Гравитационные методы обогащения реферат

Обновлено: 05.07.2024

Таблица 1.1 Ситовый состав углей шахты №4
Показатели Классы крупности, мм.
13-100 0,5-13 0-0,5 итого
Выход γ, % 28,8 54,5 16,7 100,0
Зольность А d ,% 42,3 33,7 19,9 33,9
Таблица 1.2 Фракционный состав углей шахты №4
Плотность Классы крупности, мм.
фракций, 13-100 0,5-13
кг/м 3 γ, % А d ,% Γ, % А d ,%
47,9 5,1 41,1 3,7
1400-1500 2,8 15,3 13,5 16,2
1500-1600 1,1 30,6 6,2 31,6
1600-1800 1,3 42,5 8,1 40,8
>1800 46,9 82,2 31,1 79,5
Итого: 100,0 42,3 100,0 33,7
Таблица 1.3 Ситовый состав углей шахты №5
Показатели Классы крупности, мм.
13-100 0,5-13 0-0,5 итого
Выход γ, % 35,9 45,6 18,5 100,0
Зольность А d ,% 41,2 35,1 21,6 34,8
Таблица 1.4 Фракционный состав углей шахты №5
Плотность Классы крупности, мм.
фракций, 13-100 0,5-13
кг/м 3 γ, % А d ,% γ, % А d ,%
41,7 5,5 49,5 3,2
1400-1500 7,2 16,4 7,7 13,9
1500-1600 3,5 29,9 2,4 29,5
1600-1800 4,1 39,4 3,3 44,1
>1800 43,5 80,6 37,1 81,6
Итого: 100,0 41,2 100,0 35,1

1.2 Потребители готовой продукции и требования к ее качеству.

Потребителем готовой продукции проектируемого цеха могут являться металлургические заводы и коксохимические комбинаты, перерабатывающие угольный концентрат в коксовых батареях. В связи, с чем к конечным продуктам обогащения предъявляются следующие требования: предельная зольность концентрата не должна превышать 8.8 %, зольность полученного при обогащении промежуточного продукта должна быть не выше 45 %.

2. Технологическая часть.

2.1 Выбор и обоснование принципиальной технологической схемы обогащения.

На основании опыта работы обогатительных фабрик, перерабатывающих близкое по характеристикам сырье или и технологических норм проектирования обогатительных фабрик для рядового угля рассматриваемого марочного состава наибольший и наименьший размеры частиц, максимально эффективно обогащающиеся гравитационными процессами, составляет 100 – 0,5 мм. Отсутствие частиц крупностью более 100 мм позволит уменьшить количество сростков в крупных классах и упростить систему внутрифабричного транспорта продуктов. При глубине обогащения 0.5 мм целесообразно производить предварительное разделение исходного сырья на два машинных класса (+ 13 мм и 0.5 - 13 мм). Выбор граничного размера крупности определяется, исходя из ситового состава исходного материала с учетом оптимальной загрузки оборудования. Поскольку марочный состав предприятий-поставщиков совпадает, принимаем решение о совместном обогащении исходного сырья. Для обеспечения надежности работы проектируемого цеха (отделения) ориентировочно принимаем 2 параллельно работающие секции.

2.2 Расчет характеристик теоретических машинных классов.

Так как исходные данные представлены ситовым и фракционным составом двух шахт, необходимо выполнить расчет характеристик машинных классов. То, что рассев по классам крупности и расслоение по плотностным фракциям выполнен для готовых машинных классов, значительно упрощает расчеты. Для рассматриваемого примера при условии, что перед обогащением углей гравитационной крупности предполагается разделять сырье (шихту) на два машинных класса (+ 13 мм - крупный и 0.5 - 13 мм - мелкий), производим расчет фракционного состава этих классов и их содержания в исходном материале (шихте). Результаты расчета приводим в таблицах 2.1 и 2.2

Расчет следует начинать с заполнения столбцов 2 и 4 таблицы 2.1.

Определение выхода фракции плотностью менее 1400 кг/м 3 машинного класса + 13 мм:

γ +13 =( γ1 +13 · γ1 +13 ·Z1 + γ2 +13 · γ2 +13 ·Z2)/100, %

γ +13 = (47,9 · 28,8 · 0,6 + 41,7 · 35,9 · 0,4)/100 = 14,265 %

Аналогично определяется содержание остальных фракций, включая их суммарный выход:

γ+13 = (100,0 · 28,8 · 0,6 + 100,0 · 35,9 · 0,4)/100 = 31,64%

Для рассматриваемого примера корректировка не требуется, так как:

31,640 = 14,265 + 1,518 + 0,693 + 0,813 + 14,351

Зольность определяется как средневзвешенная величина смешиваемых фракций. Определение зольности фракции плотностью 3 машинного класса + 13 мм производится по формуле:

А +13 =( γ1 +13 · γ1 +13 · А1 +13 ·Z1 + γ2 +13 · γ2 +13· А2 ·Z2)/ γ +13 ·100,

А +13 =(47,9 · 28,8 · 5,1 · 0,6 + 41,7 · 35,9 · 5,5 · 0,4)/14,265 · 100 = 5,27 %

Аналогично определяется зольность остальных фракций, включая общую зольность машинного класса:

А+13 = (100,0 · 28,8 · 42,3 · 0,6 + 100,0 · 35,9 · 41,2 · 0,4)/31,640 · 100 = 41,81 %

Производим расчет среднего значения зольности машинного класса по полученным данным:

А+13 = (14,265·5,27 + 1,52·16,05 + 0.69·30,09 + 0,813·40,26 + 14,35·81,5)/31,64

А+13 = 41,81 %

Аналогично производится расчет фракционного состава мелкого машинного класса и заполнение столбцов 5 и 7 таблицы 2.1. Данные в столбцах 2 и 3 табл. 2.1 пропорциональны друг другу (коэффициент пропорциональности равен К+13 = 100,0/31,64 = 3,1606), что позволяет определить выхода соответствующих фракций к классу из соотношения:

Современные изменения в области гравитационного обогащения относятся главным образом к созданию высокопроизводительного, высокоэффективного, но недорогого оборудования; современные гравитационные фабрики просты и недороги по сравнению с более ранними.

Относительная дешевизна гравитационного обогащения крупных частиц обусловливает его преимущество при определении способа отсортировки относительно крупных безрудных отходов даже на больших флотационных фабриках.

Сколько руды измельчают до флотационной крупности, не задумываясь о действительной степени раскрытия ценных минералов? Сколько материальных и трудовых ресурсов можно сэкономить, не придерживаясь принципа измельчать каждую тонну руды до крупности, требуемой для флотации?

Сколько раз имелась альтернатива, в то время как применялись дорогостоящие процессы, хотя гравитационное обогащение было не только дешевле, но и обеспечивало лучшие характеристики получаемых продуктов?

Например, в работе показано, что гравитационное обогащение золота перед цианированием, используемым только в качестве контрольной операции, обеспечивает значительное повышение извлечения очень тонкого золота.

С точки зрения экономики и затрат как труда, так и материалов не имеет смысла игнорировать любой путь, который может существенно уменьшить и то, и другое. Так, где может быть использовано гравитационное обогащение? Очевидно, в настоящее время в угольной и железорудной отраслях промышленности гравитационное разделение считают основным методом обогащения. А в других областях?

Гравитационное обогащение предпочтительно использовать для богатых руд, раскрытие минералов которых происходит при крупных размерах частиц, россыпных месторождений, а также для предварительного обогащения и переработки руд в отдаленных районах или там, где требуются минимальные затраты. Наиболее трудно перерабатывать жильные руды. В стадии сокращения крупности всегда получается определенная доля шламов, труднее всего извлекаемых гравитационными методами. Эффективность обогащения наиболее тяжелых минералов россыпных месторождений высока, так как обычно в них порода полностью раскрывается с малым образованием шламов, а крупная фракция безрудна (пустая).

Гравитационное обогащение — практически универсальный способ переработки бедных руд россыпных месторождений, как в Северной Америке, так и в СНГ. И хотя применяемая технология может выглядеть архаичной, она проста, недорога, потребляет мало энергии и остается наиболее экономичной.

Главная проблема гравитационного обогащения— извлечение шламов— заключена в самом процессе. Разделение по плотности обычно происходит при пропускании друг за другом через процесс отдельных частиц. Это требует большой площади концентрации.

Даже наиболее сложные гравитационные аппараты для переработки шламов ограничивают нижний предел крупности практически 10 мкм.

Однако в настоящее время гравитационное обогащение используется для переработки не одного-двух, а целого ряда минералов— от андалузита до циркона, от угля до алмазов, от минеральных песков до оксидов металлов и от’ промышленных минералов до редких металлов.

Несмотря на то, что гравитационные методы издавна широко используются во всем мире для обогащения многих минералов, не существует точной науки, которая могла бы дать модель и математическое описание процесса. Очевидно, что очень разнородное оборудование используется из-за недостаточного понимания процессов гравитационного обогащения. В течение, длительного времени различные исследователи изучают механизм действия этого оборудования; однако единой теории обогащения не существует, и она не может быть создана.

2. Общие принципы разделения частиц при гравитационном обогащении

Гравитационными процессами обогащения называются процессы, в которых разделение минеральных частиц, отличающихся плотностью, размером или формой, обусловлено различием в характере и скорости их движения в среде под действием силы тяжести и сил сопротивления.

К гравитационным процессам относятся отсадка, концентрация на столах, обогащение на шлюзах, желобах, винтовых сепараторах, обогащение в тяжелых жидкостях и суспензиях, гравитационная классификация, сгущение пульпы и частично промывка руд.

В качестве среды, в которой осуществляется гравитационное обогащение, используют воду, воздух, тяжелые суспензии и жидкости.

Разделение частиц при гравитационном обогащении обычно происходит в движущейся среде с достаточно большим содержанием твердого. В этих условиях на частицы кроме силы тяжести действуют силы:

гидродинамические (подъемная сила и сила сопротивления при обтекании частиц жидкостью);

возникающие при столкновении частиц и их трении;

трения частиц о дно или стенки машины, в которой осуществляется обогащение.

В гравитационной машине (аппарате) частицы руды транспортируются вдоль нее водой, воздухом или с помощью вибраций поверхности, на которой производится обогащение, одновременно перемещаясь и вертикальном или близком к нему направлении под действием силы тяжести. Распределение частиц по высоте потока, определяющее их разделение, происходит в соответствии с их крупностью, плотностью и формой в результате совместного действия указанных сил. При одинаковой крупности и форме частиц, разделение происходит тем успешнее, чем больше разница в плотностях разделяемых минералов. Можно выделить два вида разделения частиц — гидравлическое и сегрегационное.

Гидравлическим называется разделение частиц, при котором силы взаимодействия между частицами малы по сравнению с гидродина-мическими силами. Гидравлическое разделение происходит по законам свободного и стесненного падения частиц. При разделении более крупные частицы, имеющие большую скорость свободного падения, располагаются, как правило, ниже гидравлически менее крупных; в стесненных условиях при большой объемной концентрации частиц гидравлически мелкие частицы могут располагаться ниже крупных.

..

Сегрегационным (сегрегацией) называется разделение частиц в условиях их соприкосновения, при которых силы взаимодействия между частицами преобладают я ад гидродинамическими. Сегрегация может происходить под влиянием возмущающих сил переменного направления, возникающих при колебаниях среды, в которой производится обогащение (отсадочные машины), или при колебаниях рабочей поверхности аппарата (концентрационные столы, вибрационные шлюзы). Экспериментально установлено, что при сегрегации частиц одинаковой плотности мелкие частицы располагаются ниже крупных; при сегрегации частиц различной плотности в нижнем слое располагаются мелкие тяжелые частицы, над ними слой крупных тяжелых частиц с мелкими легкими, в верхнем слое — крупные легкие частицы. Скорость расслаивания при сегрегации увеличивается с повышением крупности и разности в плотностях разделяемых частиц, интенсивности вибраций и уменьшением толщины слоя. Она зависит также от формы частиц. Наблюдаемое при сегрегации всплывание крупных тел в колеблющейся среде, составленной из мелких частиц, объясняется тем, что сила сопротивления при движении крупных частиц вверх меньше, чем при движении их вниз. Сегрегация происходит также и без вибраций в потоках пульпы с большим содержанием твердого, текущих по наклонным поверхностям, при скольжении друг по другу слоев частиц, расположенных на различном расстоянии от твердой поверхности и перемещающихся с различной скоростью. При этом возникают дополнительные силы, зависящие от градиента скорости, обусловливающие преимущественное движение вверх крупных частиц.

Сегрегация имеет значение для тех гравитационных процессов, при которых объемное содержание твердого в пульпе достаточно велико (40—50 %). К таким процессам относятся, например, отсадка, концентрация на столах в суживающихся желобах. для промывки и обогащения в тяжелых суспензиях (за исключением обогащения на виброжелобах) сегрегация не имеет существенного значения. При гравитационном обогащении часто в одной машине сочетаются оба процесса гидравлическое разделение и сегрегация.

В гравитационных аппаратах и машинах разделение частиц происходит в разрыхленных слоях, в которых твердые частицы находятся во взвешенном состоянии, обусловливаемом воздействием на них жидкости, газа или вибрирующих твердых стенок. Толщина взвешенных слоев колеблется в широких пределах — от нескольких метров до миллиметров (концентрационные столы, шлюзы).

Энергетическая теория разделения частиц. При разделении в любой гравитационной машине взвесь минеральных частиц в жидкости приближенно можно рассматривать как механическую систему тел, находящуюся в поле силы тяжести в неустойчивом равновесии.

Содержание

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ 3
2. РАСЧЕТ СХЕМ ГРАВИТАЦИОННОЙ ПЕРЕРАБОТКИ КОК-СУЮЩИХСЯ УГЛЕЙ 4
2.1. Обработка данных ситового и фракционного
анализов углей 4
2.2. Расчет ситового состава шихты 12
2.3. Расчет фракционного состава шихты 12
2.4. Расчет количественного состава шихты по машинным классам 12
2.5. Корректировка зольностей фракций 14
2.6. Количественная характеристика шихты после дробления круп-ного класса >100 (150) мм 14
2.7. Количественный состав шихты с учетом истирания 15
2.8. Построение кривых обогатимости 15
2.9. Составление теоретического баланса продуктов
обогащения 22
2.10. Расчет подготовительных операций 25
2.11. Расчет основных операций 26
2.11.1. Обогащение крупного класса в тяжелосредных
сепараторах 26
2.11.2. Обогащение мелкого класса в отсадочных машинах 30
3. Список рекомендуемой литературы 34

Работа содержит 1 файл

Курсовой проект v2.docx

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

Кафедра обогащения полезных ископаемых

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Выполнил: студент гр. ОП-071 Горбунков А. И.

Кемерово 2010 г.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ 3
2. РАСЧЕТ СХЕМ ГРАВИТАЦИОННОЙ ПЕРЕРАБОТКИ КОКСУЮЩИХСЯ УГЛЕЙ 4
2.1. Обработка данных ситового и фракционного

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Все методы гравитационного обогащения обеспечивают, в основном, более низкие эксплуатационные расходы на 1 т продукции, чем флотация, и обычно требуют меньшей установочной мощности. В гравитационном обогащении не используют дорогие реагенты, стоимость которых непрерывно растет. За исключением утилизации шламов (что является общим с флотацией), ущерб, наносимый окружающей среде сточными водами гравитационной фабрики, значительно ниже, чем сточными водами флотационной фабрики, из-за присутствия в последних органических реагентов и продуктов их реакций.

Современные изменения в области гравитационного обогащения относятся к созданию высокопроизводительного, высокоэффективного, но недорогого оборудования, позволяющего получать высокие технологические показатели.

Задачи курсового проекта

1. Определить количественный состав угольной шихты, состоящей из двух пластов.

2. Рассчитать подготовительные операции первичной переработки каменных углей.

3. Для планируемой зольности суммарного гравитационного концентрата класса 0,5-100 мм с использованием теоремы Рейнгардта определить плотности разделения и технологические показатели обогащения крупного класса 13-100 мм в тяжелых средах и мелкого 0,5-13 мм – в отсадочных машинах.

4. Составить предварительный практический баланс обезвоженных продуктов обогащения и шламов.

2. РАСЧЕТ СХЕМ ГРАВИТАЦИОННОЙ ПЕРЕРАБОТКИ КОКСУЮЩИХСЯ УГЛЕЙ

2.8. Построение кривых обогатимости

Данные для построения кривых обогатимости класса 13-100 мм

Плотность Выход, Зольность, Всплывшие Потонувшие
фракций, г/см 3 g , % A d , % g , % A d , % g , % A d , %
1 2 3 4 5 6 7
18,881 5,276 18,881 5,276 34,465 35,844
1,3 - 1,4 2,101 14,090 20,981 6,158 15,585 72,877
1,4 - 1,5 0,470 20,753 21,451 6,478 13,484 82,034
1,5 - 1,6 0,121 31,745 21,573 6,620 13,014 84,247
1,6 - 1,8 0,197 47,092 21,769 6,986 12,893 84,742
> 1,8 12,696 85,325 34,465 35,844 12,696 85,325
Итого 34,465 35,844

Аналогично заполняется табл. 2.12.

Данные для построения кривых обогатимости класса 0,5-13 мм

По данным табл. 2.11, 2.12 и 2.13 согласно ГОСТу 4790-80 строим кривые обогатимости для машинных классов (рис. 4.1, 4.2 и 4.3) * .

Гравитационными методами обогащения называют такие, в которых разделение минеральных частиц, отличающихся плотностью, размером и формой, обусловлено различием в характере и скорости их движения в текучих средах под действием силы тяжести и сил сопротивления. Гравитационные методы занимают ведущее место среди других методов обогащения. Они могут быть собственно гравитационными (разделение в поле силы тяжести – обычно для относительно крупных частиц) и центробежными (разделение в центробежном поле – для мелких частиц). Если разделение происходит в воздушной среде, то процессы называют пневматическими; в остальных случаях – гидравлическими. Наибольшее распространение в обогащении получили собственно гравитационные процессы, осуществляемые в воде.

По типу используемых аппаратов гравитационные процессы можно разделить на отсадку, обогащение в тяжелых средах и обогащение на наклонной плоскости в потоке воды: концентрацию на столах, обогащение на шлюзах, в желобах, винтовых сепараторах. применяют также относительно новые гравитационные процессы – обогащение в вибрационных концентраторах, противоточных сепараторах, обогатительных циклонах с водной средой и др.

Рис.I.12. Принцип действия отсадки

1 и 2 – соответственно тяжелая и легкая

фракции; 3 – исходное питание; 4 -

Наиболее распространенным методом гравитационного обогащения является отсадка. Отсадкой называется процесс разделения минеральных частиц по плотности в водной или воздушной среде, пульсирующей относительно разделяемой смеси в вертикальном направлении.

Этим методом можно обогащать материалы крупностью от 0,1 до 400 мм. Отсадка применяется при обогащении углей, сланцев, окисленных железных, марганцевых, хромитовых, касситеритовых, вольфрамитовых и других руд, а также золотосодержащих пород. В процессе отсадки (рис.I.12) материал, помещенный на решете отсадочной машины, периодически разрыхляется и уплотняется. При этом зерна обогащаемого материала под влиянием сил, действующих в пульсирующем потоке, перераспределяются таким образом, что в нижней части постели сосредотачиваются частицы максимальной плотности, а в верхней – минимальной (размеры и форма частиц также оказывают влияние на процесс расслоения). Часто на решето укладывают искусственную постель из материала, плотность которого больше плотности легкого минерала, но меньше плотности тяжелого. крупность постели в 5-6 раз больше крупности максимального куска исходной руды. В настоящее время известно около 100 конструкций отсадочных машин. Наиболее распространена гидравлическая отсадка. А среди машин чаще всего применяют беспоршневые.

Обогащениеполезных ископаемыхв тяжелых средахосновано на разделении минеральной смеси по плотности. Процесс происходит в соответствии с законом Архимеда в средах с плот-

4 5 6 2 7 10 9 Рис. I.13. Тяжелосредный колесный сепаратор 1 – корпус с ванной; 2 – подача суспензии; 3 – исходный материал; 4 – привод элеваторного колеса; 5 – гребковое устройство; 6 – элеваторное колесо; 7 – легкий продукт; 8 тяжелый продукт; 9,10 – сброс суспензии

Ностью, промежуточной между плотностью удельно-легкого и удельно-тяжелого минерала. Удельно-легкие минералы всплывают, а удельно-тяжелые погружаются на дно аппарата. Обогащение в тяжелых средах широко применяют в качестве основного процесса для углей трудной и средней категорий обогатимости, а также сланцев, хромитовых, марганцевых, сульфидных руд цветных металлов и др. Эффективность разделения в тяжелых средах выше эффективности обогащения на отсадочных машинах (это самый эффективный гравитационный процесс).

В качестве промышленной тяжелой среды используют тяжелые суспензии, т.е. взвесь мелких удельно-тяжелых частиц (утяжелителя) в среде, которой обычно является вода. Гидравлические суспензии называют просто суспензиями. Наиболее часто утяжелителями являются магнетит, галенит и ферросилиций. Тяжелосредные гравитационные сепараторы можно разделить на три основных типа - конусные, колесные и барабанные. Колесные сепараторы (рис.I.13) применяют для обогащения материала крупностью 400-6 мм. Чаще всего используют СКВ – сепаратор колесный с вертикальным элеваторным колесом.

Технологические схемы обогащения в тяжелых суспензиях практически одинаковы для большинства работающих установок. Процесс состоит из следующих операций: подготовка тяжелой суспензии, подготовка руды к разделению, разделение руды в суспензии на фракции различной плотности, дренаж рабочей суспензии и отмывка продуктов разделения, регенерация утяжелителя.

Обогащение в потоках, текущих по наклонным поверхностям, производится на концентрационных столах, шлюзах, в желобах и винтовых сепараторах. Движение пульпы в этих аппаратах происходит по наклонной поверхности под действием силы тяжести при малой (по сравнению с шириной и длиной) толщине потока. Обычно она превышает размер максимального зерна в 2-6 раз.

Концентрация (обогащение) на столах – это процесс разделения по плотности в тонком слое воды, текущей по слабонаклонной плоскости (деке), совершающей асимметричные возвратно-поступательные движения в горизонтальной плоскости перпендикулярно направлению движения воды. Концентрацию на столе применяют при обогащении мелких классов – 3+0,01 мм для руд и –6(12)+0,5 мм для углей. Данный процесс используется при обогащении руд олова, вольфрама, редких, благородных и черных металлов и др.; для обогащения мелких классов углей, в основном для их обессеривания. Концентрационный стол (рис.I.14) состоит из деки (плоскости) с узкими рейками (рифлями); опорного устройства; приводного механизма. Угол наклона деки a = 4¸10°. Для легких частиц преобладающими являются гидродинамическая и подъемная турбулентная силы, поэтому легкие частицы смывает в перпендикулярном к деке направлении. Частицы промежуточной плотности попадают между тяжелыми и легкими частицами.

Шлюз представляет собой наклонный желоб прямоугольного сечения с параллельными бортами, на дно которого укладывают улавливающие покрытия (жесткие трафареты или мягкие коврики), предназначенные для удержания осевших частиц тяжелых минералов. Шлюзы применяют для обогащения золота, пла-е

тины, касситерита из россыпей и других материалов, обогащаемые компоненты которых значительно различаются по плотности. Шлюзы характеризуются высокой степенью концентрации. Материал на шлюз подают непрерывно до тех пор, пока ячейки трафаретов не заполнятся преимущественно частицами плотных минералов. После этого загрузку материала прекращают и производят сполоск шлюза.

Рис. I.14. Концентрационный стол

1 – сборник легкой фракции, 2 – дека, 3 – смывная вода, 4 – исходное питание 5 – привод, 6 – нарифления, 7 – сборник тяжелой фракции

Струйный желоб имеет плоское днище и сходящиеся под некоторым углом борта. Пульпа загружается на широкий верхний конец желоба. У конца желоба в нижних слоях располагаются частицы большей плотности, а в верхних слоях - меньшей. В конце желоба материал специальными рассекателями разделяется на концентрат, промпродукт и хвосты. Суживающиеся желоба применяют при обогащении россыпных руд. Аппараты типа суживающихся желобов делят на две группы: 1) аппараты, состоящие из набора отдельных желобов в различных компоновочных вариантах; 2) конусные сепараторы, состоящие из одного или нескольких конусов, каждый из которых представляет собой как бы набор радиально установленных суживающихся желобов с общим днищем.

Рис. I.15. Винтовой сепаратор

1– винтовой желоб; 2 – устройство для подачи смывной воды; 3 – пульподелитель; 4 - станина

У винтовых сепараторов неподвижный наклонный гладкий желоб выполнен в виде спирали с вертикальной осью (рис.I.15), их используют для разделения материала крупностью от 0,1 до 3 мм. При движении в закрученном потоке помимо обычных гравитационных и гидродинамических сил, действующих на зерна, развиваются центробежные силы. Тяжелые минералы концентрируются у внутреннего борта желоба, а легкие – у внешнего. Затем продукты разделения разгружают из сепаратора при помощи либо рассекателей, стоящих в конце желоба, либо отверстий, расположенных по ходу желоба.

ФЛОТАЦИОННЫЕМЕТОДЫ ОБОГАЩЕНИЯ

Флотацию применяют для обогащения большинства руд цветных металлов, апатитовых, фосфоритовых, графитовых, флюоритовых и других руд, широко используют в сочетании с другими методами при обогащении руд черных металлов, угля. Широкая распространенность флотации объясняется универсаль­ностью процесса, связанной с возможностью разделения практически любых минералов, обогащения бедных руд с весьма тонкой вкрапленностью полезных минералов.

Флотация основана на различном закреплении частиц разделяемых минералов на межфазной границе, что определяется различием в поверхностных свойствах минералов. При пенной флотации, наиболее применяемой в промышленности, пульпу насыщают газом и частицы некоторых минералов прилипают к пузырькам газа и всплывают на поверхность, образуя минерализованную пену, которая легко удаляется механическим путем. Другие минералы не прилипают и остаются в объеме пульпы.

По способу насыщения пульпы газом различают несколько видов пенной флотации, однако наибольшее распространение получило насыщение пульпы воздухом.

Способность частицы минерала прикрепляться к пузырьку воздуха хорошо объясняется с позиции смачивания. Минералы, поверхность которых легко смачивается водой, называются гидрофильными (кальцит, кварц), а минералы, плохо смачиваемые водой, - гидрофобными (сера, графит, тальк, молибденит). Гидрофобность поверхности минералов оценивается различными методами. Наиболее распространенным методом оценки является определение краевого угла смачивания (q), измеряемого от 0 до 180°. Краевым углом смачивания называется угол между касательной к поверхности воздушного пузырька (или к поверхности капли воды в любой точке трехфазного периметра смачивания) и поверхностью минерала. Его принято отсчитывать в сторону жидкой фазы. Капля жидкости, нанесенная на поверхность твердого (минерала), будет растекаться до тех пор, пока не наступит равновесие между силами поверхностного натяжения на границе твердое - газ sт-г, жидкость - газ sж-г и твердое - жидкость sт-ж. Исходя из этого равенства, легко найти косинус краевого угла смачивания:

При полной гидрофильности, когда капля полностью растекается по поверхности твердого, краевой угол стремится к нулю, а косинус - к единице. При полной гидрофобности краевой угол стремится к 180°, а косинус к – единице.

Чем хуже смачивается минерал, тем лучше он прикрепляется к пузырьку воздуха, легче флотируется. Почти все природные минералы хорошо смачиваются водой (краевой угол смачивания у них меньше 50°). Исключением являются некоторые естественно-гидрофобные минералы (сера, графит, уголь, тальк и молибденит), у которых краевой угол составляет около 90°.

Для регулирования смачиваемости разделяемых минералов (соответственно результатов флотации) применяют различные флотореагенты. Их подразделяют на собиратели, вспениватели, депрессоры, активаторы и регуляторы среды.

Задача собирателей - повысить гидрофобность извлекаемого минерала. Собиратели - это органические вещества, содержащие в своей молекуле углеводородную цепочку. В зависимости от строения молекулы собиратели бывают аполярными и гетерополярными.

Молекулы аполярных собирателей (керосин, смазочные масла) содержат только углеводородную цепочку. Их широко применяют при флотации естественно-гидрофобных минералов (уголь, сера и др.)

Молекулы гетерополярных собирателей имеют сложную асимметричную структуру, состоящую из двух частей, отличных по своим физико-химическим свойствам: углеводородной цепочки и активной группы (-COOH, -SH и др.). Такие молекулы в воде диссоциируют, и в зависимости от того, в каком ионе оказывается цепочка, гетерополярные собиратели бывают анионо- или катионоактивными. Наиболее распространенным анионоактивным собирателем являются ксантогенаты - жирные соли дитиоугольной кислоты. Ксантогенаты являются основным собирателем при флотации сульфидных руд цветных металлов.

Из катионоактивных собирателей наибольшее практическое значение получили первичные алифатические амины RNH2 и четвертичные аммониевые основания, например лауриламин солянокислый (C12H25NH3Cl), который широко применяют при флотации солей и полевого шпата.

Назначение вспенивателей - способствовать созданию устойчивой минерализованной пены. В качестве вспенивателей используют органические соединения, в основном, из класса спиртов. Одним из распространенных вспенивателей является сосновое масло, которое применяют на многих обогатительных фабриках.

Назначение депрессоров - повысить гидрофильность неизвлекаемого минерала. В качестве депрессоров применяют различные минеральные соли, кислоты и основания. Например, цианистые соли (NaCN) используют для подавления флотации медных минералов.

Задача активаторов - усилить действие собирателя на извлекаемый минерал. В качестве активаторов применяют различные минеральные соли, кислоты и основания. Например, сульфид натрия (Na2S) широко используется для улучшения флотации окисленных минералов.

Назначение регуляторов среды - поддерживать рН пульпы в требуемых пределах. Если необходимо сдвигать рН в кислую область ( 7), то щелочи (CaO, Na2CO3, NaOH).

Подбирая соответствующие реагенты, их комбинацию и количества, добиваются оптимальных показателей флотационного обогащения.

Флотационными машинами называют аппараты, в которых осуществляют флотацию. Широкое применение флотации для обогащения самых разнообразных полезных ископаемых привело к созданию большого числа типов и конструкций флотационных машин.

Классификацию флотационных машин чаще всего производят в зависимости от способа аэрации и перемешивания пульпы. По этому признаку машины разделяют на механические, пневматические и пневмомеханические.

Механическая флотационная машина (рис.I.16, а) состоит из последовательного ряда камер 1. В центральной части каждой камеры внутри трубы 4 размещен вращающийся вал 2 с импеллером 3. При вращении импеллера проходящая через него пульпа эжектирует (засасывает) атмосферный воздух и выбрасывает его в камеру, заполненную пульпой. Образование воздушных пузырьков и аэрация пульпы происходят в результате турбулизации пульповоздушной смеси, поступающей из импеллера в камеру. Пенный продукт (обычно концентрат) с помощью гребкового устройства 5 направляется на обезвоживание (или перечистку). Камерный продукт самотеком поступает в следующую камеру или выдается в качестве хвостов (из последней камеры машины). Пневмомеханическая флотационная машина (рис.I.16, б) отличается от механической тем, что в ней на валу 1 установлена мешалка (аэратор) 2, назначение которой - перемешивать пульпу и подаваемый от воздуходувки под давлением воздух.

Рис.I.16. Схемы механической (а) и пневмомеханической (б)

Пневматическая (аэрлифтная) флотомашина конструктивно является наиболее простой. Она представляет собой емкость, вытянутую вверх, прямоугольного или круглого сечения, с коническим днищем, внутри которой расположена аэрлифтная труба. В трубу под давлением подается сжатый воздух, который интенсивно перемешивает пульпу и насыщает ее пузырьками. Образующаяся на поверхности пена самотеком разгружается в желоба.

Схема флотации – определенная последовательность операций флотации в сочетании с операциями измельчения и классификации. При выборе схемы флотации учитывают характер и размер вкрапленности полезных минералов, их содержание в руде и флотируемость, требования к качеству концентратов и ряд технико-экономических факторов. Начальная операция флотационного процесса в схеме при извлечении одного или нескольких металлов называется основной флотацией, флотация концентрата основной флотации - перечистной флотацией, а флотация хвостов основной флотации - контрольной флотацией.

Совокупность основной, контрольной и перечистных операций, при которых выделяется один или несколько готовых (не подвергаемых дальнейшей флотации) продуктов, образует цикл флотации.

Флотация бывает прямой и обратной. Если полезный минерал переходит в пенный продукт, то флотация называется прямой; если он остается в камерном продукте, то обратной. В практике обогащения применяют, в основном, прямую флотацию.

Флотация является основным процессом обогащения сульфидных руд всех цветных металлов.

Читайте также: