книги / Переработка, обогащение и комплексное использование твердых полезных ископаемых. Обогатительные процессы и аппараты
.pdfобъясняется значительной турбулентностью потока пульпы в рабочей зоне и большим гидравлическим сопротивлением вод ной среды движению тонких частиц.
При мокрой магнитной сепарации слабомагнитных руд (в отличие от сильномагнитных) магнитной флокуляции не на блюдается, и тонкие магнитные частицы оказываются под воз действием соизмеримых по величине магнитных и противодей ствующих механических сил, что приводит к значительным по терям тонких частиц слабомагнитных минералов с немагнит ным продуктом. Минимальная крупность магнитных частиц, извлекаемых в магнитный продукт, тем меньше, чем больше их удельная магнитная восприимчивость %, магнитная сила \iüHgrad Я, длина зоны притяжения / и меньше высота h данной зоны.
Перспективными для мокрого магнитного обогащения тонкоизмельченных слабомагнитных руд являются новые конст рукции высокоградиентных (полиградиентных) сепараторов. Они позволяют существенно уменьшить турбулентность, соз даваемую в потоке пульпы рабочим органом сепаратора, обе спечивают минимальный путь движения магнитных частиц к рабочему органу, облегчая тем самым извлечение тонких час тиц, подвижность которых относительно пульпы мала.
К основным типам высокоградиентных сепараторов отно сятся валковые, барабанные и роторные.
Электромагнитный валковый высокоградиентный сепаратор 4ЭВМФ-45/250 (рис. 7.8, а) имеет электромагнитную систему 1, аналогичную системе в сепараторе 2ЭВМ-38/250 (см. рис. 7.7, б). На валках 2 (сплошных цилиндрах из низколегированной ста ли) установлена решетка 3 из продольных прутьев, зазоры между которыми являются рабочей зоной сепаратора. Исход ная пульпа подается в рабочую зону питателем 4 через щели верхних полюсных наконечников. Магнитные частицы, про ходя через решетку, закрепляются на стержнях, выносятся вра щающимися валками из рабочей зоны и смываются водой из брызгал в отсек ванны для магнитного продукта 5. Немаг нитный продукт поступает на нижние валки и после второго приема магнитной сепарации разгружается через отсек ванны 6. Магнитные продукты обоих приемов сепарации объединяются.
Питание
\
Магнитный' Немагнитный продукт пробукт
Рис. 7.8. Схемы высокогра
диентных сепараторов:
а — валкового 4ЭВМФ-45/250; б — барабанного 242-СЭ; в — роторного типа «Джонс»
В электромагнитном барабанном высокоградиентном се параторе 242-СЭ (рис. 7.8, б) пульпа подается питателем 6 на слой ферромагнитных тел — шаров 3, удерживаемых на бара бане 1 полем комбинированной системы 2. Немагнитные час тицы, профильтровавшиеся через слой шаров, разгружаются в отсек ванны 5 для немагнитного продукта. Магнитные час тицы, удерживаемые магнитной силой в каналах между на магниченными шарами, транспортируются барабаном в об ласть ослабленного магнитного поля, где вместе с шарами от-
рываются от барабана и попадают на сито 4. На сите произ водится отмывка магнитных частиц водой из брызгал 7 и они попадают в отсек ванны для магнитного продукта. Чистые ша ры скатываются по ситу вниз и затем под действием магнит ного поля снова притягиваются к барабану.
Электромагнитный роторный высокоградиентный сепара тор «Джонс» (рис. 7.8, в), выпускаемый фирмой «Гумбольдт» (ФРГ), имеет два ротора 2 с приводом 4. На нижнем роторе может осуществляться контрольная сепарация немагнитного продукта верхнего ротора. Пульпа протекает в области силь ного поля, создаваемого электромагнитной системой /, через слой намагниченных ферромагнитных тел 3, заполняющих ро тор. Немагнитные частицы с основной массой воды проходят по каналам между намагниченными телами и разгружаются через сборный желоб 5 и отводные трубы б в соответствую щий отсек сборника. Магнитные же частицы притягиваются к намагниченным телам, вращением ротора выносятся из обла сти сильного поля и смываются в отсек сборника для магнит ного продукта. Охлаждение работающего сепаратора обеспе чивается вентиляторами 7.
Применение высокоградиентных сепараторов перспектив но для обогащения тонковкрапленных окисленных железных руд, тонких фракций вольфрамитовых, ильменитовых, марган цевых и других слабомагнитных руд, а также для обезжелезнения тонких фракций горно-химического, стекольного, ке рамического, абразивного сырья и других материалов.
8
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МЕТОПЫ
mmОБОГАЩЕНИЯ
8.1.Ф изические основы электрических м етоаов обогащ ения
8.1.1. Сущность
электрических метоаов обогащения
Электрические методы обогащения основаны на различии электрических свойств разделяемых минералов. Различаясь по электропроводности, диэлектрической проницаемости, кон тактному потенциалу, трибоэлектрическому, пироэлектриче скому или пьезоэлектрическому эффекту, они приобретают при зарядке различную величину или знак заряда и, как след ствие, разную траекторию движения в электрическом поле, обеспечивая разделение частиц по их электрическим свойст вам или электрическую сепарацию минералов.
Зарядка частиц сепарируемого материала может осущест вляться контактированием с заряженным электродом, иони зацией в электрическом поле коронного разряда, электриза цией трением, изменением температуры, давления и другими способами. Выбором способа зарядки частиц обеспечивается наибольшее различие в электрических свойствах основных разделяемых минералов и тем самым максимальная эффек тивность электрической сепарации.
На каждую заряженную минеральную частицу при сепа рации в электрическом поле действуют:
• электрическая кулоновская сила F3, обусловленная при тяжением частицы к противоположно заряженному электроду и отталкиванием ее от одноименно заряженного как в одно родном, так и в неоднородном поле. Влияние F3 на траекто рию движения частиц практически нивелируется только в по ле переменной полярности из-за механической инерции частиц;
•сила зеркального отображения F3, обусловленная взаи модействием остаточного заряда частицы и вызванного этим зарядом на поверхности электрода равного по величине ин дуктивного заряда. Сила направлена к электроду. По абсолют ной величине она значительно меньше F3 и ее действие замет но лишь вблизи электрода или при соприкосновении с ним;
•пондеромоторная сила Fn, обусловленная разницей между
значениями диэлектрической проницаемости частицы еч и сре ды Ес, в которой осуществляется сепарация. Она стремится вытолкнуть частицу в более слабые участки поля, если еч < Бс, и наоборот втянуть при еч > 6С Сила проявляется только в неоднородном поле, в том числе, в отличие от F3, и в полях переменной полярности. Она весьма мала в воздушной среде по сравнению с F3и достигает больших значений в жидкостях
свысокой диэлектрической проницаемостью;
•механические силы, основными из которых являются си ла гравитационного притяжения Fr, центробежная сила Fu, си лы сопротивления среды Fc.
Силы молекулярного сцепления частиц между собой и с электродами, сила трения между частицами и электродом для частиц крупнее 0,1 мм, а также инерционные силы, действую щие на завершающем этапе сепарации, сравнительно малы и обычно не учитываются.
Разделение различно заряженных частиц происходит в ре зультате воздействия на них электрических и механических сил в рабочей зоне сепаратора. Соотношение сил и эффектив ность разделения при этом будут зависеть от различия элек трических свойств разделяемых минералов, изменения напря женности электрического поля во времени (постоянное или пе ременное) и пространстве (однородное или переменное), нали чия движущихся носителей заряда (ионов, электронов), вида среды разделения (газ или жидкость) и характера движения материала в рабочем пространстве электрических сепараторов.
В сепараторах с криволинейным транспортирующим элек тродом барабанного типа (рис. 8 .1, а) процесс разделения мине ралов происходит в воздушной среде. Неоднородное электро статическое или электрическое поле постоянной полярности напряженностью до 10 кВ/см создается между барабаном и
отстоящим от него на некотором расстоянии вторым электро дом или системой электродов. Электрическая сила F->будет при жимать к барабану частицы, имеющие знак заряда, противо положный знаку полярности барабана, и отталкивать от него одноименно заряженные частицы. Сила зеркального отобра жения F-} направлена к центру барабана, удерживая частицы на его поверхности. Центробежная сила Fu, наоборот, стремит ся оторвать частицы от поверхности. Гравитационная сила Fr действует вертикально вниз, ее составляющие зависят от угла поворота барабана. Пондеромоторная сила Fn направлена от центра барабана, поскольку диэлектрическая проницаемость минералов больше, чем воздуха, и концентрация силовых ли ний поля повышается в направлении ко второму электроду. Однако сила Fn, как и сила сопротивления воздушной среды Fc для зернистых частиц в рабочей зоне сепаратора, относи тельно невелика и их можно не учитывать.
Рис. 8.1. Векторные диаграммы сил, действую щ их на частицы в сепа раторах:
о, б — барабанном электростатическом; в — плоскостном электростатическом; г — камерном электростатическом; д— диэлектрическом; 1— положительно заряженная частица; 2 — отрицательно заряженная частица
Результирующая сила F, определяющая траекторию дви жения частиц в электрическом поле сепаратора, является век торной суммой основных взаимодействующих сил:
F = + F3 +F 3- Fu ± Fr .
В сепараторах с плоским транспортирующим электродом (рис. 8.1 , в) между ним и расположенным сверху вторым элек тродом или системой электродов создается электрическое или электростатическое поле напряженностью 2— 4 кВ/см. Резуль тирующая сила F, определяющая траекторию разделяемых ча стиц, складывается из электрической силы F3, силы зеркаль ного отображения F, и гравитационной силы Fr, вызывающих движение частиц по плоскости и существенно влияющих на разделение минералов, резко различающихся по форме:
F = + F3+F 3 + Fr
Силами Fc и Fn, как и в первом случае, можно пренебречь.
В камерных сепараторах (рис. 8.1, г) электростатическое поле постоянной полярности напряженностью 2— 4 кВ/см соз дается между пластинчатыми электродами. Разделение частиц, обладающих различными зарядами, осуществляется в процес се их свободного падения между электродами. При этом дви жение частиц в горизонтальном направлении определяется в основном электрической силой F3 вызывающей притяжение частиц к противоположно заряженному электроду и отталки вание их от одноименного электрода. Сила F3 начинает про являться только при приближении частиц к одному из них, поэтому, как и сила Fn, практически не влияет на их разделе ние. В вертикальном направлении на каждую частицу будут действовать разнонаправленные силы тяжести Fr и сопротив ления среды Fc
Разделение минералов в непроводящей жидкости а ди электрических сепараторах (рис. 8.1 , д) происходит в резко не однородном электрическом поле переменной полярности на пряженностью до 5 кВ/см. Определяющей процесс силой в этих условиях является пондеромоторная сила Fn. Под ее дей ствием частицы с диэлектрической проницаемостью е2, боль
шей 8с, втягиваются в область поля наибольшей напряженно сти у электрода с малым радиусом кривизны, тогда как час тицы с 82, меньшей ес, выталкиваются из этой области. Из ме ханических сил влияют на разделение частиц силы тяжести F, и сопротивления среды как в вертикальном Fc, так и горизон тальном F' направлении.
8.1.2. Метопы улучшения селективности электрической сепараиии
Селективность разделения заряженных частиц при элек трической сепарации в воздушной среде улучшается:
•подсушкой материала до состояния сыпучести, чтобы предотвратить слипание частиц;
•обеспыливанием, предотвращающим обволакивание пы левидными частицами более крупных;
•реагентной и термической обработкой, вызывающей из менение в нужном направлении электрических свойств разде ляемых минералов;
•классификацией по крупности, так как при неклассифи цированном материале центробежные силы, пропорциональ ные кубу диаметра частиц (или их массе), могут нивелировать действие электрических сил, пропорциональных квадрату ди аметра частиц (или их поверхности). Максимальная круп ность зерен при этом не может превышать 5 мм. Наиболее ча сто электрической сепарации подвергают материалы крупно стью от 3 до 0,05 мм, обогащение которых другими методами (магнитными, флотационными, гравитационными и др.) не достаточно эффективно из-за близости свойств разделяемых минералов (магнитных, физико-химических, плотности и др.), экономически невыгодно или неприемлемо с экологической точки зрения (например, в маловодных районах).
При электрической сепарации используются главным об разом различия минералов в электропроводности, диэлектри ческой проницаемости, электризации трением и при измене нии температуры. Сепарация на основе пьезо- и фотоэлектри ческого эффекта, униполярной проводимости и других элек трических свойств не нашла пока практической реализации.
Электрические сепараторы состоят из трех основных час тей: зарядного устройства, или электризатора, в котором за ряжаются минеральные частицы; собственно сепарирующей части, в которой производится разделение частиц; высоко вольтного агрегата. Они отличаются низкой энергоемкостью, не используют промышленную воду, не загрязняют воздуш ную среду, поддаются полной автоматизации и управлению.
8.2. Разлеленпе минералов по электропровоаностн
8.2.1. Овшая характеристика проиесса
Все минералы по электропроводности делятся на три группы:
•проводники, обладающие удельным электрическим сопро тивлением менее 109 Ом-м (самородные металлы, графит, мно гие сульфидные минералы, магнетит, гематит, рутил и др.);
•полупроводники, обладающие удельным электрическим со противлением от 109 до 1012 Ом м (боксит, гранат, лимонит, си дерит, хромит и др.);
•непроводники, или диэлектрики, удельное электрическое со противление составляет более 1012 Ом-м (алмаз, кварц, полевой шпат).
Электропроводность минералов складывается из объемной
иповерхностной составляющих. Чем больше разница в значе ниях общей электропроводности разделяемых минералов, тем лучше результаты электрической сепарации. Хорошо отделя ются, например, минералы-проводники от полупроводников
инепроводников. Гораздо труднее разделить проводники и не проводники. Разделение же минералов одной группы на осно ве только естественных различий в электропроводности ча сто бывает невозможным.
8.2.2. Поаготовка материала к электрической сепарации
Целью подготовительных операций является увеличение разницы в объемной или поверхностной проводимости мине ралов и, следовательно, эффективности их разделения При элек
трической сепарации, которая достигается обычно изменени ем влажности материала, реагентной, механической, химиче ской или термической обработкой.
Подсушку материала до полного удаления поверхностной влаги проводят, если разделяемые минералы существенно различаются значениями объемной электропроводности, но являются гидрофильными, поскольку увеличение влажности приводит к резкому возрастанию поверхностной проводимо сти обоих минералов, сближающему значения их общей элек тропроводности. При электрической сепарации, например редкометалльных концентратов, подсушка осуществляется подо гревом материала непосредственно в бункере, на распредели тельном лотке и электроде (барабане) сепаратора. Наоборот, при разделении минералов с близкой объемной электропро водностью, но резко различной степенью гидрофильное! и или гидрофобности их поверхности увеличение различия в общей электропроводности минералов достигается повыше нием влажности материала, вызывающим значительное возра стание поверхностной электропроводности только гидрофиль ного минерала. Так, повышение влажности до 4— 7 % при се парации алмазсодержащих концентратов вызывает резкое увеличение поверхностной проводимости только гидрофиль ных минералов породы; у гидрофобного алмаза она осгаегся незначительной.
Обработка материала реагентами производится при близ ких значениях объемной электропроводности и степени ги дрофильное™ разделяемых минералов. Целью ее является раз нонаправленное изменение поверхностных свойств разделяе мых минералов и, как следствие, их поверхностной электро проводности за счет:
• избирательной адсорбции органических поверхностно-ак тивных веществ, вызывающей гидрофобизацию поверхности и уменьшение электропроводности, например извлекаемого минерала. Так, при обработке пирохлора и циркона алифа тическими аминами гидрофобизируется поверхность только циркона и во влажном воздухе появляется заметная разница в их электропроводности;