А) в открытом цикле; б) в закрытом

Материал заданной крупности получают в результате контрольного грохочения. Крупную фракцию возвращают на повторное дробление. Снижение удельного расхода электроэнергии объясняется сведением до минимума переизмельчения. Мельницы работают в паре с классификаторами, как правило, в замкнутом цикле.

4.2.5. Обогащение руд

Целью обогащения руд является повышение в них концентрации полезного элемента в результате удаления максимально возможного количества пустой породы. Эффективность обогащения железных руд иллюстрируется при-веденными ниже данными:

Содержание железа в рудном материале, % 45 65

Расход на выплавку 1 т чугуна, кг:

рудного материала 2089 1469

известняка 605 155

Удельный выход шлака, кг/т чугуна 1211 292

Еще больший технико-экономический эффект дает обогащение руд цветных металлов. Так, в результате обогащения медных руд, содержащих около 1% Сu, получают концентраты с 15-30% меди, т.е. удельный расход рудного материала для получения 1 т меди сокращается в 20-25 раз с соответствующим снижением затрат на топливо, электроэнергию и оборудование. Замена природной оловянной руды с 0,01-0,2% Sn на концентрат, содержащий 40-50% Sn сокращает удельный расход рудного материала на производство 1 т олова в 400-500 раз.

Обогащение делает более рентабельной переработку многих комплексных руд, когда из одной руды еще до собственно металлургического передела удается получать концентраты 2-4 металлов.

Обогащение является, по существу, механическим процессом разделения частичек руды, представляющих собой либо полезный минерал, либо пустую породу. Для разделения используют различия каких-либо свойств полезного минерала и пустой породы: цвета, блеска, твердости, плотности, оптических, электрических, магнитных и других характеристик.

Продуктами обогащения являются: концентрат - материал, содержащий полезного минерала больше, чем его было в исходной руде; хвосты - материал, состоящий в основном из пустой породы и содержащий небольшое количество полезного минерала. В сложных схемах обогащения получают продукт, занимающий по содержанию полезного элемента промежуточное положение между концентратом и хвостами - промпродукт, который подвергается дополнительному обогащению.

Эффективность процесса обогащения характеризуется комплексом показателей.

1. Содержанием полезного элемента в руде - α, в концентрате - β и в хвостах - ʋ. Чем выше содержание элемента в концентрате и ниже в хвостах, тем лучше качественные показатели обогащения.

2. Выходом концентрата γ - долей концентрата, получающегося из единицы массы исходной руды. Из материального баланса обогащения: М_р • α = М_к • β + М_х • ʋ,

где Мр, Мк, Мх - массы руды, концентрата и хвостов, после несложных преобразований получается γ = .

3. Степенью сокращения - величиной, обратной выходу концентрата, которая показывает, сколько нужно переработать тонн руды для получения 1 т концентрата.

4. Степенью обогащения - отношением содержания полезного элемента в концентрате и руде: к = β/α.

5. Степенью извлечения полезного элемента в концентрат. Показывает, какая его часть, содержащаяся в руде, перешла в концентрат: ε = γ • (β/α).

Так, например, при обогащении железной руды, содержащей 33% Fe (α), получен концентрат и хвосты с содержанием железа соответственно: 64% (β) и 9%( ʋ). Выход концентрата γ = (33 - 9) : (64 - 9) = 0,436 (43,6%); степень извлечения железа: ε = 0,43 • (64 : 33) = 0,846, т.е. потери железа в хвостах составили 15,4%.

Способы обогащения. Наиболее распространенными являются: промывка, гравитационный, электромагнитный, электростатический, флотация.

Промывку применяют для обогащения руд с повышенным содержанием в пустой породе глины и песка.

В том случае, когда имеется существенное различие плотностей полезного минерала и пустой породы, применяют гравитационное обогащение.

Принцип статического гравитационного обогащения - в тяжелых суспензиях - заключается в том, что измельченную руду погружают в резервуар с жидкостью, имеющей плотность ∆_ж, больше плотности пустой породы ρ_пп, но ниже плотности рудного минерала: ρ_п < ∆_ж < ρ_м. В этом случае пустая порода всплывает на поверхность жидкости, а зерна полезного минерала опускаются на дно резервуара. В качестве такой тяжелой жидкости (около 3 г/см³) используют обычно смесь воды с тонкоизмельченным ферросилицием (ρ = 6,5 г/см³) или глетом Рb₃О₄ (ρ = 9,5 г/см³).

Динамические методы гравитационного обогащения, как и классификация, основаны на различии скоростей падения в жидкости твердых частичек различной массы. При классификации разделяют зерна различных размеров, но одинаковой плотности, а при гравитационном обогащении разделяют частички одинакового размера, но различной плотности. Для гравитационного динамического обогащения используют аппараты, аналогичные классификаторам.

Наиболее эффективным способом обогащения магнитных железняков является магнитная сепарация. Электромагнитные сепараторы различных типов работают по одинаковому принципу. Раздробленную руду вводят в магнитное поле, под действием которого частички, обладающие магнитными свойствами, какой-то транспортирующей системой направляются в одну сторону, а немагнитные частички выносятся из сферы действия магнитного поля в другую сторону либо силой тяжести, либо потоком воды.

Н а рис. 4.14 показана схема барабанного электромагнитного сепаратора для обогащения тонко измельченной руды в водной среде.

Рис. 4.14. Схема барабанно магнитного

сепаратора для мокрого обогащения:

1 – электромагнит; 2 – барабан;

3 - водяные форсунки

Электромагнит, закрепленный неподвижно внутри пустотелого барабана, создает магнитное поле на поверхности нижней и левой частей барабана. Магнитные частички концентрата притягиваются этим полем к поверхности барабана и извлекаются им из пульпы. Частички концентрата отделяются от поверхности барабана с правой стороны при помощи скребка и водяной форсунки. Немагнитные частички пустой породы удаля- ются из сепаратора потоком воды снизу. Главным методом обогащения многих руд цветных металлов является флотация - способ, основанный на различии в смачиваемости поверхности частичек рудного минерала и частичек пустой породы.

Сульфиды металлов относятся к категории плохо смачивающихся водой - к гидрофобным материалам. Минералы пустой породы (силикаты, оксиды, карбонаты) хорошо смачиваются водой - являются гидрофильными.

На рисунке 4.15 приведена схема механической флотационной машины.

Флотационная ячейка представляет собой камеру 1 объемом около 2 м³, заполненную водой. В нижнюю часть камеры подают пульпу и поток воздуха.

В результате вращения импеллера 2 воздух диспергирует на мелкие пузырьки, которые сталкиваются с мелкими (0,2-0,3 мм) частичками руды. Пузырьки воздуха прилипают к гидрофобным частичкам и поднимают их на поверхность жидкости, где минерализованная пена вращающимися лопастями 3 перебрасывается через сливную перегородку в желоб. Гидрофильные частички не взаимодействуют с воздушными пузырьками и под действием силы тяжести опускаются на дно, а затем удаляются из машины через отверстие в стенке.

С целью усиления различия смачиваемости отдельных минералов и для улучшения других условий процесса обогащение флота- Рис. 4.15. Схема флотационной машины цией производят не в чистой воде, а в воде с механическим перемешиванием пульпы: со специальными веществами-реагентами.

о - пузырьки воздуха; _• - рудный минерал;

▲- пустая порода

Обезвоживание концентрата. Для осуществления последующих технологических операций: дозирования, смешивания, окомкования - в концентратах не должно содержаться влаги более 10-12%. В то же время в результате мокрого обогащения получается пульпа, содержащая до 80% воды. Влажность концентратов снижают в два этапа: сгущением (до 40-50% воды) и фильтрацией (до 9-20%).

Сгуститель-отстойник (рис. 4.16) представляет собой невысокий (~2м) железобетонный или металлический бак или чан 1 диаметром до 30 м с коническим днищем. Пульпа после обогащения подается в сгуститель по желобу 2. В центре сгустителя находится подвесной вал, к нижнему концу которого прикреплены гребки 3. В результате медленного вращения вала с гребками осевшие твердые частицы концентрата перемещаются к центральному разгрузоч-

Рис. 4.16. Схема отстойника-сгустителя ному отверстию 4. Осветленная вода сливается

через край сгустителя в кольцевой желоб 5 и возвращается в технологический процесс.

На ряде фабрик сгущение пульпы производят в гидроциклонах, устройство и принцип работы которых такой же, как и центробежных циклонов.

Частично обезвоженный концентрат насосом подается на фильтровальные установки. На обогатительных фабриках применяются вакуум-фильтры ленточные, барабанные, дисковые. Принцип действия фильтров состоит в том, что через слой влажного концентрата толщиной 10-30 мм, помещенного на специальную фильтрующую поверхность (из синтетической ткани) интенсивно просасывается воздух. Под действием динамического напора воздушного потока влага в виде мелких капель выносится из слоя. По истечении определенного времени содержание влаги в концентрате достигает требуемой величины.

Рассмотрим работу барабанного вакуум-фильтра, работающего в непрерывном режиме. Фильтр (рис. 4.17) представляет цилиндрический барабан, боковые стенки которого закрыты металлическим дисками, а на цилиндрическую поверхность, покрытую стальной сеткой, натянута фильтрующая ткань 1. Внутреннее пространство барабана разделено герметичными радиальными перегородками на несколько секторов. Барабан медленно вращается вокруг горизонтального пустотелого вала 2. К одному концу вала присоединена распределительная головка, которая создает вакуум в секторах от «а» до «в».

Н ижняя часть барабана с длиной окружности «а-б» погружена в бак, куда подается пульпа после сгустителей или гидроциклонов 3. При достижении каким-то элементом фильтрующей поверхности точки «а» под действием вакуума внутрь барабана начинает засасываться пульпа из бака. Фильтрат проходит через отверстия ткани, а твердые частички оседают на поверхности, образуя слой концентрата. По мере движения данного элемента к точке «б» толщина слоя концентрата растет (до 10-30 мм). После выхода рассматриваемого элемента из жидкости через него начинает интенсивно просасываться воздух, унося из слоя влагу. Образующаяся водовоздушная смесь через пустотелый вал отсасывается ва-

Рис. 4.17. Упрощенная схема куумным насосом. В секцию барабана на участке «в-а»

барабанного вакуум-фильтра подается под давлением воз дух, который отделяет слой

отфильтрованного концентрата - кека - от фильтрующей ткани. Дальше цикл повторяется.

Наибольшее распространение на обогатительных фабриках нашли дисковые вакуум-фильтры, работающие по такому же принципу, что и барабанные. Внешний вид дискового вакуум-фильтра представлен на рис. 4.18.

Рис.4.18. Дисковый вакуум-фильтр

1 - бак с пульпой; 2 - диски;

3 - фильтрующая поверхность;

4 - пустотелый вал;

5 - распределительная головка

Отличие их состоит в том, что фильтрующие поверхности расположены на боковых плоскостях диска. Общая фильтрующая поверхность дисковых фильтров значительно больше, чем барабанных, следовательно, больше и их производительность.

При необходимости транспортирования концентрата зимой по железной дороге его сушат в сушильных аппаратах различных типов: трубчатых печах, сушилках с кипящим слоем, распылительных сушилках и др.

Электрическое обогащение основано на различии электрических свойств разделяемых минералов. Применяется для обогащения зернистых сыпучих (подсушенных) материалов крупностью 0,05-0,3 мм в тех случаях, когда другие способы обогащения оказываются малоэффективными. Принцип обогащения состоит в том, что в электрическом поле происходит разделение частичек, имеющих различные электрические свойства: частички-проводники тока и частички-непроводники (изоляторы).

Перед собственно процессом разделения частички должны получить электрические заряды. Для этой цели используют три метода: касание заряженного электрода, индукцию и ионизацию (с помощью коронного разряда). На рисунке 4.19 приведена схема коронного сепаратора барабанного типа. При вращении барабана 2 частицы руды поступают в зону «а-б», где приобретают электрические заряды в результате бомбардировки газовыми ионами от коронирующего электрода 3.

Рис. 4.19. Схема барабанного коронного