книги из ГПНТБ / Басов, А. И. Механическое оборудование обогатительных фабрик и заводов тяжелых цветных металлов учебник

Г п а в а V!

МАШИНЫ ДЛЯ ОБОГАЩ ЕНИЯ РУД

§39. Общие сведения

Врудах, из которых получают цветные металлы, содержание послед­ них составляет всего от 0,1 до 3—4%. Для рациональной, экономич­ ной металлургической переработки требуется, чтобы в рудном сырье медного производства содержалось 20—40% металлов, цинкового 45—50%, свинцового 45—60%. Поэтому добываемые руды необ­ ходимо обогащать, т. е. искусственно повышать в них содержание того или иного металла.

Если в руде имеется один металл, то его содержание повышают отделением от руды пустой породы. Если же в руде имеется не­ сколько металлов, то, кроме удаления пустой породы, в процессе обогащения приходится отделять один металл от другого (например, свинец — от цинка и меди; медь — от цинка и никеля и др.).

В результате обогащения руды получают: концентрат, проме­ жуточный продукт (промпродукт) и отходы. Рудным концентратом принято называть раздробленный (измельченный) продукт, содер­ жащий большое (достаточное для последующей переработки) коли­ чество металла по сравнению с количеством в исходной руде. Отходы (хвосты) содержат пустую породу и незначительное количество металлов, не выделенных (не извлеченных) в концентрат. Степень извлечения металла является основным показателем процесса обо­ гащения. Она характеризует, насколько полно переведен (извлечен) металл в концентрат. Промпродукт по содержанию металла занимает промежуточное положение между концентратом и хвостами, его подвергают дополнительному обогащению или другой технологиче­ ской переработке.

Процесс обогащения руд основан на использовании различий физических, минералогических и физико-химических свойств мине­ ралов (крупности, плотности, формы, коэффициентов трения, сма­ чиваемости, магнитной проницаемости, электропроводности и др.).

Применяют несколько методов обогащения руд: ручное или рудоразборка, по крупности и по форме минералов, гравитационные способы, флотацию, а также магнитные и электрические методы обогащения. При выборе рационального способа обогащения перво­ степенное значение имеет характер вкрапленности минералов в руд­ ной массе. Очень крупные включения минералов (размером свыше 20 мм) хорошо отделяются от пустых пород рудоразборкой, промывкой или магнитным обогащением. Включения минералов размером 2— 20 мм отделяют методами гравитации и магнитной сепарации. Руды с включениями минералов крупностью от 0,2 до 2 мм обогащают обычно методами гравитации, магнитной и электрической сепарации. Руды с тонким включением минералов (размером 74—200 мкм)

233

и очень тонким включением минералов крупностью 2—20 мкм обо* гащают только флотационным способом.

Гравитационное обогащение основано на разности плотностей обогащаемых минералов и пустой породы и скорости их падения в водной или воздушной среде. Магнитное обогащение основано на использовании магнитных свойств минералов, их магнитной вос­ приимчивости. Под действием магнитного поля разделяют некоторые железные, марганцовые, вольфрамовые, оловянные, титановые, ни­ келевые и другие руды. При электрическом обогащении исполь­ зуется различная электропроводность минералов: различные мине­ ралы движутся в магнитном поле по различным траекториям, а по­ этому создается возможность их разделения.

Наиболее сложный! способ обогащения — флотационный, он осно­ ван на различной смачиваемости минералов. В этом случае тонкоизмельченные частицы руды постоянно находятся во взвешенном состоянии в водной среде (пульпе), насыщенной огромным количе­ ством воздушных пузырьков. Плохо смачиваемые минералы прили­ пают к пузырькам воздуха и поднимаются кверху, образуют слой минерализованной пены (концентрата). Минералы пустой породы, смачиваемые водой, не прилипают к пузырькам воздуха и остаются в пульпе.

Флотационный процесс может эффективно протекать только в присутствии вводимых в пульпу определенных веществ, называе­ мых флотационными реагентами. В качестве реагентов используют: ксантогенат, сосновое масло, спирты, керосин, крезол, пиридин, известь, жидкое стекло, сернистый натрий и другие органические и неорганические вещества. Реагенты должны покрывать флотируе­ мые частицы минералов тонкой пленкой, чтобы они плохо смачи­ вались водой и лучше прилипали к пузырькам воздуха, кроме того, реагенты должны увеличивать количество воздушных пузырьков (улучшать диспергирование воздуха) и создавать прочную флота­ ционную пену, которая поднимает частицы полезных минералов и удерживает их на поверхности пульпы.

Внедрение флотационного обогащения позволило успешно раз­ решить проблему более полного (комплексного) использования сложных полиметаллических руд, содержащих свинцовые, цинко­ вые, медные, пиритные и другие минералы, и эффективно применять бедные руды с низким содержанием металлов, которые ранее счита­ лись неподдающимися рентабельной переработке, т. е. считались непромышленными.

§ 40. Флотационные машины

Машины, в которых осуществляется процесс флотационного обо­ гащения руд, называются флотационными. В них происходит интен­ сивное перемешивание минеральных частиц с водой и реагентами, засасывание и дробление засосанного воздуха на мельчайшие пу­ зырьки, равномерное рассеивание пузырьков в пульпе, прилипание минералов к воздушным пузырькам и всплывание их на поверхность

234

ванны в виде минерализованной пены; разгрузка машины и удале­ ние из нее пены — процесс непрерывный. Машина должна обеспе­ чивать оптимальную подачу воздуха и широкое ее регулирование, а также минимальную «атрату времени на флотирование материала.

В зарубежной и отечественной практике флотационного обогаще­ ния существует огромное число разнообразных конструкций фло­ тационных машин, которые можно разделить на следующие основные группы в зависимости от способа перемешивания пульпы и подачи

внее воздуха:

1)механические флотомашины, в которых перемешивание пульпы и засасывание воздуха из атмосферы осуществляется вра­ щающейся мешалкой (импеллером, ротором) через трубу, пустоте­ лый вал или через воронку, образующуюся на поверхности пульпы под воздействием всасывания; 2) пневмомеханические (комбиниро­ ванные), в которых перемешивание пульпы осуществляется враща­

ющейся мешалкой, а воздух непрерывно подается под давлением из воздуходувки или другого нагнетателя; 3) пневматические (аэролифтные), в которых перемешивание и насыщение пульпы воздухом происходит при помощи аэролифта (воздушного подъемника), обра­ зованного сжатым воздухом, поступающим в машину через систему воздухоподводящих труб.

Производительность и скорость флотирования зависят от многих факторов: содержания в руде полезных минералов, крупности измельчения руды, плотности руды и пульпы, качества реагентов, скорости и прочности прилипания минералов к воздушным пузырь­ кам, количества поступающего в машину воздуха, качества диспер­ гирования — количества и размера воздушных пузырьков и равно­ мерности распределения их внутри пульпы.

Крупность воздушных пузырьков изменяется в широких преде­ лах и зависит от типа флотомашин. Самые мелкие пузырьки диа­ метром 0,8—1,0 мм дают машины механического типа, а самые крупные диаметром 2,5—4,0 мм — пневматические машины. Интен­ сивность флотационного процесса находится в прямой зависимости от количества образующихся пузырьков. Оно в свою очередь зави­ сит от количества воздуха, поступающего в машину, и скорости прохождения его через пульпу. Время флотации зависит также от флотируемости минералов. Для легко флотируемых руд оно обычно составляет 5— 15 мин, а для трудно флотируемых (например, окис­

Эти машины являются самыми распространенными как на оте­ чественных, так и на зарубежных обогатительных фабриках. До 1970 г. они были практически единственными на наших флотацион­ ных фабриках и вытеснили применяемые ранее при флотации неко­ торых руд аэролифтные машины.

Устройство и принцип действия механических машин можно понять из рис. 118, на котором приведена схема первой распро­

235

страненной в свое время машины типа «Фаренволд». Эта машина, как и все последующие конструкции механических флотомашин,

ащимися во взвешенном состоянии. Горизонтальный диск 10, закре­

пленный над импеллером, способ­ ствует созданию вакуума и защи­ щает импеллер от заиливания бы­ стро оседающими твердыми части­ цами пульпы.

В зоне импеллера происходит самое интенсивное перемешивание и аэрация пульпы. Выше диска

движение пульпы протекает более спокойно, воздушные пузырьки, несущие полезные минералы, отделяются от пустой породы и про­ межуточных продуктов, которые через отверстия в диске возвраща­ ются на вторичное перемешивание. Созданию спокойного движения помогает решетка 7, перекрывающая все сечение камеры. Пройдя зону разделения, воздушные пузырьки устремляются на поверх­ ность пульпы, в зону снятия пенного концентрата. Здесь вращение импеллера сказывается еще менее, движение пульпы становится бо­ лее спокойным, что и требуется для исключения возможности по­ падания в концентрат минералов пустой породы.

Пенный концентрат снимается непрерывно вращающимися греб­ ками пеносъемника 12. Для получения более чистого концентрата

236

и лучшего направления его в сторону разгрузки в камере преду­ смотрены отражательный щит 11 и вертикальная перегородка 13.

Неподнятые на поверхность пульпы, неизвлеченные, полезные ми­ нералы поступают через межкамерную перегородку в следующую камеру машины, в которой вновь подвергаются флотированию для более полного извлечения в концентрат. Через трубу 14 подаются

в камеру для доизвлечения промпродукты. Пенный концентрат транспортируется насосами или поступает самотеком в сгустители, а хвосты направляются в хвостохранилище.

На рис. 119 дан общий вид механической машины, созданной институтом «Механобр», которая до последних лет являлась основ­ ной машиной на обогатительных флотационных фабриках цветной металлургии.

Машина состоит из корпуса, разделенного на несколько равных камер. В центре каждой камеры установлен перемешивающий меха­ низм, собранный в общий узел, называемый блоком. Блоки уста­ навливают на угольниках корпуса машины и закрепляют болтами, что позволяет быстро и удобно заменять их. Блок собирают из импеллера, статора, вала со шкивом и подшипниками и корпуса (стакана), на котором закреплены все детали блока (см. рис. 121).

Машина работает следующим образом. Пульпа из загрузочного кармана засасывается импеллером 13 и по патрубку 4 поступает

в камеру над импеллером, центробежной силой она с большой ско­ ростью выбрасывается в зазоры между лопатками статора. Через патрубок 20 и трубу 7 в зону импеллера засасывается атмосферный

воздух, который раздрабливается на множество мельчайших пузырь­ ков, проникает в пульпу и контактируется с частицами минералов. Пенный продукт удаляется с поверхности пульпы пеносъемником 2,

установленным вдоль фронта машины. Оставшиеся неподнятыми частицы минералов вновь засасываются в зону импеллера через отверстия в статоре всасывающей камеры или уходят в следующую прямоточную камеру. Отходы флотации (пески) выходят из машины через отверстие И.

Машины Механобра собраны из всасывающих и прямоточных камер. На рассматриваемом рисунке показана машина, составленная из двух всасывающих и двух прямоточных камер. В случае необ­ ходимости можно собрать многокамерную машину в общем корпусе с прямоточным движением пульпы внутри камер. Разделение длин­ ного корпуса на отдельные секции с общим уровнем пульпы дости­ гается установкой между камерами карманов с регуляторами уровня пульпы. Конструкция машины допускает различную компоновку питающих и выводных труб и возможность подсасывания пульпы с передней и задней стенок камеры. Для подсоса промежуточного продукта в стенке соответствующей камеры прорезают отверстия. В случае необходимости промежуточного (до хвостового кармана) отвода пульпы из машины устанавливают выводной патрубок на соответствующем межкамерном кармане. Регулятор уровня пульпы (шарнирно закрепленную дроссельную заслонку) можно устанавли­ вать на любой межкамерной перегородке.

237

Каждый импеллер вращается от отдельного электродвигателя через горизонтальную клиноременную передачу. Вращение пеносъемника осуществляется от отдельного механизма, состоящего из двигателя, редуктора и ременной или цепной передачи.

Техническая характеристика флотационных машин Механобра приведена в табл. 19.

На рис. 120 показан поперечный разрез самой крупной машины Механобра. Корпус ее изготовлен из стального листа и зафутерован

каменной плиткой, деревянными досками и плитками из корунда для уменьшения истирания пульпой. Возможно также гуммирова­ ние корпусов износостойкой резиной. Блок импеллера закреплен на продольных швеллерах 15 и приводится в движение от-электро­ двигателя 10 через клиноременную передачу. Электродвигатель

смонтирован на стальной поворотной плите. Натяжение ремней (поворот плиты) регулируется винтовой стяжкой 11. Воздух в ма­ шину засасывается через трубу 8. В межкамерных перегородках

установлен регулятор уровня пульпы, который приводится в дви­ жение отдельным механизмом. Циркуляционную нагрузку регули­ руют заслонками 6, используя для этого поворотный рычаг. В пря­

моточных камерах отверстия в нижней части корпуса (стакана)

239

блока перекрыты деревянными Заглушками. Пенный концентрат'

Просто регулировать затяжку подшипников подвинчиванием верх­ него фланца 12. Полости подшипников тщательно защищены от

проникновения пыли и влаги севанитовыми уплотнительными коль­ цами. Рабочие полости подшипников заполнены примерно на по­ ловину их объема солидолом марки УС-1. Вал выточен из кон­ струкционной углеродистой стали марок 40, 45 или Ст5. Нижняя часть вала защищена от истирания резиновой трубкой.

Блок устанавливают в вертикальном положении на опорных уголках или швеллерах рамы машины и закрепляют болтами. Это позволяет удобно и быстро заменять блоки.

В машинах Механобра импеллер (рис. 122) представляет собой слегка конусообразный диск с шестью радиально расположенными

Рис. 122. Гуммированный импеллер:

/ — каркас; 2 — резина

вертикальными ребрами (лопастями): Для лучшей циркуляции пульпы в зоне импеллера высота лопастей около ступицы резко уменьшена. Толщина лопастей возрастает к периферии — в направ­ лении более интенсивного истирания. Для облегчения разборки ступицу импеллера растачивают на конус (конусность 1 : 5), а при сборке конусное отверстие смазывают смесыо масла и графитового порошка. Импеллер закрепляют призматической шпонкой и затя­ гивают гайкой; в некоторых конструкциях применяют клиновое крепление, что упрощает сборку и разборку узла. Статор (рис. 123) машины Механобра выполнен в виде горизонтального диска с косо­ расположенными (под углом около 60° к направлению радиуса) лопатками. Лопатки утолщены в направлении движения пульпы. Ряд равномерно расположенных отверстий конической формы служит для создания необходимой циркуляции пульпы в зоне аэратора. Статор прикрепляют болтами с утопленными головками к ребрам центральной трубы строго концентрично импеллеру. Все детали узла аэратора (импеллер, статор и крепежные детали) защищают от истирания пульпой обрезиниванием. Для гуммирования импеллера и статора изготовляют каркасы 1 из серого чугуна; резину 2 при­

меняют износостойкую марки 6252. При работе на агрессивных пульпах применяют кислотостойкие марки резин или отливают детали аэратора из износостойких хромоникелевых чугунов. Проч­

242