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

ной восприимчивостью или диэлектрической проницаемостьд, в этом случае действуют соответственно лоренцовы, Магнитке или электрические силы, определяющие совместно с силами тяжести погружение или выталкивание зерен из жидкости.

В качестве сепарирующей жидкости используются элек­ тролиты — водные растворы повареной соли, кислот, щело­ чей, солей меди и железа. Изменением величины тока в элек­ тролите или обмотках электромагнита можно изменять эффек­ тивную (кажущуюся) плотность жидкости в широких преде­ лах (от 1 до 10 т/м3), создавая хорошие возможности для гра­ витационного обогащения различных минеральных комплексов.

Исходный матери­ ал в установку для МГД-сепарации (рис. 11.13) подается питате­ лем 1 через разделитель­ ный канал 2, располо­ женный в зазоре между полюсами электромаг­ нита 3. Электролит из сборника 4 насосом 5 подается в загрузочную часть канала. Ток под­ водится к электролиту

через электроды б, ус­

Рис. 11.13. Схема установки МГД-сепарации тановленные в канале,

продукты разделения поступают в приемники 7 с сетками для дренажа электролита.

Трудности использования процесса МГД-сепарации свя­ заны с вихревым характером лоренцовой силы. Возникающие возле частиц локальные вихревые течения, а также циркули­ рующие течения на входе и выходе сепаратора существенно затрудняют разделение частиц. Для широкого промышленно­ го использования процесса необходимо проведение работ так­ же по сокращению расхода электроэнергии, увеличению про­ изводительности сепаратора, снижению химической агрессивносги электролитов и их стоимости.

12

ОБЕЗВОЖИВАНИЕ ПРОНУ КТОВ ОБОГАЩЕНИЯ

12.1. Назначение и оБшая характеристика процессов и п р о о у к т о в обезвоживания

Обезвоживанием называется разделение твердой и жидкой фаз. Ему могут подвергаться не только конечные, но и про­ межуточные продукты обогащения, осуществляемого обычно в водной среде. Причинами обезвоживания являются: необходи­ мость снижения затрат на транспортирование продуктов обо­ гащения (концентратов); переход от мокрых процессов обога­ щения к сухим или к операциям, требующим меньшей разжи­ женности пульпы; необходимость организации на фабрике полного водооборота с целью снижения себестоимости про­ дукции и охраны окружающей среды.

Для обезвоживания крупнозернистого и кускового мате­ риала достаточно операции дренирования, при которой избы­ ток воды удаляется самотеком. Из тонкозернистого материа­ ла вода удаляется значительно труднее и для его обезвожива­ ния обычно требуется несколько последовательных операций:

сгущение или центрифугирование (до влажности 30—50 %) пу­ тем осаждения частиц под действием силы тяжести или цен­ тробежных сил; фильтрование (до влажности 10— 15 %) путем отделения твердых частиц от жидкости пропусканием пульпы через пористые перегородки; сушка (до влажности 0,5—5,0 %) для удаления влаги под действием температуры.

В зависимости от содержания влаги различают продукты обогащения и обезвоживания: мокрые, из которых вода (сво­ бодная, гравитационная) может свободно стекать под дейст­ вием сил тяжести; влажные, содержащие капиллярную и пле­ ночную воду, удерживаемую между минеральными частица­

ми; воздушно-сухие, содержащие гигроскопическую влагу, удер­ живаемую поверхностью частиц, и сухие, содержащие только кристаллизационную влагу.

12.2. Д ренирование

Дренирование представляет собой процесс естественной фильтрации жидкости через промежутки между твердыми ча­ стицами или кусками под действием силы тяжести. Оно ис­ пользуется для обезвоживания кускового и крупнозернистого материала в штабелях, бункерах, обезвоживающих элевато­ рах, механических классификаторах и на грохотах.

Обезвоживание в штабелях крупнокускового материала (до 150—200 мм) с нижним пределом крупности 0,1— 1 мм про­ изводится на дренажных складах, представляющих собой же­ лезобетонные сооружения большой вместимости с наклонным дном, в котором проложены дренажные канавы для отвода воды. Время обезвоживания мелкого материала (например, же­ лезного концентрата) достигает 24 ч после предварительного его сгущения в отстойниках.

Обезвоживание в бункерах обычно прямоугольной формы с пирамидальной нижней частью, оборудованной специальными затворами-выпусками с перфорированными отверстиями для стока воды, используется главным образом на углеобогати­ тельных фабриках для удаления воды из углей крупнее 0,6 мм.

Обезвоживанию в элеваторах с дырчатыми ковшами под­ вергается материал крупнее 2 мм в процессе его транспорти­ рования из обогатительных аппаратов или отстойников. Что­ бы предотвратить попадание воды из верхнего ковша в ниж­ ний и получить материал влажностью не более 25—30 %, эле­ ватор устанавливают под углом 60—70 % к горизонту.

Обезвоживание продуктов в механических (реечных и спи­ ральных) классификаторах происходит при их транспортиро­ вании по днищу классификатора. Влажность средне- и мелко­ зернистых железных концентратов и продуктов обогащения марганцевых руд после обезвоживания составляет 15—25 %.

Обезвоживанию на грохотах может подвергаться мате­ риал широкого диапазона крупности (от 0,35 до 300 мм и бо­ лее). Наиболее широко используются вибрационные, самоба­

лансные, резонансные и дуговые грохоты с щелевидными си­ тами. Встряхивание и перемещение материала по грохоту значительно интенсифицируют процесс дренирования воды.

12.3. Сгуш енпе

Сгущением называется процесс разделения твердой и жидкой фаз, основанный на естественном осаждении мине­ ральных частиц в жидкости под действием силы тяжести.

Осаждение частиц при сгущении подчиняется рассмотрен­ ным ранее (см. подразд. 3.3.1) законам стесненного падения твердых тел в жидкой среде. Скорость осаждения возрастает с увеличением крупности и плотности частиц, повышением тем­ пературы и разбавлением сгущаемой пульпы, вызывающих уменьшение ее вязкости. Тонкодисперсные частицы оседают медленно из-за малой скорости падения, броуновского движе­ ния и взаимного отталкивания при одноименном заряде их по­ верхности. По этим причинам оседание частиц меньше 0,1 мкм практически прекращается. Решение проблемы сгущения тон­ кодисперсных частиц достигается применением реагентов, вы­ зывающих их слипание или агрегацию в результате коагуля­ ции или флокуляции.

Коагуляция под действием сил Ван-дер-Ваальса происхо­ дит при уменьшении или нейтрализации заряда поверхности частиц при использовании неорганических реагентов (кисло­ ты, извести, железного купороса и др.). Флокуляция обуслов­ лена действием органических реагентов, вызывающих или гидрофобизацию поверхности частиц и стремление их при этом сократить поверхность контакта с более полярной жидкостью

— водой (при использовании реагентов-собирателей: ксантогенатов, жирных кислот, аминов и др.), или сцепление частиц «мостиками» полимерных молекул, закрепляющихся одновре­ менно своими полярными группами на разных частицах (при использовании реагентов-флокулянтов: полиакриламида, сепарана, суперфлока, полиокса и др.). Магнитная флокуляция ча­ стиц минералов, обладающих повышенной магнитной воспри­ имчивостью, обеспечивается созданием магнитного поля.

Рис. 12.1. Схема зон осаж дения пульпы в сгустителях (а) и конструкции одноярусны х радиальных сгустителей с центральным (б) и периферическим

(в)приводом

Внастоящее время сгущение производится в основном в цилиндрических (радиальных) сгустителях с механической раз­ грузкой осадка. При установившемся режиме в сгустителе мож­ но выделить (рис. 12.1, а): зону А осветленной жидкости, уда­ ляемой в слив; зону Б пульпы исходной плотности, в которой

происходит (в зависимости от содержания твердого) свобод­ ное или стесненное падение зерен; зону Г уплотнения, в кото­ рой дополнительное выделение жидкости происходит в ре­ зультате сжатия осадка под давлением находящегося выше материала; промежуточную зону В. Разгрузка сгущенного ма­ териала осуществляется медленно вращающимся в центре сгу­ стителя устройством, перемещающим осевшие твердые части­ цы к отверстию в средней части его днища. По расположению приводного механизма различают сгустители с центральным и периферическим приводом.

Сгуститель с центральным приводом может быть одноили многоярусным. Одноярусный радиальный сгуститель (рис. 12.1, 6) состоит: из цилиндрического чана 1 диаметром

от 2,5 до 50 м и глубиной от 1,5 до 5 м с горизонтальным (при малом диаметре) или коническим (при большом диамет­ ре) днищем и кольцевым желобом 2 для удаления слива; раз­ грузочной воронки 3, заглубленной по отношению к уровню слива примерно на 0,5— 1 м и снабженной металлической ре­ шеткой для гашения скорости потока и дефлектором — рас­ пределителем поступающей пульпы; механизма для разгрузки сгущенного продукта.

У сгустителей небольшого диаметра (до 18— 24 м) меха­ низм разгрузки осадка крепится на ферме 7. Он представляет собой вращающийся от привода 8 вал 5 с граблинами б в ви­ де крестовины с наклонными гребками (или в виде полуспиралей), позволяющими перемещать осадок к разгрузочному конусу 4 в центре днища. У сгустителей большего диаметра (до 50 м и более) вал заменяется сварной конструкцией, опи­ рающейся на центральную колонну. Для предотвращения по­ ломок механизма при перегрузках сгустителя, регистрируе­ мых указателем 10, вал вместе с граблинами может переме­ щаться в вертикальном направлении вручную или автомати­ чески механическим устройством 9.

Разгрузочный механизм сгустителей с периферическим при­ водом (рис. 12.1, в) диаметром до 100 м и глубиной до 7 м име­ ет вид рамы с гребками 3, которая опирается на центральную колонну 1 и монорельс 5, уложенный вкруговую на стенке ча­ на 6. У периферии рама заканчивается кареткой 4, на которой размещены электропривод, редуктор, приводной ролик и бал­ ласт для увеличения силы сцепления ролика с рельсом при вра­ щении рамы 2 вокруг центральной оси.

Окружная скорость движения граблин или гребковой ра­ мы у периферии составляет обычно 0,1 м/с; она уменьшается до 0,05 м/с при сгущении тонких шламов и возрастает до 0,2 м/с при сгущении грубозернистых пульп. Удельная производи­ тельность составляет при этом от 0,1 до 2 т/(м2 • сут) и только при сгущении магнетитовых и титаномагнетитовых концен­ тратов магнитной сепарации благодаря их магнитной фло­ куляции достигает 6—8 т/(м2 • сут).

Для откачки продукта, сгущенного до плотности 60—70 % твердого, из сгустителей малого диаметра применяют диафрагмовые насосы, а из сгустителей большего диаметра — центро­

бежные песковые насосы. Слив сгустителей используется в качестве оборотной воды. Для предотвращения потерь пены с ним при сгущении флотационных концентратов перед слив­ ным порогом устанавливают пеноотбойник (экран), заглуб­ ленный ниже уровня слива. Исходная пульпа поступает в сгу­ ститель по трубопроводу или желобу, проложенным по не­ подвижной ферме 7.

Рис. 12.2. Схема цилиндрического сгустителя с осадкоуплотнителем (л) и пластинчатого сгустителя (б)

В последнее время на угольных фабриках для сгущения шламов и хвостов флотации кроме радиальных сгустителей используются также цилиндроконические сгустители с осад­ коуплотнителем (рис. 12.2, а), состоящие из цилиндрической 1 и конической 2 частей, питателя 3, сливного кольцевого жело­ ба 4 и разгрузочного устройства 5 для сгущенного продукта. Цилиндрическая часть обеспечивает необходимую степень оса­ ждения тонких зерен, а коническая — уплотнение осадка до 80 % твердого при удельной производительности на 1 м2 по­ верхности несколько большей, чем у радиальных сгустителей.

Для сгущения рудных тонкодисперсных продуктов начи­ нают применять пластинчатые сгустители (рис. 12.2, б), пред­

ставляющие собой камеру 1, в которой установлены пакеты параллельных плоскостей 2 общей площадью до 1000 м2 из сте­ клопластика или нержавеющей стали, расположенных на рас­ стоянии 30—50 мм друг от друга под углом 25—60° к гори­ зонту. Это позволяет разделить поток на струи 4 с ламинар­ ным движением, значительно уменьшить путь оседания твер­ дых частиц и тем самым резко увеличить удельную произво­ дительность сгущения на горизонтальную площадь всех пло­ скостей. Твердые частицы оседают на наклонные плоскости, перемещаются вниз и удаляются через патрубок 5; осветлен­ ная жидкость поднимается вверх и сливается через патрубок 3. Разгрузка сгущенного продукта до 60—75 % твердого может быть автоматизирована; регулирование его плотности при этом может осуществляться с использованием гамма-лучей, ульт­ развука или электропроводности пульпы, а изменение скоро­ сти разгрузки — «наложением» на пакет пластин вибрации с малой амплитудой колебаний.

Для сгущения пульп, содержащих быстрооседающую твер­ дую фазу, например магнитную фракцию сепарации железных руд, применяют гидросепаратор, представляющий собой не­ высокий сгуститель с центральным приводом и используемый обычно как классифицирующий аппарат. Его использование позволяет совместить две операции — сгущение и удаление шламистых частиц породы, что очень важно при сгущении, например, магнетитовых и титаномагнетитовых концентра­ тов. Эффективность этих операций повышается при исполь­ зовании специальных магнитных дешламаторов, отличающих­ ся от гидросепараторов наличием намагничивающего устрой­ ства, состоящего из четырех катушек, расположенных в пита­ ющей воронке.

Для предварительного сгущения продуктов иногда исполь­ зуют пирамидальные отстойники и гидроциклоны, сливы ко­ торых поступают в радиальные сгустители, а сгущенные про­ дукты аппаратов обычно объединяются. В отстойниках пуль­ па поступает в головную часть и движется к сливному порогу на противоположной стороне. По пути движения пульпы твер­ дые частицы оседают в камеры и выпускаются через специ­ альные разгрузочные отверстия вручную через патрубки с кра­

нами, при помощи диафрагмовых насосов- и автоматически через шлюзовой питатель. Обезвоживающие гидроцикло^ы и мультициклоны устанавливают обычно перед сгустителем.

12.4. Ф ильтрование

Фильтрованием называется процесс разделения твердой и жидкой фаз пульпы с помощью пористой перегородки под действием разности давлений, создаваемой разряжением или избыточным давлением воздуха. Жидкая фаза при этом про­ ходит через пористую перегородку в виде фильтрата, а Твер­ дая задерживается на ее поверхности, образуя слой осадка — кека. Разность давлений в пресс-фильтрах создается подачей пульпы на фильтрующую перегородку под давлением выше атмосферного, а в вакуум-фильтрах — созданием вакуума за пористой перегородкой ниже 0,1 МПа. В качестве пористой перегородки используют синтетические, реже хлопчатобумаж­ ные и шерстяные ткани, иногда металлические сетки с отвер­ стиями 0,1—0,2 мм.

Для обезвоживания угольных и рудных суспензий на обо­ гатительных фабриках применяют преимущественно вакуумфильтры, которые по конструкции основного рабочего орга­ на разделяются на дисковые, барабанные и ленточные.

В дисковых вакуум-фильтрах (рис. 12.3, а) фильтрация осу­ ществляется через боковую поверхность фильтрующих элемен­ тов — секторов, закрепленных на вращающемся от привода 7 валу и образующих сплошной диск 2, погруженный нижней частью в ванну б с пульпой, подаваемой сверху или через ее днище. Мешалка 4, совершая качательное маятниковое дви­ жение вокруг вала 1, взмучивает пульпу. Каждый сектор (рис. 12.3, б, в) представляет собой обтянутую тканью фильтрую­ щую камеру 8 из дерева (см. рис. 12.3, б), металла (см. рис. 12.3, в) или синтетического материала, подсоединенную через патрубок 9 (с помощью шпильки, накладки и гайки) к про­ дольному каналу 10 пустотелого вала У конец которого вхо­ дит в обойму распределительной головки 3 (см. рис. 12.3, а). Чи­ сло секторов равно числу продольных каналов, которые при вращении вала (с частотой 0,13— 2 мин'1) поочередно совме­