель ных показателей разделения.
Отсадке подвергаются руды крупностью от 0,25 до 50 мм и угли крупностью от 0,4— 0,9 до 100— 150 мм. Необходи мость обесшламливания материала по нижнему пределу круп ности обусловлена плохим разделением тонких частиц по плот ности при отсадке и тем, что они снижают эффективность обогащения более крупных классов. Верхний предел круп ности ограничен не Технологическими возможностями про цесса, а конструктивными особенностями отсадочных машин, главным образом конструкцией разгрузочных устройств.
Для повышений эффективности обогащения исходный ма териал подвергается грохочению на классы крупности, каж