книги из ГПНТБ / Серго, Е. Е. Опробование и контроль технологических процессов на обогатительных фабриках учеб. пособие

Для получения таких результатов обогащения разделе­

ние нужно вести по плотностям 1,45 и 1,8.

Кривые обогатимости руд отличаются от только что рас­ смотренных кривых обогатимости угля. При построении их по оси абсцисс откладывается суммарный выход фракций, а по оси ординат — содержание и извлечение полезного ком­ понента, а также эффективность обогащения. Такое по­ строение применимо для всех процессов обогащения (маг­ нитная сепарация, флотация и т. д.).

На рис. 37,6 приведены в качестве примера кривые обо­ гатимости бурожелезняковой руды Керченского месторожде­ ния. Основная, или элементарная, кривая 1 показывает для любого выхода концентрата соответствующее минималь­ ное содержание железа в последней элементарной частице, отнесенной к концентрату, т. е. зависимость между выходом и металлом данной элементарной фракции.

Кривые 2 и 3 показывают зависимость между суммарным выходом и средневзвешенным содержанием металла соответ­ ственно в концентрате и хвостах. На диаграмме нанесены также кривая извлечения металла в концентрат е, в зави­

концентрата, %; у0 — содержание рудных минералов в ис­ ходном материале, %.

В пределах заштрихованной площади, расположенной выше линии среднего содержания металла в исходной руде а, в концентрат переходят только те рудные компоненты, которые богаче исходной руды.

Максимальное значение степени обогащения достигается при выходе концентрата, соответствующем точке пересече­ ния основной кривой 1 с линией среднего содержания ме­ талла в исходной руде а.

При меньшем и большем выходе концентрата эффектив­ ность обогащения понижается: в первом случае — за счет попадания в хвосты сростков и рудных минералов, во втором — вследствие вовлечения в концентрат сростков и пустой породы, которые беднее исходной руды.

Кривые обогатимости руд могут быть построены не толь­ ко по данным расслаивания в тяжелых средах, а и по дан­ ным минералогических, магнитных и других анализов.

§ 4. МАГНИТНЫЙ АНАЛИЗ

Отделение сильно магнитных минералов (магнетита, франклинита, ильменита, пирротина и др.) осуществляют следующим образом. Сухие зерна рассыпают тонким слоем на стекло или лист бумаги и проводят по ним полюсами по­ стоянного подковообразного магнита, обернутыми папирос­ ной бумагой или вставленными в чехол из тонкой латуни. Затем магнит переносят на другой лист бумаги, и сняв папи­ росную бумагу (чехол), ссыпают зерна. Ойерацию повторя­ ют до прекращения прилипания магнитных зерен.

Содержание отдельных химических элементов (например, железа) во многих минералах колеблется в широких преде­ лах. Магнитные свойства таких минералов подвержены зна­ чительным колебаниям, что мешает чистоте разделения.Так же влияет на магнитные свойства наличие сростков, все­ возможных включений и пленок, образованных продуктами окисления сульфидов железа. Для удаления препятствую­ щих разделению пленок прибегают к промывке исследуемого материала соляной и щавелевой кислотами.

Электромагнитную сепарацию производят при помощи электромагнитной скобы Акулова (рис. 38,а), представляю­ щей собой набранный из трансформаторного железа разомк­ нутый сердечник, на котором намотаны две катушки 3. По­ люс 1 сердечника представляет собой клин, угол между гра­ нями которого равен 45°; полюс 2 — квадратную площадку размером 10 X 10 см. Расстояние между полюсами может изменяться.

Разделение магнитного минерала производится следую­ щим образом. Установив определенную величину электри­ ческого тока в катушке электромагнита, между полюсами перемещают стеклянную или картонную пластинку с зер­ нами разделяемого минерала. Затем, подведя под полюса чистую пластинку, выключают ток и кисточкой очищают по-

13?

Рис. 38. Приборы для магнитных анализов:

а — электромагнитная скоба; б — трубчатый анализатор.

люса. Изменяя величину тока в электромагните, можно вы­ делить несколько фракций.

Содержание магнитных минералов в тонких продуктах обогащения определяется при помощи трубчатого магнит­ ного отделителя (рис. 38,6). В нем между заостренными по­ люсами электромагнита размещается на салазках под углом 45° к горизонту стеклянная трубка. Салазки с помощью спе­ циального двигателя совершают возвратно-поступательное движение.

Навеску (1—5 г) материала, измельченного до крупности 0,5 мм, смачивают водой в небольшой фарфоровой чашке. После этого включают электромагнит, устанавливают опре­ деленную силу тока, а затем смывают навеску в стеклянную трубку, предварительно наполненную водой. Лигнитные ча­ стицы, падая, задерживаются под влиянием магнитного по­ ля на стенках трубки в междуполюсном пространстве, а не­ магнитные— падают вниз. Когда воя навеска загружена, внизу открывают спускное отверстие и одновременно в верх­ нюю часть трубки подают промывную воду в таком количе­ стве, чтобы уровень ее оставался неизменным.

Включают двигатель, приводящий трубку в движение, и отмывают немагнитные частицы, задерживающиеся среди магнитных. По окончании промывки выключают ток, выпу­ скают магнитный шлих, обезвоживают, сушат и взвешива­ ют. По весу магнитной части определяется процентное со­ держание полезного компонента в исходной пробе.

Магнитная проницаемость минералов определяется при помощи электромагнитных весов (рис. 39,а). Они представ-

133

После этого вместо эталона заполняют колбочку испыту­ емым материалом крупностью 0,2 мм и определяют грузы, необходимые для уравновешивания (два-три значения).

Магнитную восприимчивость испытуемого образца оп­ ределяют по формуле

где ф и ф ! — удельная магнитная восприимчивость этало­ на и испытуемого образца; Р и Рг — масса груза, уравнове­ шивающего действие магнитного поля при навеске эталона и образца, г\ W и —■масса эталона и образца, г.

Описанный пондеромоторный метод применяется для

134

определения магнитной восприимчивости слабомагнитных материалов.

Магнитные свойства сильномагнитных материалов опре­ деляются при помощи установки, принципиальная схема ко­ торой показана на рис. 39,6 (метод Гюи).

Перед началом эксперимента определяется масса пустой трубки. Образец руды, измельченной до аналитического по­ рошка, засыпается и утрамбовывается в трубке до метки, равной 350 мм. Затем трубку с материалом подвешивают к левой чашке аналитических весов таким образом, чтобы она не задевала стенок катушки, включают электрический ток в катушку и взвешивают трубку с образцом в магнитном поле. При определении удельной магнитной восприимчивос­ ти взвешивание трубки с образцом производят при одной и той же напряженности магнитного поля в центре солено­

симальной возможности).

Для построения петли гистерезиса напряженность маг­ нитного поля в центре соленоида каждый раз меняется через равные промежутки времени. Затем меняется направление тока и т. д.

Удельная магнитная восприимчивость определяется по

где К — удельная магнитная восприимчивость; g—ускоре­ ние силы тяжести; АР — кажущийся привес в магнитном поле (разница между массой трубки с образцом в магнитном поле и массой трубки с образцом); Н —напряженность маг­ нитного поля; Р — масса образца; / — длина трубки.

Метод Гюи позволяет определить не только удельную магнитную восприимчивость, но и удельную намагничен­ ность по формуле

Изменяя значение Н при постоянном значении других параметров, можно получить кривую первичного намагни­ чивания и кривую гистерезисного цикла.

135

§ 5. ПОЛЯРОГРАФИЧЕСКИЙ МЕТОД КОНТРОЛЯ

Полярографический метод применяется для контроля состава твердых продуктов, которые предварительно раство­ ряются [11]. В сосуд 1 (рис. 40,а) наливается исследуемый раствор 2. Из сосуда 4 через капилляр 5 вытекает ртуть (ка­ пельный электрод) в сосуд 1, на дне которого находится ртуть 3 (вспомогательный электрод). С помощ'йЬ источника тока В и делителя напряжения П к электродам 3 и 4 прикла­ дывается напряжение. Тогда через раствор 2 потечет ток, обусловленный электролизом. Вследствие этого возника­ ет электродвижущая сила Р, называемая химической поля­ ризацией. Она действует в направлении, противоположном направлению приложенного напряжения Е — потенциала восстановления.

Сила тока равна

где R — сопротивление полярографической ячейки. Восстановление металлов происходит только при опре­

деленном значении Е. Например, медь восстанавливается при потенциале 0,1 в, цинк — 1,2 в, свинец — 0,4 в.

При малом значении потенциала протекает слабый ос­ таточный ток (рис. 40,6). Когда достигнут потенциал, при котором начинается восстановление металла, ток резко воз­ растает. Например, для цинка

Zn2+ + 2е- + Hg -* Zn (Hg).

На катоде образуется разбавленная амальгама цинка Zn (Hg), не препятствующая свободному падению капли. При

Рис. 40. Полярографический анализатор:

а — с х е м а п о л я р о г р а ф и ч е с к о й я ч е й к и ; 6 — с в я з ь м е ж д у т о к о м и п р и л о ж е н н ы м н а л * р я ж е н и е м в п о л я р о г р а ф и ч е с к о й я ч е й к е ; в — п о л я р о г р а м м а н а п е р е м е н н о м т о к е .

136

соприкосновении капли с анодом цинк отдает два электро­ на и снова переходит в виде иона в раствор:

Zn (Hg) — 2er- Zn2+.

Для определения природы вещества пользуются величиной потенциала полуволны ІЛ/, (рис. 40,б).

Электровосстанавливающие ионы разных металлов на по­ лярографической кривой дают характерные волны, позволя­ ющие количественно определить содержание различных ионов в растворе.

Средняя величина протекающего тока пропорциональна

Полярографические анализаторы свинца выпускает опыт­ ное предприятие ВНИКИ «Цветметавтоматика». Анализатор состоит из реактора для автоматического приготовления раствора и полярографа переменного тока КАП-225У.

Растворение навески сухого материала производится при помощи соляной кислоты. Продолжительность перемешива­ ния материала в реакторе 4,5 мин, цикл работы реактора продолжается 7 мин. Полярографирование производят с по­ мощью ртутнокапельного катода, выносного каломельного анода и -вспомогательного электрода (слой ртути на дне ячейки), предназначенного для уменьшения сопротивления между капельным анодом и раствором. Диапазон определе­ ния содержания свинца — от 0,05 до 5,0%. Погрешность измерения 5—7%. Масса навески хвостов — 5 г, руды — 1 г.

§ 6. РАДИОАКТИВНЫЙ МЕТОД КОНТРОЛЯ

Радиоактивный метод применяется для контроля со­ держания свинца и других элементов в рудах и продуктах их обогащения. Он основан на измерении интенсивности элек­ тродного излучения поверхности пробы под действием на нее потока электромагнитного излучения (гамма-лучи, рент­ геновские лучи и др.).

Источниками уизлучения являются радиоактивные изо­ топы и рентгеновские трубки. Источником рентгеновских лучей являются рентгеновские трубки. Для регистрации у и рентгеновского излучения применяются ионизационные камеры, газоразрядные и сцинтиляционные счетчики.

137

поглощение (фотоэффект). При комптоновском рассея­ нии у-квант расходует частично энергию на изменение энергетического состояния атома и изменяет свое направ­ ление и частоту (рис. 41). При фотоэффекте атомом полно­ стью поглощается энергия у-кванта. В результате может выделиться фотоэлектрон, покидающий атом.

Вследствие удаления электрона возбужденный атом мо­ жет вернуться в исходное состояние, испустив флюоресцент­ ный (вторичный) у-квант. Ослабление узкого параллельного

где / 0 — начальная интенсивность излучения; / — интен­ сивность лучей после прохождения слоя материала; р — массовый коэффициент ослабления, зависящий от энергии излучения, атомного веса поглощенного элемента и поряд­ кового номера элемента; хи р — толщина слоя и плотность материала.

При контроле состава пульп и движущихся сыпучих мате­ риалов пользуются методом ослабления у-излучения. Метод основан на использовании двух пучков у-излучения: мяг­ кого (для контроля состава) и жесткого (для введения коррекции на изменение плотности). Ослабление мягкого у-излучения (Е < 0,1 Л4ЭВ) в основном определяется фото­ эффектом. При сравнительно жестком излучении (энергия Е > 0,3 /И,,,) массовый коэффициент поглощения не зави­ сит от химического состава материала.

При энергии у-квантов в пределах 0,5—1,5 МЪ]І главную

138

роль играет комптоновское поглощение, которое практиче­ ски не зависит от химического состава вещества.

Интенсивность мягкого / 2 и жесткого / 2 излучения, про­ шедших через двухкомпонентную смесь (рудные и неруд­ ные минералы), определяется по формулам [11]:

где ^ и ^ 2 — весовое содержание компонентов в смеси (k2 — = 1 — ki)\ р*, и рф, — массовые коэффициенты ослабления для полезных элементов, см2!г\ р*2 и Рф2— то же, для породы.

Путем деления одного уравнения на другое можно полу­ чить формулу для определения содержания компонента kt в смеси.

Интенсивность рассеянного излучения I связана с интен­ сивностью падающего излучения /0 и массовым коэффициен­ том ослабления р выражением [11]:

где аи b — постоянные коэффициенты.

На принципе рассеяния у-квантов или рентгеновских лучей пробой материала основан рентгенометрический золомер ЗАР-2, предназначенный для автоматического контроля зольности проб угля. Величина рассеяния мягких рентгенов­ ских лучей пробой угля зависит от содержания в ней золь­ ности.

В золомере ЗАР-2 применены компенсационный метод измерения и дифференциальная схема с эталоном. Проба угля и эталон облучаются лучами рентгеновской трубки с двумя пучками излучения. Рассеянные пробой и эталоном потоки рентгеновских лучей воспринимаются индикаторами, усиливаются и сравниваются друг с другом. Золомер ЗАР-2 состоит из генератора рентгеновских лучей, индикатора рент­ геновского излучения, измерительного блока, блока управ­ ления, устройства для подачи и удаления проб угля и феррорезонансного стабилизатора напряжения. Для контроля зольности и влажности мелких углей в потоке создан рентге­ нометрический анализатор мелочи РАМ-

139

§ 7. РЕНТГЕНОВСКИЙ СПЕКТРАЛЬНЫЙ МЕТОД КОНТРОЛЯ

Гамма-квант при взаимодействии с атомом отдает энер­ гию электрону, в результате чего электрон переходит на другую орбиту.

Между энергией начального состояния атома Ен и конеч­

Врезультате перехода электрона из одного состояния

вдругое происходит испускание или поглощение фотона рентгеновских лучей. В процессе перехода электрона из одной орбиты на другую (орбиты обозначаются буквами К, L, М и т. д.) избыток энергии уносится из атома либо фото­ ном какой-то серии, либо вторичным фотоэлектроном. Воз­ никающие при этом фотоны образуют рентгеновские лучи флюоресценции. На практике обычно применяются линии характеристического спектра /б-серии. По их энергии судят об атомном номере, а по интенсивности — о содержании ин­ тересующего компонента в исследуемом материале.

При рентгеноспектральном анализе атомы анализиру­ емых элементов возбуждаются посредством первичного ядерного излучения от рентгеновской трубки или радиоактивно­ го изотопа, а затем исследуется характеристическое излу­ чение, возбужденных атомов. Характеристический спектр, возникающий при возбуждении атомов электронами, назы­ вается первичным спектром, а спектр, возникающий в ре­ зультате возбуждения фотонами,— вторичным, или флуоре­ сцентным. Эти спектры характерны для каждого материала и определяются строением атомов вещества. На этом принци­

н о