Классификация процессов обогащения

Переработка полезных ископаемых на обогатительных фабриках включает ряд последовательных операций, в результате которых достигается отделение полезных компонентов от примесей. По своему назначению процессы переработки полезных ископаемых разделяют:

• на подготовительные;

• основные (обогатительные);

• вспомогательные (заключительные).

Подготовительные процессы предназначены для раскрытия или открытия зерен полезных компонентов (минералов), входящих в состав полезного ископаемого, и разделения его на классы крупности, которые удовлетворяют технологические требования следующих процессов обогащения.

К подготовительным процессам относят:

• процессы дробления и измельчения;

• грохочение и классификация.

Дробление и измельчение - это процесс разрушения и уменьшения размеров кусков минерального сырья (полезного ископаемого) под действием внешних механических, тепловых, электрических сил, направленных на преодоление внутренних сил сцепления, связывающие между собой частицы твердого тела. Цель этих операций - доведение полезного ископаемого до необходимой крупности, требуемого гранулометрического состава или заданной степени раскрытия минералов.

Между дроблением и измельчением нет принципиальных различий. Условно принято считать, что при дроблении получают продукты с размером кусков более 5 мм, а при измельчении - мельче 5 мм.

Размер максимальных кусков, до которых необходимо раздробить или измельчить полезное ископаемое при ее подготовке к обогащению, зависит от:

• размеров включений основных компонентов, входящих в состав полезного ископаемого;

• технических возможностей оборудования, на котором предусмотрена следующая переработка дробленого (измельченного) продукта.

Дробление и измельчение разъединяют (раскрывают) рудные зерна различных минералов, содержащихся в полезных ископаемых в виде сростков. Чем полнее раскрываются (освобождаются один от другого) минералы при дроблении и измельчении, тем успешнее осуществляется последующее обогащение полезных ископаемых.

Дробление широко применяется в строительстве (при получении гравия, щебня и др.), металлургии (дробление флюсов: доломитов, известняков и др.), коксохимии (дробление угля), измельчению подвергаются угли и сланцы на электростанциях, когда сжигается топливо в пылевидном состоянии.

Способы дробления и измельчения:

• раздавливание, когда прилагаемое напряжение превышает предел прочности на сжатие;

• раскалывание и излом, когда расклинивающие и растягивающие усилия превышают предел прочности на растяжение;

• срезывание и истирание, когда касательные напряжения превосходят предел прочности материала;

• динамический удар, когда сила удара превосходит силы сцепления между отдельными частицами материала. При динамическом ударе проявляется совокупность деформаций: сжатие, растяжение, изгиб, сдвиг.

На обогатительных фабриках дробление и измельчение руд производится в несколько стадий (приемов), т.к. получить необходимую степень дробления в одной дробильной машине невозможно.

Степень дробления (измельчения) i-отношение диаметра максимального куска исходного материала D_max к диаметру максимального куска продукта дробления – d_max

i = D_max / d_max

Предельные значения крупности по стадиям дробления (измельчения)

Стадии	Dmax, мм	dmax, мм	i = Dmax / dmax
1	2	3	4
Дробление: крупное среднее мелкое	1500-500 350-100 100-40	350-100 100-40 30-10	4,8-5 3,5-2,5 3,3-4,5
Измельчение: грубое тонкое	30-10 5-2	5-2 1-0,5 (и менее)	6-5 5-40 (и более)

Известно, что с уменьшением крупности зерен эффективность процессов обогащения снижается, поэтому при измельчении надо стараться получать сравнительно крупнозернистый материал, достаточно раскрытый.

Переизмельчение материала невыгодно, как и его недоизмельчение.

Раскрытие минералов при измельчении происходит вследствие разрушения сростков, уменьшения крупности зерен полезных ископаемых и освобождения зерен минералов друг от друга.

Степень раскрытия какого-либо минерала характеризуется отношением его свободных зерен к общему их числу.

На практике даже при идеализированной схеме разрушения уменьшение крупности измельчения продукта в 2 раза по сравнению с крупностью вкрапленности позволяет получить степень раскрытия всего лишь 6,7%.

В реальных условиях при неравномерной вкрапленности и низком содержании рудных зерен конечная крупность измельченного продукта должна быть во много раз меньше крупности вкрапленности.

Устройство и принцип работы дробилок

Машины, применяемые для разрушения минерального сырья, разделяются на две группы: дробилки и мельницы.

В зависимости от вида рабочего органа дробилки подразделяются на щековые, конусные, валковые, роторные и др.

Назначение мельниц – уменьшение размера измельчаемых материалов до конечной крупности. Они подразделяются на шаровые, барабанные, самоизмельчения.

Раскрытие зерен полезных компонентов - дробление или (и) измельчение сростков до полного высвобождения зерен полезного компонента и получения механической смеси зерен полезного компонента и пустой породы (микста).

Открытие зерен полезных компонентов - дробление или (и) измельчения сростков, которое ведет к высвобождению части поверхности полезного компонента, обеспечивающего доступ к нему реагента.

Грохочение – процесс разделения сыпучего кускового и зернистого материала на продукты различной крупности (классы) с помощью просеивающих через одно или несколько сит.

Грохочение широко применяется при переработке полезных ископаемых на обогатительных фабриках, при производстве строительных материалов, в химической и других отраслях промышленности.

Машины и устройства для грохочения называются грохотами.

Материал, поступающий на грохочение, называется исходным, а продукты грохочения - с точно определенными размерами зерен называются классами.

Крупность классов выражается в миллиметрах и обозначается двумя числовыми показателями, обозначающих минимальный и максимальный размеры зерен в данном классе (напр ., 10 - 100 мм).

Материал, который остается на сите, называется надрешеточным продуктом, материал, прошедший через отверстия сита - подрешеточным.

При последовательном просеивании материала на п ситах получают n + 1 продуктов. В этом случае один из продуктов предыдущего просеивания служит исходным материалом для последующего просеивания.

Грохочение широко применяется на обогатительных фабриках и сортировочных установках при производстве строительных материалов, в химической и других отраслях промышленности.

Грохочение применяется:

• для отделения готового по крупности материала от исходного, поступающего на дробление (измельчение), предварительное грохочение;

• для контроля крупности дробленого продукта (поверочное грохочение);

• для разделения исходного материала на отдельные классы крупности перед последующими операциями обогащения (подготовительное грохочение);

• для получения товарного продукта заданной крупности (сортовой уголь, щебенка, гравий, песок (самостоятельное грохочение).

Класс, используемый как готовый товарный продукт, называется сортом.

Классификация материала по крупности осуществляется в водной или воздушной среде и базируется на использовании различия в скоростях осаждения частиц различной крупности. Крупные частицы осаждаются быстрее и концентрируются в нижней части классификатора, мелкие частицы осаждаются медленнее и выносятся из аппарата водным или воздушным потоком. Получаемые при классификации крупные продукты называются песками, а мелкие - сливом (при гидравлической классификации) или тонким продуктом (при пневмокласификации). Классификация применяется для разделения мелких и тонких продуктов по зерну размером не более 1 мм.

Например: в качестве основной операции гидравлическая классификация применяется для отделения крупнозернистого материала от илистых (тонких) частиц при промывке бурожелезняковых и марганцевых руд, при промывке кварцевых песков.

В качестве вспомогательной операции гидравлическая классификация применяется для выделения крупнозернистых частиц (песков) в замкнутых циклах измельчения и возвращения их на доизменение и для обесшламливания измельченной руды перед её обогащением.

Крупность материала подвергаемого гидравлической классификации не превышает для руд 3-5мм, углей 10-13мм.

Определение гранулометрического состава материала

Перерабатываемые на обогатительной фабрике полезные ископаемые и получаемые из них продукты представляют собой сыпучие материалы, состоящие из кусков различных размеров, которые имеют неправильную форму. Величину частиц неправильной формы характеризуют следующие размеры: длина, ширина, толщина. Сравнивая частицы, величину их характеризуют одним размером. Его обычно называют диаметром частицы (зерна). Для кусков кубической формы за размер принимают длину ребра куба, для кусков неправильной формы – среднее значение трех измерений: длины, ширины, толщины параллелепипеда, в который вписывается кусок. Иногда применяют понятие эквивалентный диаметр – это диаметр условного шара, объем которого равен объему частицы неправильной формы.

Объем частицы определяется по формуле:

V= ; ()

, откуда , м ()

где m – масса частицы, кг;

ρ - плотность частицы, кг/м³.

Крупность всей массы сыпучего материала оценивают по количественному соотношению в ней классов определенной крупности.

Численные соотношения отдельных классов крупности называют гранулометрическим составом материала.

Определяют его посредством анализов:

• ситового анализа – рассев материала на стандартном наборе сит с размером отверстий 40 мкм и более;

• седиментационного – разделение материала на классы крупности по скорости падения частиц различной крупности в водной среде для материалов крупностью от 5 до 50мкм,

• микроскопического – измерение размеров частиц под микроскопом (для частиц от 50мкм до десятых долей микрометра).

Методика ситового анализа

Пробу исследуемого материала подвергают рассеву вручную или механическим путем на ряд классов с помощью набора стандартных сит. Сита устанавливаются одно под другим. Размер отверстий сит уменьшается сверху вниз. Пробу засыпают на верхнее сито и весь набор встряхивают на механическом встряхивателе в течении 10-30 мин. Остаток на каждом сите взвешивается с точностью до 0,01г. Общую массу всех классов крупности принимают за 100%. Выход каждого класса определяют в % от общей массы пробы.

Результаты ситового анализа приводят обычно в виде таблиц или графиков.

Характеристики крупности строят в прямоугольной системе координат. По оси ординат откладывают суммарный выход классов (в %), по оси абсцисс – размеры отверстий сит в мм.

Устройство и принцип работы грохотов

Машины для разделения полезных ископаемых по крупности называются грохотами. Они по конструкции могут быть:

– неподвижные колосниковые,

– барабанные вращающиеся,

– вибрационные,

– грохоты специальной конструкции (с магнитными вибровозбудителями, дуговые грохоты для выделения твердой фазы из пульпы и тонкого грохочения материалов).

Грохоты всех типов оборудованы просеивающими рабочими поверхностями. Это проволочные сетки, листовые штампованные сита (перфорированные стальные листы), колосниковые решетки. В последние годы начинают широко применять рабочие поверхности, изготовленные из резины, полиуретана и др. Форма отверстий просеивающих поверхностей может быть круглой, квадратной, овальной, прямоугольной.

Неподвижные колосниковые грохоты представляют собой неподвижные решетки с щелевидными отверстиями, собранные из отдельных колосников. Благодаря определенному углу наклона грохота, материал, загружаемый на верхний конец решетки, движется по ней под действием силы тяжести. В процессе движения часть материала проваливается через щели решетки и уходит в подрешеточный продукт, а оставшаяся часть (в основном крупный класс) сходит в нижнем конце решетки (надрешеточный продукт).

Эти грохоты имеют низкую производительность, особенно при влажном материале, поэтому используются редко.

Барабанные грохоты имеют вращающуюся просеивающую поверхность цилиндрическойили конической формы.

Вибрационные грохоты подразделяются на инерционные, самобалансные, резонансные и др. Они получили наибольшее распространение при переработке полезных ископаемых.

Основные (обогатительные) процессы предназначены для разделения исходного минерального сырья с раскрытыми или открытыми зернами полезного компонента на соответствующие продукты.

В результате основных процессов полезные компоненты выделяют в виде концентратов, а породные минералы удаляют в виде отходов, которые направляют в отвал.

Применяемые в процессах переработки полезных ископаемых методы обогащения подразделяются на механические и химические.

Механические методы основаны на разделении минералов по плотности, магнитной восприимчивости, электропроводности, смачиваемости (естественной или созданной искусственно), радиоактивности, оптическим свойствам и др.

Химические методы обогащения основаны на избирательном выщелачивании или разложении минералов в растворах различных реагентов. К таким процессам относится растворение оксидов или сульфидов в растворах кислот и щелочей с получением растворимых сульфатов, хлоридов, нитратов и других солей.

К химическим методам обогащения относится также биохимическое (микробиологическое) выщелачивание руд и концентратов. Многие процессы окисления, способствовавшие растворению или осаждению рудного компонента, в присутствии бактерий протекают в десятки и сотни раз быстрее, чем в обычных условиях.

Наиболее распространенными методами обогащения являются:

1. гравитационный;

2. флотационный;

3. магнитный;

4. электрический;

5. комбинированные и специальные.

Остальные находят ограниченное применение из-за сложности технологии, дороговизны (например, химические), но являются перспективными.