Методы обогащения полезных ископаемых

Однако в результате воздействия турбулентных вихрей тонкие частицы большой и малой плотности частично вымываются в верхние слои.

Транспортирование частиц в продольном направлении осуществляется в результате возвратно-поступательного движения деки, в поперечном—потоком воды. Скорость продольного перемещения частиц зависит от закона движения деки (обусловленного конструкцией при водного механизма), абсолютного значения ее ускорения (определяемого произведением квадрата частоты.

 Г) Обогащение на шлюзах

Шлюз представляет собой желоб прямоугольного сечения с параллельными бортами, на дно которого укладываются улавливающие покрытия (жесткие трафареты или мягкие коврики), предназначенные для удержания осевших частиц тяжелых минералов. Для обогащения тонких классов применяются также специальные шлюзы без трафаретов.

В текущем по наклонной поверхности шлюза потоке пульпы происходит расслаивание твердых частиц по плотности и крупности. Улавливающие покрытия дна, с одной стороны, задерживают опустившиеся частицы, с другой стороны, способствуя вихреобразованию, их взмучивают. На дне шлюза образуется движущаяся постель, в которой происходит расслаивание материала по плотности.

Для эффективного обогащения на шлюзах необходимо создание условий, обеспечивающих транспортирование через всю длину самых крупных частиц пустой породы, разрыхление придонного слоя частиц, осаждение на дно частиц полезного (тяжелого) минерала минимальной для обогащаемого материала крупности. Указанные условия определяются параметрами потока (высота, скорость, содержание твердого) и улавливающих покрытий (тип, материал, интервалы между выступами), а также длиной желоба и физическими характеристиками частиц полезных компонентов и пустой породы (крупность, плотность, форма).

Материал на шлюз подают непрерывно до тех пор, пока ячейки трафаретов не заполнятся преимущественно частицами тяжелых минералов. После этого загрузку материала прекращают и производят сполоск шлюза. Сначала на шлюз подают только воду для удаления оставшихся в верхнем слое легких минералов. Затем количество воды уменьшают и приступают к снятию трафаретов, тщательно смывая с них накопившийся материал. Этот материал перемещают деревянными или железными гребками вверх по дну шлюза для повторного удаления части пустой породи. Крупные куски породы, камни выбирают вручную и удаляют в отвал. Оставшийся на дне шлюза концентрат смывают в отдельный приемник и направляют в доводочные аппараты, устанавливаемые обычно вблизи шлюзов.

Как правило, сполоск производят раздельно для головной части шлюза, где оседает основное количество извлекаемого минерала, через небольшие промежутки времени и значительно реже с остальной части шлюза.

На шлюзах с неподвижной рабочей поверхностью интервал между сполосками изменяется в пределах от нескольких часов до 10—15 дней в зависимости от свойств обогащаемого материала, его крупности и содержания тяжелой фракции.

Д) Обогащение в желобах

Основным видом желобов, применяемых для гравитационного обогащения, являются суживающиеся желоба.

Суживающиеся желоба являются устройствами непрерывного действия, предназначенными для гравитационного обогащения в слое жидкости, текущей по наклонной плоскости.

Желоб имеет плоское днище и сходящиеся под некоторым углом боковые стенки. Наиболее распространенные размеры желобов следующие: длина б10—1200 мм, ширина у загрузочного конца 230 мм, у разгрузочного - 25 мм, угол наклона 15_200.

Пульпу с содержанием твердого 50—60 % по массе (25—30% по объему) загружают на верхний широкий конец желоба, и она течет к узкому разгрузочному концу. Благодаря сужению желоба высота потока увеличивается от 1,5—2 мм у загрузочного конца до 7—12 мм у разгрузочного.

Средняя скорость движения пульпы по суживающемуся желобу зависит от объемной производительности и находится в пределах 0,3—1 м/с. Характер движения потока изменяется от ламинарного в начале желоба к турбулентному в конце его.

Вследствие высокого содержания твердого в питании основным процессом, определяющим разделение частиц в суживающемся желобе, является сегрегация. Она дополняется процессом взмучивания частиц турбулентными вихрями, поднимающими крупные легкие частицы, расположенные в верхней части придонного слоя, и выносящими из придонного слоя частицы малой гидравлической крупности. В результате взаимодействия указанных процессов у конца желоба в нижних слоях располагаются частицы большей плотности, а в верхних слоях — меньшей. Поэтому средняя скорость движения тяжелых частиц меньше средней скорости движения легких.

Мелкие частицы (меньше 0,05 мм для минералов плотностью 2,6—2,7 г/см3) взмучиваются турбулентными вихрями и распределяются равномерно по высоте потока. Вследствие этого такие частицы плохо обогащаются на суживающихся желобах.

Днище разгрузочного конца желоба на выходе закруглено, поэтому гниение ёлок потока, имеющие небольшую скорость движения, отклоняются вниз. Верхние же слои потока, имеющие большую скорость движения, по инерции устремляются вперед. Поскольку скорость потока недостаточна для его разрыва, он растягивается, сужаясь в плане, что позволяет рассечь его специальными рассекателями на отдельные струи с различным содержанием тяжелых минералов (концентрат, промпродукт, хвосты), В некоторых конструкциях расширение потока осуществляют дополнительно устанавливаемой наклонной плоскостью.

Сужение желоба, а также закругление дна на конце его не являются принципиально необходимыми для процесса разделения частиц на аппарату, они служат лишь средствами увеличения толщины потока с целью более удобного его рассечения. При одинаковой удельной производительности на желобах с параллельными и суживающимися стенками получают практически одинаковые результаты. Однако при постоянной производительности на желобе с параллельными стенками извлечение тяжелых минералов выше, чем на суживающемся, вследствие увеличения турбулентности на последнем.

Преимущество суживающихся желобов перед другими аппаратами для гравитационного обогащения являются высокая удельная производительность, низкие капитальные затраты, отсутствие движущихся частей.

К недостаткам этих устройств относятся малая степень концентрации, возможность работы только на плотной исходной пульпе, резкое ухудшение показателей работы при колебаниях объема и плотности питания. Это вызывает необходимость введения перечисток продуктов, применения оборудования для сгущения пульпы и ее транспортирования и особенно четкой организации технологического процесса. Поэтому целесообразность применения этих устройств необходимо определять в каждом конкретном случае технико-экономическими расчетами.

Е) Обогащение на винтовых сепараторах

Винтовой сепаратор представляет собой неподвижный винтообразный желоб с вертикальной осью. Пульпа подается в верхнюю часть желоба и под действием силы тяжести стекает по нему вниз в виде тонкого (6—15 мм) слоя. Тяжелые и легкие минералы сосредоточиваются соответственно у внутреннего и наружного боргов сепаратора и разгружаются через специальные приемники.

Разновидностью винтовых сепараторов являются винтовые шлюзы.

Винтовые сепараторы широко применяют для обогащения мелкозернистых песков, содержащих ильменит, циркон, рутил и другие полезные ископаемые, а также для обогащения коренных руд редких и благородных металлов, железных руд, фосфоритов, хромитов и алмазов.

Потоку пульпы в винтовом сепараторе свойственны признаки, характерные для безнапорного (руслового) потока. Среди них существенным для разделения частиц на винтовом сепараторе является наличие поперечной циркуляции потока, обусловленное различием в скоростях движения жидкости у дна и у поверхности, увеличенным благодаря действию центробежной силы.

        2. Флотационный метод— один из методов обогащения полезных ископаемых, который основан на различии способности минералов удерживаться на межфазовой поверхности, обусловленный различием в удельных поверхностных энергиях. Гидрофобные (плохо смачиваемые водой) частицы минералов избирательно закрепляются на границе раздела фаз, обычно газа и воды, и отделяются от гидрофильных (хорошо смачиваемых водой) частиц. При флотации пузырьки газа или капли масла прилипают к плохо смачиваемым водой частицам и поднимают их к поверхности.

В зависимости от характера и способа образования межфазных границ (вода-масло-газ), на которых происходит закрепление разделяемых компонентов различают несколько видов флотации:

• Масляная флотация была предложена первой.

При перемешивании измельченной руды с маслом и водой сульфидные минералы избирательно смачиваются маслом и всплывают вместе с ним на поверхность воды, а порода (кварц, полевые шпаты) осаждается.

• Пленочная. Способность гидрофобных минеральных частиц удерживаться на поверхности воды, в то время как гидрофильные тонут в ней. Была использована А. Нибелиусом (США, 1892) и Маквистеном (Великобритания, 1904) для создания аппаратов плёночной флотации, в процессе которой из тонкого слоя измельченной руды, находящегося на поверхности потока воды, выпадают гидрофильные частицы.

• Пенная — при которой через смесь частиц с водой пропускают мелкие пузырьки воздуха, частицы определённых минералов собираются на поверхности раздела фаз «воздух-жидкость», прилипают к пузырькам воздуха и выносятся с ними на поверхность в составе трехфазной пены (с добавлением пенообразователя, который регулирует устойчивость пены). Пену в дальнейшем сгущают и фильтруют. В качестве жидкости чаще всего используется вода, реже насыщенные растворы солей (разделение солей, входящих в состав калийных руд) или расплавы (обогащение серы).

Для проведения пенной флотации производят измельчение руды до крупности 0,5-1,0 мм в случае природногидрофобных неметаллических полезных ископаемых с небольшой плотностью (сера, уголь, тальк) и до 0,1-0,2 мм для руд металлов. Для создания и усиления разницы в гидратированности разделяемых минералов и придания пене достаточной устойчивости к пульпе добавляются флотационные реагенты. Затем пульпа поступает во флотационные машины. Образование флотационных агрегатов (частиц и пузырьков воздуха) происходит при столкновении минералов с пузырьками воздуха, вводимого в пульпу, а также при возникновении на частицах пузырьков газов, выделяющихся из раствора. На флотацию влияют ионный состав жидкой фазы пульпы, растворённые в ней газы (особенно кислород), температура, плотность пульпы. На основе изучения минералого-петрографического состава обогащаемого полезного ископаемого выбирают схему флотации, реагентный режим и степень измельчения, которые обеспечивают достаточно полное разделение минералов. Лучше всего флотацией разделяются зёрна размером 0,1-0,04 мм. Более мелкие частицы разделяются хуже, а частицы мельче 5 мкм ухудшают флотацию более крупных частиц. Отрицательное действие частиц микронных размеров уменьшается специфическими реагентами. Крупные (1-3 мм) частицы при флотации отрываются от пузырьков и не флотируются. Поэтому для флотации крупных частиц (0,5-5 мм) в СССР были разработаны способы пенной сепарации, при которых пульпа подаётся на слой пены, удерживающей только гидрофобизированные частицы. С той же целью созданы флотационные машины кипящего слоя с восходящими потоками аэрированной жидкости.

Пенная флотация — гораздо более производительный процесс, чем масляная и плёночная флотации. Этот метод применяется наиболее широко.

• Электрофлотация — перспективный метод для применения в химической промышленности, заключается во всплытии на поверхности жидкости дисперсных загрязнений за счет выделения электролитических газов и флотационного эффекта.

Для очистки воды, а также извлечения компонентов из разбавленных растворов в 1950-х годах был разработан метод ионной флотации, перспективный для переработки промышленных стоков, минерализованных подземных термальных и шахтных вод, а также морской воды. При ионной флотации отдельные ионы, молекулы, тонкодисперсные осадки и коллоидные частицы взаимодействуют с флотационными реагентами-собирателями, чаще всего катионного типа, и извлекаются пузырьками в пену или плёнку на поверхности раствора. Тонкодисперсные пузырьки для флотации из растворов получают также при электролитическом разложении воды с образованием газообразных кислорода и водорода (электрофлотация). При электрофлотации расход реагентов существенно меньше, а в некоторых случаях они не требуются.

Широкое использование флотации для обогащения полезных ископаемых привело к созданию различных конструкций флотационных машин с камерами большого размера (до 10-30 м³), обладающих высокой производительностью. Флотационная машина состоит из ряда последовательно расположенных камер с приёмными и разгрузочными устройствами для пульпы. Каждая камера снабжена аэрирующим устройством и пеносъёмником.

3. Магнитное обогащение (магнитная сепарация) основано на использовании различий в магнитных компонентов разделяемой механической смеси (минералов, их сростков и др.) с размером частиц до 100, иногда до 150 мм в неоднородном постоянном или переменном магнитном поле. Процесс осуществляют в водной или воздушной среде в валковых, барабанных, роторных и иных магнитных сепараторах.

По магнитным свойствам все материалы на практике подразделяют на сильномагнитные (магнетит, франклит, пиротин, мартит), магнитные (ильменит, гематит, хромит), слабомагнитные ( глауконит, доломит, пирит) и немагнитные (полевой шпат, апатит, кварц, галенит). В магнитном поле сепаратора магнитные частицы материалов намагничиваются и притягиваются к полюсам магнита (электромагнита); частицы немагнитных материалов не намагничиваются и свободно выводятся из аппарата.

4.  Электрическое обогащение (электрическая сепарация) основано на различии в электрических свойствах (электрической проводимости, диэлектрической проницаемости, способности заряжаться при трении и т. д.) компонентов ископаемого сырья. Воздействие на него электрического поля, создаваемого в сепараторе электродами с высокой разностью потенциалов, обусловливает неодинаковые электрические заряды минеральных частиц и их разделение. При сепарации частицы получают одноименный заряд, соприкасаясь с электродом, и отталкиваются от него; остальные частицы практически не заряжаются. Образования по электрической проводимости осуществляется успешно (рис. 5), если компоненты минеральной смеси значительно отличаются один от другого этим свойством.