2.2 Шикізатты байыту принциптері

Байтылған, құрамында қажетті компаненттер концетрацияланған, шикізатты рацияналды өңдеу процесіндегі маңызды өте үлкен. Байытылған шикізатты қолдану нәтижесінде өнімнің өзіндік құны төмендейді, сапасы, техникалық процестердің қарқындылығы артады және шығыны төмендейді және т.б. Тасу шығынында қажетті компанент концетрациясына пропориянал төмендейді.

Концентрлі шикізатты оны байыту нәтижесінде алады. Байыту әдістері құнды компанетті басқа қоспалардан бөліп алу оладың физикалы, физикалық-химиялық, және химиялық қасиеттерінің ұқсас еместіктеріне негізделген. Байыту әдістері әр түрлі және агрегаттық күйіне байланысты қатты, сұйық және газ шикізаттарды байыту әдістері бір- біріне ерекше болады.

Қатты минералдық шикізат тау жынытарының құрамында минералдар күйінде болады, тау жынысын ұсатып, минеардардың тау жынысымен байланысын үзіп, уатылған масса байытылуға түседі. Байыту нәтижесінде концентрат ( құнды компанетпен байған фракция) және бос жыныс - қалдықтар алынады. Қатты шикізатты байытуға көбінесе механикалық әдістерді - дүңгірлекпен елеу, гравитациялық, элктромагниттік және электростатистикалық сепарациялау, сонымен қатар физикалық – химиялық әдіс – флотациялауды қолданады.

Дүңгірлекпен елеу - шашу қатты жыныс құрамындағы минералдың беріктілігінің , морттылығының, тұтқырлығының тау жынысының аталған қасиеттерінен өзгеше болуына негізделген . Мортты қатты заттар оңай ұсақталынады. Ұсақталған шикізатты дүңгірлек- елекпен елегенде, дүңгірлек-елек торының көздерінің мөлшеріне байланыты бірнеше фракцияға бөлінеді. Дүңгірлек елек өнімділігі тор тесігінің шамасына пропорционал. Мысалы, фосфорит жынысын елегенде фосфор концентраты және бос жыныс алынады.

Гравитациялық байыту (ылғалды және құрғақ ) ауа немесе сұйық ортада ұсатылған заттардың бөлшектерінің төмен түсу жылдамдығының бөлшек тығыздығына немесе мөлшеріне тәуелділігіне негізделген. Көбінесе ылғалды байту су ортада орындалады. Су ортада алынған пульпа үш камераға бөлінген су классификаторына келіп тұрады: 1-ші камерада ірі және ауыр бөлшектер, 2-ші камерада орташа және 3-ші камерада ұсақ және жеңіл бөлшектер ьұнады, тым ұсақ бөлшектер (бос жынытар – пустая порода) су ағынымен кетеді.

Гидравитациялау (ылғалды) байтуға гидроциклон аппараттарын қолданады.

Электрмагниттік байту - ұсақталған заттар құрамындағы бөлшектердің магнит алғырлықтарының өзгешеліктеріне негізделген. Ұсақталған шикізат магнит сеператорынан өткенде магнит өрісінен магнит алғырлықты және магнит алғырлықсыз екі фракция бөлінеді.

Электмагниттік байту әдісі көбінесе темір рудаларын – магнитті темір (магнетит) , қызыл темір тас, қоңыр темір тас , темір колчедан т,б байтуға қолданылады, осы әдіспен шикізатты ұнталғанда сырттан қосылған темірлерді, темір жоңқасын қолдан бөліп алуға болады.

Элекрстатистикалық байту - ұсақталған шикізат құрамындағы әр түрлі бөлшектердің электр өткізгіштігінің өзгешеліктеріне негізделген.Электрстатистикалық сеператорларда магнит өрісінің орнына жоғары вольтті ток түзеткіштерінің теріс полюсіне жалғасқан электродты темір құбыр ортасына орнатады. Құбыр жермен жалғастырылады. Құбыр арқылы жоғарыдан ұсатылған шикізат төмен қарай өткенде электр өткізгіш ( күкір және мыс колчеданы , қорғасын жылтыры, алтын, күміс және т.б) бөлшектер теріс зарядталынып жылжу құбыр қабырғасына қарай өзгереді Құбыр қабырғасымен жанасып бейтараптанады, электр өткізбейтін бөлшектер жылжу бағытын өзгертпей құбырдың төменгі шетінен бөлінеді ( әктастар, гипс, құм, силикаттар, тактатастар, барит және басқа минералдар).

Термиялық байту - ұсатылған шикізат құрамындағы компанеттерінің балқу температураларының айырмашылығына негізделген. Мысалы, әктастарының немесе гипс құрамындағы сап күкірт шикізаты 150-200 ⁰С қыздырғанда элементарлы күйінде бөлінеді .

Химиялық байыту - шикізат құрамындағы компанеттердің химиялық реагенттермен әрекеттесулерінің айырмашылығына негізделген. Химиялық реакциялар нәтижесінде қоспа құрамындағы компанентер тұнбаға тұнуы, газға айналуы, балқыған күйіне т.б құбылыстарға ұшырауы мүмкін. Мысалы, мыс колчеданын SiO2 қатысуымен өңдегенде мыс щтейні бөлінеді:

CuFeS₂ FeSiO₃+CuS

Құрамында балласт күйіндегі органикалық қоспалары бар шикізатты күйдіру арқылы балластан және т.б тазартады. Сұйықтан құнды затты бөліп алуға экстракция әдісін қолданады – сұйық не болмаса, қатты заттардың қоспасынан тиісті еріткішпен бір ия, бірнеше құрам бөлімдерін бөліп алу әдісі.

Флотация – физикалық-химиялық байыту әдісі көп қолданылатын әдіс. Флотация ағылшынша «flotation» қалқып шығу деген сөз. Флотацияның технологиясы оңай, оның негізі кен мен бос жыныстың бөлшектеріне судың жұғу-жұқпау қаситтерінің әртүрлі болуында. Флотация процесін жүргізу үшін кенді өте ұсақ етіп ұнтақпен, сумен араластырып пульпа (қойыртпақ) түрінде арнаулы ыдысқа құяды, суға екі полюсті органикалық азот қосады (1т кенге 400г есебінде). Бос жыныс бөлшектерінің сыртына су молекулалары адсорбцияланады (өйткені олар гидрофобты заттар) . Пульпа құйылған флотация машинасының астыңғы жағынан сығылаған ауа жібергенде , ауа көпіршіктері түзіледі . Сол ауа көпіршіктерінің сыртқы қабықшасына гидрофобты кен бөлшектері жабысады. Осындай ауаның көпіршігі жоғары көтеріліп пульпа бетінде концентрат түзеді (маймен адсорбцияласқан кеннің бөлшектері). Бөлшектеріне су сіңген (гирофильді) бос жыныс ауырлап ыдыс түбіне шөгеді – флотация қалдықтары түзеді. Көбікті сыпырып алып, сығып байытылған кенді алады.

Кен бөлшектерінің суланғыштығы қатты зат - сұйық - ауа шекарасына пайда болған жұғу бұрышына тәуелді. Гидрофобты бөлшектер сумен жанасқанда доғал бұрыш (1), гидрофильді бөлшектер сүйір бұрыш (2) түзеді. Гидрофобты бөлшектердің теңестіру күші су бетінде жоғары бағытталады да, гидрофильді бөлшектердің теңестіру күші су бетінен төмен қарай бағытталады. Осы себептен гидрофобты бөлшектер тығыздығы басым, көлем мөлшері үлкен болғанымен су бетіне қалқып шығады, гидрофильді бөлшектер су түбіне шөгеді. Теңестіру күшінің бағытына сұйықтың беттік керілуі әсерін тигізеді. Сұйықтың беттік керілуі сұйық бетін азайтуға бағытталған, осы себептен сұйық беті азаю (түзелу) үшін доғал бұрышты бөлшектер сұйық бетіне қалқып шығады, сүйір бұрышты бөлшектер су түбіне шөгеді.

Көпшілік табиғи кендер минералдарының гидрофобты немесе гидрофильдік қасиеттері бір біріне жақын, айрмашылықтары тым аз, оларды бір біріне жеке бөлу үшін суланғыштық қабілетін өзгерту қажет.

Соңғы мақсатпен флотация процесін жүргізгенде пульпаға флоторагенттер қосылады.

Флоторагенттер атқаратын міндетіне байланысты үш топқа бөлінеді:

1. Коллекторлар (жинағыштар)

2. Көбік түзушілер;

3. Депрессорлар (басу, -кеміту, - төмендетушілер).

Коллекторлар ретінде қолданылатын беттік активті заттар - биополярлы органикалық қосылыстар, мысалы, олеин қышықылы С₁₇Н₃₅СООН, нафтен қышықылы, ксантогенаттар:

S

R-O-C

SNa

Дитиофосфаттар:

R – O S

P

R – O SNa және т.б.

1. Коллектор – беттік активті зат молекуласының полярлы тобы ұсақталынған

минерал бөлшектеріне адсорбцияланып полярсыз радикалы суға бағытталған гидрофобты қабықша түзеді. Гидрофобты бөлшектер көбік бетіне жабысып су бетіне қалқып шығады.

Коллектор молекулалары адсорбцияланған ұсақ бөлшектер пульпада бастапқы күйінде қалып, бірте – бірте шөгіп – флотоция қалдығын түзеді.

2. Көбік түзушілер – минералданған көбік берік, тығыз және қозғалмалы болуы

қажет. Осыдан ауа көбіктерін түзу үшін пульпаға көбік түзушілер ретінде таскөмір майларының кейбір фракцияларын, ағаш қарамайы, үлкен молекулалы спирттерді қолданады. Аталған күрделі қосылыстар ауа көбіктерінің сыртқы қабатына адсорбцияланған қабықша құратын заттар.

Флотореагенттер – коллекторлар және көбік түзушілер беттік керілуі және жұғу бұрышын өзгертеді (cos Ө) яғни, фазалар шекарасында тепе – теңдікті өзгертеді және флотоциялау процесінің жылдамдығын арттырады.

Қатты бөлшек судың жұғуы – су-минерал адгезия (жабысу қатты иә, сұйық күйдегі екі зат жанасқан кезде, олардың жанасқан жерлеріндегі молекулалық байланыс. Адгезия, мысалы желімдеу, дәнекерлеу, бояу, металдарды пісіруге пайдалнады) жұмыс мөлшерімен анықталады: (W_a.с-қ)

W_a.с-қ = σ + σ + σ

мұндағы σ σ σ + тиісті фаза шекарасасындағы меншікті беткі қабат бос энергиясы.

Гидрофобты бөлшектің ауа көбігіне жабысуы минерал-ауа адгезия жұмысымен анықталады:

W_a.с-қ = σ (І + cosӨ)

Минерал – ауа агрегат тығыздығы, сол көлемдегі пульпа тығыздығынан аз болғандықтан, агрегат беткі қабатқа қалқып шығады.

Егер флотоция процесінің нәтижесінде минерал-концентрат және флотация қалдығына бөлінсе – жай немесе ұжымдық флотация деп атайды. Минералды жеке жынысқа бөлуге таңдамалы немесе селективті флотация процесін жүргізеді, ол үшін флотация процесін арнаулы бірнеше рет қайталайды, әртүрлі таңдамалы қасиетті флотореагенттерін қолданады.

Депрессерлер – (төмендеткіштер) пульпаға қосылған коллекторлардың тигізетін әсерін төмендететін, бастапқы флотореагент, яғни бөлшектердің гидрофильдігін арттыратын заттар. Олар: әк, сілтілік металдардың циан тұздары.

Флотация тиімділігін реттегіштер қосып, ортаның рН өзгерту арқылы көтеруге болады.

Флотация процесін жүргізетін машина екі түрге бөлінеді: камерадағы пульпаны механикалық әдіспен араластыратын және пиевматикалық (қысылған ауамен) әдіспен араластыратын камералы машина.

Газ қоспалары – газ күйіндегі газдардың белгілі бір түрін бөліп алу, қоспа құрамындағы газдардың қайнау, сұйыққа айналу температурасының, ерігіштілігінің айырмашылығына негізделген. Мысалы, кокс газының құрамындағы Н₂. Осы кокс газының құрамынан әр газдың өзіне тән температурада жеке сұйық күйінде бөлінеді: көмірсутектер, көміртек оксиді, оттек және азот,сутек газ күйінде жеке қалады (сұйылту температурасы - 196ºС). Газдарды байыту әдісінің көп қолданатын екінші түрі- сорбциялық әдісі газдардың сұйыққа немесе қатты заттарға (белгілі жағдайда – төменгі температурада және жоғары қысым) таңдамалы сорбциялануына негізделген. Сорбцияланған газды температураны көтеріп, қысымды төмендетіп жеке күйінде десорбциялап босатып алады. мысалы, көмірқышқыл газы және күкіртті сутек этаноламинде таңдамалы түрде адсорбцияланады, көмірқышқыл газын 40-45ºС температурада адсорбциялап, 120 ºС температурада десорбциялайды.

Сұйық ерітінділерді байыту – еріткіштерді буландыру, сұйықты қатыру, қоспаларды тұнбаға тұндыру немесе газ фазасына бөлу әдісіне негізделген. Мысалы, суды буландыру ерітіндіден минерал тұздар, сілтілер, қышқылдар және т.б алынады. қыс мезгілінде табиғи тұздарды суықта қатыру әдісімен концентрлейді.