книги / Переработка, обогащение и комплексное использование твердых полезных ископаемых. Обогатительные процессы и аппараты
.pdfПолярность напряжения и материал электродов (медь, ла тунь, нержавеющая сталь) подбираются с учетом знака заря да, приобретаемого минералами при электризации, и харак тера контактных явлений, происходящих между частицами и барабаном. При диаметре барабана 150— 300 мм, длине 1000—2000 мм и частоте вращения 40—400 об/мин произво дительность сепаратора составляет 4— 12 т/ч по исходному питанию при крупности его до 3 мм. Сепараторы применяют ся для разделения полевых шпатов и кварца, при обогащении фосфоритов, галургического сырья, вермикулита и других ма териалов.
В трехсекционных, двухкаскадных сепараторах СТЭ лот кового типа (рис. 8.4, б) материал из питателя 1 щелевого типа поступает на две заземленные латунные плоскости 2 и 3. При движении по плоскости зерна различных минералов элек тризуются за счет трения о плоскость и между собой, прио бретая разные по величине и знаку заряды, и попадают в элек тростатическое поле напряженностью 3,5—4,5 кВ/см, созда ваемое статическими электродами 4 и 5, один из которых за землен, а другой подключен к высоковольтному источнику тока.
При свободном падении в межэлектродном пространстве траектория движения частиц изменяется в зависимости от ве личины и знака остаточного заряда, напряжения на заряжен ном электроде (достигающего 20 кВ), градиента напряженно сти поля, а также плотности и крупности частиц. Производи тельность сепаратора при обогащении материала крупностью -0,3 +0,074 мм составляет около 6 т/ч.
Сепараторы предназначены для использования в схемах обогащения руд цветных и редких металлов, горно-химиче ского, керамического, абразивного, оптического и других ти пов сырья, разделяемые минералы которых обладают близки ми электрическими характеристиками.
Трубчатые сепараторы свободного падения (рис. 8.5, а), используемые, например, в калийной промышленности ФРГ,
состоят из двух разноименно заряженных рядов вертикальных труб 4, имеющих верхнее 2 и нижнее 6 шарнирные крепления, и вращающихся вокруг своей оси под действием привода 3. От налипающей на них пыли они освобождаются неподвиж ными щетками 5. Максимальная напряженность электриче ского поля сепаратора 4— 5 кВ/см.
Из бункера I разделяемые минералы (галит и сильвин), имеющие разные заряды, поступают в рабочую зону и, при тягиваясь в свободном падении к соответствующему ряду раз ноименно заряженных труб, попадают в приемники 7. Каче ство получаемых продуктов регулируют шиберами 8.
Сепараторы характеризуются высокой производитель ностью [20 —30 т/(ч • м)], однако требуют значительной высоты (более 10 м) помещения и по производительности на единицу занимаемого объема уступают барабанным сепараторам.
Рис. 8.5. Схемы сепараторов:
а — трнбоэлектрического трубчатого свободного падения; б — пневмоэлектрического
Основной особенностью конструкции пневмоэлектрического сепаратора (рис. 8.5, 6) камерного типа является трибо электрическая зарядка тонкоизмельченных частиц при транс портировании их газовым потоком. Успешная работа сепара тора осуществляется ускоренным движением пылегазового потока в зоне 2 трибоэлектризации и спокойным движением в зоне разделения между заземленными электродами 1 и элек тродом, подключенным к источнику 3 высокого напряжения. Делителями 4 продукты разделения направляются в циклоны для хвостов 5, промпродукта 6 и концентрата 7. Сепаратор показал хорошие результаты сепарации промпродуктов и до водки концентратов, полученных при магнитном обогащении окисленных труднообогатимых железных руд.
8.4. Пироэлектрическая и диэлектрическая сепараиия
8.4.1. Пироэлектрическая сепараиия
Пироэлектрическая сепарация основана на свойстве груп пы минералов (турмалина, каламина, борацита и др.) поляри зоваться при нагревании и охлаждении из-за различных коэф фициентов теплового расширения их по разным осям кристал лов. Неодинаковые напряжения, возникающие в таких кри сталлах, вызывают образование локальных разноименных за рядов на противоположных концах кристалла. Если один из разделяемых минералов обладает способностью к пироэлек трической поляризации, то при создании резкого температур ного перепада он получит электрический заряд, а остальные минералы останутся незаряженными.
Разделение минералов в пироэлектрических барабанных сепараторах (рис. 8.6, а) производится в неоднородном элек тростатическом поле постоянной полярности. Материал пос ле нагревания в бункере 1 нагревателями 2 поступав! на вра щающийся барабан J, охлаждаемый водой.
а
Рис. 8.6. Схемы пироэлектрического (а) и диэлектрического (б) сепара
торов
Минералы, склонные к пироэлектрической электризации, заряжаются при перепаде температур и удерживаемые на ба рабане силой зеркального отображения выносятся в прием ник 4. Минералы, не обладающие пироэлектрическим эффек том, попадают в приемник 5, сростки — в приемник 6.
8.4.2. Диэлектрическая сепарация
Диэлекгрическая сепарация осуществляется в жидкой сре де, диэлектрическая проницаемость которой является проме жуточной между диэлектрическими проницаемостями разде ляемых минералов. В качестве среды используются обычно парные смеси из бензола, нитробензола, керосина, толуола, гексана, ацетона и других веществ. Сепарацию применяют в схемах обогащения руд редких металлов.
Диэлектрический сепаратор (рис. 8.6, б) состоит из ванны У заполняемой жидким диэлектриком, системы электродов 2, между которыми создается неоднородное электростатическое поле напряженностью до 5 кВ/см переменной полярности про мышленной частоты. Знаки зарядов гонких параллельных на клонных цилиндрических электродов чередуются в вертикаль
ном и горизонтальном направлениях, чтобы исключить вли яние свободных зарядов. Исходный материал подается в ра бочее пространство сепаратора сверху. Частицы с более вы сокими диэлектрическими проницаемостями и проводимостя ми притягиваются к электродам, а затем сползают к прием нику 3. Частицы с более низкой, чем у среды, диэлектриче ской проницаемостью свободно проходят через щели между электродами и поступают в приемник 4. Производительность сепаратора не превышает десятков кг/ч.
Пироэлектрическая и диэлектрическая сепарации имеют пока ограниченное применение в промышленности.
9
РАДИОМЕТРИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОБОГАШ ЕНПЯ
9.1. Общ ая характеристика проиессов рааиометримеского обогащ ения
Радиометрическое обогащение основано на различии раз деляемых минералов в интенсивности испускания, отражения или поглощения различных видов ядерно-физических излу чений.
Для руд, обладающих естественной радиоактивностью, ис пользуются различия в радиоактивных свойствах минералов, при радиометрическом обогащении нерадиоактивных полез ных ископаемых — различия во взаимодействии минералов с различными излучениями. В качестве первичных излучений в последнем случае используют излучения в широком диапазо не длин (X) волн: у-излучение (X < 1(Р нм); p-излучение (X = = 1СР— 1(Р нм); нейтронное (X = 1(Г2—10'1нм); рентгеновское (X = 5 - КГ2— 10 нм); ультрафиолетовое (X = 103—3,8 • 102 нм); ви димый свет (X = 3,8 10"2—7,6 102); инфракрасное (X = 7,6 102
— 104 нм); радиоволновое (X = 105— 1014 нм). Результатом их вза имодействия с минералами в зависимости от характера излу чений и минералов являются: ядерные реакции, вызывающие искусственную (наведенную) радиоактивность у некоторых ми нералов; возбуждение люминесценции; отражение первичного излучения от поверхности минералов; поглощение (адсорб цию) первичного излучения или изменение энергии магнит ного поля и его характеристики.
Чем больше различие у разделяемых минералов в наблю даемом эффекте, называемым признаком разделения, тем боль ше вероятность их эффективного разделения. Она реализуется тем полнее, чем больше:
контрастность руды, характеризуемая степенью неравно мерности распределения извлекаемого компонента между от дельными ее кусками. Контрастность определяется условиями образования, добычи и подготовки руды к обогащению. По значению показателя контрастности М, рассчитываемому по кривым контрастности, руды условно разделяются на пять ка тегорий: неконтрастные (М < 0,5); низкоконтрастные (М = = 0,5 -г 0,7); контрастные (М = 0,7 -г 1,1); высококонтрастные (М = 1 1 н- 1,5); особо контрастные (М > 1,5). В предельно конт растных рудах (М = 2) ценный компонент полностью сосре доточен в чистых кусках его минералов; в предельно неконт растных (М = 0) — содержание ценного компонента во всех кусках одинаково и извлечение его методами обогащения не возможно;
степень соответствия признака разделения содержанию ценного компонента, которая определяется путем сравнения кривых обогатимости, построенных по интенсивности излуче ния (признаку разделения), с кривыми контрастности. Эффек тивность признака разделения оценивается соотношением по казателя признака разделения П, рассчитываемого по кривым обогатимости, и показателя контрастности М, определяемого по кривым контрастности. Величина П/М будет близка к еди нице только при полном соответствии признака разделения и содержания ценного компонента. Ее значение позволяет срав нивать эффективности различных радиометрических процес сов и выбирать наиболее подходящий для данного сырья в технологическом отношении.
Эффективность разделения зависит также от крупности исходного материала, режима сепарации и конструктивных особенностей радиометрических сепараторов.
Радиометрической сепарации подвергают обычно матери ал крупностью от 15—30 до 150—300 мм. При сепарации бо лее мелкого материала производительность сепараторов рез ко понижается. Уменьшение нижнего предела крупности до 0,5—5 мм допускается только при обогащении контрастных материалов, содержащих весьма ценные компоненты (напри мер, алмазы). Поскольку результирующий эффект взаимодей ствия излучения с минералами зависит не только от содержа
ния ценного компонента в кусках, но и от количества его в них, т. е. от массы и крупности кусков, то при обогащении ма териала широкого диапазона крупности в концентрат могут попасть бедные, но крупные куски, а в хвосты, наоборот, — богатые, но мелкие зерна. Поэтому перед сепарацией матери ал подвергают, как правило, грохочению на узкие классы круп ности с модулем шкалы не более двух.
Различают три технологических режима радиометриче ской сепарации: поточный, порционный и покусковой. Поточ ный режим, при котором материал проходит через сепаратор непрерывным потоком, наиболее производительный, но наи менее селективный; покусковой — самый селективный, но наи менее производительный. Порционный — занимает промежу точное положение и применяется в основном при радиомет рической крупнопорционной сортировке (РКС)
Несмотря на различие в конструкциях радиометрических сепараторов, все они имеют следующие узлы: питатель с тран спортирующим устройством (ленточным, вибрационным, ка русельным, ковшевым) для формирования потока материала и равномерной подачи его в зону облучения (для нерадиоак тивных руд) или регистрации излучения (для радиоактивных руд); узел облучения (для нерадиоактивных руд); узел регист рации (с датчиком) излучения; счетно-измерительный блокрадиометр для оценки интенсивности первичного или вторич ного излучения; разделительное устройство (пневмоклапан или электромагнитный шибер). Сепараторы могут быть однока нальными и многоканальными, работающими несколькими параллельными потоками. При работе на радиометрических сепараторах любого типа необходимо соблюдать особенно тщательно все правила техники безопасности, как общие, так и специальные (по защите от радиоактивных излучений).
Из многих возможных методов радиометрического обо гащения в настоящее время в промышленных условиях наи более широко применяются: авторадиометрический, фотонейтронный, рентгенорадиометрический, люминесцентный, фото метрический, гамма-абсорбционный и нейтронно-абсорбцион ный. Их применяют как в качестве основных и доводочных операций (сепарации) при обогащении различных типов по-
лезных ископаемых, так и для особенно эффективной опера ции предконцентрации (сортировки) бедных руд, позволяю щей снизить существующие кондиции на содержание ценных компонентов, вовлечь в промышленное использование некон диционные, разубоженные и забалансовые руды.
9.2. Эмпсспонно-раапометрпческпе метоаы cenapaunn
К эмиссионно-радиометрическим методам сепарации от носятся авторадиометрическая, фотонейтронная, нейтронно активационная, рентгенорадиометрическая, рентгенолюмине сцентная, фотолюминесцентная и фотометрическая сепарации.
Авторадиометрическая сепарация основана на использо вании различия в интенсивности у- или p-излучении разделя емых минералов, возникающих за счет распада ядер естест венно-радиоактивных элементов. Сепарация отличается высо кой селективностью и является основным способом обогаще ния урановых и ториевых руд, а также руд, в которых ценный компонент находится в минералах, содержащих примесь ра диоактивного элемента.
В одноканальном ленточном авторадиометрическом се параторе (рис. 9.1, а) исходная руда подается монослоем на ленточный конвейер 7, в концевом барабане которого уста новлен датчик 2; по показаниям последнего в радиометре 6 оценивается интенсивность у-излучения кусков руды. Если у проходящего куска она выше установленного граничного пре дела, радиометр через контакты К и реле Ре подает ток на электромагнит 5, сердечник которого при этом втягивается и поворачивает шибер 4, открывая приемник для концентрата. Куски породы с интенсивностью у-излучения ниже граничной направляются в приемник для хвостов, который в обычном состоянии открыт. Для предохранения окружающих от радио активных излучений устанавливается свинцовый или стальной экран 3. В авторадиометрическом сепараторе КН осуществле на корректировка настройки радиометра по размеру (массе) кус ка, оцениваемому временем затемнения фотоэлемента при про хождении куска.
Многоканальные лен |
|
|
|
|||||
точные или вибрационные |
|
|
|
|||||
сепараторы |
могут иметь |
> |
. А |
|
||||
несколько датчиков (обыч |
|
|||||||
но сцингилляционных) и |
|
|
|
|||||
разделительных |
механиз |
G |
T |
® |
||||
мов |
(электромагнитных |
|
|
|
||||
шиберов или |
многодюзе- |
|
|
|
||||
вых пневмоклапанов), по- [ |
|
|
|
|||||
зволяющих |
|
перерабаты |
|
|
|
|||
вать |
одновременно |
не |
|
|
|
|||
сколько параллельных по |
|
|
|
|||||
токов |
руды. |
Производи |
|
|
|
|||
тельность |
сепаратора |
по |
|
|
|
|||
каждому каналу составля |
|
|
|
|||||
ет 20—50 т/ч при обогаще |
|
|
|
|||||
нии |
материала |
крупно |
|
|
|
|||
стью -200 +(25 -г 50) мм, |
|
|
|
|||||
разделенного на 3—4 клас |
|
|
|
|||||
са, при расходе |
электро |
|
|
|
||||
энергии около 3 кВт/ч. |
|
|
|
|
||||
Фотонейтронная сепа |
|
|
|
|||||
рация основана на исполь |
|
|
|
|||||
зовании различий в |
ин |
|
|
|
||||
тенсивности нейтронного |
|
|
|
|||||
излучения минералов при |
|
|
|
|||||
воздействии на них у-лу- |
|
|
|
|||||
чами. Ядерный фотоэф |
|
|
|
|||||
фект характерен для ряда |
|
|
|
|||||
минералов, |
но |
наиболь |
|
|
|
|||
шее практическое значе |
|
|
|
|||||
ние он имеет для обога |
|
|
|
|||||
щения |
бериллийсодержа |
|
|
|
щих руд. |
Ядра бериллия |
Рис. 9.1. Схемы авторадиометрического |
обладают |
способностью |
(а) и рентгенолюминесцентного АРЛ-1 (б) |
испускать |
нейтроны под |
сепараторов |
|
влиянием у-лучей сравнительно низкой энергии, около 1,7 МэВ, тогда как для возбуждения фотоядерной реакции в дру гих элементах требуются у-лучи с энергией более 5— 10 МэВ.