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

Полярность напряжения и материал электродов (медь, ла­ тунь, нержавеющая сталь) подбираются с учетом знака заря­ да, приобретаемого минералами при электризации, и харак­ тера контактных явлений, происходящих между частицами и барабаном. При диаметре барабана 150— 300 мм, длине 1000—2000 мм и частоте вращения 40—400 об/мин произво­ дительность сепаратора составляет 4— 12 т/ч по исходному питанию при крупности его до 3 мм. Сепараторы применяют­ ся для разделения полевых шпатов и кварца, при обогащении фосфоритов, галургического сырья, вермикулита и других ма­ териалов.

В трехсекционных, двухкаскадных сепараторах СТЭ лот­ кового типа (рис. 8.4, б) материал из питателя 1 щелевого типа поступает на две заземленные латунные плоскости 2 и 3. При движении по плоскости зерна различных минералов элек­ тризуются за счет трения о плоскость и между собой, прио­ бретая разные по величине и знаку заряды, и попадают в элек­ тростатическое поле напряженностью 3,5—4,5 кВ/см, созда­ ваемое статическими электродами 4 и 5, один из которых за­ землен, а другой подключен к высоковольтному источнику тока.

При свободном падении в межэлектродном пространстве траектория движения частиц изменяется в зависимости от ве­ личины и знака остаточного заряда, напряжения на заряжен­ ном электроде (достигающего 20 кВ), градиента напряженно­ сти поля, а также плотности и крупности частиц. Производи­ тельность сепаратора при обогащении материала крупностью -0,3 +0,074 мм составляет около 6 т/ч.

Сепараторы предназначены для использования в схемах обогащения руд цветных и редких металлов, горно-химиче­ ского, керамического, абразивного, оптического и других ти­ пов сырья, разделяемые минералы которых обладают близки­ ми электрическими характеристиками.

Трубчатые сепараторы свободного падения (рис. 8.5, а), используемые, например, в калийной промышленности ФРГ,

состоят из двух разноименно заряженных рядов вертикальных труб 4, имеющих верхнее 2 и нижнее 6 шарнирные крепления, и вращающихся вокруг своей оси под действием привода 3. От налипающей на них пыли они освобождаются неподвиж­ ными щетками 5. Максимальная напряженность электриче­ ского поля сепаратора 4— 5 кВ/см.

Из бункера I разделяемые минералы (галит и сильвин), имеющие разные заряды, поступают в рабочую зону и, при­ тягиваясь в свободном падении к соответствующему ряду раз­ ноименно заряженных труб, попадают в приемники 7. Каче­ ство получаемых продуктов регулируют шиберами 8.

Сепараторы характеризуются высокой производитель­ ностью [20 —30 т/(ч • м)], однако требуют значительной высоты (более 10 м) помещения и по производительности на единицу занимаемого объема уступают барабанным сепараторам.

Рис. 8.5. Схемы сепараторов:

а — трнбоэлектрического трубчатого свободного падения; б — пневмоэлектрического

Основной особенностью конструкции пневмоэлектрического сепаратора (рис. 8.5, 6) камерного типа является трибо­ электрическая зарядка тонкоизмельченных частиц при транс­ портировании их газовым потоком. Успешная работа сепара­ тора осуществляется ускоренным движением пылегазового потока в зоне 2 трибоэлектризации и спокойным движением в зоне разделения между заземленными электродами 1 и элек­ тродом, подключенным к источнику 3 высокого напряжения. Делителями 4 продукты разделения направляются в циклоны для хвостов 5, промпродукта 6 и концентрата 7. Сепаратор показал хорошие результаты сепарации промпродуктов и до­ водки концентратов, полученных при магнитном обогащении окисленных труднообогатимых железных руд.

8.4. Пироэлектрическая и диэлектрическая сепараиия

8.4.1. Пироэлектрическая сепараиия

Пироэлектрическая сепарация основана на свойстве груп­ пы минералов (турмалина, каламина, борацита и др.) поляри­ зоваться при нагревании и охлаждении из-за различных коэф­ фициентов теплового расширения их по разным осям кристал­ лов. Неодинаковые напряжения, возникающие в таких кри­ сталлах, вызывают образование локальных разноименных за­ рядов на противоположных концах кристалла. Если один из разделяемых минералов обладает способностью к пироэлек­ трической поляризации, то при создании резкого температур­ ного перепада он получит электрический заряд, а остальные минералы останутся незаряженными.

Разделение минералов в пироэлектрических барабанных сепараторах (рис. 8.6, а) производится в неоднородном элек­ тростатическом поле постоянной полярности. Материал пос­ ле нагревания в бункере 1 нагревателями 2 поступав! на вра­ щающийся барабан J, охлаждаемый водой.

а

Рис. 8.6. Схемы пироэлектрического (а) и диэлектрического (б) сепара­

торов

Минералы, склонные к пироэлектрической электризации, заряжаются при перепаде температур и удерживаемые на ба­ рабане силой зеркального отображения выносятся в прием­ ник 4. Минералы, не обладающие пироэлектрическим эффек­ том, попадают в приемник 5, сростки — в приемник 6.

8.4.2. Диэлектрическая сепарация

Диэлекгрическая сепарация осуществляется в жидкой сре­ де, диэлектрическая проницаемость которой является проме­ жуточной между диэлектрическими проницаемостями разде­ ляемых минералов. В качестве среды используются обычно парные смеси из бензола, нитробензола, керосина, толуола, гексана, ацетона и других веществ. Сепарацию применяют в схемах обогащения руд редких металлов.

Диэлектрический сепаратор (рис. 8.6, б) состоит из ванны У заполняемой жидким диэлектриком, системы электродов 2, между которыми создается неоднородное электростатическое поле напряженностью до 5 кВ/см переменной полярности про­ мышленной частоты. Знаки зарядов гонких параллельных на­ клонных цилиндрических электродов чередуются в вертикаль­

ном и горизонтальном направлениях, чтобы исключить вли­ яние свободных зарядов. Исходный материал подается в ра­ бочее пространство сепаратора сверху. Частицы с более вы­ сокими диэлектрическими проницаемостями и проводимостя­ ми притягиваются к электродам, а затем сползают к прием­ нику 3. Частицы с более низкой, чем у среды, диэлектриче­ ской проницаемостью свободно проходят через щели между электродами и поступают в приемник 4. Производительность сепаратора не превышает десятков кг/ч.

Пироэлектрическая и диэлектрическая сепарации имеют пока ограниченное применение в промышленности.

9

РАДИОМЕТРИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОБОГАШ ЕНПЯ

9.1. Общ ая характеристика проиессов рааиометримеского обогащ ения

Радиометрическое обогащение основано на различии раз­ деляемых минералов в интенсивности испускания, отражения или поглощения различных видов ядерно-физических излу­ чений.

Для руд, обладающих естественной радиоактивностью, ис­ пользуются различия в радиоактивных свойствах минералов, при радиометрическом обогащении нерадиоактивных полез­ ных ископаемых — различия во взаимодействии минералов с различными излучениями. В качестве первичных излучений в последнем случае используют излучения в широком диапазо­ не длин (X) волн: у-излучение (X < 1(Р нм); p-излучение (X = = 1СР— 1(Р нм); нейтронное (X = 1(Г2—10'1нм); рентгеновское (X = 5 - КГ2— 10 нм); ультрафиолетовое (X = 103—3,8 • 102 нм); ви­ димый свет (X = 3,8 10"2—7,6 102); инфракрасное (X = 7,6 102

— 104 нм); радиоволновое (X = 105— 1014 нм). Результатом их вза­ имодействия с минералами в зависимости от характера излу­ чений и минералов являются: ядерные реакции, вызывающие искусственную (наведенную) радиоактивность у некоторых ми­ нералов; возбуждение люминесценции; отражение первичного излучения от поверхности минералов; поглощение (адсорб­ цию) первичного излучения или изменение энергии магнит­ ного поля и его характеристики.

Чем больше различие у разделяемых минералов в наблю­ даемом эффекте, называемым признаком разделения, тем боль­ ше вероятность их эффективного разделения. Она реализуется тем полнее, чем больше:

контрастность руды, характеризуемая степенью неравно­ мерности распределения извлекаемого компонента между от­ дельными ее кусками. Контрастность определяется условиями образования, добычи и подготовки руды к обогащению. По значению показателя контрастности М, рассчитываемому по кривым контрастности, руды условно разделяются на пять ка­ тегорий: неконтрастные (М < 0,5); низкоконтрастные (М = = 0,5 -г 0,7); контрастные (М = 0,7 -г 1,1); высококонтрастные (М = 1 1 н- 1,5); особо контрастные (М > 1,5). В предельно конт­ растных рудах (М = 2) ценный компонент полностью сосре­ доточен в чистых кусках его минералов; в предельно неконт­ растных (М = 0) — содержание ценного компонента во всех кусках одинаково и извлечение его методами обогащения не­ возможно;

степень соответствия признака разделения содержанию ценного компонента, которая определяется путем сравнения кривых обогатимости, построенных по интенсивности излуче­ ния (признаку разделения), с кривыми контрастности. Эффек­ тивность признака разделения оценивается соотношением по­ казателя признака разделения П, рассчитываемого по кривым обогатимости, и показателя контрастности М, определяемого по кривым контрастности. Величина П/М будет близка к еди­ нице только при полном соответствии признака разделения и содержания ценного компонента. Ее значение позволяет срав­ нивать эффективности различных радиометрических процес­ сов и выбирать наиболее подходящий для данного сырья в технологическом отношении.

Эффективность разделения зависит также от крупности исходного материала, режима сепарации и конструктивных особенностей радиометрических сепараторов.

Радиометрической сепарации подвергают обычно матери­ ал крупностью от 15—30 до 150—300 мм. При сепарации бо­ лее мелкого материала производительность сепараторов рез­ ко понижается. Уменьшение нижнего предела крупности до 0,5—5 мм допускается только при обогащении контрастных материалов, содержащих весьма ценные компоненты (напри­ мер, алмазы). Поскольку результирующий эффект взаимодей­ ствия излучения с минералами зависит не только от содержа­

ния ценного компонента в кусках, но и от количества его в них, т. е. от массы и крупности кусков, то при обогащении ма­ териала широкого диапазона крупности в концентрат могут попасть бедные, но крупные куски, а в хвосты, наоборот, — богатые, но мелкие зерна. Поэтому перед сепарацией матери­ ал подвергают, как правило, грохочению на узкие классы круп­ ности с модулем шкалы не более двух.

Различают три технологических режима радиометриче­ ской сепарации: поточный, порционный и покусковой. Поточ­ ный режим, при котором материал проходит через сепаратор непрерывным потоком, наиболее производительный, но наи­ менее селективный; покусковой — самый селективный, но наи­ менее производительный. Порционный — занимает промежу­ точное положение и применяется в основном при радиомет­ рической крупнопорционной сортировке (РКС)

Несмотря на различие в конструкциях радиометрических сепараторов, все они имеют следующие узлы: питатель с тран­ спортирующим устройством (ленточным, вибрационным, ка­ русельным, ковшевым) для формирования потока материала и равномерной подачи его в зону облучения (для нерадиоак­ тивных руд) или регистрации излучения (для радиоактивных руд); узел облучения (для нерадиоактивных руд); узел регист­ рации (с датчиком) излучения; счетно-измерительный блокрадиометр для оценки интенсивности первичного или вторич­ ного излучения; разделительное устройство (пневмоклапан или электромагнитный шибер). Сепараторы могут быть однока­ нальными и многоканальными, работающими несколькими параллельными потоками. При работе на радиометрических сепараторах любого типа необходимо соблюдать особенно тщательно все правила техники безопасности, как общие, так и специальные (по защите от радиоактивных излучений).

Из многих возможных методов радиометрического обо­ гащения в настоящее время в промышленных условиях наи­ более широко применяются: авторадиометрический, фотонейтронный, рентгенорадиометрический, люминесцентный, фото­ метрический, гамма-абсорбционный и нейтронно-абсорбцион­ ный. Их применяют как в качестве основных и доводочных операций (сепарации) при обогащении различных типов по-

лезных ископаемых, так и для особенно эффективной опера­ ции предконцентрации (сортировки) бедных руд, позволяю­ щей снизить существующие кондиции на содержание ценных компонентов, вовлечь в промышленное использование некон­ диционные, разубоженные и забалансовые руды.

9.2. Эмпсспонно-раапометрпческпе метоаы cenapaunn

К эмиссионно-радиометрическим методам сепарации от­ носятся авторадиометрическая, фотонейтронная, нейтронно­ активационная, рентгенорадиометрическая, рентгенолюмине­ сцентная, фотолюминесцентная и фотометрическая сепарации.

Авторадиометрическая сепарация основана на использо­ вании различия в интенсивности у- или p-излучении разделя­ емых минералов, возникающих за счет распада ядер естест­ венно-радиоактивных элементов. Сепарация отличается высо­ кой селективностью и является основным способом обогаще­ ния урановых и ториевых руд, а также руд, в которых ценный компонент находится в минералах, содержащих примесь ра­ диоактивного элемента.

В одноканальном ленточном авторадиометрическом се­ параторе (рис. 9.1, а) исходная руда подается монослоем на ленточный конвейер 7, в концевом барабане которого уста­ новлен датчик 2; по показаниям последнего в радиометре 6 оценивается интенсивность у-излучения кусков руды. Если у проходящего куска она выше установленного граничного пре­ дела, радиометр через контакты К и реле Ре подает ток на электромагнит 5, сердечник которого при этом втягивается и поворачивает шибер 4, открывая приемник для концентрата. Куски породы с интенсивностью у-излучения ниже граничной направляются в приемник для хвостов, который в обычном состоянии открыт. Для предохранения окружающих от радио­ активных излучений устанавливается свинцовый или стальной экран 3. В авторадиометрическом сепараторе КН осуществле­ на корректировка настройки радиометра по размеру (массе) кус­ ка, оцениваемому временем затемнения фотоэлемента при про­ хождении куска.

влиянием у-лучей сравнительно низкой энергии, около 1,7 МэВ, тогда как для возбуждения фотоядерной реакции в дру­ гих элементах требуются у-лучи с энергией более 5— 10 МэВ.