ВВЕДЕНИЕ в специальность (ОПИ)

1. РОЛЬ ГОРНОГО ДЕЛА В РАЗВИТИИ ОБЩЕСТВА
Роль горного дела в создании технологических и культурных составляющих человеческой цивилизации уникальна по своему влиянию практически на все сферы жизни общества и, как область промышленного производства, охватывает разведку месторождений полезных ископаемых, их разработку, строительство горных предприятий и подземных сооружений различного целевого назначения и др.
Человечество ежегодно извлекает из недр Земли многие сотни
миллиардов тонн различных руд, горючих ископаемых и строительных материалов. В результате переработки этого сырья выплавляется около 1600 млн. т различных металлов, рассеивается на полях
более 400 млн. т минеральных удобрений и до 4 млн. т различных
ядохимикатов.
Горная промышленность как составная часть горного дела является важнейшей сырьевой базой, определяющей основные материальные и энергетические возможности развития и укрепления независимости для любого государства. Она поставляет минеральное топливо
(уголь, горючие сланцы, торф, нефть, природный газ), руды черных,
цветных, редких и радиоактивных металлов, горно-химическое сырье,
строительные материалы и др.
1.1. Общие сведения о месторождениях полезных ископаемых. Классификация полезных ископаемых.
Кристаллические химические соединения элементов, слагающие
земную кору, называются минералами. Ассоциации минералов образуют горные породы.
Полезным ископаемым называют природное минеральное образование, которое используется в народном хозяйстве в естественном
виде или после предварительной обработки путем дробления, сортировки, обогащения для извлечения ценных металлов или минералов.
В зависимости от физического состояния полезные ископаемые
могут быть твердыми, жидкими и газообразными.
1
К твердым относится большинство полезных ископаемых, которые применяются как химические элементы или их соединения, а
также кристаллы, минералы, горные породы.
К газообразным – горючие газы углеводородного состава и негорючие инертные газы.
К жидким – нефть, рассолы, воды.
По промышленному использованию полезные ископаемые разделяются на металлические, неметаллические, горючие, гидро- и газоминеральные.
Металлические полезные ископаемые служат для извлечения из
них металлов и элементов:
 черных (железо, титан, хром, марганец);
 легирующих(никель, кобальт, вольфрам, молибден,);
 цветных (алюминий, медь, свинец, цинк, сурьма, ртуть) и благородных (золото, серебро, платина, палладий);
 радиоактивных (уран, радий, торий);
 редких и рассеянных (висмут, цирконий, ниобий, тантал, германий, кадмий, индий);
 редкоземельных(лантан, церий, иттрий и др.).
К неметаллическим полезным ископаемым принадлежат:
 строительные горные породы (естественные камни, пески,
глина);
 индустриальное сырье (алмаз, графит, асбест, слюды, драгоценные и поделочные камни, пьезокристаллы, оптические минералы);
 химическое и агрономическое сырье (сера, флюорит, барит, галит, калийные соли, апатит, фосфориты).
Горючие ископаемые включают торф, бурый уголь, каменный
уголь, антрацит, горючие сланцы, нефть, горючий газ. Они служат
энергетическими металлургическим (кокс) топливом, а также сырьем
для химической промышленности.
К газоминеральному сырьюотносятся негорючие инертные газы:
гелий, неон, аргон и др.
Гидроминеральные полезные ископаемыеразделяют на подземные воды (питьевые, технические, бальнеологические или минеральные) и нефтяные воды, содержащие ценные элементы (бром, йод, бор
и др.), а также рассолы (озерные рассолы, минеральные грязи, илы).
2
1.2. Классификация горных пород, понятия и определения.
В зависимости от состояния, характеристики горных пород могут
отличаться друг от друга.
По степени связности горные породы разделены на скальные,
связные, рыхлые (сыпучие) и плывучие.
Скальные породы характеризуются наличием значительных сил
сцепления между минеральными частицами, которые после разрушения не восстанавливаются.
Такие породы могут быть монолитными или трещиноватыми.
Стенки горных выработок, пройденных в монолитных скальных породах, устойчивы, в то время как в сильно трещиноватых породах
требуют закрепления.
Связные породы (глины, суглинки, мел, бокситы и др.) отличаются тем, что силы сцепления между частицами этих пород обеспечиваются за счет пленочной, капиллярной и свободной воды и могут
сильно изменяться взависимости от степени увлажнения, фракционного состава и формы частиц.
Эти породы дают большие остаточные деформации без нарушения
связности. В сухом и мерзлом состоянии связные породы по свойствам близки к скальным.
Рыхлые (сыпучие) породы представляют собой скопление не связанных между собой частиц различной формы и размеров (песок,
гравий, галька, валуны и др.).
Стенки горной выработки (скважины) в этом случае неустойчивы,
склонны к обвалам и требуют закрепления.
Плывучие породы (плывуны)– это водонасыщенные песчаноглинистые породы.
Отличительной особенностью данных пород является их способность расплываться. Под влиянием горного давления они способны
сохранять постоянный уровень в выработке или, например, подниматься на некоторую высоту по стволу скважины.
3
1.3. Горные предприятия
 Горное предприятие– самостоятельная производственная
единица, осуществляющая разведку, добычу и обогащение полезных
ископаемых. Горное предприятие, осуществляющее добычу и первичное обогащение полезных ископаемых, называется горнодобывающим. Существуют следующие виды горнодобывающих предприятий: шахта (разведочная шахта),рудник, карьер (разрез), прииск.
 Шахта (от нем. schacht) является горнопромышленным предприятием, осуществляющим добычу полезного ископаемого подземным способом и отгрузку его
потребителю или на центральнообогатительные фабрики. К шахте
относятся также подземные и
наземные сооружения для разработки месторождения.

Карьер – от фр. carrière)—
совокупность горных выработок, образованных при добыче полезного
ископаемого открытым способом.
Карьеры по добыче угля и россыпных полезных ископаемых
называют разрезом..
 Прииск – горнодобывающее предприятие по разработке
россыпных месторождений полезных ископаемых, преимущественно золота, платины и алмазов.
4
2. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Обогащение полезных ископаемых – это ряд процессов первичной переработки минерального сырья с целью отделения всех полезных минералов от пустой породы, т. е от всех входящих в минеральное сырье, добытое из недр земли минералов, которые не представляют ценность для промышленного производства или использования
в бытовых или сельскохозяйственных целях.
Конечным результатом обогащения полезных ископаемых является товарный продукт, пригодный для последующей химикометаллургической или другого рода переработки.
Переработка полезных ископаемых осуществляется на обогатительных фабриках, представляющих собой сегодня мощные высоко
механизированные предприятия со сложными технологическими
процессами.
Технологический процесс обогащения полезных ископаемых –
очень важное промежуточное звено между добычей полезных ископаемых и использованием извлекаемых веществ.
Процессы обогащения полезных ископаемых возникли после
начала добычи минеральных веществ из недр земли. Как показываются результаты археологических исследований горное дело зародилось
в глубокой древности. Первые элементы существования периода каменного века найдены в Африке, Европе, Азии, медного и бронзового
– в странах Средиземноморья, Малой Азии, на Балканах, в Альпах, в
Казахстане, на Урале, периода железных орудий – в странах античного мира, Закавказья, Западной Европы, Японии и Китая.
2.1. Продукты обогащения полезных ископаемых
Обогащение полезных ископаемых позволяет существенно увеличить концентрацию ценных компонентов одном и продуктов.
Полезный (ценный) компонент – элемент или минерал, с целью
извлечения которого добывается полезное ископаемое.
5
Обычно, содержание цветных металлов (полезный компонент) в
рудах составляет, например: медь, свинец, цинк - 0,3-2 %, молибден 0,1-0,01 %, вольфрам – 0,1-0,2 %, железо 19-35%.
После переработки этих добытых из недр Земли полезных ископаемых удается повысить концентрацию полезного минерала в одном
продукте в несколько десятков раз, так например, концентрация меди,
свинца и цинка увеличивается до 20-70 %, молибдена - до 47-50 %,
вольфрама - до 45-65 %, железа до 65-72 %. Извлечение ценных компонентов в продукт обогащения составляет от 60 до 95 %.
При обогащении удаляется часть вредных примесей минералов,
например, такие как сера, фосфор, мышьяк, которые резко снижают
качество выплавляемого металла и удорожают процесс его производства. Полезные примеси – это химические элементы или минералы,
присутствующие в продуктах обогащения и улучшающие их свойства.
Предметом обогащения полезных ископаемых являются руды.
Обогащение руды представляет собой совокупность методов
разделения минералов друг от друга по разнице их физических или химических свойств.
Полученные продукты обогащения разделяются на два продукта
и более, отличающихся по качеству.
Более богатый полезным компонентом продукт называют концентратом.
Продукт, состоящий в основном из пустой породы и вредных
примесей называют отходами (хвостами).
Продукты со средним содержанием полезного компонента называют промежуточными (промпродуктами), они обычно возвращаются на переработку.
Процесс обогащения основан на различии минералов в определённых физических или физико-химических свойствах. Чем контрастнее эти различия, тем выше эффективность разделения минералов.
Свойства, благодаря которым идет разделение минералов, называются технологическими или разделительными.
6
К свойствам минералов, положенным в основу разделения, относятся: плотность; смачиваемость водой; магнитная восприимчивость;
электропроводность, цвет, радиоактивность, теплопроводность и др..
2.2. Типы обогатительных фабрик
Обогащение полезных ископаемых осуществляются на горнообогатительных комбинатах (ГОК).
ГОК - это высокомеханизированное, и автоматизированное
предприятие по обогащению полезных ископаемых
В зависимости от обогащаемого сырья обогатительные фабрики
классифицируются на следующие типы:
• фабрики, обогащающие руды черных и цветных металлов –
ГОКи;
• фабрики, обогащающие угли, антрациты - ГОФ, ЦОФ;
• фабрики при коксохимических заводах – ОФ.
2.3. Цели и задачи обогащения полезных ископаемых
Обогащение полезных ископаемых позволяет:
• увеличить промышленные запасы сырья за счет использования
месторождений бедных полезных ископаемых с низким содержанием
ценных компонентов;
• повысить производительность труда на горных предприятиях за
счет механизации горных работ и сплошной выемки полезного ископаемого вместо выборочной;
• повысить технико-экономические показатели металлургических
и химических предприятий при переработке обогащенного сырья за
счет снижения расхода топлива, электроэнергии, флюсов, химических
реактивов, улучшения качества готовых продуктов и снижения потерь
полезных компонентов с отходами;
• комплексно использовать полезные ископаемые, так как предварительное обогащение позволяет извлечь не только основные полез7
ные компоненты, но и сопутствующие, содержащиеся в малых количествах;
• снизить расходы на транспортирование к потребителям более
богатых продуктов, а не всего объема добываемого полезного ископаемого;
• выделить из минерального сырья те вредные приме-си, которые
при дальнейшей его переработке могут загрязнять окружающую среду и тем самым угрожать здоровью людей и ухудшать качество конечной продукции.
2.4. Виды операций обогащения
Процесс обогащения включает следующие операции:
1. Подготовительные. К ним относятся: дробление, измельчение, грохочение. Предназначены для подготовки материала к обогащению.
2. Основные. К ним относятся: гравитационные процессы, флотационные процессы, магнитное обогащение, электрическое обогащение, специальные методы обогащения. Предназначены для непосредственного разделения минерала на полезные компоненты и отходы.
3. Заключительные. К ним относятся: обезвоживание, классификация на товарные сорта. Предназначены для доведения продуктов
обогащения до нормативных показателей.
Последовательность операций обогащения называется технологической схемой.
На рисунке 2.1 представлен процесс обогащения в виде блоксхемы.
2.5. Свойства минералов и методы обогащения
В основу процесса обогащения положены различия минералов в
определённых свойствах. Чем контрастнее эти различия, тем выше
8
эффективность разделения минералов. К свойствам минералов, положенным в основу разделения, относятся:
 Плотность;
 Смачиваемость водой;
 Магнитная восприимчивость;
 Электропроводность;
 Группа свойств, положенных в основу специальных методов
обогащения.
Рисунок 2.1. Классификация технологических процессов обогащения полезных ископаемых
Плотность положена в основу гравитационных процессов, к
которым относится: обогащение в тяжёлых средах, отсадка, обогащение на концентрационных столах, обогащение на шлюзах, в винтовых сепараторах, тяжелосредных гидроциклонах.
Различие в смачиваемости положено в основу процесса флотации.
Различие в магнитных свойствах положено в основу магнитного обогащения.
Различие в электрических свойствах положено в основу электросепарации.
Различие в цвете, блеске, твёрдости, коэффициенте трения,
радиоактивном излучении и т. д. положено в основу специальных
методов обогащения.
9
2.6. Технологические показатели обогащения.
Эффективность процесса обогащения оценивается качественноколичественными технологическими показателям:
- выходом продукта (γ);
- содержание полезного компонента (,. β, θ);
- извлечением полезного компонента (ε).
Выход продукта γ – количество продукта обогащения, выраженное в процентах от количества руды, принятого за 100%.
Суммарный выход всех продуктов обогащения равен 100%.
Уравнение баланса выходов имеет вид:
∑γi=100%.
При разделении руды на два конечных продукта – концентрат с
выходом γк и хвосты с выходом γх – уравнение баланса имеет вид:
γк+γх=100%.
Содержание компонента , .β -весовая доля того или иного
компонента (минерала или химического соединения) в руде или продукте обогащения.
Содержание полезного компонента в руде обозначается буквой
,. β, θ;. Суммарное количество любого компонента, содержащего в
конечных продуктах обогащения, соответствует количеству этого
компонента в руде.
Уравнение баланса для содержания имеет вид:
∑γiβi=γисхβисх=100 .
Если при обогащении получены два конечных продукта – концентрат и хвосты, то уравнение баланса записывается следующим равенством:
γкβк+γхβх=100
Извлечение - ε – величина, показывающая, какая часть всего количества того или иного полезного компонента, содержащегося в
руде, перешла в данный продукт обогащения.
Вычисляется как отношение массы компонента в данном продукте к его массе в руде и выражается в процентах или долях единицы:
𝜸𝒊 𝜷𝒊
𝜺𝒊 =
𝜶
10
Сумма извлечений компонента в конечных продуктах равна извлечению в руде, то есть 100%:
∑εi=εисх=100%
При разделении руды на два конечных продукта – концентрат и
хвосты – это уравнение имеет вид:
εк+εх=100%
Пример. При обогащении руды, содержащей 31% Fe, получен магнетитовый
концентрат, содержащий 68,5% Fe. Выход концентрата составил 39%. Производительность по руде (Qисх) -2100 т/час. Определить технологические показатели обогащения.
Выход хвостов определяем по уравнению баланса:
γх=100-γк=100-39=61%
Извлечение железа в магнетитовый концентрат рассчитываем по формуле:
𝜸к 𝜷к 𝟑𝟗 ∙ 𝟔𝟖, 𝟓
𝜺к =
=
= 𝟖𝟔, 𝟏𝟖, %
𝜶
𝟑𝟏
Извлечение Fe в хвосты (потери железа) определяем:
εх=100-εк=100-86,18=13,82%
С другой стороны, извлечение железа в хвосты равно
𝜸 𝜷
𝟔𝟏∙𝜷х
𝜺х = х х =
,%
𝜶
𝟑𝟏
Следовательно, содержание Fe в хвостах определяется как
𝜺х 𝜶 𝟑𝟏 ∙ 𝟏𝟑, 𝟖𝟐
𝜷х =
=
= 𝟕, 𝟎𝟐, %
𝜸х
𝟔𝟏
Производительность по концентрату составляет:
Qк=Qисхγк=21000,39=819 т/час.
Количество хвостов определяется по разнице:
Qх=Qисх–Qк–2100-819=281 т/час
Показатели обогащения оформляются в виде таблицы (табл. 2.1)
Таблица 2.1
Продукты
обогащения
Концентрат
Хвосты
Руда
Результаты обогащения железной руды
ПроизвоСодержаВыход γ,
дительние Fe β,
%
ность, т/час
%
819
39,0
68,5
1281
61,0
7,02
2100
100
31,0
Извлечение Fe ε,
%
86,18
13,82
100
В случае, если необходимо определить результаты обогащения по
нескольким компонентам, в графах «Содержание компонента» и «Из11
влечение компонента» приводятся данные по каждому компоненту в
отдельности.
Технологические показатели обогащения характеризуют техническое совершенство процесса обогащения на фабрике. Чем выше содержание полезного компонента в концентрате и выше его извлечение, тем выше эффективность процесса.
3. ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ.
3.1. Грохочение
Грохочение и классификация являются основными процессами разделения сыпучих материалов на продукты различной
крупности, называемые классами крупности.
Грохочение – процесс разделения сыпучего кускового материала
на классы по крупности через просеивающую поверхность аппаратов, которые называются грохоты.
Материал, поступающий на грохочение, называется исходным. Он
разделяется на надрешетный продукт, оставшийся на сите и подрешетный (нижний), прошедший через сито. Группа зерен, проходящих через сито с отверстиями d1 и оставшихся на сите d2, составляет
класс крупности, размер которого указывают обычно так -d1+d2.
Число классов, получившихся в результате грохочения: N+1, где N
– количество сит.
Часть мелочи всегда остается непросеянной и от ее количества зависит эффективность грохочения.
Эффективность Ег (%), характеризующая точность разделения материала по крупности. Численно она определяется отношением количества подрешетного продукта к общему количеству его в исходном
продукте, т. е. представляет собой извлечение нижнего класса в
подрешетный продукт.
При грохочении на три и более класса последовательность их выделения в зависимости от расположения сит на грохоте может быть от
крупного к мелкому, от мелкого к крупному классам, а также комбинированная.
12
Классификация основана на выносе движущимися водными или воздушными потоками мелких частиц.
Рисунок 3.1. Принцип грохочения материала
Грохочению может подвергаться материал крупностью
от 1200 до 0,05 мм. В зависимости от величины наибольших кусков
в исходном питании и размера отверстий в просеивающих поверхностях различают крупное, среднее, мелкое, тонкое и особо тонкое грохочение:
- крупному грохочению подвергается обычно материал крупностью -1200 +0 мм на колосниковых решетках с отверстиями от
300 до 100 мм;
- среднему грохочению - материал крупностью -350 +0 мм на
решетках и решетах с отверстиями от 75 до 25 мм;
-мелкому грохочению - материал крупностью -75 +0 мм на
решетах и ситах с отверстиями от 25 до 6 мм;
- тонкому грохочению — материал крупностью -10 +0 мм на
ситах с отверстиями от 5 до 0,5 мм;
13
- особо тонкому грохочению (например, при сортировке абразивов и шлифовальных порошков) - материал до 0,5 мм на
специальных ситах.
3.2. Виды просеивающих поверхностей
Грохочение осуществляется на просеивающих поверхностях, в
качестве которых применяют колосниковые решетки, штампованные литые и сварные решета, проволочные сита (рис. ).
Рисунок 3.2. Виды просеивающих поверхностей
Колосниковые решетки применяют на грохотах в первой или второй стадии для крупного и среднего грохочения по крупности разделения от 50 до 300 мм. Ширина зазора между колосниками не менее
50 мм. Во избежание забивания делают отверстия, расширяющиеся к
низу с трапециевидным профилем. Изготавливают из колосников, а
также можно делать из металлических балок, рельсов и т. д.
Решета применяют сварные и штампованные (перфорирован-ные)
для крупности разделения от 10 до 100 мм для среднего и мелкого
грохочения.
Решета, как правило, имеют срок службы 4-6 месяцев. Для повышения срока их гуммируют или полностью изготавливают из резины
и полимерных материалов.
14
Сита – проволочные сетки бывают тканные и плетенные с отверстиями размером от 100 до 0,04 мм из бронзовой, медной, никелевой
проволоки, а также полимерных материалов: рези-новые, полиуретановые. В настоящее время можно проводить тонкий рассев в диапазоне от 10 мм до 38 мкм (400 меш), т. е. обесшламливание руды с
применением тонкого грохочения, например, на высокочастотном
грохоте модели 2SG48-60W-5STK «Стек Сайзер» корпорации Derrick.
Широко применяются шпальтовые сита – щелевидные проволочные с размерами 200×(0,25-16 мм) из стальной, бронзовой, медной,
никелевой проволоки, а также из полимерных материалов.
3.3. Эффективность грохочения
В производственных условиях идеально точное разделение по крупности обычно не достигается. Так, при грохочении часть зерен размером
менее отверстий сита остается в надрешетном продукте, а при классификации происходит не только засорение крупных продуктов более мелкими зернами, но и тонких продуктов зернами крупностью, превышающей размер, по которому осуществляется разделение.
Эффективность грохочения – извлечение нижнего класса в подрешетный продукт, а именно отношение массы подрешетного продукта к массе нижнего класса в исходном продукте.
𝑸п
𝑬=
𝟏𝟎𝟎, %
𝑸пи
где 𝑸п - масса подрешетного продукта, 𝑸пи – масса нижнего
класса в исходном.
Нижним классом называется материал, крупность которого
меньше размера отверстия сита грохота.
Если обозначим через α, ß и θ содержание нижнего класса соответственно в исходном, подрешетном и надрешетном продуктах, то
эффективность грохочения можно рассчитать по следующей формуле
𝜶−𝜽
𝑬=
∙ 𝟏𝟎𝟒 , %.
𝜶(𝟏𝟎𝟎 − 𝜽)
при ß=100, %.
15
3.4. .Классификация грохотов
По типу просеивающей поверхности грохоты классифицируются
на аппараты, имеющие колосниковые решетки, решета перфорированные или стальные и с установленными проволочными сетками –
ситами.
По форме поверхности они бывают с криволинейной поверхностью и с прямолинейной поверхностью.
По способу разрыхления и передвижения материала грохоты
бывают неподвижного и механического типа (подвижного).
3.4.1. Неподвижные грохоты
Неподвижные колосниковые грохоты – представляют собой короб
с колосниковой решеткой и механического типа (подвижного).
Неподвиыe колосниковый грохот (рис. 3.3) представляет собой
решётку, собранную из устанавливаемых под углом к горизонту колосников фасонного сечения, иногда закрепляемых консольно. Трапецеидальное поперечное сечение колосников образует расширяющиеся книзу отверстия и тем самымуменьшает опасность застревания
кусков. Размер щели между колосниками от 50 до 200 мм. Уголнаклона решётки равен 38-500 для руд и 30-350 для углей. При повышении влажности исходного материала угол увеличивают на 5-100.
Отношение длины к ширине грохота составляет 3-4.
Рисунок 3.3. Колосниковый грохот
1-колосник; 2-стяжной
болт;3–распорная труба.
Преимущество грохота в простоте устройства и обслуживания,
отсутствие энергетиче16
ских затрат.
Недостатком является низкая эффективность просеивания – 5060 %. Поэтому используют для выделения наиболее крупных классов:
перед первой стадией дробления. Производительность в среднем: 60
т/ч.м2.
Дуговые грохоты предназначены для мокрого грохочения тонкого
и мелкого материала (0,1-2,5 мм), для обезвоживания продуктов.
Дуговые грохоты широко применяются на обогатительных фабриках. Кривизна поверхности способствует появлению центробежных
сил и, таким образом, увеличивают эффективность грохочения – до 90
%.
Рисунок 3.4. Дуговой грохот.
Преимущество заключается также в том, что отсутствуют энергозатраты, поскольку дуговые грохоты неподвижны. Иногда дуговые
сита снабжают вибратором типа.
Недостаток: быстрый износ сита, особенно на абразивных пульпах.
17
3.4.2. Грохоты механического типа
Валковые грохоты предназначены для просеивания неметаллических полезных ископаемых с верхней границей до 300 мм. Поверхность грохота представляет собой ряд параллельных вращающихся
валков. Грохот устанавливается под наклоном –12-150. На валки
насажены эксцентрично диски, образующие просеивающую поверхность с постоянно меняющими свое положение отверстиями при
вращении валков.
Преимущество: невозможность заклинивания отверстий частицами из-за постоянной смены их положения.
Недостатки: большой вес грохота, невозможность грохочения
глинистых руд.
Рисунок 3.5. Валковый грохот
Барабанные предназначены для разделения потока рудного материала на фракции заданных размеров. Область размеров частиц, подвергаемых грохочению довольно широка от 3 до 300 мм за счет сменных просеивающих плит. Поверхности барабанных грохотов могут
18
быть цилиндрические или конические. Ось под наклоном 4-70 для цилиндрического грохота, а для конического – горизонтальна.
Рисунок 3.6. Барабанный грохот
Преимущество: простота конструкции и обслуживания, возможность мокрого грохочения сильноглинистых материалов за счет самоочистки просеивающих экранов в процессе непрерывного вращения
барабана, отсутствие вибраций.
Недостатки: низкая производительность и эффективность.
Плоские качающиеся – самые простые по конструкции грохоты.
Применяются на малых предприятиях. Крупность частиц подвергаемых грохочению 1-350 мм, оптимальная крупность 40-50 мм. Предназначены для разделения на классы крупности углей и неметаллических полезных ископаемых. Угол наклона α = 8-120 , монтируется на
упругих опорах или подвесах. Движения в процессе грохочения возвратно-поступательные за счет вращения эксцентрикового вала.
19
Рисунок 3.6. Плоский качающийся грохот
Инерционные грохоты имеют простейшее устройство и предназначены для грохочения углей и руд, обезвоживания, обесшламливания, отмыва суспензии от продуктов обогащения. Они очень распространены в сфере обогащения углей. Крупность кусков обычно не
больше 160 мм.
20
Рисунок 3.7. Инерционный грохот
Преимущество: простота конструкции и эксплуатации, надежность, высокая производительность и эффективность, малый расход
энергии.
Недостатки: зависимость амплитуды колебания от нагрузки, требуется установка амортизаторов для уменьшения нагрузки и вибрации на раму грохота и перекрытия здания.
Самобалансные грохоты примененяются: для обезвоживания,
обесшламливания, грохочения влажных, глинистых материалов и отмывки утяжелителя (отделение тяжелой суспензии от продуктов обогащения).
21
Преимущество: малая высота, простота конструкции, надежность
в работе, высокое качество сортировки при большой производительности, существенное уменьшение передачи вибраций на перекрытия
здания и раму грохота, возможность грохочения влажных, глинистых
материалов.
Площадь грохочения – от 1,28 м до 12,5 м2, размеры отверстия сита – от 4 до 100 мм.
Рисунок 3.8. Самобалансный грохот
22
3.5. Классификация
Классификация - процесс разделения смеси минеральных зерен на
классы различной крупности по скорости их падения в водной или
воздушной средах.
Принцип разделения заключается в том, что частички более крупные оседают из пульпы быстрее, чем мелкие и концентрируются в
нижней части классификатора. Для оседания маленьких частичек
необходимо больше времени, и они выносятся из аппарата вместе с
пульпой.
Продукт классификации, состоящий из крупных частиц, называется песками, а из мелких – сливом (при гидравлической классификации) или тонким продуктом (при пневматической классификации).
Верхний предел крупности частиц в процессе классификации – 5
мм для руд, 13 мм для углей. Но чаще классификация используется
для разделения очень мелких зерен размером не более 1 мм.
Классификация осуществляется в специальных аппаратах называемых классификаторами.
По типу среды можно выделить разделение на классы в водной
(жидкой) среде – гидроклассификацию и в воздушной среде – воздушную сепарацию.
3.5.1.Классификация аппаратов для классификации
Классификаторы по принципу действия подразделяются на
- механические: реечные, чашевые, спиральные, элеваторные;
- гидравлические: конусные, пирамидальные, многокамерные;
- центробежные: гидроциклоны, осадительные центрифуги, воздушные сепараторы.
3.5.2.Механические спиральные классификаторы
Механические спиральные классификаторы применяются на
руднообогатительных фабриках.
23
Эффективность классификации 35-65%.
Спиральные классификаторы изготавливают с диаметром спирали
до 3 м и длиной до 15,5 м, устанавливают под наклоном 12-16о. Исходную пульпу заливают в среднюю часть ванны.
Рисунок 3.9. Спиральный классификатор
1– корыто; 2 – валы; 3 – спирали; 4 – питающий желоб; 5 – упорные
подшипники; 6 – привод; 7 – подъемное устройство; 8 – сливой желоб
24
Спиральный классификатор (рис. 3.9) состоит из наклонного корыта 1, в котором помещены один или два вращающихся вала 2 с
насаженными на них спиралями 3.
Спирали изготавливаются из стальных полос, образующих двухзаходную винтовую ленту. Для предохранения от износа спираль футеруется пластинами из отбеленного чугуна, легированной стали или
высокопрочных сплавов. Ширина полос выбирается в зависимости от
нагрузки классификатора по пескам и составляет от 0,1 до 0,4 диаметра спирали. Шаг спирали равен примерно половине ее диаметра.
Крупные частицы руды оседают на дно и образуют слой осевшего
непрерывно транспортируемого вращающимся шнеком материала
(песков). На дне всегда остается слой неподвижного слежавшегося
материала (осевшего). Он предохраняет от износа корпус при движении шнека.
Гидроциклоны применяются как классификаторы в замкнутых
циклах измельчения с шаровыми мельницами и для обесшламливания
и сгущения пульп.
Гидроциклон состоит из литого конусообразного корпуса с закрытой крышкой.
Рисунок3.10. Гидроциклон
1 – приемная камера; 2 - Цилиндрический корпус; 3-5 – Конические секции корпуса; 6 – песковая насадка; 7 – питающий патрубок; 8
– сливной патрубок.
25
Исходная пульпа подается под давлением тангенциально внутренней поверхности. Крупные частицы под действием центробежной силы отбрасываются к стенкам аппарата и нисходящим спиральным потоком движутся вниз, разгружаясь через насадку для песков. Мелкие
частицы образуют внутренний поток, который поднимается вверх и
выносится через сливной патрубок. Внутренняя поверхность гидроциклонов покрывается износоустойчивым материалом – футеруется.
Преимущество простота конструкции, малые размеры, возможность управления процессом.
Недостатки: при классификации абразивных пульп происходит
быстрый износ внутренней поверхности конусов.
Вопросы для самоконтроля
1. Что представляет собой процесс грохочения сыпучего кускового материала?
2. Как называются продукты, поступившие и полученные в результате грохочения?
3. Как обозначается класс крупности?
4. Назовите число классов, получившихся в результате грохочения в зависимости от количества сит.
5. Физический смысл понятия «эффективность грохочения».
6. Как определяется эффективность грохочения?
7. Назовите ряд факторов, которые оказывают влияние на производительность
и эффективность грохочения.
8. Какие бывают грохоты по типу просеивающей поверхности, по форме поверхности, по способу разрыхления и передвижения материала?
9. Какие вы знаете неподвижные грохоты?
10. Какие вы знаете подвижные грохоты?
11. Опишите область применения, устройство, принцип действия колосниковых грохотов, преимущества и недостатки.
12. Назовите область применения, устройство, принцип действия дуговых грохотов, их преимущества и недостатки.
13. Назовите область применения, устройство, принцип действия валковых
грохотов, их преимущества и недостатки.
14. Назовите область применения, устройство, принцип действия барабанных
грохотов, их преимущества и недостатки.
15. Опишите область применения, устройство, принцип действия инерционных
грохотов, их преимущества и недостатки.
26
16. Опишите область применения, устройство, принцип действия самобалансных инерционных грохотов, их преимущества и недостатки.
17. Что означает процесс классификации? В чем его принцип?
18. Как называют продукты классификации?
19. Назовите верхний предел крупности частиц в процессе классификации?
20. Какие аппараты-классификаторы вы знаете?
21. Какие бывают классификаторы по принципу действия?
22. Назовите область применения, устройство, принцип действия механического
спирального классификатора, его преимущества и недостатки.
9. Назовите область применения, устройство, принцип действия гидроциклона, его
преимущества и недостатки.
4. ДРОБЛЕНИЕ И ИЗМЕЛЬЧЕНИЕ
4.1. Общие сведения о процессе дробления
Дробление и измельчение – процессы разрушения материала до
заданной крупности.
Крупность дробленного (измельченного) полезного ископаемого
определяется степенью раскрытия минералов.
Дробление – уменьшение крупности материала под воздействием внешних сил.
По своему назначению процесс дробления может быть подготовительным и самостоятельным.
Подготовительное дробление осуществляется с целью подготовки руды к обогащению.
Самостоятельное дробление - если дробленый продукт является товарным продуктом, и дальнейшему обогащению не подвергается.
Размер максимальных кусков руды, поступающих на обогатительную фабрику, зависит от параметров, принятых при добыче и
транспортировке и может достигать 1200-1500мм. На обогащение
должен поступать продукт крупность 10мм и менее.
27
В зависимости от способа добычи руды и требований к крупности
дроблёного продукта различают следующие стадии дробления:
1. Крупное дробление:1500 – 300 мм;
2. Среднее дробление: 300 – 50 мм;
3. Мелкое дробление: 50 - 10 мм.
4.2. Способы дробления
В зависимости от характера механического воздействия на руду
различают следующие способы дробления (рис. 4.1):
Рисунок 4.1. Способы
дробления
Раздавливание –
разрушение в результате сдавливания зерна
между двумя дробящими поверхностями;
Раскалывание –
разрушение зерен в результате его расклинивания между остриями
дробящих поверхностей;
Истирание – разрушение в результате воздействия двух смещающихся друг относительно друга дробящих поверхностей;
Удар – разрушение в результате воздействия динамических
кратковременных нагрузок. Приводит к разрушению руды по трещинам и по поверхностям соприкосновения отдельных минералов.
4.3. Классификация дробилок
В зависимости от характера механического воздействия на руду
дробилки делятся на следующие типы:
28
1) конусные (основной способ дробления – раздавливание, частично – истирание, изгиб);
2) щековые (раздавливание и истирание);
3) валковые (с гладкими валками – раздавливание и истирание,
в зубчатыми валками – раскалывание и истирание);
4) молотковые и роторные (удар);
Выбор способа дробления и типа дробилки зависит от прочности
руды, крупности исходного материала, требуемого гранулометрического состава дробленого продукта, необходимой производительности (рис. 4.2).
Для крупного и среднего дробления применяются конусные и
щековые дробилки, причем конусные дробилки обычно используются
на фабриках большой производительности. Щековые дробилки обычно применяются на фабриках средней производительности.
Валковые дробилки с зубчатыми валками применяют при необходимости получения кускового материала с небольшим содержанием мелочи, с гладкими валками – в том случае, когда требуется высокая степень дробления при низкой производительности.
Молотковые-роторные дробилки приводят к сильному переизмельчению, поэтому применяются в основном для мелкого дробления.
29
Рисунок 4.2. Основные типы дробилок:
а – щековая; б, в- конусная; г, д - валковая; е, ж – молотковаяроторная.
4.4. Щековые дробилки
Применяют в основном для среднего дробления.
В щековых дробилках (рис. 4.3) материал раздавливается между
двумя дробящими поверхностями – щеками, одна и которых подвижная, другая – неподвижная. Подвижная щека подвешена непосредственно на эксцентрик вала. В результате её движения описывают эллипсоидную траекторию. За счет этого происходит не только раздавливание, но и истирание дробимого материала.
Рисунок 4.3. Щековая дробилка
Рабочая камера щековых дробилок футеруется плитами из марганцевой износоустойчивой стали или закаленного чугуна. Футеровочные плиты делают рифлеными, причем выступы на неподвижной
щеке располагают против впадин на подвижной щели. В этом случае
кроме раздавливания достигаются еще и такие способы дробления,
как излом и истирание.
Производительность щековой дробилки зависит от частоты движения щеки, конструктивных особенностей рабочей камеры (длины,
30
ширины, высоты, ширины впускной щели); от плотности дробимого
материала и степени его разрыхления в месте разгрузки.
Преимущества: просты по конструкции, не требуют большой
высоты установки, пригодны для дробления глинистых пород.
Недостатки :быстрое изнашивание сменных деталей, вибрация,
необходимость установки фундамента и равномерной подачи нагрузки.
4.5. Конусные дробилки
Дробление руды в конусных дробилках производится способом
раздавливания с частичным изломом и истиранием кусков.
Основные конструктивные элементы конусной дробилки (рис.
4.4) – корпус в форме усеченного конуса, внутренний дробящий конус, опорное устройств дробящего конуса и привод.
Рисунок 4.4. Конусная дробилка
31
При вращении приводного вала ось конуса описывает коническую поверхность, при этом дробящий конус попеременно то сближается с дробящей поверхностью неподвижного конуса, то удаляется от
нее. В момент сближения дробящих поверхностей происходит дробление кусков руды, заполняющих кольцевое пространство между конусами, а в момент расхождения дробленый продукт разгружается.
Конусные дробилки различаются между собой: кинематикой
движения рабочего конуса, способом его опирания, приводным механизмом, способом разгрузки дробленного материала и способом передачи дробящего усилия.
Конусные дробилки для крупного дробления предназначены для
первой стадии дробления твердых и средней твердости материалов.
В процессе работы система привода (конические шестерни 4,5,
эксцентриковый стакан 6) обеспечивает обкатывание подвижного конуса по внутренней поверхности неподвижного, при этом происходит
раздавливание материала, находящегося в рабочем зазоре между подвижным и неподвижным конусами. Дроблёный материал просыпается через зазор между неподвижным и подвижным конусом, когда расстояние между ними максимальное.
Недостаток дробилки ККД – неравномерность дроблёного
материала по крупности.
Дробилки конусные среднего и мелкого дробления применяются
в горнорудной промышленности для дробления твердых руд и средней твердости на второй и последующих стадиях дробления.
Конусные дробилки для среднего и мелкого дробления (КМД и
КСД) отличаются от конусных дробилок для крупного дробления не
только размерами, но и профилем дробящей зоны, большим эксцентриситетом, а, следовательно, и ходом конуса. Между подвижным и
неподвижным конусами образуется параллельная зона. В отличие от
ККД, в указанных дробилках подвижный конус не подвешивается на
траверсе, а устанавливается в нижней части дробилки в блоке с приводом.
32
Рисунок 4.5. Конусная дробилка крупного дробления ККД
У дробилок для крупного дробления (ККД) вал подвижного конуса подвешен к траверсе, а у дробилок для среднего и мелкого дробления дробящий конус упирается на подпятник. Усеченный конус чаши
33
ККД обращен большим основанием вверх, у КМД и КСД обращен
большим основанием вниз. Форма конуса также различна: у ККД –
крутой, у КМД и КСД – пологий. Конус ККД вращается с малым эксцентриситетом (менее 25 мм), а конус КМД и КСД с большим (более
100 мм).
4.6. Валковые дробилки
В практике обогащения применяются валковые дробилки следующих типов:
 Двухвалковые дробилки с гладкими валками;
 Двухвалковые зубчатые дробилки.
Рисунок 4.6. Конусная дробилка для среднего, мелкого дробления
34
Валковые дробилки с гладкими валками ДДГ предназначены для
среднего и мелкого дробления твердых полезных ископаемых, в том
случае, когда недопустимо их переизмельчение, для мелкого дробления угля и кокса. Разрушение руды происходит в результате раздавливания материала, находящегося между валками
.
.
7 – зубчатый сегмент
Рисунок 4.7. Принцип работы валковой дробилки
В конструкции валковых дробилок предусмотрена система защиты валков - система пружин, которая сжимаясь, откатывает подвижный валок, пропуская недробимый предмет, предохраняя футеровку
35
валов и саму конструкцию от поломок (рис.4.7). Если недробимый
предмет велик, то предохранительная муфта на приводном валу отключает привод и дробилка останавливается.
Из условий захвата валками куска Dв/dк  20, где Dв и dк соответственно диаметр валка и куска.
Рисунок 4.8. Конструкции валковых дробилок
Валковые дробилки с зубчатыми валками ДДЗ применяются
для крупного и среднего дробления углей, солей и других хрупких и
мягких полезных ископаемых крупностью  100 мм. В зубчатых дробилках валки набираются из отдельных сегментов (7), что облегчает
ремонт в случае поломки зубьев. Из условий захвата валками куска
36
Dв/dк  2.5, где Dв и dк соответственно диаметр валка и куска.Реализуемый метод дробления – раскалывание.
Дробилки имеют футеровку рабочей зоны из марганцевой или углеродистой стали. Футеровка представляет собой бандаж, для снятия
которого предусмотрены отжимные винты. Сами валки делаются из
чугуна.
Наиболее распространенная форма зубьев – копьевидная и вида
ястребиного клюва. Зубья имеют высоту 30-110 мм.
Рисунок 4.9. Зубчатый валок
1 - вал; 2 – грани вала; 3 – зубчатый сегмент.
Преимущество: материал не переизмельчается, так как не соприкасаются друг с другом валки и можно устанавливать выходную
щель очень малой. Также они просты в конструкции, надежны в работе, удобны в обслуживание и ремонте.
Недостатком является низкая производительность, быстрый неравномерный износ футеровок.
4.7. Молотковые, роторные дробилки.
Дробилки ударного действия бывают молотковые и роторные.
37
Применяют для среднего и мелкого дробления и измельчения материалов низкой и средней прочности: угли, известняки, гипс, мел,
барит, каменные соли.
В практике применяются дробилки ударного действия для крупных кусков (типа двухроторных с параллельным расположением роторов), а также для материалов повышенной твердости (ударно – отбойные дробилки.
В отличие от дробилок других типов дробилки ударного действия
могут осуществлять большие степени дробления: 30-40.
Преимуществом дробилок этого типа является большая производительность, простота конструкции, удобство обслуживания, низкий расход энергии, возможность дробления глинистых материалов.
Недостаток – высокий износ деталей при переработки абразивных руд, требуют установки уловителя металлов.
Молотковые дробилки. Материал дробится ударами молотков
свободно подвешенных к ротору и отбрасывается к стенкам корпуса
на отбойные плиты.
Разрушение кусков происходит за счет ударов кусков о плиты,
ударов молотков, раздавливанием и истиранием о колосниковую решетку.
Дробимый продукт разгружается через решетку или без нее под
дробилку.
Крупность продукта регулируется шириной зазоров между молотками и отбойными плитами, а также молотками и колосниковой
решеткой (не шириной ячеек колосниковой решетки).
38
Рисунок 4.10. Молотковая дробилка
Ротор состоит из ряда дисков с отверстиями на периферии, через
которые пропущены стержни. На стержнях шарнирно рядами подвешены молотки.
Рисунок 4.11. Виды молотков: а – колосникового типа; б – бандажного типа; в – скобообразного типа
Для крупного дробления устанавливается меньшее число рядов
молотков (тяжелых), для мелкого – большее, но легких молотков.
39
Молотки делаются из износоустойчивой стали различной формы
(рис. 4.11) в зависимости от свойств материала и требуемой крупности. Они заменяются после износа со всех сторон.
Молотки дробилки изготавливают из износоустойчивой стали и
заменяют их по мере износа. Различают молотки:
- колосникового типа (а), применяемые для дробления хрупких и
мягких пород;
- бандажного типа (б), имеющие утолщения на рабочем конце;
- скобообразной формы, применяемые для разрушения хрупких и
мягких пород (в), а также твердых материалов (г).
Роторные дробилки. Молотковые дробилки с жестко закрепленными молотками называются роторными.
Принцип действия тот же, что и у молотковых. Но удары более
мощные за счет того, что, вместо шарнирно навешанных молотков,
они дробят минералы жестко закреплёнными билами.
Ударяясь об отбойные плиты, руда вновь отскакивает на ротор до
тех пор, пока не вывалится через зазоры колосниковой решетки или
через выходную щель между билами и отбойной плитой.
Применяют роторные дробилки для хрупких и мягких минералов,
в основном, на первой стадии дробления за счет более мощных ударов, но также применимы и на средней и мелкой стадии.
Преимущества те же, что и у молотковых, но большая мощность
ударов.
Недостаток в том, что билы больше, чем молотки, подвержены
поломкам за счет жесткого крепления, чем объясняется высокий износ дробящих тел – билов, особенно, при дроблении абразивных материалов.
Корпус (рис. 4.12) роторных и молотковых дробилок делают
сварным, имеющим разъём в горизонтальной плоскости.
40
Рисунок 4.12. Однороторная дробилка
Внутренняя сторона футерована бронированными плитами в
верхней части дробилки. Вал опирается на роликовые подшипники,
на нем закреплен ротор с жестко закрепленными билами. Зазор между
вращающимся ротором и нижней кромкой отбойно-отражательных
плит является разгрузочным отверстием дробилки.
Ширина разгрузочного отверстия регулируется сменой положения нижней отбойной плиты. Положение плит фиксируется тягами и
пружинами возвратно-регулировочного устройства.
4.8. Измельчение. Общие сведения о процессе
Измельчение – процесс уменьшения крупности частиц и раскрытие сростков минералов в результате механического воздействия.
На измельчение обычно отправляется материал крупностью менее 5 мм после последней стадии дробления, чаще частицы намного
меньше. Крупность измельченного материала не превышает 1-2мм
(обычно 0,3-0,05мм).
Принцип действия можно представить на примере барабанной
мельницы (рис. 4.13).
41
Рисунок 4.13. Барабанная мельница.
1 – пустотелый барабан; 2,3 – торцевые крышки; 4,5 – полые цапфы
Вращающаяся барабанная мельница конструктивно состоит из
пустотелого барабана (1) с торцевыми крышками (2,3), на которых
расположены входные и выходные отверстия-цапфы (4,5). Внутри
мельницы находятся измельчающие тела-стержни, шары и т. д. через
которые постоянно поступает и протекает пульпа - исходный материал.
В зависимости от вида дробящей среды различают мельницы:
- с мелющими телами: шаровые, стержневые, галечные, самоизмельчения, полусамоизмельчения;
- без мелющих тел: аэродинамические.
По режиму работы мельницы бывают непрерывного действия
(рис. 4.14.) (к ним относятся барабанные, шаровые, стержневые, вибрационные, струйные и т.д.) и периодического действия (планетарные, гигроскопичные).
По конструкции мельницы бывают барабанные, роликокольцевые, чашевые, дисковые.
42
ж
Рисунок 4.14. Мельницы непрерывного действия.
а, б – шаровые с удалением продуктов через решетку и с центральной разгрузкой; в - стержневая мельница; г, д – мельницы для
мокрого и сухого самоизмельчения;
загрузкой; е – струйная мельница; ж – вибрационная мельница с
шаровой
4.9. Барабанные шаровые мельницы.
Шаровая мельница с центральной разгрузкой (рис. 4.15) применяется для измельчения дробленой руды крупностью 30-5 мм и продуктов обогащения крупностью до 0,05 мм. Они работают как в открытом, так и в замкнутом цикле с классификаторами. Шаровые мельницы с центральной разгрузкой устанавливают в тех случаях, ко-гда необходим тонкий помол.
43
Барабан изготавливается сварным или клепаным из толстой листовой стали, иногда литым из стального чугуна или стали с фланцами на концах. Торцевые крышки к фланцам крепят болтами.
Вращение барабану передается от электродвигателя посредством
малой шестерни, насаженной на вал и зубчатого венца на барабане.
Торцовые крышки крепятся болтами к фланцам барабана. У мельниц
приводной вал вращается от редуктор или муфту. Подшипники устанавливаются на фундаментной плите.
Рисунок 4.15. Шаровая мельница с центральной разгрузкой.
1 – барабан; 2 – загрузочная крышка; 6 – разгрузочная крышка;
4,9 – цапфы; 3,7 – подшипники; 8 – подшипник; 5 – комбинированный питатель;
Движение пульпы вдоль оси мельницы происходит за счет разницы уровня отверстий в загрузочной и разгрузочной цапфе, за счет
большого диаметра разгрузочной цапфы. Таким образом, разгрузка
пульпы происходит путем свободного слива через отверстие в разгрузочной цапфе. Тонкий помол в мельницах достигается за счет их медленного вращения.
44
Преимуществом этого типа мельниц являются их высокие экономические и эксплуатационные показатели, которые дают возможность изготавливать мельницы больших размеров, например, МШР
4500×6000 мм (диаметр×длина барабана) и более.
4.10.Мельницы самоизмельчения и полусамоизмельчения.
В мельницах самоизмельчения и полусамоизмельчения в качестве
дробящей среды используют крупные куски этой же руды.
Рисунок 4.16. Мельница мокрого самоизмельчения (ММС):
1 — загрузочная воронка; 2 — подшипник; 3 — барабан; 4 — футеровка; 5 — разгрузочная решетка; 6 — венцовая шестерня; 7 — бутара для вывода крупной фракции
45
Процесс называют рудным самоизмельчением, когда крупные
куски руды до 300-600 мм добавляются в мельницу, измельчаясь сами, измельчают более мелкие куски. Барабаны часто короткие отношение диаметра к длине барабана D:L =3:1, иногда 2:1 или 1,2:1.
Диаметр барабана делают большого диаметра до 12 м.
Преимущества применения мельниц самоизмельчения в том, что
можно подавать руду после первой стадии дробления 300-0 мм, при
этом исключается 2 и 3 стадии дробления; осуществляется экономия в
расходе стали; уменьшается переизмельчение руды, благодаря разлому их по межзерновым границам.
Недостатки: выше расход электрической энергии, футеровки,
ниже производительность, чем в случае применения шаровых мельниц; накапливание в мельнице кусков 25-75 мм, слишком мелких,
чтобы дробить другие куски и слишком больших и прочных, чтобы
быть раздробленными.
4.11. Схемы измельчения
По числу приемов измельчения различают одно-, двух- и трехстадиальные схемы измельчения
При стадиальном измельчении применяют следующие виды классификации материала:
- предварительная, когда перед мельницей удаляется часть мелкого зернистого материала по принципу «не дробить ничего лишнего»;
- поверочная – продукт мельницы проходит стадию классификации и крупные зерна – пески классификатора возвращаются в мельницу (замкнутый цикл);
- контрольная, которую применяют в случае необходимости получить более тонкий продукт, чем получается после поверочной, в
этом случае слив поверочной классификации поступает на контрольную.
Вопросы для самопроверки
1. Дайте определение процессу дробления.
2. Назовите, для чего необходимы операции дробления, В чем его принцип?
46
3. Как называют продукты классификации?
4. Назовите нижний предел крупности частиц, направляемых на дробление.
5. С какой целью производится разрушение минералов, какие назначения операций дробления вы знаете?
6. Какие стадии дробления вы знаете?
7. Какие аппараты-дробилки вы знаете?
8. Назовите область применения, устройство, принцип действия щековых дробилок их достоинства и недостатки.
9. Назовите область применения, устройство, принцип действия валковых дробилок, их достоинства и недостатки, системы защиты от попадания недробимого
предмета.
10. Назовите область применения, устройство, принцип действия конусных
дробилок, их достоинства и недостатки.
11. Назовите отличия в конструкции конусных дробилок для крупного дробления и конусных дробилок для среднего и мелкого дробления.
12. Назовите отличия в конструкции молотковых дробилок и роторных дробилок.
13. Дайте определение процессу измельчения.
14. Опишите принцип действия барабанной мельницы
15. Назовите верхний предел крупности частиц, направляемых на измельчение.
16. С какой целью производится разрушение минералов, какие назначения
операций измельчения вы знаете?
17. Какие вы знаете мельницы в зависимости от вида дробящей среды?
18. Назовите область применения, устройство, принцип действия шаровых
мельниц с центральной разгрузкой, их достоинства и недостатки.
19. Назовите область применения, устройство, принцип действия мельниц самоизмельчения и полусамоизмельчения, их достоинства и недостатки.
20. Назовите достоинства и недостатки сухого и мокрого измельчения.
5. ОСНОВНЫЕ ПРОЦЕССЫ ОБОГАЩЕНИЯ
Обогащение полезных ископаемых представляет собой методы
переработки минеральной смеси ценных компонентов и пустой породы с целью получения концентратов, существенно обогащенных одним или несколькими ценными компонентами.
Обогащение руды представляет собой метод разделения минералов друг от друга, в результате которого получаются два и более про47
дукта обогащения. Богатый полезным компонентом продукт называют концентратом, бедный, состоящий в основном из пустой породы –
отходами.
Использование того или иного метода обогащения зависит от минерального состава полезных ископаемых, физических и химических
свойств разделяемых компонентов.
Свойство, по которому осуществляется разделение минералов,
называется технологическим или разделительным. В основном используются как технологические следующие свойства минералов:
плотность, магнитная восприимчивость, электропроводность, смачиваемость, радиоактивность, оптические свойства и др. Наиболее распространенными методами обогащения являются: гравитационные,
флотационные, магнитные и электрические (табл. 5.1.).
Таблица 5.1.
Технологические свойства минералови соответствующие методы обогащения сырья
48
5.1. Магнитные методы обогащения
5.1.1. Классификация минералов по величине магнитной восприимчивости.
Магнитный метод обогащения(магнитная сепарация) - метод
разделения минералов, основанный на использовании различий в их
магнитных свойствах. Этот метод широко применяется для обогащения руд черных, цветных, редких металлов.
Магнитные свойства минералов характеризуются магнитной
восприимчивостью (коэффициентом намагниченности).
Магнитная восприимчивость - физическая величина, характеризующая способность того или иного тела изменять интенсивность
собственной намагниченности. Для количественной характеристики
магнитных свойств минералов используют удельную магнитную
восприимчивость х (магнитную восприимчивость, отнесенную к
плотности тела), м3/кг.
В зависимости от величины удельной магнитной восприимчивости все минералы классифицируются на три класса:
♦Сильномагнитные -ϰ>(4-10)10-5м3/кг. Для их извлечения необхо-дим сепаратор со слабым полем напряженность до 120 кА/м. К
сильно-магнитным минералам относятся магнетит, маггемит, титаномагнетит.
♦Слабомагнитные -ϰ =(750-10) 10-8м3/кг. Извлечение этих минералов осуществляется на сепараторах с сильным полем (800-1600
кА/м). Слабомагнитные минералы –гематит, мартит, гидроокислы и
карбонаты железа и марганца, ильменит, биотит и др.
♦Немагнитные -ϰ <10-7м3/кг. Методом магнитной сепарации не
из-влекаются. Немагнитные минералы - кварц, полевые шпаты, апатит, кальцит, рутил и т.д.
Руды КС ГОКа имеют: сильномагнитный минерал – магнетит;
♦ слабомагнитные минералы – гематит, мартит, лимонит, амфибол, биотит, карбонат
♦ немагнитные – кварц, апатит, силикат, полевой шпат.
В процессе обогащения происходит захват слабомагнитных минералов в концентрат флоккулами магнетита. Коэффициент захвата 1,15-1,25
49
5.1.2.Способы обогащения частиц по магнитным свойствам:
Известны 3 способа разделения частиц по магнитным свойствам
(рис. 5.1.):
а) отклонение магнитных частиц (поток, минуя магнит, разделяется на два),
б) удерживание (поток магнитных частиц перпендикулярен поверхности барабана). Поскольку направления потока частиц и магнитной силы совпадают, потери минимальны, достигается максимальноеизвлечение магнитных частиц и. максимальная производительность поконцентрату;
в) извлечение магнитных частиц (поток под магнитом). В этомслучае достигается максимальная чистота концентратов.
Рисунок 5.1. Способы разделения частиц по магнитным свойствам:
а) отклонение; б) удерживание; в) извлечение магнитных частиц
50
5.1.3. Классификация магнитных сепараторов
По напряженности и силе магнитного поля различают сепараторы:
1) со слабым полем (80-120 кА/м) для сильномагнитных руд и для
регенерации ферромагнитных суспензий;
2) с сильным полем (800-1600 кА/м) для слабомагнитных руд.
По среде разделения материала сепараторы бывают:
1) для сухого обогащения;
2) для мокрого обогащения.
По способу удаления продуктов обогащения они делятся на сепараторы:
1) сепараторы прямоточные (рис. 5.2)
Рисунок 5.2. Схема работы прямоточного сепаратора
2) сепараторы противоточные (рис. 5.3)
51
Рисунок 5.3 Схема работы противоточного сепаратора
3) сепараторы полупротивоточные (рис. 5.4)
Рисунок 5.4. Схема работы полупротивоточного сепаратора
52
По конструкции устройства для извлечения магнитного продукта различают:
1) барабанные (в наименовании типоразмера сепаратора присутствуют буквы: для мокрой сепарации – БМ, для сухой – БС);
2) валковые (для сухого обогащения – ВС, для мокрого – ВМ);
3) дисковые (выпускаются только для сухой сепарации – ДС).
По способу создания магнитного поля:
1) электромагнитные – (в наименовании типоразмера сепаратора
присутствует буква Э);
2) с постоянными магнитами (П).
Вопросы для самопроверки
1. Дайте определение магнитному методу обогащения полезных ископаемых.
2. Что такое магнитная восприимчивость и какое отношение она имеет к процессу обогащения?
3. Какие типы минералов, отличающиеся по магнитной восприимчивости вы
знаете?
4. Какие минералы обогащаются в слабомагнитном, а какие в сильном магнитном поле?
5. Назовите принципиальное устройство магнитных сепараторов.
6. Какие аппараты для обогащения полезных ископаемых в магнитных полях
вам известны?
7. Назовите область применения, конструкцию, принцип действия сепараторов
для мокрого обогащения сильномагнитных руд(противоточных магнитных барабанных сепараторов).
8. Каким образом классифицируются магнитные сепараторы по напряженности
и силе магнитного поля?
13. Каким образом классифицируются магнитные сепараторы по способу удаления продуктов обогащения?
5.2. Электрические методы обогащения
Электрическое обогащение – процесс разделения минералов вэлектрическом поле из-за различия их свойств: электропроводности,
диэлектрической проницаемости, электризацией трением (трибоэлектрический эффект).
Для образования или усиления эффекта разделения частиц они
предварительно заряжаются:
53
- контактным электродом;
- в электрическом поле коронного разряда;
- радиационным методом (облучение α и β);
- электризацией трением и т.д.
Разделение минералов по электрическим свойствам производится
в неоднородном электрическом поле. Кроме электрических сил на частицы действуют силы тяжести, центробежная сила, сила сопротивления среды.
Перед сепарацией необходимо провести сушку исходного материала и обеспыливание, т. к. пыль, вода деполяризуют материал).
Электрические методы как самостоятельные применяются редко.
Чаще их применяют для обогащения редкоземельных руд и доводки
концентратов. Диаметр обогащаемых зерен от 5 до 0,05 мм.
5.2.1. Классификация минералов по электрическим свойствам
Все минералы делятся по величине удельного электрического сопротивления на:
проводники (удельное сопротивление 𝜌 < 109 Ом·м): самородные
металлы, графит, многие сульфидные минералы, магнетит, гематит,
рутил и др.;
полупроводники (109 < 𝜌 < 1012 Ом·м): гранат, боксит, лимонит,
сидерит, хромит и др.;
непроводники (диэлектрики 𝜌 > 1012 Ом·м): алмаз,
кварц,полевой шпат.
5.2.2. Виды электросепарации
Разделение минералов по электрическим свойствам чаще всего
осуществляется с применением следующих видов электросепарации:
1) трибоэлектрической (из-за различной электризацией частиц
трением);
2) по электрической проводимости (используется различие в
электропроводности минералов);
3) диэлектрической электросепарации (если имеется различие в
диэлектрической проницаемости разделяемых минералов);
54
4) пироэлектрической электросепарации (различная способность
поляризоваться при нагревании и охлаждении, изменении давления).
Существуют и другие виды электросепарации.
5.2.3. Электрические сепараторы
Электрические и электростатические сепараторы работают
на принципе изменения траектории перемещения минеральных
частиц под действием электрического поля.
Разделение минералов проводится только в воздушной среде.
Электрический барабанный сепаратор. Исходный материал
крупностью 0-3 мм тонким слоем подается на осудительный электрод, который представляет собой заряженный барабан из нержавеющей стали (рис. 5.5). При контакте с ним частицы с большой электропроводностью получают больший заряд, т.к. заряжаются быстрее.
Непроводящие заряжаются медленно и получают заряд только в
месте касания, оставаясь практически незаряженными. Заряженные
частицы отталкиваются от барабана т. к. имеют одноименный с барабаном заряд и попадают в бункер для проводников. Незаряженные
частицы не меняют направления движения и попадают в бункер для
непроводников, а если удерживаются на барабане, то снимаются щетками. В средней части электрического сепаратора разгружаются полупроводники.
55
Рисунок 5.5. Электрический барабанный сепаратор
1 – бункер, 2 – заряженный барабан (контактный осадительный
электрод), 3 – щетки, 4 – бункер для диэлектриков, 5 – бункер для
промпродукта, 6 – разделительная перегородка, 7 – бункер для проводников, 8 – отклоняющий электрод
Трибоэлектрический барабанный сепаратор СТЭ. Исходный
материал интенсивно перемешивается в
зарядном устройстве (электризаторе)
(рис. 5.6). Из-за трения о потоки воздуха
или вращающиеся диски мешалки частицы электризуются одни положительно, другие - отрицательно. Разделение
происходит в электростатическом неоднородном поле, между металлическим
заземленным барабаном и цилиндрическим электродом, на который подается
ток.
Рисунок 5.6 Трибоэлектростатический барабанный сепаратор
56
1 – бункер, 2 – заземленный барабан (контактный осадительный
электрод), 8 – отклоняющий электрод, 10 – электризатор
Если электрод заряжен отрицательно, то положительно заряженные частицы отклоняются в его сторону и попадают в соответствующий приемник. Отрицательно заряженные частицы прижимаются к
барабану и попадают в свой приемник.
Коронные и коронно-электростатические сепараторы. Коронные и коронно-электростатические сепараторы состоятиз расположенных обычно одна над другой нескольких секций для возможности перечистки
черновых концентратов (рис. 5.7).
Рисунок 5.7. Коронноэлектростатический барабанный сепаратор
1 – бункер, 2 – заземленный барабан
(контактный осадительный электрод), 3 –
щетки, 4 – бункер для диэлектриков, 5 –
бункер для промпродукта, 7 – бункер для
проводников, 8 – отклоняющий электрод,
9 – коронирующий электрод
Попадая в область коронного разряда, частицы заряжаются соответственно знаку короны. При этом они контактируют с осадительным электродом. Зерна-проводники быстро отдают свой заряд на землю и сбрасываются с барабана центробежными силами. Непроводящие частицы отрываются от барабана позже.
Вопросы для самопроверки
1. Дайте определение электрическому методу обогащения полезных ископаемых.
2. Как подготавливают минералы к обогащению электрическими методами?
3. Какие силы действуют на частицы при обогащении в электрическом поле?
4. Как классифицируют минералы по электрическим свойствам?
5. Какие вы знаете виды электрической сепарации?
6. Какие электрические и электростатические сепараторы вызнаете?
57
7. Назовите конструкцию, принцип действия электрического барабанного сепаратора.
8. . Назовите конструкцию, принцип действия трибоэлектрического барабанного сепаратора.
9. Назовите конструкцию, принцип действия коронного и коронноэлектростатического сепаратора.
5.3. Гравитационные процессы обогащения
Гравитационные процессы обогащения основаны на разделении
двух и более минералов благодаря их различию в плотности.
Гравитационные процессы обогащения делят минералы на тяжелые и легкие.
Разделение минералов различной плотности возможно благодаря
различию скорости их движения в различных средах.
Для углей и многих других минералов гравитационный метод
обогащения является основным из-за простоты и дешевизны процесса.
5.3.1. Классификация гравитационных процессов обогащения
1. Обогащение в тяжелых средах (в минеральных суспензиях).
2. Отсадка.
3. Обогащение в потоке жидкости, текущей по наклонной плоскости (обогащение на концентрационных столах, в желобах).
4. Обогащение в центробежном поле.
5. Пневматическое обогащение.
5.3.2. Отсадка
Отсадка – метод обогащения, основанный на разделении смеси
материала по плотности в восходящих пульсирующих потоках воды
(или воздуха при пневматическом обогащении).
58
Метод обогащения отсадкой может применяться для крупности:
100-0,5 мм для углей, 50-0,25 мм для руды черных и цветных металлов.
Преимущество. Процесс отсадки отличается высокой эффективностью разделения минералов.
Недостатком является необходимость использования большого
расхода воды, а также выполнять требование равномерной подачи руды.
Исходный материал на решете машины представляет собой беспорядочную смесь минералов и их сростков – естественную постель.
Под действием транспортной и подрешетной воды она перемещается
по решету из одной камеры в другую. Пульсирующий поток попеременно изменяет состояние постели то на разрыхленное, то на уплотненное.
Последовательность разделения частиц в отсадочной машине показана на рисунке 5.8. В положении 1 (исходном) материал на решете
машины находится в неупорядоченном состоянии.
В положении 2 имеет место восходящий поток. В восходящем потоке воды частицы приходят во взвешенное состояние, и осуществляется их перераспределение по высоте постели по причине разной скорости перемещения кусков, которая зависит от физических свойств
минералов, в первую очередь, от плотности, а также от гидродинамических параметров процесса. При этом в верхнем слое концентрируются частицы более легкого материала - угля, в нижнем – наиболее
тяжёлые частицы породы.
В положении 3 при нисходящем потоке разделение частиц завершается. На решете концентрируется три упорядоченных слоя:
верхний – уголь; средний – промпродукт; нижний – порода
59
Рис. 5.8. – Последовательность разделения частиц в отсадочной машине (поперечный разрез)
Тяжелые продукты, составляющие нижние слои постели, удаляются из отсадочной машины через решето или разгрузочные щели.
Затем они извлекаются из машины обезвоживающими элеваторами.
Легкий продукт удаляется через сливной порог.
5.3.3. Классификация отсадочных машин. Принцип действия
В настоящее время известно более 100 конструкций отсадочных
машин, которые различаются между собой по назначению, принципу
работы привода и разгрузочного устройства, количеству выделяемых
продуктов и др. признакам.
Отсадка, как и преобладающее большинство процессов обогащения сырья – процесс непрерывный. Одновременно происходит загрузка в машину руды, разделение в пульсирующем потоке и разгрузка продуктов.
Отсадочные машины состоят из двух или трех пирамидальных
камер, которые заполняются водой. В верхней части камеры находится решето, на которое подается исходная руда, образующая естественную постель. Вода подается двумя потоками: транспортным
60
и подрешетным. Камеры снабжены устройствами, создающими
пульсации.
Все отсадочные машины классифицируются на 4 группы:
- с подвижным решетом;
- с поршневым приводом;
- с диафрагмовым приводом;
- с воздушным приводом;
В пределах каждой группы отсадочные машины подразделяются
в зависимости от числа ступеней, направления движения разгружаемого тяжелого продукта (прямоточные и противоточные), способом
выгрузки (через решето, щель, комбинированный), конструкции воздушных пульсаторов и др.
На рис. 5.9 приведены принципиальные схемы отсадочных машин.
Рисунок 5.9. Различные типы гидравлических отсадочных машин:
а – с подвижным решетом; б – поршневая, в – диафрагмовая; г –
воздушно-золотниковая
Пульсации создаются в зависимости от типа конструкции отсадочной машины с помощью диафрагмы или сжатого воздуха, также
можно создавать их с помощью подвижного решета.
61
Оптимальная толщина постели регулируется автоматически регулятором уровня. Толщина постели составляет 100-150 мм.
На рис. 5.10- 5.12 приведены принципиальные конструкции отсадочных машин.
Рис. 5.10. Принципиальное устройство
пневматической отсадочной машины для
обогащения крупнокускового материала. 1
– камера для отделения
тяжелой фракции; 2 –
камера для отделения
промпродуктовой
фракции; 3 – решето;
4-5 – разгрузочные
карманы тяжелой
фракции и промпродукта; 6 – поплавок с
шиберным устройством для контроля
отвода продуктов; 7 –
воздушные камеры; 8 –
подвод подрешетной
воды; 9 – воздушный
коллектор; 10 – камера для сбора отводимого воздух
Диапазон частоты пульсаций воды на угольных машинах изменяются в пределах 30-60 пульсаций в минуту. Для золотосодержащих
руд крупностью до 0,5 мм частота составляет 200-400 мин в минуту.
Минимальная частота определяется продолжительностью подъёма
частицы до своего предельного значения. Чем больше амплитуда колебания частицы, тем меньше частота и, наоборот, поэтому на крупных классах наблюдается меньшая частота пульсаций, чем на мелких.
62
Рисунок 5.11.Принципиальное устройство пневматической отсадочной машины
Рисунок 5.12.Принципиальное устройство диафрагмовой отсадочной машины
Вопросы для самопроверки
1. На каком принципе основано разделение минералов гравитационными методами обогащения?
2. Какие гравитационные методы обогащения вам известны?
3. Что представляет собой обогащение минералов методом отсадки? В чем ее
принцип?
63
4. Какие закономерности падения минеральных зерен в воде и воздухе вы знаете? Как они связаны с гравитационными процессами обогащения?
5. Как осуществляется процесс отсадки в отсадочных машинах?
6. Чем отличается крупная отсадка от мелкой?
7. Опишите классификацию отсадочных машин по способу создания пульсаций воды.
5.3.4. Обогащение в потоках воды на наклонных плоскостях
Обогащение в потоках воды на наклонных плоскостях осуществляется в потоках малой глубины. На частицы в потоке воды действует
ряд сил: гравитационная сила, сила потока воды, сила трения, сила сопротивления среды. Эти силы заставляют тяжелые и легкие частицы
двигаться по-разному.
Разделение минеральных частиц по плотностям и крупности происходит за счет различия в характере их движения. При малых скоростях потока зерна оседают на дне, при больших – взвешиваются в потоке. Для гравитационного расслоения зерен по плотностям в текущем потоке воды создаются условия, которые исключают переход
тяжелых зерен во взвешенное состояние. В результате в верхних слоях потока будут находиться легкие частицы, а тяжелые будут скользить по дну. Легкие зерна минералов будут выноситься верхними
слоями пульпы с большей скоростью, чем нижние слои, содержащие
тяжелые частицы.
Данный принцип обогащения используется в аппаратах: концентрационных столах, моечных желобах, шлюзах, спиральных сепараторах, струйных концентраторах и др.
5.3.5. Обогащение на концентрационных столах.
Концентрационные столы (рис. 5.13) применяются для обогащения руд крупностью 0.1 – 5 мм, а также для обогащения углей крупностью 0.3 – 6 мм. Наиболее эффективно процесс протекает при зна64
чительном различии в плотности разделяемых минералов (золото –
кварц, 𝛿з = 19.3 т/м3, 𝛿к = 2.65 т/м3).
Процесс сепарации реализуется в потоке воды, текущей по
наклонной плоскости.
5.13. Принцип действия концентрационного стола
Исходный материал вместе с водой подаётся в загрузочную воронку и поступает на деку стола, которая совершает колебательные
движения в горизонтальной плоскости. Частицы с высокой плотностью под действием инерционных сил движутся вдоль рифлей и разгружаются в левом нижнем конце стола. Частицы, имеющие низкую
плотность, под действием потока воды, колебаний и уклона стола разгружаются справа в нижней части. Промпродукт разгружается в средней части стола.
Регулировка процесса осуществляется:
1. Изменением частоты колебаний стола;
2. Изменением подачи воды (с помощью плашек);
3. Изменением наклона стола
Для повышения производительности столы выполняются в многодечном варианте, при этом деки располагаются одна над другой.
Шлюзы и моечный желоб применяются для первой стадии обогащения руд с низким содержанием тяжелых минералов, как для мелкозернистых, так и для крупнокусковых. Этим способом удаляется
65
основная часть породы в оловянных, вольфрамовых, золото- и платиносодержащих рудах. В потоке пульпы по наклонному желобу (коробу) тяжелая фракция частиц движется по дну и удаляется в разгрузочную камеру, а легкая выносится со слоями потока воды.
Рисунок 5.14. Общий вид концентрационного стола
Струйный концентратор (рис. 5.15), представляет собой
наклонный желоб (2) суживающийся в сторону разгрузки. Исходная
пульпа подается с малой начальной скоростью в верхнюю широкую
часть аппарата (1). Во время стекания по желобу происходит сужение
66
потока, увеличение его глубины. Характер движения изменяется от
ламинарного к турбулентному. Частицы перегруппировываются таким образом, что зерна легкие выбрасываются в верхние слои (4), а
тяжелые – в нижние слои потока (3). На выходе наблюдается веер
пульпы. Разделяя его перегородками-отсекателями (5), можно получить разные продукты по плотности.
Рисунок 5.15.Струйный концентратор.
1 – питающая воронка; 2 – суживающийся наклонный желоб; 3 –
слой потока с тяжелыми частицами; 4 – слой потока с легкими частицами; 5 – перегородки-отсекатели
Применяется при обогащении россыпей минералов, например,
титаново-циркониевых или ильменито-цирконорутиловых песков, в
которых полезные минералы представлены мелкими свободными частицами. Плотность полезных минералов должна сильно отличаться
от плотности пустой породы.
Спиральный сепаратор. В спиральных сепараторах (рис. 5.16)
исходная пульпа загружается сверху в приемное устройство и по желобу (1) стекает вниз под действием силы тяжести.
67
Рис. 5.16. Винтовой сепаратор
(спиральный сепаратор)
Под действием центробежных сил инерции и динамического давления частицы перераспределяются по сечению потока. Тяжёлые
частицы смещаются к центру и собираются
отсекателями (2). Легкие прижимаются к борту и выносятся вместе с пульпой.
Рисунок 5.17. Схема движения минеральных зерен
Спиральные сепараторы применяются для первичного обогащения мелкозернистых песков (0,02-3 мм), содержащих ильменит, циркон, рутил, редкие и благородные металлы, железные руды, алмазы и
т. д. с получением грубых (черновых) конц ентратов. Особенно широко известны на углеобогатительных фабриках, где применяются для
обогащения мелкого угля 0,2-3 мм.
Спиральные сепараторы просты по конструкции и в обслуживании, занимают мало места, не требует затрат энергии, но выдают не68
достаточно качественные концентраты (на эффективность оказывает
влияние гранулометрический состав и форма зерен).
5.3.6. Обогащение в тяжелых средах
Обогащение в тяжелых средах – метод разделения минералов
на тяжелые и легкие в среде с промежуточной плотностью между
плотностями разделяемых минералов.
Сущность метода весьма проста. Если рыхлую смесь двух минералов погрузить в жидкость с плотностью промежуточной между
плотностями разделяемых минералов, то произойдет разделение смеси: легкий минерал всплывет, а тяжелый утонет
Процесс обогащения в тяжёлых средах основан на законе Архимеда.
На частицу, находящуюся в среде, действуют силы, имеющие
различное направление: сила тяжести, направленная вниз и Архимедова сила, выталкивающая частицу на поверхность.
1. G – сила тяжести.
G = Vδg;
где V – объём частицы – м3;
δ - плотность частицы - кг/м3;
g – ускорение силы тяжести - м/с2.
2. GА – архимедова сила
𝑮𝑨 = 𝑽𝜹𝒄 𝒈;
uде 𝛿𝑐 - плотность среды, кг/м3
В данной среде на частицу воздействует равнодействующая сила
Gо.
Gо = G – GА.
При различной плотности частиц (δ) и среды (δс) возможны следующие случаи разделения:
1. δ>δс – частица тонет;
2. δ<δс – частица всплывает;
3. δ = δс – частица находится во взвешенном состоянии.
69
Подобрав необходимую плотность среды на основании фракционного анализа минерала можно получить продукты с заданным качеством. При этом основным условием разделения будет следующее
соотношение:
δ1<δс<δ2;
где δ1, δ2, δс – соответственно плотности угля, породы и среды.
С этой целью применяются тяжелые среды:
- водные растворы неорганических солей;
- тяжелые органические жидкости;
- суспензии (взвеси) мелких частиц твердых веществ в воде.
Водные растворы неорганических солей: растворы хлорида цинка
или кальция; тяжелые органические жидкости и их смеси:
- йодистый метилен (плотность 3,39 г/см3) СH2J2,
-бромоформ (плотность 2,9 г/см3) CHBr3 ,
- четыреххлористый углерод или тетрахлорметан, СCl4 (плотность 2,96 г/см3) применяются в лаборатории для разделения пробы
руды на фракции по плотности. На фабрике для разделения минералов по плотности их использовать нельзя из-за токсичности.
Для разделения минералов на тяжелые и легкие используются
тяжелые суспензии (взвеси), т. е. смеси воды и порошков из очень маленьких частиц минералов: магнетита, песка, галенита, ферросилиция
и др., т.к. они не токсичны, химически не активны. В них можно разделять минералы с небольшой разницей в удельных весах (0,1-0,01
г/см3).
Преимущество. Метод обогащения в тяжелых средах характеризуется простотой процесса и аппаратуры, небольшим количеством
обслуживающего персонала, а также малый расходом воды, небольшим расходом энергии. Основное преимущество всех аппаратов для
обогащения в тяжелых средах – высокая технологическая эффективность, близкая к теоретической.
Недостаток–необходимость применения регенерации тяжелых
суспензий, например, для магнетита с помощью магнитной сепарации, галенита – флотацией.
70
5.3.7 Тяжелосредные аппараты
- сепараторы колесные вертикальные (СКВП 32, СКВП 20 и т. д.);
-тяжелосредные гидроциклоны двух- и трехпродуктовые (СТГ20,
ГТ 500, ГТ 710 и т. д.);
- обогатительные центрифуги;
- пневматические (аэросуспензионные).
Сепараторы колесные вертикальные очень часто используются
при гравитационном обогащении материала крупностью 100+13 мм.
Они зарекомендовали себя как более надежные, высокопроизводительные аппараты. Технология обогащения руд в тяжелосредных сепараторах:
1. Подготовка полезного ископаемого к данному процессу:
2. Разделение руды в суспензии на две, иногда и три фракции разделяемой крупности: концентрат, промпродукт, отходы.
3. Отделение и отмывка суспензии от продуктов обогащения.
4. Регенерация утяжелителя.
Сепараторы колесные вертикальные (рис. 5.18) представляют собой ванну, заключенную в корпус (1), внутри которого помещено
вертикальное элеваторное колесо (2) с перфорированными ковшами.
Рисунок 5.18. Тяжелосредный сепаратор с вертикальным элеваторным колесом.
1 – корпус; 2 – элеваторное колесо; 3 – привод электродвигателя; 4 –
гребковое устройство; 5 – опорные катки; 6 – сито предварительного
сброса суспензии; 7 – патрубок для подвода суспензии; 8 – загрузоч71
ный желоб (течка); 9 – решетка, открывающая и закрывающая окна
ковшей элеватора; 10 – перфорированные ковши для выгрузки тяжелого продукта; 11 – опорные кронштейны
Через загрузочный желоб (8) подается руда или уголь в ванну сепаратора, а через нижний патрубок (7) корпуса подается суспензия.
Она разделяется на горизонтальный (транспортный) и восходящий
(вертикальный) потоки, который призван поддерживать постоянными
в любой точке суспензии ее реологические свойства: плотность, вязкость. Плотность суспензии промежуточная между плотностями разделяемых минералов, поэтому куски минералов, плотность которых
меньше, всплывают, а те, плотность которых больше плотности суспензии, тонут.
Суспензия находится в непрерывной циркуляции. Она переливается через порог разгрузочного желоба на сито предварительного
сброса (6) суспензии. Высота слоя суспензии у порога – 30-80 мм.
Переливание всплывшей фракции (легкой фракции) осуществляется транспортным потоком суспензии и гребковым механизмом (4)
через желоб (5) на сито сброса. Тяжелая фракция оседает в ковшах
(10) элеваторного колеса при его вращении и выгружается.
Регенерация некондиционной суспензии.
Задачи:
- восстановление плотности рабочей среды, разбавленной при отмывке магнетита от продуктов обогащения;
- извлечение магнетита из промышленных вод;
- очистка суспензии от шламов.
Магнетитовый концентрат (регенерированная суспензия) поступает в систему циркуляции рабочей суспензии, сгущенный немагнитный шлам – отходы регенерации поступают на обезвоживание, слив
поступает на грохоты для отмывки продуктов обогащения от магнетита.
72
Рисунок 5.20. Одностадиальная схема регенерации магнетитовой
суспензии
Вопросы для самопроверки
1. Дайте определение процессу обогащения полезных ископаемых в тяжелых
средах.
2. В чем заключается сущность метода обогащения полезных ископаемых в
тяжелых средах?
3. Какие тяжелые среды вы знаете?
4. Какие тяжелые среды применяются в лаборатории для раз-деления пробы
руды на фракции по плотности?
5. Какие тяжелые среды применяются на фабрике для разделения руды по
плотности на концентрат и отходы?
6. Назовите достоинства и недостатки метода обогащения полезных ископаемых в тяжелых средах.
73
7. Какие аппараты для обогащения полезных ископаемых в тяжелых средах
вам известны?
8. Назовите область применения тяжелосредных сепараторов с вертикальным
элеваторным колесом.
9. Опишите технологию обогащения руд в тяжелосредных сепараторах.
10. Назовите устройство, принцип действия тяжелосредных сепараторов с вертикальным элеваторным колесом их достоинства и недостатки.
11. Каким образом регенерируется разбавленная магнетитовая суспензия?
5.4. Флотационный процесс обогащения
5.4.1. Механизм процесса флотации
Процесс основан на различии в смачиваемости разделяемых
компонентов.
По смачиваемости все минералы можно разделить на две категории:
1. Смачиваемые водой – гидрофильные;
2. Несмачиваемые водой – гидрофобные
Флотацией обогащаются руды крупностью 0 – 0.074 мм, угли
крупностью 0 – 0.5 мм.
Критерием смачиваемости является краевой угол смачивания - ʘ.
Это угол между касательной, проведенной к капле из точки сопряжения капли воды с минералом и плоскостью минерала, отсчитываемый
в сторону жидкой фазы (рис. 9.1).
Рисунок 5.21. Краевой угол смачивания для углей и пород
Чем больше краевой угол смачивания, тем выше гидрофобность и
флотационная способность минерала.
74
Смачиваемость породных частиц объясняется наличием у них
кристаллической решётки, с которой взаимодействуют диполи (молекулы) воды, образующие вокруг частиц гидратную оболочку
(рис.5.22). Эта оболочка препятствует прилипанию частиц породы к
пузырькам воздуха в процессе флотации.
Рисунок 5.22 – Гидратная оболочка вокруг частицы породы
С углеродными аполярными частицами (уголь, графит) диполи
воды не взаимодействуют и не образуют вокруг них ориентированную гидратную оболочку (рис.5.23) Поэтому частицы угля беспрепятственно прилипают к пузырькам воздуха и флотируются.
Рисунок 5.23. Расположение диполей воды вокруг частицы угля
Для протекания процесса флотации необходимо наличие следующих фаз:
1. Твёрдой (исходный материал);
75
2. Жидкой (вода);
3. Газообразной ( воздух)
5.4.2. Флотационные реагенты
Флотационные реагенты применяются для регулирования процесса флотации. В соответствии с назначением и механизмом действия реагенты делятся на следующие типы:
1. Собиратели (коллекторы);
2. Пенообразователи;
3. Депрессоры;
4. Активаторы;
5. Регуляторы среды
1. Собиратели предназначены для повышения гидрофобности
минералов. В угольной практике это различные температурные фракции керосинов. Механизм действия – физическая адсорбция аполярных веществ за счёт действия молекулярных сил (Вандерваальса).
Для руд в качестве собирателей применяются гетерополярные
вещества. Для сульфидных руд (CuS, ZnS, PbS) наиболее характерные
собиратели – ксантогенаты с различной длиной углеводородного радикала R, имеющие общую формулу ROCSSMe.
Собиратели концентрируются на поверхности раздела жидкость
2. Пенообразователи предназначены для диспергирования
(дробления) и стабилизации воздушных пузырьков.
Пенообразователи концентрируются на границе раздела жидкость
– газ. При этом полярная часть молекулы направлена в жидкую фазу,
а аполярная – в газообразную
Механизм действия пенообразователя – снижение поверхностного натяжения на границе жидкость – газ.
Пенообразователь препятствует коалесценции (слиянию) воздушных пузырьков.
76
3. Депрессоры предназначены для подавления гидрофобных
свойств минералов. Применяются при разделении коллективных концентратов. Например, при разделении медно-цинкового коллективного концентрата на медный и цинковый в качестве депрессора цинковых минералов применяют цинковый купорос ZnSO4.
4. Активаторы применяются для восстановления гидрофобных
свойств ранее депрессированных минералов. Например, для активации депрессированного сфалерита (ZnS) применяется медный купорос CuSO4.
5. Регуляторы среды применяются для создания определённой
щёлочности (кислотности) флотационной среды. При флотации сульфидных руд предпочтительна щелочная среда (рН = 8 –11). Типичные
регуляторы среды: известь Ca(OH)2, сода Na2CO3. Кислая среда используется редко, кроме того, она способствует коррозии оборудования.
5.4.3. Конструкция флотационных машин
Флотационные машины
Флотационные машины применяются для реализации процесса
флотации. В зависимости от характеристики обогащаемого сырья и
требований к продуктам обогащения применяются следующие типы
флотационных машин:
1. Механические, в которых перемешивание пульпы и засасывание воздуха осуществляется вращающимся импеллером;
2. Пневмомеханические, в которых перемешивание пульпы осуществляется вращающимся импеллером. Воздух подаётся от внешнего источника (компрессора).
3. Пневматические, в которых воздух подаётся от внешнего источника. Вращающийся импеллер отсутствует.
4. Пенные сепараторы, обеспечивающие обогащение частиц повышенной крупности (для углей до 3-5 мм).
Механические флотационные машины.
Каждая секция машины (рис. 5.24) собирается из двух камер: всасывающей и прямоточной.
77
Всасывающая камера имеет карман (1) для подачи исходной
пульпы, которая поступает в камеру через патрубок (2) и центральную трубу импеллера (7). Вал импеллера вращается внутри трубы (7),
к нижней части трубы крепится надимпеллерный диск – статор (4) с
лопатками (5) , расположенными под углом 60 градусов к радиусу.
Механические машины, как правило, состоят из 6 – 10 одинаковых камер. По центру каждой камеры устанавливается импеллерный
блок, обеспечивающий перемешивание пульпы и засасывание воздуха.
В верхней части флотомашин, вдоль камер, устанавливаются пеносъёмные устройства для разгрузки пенного продукта – концентрата.
В начале флотомашины, на первой камере устанавливается загрузочный карман для питания машины исходным материалом.
В конце машины, на последней камере устанавливается разгрузочный карман для вывода отходов – хвостов флотации.
При вращении вала (6) пульпа лопатками отбрасывается от центра к периферии, в результате чего в центральной зоне импеллера
между импеллером (3) и надимпеллерным диском создается небольшое разряжение – зона вакуума, которая заполняется мгновенно поступающей пульпой и воздухом. Воздух из атмосферы поступает в
аэратор по патрубку (8) и трубе импеллера (7), засасывается (эжектируется) за счет создаваемого разряжения, диспергируется системой
импеллер-надимпеллерный диск и выбрасывается в пульпу.
Пенный продукт (как правило, концентрат) идет на обезвоживание или перечистку. Камерный продукт перемещается самотеком на
дофлотацию в следующую камеру или из последней камеры в отходы.
Рисунок 5.24.Механическая флотационная машина «Механобр».
78
1 – приемный карман; 2 – патрубок; 3 – импеллер; 4 – отверстия в
диске; 5 – направляющие лопатки статора; 6 – вал импеллера, 7 – труба импеллера; 8 – патрубок, для подачи воздуха; 9 – надимпеллерный
стакан; 10 – пробка; 11 – отверстие; 12 – заслонка; 13 – тяга; 14 – перегородка; 15 – карман; 16 – отверстие для выноса крупных песков;
17 – стержень для регулировки размера отверстия шибером; 18 – отверстие, 19 – крышка; 20 – рычаг с контргрузом
Исходная пульпа (смесь твёрдых частиц с водой), обработанная
реагентами, по трубе 16 поступает под импеллер и разбрасывается им
по периферии. При столкновении гидрофобных частиц с пузырьками
воздуха происходит элементарный акт флотации. Образуется комплекс пузырёк – частица. Процесс происходит селективно. Гидрофильные частицы к пузырькам не прилипают.
Комплексы пузырёк – частица поднимаются на поверхность камеры, образуя минерализованную пену (флотоконцентрат). Концентрат удаляется из машины пеносъёмным устройством 14, поступает в
приёмный желоб 15 и транспортируется на обезвоживание.
Несфлотированные частицы (камерный продукт) через окно 9 поступают в переливной карман 10 и оттуда через патрубок 13 направляются на дальнейшую обработку в следующую камеру. Отходы
(хвосты флотации) удаляются из переливного кармана последней камеры.
В угольной практике применяются флотомашины типа МФУ –
63; МФУ –12; МФУ – 25 (редко). В рудной практике в основном применяются флотомашины института МЕХАНОБР типа ФМР.
Пневмомеханические флотационные машины
Пневмомеханические флотационные машины (рис. 5.25) отличаются от механических тем, что аэратор только диспергирует воздух,
но не всасывает его. Сжатый воздух в пульпу поступает от-дельно
при помощи насосов-воздуходувок.
79
Рисунок 5.25. Пневмомеханическая флотационная
1 – ротор; 2 – диспергатор; 3 – отражатель пены; 4 – всасывающая
труба; 5 – подача воздуха
Пневмомеханические флотационные машины применяются при
обогащении калийных, фосфатных солей, цинковых, молибденовых
руд и флотация углей.
У пневмомеханических флотационных машин есть свои преимущества по сравнению с механическими: за счет лучшей организации
потоков пульпы в камере и большей их глубины увеличивается в 1,3 –
1,5 раза скорость флотации; сокращается удельный расход энергии на
15 – 20 %; имеется возможность регулирования аэрации. Наличие эффективного перемешивания в этих машинах позволяет применять их
при флотации материала с содержанием класса 0,074мм -40% и выше.
Они имеют простую конструкцию, удобны в эксплуатации (в них легко заменяются и меньше изнашиваются блоки импеллера). Все пневмомеханические флотационные машины прямоточные, поэтому в них
проще регулируется уровень пульпы.
80
Недостатки: невозможность флотации крупнозернистого материала; сложность процесса замены блок-аэратора (возможно только при
полной выработке камер); невозможность организации покамерной
регулировки уровня пульпы.
Пневматические флотационные машины
Пневматические флотомашины применяются для флотации полезных ископаемых простого состава, т.е. при простых схемах обогащения. В пневматических флотаци-онных машинах пульпа аэрируется и перемешивается путем особой подачи воздуха.
Крупность пузырьков и циркуляция пульпы зависят от его давления, размера отверстий в перегородках, изготовленных из ткани, перфорированной резины и т.д.
81
Рисунок 5.26. Пневматическая флотационная машина
1 – аэратор; 2 – дистрибьютер; 3 – пена; 4 – кольцеобразный желоб
Преимущества пневматических флотационных машин: небольшие площади для установки; малая металлоемкость; низкие капитальные затраты; низкие эксплуатационные расходы вследствие отсутствия подвижных частей и низкой степени их износа, что сокращает затраты на техническое обслуживание; низкое энергопотребление; высокая эффективность при высоком уровне содержания твердого в пене; высокая селективность разделения; высокая производительность.
82
Недостатки: интенсивность перемешивания ниже, чем у механических; размер пузырьков в 2- 3 раза больше, следовательно, низкая удельная производительность на один кубометр воздуха. Есть вариант повышения производительности подачей воздуха через сопла
со сверхзвуковой скоростью. Это обеспечивает тонкое его диспергирование. Недостатком является необходимость применения насосов,
ненадежность аэраторов у пневматических флотационных машин с
аэролифтной загрузкой (зашламовка воздухподающих трубок), чувствительность к изменению плотности пульпы и крупности измельченной руды, трудности при флотации крупного и тяжелого материала из-за недостаточного перемешивания.
Вопросы для самопроверки
1. В чем заключается процесс флотации?
2. Чем отличаются гидрофобные минералы от гидрофильных?
3. Какие классы крупности частиц руды подвергаются обогащению флотационными методами?
4. Расскажите, какие вы знаете типы флотационных процессов?
5. Что представляет собой пенная флотация минералов на пузырьках воздуха?
6. В чем заключается актуальность применения флотационных методов обогащения, например, для полиметаллических, тонковкрапленных руд, угольных шламов и т. д.?
7. Дайте определение краевому углу смачивания.
8. Со стороны какой из фаз принято измерять краевой угол?
9. Какие факторы оказывают влияние на флотацию?
10. Какие типы флотационных машин по способу аэрации пульпы вы знаете?
11. Опишите конструкцию, принцип действия, достоинства и недостатки, требования к конструкции механической флотационной машины.
6. СПЕЦИАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ОБОГАЩЕНИЯ
Ряд методов обогащения относят к разряду специальных.
Ручная и механизированная рудоразборна применяется для
обогащения слюды, длинноволокнистого асбеста, руд, содержащих
драгоценные камни и т. д. Этот способ основан на различии во внешних признаках: цвет, блеск, форма зерен. Отбирают тот материал, которого меньше. При этом, если отбирается полезный минерал, то про83
цесс называется рудоразборка. Если отбирается пустая порода, то
процесс называется породовыборка (рис. 6.1.)
При механизированной рудоразборке используются фотометрические, а также радиометрические сепараторы, осуществляющие
автоматическое разделение по способности минералов поразному отражать свет, принимать сигнал, поступающий в результате естественной или наведенной радиоактивности минералов.
Вероятность эффективного разделения минералов тем больше,
чем больше различие в их свойствах. На эффективность разделения
оказывают влияние крупность исходного сырья, особенности конструкции и режим работы радиометрических сепараторов. Минералы,
подвергаемые механизированной рудоразборке, эффективно обогащаются в диапазоне крупности кусков от 15 до 300 мм.
Обогащении руды, содержащей драгоценные минералы, например, алмазы, допускается в меньшей крупности (от 0,5-5 мм) из
Рисунок 6.1. Механизированная выборка породы.
а – электрический сепаратор; б – рентгенометрический сепаратор
с ковшовой цепью; в – радиометрический сепаратор с выталкивающим сортировочным устройством.
84
При радиометрической сепарации используются различия в
свойствах минеральных компонентов испускать, отражать или поглощать различные виды излучения.
Методы радиометрического обогащения
1. Авторадиометрический применяется для обогащения минералов, обладающих естественной радиоактивностью, например, урановых руд.
2. Фотонейтронный применяется для обогащения бериллиевых
руд, так как ядра бериллия способны испускать нейтроны при 
облучении лучами.
3. Нейтронно-активационный применяется для обогащения
магниевых, медных, ванадиевых руд. Руды облучаются потоком нейтронов с образованием радиоактивных изотопов, способных излучать определенный вид лучей: гамма-, бета-,
нейтронное излучение.
4. Рентгенорадиометрический применяется для обогащения
чаще всего оловянных руд, при этом руды облучаются лучами,
при этом снимают спектры для определения химического элементного состава минералов.
5. Гамма-абсорбционный применяется для обогащения руд с
различной способностью поглощения минералами гамма излучения. Эффективен при обогащении железных руд, углей и
других полезных ископаемых с высоким содержанием ценных
компонентов.
6. Люминесцентный применяется для обогащения руд с различной способностью излучать свет в видимом диапазоне электромагнитных волн при воздействии ультрафиолетового, рентгеновского или  излучения. Эффективен при обогащении алмазов.
7. Фотометрический метод обогащения (рис. 6.2.) осуществляется механическое разделение минеральных зёрен, имеющих
разный цвет или блеск, лучепреломление и применяется для
обогащения магнетитовых, кварцевых, мела, золотосодержащих руд.
85
Рисунок 6.2. Схема оптического сепаратора.
1 – фонарь; 2, 3, 6, 7, 9, 10 –линзы оптической системы; 4 – регулирующая щель; 5 –
поляризатор; 8 – светонепроницаемый экран; 11 – анализатор, скрещенный под
прямым углом с поляризатором; 12 – фотоумножитель; 13 – источник питания фотоумножителя; 14 - усилитель и триггерное устройство; 15 – соленоид; 16 – делительный шибер; 17 – двусторонний желоб приемника; 18 – лента конвейера; 19 –
воронка; 20 – ленточный питатель; 21 – бункер для питания; 22 – разбрызгиватель,
подающий воду для очистки ленты;23 – щетки
Одним из специальных методов обогащения является метод, который можно назвать избирательным дроблением. Он применяется
для обогащения углей и сланцев, асбеста, магнийсодержащих руд.
Метод основан на различии в механической прочности минералов,
составляющих руду: одни легко разрушаются и переходят в мелкие
классы, другие прочные остаются в крупных классах. Отделение минералов осуществляется грохочением.
Можно избирательно разрушать определенные минералы, составляющие сросток, применяя метод декрипитации. Он основан на способности минералов разрушаться (растрескиваться) при нагревании и
резком охлаждении руды за счет различий значений коэффициентов
теплового расширения рудообразующих минералов. В этом случае
одни минералы разрушаются внутри куска, а другие нет. Метод декрипитации можно использовать, если один из минералов является
кристаллогидратом, т. е. содержит кристаллизационную влагу. При
сильном нагревании влага испаряется внутри кристалла (создается
86
внутреннее давление паров воды) и разрушает минерал. После декрипитационной обработки минералы отправляют на дробление, а затем
разделяют на грохоте не только по размерам, но и по свойствам (на
минеральные продукты, состоящие из разных веществ).
Обогащение по крупности используется также в том случае, когда ценные минералы представляют собой более мелкие зерна или,
наоборот, крупными, по сравнению с зёрнами пустой породы или же
имеют иную форму. Например, в россыпях драгоценных металлов
выделение крупных классов позволяет избавиться от значительной
части пустой породы (рис. 6.3. а).
Рисунок 6.3. Обогащение по форме и трению.
К специальным методам обогащения относятся также методы, которые называются обогащение по трению, обогащение по форме
Разделение частиц по этим свойствам основано на различии в скоростях движения по наклонной плоскости. Окатанные частицы имеют
большую скорость, чем угловатые и шероховатые (рис. 6.3. б-г). При
движении по наклонной плоскости волокнистые и плоские частички
87
скользят, а округлые зёрна скатываются вниз. Коэффициент трения
качения всегда меньше коэффициента трения скольжения, поэтому
плоские и округлые частички движутся по наклонной плоскости с
разными скоростями и по разным траекториям, что создаёт условия
для их разделения. Различия в форме зёрен и коэффициенте трения
позволяет отделять плоские чешуйчатые частички слюды или волокнистые агрегаты асбеста от частичек породы, которые имеют округлую форму. Устройства, которые применяют для обогащения, просты
в конструкции и представляют собой различные рабочие поверхности. Это плоскостные сепараторы: с неподвижной поверхностью
«Горка», плоскостной сотражателями и щелями, полочный с трамплином и лотково-барабанный.
Обогащение на жировых поверхностях основано на различии в
смачиваемости поверхностей минералов, подлежащих разделению.
Частицы избирательно закрепляются на границе раздела фаз: жировая поверхность – газ и поэтому этот вид обогащения можно также
отнести к разновидностям флотационных.
Процесс обогащения на жировых поверхностях используется при
обогащении алмазов при переработке черновых концентратов кимберлитовых руд с крупностью частиц более 0,5 мм. Гидрофильные
частицы породы удаляются с потоком пульпы, а гидрофобные алмазы
увязают в жировой смазке поверхности. В качестве жировой поверхности применяют смесь масел (машинные масла, вазелин, парафин и
т. д.), а в качестве реагента-собирателя используются аполярные (автол) и полярные реагенты
(олеиновая кислота).
Вопросы для самопроверки
1. Какие виды специальных методов обогащения вы знаете?
2. Чем отличается рудоразборка от породовыборки?
3. Назовите область применения ручной и механизированной рудоразборки.
4. Какие методы радиометрического обогащения вы знаете.Чем они отличаются друг от друга?
5. Назовите область применения и сущность избирательного дробления.
6. Объясните понятие декрипитации и какое отношение оно имеет к обогащению полезных ископаемых?
7. Как осуществляется обогащение по крупности?
88
8. Каким образом минералы можно разделить по различию коэффициента трения и по форме?
9. Объясните, каким образом осуществляется процесс обогащения по упругости?
7. ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ ОБОГАЩЕНИЯ
К вспомогательным относятся следующие процессы: обезвоживание, обеспыливание, обесшламливание, пылеулавливание.
Обезвоживание
Обезвоживание это процесс отделения влаги от минералов и
продуктов их обогащения.
Необходимость процесса вызвана тем, что после обогащения в
водной среде в продуктах остаётся часть влаги, являющаяся балластом. Для дальнейшего передела продуктов влагу следует удалить,
доведя до нормативных показателей. Влажность концентрата должна
быть в пределах 8 – 10 %.
7.1. Общие сведения о влаге
По характеру связи с минералом различают следующие виды влаги.
1.
Внутренняя – химически связанная с минералом;
2.
Гигроскопическая, образующая на поверхности мономолекулярную плёнку, которая удерживается адсорбционными силами;
3.
Капиллярная, заполняющая поры в частицах. Удерживается в порах силами капиллярного давления;
4.
Свободная влага, содержащаяся в промежутках между частицами.
Из перечисленных видов влаги только свободная удаляется механическим способом. Остальные виды влаги удаляются с помощью
термической сушки.
89
7.2.Методы обезвоживания
На обогатительных фабриках применяют следующие методы
обезвоживания.
1.
Дренирование (естественная фильтрация) – стекание свободной влаги через слой материала под собственным весом;
2.
Центрифугирование – обезвоживание в центробежном
поле;
3.
Фильтрование через пористую перегородку под действием
вакуума;
4.
Сгущение - гравитационное осаждение шлама под действием силы тяжести частиц;
5.
Термическая сушка;
6.
Естественная сушка на складах (площадках).
1. Дренирование
Дренированию подвергаются материалы гравитационной крупности. Как правило, это продукты гравитационного обогащения: концентрат, промпродукт, порода. Дренирование осуществляется:
1.
В бункерах;
2.
На обезвоживающих грохотах;
3.
В обезвоживающих элеваторах
1. В бункерах эффективно обезвоживается крупный концентрат
(13 – 100 мм). Влажность после обезвоживания составляет 4-5 %.
Время обезвоживания – 6 – 8 часов. Время обезвоживания мелкого
концентрата (0.5 – 13 мм) – 16 –24 часа. В настоящее время обезвоживание в бункерах применяется крайне редко.
2. На грохотах обезвоживаются продукты обогащения. Время
обезвоживания на грохотах значительно меньше по сравнению с бункерами. Это объясняется постоянным разрыхлением материала, лежащего на сите грохота. При этом расширяются промежутки между
частицами, что способствует эффективному отделению влаги. Для
обезвоживания применяются грохоты с направленным колебанием
рабочей поверхности типа ГИСЛ.
90
Влажность крупного концентрата после обезвоживания на грохотах составляет 4 –5 %, мелкого – 15 – 17 %.
3. В элеваторах обезвоживаются тяжёлые продукты отсадочных
машин (порода, промпродукт). Рабочим органом обезвоживающего
элеватора является бесконечная цепь с перфорированными ковшами.
Цепь устанавливается в наклонном кожухе, который соединяется с
пирамидальной частью отсадочной машины и составляет с ней систему сообщающихся сосудов (рис.7.1).
Длина надводной части элеватора, где происходит непосредственно обезвоживание, определяется исходя из времени обезвоживания продукта в элеваторе (t = 25 с.) и скорости движения цепи (V =
0.25 м/с.). Исходя из этого, для обезвоживания требуется длина
надводной части, равная S= Vt = 0.25  0.5 = 6.25 м.
Угол наклона элеватора 60 – 75о. В промышленных элеваторах
ширина ковша колеблется в пределах 400 – 1000 мм, ёмкость - от 20
до 125 литров.
Рисунок 7.1 – Обезвоживающий элеватор:
1-пирамидальная часть отсадочной машины; 2 – кожух элеватора; 3 –
цепь с перфорированными ковшами; 4 – перфорированный ковш; 5 –
звено цепи; Н – высота надводной части элеватора
91
Рисунок 7.2. Классификатор с обезвоживающим элеватором.
1 – зубчатая или цепная передача, 2 – ковш с щелевидными отверстиями, 3 – стальные листы отводящие воду.
7.3. Центрифугирование
Центрифугирование это операция обезвоживания в центробежном поле. Этот процесс используется как вторичная стадия обезвоживания мелкого концентрата после обезвоживающих грохотов с
целью снижения влажности до 6 – 8 %.
Идея центрифугирования состоит в следующем. Внутрь вращающегося перфорированного ротора подаётся влажный материал
(W=15–17 %). Под действием центробежных сил влажный уголь прижимается к стенкам ротора. Влага уходит через перфорацию. Обезвоженный осадок, в зависимости от конструкции центрифуги, под действием собственного веса, либо с помощью шнека, либо под действием вибраций разгружается в приёмный бункер. Отфильтрованная вла92
га вместе с тонкими частицами угля (фугат) направляется на переработку шламовых вод.
Все центрифуги по назначению делятся на две группы:
1. Фильтрующие, предназначенные для обезвоживания материалов крупностью 0.5 – 13 мм;
2.
Осадительные, предназначенные для обезвоживания шламов крупностью 0 – 3 мм.
Центрифуга с центробежной разгрузкой осадка приведена на рис.
7.3.
Рисунок 7.3. Фильтрующая центрифуга с центробежной разгрузкой
осадка
Осадительные центрифуги
Осадительные центрифуги применяются для обезвоживания
шламов. Обезвоживание осуществляется в сплошном роторе, установленном горизонтально (рис.10.4). Конечная влажность зернистого
шлама (0.5 –3 мм) после обезвоживания составляет 16–25 %, мелкого
шлама (0 – 0.5 мм) – 25 –33 %.
1
2
93
Рисунок 7.4. Осадительная центрифуга: 1 – скорость вращения
шнекового ротора; 2 - скорость вращения сплошного ротора
Исходная пульпа через окна шнекового ротора попадает на внутреннюю поверхность вращающегося сплошного ротора. Под действием центробежных сил происходит разделение пульпы на твёрдую и
жидкую фазы. Твёрдая фаза (осадок) шнеком разгружается через окно
3. Фугат удаляется через окно 4.
Для эффективной разгрузки осадка скорость вращения шнека 1
на 5 –10 % ниже скорости вращения сплошного ротора 2.
7.4. Фильтрование через пористую перегородку
Этот процесс применяется для обезвоживания флотационного
концентрата и обеспечивает его влажность 10-24 %. Процесс реализуется в вакуум – фильтрах (рис 7.5).
Вакуум – фильтр состоит из ванны специального профиля. В
верхней части, вдоль всей ванны устанавливается вал. На валу имеется 12 – 16 продольных каналов. На вал устанавливается 8 – 14 дисков,
состоящих из 12 – 16 секторов. Каждый сектор связан с соответствующим каналом вала. По торцам вала устанавливаются головки, связанные с вакуумной линией и линией сжатого воздуха.
В процессе работы ванна фильтра заполняется пульпой. Вал с
дисками медленно вращается (0,5 – 2 об/мин). При погружении дис94
ков в пульпу на сектора, покрытые фильтровальной тканью, воздействует вакуум. Происходит прилипание материала к секторам дисков
и фильтрация влаги. При выходе секторов из пульпы вакуумная система продолжает работать. Происходит просушка материала. При
подходе сектора с обезвоженным материалом к разгрузке включается
клапан мгновенной отдувки и обезвоженный материал сжатым воздухом отдувается от сеток секторов.
Рисунок 7.5 – Вакуум – фильтр (вид сверху)
В процессе работы диски вакуум – фильтров проходят три зоны
(рис.7.6):
1 зону фильтрации, в которой идёт интенсивное удаление влаги;
2 зону просушки, в которой удаляются остатки влаги;
3
зону отдувки, в которой удаляется обезвоженный материал
(кек) с помощью сжатого воздуха
95
Рисунок 7.6. Рабочие зоны вакуум – фильтра: I – зона фильтрации; II – зона просушки; III – зона отдувки (поперечный разрез)
Для интенсификации процесса обезвоживания, который обусловлен наличием пор между частицами и текучестью жидкости, применяют следующие мероприятия.
1.
Добавляют крупнозернистый шлам в питание вакуум –
фильтра;
2.
Подогревают пульпу паром;
3.
Добавляют в пульпу флокулянт, обеспечивающий образование флокул (укрупнение частиц)
7.5. Термическая сушка
Термическая сушка является второй стадией обезвоживания флотоконцентрата после вакуум – фильтров с целью снижения влажности
до 1,5 – 6 % .Для термической сушки могут быть использованы различные агрегаты.
1.
Барабанные сушилки;
2.
Трубы – сушилки;
3.
Сушка в кипящем слое
96
Барабанная сушилка
Барабанные сушилки предназначены для сушки флотоконцентрата, крупнозернистого шлама (0.5 – 3 мм), частично мелкого концентрата отсадки (0.5 –13 мм). Схема установки барабанной сушилки приведена на рисунке 10.7.
Рис. 7.7 – Схема барабанной сушилки:
1 – бункер топлива; 2 – питатель;3 – топка; 4 – подвижная колосниковая решетка; 5 – бункер влажного продукта; 6 - питатель; 7 – сушильный барабан; 8 – зубчатый венец привода барабана; 9 – опорные катки барабана; 10 – батарейный циклон; 11 – дымосос; 12 –
скруббер
Принцип действия
Сушка влажного материала осуществляется при его контакте с
горячим газом, который образуется в топке. С помощью дымососа
горячий газ (700-800 оС) просасывается через сушильный барабан,
где контактируется с влажным материалом. Происходит испарение
влаги. Сушёный материал удаляется через разгрузочную камеру. Отработанный газ вместе с частицами пыли попадает в систему пылеулавливания – батарейные циклоны и выбрасывается в атмосферу,
пройдя мокрую очистку в скруббере.
Для лучшего контакта горячего газа с влажным материалом на
внутренней поверхности барабана устанавливаются лопасти, разрыхляющие материал.
Промышленные модели сушильных барабанов: СБ 2.8 – 14 – ЛС;
СБ 3.5– 18 – ЛС; СБ 3.5 – 22 – ЛС; СБ 3.5 – 27 – ЛС.
Вопросы для самопроверки
1. Вспомогательные процессы. Назначение. Виды.
2. Обезвоживание. Технологическое назначение.
97
3. Виды влаги.
4. Влияние степени метаморфизма и гранулометрического состава на влагоемкость углей.
5. Назовите методы обезвоживания.
6. Дренирование. Сущность процесса.
7. Центрифугирование. Назначение операции.
8. Фактор разделения.
9. Фильтрование через пористую перегородку. Назначение операции. Технологические показатели.
10. Вакуум-фильтр. Принцип действия.
11. Термическая сушка. Назначение.
12. Схема установки барабанной сушилки.
98