книги / Переработка, обогащение и комплексное использование твердых полезных ископаемых. Обогатительные процессы и аппараты

Процессы обогащения по форме, трению и упругости ос_ нованы на различиях в эффекте взаимодействия зерен, отличающихся формой, коэффициентом трения или упругость^ с рабочей поверхностью сепаратора. В настоящее время они При­ меняются для получения высококачественных заполнителей для бетона из неравнопрочных пород, кондиционных продуктов Из слюдосодержащего, асбестсодержащего сырья и некоторых дру­ гих целей. Развитие данной группы процессов связывают с но­ выми способами направленного изменения свойств рабочей поверхности сепараторов.

11.2.1. Обогашение по Форме

Обогащение по форме использует различия в форме час­ тиц минералов, пород, руд и углей, обусловленные генезисом их образования, кристаллохимическими и физическими свой­ ствами минералов, особенностями работы дробилок. Так, на­ пример, при дроблении горных пород на щебень в продуктах дробления появляются частицы «лещадной» (пластинчатой) фор­ мы, которые при использовании щебня в качестве заполните­ ли бетона снижают его прочность. При обогащении использу­ ются свойства, вытекающие из различий в форме разделяе­ мых частиц.

Для выделения частиц пластинчатой или продолговатой формы может быть использовано грохочение на специальных или профилированных поверхностях. Так, удаление частиц «ле­ щадной» формы из щебня достигается на резинострунных про­ сеивающих поверхностях. Для выделения пластин слюды через щель необходима их ориентация перпендикулярно или наклон­ но к просеивающей поверхности, что достигается применени­ ем просеивающей поверхности из уголков (рис. 11.5, а), часто снабженных вертикальными перегородками (рис. 11.5, б). Такая профилированная поверхность используется, например, в гро­ хоте СМ-13, применяемом в качестве основного обогатительно­ го аппарата для получения слюды в забое (забойного сырца).

В барабанном грохоте (рис. 11.5, в) предусматривается, на­ оборот, удержание частиц плоской формы на просеивающей

Рис. 11.5. Схемы сепараторов для обогащ ения по форме:

а— крышевидного грохота; 6 — крышевидного грохота с вертикальными перегородками;

в— барабанного грохота с удержанием частиц плоской формы за счет разряжения

поверхности 2. Исходный материал (-300 мм) на нее подают по желобу 6. При вращении грохота валом 3 мелкие округлые зерна породы (-20 мм) удаляются в виде подрешетного про­ дукта 5, крупные — в виде надрешетного, а плоские частицы под действием отсасываемого из-под кожуха 1 воздуха прижи­ маются к конической поверхности 4 грохота. На выходе из зо­ ны разряжения, фиксированной уплотнителями 8, плоские ча­ стицы отрываются от поверхности барабана и удаляются из грохота по лотку 7

11.2.2. Обогащение по упругости

Обогащение по упругости основано на разнице траекто­ рий, по которым отбрасываются частицы минералов, имею­ щих различную упругость, при падении на плоскость. Посколь­ ку наибольшая разница наблюдается в среде с малой вяз­ костью и плотностью, то процесс обогащения по упругости осуществляется в воздушной среде, т. е. является «сухим». Наи-

Рис. 11.6. Схема вибраци­ онного сепаратора с под­ вижной рабочей поверх­ ностью (а) и сепаратора с неподвиж ной рабочей поверхностью (б) для о б о ­ гащения по упругости

более часто он при­ меняется при обога­ щении строительных материалов (в первую очередь щебня и

гравия), упругость и прочность зерен которых тесно связаны. Различия в скорости и высоте отскока зерен разной упру­

гости при прямом центральном ударе их о поверхность ис­ пользуются в вибрационном сепараторе (рис. 11.6, а), представ­ ляющем собой трехсекционный короб, днище центральной ча­ сти которого выполнено из упругой вибрирующей сетки 5. При подаче питания на нее куски 2, имеющие большую упругость, подскакивают до уголкового отражателя I и, отражаясь от не­ го, попадают в приемники 4. Куски 3, имеющие малую упру­ гость, поднимаются на меньшую высоту и, не достигая угол­ кового отражателя 1, остаются в центральной секции сепара­ тора, разгружаясь на сходе с нее.

Для обогащения по упругости применяют также сепара­ торы с наклонной стальной плитой (фис. 11.6, б), на которую материал из бункера 1 подают вибропитателем 2 монослоем. Падая на плиту, более упругие частицы отражаются от нее под большим углом с большей скоростью и попадают в при­ емник концентрата 4, а менее упругие и менее прочные отра­ жаются незначительно и попадают в приемники промпродукта 5 или отходов <5. Большая дисперсия дальности отскока частиц, обусловленная неправильной формой кусков, приво­ дящей к косому удару и уменьшению дальности отскока, по­ зволяет применять этот метод для разделения компонентов, имеющих округлую форму (как, например, у гравия) и значи­ тельное различие в прочности.

Известно о применении обогащения по упругости для от­ деления щебня от глины с подачей исходного материала на пе­ риодически смачиваемую водой поверхность вращающегося диска.

11.2.3. Обогащение по упругости и трению (или контактной прочности)

Обогащение по упругости и трению используют при по­ лучении прочного щебня для изготовления высокомарочных бетонов из неравнопрочных известняковых пород. В основу сепараторов положена зависимость, по которой с увеличени­ ем прочности известняков их коэффициент трения уменьша­ ется, а упругость возрастает. В сепараторе Н.К. Тимченко (рис. 11.7, а) материал из бункера-питателя 1 поступает в стабили­ затор траектории 2, позволяющий смещать точку подачи ма­ териала на барабан 3 относительно его оси на величину а. Прочные и упругие частицы, падая на барабан, отскакивают от него в приемник 4. Непрочные и глинистые частицы, име­ ющие малую упругость, но большой коэффициент трения, уно­ сятся барабаном в приемник 5.

Разделение по упругости и контактной прочности приме­ няется при обогащении тальковых руд. В сепараторе конст­ рукции ВНИИнеруда (рис. 11.7, 6) исходный материал пода­ ется питателем 1 через стабилизатор траектории частиц 2 на вращающийся зубчатый барабан 3. Более прочные и упругие куски породы при этом сильно закручиваются и отбрасы­ ваются на наклонную рифленую поверхность 5, двигаясь по которой они попадают в приемник 6. Частицы талька, имею­ щие меньшую контактную прочность и упругость, получают меньшую скорость вращения, так как зубья 4 барабана сми­ нают их поверхность, отбрасываются слабее, чем породные частицы, на наклонную поверхность 5 и поэто­ му скатываются с нее в приемник 7.

Рис. 11.7. Схемы одн обар а ­ банных сепараторов Н.К. Тим­ ченко (а) для обогащ ения по трению и упругости и кон ­ струкции В Н И И неруда (6) для обогащ ения по упруго­ сти и контактной прочности

11.2.4. Обогащение по тоенто и Форме

Обогащение по трению и форме основано на использова­ нии различий в скоростях движения разделяемых частиц, об­ ладающих разными коэффициентами трения, по рабочей по­ верхности под действием силы тяжести или центробежных сил.

Процесс осуществляется в воздушной среде. Поскольку ве­ личина коэффициента трения определяется в основном фор­ мой частиц, то эффективность процесса будет возрастать с уве­ личением различий не только в коэффициенте трения, но и ко­ эффициенте формы разделяемых частиц. Если плоские части­ цы скользят по наклонной плоскости, то округлые частицы по ней катятся, и коэффициенты трения в этих случаях будут су­ щественно различны. Уменьшение крупности частиц резко уве­ личивает коэффициент трения, поэтому для эффективного раз­ деления необходима узкая шкала классификации материала по крупности, модуль которой обычно не превышает 2. На предварительную классификацию и обогащение направляют материал крупностью -100 +10(12) мм. Для обогащения при­ меняют устройства с неподвижной, вибрирующей, движущей­ ся и комбинированной рабочими поверхностями.

Аппараты с неподвижной рабочей поверхностью. К наи­ более простым из них относится сепаратор типа «Горка» (рис. 11.8, а). При обогащении, например, асбестовых руд на пло­ скости А выделяют чистую породную составляющую, на пло­ скостях Б и В — промпродукты и концентрат.

При использовании плоскостных сепараторов (рис. 11.8, б), например для обогащения слюд, куски породы из-за более ок­ руглой формы и меньшего, чем у слюды, коэффициента тре­ ния разгоняются до больших скоростей и, перелетая при по­ мощи отражателей 1 через щель 2, разгружаются в конце пло­ скости. Куски слюды, имея пластинчатую форму, движутся по наклонной плоскости медленнее кусков породы и провалива­ ются в щель. В другой конструкции плоскостного сепаратора (рис. 11.8, в) используется не только различие в коэффициен­ тах трения разделяемых частиц, но и парусность плоских час­ тиц. Сепаратор имеет разгонную 1 и перфорированную 2 пло­ щадку, соединенную с разгрузочной щелью 4 каналом 6, в ко­ тором установлен вентилятор 5. Поддув воздуха через перфо­

рированную площадку 2 позволяет приподнять имеющие по­ вышенную парусность плоские частицы над отражательным выступом 3, а забор воздуха из щели 4 (при герметизации раз­ грузочного устройства 7) приводит к селективному засасыва­ нию их в щель. Округлые частицы ударяются о выступ 3, пе­ рескакивают щель и выводятся в приемник 8. Различие в ко­ эффициентах трения и парусности частиц плоской и округлой формы используется также в полочном сепараторе (рис. 11.8, г), предназначенном для разделения смеси слюды и граната круп­ ностью менее 5 мм. При подаче материала на полку 1 округ­ лые частицы при подходе к трамплину 2 развивают гораздо более высокую скорость, чем плоские, из-за значительной раз­ ницы в коэффициенте трения качения зерен граната и сколь­ жения частиц слюды. Различие в скоростях их движения еще более возрастает у порога трамплина, который округлые зер­ на граната перескакивают и попадают в приемник 3, а пла­ стинки слюды из-за малой скорости движения и парусности засасываются в бункер 4, соединенный с всасывающим патруб­ ком 5 вентилятора. Лотково-барабанный сепаратор (рис. 11.8, д) является разновидностью плоскостного (см. рис. 11.8, б).

Винтовой сепаратор трения имеет рабочую спираль без борта и по внешней стороне ее — желоб с бортом для сбора зерен с небольшим коэффициентом трения, которые при дви­ жении развивают высокую скорость и сходят с рабочей спира­ ли. Достоинствами сепараторов с неподвижной рабочей по­ верхностью являются отсутствие движущихся частей и возмож­ ность визуального контроля; недостатками — нестабильность их работы, истираемость материала и невозможность получе­ ния кондиционных продуктов.

В вибрационном сепараторе трения (рис. 11.8, е) рабочей по­ верхности колец 2 сообщаются направленные круговые виб­ рации. При обогащении асбестсодержащих продуктов матери­ ал подается на перфорированный диск 1, служащий для дезин­ теграции и распределения материала по поверхности вибри­ рующих колец. Волокнистые частицы асбеста под действием сил инерции и трения поднимаются и разгружаются через верхний край кольца; частицы породы, имеющие малый коэф­ фициент трения, скатываются с него, поступая на нижнее коль­ цо и в приемник породы 3.

Рис. 11.8. Схемы сепараторов для обогащ ения по трению и форме:

а — с неподвижной поверхностью «Горка»; 5 — плоскостной с отражателями и щеля­ ми; * — плоскостной для обогащения по форме и парусности; г — полочный с трам­ плином; д — лотково-барабанный; е — вибрационный

Аппараты с движущейся рабочей поверхностью. В ленточ­ ных сепараторах трения (рис. 11.9, а), применяемых для раз­ деления абразивных порошков по форме и отделения мелкого технического граната от пластинок слюды, частицы с меньшим коэффициентом трения скатываются с ленты в приемник 1, а с большим — увлекаются лентой в приемник 2. В барабанном сепараторе трения (рис. 11.9, б) движение продуктов разделе­ ния аналогично движению их на ленточном сепараторе. В дис­ ковых сепараторах трения (рис. 11.9, в) интенсификация про­ цесса разделения достигается за счет использования центро­ бежных сил. Под действием их частицы с меньшим коэффи­ циентом трения отбрасываются к наружному краю металли­ ческого диска и разгружаются в первый по его ходу желоб, с большим — в следующий желоб, с самым большим коэффи­ циентом трения — в последний желоб. При диаметре диска

Рис. 11.9. Схемы сепараторов с движущ ейся рабочей поверхностью для обогащ ения по трению и форме:

а — ленточньС; б — барабанный; в — дисковы"

1,0— 1,5 м производительность сепаратора составляет 4— 15 т/ч. Для увеличения производительности на общем валу устанав­ ливается несколько дисков (один над другим).

11.3. Адгезионны е процессы обогащ ения

Адгезионные процессы обогащения являются разновид­ ностью флотационных процессов. Они основаны на различии в физико-химических свойствах разделяемых минералов, при­ водящих к избирательному закреплению частиц на границе раздела фаз жидкость — газ и газ — твердое.

11.3.1. Обогащение на жировых поверхностях

Процесс обогащения на жировых поверхностях использу­ ется в основном для извлечения алмазов при переработке чер­ новых алмазных концентратов крупностью более 0,5 мм. При течении пульпы по жировому покрытию гидрофобные алмаз­ ные частицы прилипают к поверхности, а гидрофильные час­ тицы породы сносятся потоком воды в хвосты.

В качестве жира применяют смесь масел (петролиума, ма­ шинных масел, вазелина, парафина и др.), обеспечивающая жировому покрытию при рабочих температурах величину со­ противления сдвигу в пределах 780—2940 Па. Для дополни­ тельной гидрофобизации поверхности алмазных частиц мо­ жет использоваться смесь аполярных и гетерополярных соби­ рателей (автола, олеиновой кислоты, катионных собирателей

Селективный нагрев компонентов смеси достигается бла­ годаря различию в оптических, тепловых, электрических свой­ ствах, а также пористости при использовании источников ин­ фракрасного, индукционного, сверхвысокочастотного нагре­ ва. Селективное закрепление нагретых до различной темпера­ туры компонентов осуществляется на термочувствительной по­ верхности за счет ее размягчения нагретой частицей (до точки пластификации) и закрепления этой частицы при охлаждении места контакта частицы и термочувствительной поверхности.

Промышленное применение получил способ селективного нагрева, использующий различия в прозрачности разделяемых компонентов. Показана его применимость для отделения силь­ но нагревающихся непрозрачных минералов (сульфидов, гра­ фита, хромита, касситерита, турмалина, биотита, вольфрами­ та и др.) от встречающихся с ними ненагревающихся минера­ лов: кварца, кальцита, флюорита, галита, сильвина, криоли­ та, каолина, витерита, боксита, магнезита, стронцианита и др.

Сепаратор (рис. 11.10, 6) конструкции «Беттелл Мемори­ ал» (США) используют для удаления из каменной соли сопут­ ствующих минералов — доломита и ангидрита. Селективный нагрев материала в процессе отсева из него мелочи (-6 мм) на барабанном грохоте 1 (диаметром 2,4 м и длиной 7,3 м) осу­ ществляется лампами инфракрасного излучения 2 общей мощ­ ностью 120 кВт (240 шт.), после чего его подают монослоем при помощи формирователя потока 3 (качающегося питателя и ускорительного желоба) на конвейер 5 (шириной 1 5 м и дли­ ной 6,7 м). Ленту покрывают смесью полимеров «Пикколастис» А-25 и А-50 для получения температуры пластификации термопластичного слоя от 25 до 50 °С, обеспечивающей дос­ таточно эффективное закрепление на нем минеральных при­ месей. Очищенная каменная соль (галит) разгружается с кон­ цевого барабана. Минеральные примеси, прилипшие к ленте, движущейся со скоростью 5,3 м/с, счищают щеткой б. Поверх­ ность термопластичного слоя регенерируется устройством 4. При производительности сепаратора 32 т/ч и расходе полимер­ ной смолы 0,45 г/т себестоимость обогащения 1т исходного ма­ териала не превышает 0,33 долл.