книги / Переработка, обогащение и комплексное использование твердых полезных ископаемых. Обогатительные процессы и аппараты
.pdfпосле которого мытая руда, уголь или пески направляются на обогащение. Удаление глинистого материала в этом случае повышает производительность дробилок и грохотов, улучша ет их работу и транспортирование материала, повышает эф фективность процесса обогащения и его показатели.
Промывистость полезных ископаемых зависит в основ ном от количества, характера глинистой или песчано-глини стой массы и ее пластичности, характеризуемой числом пла стичности, равным разности значений влажности глины при верхнем (когда глина переходит из пластичного состояния в жидкое) и нижнем (когда глина теряет пластичность) преде лах ее текучести. По промывистости полезные ископаемые подразделяются на три группы: труднопромывистые, в кото рых глина представлена вязкой, с трудом поддающейся раз рушению формой и числом пластичности более 15; среднепромывистые — с вязкой глиной, сравнительно легко поддаю щейся разрушению и числом пластичности от 7 до 15; легкопромывистые — с песчаной глиной и числом пластичности от 1до 7.
Интенсивность дезинтеграции и промывки зависит как от физического состояния материала и его промывистости, так и от размывающей способности воды и интенсивности механи ческого воздействия в применяемых машинах и устройствах. Предварительное размачивание глины, увеличение расхода и подогрев (до 40°) промывной воды, добавка реагентов (жид кого стекла, соды и др.), вызывающих диспергацию (пептизацию) глинистых частиц, повышают эффективность и снижа ют продолжительность размыва глины.
Дезинтеграцию и промывку полезных ископаемых прово дят в аппаратах барабанного, корытного, комбинированного и башенного типов, а также с использованием плоских про сеивающих поверхностей.
К промывочным аппаратам с тоской просеивающей по верхностью относятся желоба, гидравлические вашгерды, лот ки, вибрационные грохоты и мойки. Дезинтеграция и промыв ка на них осуществляется при движении материала по просе ивающей поверхности в потоке под действием напорных по даваемых под давлением 1,5— 2,0 атм струй воды, вытекаю
щих с большой скоростью из насадок (брызгал) особой кон струкции. Отмытая мелочь удаляется вместе с водой через ко лосники, решетки или сита. В вибрационных промывочных машинах типа ВМИ между двух желобов с перфорированным днищем расположен вибратор инерционного типа, сообщаю щий им поперечные круговые колебания и за счет этого ин тенсифицирующий процесс дезинтеграции и промывки мате риала. Расход воды в аппаратах составляет от 10 до 30 м3 на 1м3 исходного материала.
Акустическая промывочная машина типа МПА-100 (рис. 11.2, а), разработанная в МГТУ, имеет рабочую камеру 3, осна щенную последовательно соединенными плоскомембранными гидропневматическими излучателями с нижними активными мембранами 4 и верхними пассивными мембранами 5, коле бания которых вызываются сжатым воздухом, поступающим через золотниковые устройства 12, связанные с ресивером 13 и системой пневматического питания 14, в подмембранные объемы б по патрубкам 11. Рабочая камера 3 снабжена пат рубком 7 для предварительного заполнения ее водой и кре пится на несущей конструкции 10 посредством виброизолято ров 9. Промываемый материал поступает в рабочую камеру через загрузочное отверстие 1 и дезинтегрируется в ней под действием колебаний. Пески при этом удаляются через раз грузочное устройство 8, а слив — через патрубок 2. Машина является эффективным промывочным аппаратом, обладает хорошими технико-экономическими показателями; недостат ком ее является сложность конструкций.
К промывочным аппаратам барабанного типа произво дительностью до 250 т/ч относятся барабанные грохоты, бу тары, скрубберы, скруббер-бутары, гравиемойки-сортировки и вибромойки. Дезинтеграция материала крупностью до 300
ммв них осуществляется за счет трения кусков друг о друга и
одвижущиеся поверхности машины, а также частично за счет удара кусков и резания о полки внутренней поверхности ба рабана.
Барабанный промывочный грохот (ГБ) представляет собой вращающийся на роликах перфорированный наклонный ба рабан (D :L = 1 1,5), внутрь которого подается исходный мате
риал и вода из брызгал под давлением 1,5— 4,0 кгс/см2. Отмы тый глинистый материал вместе с водой удаляется через от верстия в корпусе грохота, а отмытые пески, руда или уголь разгружаются в конце барабана.
Бутары отличаются от барабанных грохотов большей дли ной {D ' . L J X O 1:4), наличием внутри барабана кольцевых поро гов, металлических ребер и иногда цепей для лучшей дезинте грации промываемого материала. Некоторые бутары имеют барабан конической формы.
Скрубберы (рис. 11.2, б) в отличие от барабанных грохо тов и бутар имеют глухие барабаны с торцевыми стенками и горловинами для загрузки и разгрузки материала. Внутри ба рабана закреплены дезинтегрирующие и перемешивающие ус тройства, располагающиеся по винтовой линии и обеспечи вающие продвижение кускового материала к разгрузочному концу. Отделение шламов от зернистой части производят в других аппаратах.
Скруббер-бутары (рис. 11.2, в) представляют собой ком бинацию скруббера и конической или цилиндрической бута ры. Материал дезинтегрируется в скрубберной части аппара-
Р и с . 1 1 .2 . С х е м ы п р о м ы в о ч н ы х а п п а р а т о в :
а — М П А * 100; б — скруббера; в — скру б б ер -б у тар ы
та и переходит в бутару для отделения шламов от зернистой части. Скруббер-бутары, как и скрубберы, устанавливают го ризонтально или под углом до 7°
Гравиемойка-сортировка отличается от скруббер-бутары только тем, что в ней вместо бутары установлены внутренний и наружный сортировочные барабаны (с различной величи ной отверстий в них). Расход воды, как и в других промывоч ных аппаратах барабанного типа, составляет 2—6 м3/т промы ваемого материала.
Вибрационные промывочные машины (типа СМД, «Дра гой») представляют собой длинные барабаны (трубы), подве шенные на пружинах к раме и приводимые в круговое вибра ционное движение, вызывающее интенсивное трение зерен и хорошую их дезинтеграцию. Шламы удаляются через перфо рированный участок разгрузочного конца труб. Расход воды не превышает 2 м3/м3 исходного материала.
К промывочным аппаратам корытного типа (рис. 11.3) от носятся лопастная корытная, песковая, бичевая мойки и ком бинированная бутаро-реечная промывочная машина, по сво ему устройству напоминающие механические классификато-
Р и с . 1 1 .3 . |
С х е м ы н а к л о н н о й (а ) и г о р и з о н т а л ь н о й |
(б ) м а ш и н к о р ы т н о й м о й |
к и , б у т а р |
о - р е е ч н о й м а ш и н ы (в ) и б и ч е в о й м о й к и |
(г) |
ры. Они состоят из наклонного (рис. 11.3, а) или горизонталь ного (рис. 11.3, б) корыта, по продольной оси которого распо ложены один или два вращающихся навстречу друг другу ва ла с насаженными на них лопастями (в корытных мойках), бичами-билами (в бичевых мойках) или спиралями (в песко вых мойках), обеспечивающими интенсивное перемешивание, дезинтеграцию и перемещение промытого материала вверх по дну корыта к разгрузочному концу. Шламы разгружаются че рез сливной порог в нижнем конце корыта. В комбинирован ной бутаро-реечной машине (рис. 11.3, в) материал для про мывки поступает в бутару 1, просев которой промывается и разделяется на пески и шламы в реечном классификаторе 2. В результате этого получают три продукта: крупнокусковой — из бутары, пески и шламы — из реечного классификатора. В бичевой мойке (рис. 11.3, г) дезинтеграция материала осущест вляется последовательно в первых двух отделениях; в третьем отделении, разделенном на ряд камер, отмытый материал под вергается дополнительной промывке путем последовательной перегрузки его колесным элеватором с перфорированными ковшами из предыдущей камеры в последующую. Достоинст вами корытных моек являются большая производительность, простота и надежность конструкции; недостатками -— огра ничение крупности материала в питании (не более 75— 100 мм) и измельчение хрупких полезных минералов.
Промывочная башня (рис. 11.4, а) представляет собой ци линдрическую емкость 2 (диаметром 5—10 м и высотой 10—20 м)
а |
6 |
Рис. 11.4. Схемы промывочной баш ни (я) и оттирочного скруббера про пеллерного типа (б)
с конусным основанием 3 и шлюзом 4. Руда в нее загружается сверху, а вода и воздух под давлением подаются через сопла снизу. Промытая руда из нижней части башни разгружается аэролифтом 5 в деаэрационную камеру 7, а затем в сгусгательную воронку б, слив которой возвращается в башню. Глини стые шламы удаляются через сливной порог 1 в верхней части башни. Преимуществами промывочных башен являются хо рошая отмывка легкоразмокаемых глин, сравнительно слабое Истирание руды и низкие потери ценных компонентов со сли вом, что имеет важное значение при промывке хрупких, на пример марганцевых, руд.
Использование вида промывочных аппаратов зависит от Промывистости исходного сырья. На практике обычно при меняют для легкопромывистого сырья, загрязненного супеся ми, торфом, землей и илами, аппараты с плоской просеиваю щей поверхностью, барабанные грохоты с орошением водой, гравиемойки-сортировки, бутары; для среднепромывистого сырья, загрязненного суглинками, — различного типа корытные мойки, скрубберы диаметром до 2 м, бутары и вибро мойки (типа ВМИ и «Драгон»); для труднопромывистого сы рья, представленного крупнокусковым материалом, — скруб беры большого диаметра и с повышенным числом оборотов; для материала с кусками средней крупности (40— 150 мм) — скрубберы и вибромойки типа СМД; для мелкого материала (до 20 мм) — корытные мойки.
11.1.Ц. Обогащение с оттиркой полезных ископаемых
В процессе оттирки происходит интенсивный износ (ис тирание) поверхностных пленок на минералах, препятствую щих процессу обогащения или резко снижающих качество кон центратов. В результате оттирки поверхностные покрытия отделяются в виде тонких частиц, крупность же частиц полез ных ископаемых существенно не изменяется. Для разделения тонких и крупных частиц используется классификация или тонкое грохочение.
Оттирку используют при переработке стекольных (квар цевых) и формовочных песков, горного хрусталя, полевых и
хромитовых шпатов, при подготовке к флотации окисленных угольных шламов и черновых алмазных концентратов перед их обогащением на жировых поверхностях. Ее осуществляют механическим, ультразвуковым и комбинированным способа ми, а также газоструйным измельчением.
Например, для избирательной оттирки механическим спо собом с поверхности зерен кварца пленок гидроокиси железа
— «ржавчины» и других примазок — при обогащении сте кольных песков используется оттирочный скруббер пропел лерного типа (рис. 11.4, 6). Оттирка происходит в результате интенсивной циркуляции плотной пульпы, содержащей 40—80 % твердого, и взаимного трения частиц друг о друга при высо кой частоте вращения (до 500 мин"1) вала-ротора 4 с резино выми лопастями 2, 3 в гуммированном цилиндрическом кор пусе 5.
Механический способ оттирки позволяет очищать только открытую поверхность минеральных зерен, но не позволяет удалять покрытия из микротрещин. Это достигается примене нием ультразвукового способа оттирки. Для повышения степе ни очистки ультразвуковую обработку материала в специаль ной ванне с последующей классификацией его проводят в не сколько приемов. Комбинация механического и ультразвуко вого способов оттирки позволяет достигать высокой степени очистки поверхности минералов. В настоящее время разрабо тан, например, аппарат с конусной ребристой мешалкой, соз дающей в зазоре 1—2 мм высокочастотные колебания, близ кие к ультразвуковым. Интенсификация процесса оттирки может достигаться за счет химического растворения и пони жения прочности покрытий при использовании реагентов (хлорида натрия, соды, извести и др.).
Эффективное удаление пленок гидроокиси железа с поверх ности циркона возможно в процессе газоструйного самоизмельчения. Разупрочнение (растрескивание) пленок, благодаря раз нице в коэффициентах термического расширения циркона и материала пленок, происходит при нагревании, а отделение их от поверхности зерен — в результате трения между части цами во встречном потоке газовых струй.
Избирательное термическое разрушение полезных иско паемых достигается в процессах декрипитации и термической диссоциации минералов.
Декрипитация основана на способности некоторых мине ралов разрушаться при нагревании и последующем быстром охлаждении или только при нагревании. К таким минералам относятся сподумен, флюорит, альбит, барит, кальцит, камен ная соль, кианит, силлиманит, отдельные виды слюд и другие минералы. Температура растрескивания их различна и нахо дится в пределах 400— 1100 °С.
Разрушение минералов при декрипитации может быть обусловлено следующими причинами:
• переходом кристаллов минералов из одной модифика ции в другую. Например, из a -модификации в р-модифи- кацию с увеличением объема кварц переходит при температу ре выше 846 °С, а сподумен — при 1100— 1200 °С;
•наличием в некоторых минералах кристаллизационной воды, которая при нагревании интенсивно удаляется, вызывая сильные внутренние растягивающие напряжения;
•различиями в теплопроводности и коэффициентах теп лового расширения при изменении температуры, приводящи ми к сильным разрывным напряжениям и растрескиванию ми нералов. Например, при подогреве до 508— 543 °С происходит отделение путем растрескивания зерен и агрегатов скрыто кристаллического графита от прослоек породы с пониженной крепостью.
В результате декрипитационного разрушения происходит концентрация извлекаемого компонента в узких классах круп ности, для отделения которых используется грохочение или классификация. Наиболее широко декрипитация используется при обогащении сподуменовых руд, которые после обжига при температуре 1100— 1200 °С охлаждают, осторожно измель чают в шаровой мельнице с резиновой футеровкой и подают на тонкое грохочение (по 0,2 мм) или воздушную сепарацию для отделения мелкого сподуменового концентрата от круп-
ных породообразующих частиц, сохраняющих свою первона чальную крупность.
Избирательное разрушение термической диссоциацией при меняют при обогащении руд, породная часть которых пред ставлена в основном карбонатами (МеСОз) кальция и магния, а ценные компоненты — термически устойчивыми минерала ми (пирохлором, фторапатитом и др.).
Термическая диссоциация кальцита начинается при тем пературе 900—910 °С, магнезита — при 670 °С и протекает по реакции:
МеСОз(т)-*-МеО(т) + С 02(г> с образованием окиси (МеО) кальция или магния и углекислого газа (ССЬ).
При гашении водой протекает реакция МеО(Т) + Н20 -> Ме(ОН)2 + Q
с вьщелением тепла Q, и куски огарка рассыпаются в рыхлую массу гидрооксида Ме(ОН)2, который при интенсивном пере мешивании и иногда оттирке достаточно полно (до 96 %) пе реводится в тонкодисперсное состояние и может быть отделен от неизмененных зерен ценных компонентов классификацией.
В промышленных условиях обогащение по крупности с из бирательным разрушением породы термической диссоциацией используется в ряде стран при переработке карбонатно-фос фатных и карбонатно-марганцевых руд. Показана перспектив ность его применения также при обогащении осадочных редкометалльных и карбонатно-фосфоритных руд.
Мелкая руда (не крупнее 5 мм) обжигается при темпера туре 1170— 1320 К в многозонных печах кипящего слоя, более крупная руда (цо 30—40 мм) — обычно в трубчатых враща ющихся печах. Для улучшения удаления гвдрооксидов каль ция и магния используется большое количество воды иногда с добавлением солей аммония.
11.1.6. Обогащение с избирательным увеличением размеров извлекаемых компонентов
Обогащение с избирательным увеличением размеров из влекаемых компонентов основано на различии в пластично сти и температуре плавления разделяемых компонентов.
Различия в пластичности используются, когда размеры частиц пластичного компонента при дроблении или измель чении увеличиваются, а частицы породы — уменьшаются. Это наблюдается, например, при дроблении и измельчении руд са мородных металлов (золота, меди, платины), техногенных ма териалов, шлаков плавки цветных и черных металлов.
Дробление шлаков и техногенных материалов осуществля ют в валковых дробилках, обеспечивающих не только разру шение хрупких компонентов, но и прокатку металлических ча стиц с увеличением их размера. Другие типы дробилок мало пригодны для этих целей: щековые и конусные дробилки за биваются металлом, молотковые не приводят к изменению раз меров металлических частиц. Избирательное увеличение раз меров металлических частиц малой крупности достигается при измельчении в стержневых и шаровых мельницах. При измель чении в стержневой мельнице металлические частицы приоб ретают форму стерженьков, а в шаровых — пластинчатую фор му. Отделение металлических частиц после избирательного уве личения их размеров осуществляют после дробления на гро хотах, после измельчения тонким грохочением.
Различия в температурах плавления разделяемых компо нентов с увеличением размеров частиц извлекаемого компо нента используются при переработке тонковкрапленных труднообогатимых серных руд. При этом используется различие в температуре плавления серы и вмещающих пород. Измель ченная до -0,6 мм руда в виде пульпы, содержащей 40—50 % твердого, нагревается до температуры плавления серы, тонкие капельки которой сливаются (коалесцируют) в более круп ные. Процессу коалесценции капелек серы способствует не большая частота вращения мешалки, а сохранению большой величины образующихся гранул серы при охлаждении пульпы
— ограничение скорости охлаждения до 2 °С/мин, чтобы ис ключить декрипитационное разрушение гранул серы. Терми ческая обработка серосодержащих продуктов позволяет вскрывать сростки практически без изменения гранулометри ческого состава минералов породы. Последующее грохочение на сите 0,8 мм позволяет получать концентраты, содержащие 96—98 % серы.