Специальные методы обогащения. Анализ кала на паразитов методом обогащения. Типы и схемы обогащения и их применение

Механические

К главным процессам обогащения руды относятся измельчение руды и выделение концентрата. Измельчение заключается в дроблении природного материала, обычно механическими методами, с получением смеси частиц ценных и ненужных компонентов. Дробление может также дополняться химическим разложением молекул компонентов для освобождения полезных атомов. Выделение, или концентрация, состоит в обособлении полезных частиц одного или нескольких продуктов, называемых концентратами, и исключении ненужных частиц пустой породы (хвостов, или отходов). Частицы, которые не попали ни в концентрат, ни в отходы, называются промежуточным продуктом и обычно требуют дальнейшей переработки.

К дроблению относятся механические процессы, посредством которых добытая в руднике порода разбивается до размеров, подходящих для дальнейшего измельчения посредством размалывания. Устройства, которые разбивают добытое в руднике сырье, относятся к первичным дробилкам; дробилки щекового и конусного типов среди них являются основными. Вторичное дробление осуществляется в один, два, реже в три этапа.

Размалывание представляет собой конечный этап механического отделения полезных минералов от пустой породы. Обычно оно производится в водной среде посредством машин, в которых порода измельчается при помощи чугунных или стальных шаров, кремневой гальки, а также гальки, образующейся из твердых кусков руды или

Грохочение применяется для приготовления материала определенной размерности, поступающего на концентрирование. Грохотами обычно разделяют зерна, размер которых превышает 3–5 мм; механические классификаторы используются для более тонкой сепарации мокрого материала.вмещающей породы.

Механические классификаторы представляют собой прямоугольные лотки с наклонным дном, которым сообщается встряхивающее и возвратно-поступательное движение. Материал, подлежащий разделению по крупности зерен, смешивается с водой, подается на верхний край классификатора и перемещается под действием силы тяжести в углубление на нижнем крае лотка. Там более тяжелые и крупные частицы оседают на дно и забираются конвейером. Более легкие и мелкие частички выносятся потоком воды.

В центробежных конусных классификаторах для выделения рудных частиц используются центробежные силы в водной среде. Процесс разделения в таких классификаторах позволяет получить мелкозернистую песчано-шламовую фракцию, пригодную для дальнейшего концентрирования методом флотации.

Физические

Механические и физические методы обогащения позволяют отделить ценные рудные частицы от частиц пустой породы с использованием чисто физических процессов, без химических превращений.

Гравитационная концентрация основана на использовании разной плотности различных минералов. Частицы разной плотности вводятся в жидкую среду, плотность которой имеет промежуточное значение между плотностями минералов, подлежащих разделению. Этот принцип можно проиллюстрировать отделением песка от опилок, когда их бросают в воду; опилки всплывают, а песок тонет в воде.

Метод обогащения в тяжелой среде основан на использовании суспензии, состоящей, помимо частиц руды, из воды и твердого компонента. Плотность суспензии варьируется от 2,5 до 3,5 в зависимости от свойств разделяемых минералов. При этом используются конические или пирамидальные емкости.

Отсадочная машина – это один из видов гравитационного концентратора, в котором суспензия состоит из воды и рудных частиц.В отсадочных машинах непрерывного действия имеются по крайней мере два отделения. Тяжелые частицы, попавшие в приемное отделение, скапливаются на дне; более легкие частицы всплывают. Подаваемый материал захватывается текущей водой и поступает в поверхностный слой на нижней части уклона, который стремится выплеснуться через край. Однако тяжелый материал проседает через более легкий и оказывается в придонном слое. Легкий материал смешивается с верхним слоем, и поперечный поток воды сносит его через перегородку в соседнее отделение, где происходит аналогичная

сепарация. Автоматические разгрузочные устройства удаляют придонный слой с такой скоростью, чтобы он сохранял необходимую толщину.

Концентрационные столы представляют собой гравитационные концентраторы, приспособленные для переработки материала песчаной фракции с размером зерна менее 2,5 мм. Главный их элемент – это покрытая линолеумом прямоугольная дека шириной 1,2–1,5 м и длиной около 4,8 м. Она устанавливается с небольшим регулируемым поперечным уклоном и испытывает возвратно- поступательное движение вдоль длинной стороны с частотой 175–300 циклов в минуту и амплитудой от 6 до 25 мм.

Концентрационный шлюз представляет собой наклонный желоб с шероховатым дном, вдоль которого перемещается гравий россыпи (золотоносной или оловоносной), увлекаемый потоком воды; при этом тяжелые минералы оседают на дне углублений и удерживаются там, тогда как легкие выносятся.

Флотация основана на различиях физико-химических свойств поверхности минералов в зависимости от их состава, что вызывает селективное прилипание частиц к пузырькам воздуха в воде. Агрегаты, состоящие из пузырьков и прилипших частичек, всплывают на поверхность воды, тогда как не прилипшие к пузырькам частицы оседают, в результате чего происходит разделение минералов.

Магнитная сепарация применяется для обогащения руд, содержащих минералы с относительно высокой магнитной восприимчивостью. К ним относятся магнетит, франклинит, ильменит и пирротин, а также некоторые другие минералы железа, поверхности которых могут быть приданы нужные свойства путем низкотемпературного обжига. Сепарация производится как в водной, так и в сухой среде. Сухая сепарация больше подходит для крупных зерен, мокрая – для тонкозернистых песков и шламов. Обычный магнитный сепаратор представляет собой устройство, в котором слой руды толщиной в несколько зерен перемещается непрерывно в магнитном поле. Магнитные частицы вытягиваются из потока зерен лентой и собираются для дальнейшей переработки; немагнитные частицы остаются в потоке.

Электростатическая сепарация основана на различной способности минералов пропускать электроны по своей поверхности, когда они находятся под поляризующим воздействием электрического поля. В результате частицы разного состава заряжаются в разной степени при определенных значениях напряженности этого поля и времени его воздействия и, как следствие, по разному реагируют на одновременно действующие на них электрические и другие силы, обычно гравитационные. Если таким заряженным частицам предоставить возможность свободно перемещаться, то направления их движения будут различаться, что и используется для разделения.

Химические

Химические методы обогащения включают, в качестве предварительного этапа, измельчение руды, которое открывает доступ химическим реагентам к ценным компонентам руды, после чего облегчается извлечение этих компонентов. Химические методы могут быть применены как непосредственно к рудам, так и к концентратам, полученным в результате обогащения руд механическими методами. Терминология методов химического обогащения до некоторой степени запутана. В рамках этой статьи разделение в расплаве относится к процессу плавления, а разделение путем селективных химических реакций – к процессу выщелачивания.

Плавление – это химический процесс, происходящий при высоких температурах, в ходе которого ценный металл и пустая порода переходят в расплавленное состояние.

Обжиг в ходе подготовки к выщелачиванию применяется либо для изменения химического состава полезных составляющих, что делает их пригодными для выщелачивания, либо для удаления некоторых примесей, присутствие которых значительно затрудняет и удорожает процесс выщелачивания ценных компонентов. Например, некоторые руды золота, содержащие мышьяк и серу, перед выщелачиванием подвергают обжигу для удаления этих составляющих

При выщелачивании ценные компоненты руды растворяются и отделяются от нерастворимого остатка посредством подходящего растворителя. В некоторых случаях для перевода ценного компонента в растворимую форму добавляется реагент.

Биологические

Введение бактерий

2 Грохочением называют процесс разделения кусковых и зернистых материалов на продукты различной крупности, называемые классами, с помощью просеивающих поверхностей с калиброванными отверстиями (колосниковые решетки, листовые и проволочные решета).

В результате грохочения исходный материал разделяется на надрешетный (верхний) продукт, зерна (куски) которого больше размера отверстий просеивающей поверхности, и подрешетный (нижний продукт), зерна (куски) которого меньше размера отверстий просеивающей поверхности.

Дробление и измельчение – процесс разрушения полезных ископаемых под действием внешних сил до заданной крупности, требуемого гранулометрического состава или необходимой степени раскрытия материалов. При дроблении и измельчении нельзя допускать переизмельчения материалов, так как это ухудшает процесс обогащения полезного ископаемого.

Классификация – процесс разделения смеси минеральных зерен на классы различной крупности по скоростям их осаждения в водной или воздушной средах. Классификация осуществляется в специальных аппаратах, называемых классификаторами, если разделение происходит в водной среде (гидроклассификация), и воздушными сепараторами, если разделение происходит в воздушной среде.

Гравитационными процессами обогащения называют процессы обогащения, 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, обогащение в тяжелых средах, концентрация на столах, обогащение в шлюзах, желобах, струйных концентраторах, конусных, винтовых и противоточных сепараторах, пневматическое обогащение.

Флотационные методы обогащения – процесс разделения тонкоизмельченных полезных ископаемых, осуществляемый в водной среде и основанный на различии их способности, естественной или искусственно создаваемой, смачиваться водой, что определяет избирательное прилипание частиц минералов к поверхности раздела двух фаз. Большую роль при флотации играют флотационные реагенты – вещества, позволяющие процессу идти без особых осложнений и ускоряющие сам процесс флотации, а так же выход концентрата.

Магнитные методы обогащения полезных ископаемых основаны на различии магнитных свойств разделяемых минералов. Разделение по магнитным свойствам осуществляется в магнитных полях.

При магнитном обогащении используются только неоднородные магнитные поля. Такие поля создаются соответствующей формой и расположением полюсов магнитной системы сепаратора. Таким образом магнитное обогащение осуществляется в специальных магнитных сепараторах.

Электрическим обогащением называется процесс разделения минералов в электрическом поле, основанный на различии их электрических свойств. Этими свойствами являются электропроводность, диэлектрическая проницаемость, трибоэлектрический эффект.

3. Ручная рудоразработка и породовыборка как способ обогащения основаны на использовании различия во внешних признаках разделяемых минералов – цвете, блеске, форме зерен. Из общей массы полезного ископаемого отбирают обычно тот материал, которого содержится меньше. В том случае, когда из полезного ископаемого отбирается ценный компонент, операция называется рудоразработкой, когда пустая порода – породовыработкой.

Декрипитация основана на способности отдельных минералов растрескиваться (разрушаться) при их нагревании и последующем быстром охлаждении.

Обогащение по трению, форме и упругости основано на использовании различий в скоростях движения разделяемых частиц по плоскости под действием сил тяжести. Основным параметром движения частиц по наклонной плоскости, является коэффициент трения, зависящий в основном от характера поверхности самих частиц и их формы.

Адиометрическая сортировка , основанная на различии радиоактивных свойств минералов или силе их излучения

Радиометрические методы обогащения основаны на различной способности минералов, испускать, отражать, или поглощать различные виды излучения.

К химическим методам обогащения относят процессы, связанные с химическими превращениями минералов (или только их поверхности) в другие химические соединения, в результате чего изменяются их свойства, или с переводом минералов из одного состояния в другое.

Химическое и бактериальное обогащение, основанное на спо­собности минералов, например сульфидов, окисляться и раство­ряться в сильно кислых растворах. При этом металлы переходят в раствор, из которого извлекаются различными химико-металлур­гическими методами. Присутствие в растворах некоторых типов бактерий, например тионовых, значительно интенсифицирует процесс растворения минералов.

В технологических схемах обогащения сложных комплексных руд часто используют одновременно два или три различных ме­тода обогащения, например: гравитационный и флотационный, гравитационный и магнитный и т. п. Применяются также комби­нированные методы обогащения в сочетании с гидрометаллурги­ческими.

Для успешного применения того или иного метода обогащения необходимо наличие у минералов достаточного различия тех свойств, которые используются в данном методе.

4. Процесс обогащения характеризуется следующими техноло­гическими показателями: содержанием металла в руде или продукте обогащения; выходом продукта; степенью сокращения и извлечением металла.

Содержание металла в руде или продукте обогащения - это отношение массы этого металла в руде или продукте обогащения к массе сухой руды или продукта, выраженное в процентах. Содержание металла принято обозначать греческими буквами α (в исходной руде), β (в концентрате) и θ (в хвостах). Содержание драгоценных металлов выражается обычно в единицах массы (г/т).

Выход продукта - отношение массы продукта, полученного -при обогащении, к массе переработанной исходной руды, выражен­ное в долях единицы или процентах. Выход концентрата (γ) показы­вает, какую долю от общего количества руды составляет концентрат.

Степень сокращения - величина, обозначающая во сколько раз выход полученного концентрата меньше количества перерабо­танной руды. Степень сокращения (К) выражает количество тонн; руды, которое нужно переработать, чтобы получить 1 т концентрата, и рассчитывается по формуле:

К= 100/ γ

Для руд цветных и редких металлов характерен малый выход концентрата и, следовательно, высокая степень сокращения. Выход концентрата определяется прямым взвешиванием или по данным химического анализа по формуле:

γ =(α - θ/β - θ)100,%.

Степень обогащения, или степень концентрации показывает, во сколько раз увеличилось содержание металла в кон­центрате по сравнению с содержанием металла в руде. При обогаще­нии бедных руд этот показатель может составлять 1000... 10000.

Извлечение металлаε - это отношение массы металла в кон­центрате к массе металла в исходной руде, выраженное в процентах

ε=γβ/α

Уравнение баланса металла

εα=γβ

связывает основные технологические показатели процесса и позволяет рассчитать степень извлечения металла в концентрат, которая, в свою очередь, показывает полноту перехода металла из руды в концентрат.

Выход продуктов обогащения можно определить по данным химических анализов продуктов. Если обозначить:- выход концентрата; - содержание металла в руде; - содержание металла в концентрате; - содержание металла в хвостах, а - извлечение металла в концентрат, то можно составить баланс металла по руде и продуктам обогащения, т. е. коли­чество металла в руде равно сумме его количеств в концентрате и хвостах

Здесь за 100 принят выход исходной руды в процентах. Отсюда выход концентрата

Извлечение металла в концентрат можно подсчитать по формуле

Если выход концентрата неизвестен, то

Например, при обогащении свинцовой руды, содержащей 2,5% свинца, получен концентрат с содержанием 55% свинца и хвосты, содержащие 0,25% свинца. Подставляя результаты химических анализов в приведенные выше формулы, получим:

выход концентрата

извлечение в концентрат

выход хвостов

степень обогащения:

Качественно-количественные показатели обогащения харак­теризуют техническое совершенство технологического процесса на фабрике.

Качество конечных продуктов обогащения должно соответство­вать требованиям, предъявляемым потребителями к их химическому составу. Требования к качеству концентратов называются кондициями и регламентируются ГОСТ, техническими условиями (ТУ) или временными нормами и разрабатываются с учетом технологии и экономики I переработки данного сырья и его свойств. Кондициями устанавливается минимально или максимально допустимое содержание различных со­ставных компонентов полезного ископаемого в конечных продуктах обогащения. Если качество продуктов соответствует кондициям, то эти продукты называются кондиционными.

Выводы:

Обогатительная фабрика является промежуточным звеном между рудником (шахтой) и металлургическим заводом. Руда различной крупности, поступающая с рудника, при переработке на обогатительной фабрике проходит различные процессы, которые по своему назначению можно разделить на подготовитель­ные, собственно обогатительные и вспомогательные.

Подготовительные процессы имеют целью под­готовить руду к обогащению. Подготовка включает прежде всего операции уменьшения размеров кусков руды - дробление и измельчение и связанную с ними классификацию руды на гро­хотах, в классификаторах и гидроциклонах. Конечная крупность измельчения определяется крупностью вкрапленности минералов, так как при измельчении не­обходимо максимально рас­крыть зерна ценных мине­ралов.

К собственно обо­гатительным про­цессам относятся про­цессы разделения руды и других продуктов по физи­ческим и физико-химическим свойствам минералов, входя­щих в их состав. К этим процессам относятся гравита­ционное обогащение, флота­ция, магнитная и электри­ческая сепарация и др.

Большинство процессов обогащения проводится в во­де и получаемые продукты содержат большое количе­ство ее. Поэтому возникает необходимость во вспомогательных процессах. К ним относится обезвоживание продуктов обогащения, включающее сгущение, фильтрование и сушку.

Кроме того, существуют так называемые специальные методы обогащения, к которым относятся:

рудоразработка, основанная на различии цвета и блеска отдель­ных минералов, их прозрачности или свечения;

адиометрическая сортировка, основанная на различии радиоактивных свойств минералов или силе их излучения;

обогащение по трению, основанное на различии коэффициен­тов трения минералов при движении их по плоскости;

химическое и бактериальное обогащение, основанное на спо­собности минералов, например, сульфидов, окисляться и раство­ряться в сильно кислых растворах.

Процесс обогащения характеризуется техноло­гическими показателями: содержанием металла в руде или продукте обогащения; выходом продукта; степенью сокращения и извлечением металла, что определяет основные характеристики процессов обогащения.

Контрольные вопросы:

1.
На какие разделы делят методы обогащения полезных ископаемых?

2.
Какие методы относятся к основным, а какие к вспомогательным методам обогащения.

3.
Какие методы обогащения Вам известны?

4.
Охарактеризуйте процессы грохочения, дробления, измельчения и классификации.

При виде товарных ценных минералов справедливо возникает вопрос о том, каким образом из первичной руды или ископаемого может получиться столь привлекательное ювелирное изделие. Особенно с учетом того, что переработка породы как таковая представляет собой если не один из финальных, то как минимум предшествующий заключительному этапу процесс облагораживания. Ответом же на вопрос будет обогащение в ходе которого происходит базовая обработка породы, предусматривающая отделение ценного минерала от пустых сред.

Общая технология обогащения

Переработка ценных ископаемых осуществляется на специальных предприятиях по обогащению. Процесс предусматривает выполнение нескольких операций, среди которых подготовка, непосредственное расщепление и разделение породы с примесями. В ходе обогащения получают разные минералы, в том числе графит, асбест, вольфрам, рудные материалы и т. д. Не обязательно это должны быть ценные породы - есть немало фабрик, выполняющих переработку сырья, которое в дальнейшем используется в строительстве. Так или иначе, основы обогащения полезных ископаемых базируются на анализе свойств минералов, которые обуславливают и принципы разделения. К слову, необходимость отсечения разных структур возникает не только с целью получения одного чистого минерала. Распространена практика, когда из одной структуры выводится несколько ценных пород.

Дробление породы

На этом этапе производится измельчение материала на отдельные частицы. В процессе дробления задействуются механические силы, с помощью которых преодолеваются внутренние механизмы сцепления.

В результате порода делится на мелкие твердые частицы, носящие однородный характер структуры. При этом стоит различать непосредственное дробление и технику измельчения. В первом случае минеральное сырье подвергается менее глубокому разделению структуры, в ходе которого формируются частицы фракцией более 5 мм. В свою очередь измельчение обеспечивает образование элементов диаметром менее 5 мм, хотя и этот показатель зависит от того, с какой породой приходится иметь дело. В обоих случаях ставится задача максимального расщепления зерен полезного вещества так, чтобы освобождался чистый компонент без микста, то есть пустой породы, примесей и т. д.

Процесс грохочения

После завершения процесса дробления заготовленное сырье подвергается другому технологическому воздействию, которое может представлять собой и просеивание, и выветривание. Грохочение в сущности является способом классификации полученных зерен по характеристике крупности. Традиционный способ реализации данного этапа предусматривает использование решета и сита, обеспеченных возможностью калибрования ячеек. В процессе грохочения отделяются надрешетчатые и подрешетчатые частицы. В некотором роде обогащение полезных ископаемых начинается уже на этой стадии, поскольку часть примесей и миксты отделяются. Мелкая фракция размером менее 1 мм отсеивается и с помощью воздушной среды - выветриванием. Масса, напоминающая мелкофракционный песок, поднимается искусственными воздушными потоками, после чего оседает.

В дальнейшем частицы, которые оседают медленнее, отделяются от совсем маленьких пылевых элементов, задерживающихся в воздухе. Для дальнейшего сбора производных такого грохочения используют воду.

Обогатительные процессы

Процесс обогащения ставит целью выделение из исходного сырья частиц полезного ископаемого. В ходе выполнения таких процедур выделяется несколько групп элементов - полезный концентрат, отвальные хвосты и другие продукты. Принцип разделения этих частиц основывается на различиях между свойствами полезных минералов и пустой породы. Такими свойствами могут выступать следующие: плотность, смачиваемость, магнитная восприимчивость, типоразмер, электропроводность, форма и т. д. Так, процессы обогащения, использующие разницу в плотности, задействуют гравитационные методы разделения. Такой подход используется при рудного и нерудного сырья. Весьма распространено и обогащение на основе характеристик смачиваемости компонентов. В данном случае применяется флотационный метод, особенностью которого является возможность разделения тонких зерен.

Также используется магнитное обогащение полезных ископаемых, которое позволяет выделять железистые примеси из тальковых и графитовых сред, а также очищать вольфрамовые, титановые, железные и другие руды. Базируется эта техника на разнице в воздействии магнитного поля на частицы ископаемых. В качестве оборудования задействуются специальные сепараторы, которые также используют для восстановления магнетитовых суспензий.

Заключительные этапы обогащения

К основным процессам этого этапа стоит отнести обезвоживание, сгущение пульпы и сушку полученных частиц. Подбор оборудования для обезвоживания осуществляется на основе химико-физических характеристик минерала. Как правило, данная процедура выполняется в несколько сеансов. При этом необходимость в ее выполнении возникает не всегда. Например, если в процессе обогащения использовалась электрическая сепарация, то обезвоживание не требуется. Помимо подготовки продукта обогащения к дальнейшим процессам переработки, должна быть предусмотрена и соответствующая инфраструктура для обращения с частицами минерала. В частности, на фабрике организуется соответствующее производственное обслуживание. Вводятся внутрицеховые транспортные средства, организуется снабжение водой, теплом и электроэнергией.

Оборудование для обогащения

На этапах измельчения и дробления задействуются специальные установки. Это механические агрегаты, которые с помощью различных приводных сил оказывают разрушающее воздействие на породу. Далее в процессе грохочения используют решето и сито, в которых предусматривается возможность калибрования отверстий. Также для просеивания применяют более сложные машины, которые называются грохотами. Непосредственно обогащение выполняют электрические, гравитационные и магнитные сепараторы, которые используются в соответствии с конкретным принципом разделения структуры. После этого для обезвоживания используют технологии дренирования, в реализации которых могут применяться те же грохоты, элеваторы, центрифуги и аппараты для фильтрации. Заключительный этап, как правило, предполагает использование средств термической обработки и сушки.

Отходы процесса обогащения

В результате процесса обогащения образуется несколько категорий продуктов, которые можно разделить на два вида - полезный концентрат и отходы. Причем ценное вещество вовсе не обязательно должно представлять одну и ту же породу. Также нельзя сказать, что отходы представляют собой ненужный материал. В таких продуктах может содержаться ценный концентрат, но в минимальных объемах. При этом дальнейшее обогащение полезных ископаемых, которые находятся в структуре отходов, зачастую не оправдывает себя технологически и финансово, поэтому вторичные процессы такой переработки редко выполняются.

Оптимальное обогащение

В зависимости от условий проведения обогащения, характеристик исходного материала и самого метода может различаться качество конечного продукта. Чем выше содержание в нем ценного компонента и меньше примесей, тем лучше. Идеальное обогащение руды, к примеру, предусматривает полное отсутствие отходов в продукте. Это значит, что в процессе обогащения смеси, полученной дроблением и грохочением, из общей массы полностью были исключены частицы сора от пустых пород. Однако достичь такого эффекта удается далеко не всегда.

Частичное обогащение полезных ископаемых

Под частичным обогащением понимается разделение класса крупности ископаемого или же отсечение легко выделяемой части примесей из продукта. То есть данная процедура не ставит целью полное очищение продукта от примесей и отходов, а лишь повышает ценность исходного материала путем увеличения концентрации полезных частиц. Такая обработка минерального сырья может использоваться, к примеру, в целях понижения зольности угля. В процессе обогащения выделяется крупный класс элементов при дальнейшем смешивании концентрата необогащенного отсева с мелкой фракцией.

Проблема потерь ценной породы при обогащении

Как ненужные примеси остаются в массе полезного концентрата, так и ценная порода может выводиться вместе с отходами. Для учета таких потерь используются специальные средства, позволяющие рассчитать допустимый уровень оных для каждого из технологических процессов. То есть для всех методов отделения разрабатываются индивидуальные нормы допустимых потерь. Допустимый процент учитывается в балансе обрабатываемых продуктов с целью покрытия расхождений в расчете коэффициента влаги и механических потерь. Особенно такой учет важен, если планируется обогащение руды, в процессе которого используется глубокое дробление. Соответственно, повышается и риск потерь ценного концентрата. И все же в большинстве случаев утрата полезной породы происходит из-за нарушений в технологическом процессе.

Заключение

За последнее время технологии обогащения ценных пород сделали заметный шаг в своем развитии. Совершенствуются и отдельные процессы переработки, и общие схемы реализации отделения. Одним из перспективных направлений дальнейшего продвижения является использование комбинированных схем обработки, которые повышают качественные характеристики концентратов. В частности, комбинированию подвергаются магнитные сепараторы, в результате чего оптимизируется процесс обогащения. К новым методикам этого типа можно отнести магнитогидродинамическую и магнитогидростатическую сепарацию. При этом отмечается и общая тенденция ухудшения рудных пород, что не может не сказываться на качестве получаемого продукта. Бороться с повышением уровня примесей можно активным применением частичного обогащения, но в общем итоге увеличение сеансов переработки делает технологию неэффективной.

Разрушение полезного ископаемого начинается в процессе его добычи. В зависимости от условий образования и последующих явлений метаморфизма полезные ископаемые обладают различ­ными свойствами. При применении тех или иных способов выем­ки и транспорта полезное ископаемое доставляется на обогати­тельную фабрику в виде смеси зерен, имеющих различие по крупности, крепости, твердости и упругости.

Для ряда полезных ископаемых различие в физико-механических свойствах (модули Юнга и Пуассона, прочность) разделяемых минералов приводят к тому, что в процессах дробления и измельчения частицы различных минералов существенно отличаются по крупности и форме. Некоторые авторы называют это обогащением по крепости минералов. В зависимости от крепости полезного ископаемого и вмещаю­щих пород в процессе добычи и при других операциях в шахте ис­ходный материал будет состоять из зерен той или иной крупности, при разделении которых на классы могут быть получены про­дукты с различным содержанием, как полезного компонента, так и загрязняющих примесей. Например, при измельчении магнетитовых кварцитов более прочный кварц в измельченном продукте оказывается в более крупных классах, чем магнетит (избирательное дробление и измельчение).

Разделение по крупности применяется, если имеется различие в качестве отдельных классов исходного материала. Здесь может потребоваться применение центробежных аппаратов как сухого (при обеспыливании), так и мокрого типа (гидроциклоны, центри­фуги). Процесс может быть как самостоятельным (на дисковых сепараторах), так и сопутствующим (например, при грохочении, пневматиче­ской, и мокрой классификации, в жалюзийных аппаратах, центробеж­ных обеспыливателях, в гидроциклонах и т. п.).

Обогащение данным способом с соответствующей подготов­кой производится, когда извлекаемые продукты необходимо по­лучить обязательно в крупном виде, например, обогащение драго­ценных камней (алмазов), либо в виде тонкого материала, на­пример, обогащение глин высокой дисперсности.

Как уже указывалось, обогащение некоторых полезных иско­паемых по крепости или твердости осуществляется путем дробле­ния при помощи удара, раздавливания или истирания, ниже в специальном разделе рассмотрены и более селективные методы раскрытия минералов.

В результате упомянутых видов дробления обогащаются рядо­вые угли, имеющие в своем составе более твердую породу, а также россыпи, содержащие черные алмазы, истирающиеся во много раз труднее, чем находящийся в этой россыпи гравий, имеющий оди­наковый с алмазами удельный вес.

m , а при перемещении - их вес Q = mg.

При добыче и переработке некоторых полезных ископаемых на­блюдают также и различия в форме кусков его компонентов (угли, слан­цы, слюда и асбестосодержащие руды, для которых различие в форме кусков компонентов является следствием их физических свойств). Сепарация частиц по форме приводит к концентра­ции того или иного компонента в продуктах разделения. Разделение составных частей, входящих в, смесь, отличающих­ся по форме (например, отделение пластинчатой породы, сопро­вождающей антрацит, или иглообразных волокон асбеста в асбе­стовой руде) может происходить и попутно на аппаратах, осуще­ствляющих другие операции (классификацию, обезвоживание и др.).

Общим звеном, связывающим эти различные процессы, является рабочая поверхность сепараторов или классификаторов. Последними являются грохоты с различной просеивающими поверхностями: для сепарации по крупности они должны иметь заданный размер ячеек, а для сепарации по форме важны не только размеры, но и форма отверстий в соответствии с кусков особенностями разделяемых минералов.

Обогащение по крупности. Возможность такого обогащения обусловлена физико-механическим свойствами разделяемых минералов. Так, например, при добыче угля, если порода крепкая, то более крупные классы исходного материала будут более высокозоль­ными (табл. 4).

Распределение по классам P 2 O 5 в фосфоритовой руде приве­дено в табл. 8.5.

Выход классов исходного продукта различной крупности и их качество определяют при помощи ситового и технического анали­зов. Обогатимость и возможные результаты обогащения можно определить обычным способом: для этого составляют таблицы и строят кривые обогатимости.

Записывать классы в таблицах для построения кривых обога­тимости надо в порядке возрастания содержания золы или P 2 O 5 .

Различие по крупности может быть получено в результате из­бирательного выветривания исходного материала.

В некоторых случаях этот процесс может иметь самостоятель­ное значение. Например, сортировка алмазной руды после ее вы­ветривания позволяет получить первичный концентрат алмазов.

Такой процесс применим и при извлечении других драгоцен­ных камней.

Следует отметить, что иные виды предварительной обработки исходного материала также могут привести к резкому различию качества минеральных составляющих смеси в зависимости от их крупности. К ним относятся: нагревание, охлаждение, эластичное дробление, ковка и пр.

При обогащении по крупности, поскольку процесс связан с разделением зерен различного размера, имеющих различное содержание какого-либо полезного минерала, очевидно необходи­мо учитывать массу зерен m , а при перемещении - их вес Q = mg.

В том случае, когда обогащение по крупности осуществляется при помощи избирательного грохочения, повышение веса зерен при определенном их размере представляет собой благоприятный фактор. В этом случае возможность прохождения зерна через от­верстие решета определяется соотношением размеров зерен и от­верстий.

Для обогащения по крупности может быть применен горизон­тальный дисковый сепаратор, схема устройства и действия которо­го показана на рис. 2.4.1.

В процессе сепарации более крупные зерна, имеющие боль­шую центробежную силу, от­брасываются на большее рас­стояние и попадают в концент­рический приемник II . Мелкие зерна собираются после схода их с диска D в приемник I . Регулировка аппарата и уп­равление им производятся глав­ным образом за счет изменения числа оборотов диска, что при­водит к изменению центробеж­ной силы и скорости схода зер­на с поверхности диска, а также за счет изменения количества движения исходного материала, по­даваемого на аппарат.

В отдельных случаях наблюдают проявление различий в форме частиц, обусловленное особенностями работы обогати­тельных машин, например дробилок. Так, при дроблении гор­ных пород на щебень для строительства в продуктах дробления появляются частицы «лещадной» (пластинчатой) формы, которые при использовании щебня в качестве заполнителя для бе­тона снижают его прочность. Уменьшение содержания «лещадных» частиц в готовой продукции может рассматриваться как. Рис. 2.5.1 повышение качества щебня.

Соотношение линейных размеров (доли ед.) частиц различ­ной формы (по В. Г. Деркачу и П. А. Копычеву) приведено ниже.

Длина Ширина Толщина

Форма частиц:

пластинчатая... 1 1(0,75) 0,5
продолговатая... 1 0,5 0,5
угловатая.... 1 1 0,5
округлая..... 1 1 1

Для разделения частиц с использованием различий в форме компонентов могут использоваться следующие способы:

Грохочение на специально оформленной просеивающей по­верхности;

Обогащение с использованием различий в коэффициентах трения частиц различной формы;

Разделение по скорости движения частиц в среде, обуслов­ленной различиями в форме частиц;

Разделение по площади контакта частицы с рабочей поверх­ностью аппарата;

Комбинированные способы разделения.

Выделение частиц пластинчатой или продолговатой формы путем грохочения улучшается при переходе от круглых к квад­ратным, от квадратных к прямоугольным, от прямоугольных к щелевидным отверстиям. Повышение качества фракционирован­
ного щебня за счет выделения частиц «лещадной» формы дости­гают, применяя резинострунные просеивающие поверхности, т. е. с использованием перехода от квадратных к прямоугольным от­верстиям. .

Схемы сепараторов для обогащения по форме представлены
на рис. 12.

Для выделения слюды, имеющей ярко выраженную пластин­чатую форму, выполнение только щелевидной просеивающей по­верхности недостаточно, так как для прохождения пластин слю­ды через щель необходима их ориентация перпендикулярно или наклонно к просеивающей поверхности. Такая ориентация до­стигается с помощью крышевидного грохота (см. рис. 2.5.2,а, б], образованного из уголков 1. При этом максимальная толщин» hmax пластинки слюды 2, которая проходит через щель меньше размера щели d c . При установке вертикальных перегородок 3 толщина пластинок слюды, проходящих через щели грохота d cr будет увеличена.

Таким образом, толщина пластинок слюды h, проходящих через щель, будет определяться углом наклона α полки уголка 1 или же высотой вертикальной перегородки 3: h = d c sinα.

Рис. 2.5.2. Схемы сепараторов для обогащения по форме:

а - крышевидный грохот; б - крышевидный грохот с вертикальными перегородками; в - барабанный грохот с удержанием частиц плоской формы за счет разрежения; г - плоскостной сепаратор для обогащения по форме и парусности; д - полочный сепаратор с трамплином; е - ленточный сепаратор-конвейер; ж - центробежный сепаратор».

При α = 0 через сито будут проходить частицы округлой и продолговатой формы. При увеличении угла наклона а толщи­на выделяемых частиц будет расти и npи α = 90° достигнет h= d c .

Процесс обогащения по форме с использованием профилиро­ванной поверхности реализован в грохоте СМ-13, применяемом в качестве основного обогатительного аппарата для получения слюды в забое (забойного сырца). Схемы переработки при этом зависят от запасов, содержания сростков в руде, крупности кус­ков (1; 0,6; 0,3 м), площади кристаллов, производительности добычных агрегатов. По содержанию сростков выделяют руды: до 5%- бедную сростками, 5-20% - среднюю, больше 20% - богатую сростками. В зависимости от приведенных факторов выделяют простые и сложные схемы переработки

Простые технологические схемы дробления и обогащения по форме применяют при объёмах переработки от 2 до 5 м 3 /ч. При большей производительности и более богатой по сросткам руде применяют сложные схемы получения забойного сырца с использованием операций обогащения по форме и ручной сортировки по внешним признакам. Для сохра­нения качества слюды переработку ее ведут с помощью пере­движных слюдовыборочных установок (СВУ-1, СВУ-2, УС-1), позволяющих извлечь до 90% слюды при засоренности концен­трата в пределах 6-20% на установках СВУ-1, СВУ-2 и 20-70% при переработке по простым схемам.

Имеются способы, использующие несколько свойств, вытека­ющих из различий в форме разделяемых частиц. Так, на рис. 2.5.2,в представлен барабанный грохот с удержанием частиц, плоской формы за счет разрежения, на валу 3 которого закреплены чашеобразная 2 и коническая 4 просеивающие поверхно­сти. Внутри барабанного грохота смонтированы устройства вво­да питания 6 и вывода концентрата 7. Коническая просеиваю­щая поверхность 4 охвачена кожухом 1 с уплотнителями 8, из полости которого откачивают воздух. Отсев с чашеобразной проcеивающей поверхности собирают на поддоне 5.

Исходный материал подают с помощью питающего желоба 6 на чашеобразную просеивающую поверхность 2, на которую в подрешетный продукт выделяют тонкозернистый материал и распределяют монослоем частицы округлой и плоской формы. При вращении грохота материал из чашеобразной части 2 по­ступает на коническую 4, где выделяют в надрешетный продукт округлые частицы. Частицы плоской формы перекрывают зна­чительную часть конической просеивающей поверхности и под действием отсасываемого из-под кожуха воздуха прижимают­ся к конической поверхности 4 грохота. Отрыв частиц плоской формы от поверхности барабана осуществляют на выходе зоны разрежения, слюдяной концентрат собирается и выводится из барабанного грохота лотком.

Барабанный грохот можно использовать для выделения слюды из отбитой горной массы крупностью –300+0 мм, а продукт округлой формы после дробления может снова подаваться на обогащение в грохот.

Плоскостной сепаратор для обогащения по форме и парусности (рис. 2.5.2,г) снабжен разгонной площадкой 1, разгрузочной щелью, отражательным выступом. Особенностью сепаратора является наличие у него перфорированной площадки 2 возле отражательного выступа 3, которая соединена с разгрузочной щелью канала 5, в котором установлен вентилятор 6. Подача воздуха через отверстия в площадке позволяет удары частиц слюдык об отражательный выступ, а забор воздуха из щели 4 для герметизации разгрузочного устройства 7 приводит к селективному увлечению в эту щель частиц с повышенной парусностью, т.е слюды. Округлые частицы ударяются о выступ 3 и проходят над щелью 4 в хвостовой продукт.

Различие в коэффициентах трения плоских и округлых частиц и их парусности используется в полочном сепараторе (рис. 2.5.2,д), предназначен-ном для обогащения смеси слюда-гранит-кварц крупностью менее 5 мм. Он состоит из наклонно установленной полки 1, заканчивающейся трамплином 2, параметры которого (угол поворота, длину) можно регулировать, и приемников продуктов разделения с регулировочным шибером. Приемник для слюды соединен со всасывающим патрубком вентилятора. При подаче материала на полку 1 сепаратора округлые частицы на подходе к трамплину 2 достигают более высоких скоростей, чем плоские частицы слю­ды, вследствие значительных различий в коэффициентах трения качения граната и скольжения слюды. На трамплине 2 скоро­сти движения частиц гасятся селективно, и различия в скоро­стях движения частиц граната и слюды возрастают. Из-за раз­личий в траекториях движения округлых и плоских частиц и различий в их парусности частицы слюды отклоняются в бункер слюдяного концентрата и осаждаются в нем.

Применение полочного сепаратора позволило получить слю­дяные концентраты из слюдосодержащих сланцев Кулетского месторождения (рис. 2.5.2,д). При переработке машинных классов

1,35 + 0,7; -0,7 + 0,4; -0,4 + 0,25; -0,25+0,1 мм были получе­ны концентраты с содержанием слюды соответственно 95; 98,85; 96,5; 93,2% и извлечением 8,2; 35,2; 19,3 и 24%.

На ленточном сепараторе-конвейере (см. рис. 2.5.2,е) частицы плоской формы движутся по более пологой траектории и про­летают большее расстояние. Траектория частиц определяется также парусностью частиц. Из-за различий в форме частиц на­блюдаются резкое изменение траектории их (кувыркание) и, как следствие, низкие показатели.

В центробежном сепараторе (см. рис. 2.5.2,с) предусмотрено устройство для повышения стабильности траекторий движения плоских частиц за счет их закрутки относительно вертикальной оси. Сепаратор содержит диск 1, кольцо 2, вращающиеся со ско­ростями 01 и 02, и кольцевые приемники продуктов разделения. Направления вращения диска и кольца совпадают, однако ско­рость вращения кольца выше и вследствие этого плоская части­ца при переходе с диска на кольцо закручивается вокруг верти­кальной оси и движется по более стабильной пологой траекто­рии.

Они включают ручную рудоразборку, радиометрическое обогащение, обогащение по трению и форме, обогащение по упругости, термоадгезионное обогащение, а также обогащение, основанное на селективном изменении размера куска при дроблении.

Ручная сортировка (рудоразборка) представляет собой метод обогащения, при котором используется разница во внешних признаках (цвет, блеск, форма) минералов. Например, в мартитовой руде часто присутствуют сплошные включения известняков. Раздробив такую руду до крупности -100 мм, легко можно выбрать куски известняка. Рудоразборка осуществляется при крупности материала 10 – 300 мм и производится на специальных площадках, неподвижных и круглых подвижных столах и ленточных конвейерах. Ленточные конвейеры, используемые для рудоразборки, следует устанавливать под углом не более 18°, скорость ленты должна быть не более 0,4 м/с. Места рудоразборки должны быть хорошо освещены. Иногда освещение подбирают таким образом, чтобы усилить различие во внешних признаках сортируемых кусков руды. Данный метод достаточно дорог и низко производителен. Ручная рудоразборка применяется при обогащении дорогостоящего сырья (золото, алмазы и др.)

Наибольшее распространение из специальных методов получило радиометрическое обогащение, основанное на различии в способности минералов отражать, испускать и поглощать различные виды излучения.

Радиометрическое обогащение применяют при переработке руд цветных металлов (радиоактивных, редких, тяжелых и др.), алмазов, флюоритовых руд. Принцип всех способов радиометрического обогащения одинаков: на руду, перемещаемую в пространстве, действует какое либо излучение от источника; сигнал, возникающий от взаимодействия минералов с этим излучением, улавливается приемником; информация передается в специальный прибор-радиометр, где обрабатывается и подается команда на исполнительный механизм, направляющий кусок или в сборник концентрата или в сборник хвостов. Для отсечения посторонних сигналов в схеме предусматривается установка фильтров. В случае авторадиометрического обогащения схема значительно упрощается, так как отпадает необходимость в источнике первичного излучения (радиоактивные минералы сами испускают излучение). В качестве первичного излучения используются излучения широкого диапазона длины волн, от самых коротких гамма излучений до самых длинных радиоволн. По длине волны различают следующие группы первичного излучения, применяемых в радиометрических сепараторах:

По характеру взаимодействия минералов с первичным излучением различают следующие группы: 1) возбуждение вторичного излучения (люминесценции, нейтронного и др.); 2) отражение первичного излучения; 3) поглощение (абсорбция) первичного излучения.

Одними из самых распространенных способов радиометрического обогащения нерадиоактивных руд являются фотометрический и рентгенолюминесцентный.

По способу осуществления радиометрическое обогащение подразделяется на крупно порционную сортировку и радиометрическую сепарацию. При крупно порционной сортировке, являющейся одним из самых дешевых и высокопроизводительных методов обогащения, обогащению подвергаются не отдельные куски, а вагоны, самосвалы, ковши и т.п. Например, крупно порционная сортировка авторадиометрическим методом заключается в регистрации излучения вагонеток с рудой. Если излучение выше некого порогового (а это значит, что в руде много полезного радиоактивного минерала), то вагонетка разгружается и обогащается на фабрике, если излучение меньше порогового (мало полезного компонента) вагонетка отправляется прямо в отвал. Недостаток метода в том, что применим далеко не для всех руд. Полезный (радиоактивный) компонент должен быть неравномерно распределен по разным вагонеткам (в одних его мало в других много), а это бывает достаточно редко. Радиометрическая сепарация предусматривает «просмотр» каждого куска руды. При этом достигаются весьма высокие технологические показатели, но производительность невысока особенно для мелких частиц.

Рентгено-люминисцентный метод основан на различиях в интенсивности люминесценции (холодного свечения) минералов под влиянием рентгеновского излучений. Процесс люминесценции складывается из трех стадий: поглощения энергии возбуждающего излучения, преобразования и передачи энергии возбуждения внутрь тела и испускания света в центрах свечения с возвращением минерала в равновесное состояние. Способностью люминесцировать обладают многие минералы: шеелит, флюорит, алмаз и др. Люминесценция большей части минералов обусловлена присутствием в них примесей-активаторов (люминогенов).

Рентгенолюминесцентный метод является основным для обогащения алмазосодержащих руд. С его помощью обогащаются также флюоритовые и шеелитовые руды. Источником первичного излучения в рентгено-люминесцентных сепараторах являются рентгеновские трубки с различными анодами (вольфрам, медь, серебро, молибден и др.), что дает возможность выбирать оптимальное первичное излучение для данного вида сырья. В сепараторах предпочтительнее использовать трубки с широким пучком излучения. Приемником сигнала люминесценции служат различные фотоэлементы и фотоумножители, тип фотоэлемента определяется длиной волны возбуждаемой люминесценции.

Большинство радиометрических сепараторов имеет сходную конструкцию они имеют питатели, источник излучения (кроме авторадиометрических), регистрирующий прибор и исполнительный механизм. Рентгено-люминесцентные сепараторы отличаются устройством питателей, режимом подачи материала и способом вывода куска. У нас созданы сепараторы серии ЛС (рис. 2.23), которые широко используются для доводки гравитационных и флотационных алмазных концентратов, а также для первичного обогащения алмазных руд. Сепаратор имеет два питателя, второй работает быстрее, чем первый и поэтому частицы на нем вытягиваются в линию и падают по одной. Если частица способна люминесцировать (алмаз) то под действием рентгеновского излучения она начинает светится. Это свечение регистрируется фотоэлектронным умножителем и затем сигнал поступает на исполнительный механизм например, пневмоклапан, который отдувает частицу струей воздуха. Из зарубежных следует отметить сепараторы серии XR, разработанные фирмой«Гансонс Сортекс лимитед» (Великобритания).

Фотометрический метод основан на использовании в различий в способности минералов отражать, пропускать или преломлять свет. Схема фотометрического сепаратора приведена на рисунке 2.24.

Обогащение по трению и форме. Скорость движения частиц по наклонной плоскости (при заданном угле наклона) зависит от состояния поверхности самих частиц, их формы, влажности, плотности, крупности, свойств поверхности, по которой они перемещаются, характера движения (качение или скольжение), а также среды, в которой происходит разделение. Основным параметром, характеризующим минеральные частицы с точки зрения движения их по наклонной плоскости, является коэффициент трения, величина которого определяется в основном формой минеральных частиц. Обогащение по трению будет тем благоприятнее, чем больше разница в коэффициенте трения для частиц пустой породы и полезных минералов. Частицы могут перемещаться под действием собственной силы тяжести (при движении по наклонным плоскостям – рис. 2.25), центробежной силы (при движении по горизонтальной плоскости вращающегося диска) и в результате комбинированного действия сил собственной тяжести, центробежной и трения (винтовые сепараторы).

Эти свойства используются при обогащении алмазной мелочи, асбестовых руд, слюды, разделении абразивов и других материалов.

Обогащение по упругости основано на том, что зерна минералов различной упругости по-разному отскакивают от рабочей поверхности аппаратов и движутся по различным траекториям. Способ широко применяется при сортировке гравия.

Термоадгезионный способ обогащения заключается в том, что при облучении руды световым потоком темноцветные минералы нагреваются сильнее, чем светлые. Попадая затем на конвейер, поверхность которого покрыта термочувствительным материалом (температура пластификации 30-50 о С), более нагретые темноцветные минералы прилипают к этой поверхности, а светлые минералы не прилипают и движутся по своей траектории. Способ широко применяется при обогащении каменных солей.

Процесс обогащения по твердости заключается в том, что при измельчении минерального сырья разрушаются более мягкие материалы. Более твердые остаются в крупных кусках.. Затем на грохотах или классификаторах отделяют мелкий продукт от крупного. Такой процесс называют избирательным измельчением. Очень часто дробление и грохочение совмещены в одном аппарате. Способ широко применяется при обогащении углей и осуществляется в барабанных дробилках.

Facebook

Twitter

Вконтакте

Одноклассники

Google+