7. Методы концентрирования (сепарации) минералов в целях получения мономинеральных фракций

При исследовании руд как объектов обога­щения, широко применяют предварительное концентратов с высоким содержанием минералов (не менее 80 %), что значительно облегчает минералогу диагностику рудных минералов, установление их состава и свойств, характера ассоциации, позволяет выявить изоморфизм, а также предоставляет химику возможность выяснения растворимости ми­нералов. В процессе выделения мономинеральных фракций можно получить полезные данные для технолога: максимальное содержание рудного минерала в концентрате и минималь­ное в отвальных хвостах, необходимую сте­пень измельчения для освобождения рудных минералов из сростков. Выбор метода получения мономинеральных фракций (Табл. 3) зависит главным образом от харак­тера исследуемого материала (вещественного состава, крупности включений отдельных минералов, их свойств), а также от поставленных перед исследователями целей. В тех случаях, когда удается получить отдельные фракции, приб­лижающиеся к мономинеральным, дается непосредственная количественная оценка содержания того или иного минерала, уста­навливается крупность его зерен и количе­ственный состав. Основную сложность при получении мономинеральных фракций соз­дают близость физических свойств многих минералов и

Таблица №3

Методы сепарации минералов

Свойство	Метод	Применение
Цвет, люминесценция	Рудоразборка	Обогащение в крупных кусках для руд, контрастных по цвету
Радиактивность	Радиометрическая сортировка	Обогащение в крупных кусках для руд, контрастных по радиоактивности.
Твердость	Избирательное дробление	Получение обогащенных фракций минералов с различной твердостью
Плотность	Гравитационный	Получение гравитационных концентратов тяжелых минералов
Магнитная восприимчивость	Магнитный	Выделение магнитных минералов и доводка черновых концентратов
Электропроводность, диэлектрическая проницаемость	Электрический	Доводка черновых концентратов
Смачиваемость	Флотационный	Получение флотационных концентратов и доводка черновых концентратов
Химическая устойчивость	Химический	Разделение минералов и компонентов за счет избирательного растворения или термического разложения

необходимость в большинстве случаев очень тонкого измельчения исход­ного продукта (до 10—20 мкм), весьма за­трудняющего разделение. Однако в послед­ние годы сделаны значительные успехи в кон­струировании приборов, позволяющих по­высить степень разделения минералов.

Разделение минералов по плотности боль­шей частью осуществляется в тяжелых жидкостях (табл. 4 ). Плотность тяжелой среды может быть повышена до 4,5—5 г/см³ при использовании легкоплавких солей к металлов. При необходимости выделения минералов с более высокой плотностью используют та­кие приборы, как суперпаннер Холтейна, микропаннер Мюллера, инфрасайзер, конус Раушенбуша, магнитно-гидростатический сепаратор.

На разделение обычно направляется клас­сифицированный материал. В зависимости от размера зерен, разности в плотностях жидкости и разделяемых материалов, а также вязкости жидкости применяют разделение простым отстаиванием (в стаканах, делитель­ных воронках и т. д.) и разделение в периоди­ческих и

Таблица №4

Основные характеристики тяжелых жидкостей, применяемых для разделения минералов

Жидкость	Химический состав	Плотность, г/см3	Максимальная вязкость, Па·с	Промывочная жидкость
Бромоформ	CHBr3	2,89	0,0022	Спирт, эфир, бензин, бензол
М-163	-	2,9	-	Спирт
М-44	ZnJ3+BaJ2	2,9	-	Вода
М-45	BaJ2+CdJ2	2,9	-	Вода
Тетрабромэтан	C2H2Br4	2,96	-	Спирт, бензин, эфир, бензол
Туле	H2J2+2KJ	3,17	0,0107	Вода
Иодистый метилен	CH2J2	3,32	0,04	Спирт, эфир, бензин, бензол
Сушина-Рорбаха	BaJ2+H2J2	3,5	-	Вода + KJ
Клеричи	C2H2O2Tl2+ HCO2Tl	4,27	0,05	Вода

непрерывно действующих центри­фугах (навески от граммов до сотен граммов). Чем больше разница в плотностях разделяе­мых минералов и чем крупнее их включения» тем легче осуществить высокую концентра­цию в тяжелых фракциях рудных минералов и тем ближе по составу эти фракции к моно­минеральным. Зернистые материалы с раз­мером зерен не менее 0,15 мм можно разде­лять в делительных воронках или в стакан­чиках без перечистки фракций. Тонкодис­персный материал оседает в тяжелых жидко­стях очень медленно вследствие их значи­тельной вязкости, поэтому его разделяют в основном в стаканчиковых центрифугах (вместимость стаканчиков 50—100 см³, ча­стота вращения 50—75 с ^-1, или 3000— 4500 мин-¹). При значительном содержании тонкодисперсного материала (10—40 мкм) или при необходимости разделения материала с разницей в плотностях всего 0,1—0,2 r/см³ требуется неоднократная перечистка фракций. В суперцентрифугах (частота вращения 166,7 с-¹, или 10 000 мин-¹) удается удовлет­ворительно разделить материал крупностью до 10 мкм, но на эту операцию затрачивается значительно больше времени, чем при раз­делении зернистого материала.

Плотность жидкости подбирают в зависи­мости от минерального состава исследуемой руды. Деление пробы начинают в более де­шевых жидкостях с малой плотностью с тем, чтобы на операции деления в жидкостях с вы­сокой плотностью приходилась возможно меньшая доля исходной навески.

Дифференцируя минералы по фракциям, выделяют легкую фракцию плотностью ме­нее 2,9 г/см³, фактически представляющую собой только пустую породу с незначитель­ным количеством рудных минералов весьма тонкой (эмульсионной) вкрапленности, ко­торые при физических методах обогащения не могут быть извлечены и являются мини­мальными безвозвратными потерями при дан­ной крупности измельчения.

Промежуточные фракции плотностью 2,9— 3,4 г/см³ содержат значительное количество тонких сростков рудных минералов с породой и являются наиболее труднообогатимыми. В них может находиться значительная часть теряемых металлов.

В тяжелых фракциях > 3,4 г/см³ концентрируются свободные зерна и сростки рудных минералов, а также крупные сростки их с породой, ха­рактеризующие потери сопутствующих ме­таллов в концентратах основных металлов. В некоторых случаях состав фракции плот­ностью более 4,2 г/см³ дает представление о составе конечного коллективного или се­лективного концентратов.

Разделение исследуемого продукта на фракции с помощью тяжелых жидкостей ха­рактеризуется высокой эффективностью раз­деления минералов и высокой чистотой полу­чаемых фракций; способ требует сравнительно простой аппаратуры.

Для разделения по плотности немагнитных минералов успешно применяется магнитно-гидростатическая сепарация. В аппаратах МГС в искусственно утяжеленной жидкости раз­деляют немагнитные минералы с плотностью 2,5—7,5 г/см³. В сепараторе МГС можно утяжелить жидкость до 19,5 г/см³. Однако методом МГС-сепарации можно разделить минералы по плотности, если магнитная вос­приимчивость сепарируемых минералов меньше, чем магнитная восприимчивость рабочей жидкости.

Разделение минералов в маг­нитном поле осуществляется на ос­нове различия удельной магнитной восприим­чивости, которая изменяется в пределах (0,2—700) • 10~⁶ см³/г(Табл.5).

Материал крупностью более 0,1 мм можно разделить на пять фрак­ций универсальным постоянным магнитом Сочнева С-5 с четырьмя полюсами, характе­ризующимися различной интенсивностью магнитного поля. Например, таким образом можно разделить группу минералов, состоя­щую из магнетита, ильменита, вольфрамита, монацита, пирита. Минералы с близкой маг­нитной восприимчивостью можно разделять на электромагнитных сепараторах СЭМ, УЭМ и СИМ. На приборах СЭМ и УЭМ можно проводить сухую и мокрую сепарацию при оптимальном пределе круп­ности зерен 0,03—0,3 мм. Результаты сепа­рации улучшаются при предварительной клас­сификации материала. Эти приборы позволяют выделить в виде мономинеральных фракций (чистотой

Таблица №5

Магнитная восприимчивость минералов

Природа магнитности	Степень магнитности	Магнитная воприимчивость, χ , см3/г	Примеры	Напряженность магнитного поля для сепарации, эрст.
Ферромагнетики	Сильномагнитные	80000·10-6 – 500·10-6	Магнетит, франклинит, пирротин, кубанит	600-1500
Пара и антиферромагнетики	Магнитные	500·10-6 -100·10-6	Ильменит, гематит, хромит, вольфрамит, сидерит, пиролюзит	3000-8000
	Слабомагнитные	100·10-6 - 10·10-6	Пирит,халькопирит, касситерит, рутил, турмалин, породообразующие алюмосиликаты	8000-20000
Диамагнетики	Немагнитные	10·10-6 - 1·10-6	Золото, серебро, графит, флюорит, циркон, апатит, кварц, галит	Не сепарируются

до 99 %) такие минералы, как маг­нетит, титаномагнетит, гематит, хлорит, ам­фибол, гранат и др., и вследствие высокой интенсивности магнитного поля, превосходя­щей во много раз интенсивность поля обыч­ных электромагнитов, такие минералы, ко­торые ранее было принято считать немагнит­ными.

Разделение минералов в электрическом поле основано на различии в их проводимости. При электрической сепарации существен­ное значение имеет поверхностная проводи­мость. Разделение минералов происходит эффективно при крупности частиц не менее 0,2 мм, лишь в некоторых случаях размер зерен может быть понижен до 0,1 мм. По­этому перед сепарацией отмывают шламы. При наличии на частицах минералов желези­стых пленок зернистую часть обрабатывают 3—5 %-ным раствором соляной кислоты или ультразвуком. Тщательно промытый водой материал отфильтровывают и высушивают. При сепарации рудных порошков в лабора­торных условиях наибольшее распростране­ние получили коронные сепараторы ЭКС.

Другие физические и физи­ко-химические методы концентрации минералов.

1.Флотация.

2.Электрофоретическое разделение глинистых суспензий.

3.Ди­электрическая сепарация.

4.Декрипитация.

5.Разделение минералов на липких поверхно­стях.

6.Разделение по форме зерен и трению.

Доводка концентратов.

Для доводки (доочистки) выделенных концентратов минералов часто используется изби­рательное растворение сопутствующих ми­нералов. Путем соответствующей обработки фракций определенными растворителями можно удалить полностью некоторые мине­ралы. Иногда оказывается достаточной пред­варительная обработка исходного материала растворителями для удаления с поверхности минералов некоторых соединений, обычно окислов железа.

При химической доводке минеральных фракций возможны следующие варианты.

1. Растворяемые минералы легко разла­гаются полностью, а продукты реакции или переходят в раствор, или удаляются в газо­образной форме. После окончания разло­жения достаточно отфильтровать нераство­римый остаток, хорошо промыть его и вы­сушить. При этом обычно получают моно­минеральную фракцию.

2. Растворяемые минералы разлагаются полностью, но при этом образуется нераство­римый остаток меньшей плотности, чем инертный к растворителю рудный минерал. Последний легко можно выделить центри­фугированием нерастворимого остатка в тя­желой жидкости с плотностью около 2,8— 3 г/см³.

3. Растворяемые минералы разлагаются только частично, так как на их поверх­ности отлагается пленка одного из продуктов реакции, препятствующая доступу раство­рителя. Например, при обработке смеси вольф­рамита и шеелита раствором азотной или со­ляной кислоты вначале происходит интенсив­ное разложение шеелита, но затем оно резко замедляется в результате образования на зернах шеелита плотной пленки вольфрамо­вой кислоты. В этом случае раствор отфиль­тровывают, остаток промывают водой, а за­тем обрабатывают горячим раствором ам­миака для растворения вольфрамовой кис­лоты. Промытый остаток смеси минералов повторно обрабатывают кислотой. В резуль­тате такой двукратной или трехкратной об­работки удается полностью растворить шее­лит, затронув лишь в небольшой степени воль­фрамит.