книги / Переработка, обогащение и комплексное использование твердых полезных ископаемых. Обогатительные процессы и аппараты

Технологическая схема обогащения в тяжелых суспензиях является практически типовой. Она включает (рис. 6.4) грохо­ чение и промывку исходного материала, разделение в тяже­ лой суспензии на тяжелую и легкую фракции, дренаж и от­ мывку тяжелой суспензии от продуктов обогащения, регене­ рацию утяжелителя.

Операции промывки и грохочения совмещают на одном грохоте. Для крупного материала чаще применяют горизон­ тальные самобалансные грохоты, для мелкого — высокоча­ стотные (до 3600 мин"1) вибрационные грохоты с малой ам­ плитудой вибраций. Отрицательное влияние мелочи и шламов обусловлено тем, что мелкие зерна из-за повышенной вязко­ сти среды в присутствии шламов не успевают расслаиваться и загрязняют продукты обогащения. Для повышения эффектив­ ности промывки используют брызгала циклонного типа при расходе воды от 0,2 до 0,9 м3/т.

Дренаж рабочей суспензии производится на первой поло­ вине грохота (обычно самобалансного вибрационного). Сус­ пензия собирается в зумпф и возвращается в процесс. На вто­ рой половине грохота по его длине производят отмывку утяже­ лителя с поверхности кусков водой при расходе ее 0,3— 1,5 м3/т. Получаемая разбавленная суспензия содержит также большое количество тонких минеральных частиц и направляется на регенерацию. Потери утяжелителя вследствие неполноты от­ мывки составляют 100-—750 т/т. Они могут быть сокращены на 25—40 % применением реагентов-пептизаторов.

Способ регенерации определяется свойствами утяжелите­ ля и обогащаемого материала. Для регенерации ферросили­ ция, магнетита и пирротина при обогащении немагнитных ма­ териалов используют магнитную сепарацию (при извлечении утяжелителя до 99,5—99,9 %), для регенерации галенита и арсе­ нопирита — флотацию, для регенерации барита — концен­ трацию на столах. Регенерированный утяжелитель поступает на приготовление свежей суспензии и затем возвращается в процесс. Контроль и регулирование плотности тяжелой сус­ пензии в процессе ее приготовления и при обогащении осуще­ ствляются автоматически добавками воды или утяжелителя.

Преимуществами обогащения в тяжелых суспензиях по сравнению с другими гравитационными методами являются:

•высокая точность разделения в аппаратах, сравнительно простых по конструкции и техническому обслуживанию;

•возможность эффективно перерабатывать большие объ­ емы минерального сырья широкого диапазона крупности при незначительной разности в плотности разделяемых минера­

лов (с точностью ± 0,003 г/см3);

•невысокие капитальные затраты и эксплуатационные рас­ ходы, обусловленные незначительным расходом электроэнер­ гии, воды, утяжелителя;

•легкость автоматизации технологического процесса. Наиболее широко процесс обогащения в тяжелых суспен­

зиях используют для целей предконцентрации полезных иско­ паемых.

6.2.3. Обогащение в аэросуспензиях

Аэросуспензия представляет собой псевдоожиженный (кипя­ щий) слой утяжелителя, образующийся под действием верти­ кальных воздушных потоков. Степень псевдоожижения слоя и его внутренняя структура определяются скоростью воздушно­ го потока (0,093—-0,140 м/с) и распределением частиц утяже­ лителя по крупности.

В качестве утяжелителей аэросуспензий применяются пе­ сок, магнетит, ферросилиций, другие материалы и минералы и их смесь. При использовании в качестве утяжелителя трех­ компонентной смеси (песок, магнетит, ферросилиций) крупно­ стью -0,15 +0,05 возможно образование аэросуспензий с плот­ ностью разделения от 1 100 до 3300 кг/м3 пригодных для обога­ щения углей, сланцев и некоторых руд, например асбестовых.

Для приготовления аэросуспензий используют утяжели­ тели, подвергнутые предварительной классификации по шка­ ле, равной 2. При более широкой шкале их классификации наблюдается расслаивание утяжелителя по высоте рабочего слоя аэросуспензиИКроме того, должно соблюдаться вполне определенное coofHoiueHHe между размерами частиц легких фракций d\ и зерен утяжелителя d2 и их плотностями (соот­ ветственно 6| и 62), Например при обогащении углей:

Ig( d m = 3/2 lg(ô,/52).

Аэросуспензионный сепаратор, например CKC-1 (рис. 6.5), представляет собой закрытую зонтом 8 прямоугольную ванну с плоской пористой перегородкой 7, в которой смонтированы элеваторное колесо 3 для разгрузки тяжелой фракции на дре­ нажный грохот 4, подвижное сито б с эксцентриковым приво­ дом 9 для перемещения тяжелой фракции к элеваторному ко­ лесу, скребковый конвейер 2 для разгрузки легкой фракции на дренажный грохот 5 и приемное устройство в виде бункера 1 с секторным питателем.

Обогащение в аэросуспензиях используется главным об­ разом для обогащения углей в районах с ограниченными вод­ ными ресурсами и суровыми климатическими условиями. Процесс характеризуется удобством в эксплуатации, отсутст­ вием необходимости в очистке воды, обезвоживании продук­ тов обогащения и сушке концентратов, простотой регенера­ ции утяжелителя, но обладает меньшей точностью разделения по сравнению с обогащением в тяжелых суспензиях.

6.2.4. Магнптогпаростатпческая (МГС)

п Феррогпаростатпческая (ФГС) сепараинп

При МГС и ФГС сепарациях разделение минералов осу­ ществляется в объеме магнитной жидкости, помещенной в не­ однородное магнитное поле.

В качестве магнитной жидкости при МГС сепарации ис­ пользуются растворы парамагнитных солей (железа, марган­ ца, никеля и др.), при ФГС сепарации — ферромагнитная жидкость (ФМЖ), представляющая собой коллоидную дис­ персию мелких частичек магнетита в керосине с добавками олеиновой кислоты в качестве стабилизатора. Магнитная вос­ приимчивость ФМЖ в 10— 15 раз больше, чем у растворов парамагнитных солей. В результате воздействия магнитного поля на магнитную жидкость эффективная (кажущаяся) плот­ ность ее меняется в широких пределах (от 1 до 20 г/см3).

Разделение минеральных зерен производится по плотно­ сти с учетом их магнитной восприимчивости. На каждую ми­ неральную частицу, помещенную в магнитную жидкость ме­ жду полюсами магнита, действует удельная сила

/ = (ÔT+ 6*)g + (хт + хж)Я grad Я,

где бт и 5Ж— плотность частицы и жидкости; Хт и Хж — маг­

нитная восприимчивость частицы и жидкости; g — ускорение свободного падения; Я — напряженность магнитного поля.

разделение будет проходить не по истинной, а по эффек­ тивной (кажущейся) плотности жидкости 8Э:

5э = 5Т+ хтЯ grad Я.

В существующих конструкциях МГС и ФГС сепараторов (рис. 6.6) разделение материала, подаваемого из бункера I пи­ тателем 2, осуществляется в слое жидкости 3, утяжеленной до необходимой плотности между полюсами 4 магнитов гипер­ болического профиля. Сепаратор — своеобразное «гравита­ ционное решето», На поверхности которого остаются легкие минералы, а тяжеЛЫе погружаются, проходят через слой жид-

Рис. 6.6. Принципиальная схема М ГС и ФГС сепараторов

кости и разгружаются в приемник б. Небольшой градиент по­ ля или наклон аппарата, создаваемый в горизонтальном напра­ влении, обеспечивает разгрузку зерен легкой фракции в при­ емник 5.

Перед разделением из материала удаляются все магнит­ ные минералы (магнетит, пирротин и др.), поскольку разделе­ ние происходит в магнитном поле, градиент напряженности которого направлен вниз, и наличие таких минералов приве­ дет к загрязнению тяжелой фракции.

Для материалов крупностью 1— 2 мм и более эффектив­ ное разделение может быть осуществлено при разнице в плот­ ностях у разделяемых зерен всего 0,05 г/см3. Увеличение этой разницы позволяет уменьшить нижний предел крупности обо­ гащаемого материала, составляющий около 0,5 мм в обычных условиях. Он может быть снижен также до 0,1 мм при исполь­ зовании в процессе сепарации центробежных и вибраци­ онных сил.

Процессы МГС и ФГС сепарации перспективны для до­ водки гравитационных концентратов редких, благородных ме­ таллов, алмазсодержащих материалов и других полезных ис­ копаемых. Недостатком их является сложность конструктив­ ного оформления аппаратов, особенно при большой произво­ дительности.

6.3. Обогащ ение в потоках постоянного п переменного направления

Разделение минеральных зерен по плотности в потоках по­ стоянного и переменного направления осуществляется в поле сил тяжести и гидроили аэродинамического воздействия сре­ ды. Обогащение в вертикальных потоках переменного направ­ ления получило название отсадки, в горизонтальных, наклон­ ных и вертикальных потоках постоянного направления — противоточной сепарации и в криволинейных потоках высокой ин­ тенсивности — обогащения в центробежных концентраторах.

6.3.1. Отсаака

Отсадка основана на различии скоростей движения мине­ ральных зерен в пульсирующей среде разделения, в качестве которой используется обычно вода и гораздо реже воздух.

Исходный материал 1 поступает на решето 2 обычно двух­ ступенчатой 8 отсадочной машины (рис. 6.7, а) и распределя­ ется на нем равномерным слоем. Через отверстия решета цир­ кулируют восходящий и нисходящий потоки среды, под воз­ действием которых формируются слои тяжелых 3, легких 5 зе­ рен и их сростков 4. Послойная разгрузка происходит в каж­ дой ступени 6. Тяжелая фракция разгружается через специ­ альные шиберные устройства 7 (горизонтальные или верти­ кальные щели с затворами разной конструкции) и решето 2 , легкая — через порог в конце отсадочной машины. Режимом ее работы предусмотрено, чтобы слои 3, 4 не выходили за пре­ делы соответствующей ступени отсадки.

Закономерности расслоения материала по плотности в стесненных условиях при отсадке обусловлены явлениями не только разделения зерен во взвешенном слое, но и их сегрега­ ции. При этом на Движение минеральных зерен оказывают влияние их вес в разделительной среде, гидростатические си­ лы сопротивления и инерции среды, механические силы тре­ ния и ударов зерен квк друг о друга, гак и о стенки аппарата.

Под Действием восходящего потока среды смесь разде­ ляемых зерен разрыхляется и легкие зерна, скорость паде-

ся: зерна легких ми­ нералов выносятся в верхние слои, а тяжелые зерна, преодо­ левая сопротивление среды, концентрируются в нижних сло­ ях. При этом за счет всасывающего действия нисходящего по­ тока мелкие зерна тяжелых минералов проходят через каналы между крупными тяжелыми зернами и располагаются под ни­ ми или разгружаются через отверстия решета в камеры отса­ дочной машины.

Мелкие зерна легких минералов также просачиваются меж­ ду более крупными легкими зернами, но не успевают пройти по каналам между зернами тяжелых минералов в связи с уп­

лотнением слоя зерен на решете, остаются под слоем крупных зерен легких минералов. В результате минеральные зерна рас­ полагаются над решетом в последовательности: мелкие, затем крупные зерна тяжелых минералов, над ними — мелкие зерна легких минералов и вверху — более крупные зерна легких ми­ нералов. Такому распределению зерен по плотности и круп­ ности способствует также сегрегация материала, возникаю­ щая в результате периодически повторяющихся пульсаций слоя минеральных зерен.

Слой материала 9, находящийся на решете при отсадке крупного материала (более 3—5 мм при обогащении руд и более 10— 13 мм — углей), называют естественной постелью (см. рис. 6.7, а). Оптимальная толщина ее равна 5— 10 диа­ метрам максимальных зерен в питании. Ухудшение четкости разделения при большей толщине постели обусловлено недо­ статочной ее разрыхленностью (из-за чрезмерного возраста­ ния гидростатического сопротивления), а при меньшей тол­ щине постели — образованием прорывов (из-за недостаточ­ ного гидростатического ее сопротивления), вызывающих мест­ ные увеличения скорости потоков, перемешивание материала и увеличение взаимных засорений продуктов обогащения.

При обогащении более мелкого рудного материала (мель­ че 3— 5 мм) и углей (мельче 10— 13 мм) на решето укладывают слой 9 искусственной постели из полевого шпата, гематита, магнетита, ферросилиция, металлической дроби и других ма­ териалов плотностью не менее чем у зерен тяжелых минера­ лов обогащаемого сырья и крупностью, в 2,5— 6 раз превыша­ ющей максимальную разделяемых частиц. Искусственная по­ стель является не только своеобразным «решетом», но и сред­ ством разделения зерен. Она пропускает частицы тяжелых ми­ нералов и задерживает легкие. Чем больше толщина и плот­ ность искусственной постели и менее правильна форма ее зе­ рен, тем меньше пропускная способность постели, особенно по отношению к крупным зернам. Изменяя ее параметры, мож­ но управлять процессом отсадки. Высота постели должна быть меньше при большом и больше при малом содержании тяже­ лых зерен в исходном питании. Обычно толщина искусствен­

ной постели составляет не менее трех максимальных диамет­ ров ее зерен, а толщина обогащаемого надпостельного слоя в 20 раз больше максимальной крупности частиц в питании.

Закономерности вертикального перемещения S среды и из­ менения ее скорости Уво времени характеризуются циклом от­ садки (рис. 6.7, б— д), включающим подъем л> паузу /п и опус­ кание (и среды. Основные циклы, применяемые на практике, характеризуются: гармонический (см. рис. 6.7, б) — равенством скоростей восходящего (Ув) и нисходящего (Ун) потоков и пе­ риодов их действия (/в = /н); цикл Майера (см. рис. 6.7, в) — кратковременностью подъема и опускания среды и большой паузой; цикл Берда (см. рис. 6.7, г) — большой скоростью подъема и меньшей скоростью опускания при отсутствии па­ узы; цикл Томаса (см. рис. 6.7, д) — малой скоростью подъема и большой скоростью опускания среды. Изменение продол­ жительности элементов цикла позволяет управлять процессом расслоения материала.

Например, чтобы предотвратить попадание легких мелких зерен в слой тяжелых при обогащении неклассифицирован­ ных углей, применяют циклы с кратковременным действием нисходящего потока среды. Характер цикла оказывает суще­ ственное влияние на результаты отсадки только при неболь­ шой частоте колебаний среды — меньше 100 мин"1 применя­ емой при отсадке крупного материала.

Частота и амплитуда колебаний среды при отсадке опре­ деляются не только крупностью, но и плотностью обогащае­ мого материала. Чем больше максимальный размер и плот­ ность частиц, тем больше амплитуда, но меньше частота ко­ лебаний среды. При малых значениях числа пульсаций обе­ спечиваются более высокие скорости восходящего потока, уве­ личивается амплитуда колебаний, достигаются максимальный подъем постели и степень ее разрыхления. Однако при этом процесс отсадки становится менее устойчивым и более чув­ ствительным к изменениям производительности, крупности и фракционного состава исходного материала. При большом чи­ сле пульсаций устойчивость процесса увеличивается, но сни­ жается степень разрыхления постели. Необходимую частоту пульсаций можно определить из условия достаточности ско­

рости восходящего потока для взвешивания наиболее круп­ ных тяжелых зерен в стесненных условиях, когда ускорение среды еще не превышает ускорения силы тяжести.

Средством регулирования процесса отсадки в водной сре­ де является подача подрешетной воды. Она увеличивает ско­ рость восходящего потока и разрыхленность постели, умень­ шает скорость нисходящего потока и засасывание мелких клас­ сов под решето, способствует перемещению легкой фракции к сливному порогу отсадочной машины. Увеличение расхода подрешетной воды вызывает, как правило, уменьшение выхо­ да подрешетного продукта и повышение его качества, но со­ провождается выносом в слив тонких частиц тяжелых мине­ ралов; уменьшение расхода приводит к обратным результа­ там. Скорость движения подрешетной воды в отсадочных ма­ шинах возрастает с увеличением крупности материала, но обычно не превышает 0,6 см/с.

Разжижение исходного питания не должно превышать со­ отношения Ж Т = 2 1 (по массе). В противном случае в от­ садочной машине создается горизонтальный поток большой скорости, который взмучивает надпостельный слой, нарушая процесс расслоения частиц по плотности. Общий расход воды возрастает при увеличении крупности обогащаемого мате­ риала и при отсадке руд изменяется от 3,5 до 8,0 м3/т, а при отсадке углей — от 2,3 до 6,0 м3/т. Доля подрешетной воды в общем ее расходе составляет от 40 до 70 V Исключение ее подачи существенно затрудняет получение удовлетворитель­ ных показателей разделения.

Отсадке подвергаются руды крупностью от 0,25 до 50 мм и угли крупностью от 0,4— 0,9 до 100— 150 мм. Необходи­ мость обесшламливания материала по нижнему пределу круп­ ности обусловлена плохим разделением тонких частиц по плот­ ности при отсадке и тем, что они снижают эффективность обогащения более крупных классов. Верхний предел круп­ ности ограничен не Технологическими возможностями про­ цесса, а конструктивными особенностями отсадочных машин, главным образом конструкцией разгрузочных устройств.

Для повышений эффективности обогащения исходный ма­ териал подвергается грохочению на классы крупности, каж­