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

расходов при этом является теория Орована— Гриффитса.— Ребиндера— Ревнивцева.

От степени реализации разработанных принципов изби­ рательного раскрытия минералов из сростков будет зависеть эффективность разработанных принципиально новых конст­ рукций электрогидравлических и электроимпульсных дроби­ лок ударного и взрывного действия, струйных, вибрационных, планетарных и центробежных мельниц, ударных мельниц самоизмельчения и мельниц с измельчением токами высокой частоты, дезинтеграторов ультразвукового действия и с Исполь­ зованием низкотемпературной плазменной технологии.

Предлагаемые новые методы дезинтеграции обеспечива­ ют, как правило, кроме интергранулярного раскола, большую равномерность гранулометрического состава, повышение КПД и производительности аппаратов по свежеобразованной по­ верхности. Однако эти аппараты имеют в настоящее время, как правило, или более низкую производительность, или бо­ лее высокую энергоемкость. Поэтому в будущем могут полу­ чить развитие двухступенчатые технологические схемы: с пред­ варительным получением грубых коллективных концентратов извлекаемых минералов после дробления и измельчения в обыч­ ных аппаратах в первой ступени и разделением грубого кон­ центрата после измельчения в новых аппаратах — во второй ступени.

С позиций рассмотренной ранее (см. подразд. 4.2) теории избирательного раскрытия сростков минералов повышение эф­ фективности работы обычного дробильного оборудования мо­ жет быть достигнуто увеличением числа качаний дробящего тела (конуса, щеки), совершенствованием профиля дробящей камеры, использованием инерционного привода и наложением вибрационного поля или иного поля малых импульсов энер­ гетического воздействия на дробимый материал.

Повышение эффективности удельной производительно­ сти шаровых и стержневых мельниц (на 30—70 %) достигается за счет снижения крупности их питания, повышения пропуск­ ной способности, выявления оптимальной частоты вращения мельниц, оптимальной рационированной загрузки их измель­

чающими телами определенной формы и целесообразности химических добавок — понизителей прочности материала.

Увеличение степени раскрытия полезных минералов при минимальном переизмельчении их свободных зерен и минера­ лов породы может быть достигнуто также:

•переводом шаровых мельниц на некатарактный режим работы при доизмельчении промпродуктов и концентратов;

•установкой флотоклассификаторов, монокамер, флото­ отсадочных машин, гравитационных аппаратов в замкнутых циклах измельчения, осуществлением флотации песков гидро­ циклонов в машинах типа «Ским Эйр» с целью вывода из про­ цесса раскрытых зерен полезных минералов;

•применением более эффективных грохотов и классифи­ цирующих устройств в циклах дробления и измельчения.

Сущностью методов интенсификации и повышения эффек­ тивности грохочения является максимальное увеличение веро­ ятности прохождения зерен необходимой крупности через от­ верстия просеивающей поверхности. Она достигается приме­ нением «активных» поверхностей за счет использования эласто­ меров, волнообразной установки сита (принцип «Umbrex»), при­ менением сит с непосредственным возбуждением и сит, раз­ личные участки которых или сита одного грохота имеют раз­ личные параметры колебаний или различаются градиентом ин­ тенсивности колебаний. Гидравлические грохоты с эластичной синтетической сеткой обеспечивают эффективное грохочение плотных пульп (60—65 % твердого). Использование грохотов тонкого грохочения в качестве классифицирующих аппаратов позволит снизить ошламование извлекаемых минералов, по­ высить точность разделения материала по крупности, улучшить качественные и количественные показатели как измельчительных, так и обогатительных операций.

Совершенствование и повышение эффективности основ­ ных классифицирующих аппаратов в цикле измельчения — гид­ роциклонов — осуществляется за счет спирального ввода пи­ тания, применения новых износостойких материалов (керами­ ки, специальной резины, полиуретана и др.), применения на­ сосов с регулируемой частотой вращения и систем автомати­ зации.

Эффективным направлением снижения затрат на дробле­ ние и измельчение в цикле рудоподготовки является реализа­ ция современной тенденции максимального разупрочнения гор­ ной массы при взрыве в процессе горных работ. Лучшие ре­ зультаты достигаются при учете стратиграфических особенно­ стей залегания рудных тел, оптимальном содержании газооб­ разующих компонентов во взрывчатом веществе, соответству­ ющем расположении взрывных скважин и расходе взрывчато­ го вещества, целью которых является обеспечение необходи­ мых значений частоты, амплитуды, вектора и величины энер­ гетических импульсов ударной волны, обеспечивающих эффек­ тивное разупрочнение отбиваемой горной массы.

14.2. О сновны е обогатительны е процессы

Особое значение среди основных процессов имеют: грави­ тационный, магнитный, электрический, радиометрический и флотационный.

Теоретической основой гравитационных процессов обога­ щения являются закономерности движения частиц в стеснен­ ных условиях под действием силы тяжести или центробежных (и центростремительных) сил и противодействующих им сил сопротивления среды.

Решением уравнений движения частиц с учетом сил, дей­ ствующих на них, и их взаимодействия можно теоретически оценить наиболее желательные значения гидродинамических параметров существующих процессов, а также возможную схему аппаратурного оформления нового гравитационного процесса. Применение теории случайных процессов позволяет в свою очередь установить распределение частиц по продук­ там разделения, описать кинетику процесса и связать результа­ ты обогащения с производительностью гравитационного ап­ парата.

Сущностью предлагаемых на основании результатов тео­ ретических исследований направлений совершенствования, ин­ тенсификации и развития методов гравитационного обогаще­ ния является разрушение или, наоборот, создание в раздели­ тельных зонах аппаратов определенной структурированности

суспензии с необходимым значением вязкости и плотности среды. В практических условиях это достигается: изменением конструктивных и тем самым гидродинамических параметров гравитационных аппаратов (например, в центробежных аппа­ ратах, спиральных, крутонаклонных сепараторах и др.); из­ менением свойств среды разделения применением определен­ ных реагентов и материалов; регулированием интенсивности потоков и характера циклов в зоне разделения; наложением вибрационного поля или ультразвука. Применение вибраци­ онного и ультразвукового воздействия повышает эффектив­ ность разделения при отсадке, концентрации на столах и раз­ делении в тяжелых суспензиях. При этом создан ряд новых ап­ паратов: вибросепаратор, виброшлюз, виброконцентратор.

Изучение гидродинамики гравитационных процессов по­ зволяет разработать более эффективные процессы и аппара­ ты, в первую очередь для переработки и обогащения тонко­ зернистых материалов и шламов. Показана эффективность при­ менения орбитальных колебаний в шлюзах и концентраторах, измененного шага спирали в винтовых и ребер в центробеж­ ных концентраторах и т. д.

Селективность и эффективность разделения материалов при магнитной сепарации возрастают с увеличением различия между их удельными магнитными восприимчивостями, одно­ родности поля сепаратора по величине магнитной силы и уменьшением диапазона крупности зерен в исходном матери­ але. Поэтому практически разработка новых методов и ма­ шин для магнитной сепарации и повышение ее эффективно­ сти осуществляются за счет увеличения разделительных сил (магнитных и центробежных), повышения напряженности маг­ нитного поля, нейтрализации поверхностных сил, вызываю­ щих адгезионную флокуляцию.

Для увеличения различия в удельной магнитной воспри­ имчивости разделяемых минералов можно использовать пред­ варительную магнитную обработку («подмагничивание») ис­ ходного материала или электрохимическую (катодную) обра­ ботку пульпы перед ее магнитной сепарацией, не говоря уже о магнетизирующем обжиге исходной руды или материала.

Увеличение магнитной силы возможно как за счет разра­ ботки новых конструкций высокоградиентных сепараторов

(«магнитных фильтров»), так и за счет использования низко- и высокотемпературных сверхпроводников, позволяющих уве­ личить напряженность поля на порядок, расширить номенкла­ туру обогащаемых руд и материалов, повысить точность и эффективность разделения.

При магнитном обогащении сильномагнитных руд и ма­ териалов, кроме магнитной восприимчивости частиц, важную роль играют также их коэрцитивная сила, остаточная индук­ ция, размагничивающий фактор. От их значений зависит Как образование флокул в поле сепаратора или намагничивающе­ го аппарата, так и степень их сохранения после удаления из поля. Поэтому значительный интерес представляют собой предложенные новые конструкции струйного и электромаг­ нитного сепараторов с демагнитизацией материала после ка­ ждой ступени, сепаратора с вращающимся двойным магнит­ ным полем для сухого обогащения железной руды, электромаг­ нитного гидроциклона с концентратором магнитного потока, позволяющего в 8—9 раз снизить напряженность магнитного поля при обогащении магнитных руд. Следует отметить, что наиболее успешные разработки характеризуются грамотным использованием гидродинамических закономерностей разделе­ ния частиц в магнитном поле.

При электрической сепарации в настоящее время исполь­ зуются главным образом различия в электропроводности (в эле­ ктростатических, коронно-электрических и коронно-электро­ статических сепараторах), электризации (в трибоэлектрических и пневмоэлектрических сепараторах), диэлектрической прони­ цаемости и при изменении температуры (в диэлектрических и пироэлектрических сепараторах). Сепарация на основе пьезо­ электрического и фотоэлектрического эффекта, униполярной проводимости и других электрических свойств является резер­ вом практической реализации в будущем.

Повышение эффективности электрической сепарации дос­ тигается изменением электрических свойств поверхности раз­ деляемых минералов в результате термических, трибоадгези­ онных, механических и радиационных воздействий, обработ­ кой материала неорганическими и органическими реагента­ ми, разработкой принципиально новых конструкций сепара­

торов, основанных на более эффективном использовании век­ торной диаграммы сил, действующих на частицы в электриче­ ском поле сепараторов.

Максимальная контрастность электрических свойств раз­ деляемых минералов может быть достигнута при этом:

•селективной зарядкой выделяемых минералов при кон­ тактной электризации путем подбора соответствующих элек­ тризующих поверхностей;

•термической обработкой при 50—300 °С с учетом опти­ мальной температуры нагрева для каждой пары разделяемых минералов;

•обработкой реагентами, сопровождающейся при их за­ креплении на поверхности минералов резким изменением кон­ центрации свободных носителей электрического заряда и рабо­ ты выхода электрона. Селективной физической сорбцией или хемосорбцией реагентов на одном из минералов можно до­ биться изменения не только величины, но и знака заряда, воз­ никающего на нем при контактной электризации;

•радиационным воздействием, вызывающим активизацию примесных уровней и увеличение концентрации носителей за­ рядов в зоне проводимости минералов. Например, при облу­ чении инфракрасными лучами (с длиной волны от 1СГ6 до 1,5- 1(Р м и интенсивностью 0,7—0,9 В/см2) контактный заряд силикатных минералов увеличивается в несколько раз.

Повышенный интерес к развитию методов автоматиче­ ской радиометрической сортировки кусковых и сепарации дро­ бленых руд за рубежом и в России обусловлен в последние го­ ды возможностью использовать для разделения минералов спо­ собность некоторых минералов люминесцировать, вступать в ядерные реакции, изменять интенсивность и конфигурацию элек­ тромагнитного поля, экранировать различные излучения и др.

Из многих возможных эмиссионно- и абсорбционно-ради­ ометрических методов обогащения в настоящее время в про­ мышленных условиях наиболее широко применяются авторадиометрический, фотонейтронный, рентгенорадиометрический, люминесцентный, фотометрический, гамма-абсорбционный и нейтронно-абсорбционный.

Совершенствование конструкций существующих сепарато­ ров с учетом кристалло-химических особенностей и электрон­ ной структуры разделяемых минералов наряду с расширением номенклатуры радиометрических сепараторов существенно рас­ ширит возможности комплексной переработки сырья и охра­ ны окружающей среды, снизит себестоимость конечной про­ дукции горно-обогатительного производства.

С применением флотации в настоящее время перерабаты­ вают более 90 % руд цветных металлов, значительную часть редких и благородных металлов, горно-химического сырья и другого минерального сырья.

Основными направлениями совершенствования и интен­ сификации процесса флотации являются оптимизация физи­ ко-химических и физико-механических условий флотации, ав­ томатический контроль и регулирование физико-химического состояния пульпы и оборотных вод.

Сущностью проблемы совершенствования реагентных ре­ жимов и оптимизации физико-химических условий в циклах коллективной и селективной флотации является получение оп­ ределенного соотношения химически закрепившегося и физи­ чески сорбированного собирателя на поверхности флотируе­ мых и депрессируемых минералов за счет регулирования элек­ тронных переходов, состава продуктов и скорости взаимодей­ ствия реагентов на минеральной поверхности и в объеме пульпы.

За счет электрохимической, ультразвуковой, магнитной и радиационной обработки пульпы и реагентов, применения до­ бавок аполярных масел, сочетания собирателей (например, ксантогенатов и аэрофлотов) с различной длиной углеводородных радикалов, регулирования окислительно-восстановительного потенциала пульпы загрузкой реагентов-окислителей или реа­ гентов-восстановителей, использованием азота вместо возду­ ха во флотомашинах, наложением внешнего электрического поля, подогревом пульпы, изменением продолжительности пред­ варительной аэрации и концентрации кислорода в пульпе, ре­ гулированием ионного состава пульпы системами автоматиза­ ции и загрузкой ионнообменных смол достигаются гранич­ ные условия существования только одной из форм сорбции на

поверхности депрессируемых минералов и оптимальное коли­ чественное соотношение физической и химической форм сорб­ ции собирателя на поверхности флотируемого минерала.

Теоретической основой решения проблемы оптимизации физико-химических условий флотации являются результаты термодинамических расчетов по разработанной специально для этих целей методике. ’Результаты расчетов позволяют решать практические задачи: определения условий максимальной конт­ растности флотационных свойств разделяемых минералов; по­ лучения количественных физико-химических моделей процессов коллективной и селективной флотации; определения характе­ ра дополнительных реагентов-собирателей; определения харак­ тера необходимых воздействий на флотационную систему; оцен­ ки необходимости применения дополнительных активаторов и депрессоров и использования специфических реагентов для изменения электрохимических параметров разделяемых мине­ ралов; оценки взаимодействий при кондиционировании обо­ ротных и очистки сточных вод.

Необходим синтез реагентов с учетом не только их хими­ ческой активности, но и в зависимости от (конкретного слу­ чая) соответствия ионных радиусов полярной группы собира­ теля и катиона минерала, параметров кристаллических реше­ ток собирателя и минерала, электронных структур собирателя и активных центров на минеральной поверхности, влияния электронных заместителей на активность реагента и его окис­ лительно-восстановительные свойства, влияния строения мо­ лекулы гетерополярных соединений на гидрофильно-гидрофоб­ ный баланс при их адсорбции на поверхности раздела фаз.

Теоретической базой решения проблемы оптимизации фи­ зико-механических условий флотации при разработке конст­ рукций новых флотационных машин и аппаратов являются закономерности физической теории минерализации пузырь­ ков при флотации. Использование их позволило создать та­ кие аппараты, как машины пенной сепарации, пневматиче­ ские аппараты с разнонаправленными потоками и ряд других перспективных аппаратов.

Теоретической основой решения проблемы контроля и ав­ томатизации флотационного процесса являются детерминиро­

ванные физико-химические модели, представляющие собой количественные зависимости между концентрациями реа­ гентов в оптимальных условиях коллективной и селективной флотации.

Моделирование технологической схемы флотации долж­ но базироваться на кинетических закономерностях процесса, получаемых при оптимальном соотношении концентраций реа­ гентов в пульпе (в соответствии с физико-химической моде­ лью), поддерживаемом системой автоматического регулиро­ вания, поскольку физико-химические особенности флотацион­ ного оборудования являются практически постоянными. Тео­ ретической базой для получения кинетических закономерно­ стей процесса является уравнение кинетики флотации, где кон­ станта скорости флотации зависит от значения соотношения концентраций реагентов в пульпе.

Перспективы создания принципиально новых и радикаль­ ное совершенствование существующих обогатительных про­ цессов и аппаратов базируется на использовании комбинации силовых полей и излучений: магнитного, электрического, цен­ тробежного, вибрационного, ультразвукового, радиационно­ го, а также термического и химического воздействий для из­ менения свойств разделяющий среды и поверхности разде­ ляемых частиц.

На основе комбинации, например, вибрационного и гра­ витационного полей создан ряд новых аппаратов: вибросепа­ ратор, виброшлюз, виброконцентратор; применение высоко­ частотных вибраций повышает также эффективность отсад­ ки, концентрации на столах, в аэросуспензии, при промывке и дезинтеграции; исследуется применение ультразвука в центро­ бежном обогащении. В результате комбинирования магнитно­ го, электрического и гравитационного силовых полей и воз­ действий созданы процессы и аппараты магнитогвдродинамической (МГД) и магнитогидростатической (МГС) сепарации, позволяющие осуществить эффективное разделение минераль­ ных частиц в широком диапазоне плотностей среды.

Установлена возможность создания новых процессов и ап­ паратов на основе комбинации электрического и гравитаци­ онного полей при разделении в тяжелых средах, гравитацион­ ного, магнитного или электрического и физико-химического