Гравитационные методы обогащения полезных ископаемых

Рис.I.16. Схемы механической (а) и пневмомеханической (б)

Пневматическая (аэрлифтная) флотомашина конструктивно является наиболее простой. Она представляет собой емкость, вытянутую вверх, прямоугольного или круглого сечения, с коническим днищем, внутри которой расположена аэрлифтная труба. В трубу под давлением подается сжатый воздух, который интенсивно перемешивает пульпу и насыщает ее пузырьками. Образующаяся на поверхности пена самотеком разгружается в желоба.

Схема флотации – определенная последовательность операций флотации в сочетании с операциями измельчения и классификации. При выборе схемы флотации учитывают характер и размер вкрапленности полезных минералов, их содержание в руде и флотируемость, требования к качеству концентратов и ряд технико-экономических факторов. Начальная операция флотационного процесса в схеме при извлечении одного или нескольких металлов называется основной флотацией, флотация концентрата основной флотации — перечистной флотацией, а флотация хвостов основной флотации — контрольной флотацией.

Совокупность основной, контрольной и перечистных операций, при которых выделяется один или несколько готовых (не подвергаемых дальнейшей флотации) продуктов, образует цикл флотации.

Флотация бывает прямой и обратной. Если полезный минерал переходит в пенный продукт, то флотация называется прямой; если он остается в камерном продукте, то обратной. В практике обогащения применяют, в основном, прямую флотацию.

Флотация является основным процессом обогащения сульфидных руд всех цветных металлов.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

источник

ГРАВИТАЦИОННОЕ ОБОГАЩЕНИЕ полезных ископаемых (а. gravity separation, gravity соncentration; н. Gravitationsaufbereitung; ф. соncentration gravimetrique, preparation gravimetrique; и. соncentracion gravimetrica) — разделение минералов по плотности в поле силы тяжести или центробежных сил для отделения пустой породы и получения концентрата.

При гравитационном обогащении используется сила земного притяжения (откуда и название метода); иногда дополнительно привлекают поля центробежных сил или электромагнитные — при магнитогидростатической и магнитогидродинамической сепарации. Наряду с различиями в плотности, в процессах гравитационного обогащения используют также различия в размерах и форме частиц, шероховатости их поверхности и в других физико-химических свойствах (смачиваемость водой, склонность к коагуляции и флокуляции).

Основные факторы разделения при гравитационном обогащении — динамические и статические воздействия сред (воздуха, воды, суспензий). Впервые теория гравитационного обогащения была предложена немецким учёным П. Риттингером (1867). Существенное развитие она получила в работах русских учёных Г. Я. Дорошенко (1876), С. Г. Войслава (1884), В. А. Гуськова (1908), а также Р. Ричардса (США, 1908), Й. Финкеи (Венгрия, 1920), советских исследователей Г. О. Чечотта (1924) и особенно П. В. Лященко (1940). Современная теория гравитационного обогащения создана в 60-х гг. советскими учёными Э. Э. Рафалес-Ламаркой, Н. Н. Виноградовым и др.

Гравитационное обогащение рассматривается как процесс установления равновесия и достижения минимума потенциальной энергии системой частиц, находящихся в поле сил тяжести в состоянии неустойчивого равновесия. Скорость гравитационного разделения оценивается по понижению центра тяжести взвеси, а его эффективность — по убыли потенциальной энергии смеси. В основе расчётов гравитационного обогащения лежит определение относительных скоростей перемещения частиц, отличающихся плотностью, размерами и формой в средах различной плотности и вязкости. Большинство формул для скорости свободного падения одиночных частиц v0 можно выразить как:

где k, n, m — переменные, экспериментально определяемые величины;

d и D — плотность частицы и среды соответственно.

Для наиболее мелких частиц учитывается влияние вязкости среды m:

При достаточно большой разнице скоростей падения частиц происходит следующее их разделение: частицы большей плотности располагаются в придонной части, а меньшей — в верхних слоях. При таком подходе необходимо, чтобы частицы имели относительно близкие размеры (иначе крупные зёрна с малым dл будут падать с такой же скоростью, как и малые зёрна большой плотности dт). Параметры равнопадаемости зёрен учитываются коэффициентом равнопадаемости.

Однако на практике часто происходит разделение частиц в различных гравитационных аппаратах главным образом по плотности, а не по размеру. Расхождение теории и практики в ряде случаев устраняется введением понятия т.н. стеснённого падения частиц, при котором частицы перемещаются группой. С достаточной точностью скорость стеснённого падения рассчитывается по формуле Лященко:

где m — коэффициент разрыхления;

l — показатель степени, зависящий от характеристик частиц и аппарата.

Однако в этом случае не учитываются закономерности взаимного сцепления частиц и среды.

Гравитационное обогащение осуществляется в воздушных и жидких (вода, органические жидкости, водные суспензии) средах.

Сухое (т.е. пневматическое) гравитационное обогащение не требует обезвоживания продуктов обогащения, что особенно важно для районов с суровым климатом. Применяется также при комбинированном гравитационном обогащении с сухой магнитной и электрической сепарацией.

Мокрое гравитационное обогащение по характеру взаимного движения обогащаемых частиц и сред, в которых происходит их разделение, подразделяют на следующие виды: в неподвижной или горизонтально перемещающейся среде, имеющей плотность, промежуточную по сравнению с разделяемыми частицами (обогащение в тяжёлых средах, магнитогидродинамическая и магнитогидростатическая сепарация); в тяжёлой среде, движущейся по круговой или винтовой траектории (тяжелосредные циклоны, центробежные сепараторы); в потоке, текущем по наклонной плоскости (желоба, шлюзы, конусные концентраторы); в потоке, текущем по нисходящей винтовой плоскости или жёлобу (винтовые сепараторы и винтовые шлюзы).

Гравитационное обогащение производится по схемам, предусматривающим предварительную подготовку материала, его первичное (грубое) обогащение и заключительную доводку (рис. 1).

Наиболее характерный подготовительный процесс — промывка дроблёных руд или дезинтегрированных песков или эфелей россыпных месторождений. При промывке удаляются шламы (менее 0,1 мм для руд и 0,5-2 мм для углей и лёгких минералов), которые затрудняют гравитационное обогащение вследствие увеличения вязкости сред и загрязнения всех продуктов обогащения. Внедряется предварительное усреднение руд, особенно на крупных фабриках. Для большинства руд редких металлов используются схемы с предварительной классификацией материала по крупности на грохотах и камерных классификаторах.

Для первичного обогащения крупных фракций полезных ископаемых (250-300 мм) широко применяются обогащение в тяжёлых средах и отсадка, для средних по крупности — винтовые сепараторы, а для мелких фракций (2-0,1 мм) — конусные концентраторы, шлюзы и желоба различных типов. Концентрационные столы используются в основном для заключительных операций доводки черновых концентратов до кондиционного содержания в сочетании с другими методами обогащения (главным образом магнитными и электрическими). Выделенные в начале процесса шламы чаще всего обогащают флотацией, для тяжёлых минералов разрабатываются способы обогащения на вибрационных шлюзах.

Типовой схемой обогащения углей трудной и средней обогатимости является схема с использованием колёсных сепараторов и магнитной регенерации суспензий (рис. 2).

Существенной частью таких схем является предварительная отмывка шламов на вибрационных или дуговых грохотах и автоматизация регулировки плотности суспензии. Для средних и мелких классов углей применяют схемы гравитационного обогащения с использованием пневматических отсадочных машин, однако последние вытесняются сепарацией в тяжелосредных гидроциклонах.

Характерной для обогащения сульфидных руд тяжёлых цветных металлов является схема с конусным сепаратором в начале процесса (рис. 3) для выделения основной массы породных хвостов, а обогащение мелких классов флотацией является одновременно и регенерацией галенитовой суспензии.

Такие схемы с тяжёлыми суспензиями широко применяют также для обогащения нерудных строительных материалов, фосфоритов, руд чёрных металлов, редких и благородных металлов, алмазов (только в США — свыше 1 млрд. т в год полезных ископаемых), в особенности при большой производительности фабрик. Определённые перспективы имеет применение аэросуспензий (с получением сухих продуктов).

Схемы с предварительной дезинтеграцией и промывкой для удаления глин наиболее широко применяют при обогащении россыпей благородных и редких металлов, алмазов (рис. 4).

Первичное обогащение осуществляется на шлюзах, вашгердах с трафаретами, ленточных шлюзах с автоматическим сполоском (золото, платина и др.), конусных концентраторах (титан, цирконий), винтовых сепараторах и винтовых шлюзах (фосфатные пески). Для мелких фракций минералов (менее 0,1 мм, а для угля и лёгких минералов менее 2 мм) хорошо зарекомендовали себя мелкие многодечные вибрационные шлюзы с автоматическим сполоском (например, шлюзы Бартлес — Мозли), которые позволяют в 2-3 раза повысить извлечение тяжёлых минералов из мелких фракций (например, касситерита из хвостов молибденовой флотации фабрики «Клаймакс», США). Схемы с отсадкой применяются для материалов крупностью 0,1-50 мм (для угля и лёгких минералов 0,5-180 мм) и являются ведущим способом обогащения угля, марганцевых и железных руд. Основной недостаток гравитационного обогащения — низкое среднее извлечение полезных ископаемых в концентраты (80-85%).

Совершенствование гравитационного обогащения связано с созданием крупных единичных агрегатов (например, отсадочных машин), многоярусных концентрационных столов, конусных концентраторов и мелких шлюзов, а также с применением различных физических и физико-химических воздействий на обогащаемый материал и среду. Так, например, при отсадке используются гидравлически или пневматически создаваемые программируемые по форме (прямоугольные, зигзагообразные и др.), частоте и амплитуде пульсации. При этом облегчается автоматизация управления отсадкой. Вязкость тяжёлых сред снижается путём наложения вибраций, добавками реагентов-пептизаторов и др. При отмывке от шламов применяют сочетание пептизаторов и селективных флокулянтов для последующего выделения сфлокулированных минералов из общей массы шламов путём гидроциклонирования и других видов гидравлической классификации. Используют также реагенты-гидрофобизаторы и подачу воздуха (во флотогравитационных аппаратах, например для отделения сульфидов от других тяжёлых минералов). Для повышения комплексности использования сырья гравитационное обогащение комбинируют с другими методами обогащения; широко применяют гравитационно-флотационные, гравитационно-магнитные схемы (например, для лежалых отвальных продуктов и хвостов текущего обогащения оловянных, вольфрамовых руд).

Автоматизация процесса гравитационного обогащения проводится для поддержания в заданных пределах количества и плотности питания аппаратов, подачи воды или других сред, разгрузки продуктов. Качество продуктов и руды контролируется путём автоматизированного отбора проб и анализа их на рентгеноспектральных приборах. Применяется также непрерывный анализ непосредственно в потоке пульп, влажных и сухих продуктов.

Гравитационное обогащение — древнейший метод обогащения полезных ископаемых. В 14-15 вв. были созданы аппараты для гравитационного обогащения, явившиеся прототипом современных. Первое систематизированное описание методов гравитационного обогащения сделано Г. Агриколой (16 в.), одно из первых научных обоснований предложено М. В. Ломоносовым. В 19 — начале 20 веков гравитационное обогащение широко применялось практически для всех видов полезных ископаемых. Гравитационное обогащение — основной метод обогащения углей, сланцев, россыпей золота, касситерита, вольфрамита, рутила, ильменита, циркона, монацита, танталита, колумбита и др., а также один из равноценных методов обогащения руд чёрных металлов (Fe, Mn, Cr), редких металлов (пирохлоровых, литиевых, бериллиевых), а также фосфатов, алмазов и других неметаллических полезных ископаемых.

Гравитационными методами обогащается свыше 4 млрд. т в год, т.е. половина от общего количества обогащаемых полезных ископаемых, вследствие таких преимуществ метода, как дешевизна, простота аппаратуры, возможность разделения различными методами частиц широкого диапазона крупности (от 0,1-2 до 250-300 мм), сравнительная лёгкость очистки сбросных вод и осуществления замкнутого водоснабжения фабрик.

источник

Гравитационными процессами обогащения называются процессы, в которых разделение минеральных частиц, отличающихся плотностью, размером или формой, обусловлено различием в характере и скорости их движения в среде под действием силы тяжести и сил сопротивления.

В качестве среды, в которой осуществляется гравитационное обогащение, используются при мокром обогащении вода, тяжелые суспензии или растворы, при пневматическом — воздух.

К гравитационным процессам относятся отсадка, обогащение в тяжелых средах (главным образом в минеральных суспензиях), концентрация на столах, обогащение в шлюзах, желобах, струйных концентраторах, конусных, винтовых и противоточных сепараторах, пневматическое обогащение.

К гравитационным процессам также можно отнести и промывку полезных ископаемых. Гравитационные процессы обогащения отличаются, как правило, высокой производительностью обогатительных аппаратов, простотой производственного комплекса, относительной дешевизной и высокой эффективностью разделения минеральных смесей.

Отсадка является одним из наиболее распространенных методов гравитационного обогащения полезных ископаемых. Область применения отсадки охватывает полезные ископаемые по плотности извлекаемых компонентов от 1200 до 15600 кг/м 3 и по крупности обогащаемого материала от 0,2 до 50 мм для руд и от 0,5 до 120 (иногда и до 250) мм для углей.

Отсадкой называют процесс разделения смеси минеральных зерен по плотности в водной или воздушной среде, колеблющейся (пульсирующей) относительно разделяемой смеси в вертикальном направлении. Исходный материал вместе с водой непрерывно подается на отсадочное решето, через отверстия которого попеременно проходят восходящие и нисходящие вертикальные потоки воды. В период восходящего потока материал поднимается и разрыхляется, а в период нисходящего — опускается и уплотняется.

В результате действия чередующихся восходящих и нисходящих потоков воды исходный материал через определенный промежуток времени разделяется на слои таким образом, что на отсадочном решете (внизу) располагаются зерна наибольшей плотности, а в верхних слоях — наименьшей. Следует отметить, что такое идеальное распределение зерен по плотностям возможно только в том случае, если они обладают одинаковыми размерами и формой. В реальных же условиях происходит попадание некоторой доли легких фракций в тяжелые, а тяжелых — в легкие (наблюдается засоряемость концентрата и отходов «посторонними фракциями»). По взаимозасоряемости получаемых в процессе отсадки продуктов обогащения судят о технологической эффективности процесса.

Слой материала, находящийся на решете, называется постелью. Постель, образующаяся при отсадке крупного материала, состоит из зерен самого материала и называется естественной. Через принудительно пульсирующую толщу материала тяжелые зерна проникают в нижние слои постели, а легкие — в верхние. При обогащении мелкого материала (для руд менее 3–5 мм; для углей менее 6–10 мм) на решето укладывается в специально сделанные гнезда искусственная постель. Она состоит из тяжелых естественных или искусственных материалов (полевой шпат, резиновые шарики, свинцовая дробь, укатанные частицы галенита и других), крупность которых приблизительно в два раза больше отверстий решета, а плотность близка к плотности тяжелых фракций обогащаемой минеральной смеси. В этом случае искусственная постель является как бы фильтрующим слоем, пропускающим зерна тяжелого минерала и задерживающим зерна легкого. В конце машины имеется сливной порог, через который удаляются легкие фракции. Он установлен на несколько сантиметров выше отсадочного решета.

Рассмотрим процесс разделения минеральных зерен в отсадочной машине при обогащении крупного и мелкого материала (рис. 7.6).

В процессе отсадки на решете 2, расположенном в корпусе 1 отсадочной машины, образуется толща разделяемого материала, продвигающаяся вместе с водой к разгрузочному концу (слева направо). В конце машины материал обычно уже бывает полностью расслоен на легкие и тяжелые фракции.

Легкие фракции потоком воды выносятся через сливной порог 3, а тяжелые фракции при работе машин на крупном материале сползают в щелевое отверстие между решетом и сливным порогом, расположенным в конце машины, и разгружаются с помощью секторных, роторных и других устройств. При отсадке мелкого материала тяжелая фракция проходит через слой искусственной постели и удаляется под решето. Размер отверстий решета при этом должен быть больше максимального размера зерен обогащаемого материала. Легкие фракции удаляются из отсадочной машины через сливной порог 3. Уровень тяжелых фракций на решете отсадочной машины регулируется специальным поплавковым устройством. При увеличении или уменьшении толщины слоя тяжелого материала автоматически увеличивается или уменьшается интенсивность разгрузки тяжелых фракций.

Кроме воды, поступающей в отсадочную машину вместе с исходным материалом и называемой транспортной, под решето машины подается подрешетная вода. Она предназначена для поддержания оптимальной разрыхленности постели и уменьшения вредного действия нисходящих струй воды. Из общего расхода воды (в пределах 2–5 м 3 /т исходного материала) на долю транспортной приходится 30–40%, а на долю подрешетной — 70–60%

На рис. 7.6 представлены принципиальные схемы гидравлических отсадочных машин, получивших наибольшее распространение в практике обогащения полезных ископаемых. Все отсадочные машины состоят из прямоугольного (в плане) металлического корпуса 1, в котором располагается отсадочное решето 2. Подрешетная часть корпуса (нижняя его часть) имеет пирамидальную, полуцилиндрическую или параболическую форму. В поршневых (см. рис. 7.6, а), беспоршневых (см. рис. 7.6, б) и диафрагмовых (см. рис. 7.6, в) машинах решето 2 установлено неподвижно. Продольная вертикальная, не доходящая до дна перегородка 3 делит поршневые и беспоршневые машины на два отделения: первое — рабочее, на решете 2 которого происходит разделение смеси минеральных зерен, и второе — поршневое (или воздушное). Колебания воды в поршневой машине вызываются перемещением вверх и вниз поршня 4, связанного штоком с эксцентриковым приводом. В беспоршневой воздушно-золотниковой отсадочной машине (см. рис. 7.6, б) колебания воды происходят за счет использования энергии сжатого воздуха, поступающего в воздушное отделение периодически через золотниковое устройство (пульсатор) 5; так же периодически пульсатором осуществляется выпуск воздуха из воздушного отделения машины в атмосферу. При впуске воздуха уровень воды в отсадочном отделении повышается (восходящий поток).

В диафрагмовых отсадочных машинах (см. рис. 7.6, в) вертикальные пульсации воды создаются за счет движения расположенной в перегородке между смежными секциями эластичной диафрагмы 6, связанной штоком 7 с эксцентриковым приводом (диафрагма может располагаться в вертикальной или наклонной стенке корпуса машины). В отсадочной машине с подвижным решетом (см. рис. 7.6, г) пульсация воды создается за счет вертикальных движений самого решета 2 с находящимся на нем разделяемым материалом.

Каждый тип машин предназначен для обогащения определенных полезных ископаемых.

Поршневые отсадочные машины применяют для обогащения марганцевых, оловянных и вольфрамовых руд. В последнее время они заменяются диафрагмовыми машинами и машинами с подвижным решетом.

Диафрагмовые машины наиболее широко применяются при обогащении руд (железных, марганцевых, оловянных, вольфрамовых, золотосодержащих россыпей, руд редких металлов и других).

Беспоршневые отсадочные машины нашли широкое применение при обогащении углей.

Отсадочные машины с подвижным решетом применяются для обогащения марганцевых и реже железных и вольфрамовых руд.

Дата добавления: 2016-10-30 ; просмотров: 606 | Нарушение авторских прав

источник

Изучить основы гравитационных методов обогащения. Дать понятия основных преимуществ данных методов обогащения. Изучить физический смысл гравитации.

1. Общие положения. Фракционный анализ.

Ключевые слова:

гравитационные процессы, отсадка, фракционный анализ, обогащение в тяжелых средах, обогащение в шлюзах, на концентрационных столах, фракционный анализ, постель, отсадочная машина, ОМК, ОМШ, ОМ.

1. Гравитационными процессами обогащения называются процессы, в которых разделение минеральных частиц, отличающихся плотностью, размером или формой, обусловлено различием в характере и скорости их движения в среде под действием силы тяжести и сил сопротивления.

В качестве среды, в которой осуществляется гравитационное обогащение, используются при мокром обогащении вода, тяжелая суспензия или растворы; при пневматическом – воздух.

Гравитационные методы занимают ведущее место среди других мето­дов обогащения, особенно в практике переработки угля, золотосодер­жащих, вольфрамовых, молибденовых руд и руд черных металлов.

Оснащение современных гравитационных фабрик высоко производи­тельными машинами позволяет упрощать схему цепи аппаратов, более экономично использовать производственные площади и объемы зданий, в результате чего снижаются удельные капитальные затраты на строи­тельство, уменьшается численность обслуживающего персонала, воз­растает производительность труда, снижается себестоимость перера­ботки.

Гравитационные методы обогащения угля позволяют перерабатывать крупнозернистый материал с верхним пределом крупности до 300 (600) мм. Последнее обстоятельство особенно важно, если учесть, что неко­торые крупнозернистые продукты обогащения имеют значительно больший спрос потребителей и большую стоимость, чем мелкозернистые. Стоимость хромовой руды крупностью 80-10 мм, обогащаемой в суспен­зиях, на 25-30% выше стоимости руды крупностью -10 + 3 и -3 мм.

Гравитационные методы обогащения в практике переработки хромовых руд занимают основное положение, так как позволяют разделять зерна хромовых минералов при крупности до 300 мм.

При обогащении окисленных железных руд крупностью от 70 до 1,0 (0,5) мм применяют гравитационные процессы обогащения, например обогащение в суспензиях, отсадку, обогащение на концентрационных столах и др.

По экономической эффективности обогащение угля в тяжелой среде имеет преимущество по сравнению с другими методами. По данным II. А. Самылина, стоимость обогащения угля (в коп.) различными мето­дами составляет (на 1 т концентрата): сепарация в тяжелой среде 0,8; отсадка 3,4; флотация 13,4 (в ценах 1980 г.).

В комбинированных схемах переработки полезных ископаемых грави­тационные методы способствуют повышению экономичности обогатитель­ного передела. Так, при обогащении полиметаллических руд алтайских месторождений применение гравитационных методов позволяет в начале процесса удалить до 30% отвальной породы в виде товарного продукта (для строительных целей) и тем самым сократить фронт последующих переделов — измельчения и флотации и повысить экономичность работы предприятия.

Чаще применяют гравитационные процессы в различных сочетаниях с другими методами обогащения: флотацией, промывкой, магнитной сепа­рацией, электрической сепарацией и др. В этом случае полезное иско­паемое обрабатывают по сложным технологическим схемам. К таким схе­мам относят практически все схемы переработки коксующихся углей Донбасса, Кузбасса и Карагандинского бассейна, окисленных железных, полиметаллических, вольфрамово-молибденовых и других руд.

Гравитационные процессы обогащения по широте диапазона исходных характеристик обогащаемого сырья, разнообразию условий применения их в технологических схемах обогатительных фабрик, простоте произ­водственного комплекса, высокой производительности обогатительных аппаратов в сравнимых условиях превосходят многие другие процессы обогащения и обеспечивают эффективное разделение минеральных смесей при относительно низких материальных, трудовых и энергетических затратах

К гравитационным процессам относятся отсадка, обогащение в тяжелых средах (главным образом в минеральных суспензиях), концентрация на столах, обогащение в шлюзах, желобах, струйных концентраторах, конусных, винтовых и противоточных сепараторах, пневматическое обогащение.

Гравитационные процессы могут применяться как самостоятельно, так и в различных сочетаниях с другими процессами обогащения: магнитной и электрической сепарацией, флотацией и др.

Фракционный анализ полезных ископаемых производится с целью определения их обогатимости, т.е. количественного и качественного определения соотношения фракций различной плотности.

Разделение на фракции различной плотности может быть произведено следующими методами: разделением в тяжелых жидкостях, в тяжелых суспензиях, немагнитных минералов (плотностью от 2500 до 7500 кг/м 3 ) с помощью магнитогидростатической (МГС) или магнитогидродинамической (МГД) сепарации и др. Наибольшее распространение в лабораторных условиях получил метод разделения проб полезных ископаемых отдельных классов крупности или смеси классов на фракции различной плотности в тяжелых жидкостях или растворах различной плотности.

В качестве среды разделения применяют следующие растворы и тяжелые жидкости плотностью, кг/м 3 : хлористый кальций (CaCl₂) 2000; хлористый цинк (ZnCl₂) 2900; четыреххлористый углерод (CCl₄) 1600; бромоводород (CHBr₃) 2890; тетарбромэтан (C₂H₂Br₄) 2960; жидкость Туле (HgI₂+KI) 3170; жидкость Рорбаха (BaI₂+HgI₂) 3500 и жидкость Клеричи [CH₂(COOTe)₂HCOOTe] 4250.

Наибольшее распространение при проведении фракционного анализа углей получили раствор хлористого цинка (статическое разделение) и четыреххлористый углерод (центробежное разделение), а при проведении фракционного анализа руд – жидкости Туле и Клеричи. Эти вещества хорошо растворяются в воде (четыреххлористый углерод – в бензоле) и на их основе можно приготовлять растворы широкого диапазона плотностей.

Гравитационные процессы обогащения отличаются, как пра­вило, высокой производительностью обогатительных аппаратов, от­носительной дешевизной и высокой эффективностью разделения ми­нералов. Все методы гравитационного обогащения обеспечивают, в основном, более низкие эксплуатационные расходы на 1 т продук­ции, чем флотация, и обычно требуют меньшей установочной мощ­ности. Гравитационной обогащение практически универсальный способ переработки бедных руд, россыпных месторождений, к тому же это экологически чистое производство (не используются флота­ционные реагенты) [5].

2.Отсадка является одним из наиболее распространенных методов гравитационного обогащения полезных ископаемых. Область применения охватывает полезные ископаемые по плотности извлекаемых компонентов от 1200 до 15600 кг/м 3 и по крупности обогащенного материала от ).2 до 50 мм для руд и от 0,5 до 120 (иногда и до 250) мм – для углей.

Отсадкой называют процесс разделения смеси минеральных зерен по плотности в водной или воздушной среде, колеблющейся (пульсирующей) относительно разделяемой смеси в вертикальном направлении. Исходный материал вместе с водой непрерывно подается на отсадочное решето, через отверстия которого попеременно походят восходящие и нисходящие потоки воды. В период восходящего потока материал поднимается и разрыхляется, а в период нисходящего – опускается и уплотняется.

В результате действия чередующихся восходящих и нисходящих потоков воды исходный материал через определенный промежуток времени разделяется на слои таким образом, что на отсадочном решете (внизу) располагаются зерна наибольшей плотности, а в верхних слоях – наименьшей. Следует отметить, что такое идеальное распределение зерен по плотностям возможно только в том случае, если они обладают одинаковыми размерами и формой. В реальных же условиях происходит попадание некоторой доли легких фракций в тяжелые, а тяжелых – в легкие (наблюдается засоряемость концентрата и отходов «посторонними фракциями»). По зваимозасоряемости получаемых в процессе отсадки продуктов обогащения судят о технологической эффективности процесса.

Слой материала, находящийся в решете, называется постелью. Постель, образуется при отсадке крупного материала, состоит из зерен самого материала и называется естественной. Через принудительно пульсирующую толщу материала тяжелые зерна проникают в нижние слои постели, а легкие в верхние. При обогащении мелкого материала (для руд

источник

Гравитационным методом обогащения называют такой, в которых разделение минеральных частиц, отличающихся плотностью, размером и формой, обусловлено различием в характере и скорости их движения в текучих средах под действием силы тяжести и сил сопротивления. Гравитационный метод занимает ведущее место среди других методов обогащения. Гравитационный метод представлен рядом процессов. Они могут быть собственно гравитационными (разделение в поле силы тяжести – обычно для относительно крупных частиц) и центробежными (разделение в центробежном поле – для мелких частиц). Если разделение происходит в воздушной среде, то процессы называют пневматическими; в остальных случаях – гидравлическими. Наибольшее распространение в обогащении получили собственно гравитационные процессы, осуществляемые в воде.

По типу используемых аппаратов гравитационные процессы можно разделить на отсадку, обогащение в тяжелых средах, концентрацию на столах, обогащение на шлюзах, в желобах, винтовых сепараторах, обогащение на центробежных концентраторах, противоточных сепараторах и др. Также к гравитационным процессам обычно относят промывку.

Гравитационные процессы используют при обогащении углей и сланцев, золото- и платиносодержащих руд, оловянных руд, окисленных железных и марганцевых руд, хромовых, вольфрамитовых и руд редких металлов, строительных материалов и некоторых других видов сырья.

Основные преимущества гравитационного метода в экономичности и экологической чистоте. Также к преимуществам можно отнести высокую производительность, характерную для большинства процессов. Основной недостаток в трудности эффективного обогащения мелких классов.

Гравитационные процессы используют как самостоятельно, так и в сочетании с другими обогатительными методами.

Наиболее распространенным методом гравитационного обогащения является отсадка. Отсадкой называется процесс разделения минеральных частиц по плотности в водной или воздушной среде, пульсирующей относительно разделяемой смеси в вертикальном направлении.

Этим методом можно обогащать материалы крупностью от 0,1 до 400 мм. Отсадка применяется при обогащении углей, сланцев, окисленных железных, марганцевых, хромитовых, касситеритовых, вольфрамитовых и других руд, а также золотосодержащих пород.

В процессе отсадки (рис. 2.1) материал, помещенный на решете отсадочной машины, периодически разрыхляется и уплотняется. При этом зерна обогащаемого материала под влиянием сил, действующих в пульсирующем потоке, перераспределяются таким образом, что в нижней части постели сосредотачиваются частицы максимальной плотности, а в верхней – минимальной (размеры и форма частиц также оказывают влияние на процесс расслоения).

При обогащении мелкого материала на решето укладывают искусственную постель из материала (например, при обогащении угля используется постель из пегматита), плотность которого больше плотности легкого минерала, но меньше плотности тяжелого. крупность постели в 5-6 раз больше крупности максимального куска исходной руды и в несколько раз крупнее отверстий в решете отсадочной машины. Более плотные частицы проходят сквозь постель и решето и разгружаются через специальную насадку на дне камеры отсадочной машины.

При обогащении крупного материала постель на решето специально не укладывают, она образуется сама из обогащаемого материала и называется естественной (обогащаемый материал крупнее, чем отверстия решета). Плотные частицы проходят сквозь постель двигаются над решетом и разгружаются через специальную разгрузочную щель в решете и, далее, элеватором из камеры машины.

И, наконец, при обогащении широко классифицированного материала (есть и мелкие и крупные частицы), мелкие плотные частицы разгружаются через решето, крупные плотные – через разгрузочную щель (рис 2.1).

В настоящее время известно около 100 конструкций отсадочных машин. Машины можно классифицировать следующим образом: по типу среды разделения — гидравлические и пневматические; по способу создания пульсаций – поршневые с подвижным решетом, диафрагмовые, беспоршневые или воздушно-пульсационные (рис. 2.2). Также машины могут быть для обогащения мелких классов, крупных классов, ширококлассифицированного материала. Наиболее распространена гидравлическая отсадка. А среди машин чаще всего применяются беспоршневые.

Поршневые отсадочные машины могут применяться для отсадки материала крупностью – 30 + 0 мм. Колебания воды создаются движением поршня, ход которого регулируется эксцентриковым механизмом. Поршневые отсадочные машины в настоящее время не выпускаются и фактически полностью заменены другими типами машин.

Диафрагмовые отсадочные машины применяют для отсадки железных, марганцевых руд и руд редких и благородных металлов крупностью Диафрагмовые отсадочные машины применяются для обогащения руд крупностью от 30 до 0,5 (0,1) мм. Они изготавливаются с различным расположением диафрагмы.

Диафрагмовые машины с горизонтальной диафрагмой обычно имеют две или три камеры. Колебания воды в камерах создаются движениями вверх и вниз конических днищ, обеспечиваемыми одним или несколькими (в зависимости от типа машины) эксцентрическими приводными механизмами. Ход конического днища регулируется поворотом эксцентриковой втулки относительно вала и затяжкой гаек, а частота его качаний – сменой шкива на валу электродвигателя. Корпус машины у каждой камеры соединен с коническим днищем резиновыми манжетами (диафрагмами).

Диафрагмовые отсадочные машины с вертикальной диафрагмой имеют две или четыре камеры с пирамидальными днищами, разделенными вертикальными перегородкой, в стенку которой вмонтирована гибко связанная с ней металлическая диафрагма, совершающая возвратно-поступательные движения.

Отсадочные машины с подвижным решетом в отечественной практике применяются для обогащения марганцевых руд крупностью от 3 до 40 мм. Машины серийно не изготавливаются. Приводной кривошипно-шатунный механизм решета расположен над корпусом машины. Решето совершает дугообразные движения, при котором материал разрыхляется и продвигается вдоль решета. Машины имеют двух- , трех- и четырехсекционные решета площадью 2,9-4 м 2 . Тяжелые продукты разгружаются через боковую или центральную щель. В зарубежной практике применяют отсадочные машины с подвижным решетом, позволяющие обогащать материал крупностью до 400 мм. Например, машина фирмы «Хумбольт – Ведаг» позволяет обогащать материал крупностью –400+30 мм. Отличительной особенностью этой машины является то, что один конец решета закреплен на оси и следовательно не движется в вертикальном направлении. Разгрузка продуктов разделения осуществляется при помощи элеваторного колеса. Машина отличается высокой экономичностью в работе.

Воздушно-пульсационные (беспоршневые) отсадочные машины (рис. 3.3) отличаются от других использованием сжатого воздуха для создания колебаний воды в отсадочном отделении. Машины имеют воздушное и отсадочное отделение и снабжены универсальным приводом, обеспечивающим симметричный и асимметричный циклы отсадки и возможность регулирования подачи воздуха в камеры. Основное преимущество беспоршневых машин заключается в возможности регулирования цикла отсадки и достижении высокой точности разделения при повышенной высоте постели. Эти машины применяются в основном для обогащения углей, реже руд черных металлов. Машины могут иметь боковые воздушные камеры (рис.2.3), подрешетные воздушные камеры, патрубочные подрешетные воздушные камеры.

При боковом расположении воздушных камер равномерность пульсаций воды в отсадочном отделении сохраняется при ширине камер не более 2 м. Для обеспечения равномерного распределения поля скоростей пульсирующего потока по площади отсадочного решета в современных конструкциях отсадочных машин применяют гидравлические обтекатели на конце перегородки между воздушным и отсадочным отделением.

Сжатый воздух поступает в воздушное отделение периодически через пульсаторы различных типов (роторные, клапанные и др.), устанавливаемые по одному на каждую камеру; также периодически воздух выпускается из воздушного отделения в атмосферу. При впуске воздуха уровень воды в воздушном отделении понижается, а в отсадочном отделении, естественно, повышается (т.к. это «сообщающиеся сосуды»); при выпуске воздуха происходят обратные явления. Благодаря этому совершаются колебательные движения в отсадочном отделении.

Обогащение полезных ископаемых в тяжелых средах основано на разделении минеральной смеси по плотности. Процесс происходит в соответствии с законом Архимеда в средах с плотностью, промежуточной между плотностью удельно-легкого и удельно-тяжелого минерала. Удельно-легкие минералы всплывают, а удельно-тяжелые погружаются на дно аппарата. Обогащение в тяжелых средах широко применяют в качестве основного процесса для углей трудной и средней категорий обогатимости, а также сланцев, хромитовых, марганцевых, сульфидных руд цветных металлов и др. Эффективность разделения в тяжелых средах выше эффективности обогащения на отсадочных машинах (это самый эффективный гравитационный процесс).

В качестве тяжелых сред применяют тяжелые жидкости и тяжелые суспензии. Между ними есть одно принципиальное различие. Тяжелая жидкость однородна (однофазна), тяжелая суспензия неоднородна (состоит из воды и взвешенных в ней частиц — утяжелителя). Поэтому обогащение в тяжелой жидкости в принципе приемлемо для частиц любой крупности.

Тяжелую суспензию можно считать псевдожидкостью с определенной плотностью лишь для достаточно больших (по сравнению с размерами частиц утяжелителя) частиц. Кроме того, вследствие общего движения частиц утяжелителя в определенном направлении под воздействием силового поля, в котором производится обогащение (гравитационного или центробежного), для получения однородной по плотности суспензии в аппаратах приходится производить ее перемешивание. Последнее неизбежно оказывает влияние и на частицы, подвергаемые обогащению. Поэтому нижний предел крупности частиц, обогащаемых в тяжелой суспензии, ограничен и составляет: при гравитационных процессах — для руд 2-4 мм, для углей — 4-6 мм; при центробежных процессах для руд — 0,25-0,5 мм, для углей 0,5-1 мм.

В качестве промышленной тяжелой среды используют тяжелые суспензии, т.е. взвесь мелких удельно-тяжелых частиц (утяжелителя) в среде, которой обычно является вода. (Тяжелые жидкости в промышленности не применяют из-за их высокой стоимости и токсичности) Гидравлические суспензии называют просто суспензиями. Наиболее часто используемыми утяжелителями являются магнетит, ферросилиций и галенит. Крупность частиц утяжелителя обычно 3 ,

где: С – концентрация утяжелителя, д. ед., r_у – плотность утяжелителя, г/см 3 . Таким образом, меняя концентрацию утяжелителя можно приготовить суспензию требуемой плотности.

Обогащение в тяжелых суспензиях средне и крупнокускового материала производят в гравитационных сепараторах (в сепараторах со статическими условиями разделения). Обогащение мелкозернистого материала осуществляют в центробежных сепараторах (сепараторах с динамическими условиями разделения) – гидроциклонах. Остальные виды тяжелосредных сепараторов (аэросуспензионные, вибрационные) используются редко.

Тяжелосредные гравитационные сепараторы можно разделить на три основных типа — колесные, конусные и барабанные. Колесные сепараторы (рис.2.4) применяют для обогащения материала крупностью 400-6 мм, в отечественной практике в основном для угля и сланца. Чаще всего используют СКВ – сепаратор колесный с вертикальным элеваторным колесом.

В конусных суспензионных сепараторах (рис. 2.5) тяжелая фракция, как правило, разгружается внутренним или наружным аэролифтом. Эти сепараторы применяются для обогащения рудного материала крупностью –80(100)+6(2) мм

Конусные сепараторы с наружным аэролифтом (рис. 2.5) состоят из верхней цилиндрической и нижней конической частей. Нижняя коническая часть заканчивается переходным коленом, соединяющим конус с аэролифтом, поднимающим осевшие частицы. В трубу аэролифта через –форсунки подается сжатый воздух при давлении порядка 3-4·10 5 Па. Диаметр трубы аэролифта принимается равным не менее, чем трем размерам наибольшего куска руды. Всплывший продукт вместе с суспензией сливается в желоб, а тяжелый – подается аэролифтом в разгрузочную камеру.

Барабанный сепаратор (рис. 2.6) используется для обогащения рудного материала крупностью 150+3(5) мм, при высокой плотности обогащаемого материала.

Тяжелосредные обогатительные гидроциклоны конструктивно похожи на классифицирующие. Через питающий патрубок тангенциально подается обогащаемый материал вместе с тяжелой суспензией. Под действием центробежной силы (во много раз превышающей силу тяжести) происходит расслоение материала: плотные частицы перемещаются ближе к стенкам аппарата и «внешним вихрем» транспортируются к разгрузочной (песковой) насадке, легкие частицы перемещаются ближе к оси аппарата и «внутренним вихрем» транспортируются к сливной насадке.

Технологические схемы обогащения в тяжелых суспензиях практически одинаковы для большинства работающих установок. Процесс состоит из следующих операций: подготовка тяжелой суспензии, подготовка руды к разделению, разделение руды в суспензии на фракции различной плотности, дренаж рабочей суспензии и отмывка продуктов разделения, регенерация утяжелителя.

Обогащение в потоках, текущих по наклонным поверхностям, производится на концентрационных столах, шлюзах, в желобах и винтовых сепараторах. Движение пульпы в этих аппаратах происходит по наклонной поверхности под действием силы тяжести при малой (по сравнению с шириной и длиной) толщине потока. Обычно она превышает размер максимального зерна в 2-6 раз.

Концентрация (обогащение) на столах – это процесс разделения по плотности в тонком слое воды, текущей по слабонаклонной плоскости (деке), совершающей асимметричные возвратно-поступательные движения в горизонтальной плоскости перпендикулярно направлению движения воды. Концентрацию на столе применяют при обогащении мелких классов – 3+0,01 мм для руд и –6(12)+0,5 мм для углей. Данный процесс используется при обогащении руд олова, вольфрама, редких, благородных и черных металлов и др.; для обогащения мелких классов углей, в основном для их обессеривания. Концентрационный стол (рис. 2.7) состоит из деки (плоскости) с узкими рейками (рифлями); опорного устройства; приводного механизма. Угол наклона деки a = 4¸10°. Для легких частиц преобладающими являются гидродинамическая и подъемная турбулентная силы, поэтому легкие частицы смывает в перпендикулярном к деке направлении. Частицы промежуточной плотности попадают между тяжелыми и легкими частицами.

Шлюз (рис. 2.8) представляет собой наклонный желоб прямоугольного сечения с параллельными бортами, на дно которого укладывают улавливающие покрытия (жесткие трафареты или мягкие коврики), предназначенные для удержания осевших частиц тяжелых минералов. Шлюзы применяют для обогащения золота, платины, касситерита из россыпей и других материалов, обогащаемые компоненты которых значительно различаются по плотности. Шлюзы характеризуются высокой степенью концентрации. Материал на шлюз подают непрерывно до тех пор, пока ячейки трафаретов не заполнятся преимущественно частицами плотных минералов. После этого загрузку материала прекращают и производят сполоск шлюза.

Струйный желоб (рис 2.9) имеет плоское днище и сходящиеся под некоторым углом борта. Пульпа загружается на широкий верхний конец желоба. У конца желоба в нижних слоях располагаются частицы большей плотности, а в верхних слоях — меньшей. В конце желоба материал специальными рассекателями разделяется на концентрат, промпродукт и хвосты. Суживающиеся желоба применяют при обогащении россыпных руд. Аппараты типа суживающихся желобов делят на две группы: 1) аппараты, состоящие из набора отдельных желобов в различных компоновочных вариантах; 2) конусные сепараторы, состоящие из одного или нескольких конусов, каждый из которых представляет собой как бы набор радиально установленных суживающихся желобов с общим днищем.

У винтовых сепараторов неподвижный наклонный гладкий желоб выполнен в виде спирали с вертикальной осью (рис.2.10), их используют для разделения материала крупностью от 0,1 до 3 мм. При движении в закрученном потоке помимо обычных гравитационных и гидродинамических сил, действующих на зерна, развиваются центробежные силы. Тяжелые минералы концентрируются у внутреннего борта желоба, а легкие – у внешнего. Затем продукты разделения разгружают из сепаратора при помощи рассекателей, стоящих в конце желоба.

В центробежных концентраторах центробежная сила, действующая на тело, во много раз больше, чем сила тяжести и материал разделяется под действием центробежной силы (сила тяжести оказывает лишь небольшое влияние). В тех же случаях, если центробежная сила и сила тяжести соизмеримы и сепарация происходит под действием обеих сил, обогащение принято называть центробежно-гравитационным (винтовые сепараторы).

Создание центробежного поля в центробежных концентраторах принципиально может осуществляться двумя путями: тангенциальной подачей потока под давлением в закрытый и неподвижный цилиндрический сосуд; закручиванием свободно подаваемого потока в открытом вращающемся сосуде и, соответственно, центробежные концентраторы принципиально могут быть разделены на два типа: напорные циклонные аппараты; безнапорные аппараты-центрифуги.

По принципу работы центробежные концентраторы циклонного типа имеют много общего с гидроциклонами, но отличаются значительно большим углом конусности (до 140°). Благодаря этому в аппарате образуется «постель» из обогащаемого материала, играющая роль аналогичную тяжелой суспензии в тяжелосредных обогатительных циклонах. И разделение происходит аналогично. По сравнению с тяжелосредными гидроциклонами эти значительно экономичнее в работе, но дают худшие технологические показатели.

Работа концентраторов второго типа напоминает работу обычной центрифуги. Центробежные концентраторы этого типа используют для обогащения грубозернистых песков, при разведке золотосодержащих россыпных месторождений, при извлечении мелкого свободного золота из различных продуктов. Аппарат представляет собой полусферическую чашу, футерованную рифленой резиновой вставкой. Чаша укреплена на специальной площадке (платформе), получающей вращение от электродвигателя через клиноременную передачу. Пульпу обогащаемо материала загружают в аппарат, легкие частицы вместе с водой сливаются через борта, тяжелые застревают в нарифлениях. Для разгрузки концентрата, уловленного рифленой резиновой поверхностью, чашу останавливают и производят сполоск (есть и конструкции позволяющие вести непрерывную разгрузку). При работе на грубых золотосодержащих песках концентратор обеспечивает очень высокую степень сокращения – до 1000 раз и более при высоком (до 96-98%) извлечении золота.

Противоточная водная сепарация применяется в отечественной практике для переработки энергетических и разубоженных углей. Аппаратами для обогащения данным методом являются шнековые и крутонаклонные сепараторы. Шнековые горизонтальные и вертикальные применяются для обогащения углей крупностью 6 – 25 мм и 13 – 100 мм, а также для обогащения отсевов и крупнозернистых шламов. Крутонаклонные сепараторы применяются для обогащения разубоженных углей крупностью до 150 мм. Преимуществом противоточных сепараторов является простота технологический схемы. Во всех противоточных сепараторах материал делится на два продукта: концентрат и отходы. Сформированные в процессе сепарации встречные транспортные потоки продуктов разделения движутся в пределах рабочей зоны с заданным гидравлическим сопротивлением их относительному перемещению, при этом поток легких фракций является попутным потоку разделительной среды, а поток тяжелых фракций встречным. Рабочие зоны сепараторов представляют собой закрытые каналы, оснащенные системой однотипных элементов, обтекаемых потоком и обуславливающих образование определенным образом организованной системы вторичных течений и вихрей. Как правило, в таких системах исходный материал разделяется по плотности, значительно превосходящей плотность разделительной среды.

Необходимым условием подготовки песков россыпных месторождений и руд осадочного происхождения к обогащению является освобождение их от глины. Частицы минералов в этих рудах и песках не связаны взаимным прорастанием, но сцементированы в плотную массу мягким и вязким глинистым веществом.

Процесс дезинтеграции (разрыхление, диспергирование) глинистого материала, цементирующего зерна песков или руды, с одновременным отделением его от рудных частиц с помощью воды и соответствующих механизмов называют промывкой. Дезинтеграция обычно происходит в воде. При этом глина в воде разбухает, и это облегчает ее разрушение. В результате промывки получают отмытый материал (руда или пески) и шламы, содержащие диспергированные в воде тонкозернистые глинистые частицы. Промывка широко применяется при обогащении руд черных металлов (железных, марганцевых), песков россыпных месторождений редких и благородных металлов, строительного сырья, каолинового сырья, фосфоритов и других полезных ископаемых. Промывка может иметь самостоятельное значение, если в результате ее получают товарную продукцию. Чаще она применяется как подготовительная операция для подготовки материала к последующему обогащению. Для промывки применяют: грохота, бутары, скруббера, скруббер-бутары, корытные мойки, вибромойки и другие аппараты.

Пневматические процессы обогащения основаны на принципе разделения полезных ископаемых по крупности (пневматическая классификация) и плотности (пневматическая концентрация) в восходящей или пульсирующей струе воздуха. Он применяется при обогащении углей, асбеста и других полезных ископаемых, обладающих незначительной плотностью; при классификации фосфоритов, железных руд, сурика и других полезных ископаемых в циклах дробления и сухого измельчения, а также при обеспыливании воздушных потоков в цехах обогатительных фабрик. Применение пневматического метода обогащения целесообразно в суровых климатических условиях северных и восточных районов Сибири или в районах, где ощущается недостаток воды, а также для переработки полезных ископаемых, содержащих легкоразмокаемую породу, образующую большое количество шламов, нарушающих четкость разделения. Преимущества пневматических процессов в их экономичности, простоте и удобстве утилизации хвостов обогащения, главный недостаток – в сравнительно низкой эффективности разделения из-за чего эти процессы используются весьма редко.

2.2. ФЛОТАЦИОННЫЙМЕТОД ОБОГАЩЕНИЯ

Флотацию применяют для обогащения большинства руд цветных металлов, апатитовых, фосфоритовых, графитовых, флюоритовых и других руд, широко используют в сочетании с другими методами при обогащении руд черных металлов, угля. Широкая распространенность флотации объясняется универсальностью процесса, связанной с возможностью разделения практически любых минералов, обогащения бедных руд с весьма тонкой вкрапленностью полезных минералов. Основные недостатки флотационного метода в экологической вредности процесса и относительно высокой его стоимости.

Флотация основана на различном закреплении частиц разделяемых минералов на межфазной границе, что определяется различием в смачивемости. При пенной флотации, наиболее применяемой в промышленности, пульпу насыщают газом, и частицы некоторых (несмачивемых) минералов прилипают к пузырькам газа и всплывают на поверхность, образуя минерализованную пену, которая легко удаляется механическим путем. Другие минералы (смачиваемые) не прилипают и остаются в объеме пульпы.

По способу насыщения пульпы газом различают несколько видов пенной флотации, однако наибольшее распространение получило насыщение пульпы воздухом.

Способность частицы минерала прикрепляться к пузырьку воздуха хорошо объясняется с позиции смачивания. Минералы, поверхность которых легко смачивается водой, называются гидрофильными (кальцит, кварц), а минералы, плохо смачиваемые водой, — гидрофобными (сера, графит, тальк, молибденит). Гидрофобность поверхности минералов оценивается различными методами. Наиболее распространенным методом оценки является определение краевого угла смачивания (q), измеряемого от 0 до 180°. Краевым углом смачивания называется угол между касательной к поверхности воздушного пузырька (или к поверхности капли воды в любой точке трехфазного периметра смачивания) и поверхностью минерала (рис. 2.11). Его принято отсчитывать в сторону жидкой фазы. Капля жидкости, нанесенная на поверхность твердого (минерала), будет растекаться до тех пор, пока не наступит равновесие между силами поверхностного натяжения, действующих по периметру смачивания, на границе твердое — газ s_т-г, жидкость — газ s_ж-г и твердое — жидкость s_т-ж:

Исходя из этого равенства, легко найти косинус краевого угла смачивания:

.

При полной гидрофильности, когда капля полностью растекается по поверхности твердого, краевой угол стремится к нулю, а косинус — к единице. При полной гидрофобности краевой угол стремится к 180°, а косинус к – минус единице.

Чем хуже смачивается минерал, тем лучше он прикрепляется к пузырьку воздуха, легче флотируется. Почти все природные минералы хорошо смачиваются водой (краевой угол смачивания у них меньше 50°). Исключением являются некоторые естественно-гидрофобные минералы (сера, графит, уголь, тальк и молибденит), у которых краевой угол составляет около 90°.

Для регулирования смачиваемости разделяемых минералов (соответственно результатов флотации) применяют различные флотореагенты. Их подразделяют на собиратели, вспениватели, депрессоры, активаторы и регуляторы среды.

Задача собирателей — повысить гидрофобность извлекаемого минерала. Собиратели — это органические вещества, содержащие в своей молекуле углеводородную цепочку. В зависимости от строения молекулы собиратели бывают аполярными и гетерополярными.

Молекулы аполярных собирателей (керосин, смазочные масла) содержат только углеводородную цепочку. Их широко применяют при флотации естественно-гидрофобных минералов (уголь, сера и др.)

Молекулы гетерополярных собирателей имеют сложную асимметричную структуру, состоящую из двух частей, отличных по своим физико-химическим свойствам: углеводородной цепочки и активной группы (-COOH, -SH и др.). Такие молекулы в воде диссоциируют, и если углеводородная цепочка остается в анионе, то реагент называется анионоактивным, а если в катионе – катионоактивными. Если анионоактивные собиратели имеют в составе активной групе серу, то они называются сульфгидрильными, а если кислород – оксигидрильными. Наиболее распространенным анионоактивным собирателем являются ксантогенаты (жирные соли дитиоугольной кислоты) и жирные кислоты (например, олеиновая) или их соли (например, олеат натрия). Ксантогенаты являются основным собирателем при флотации сульфидных руд цветных металлов, а жирнокислотные при флотации кальцийсодержащих минералов.

Из катионоактивных собирателей наибольшее практическое значение получили первичные алифатические амины RNH₂ и четвертичные аммониевые основания, например лауриламин солянокислый (C₁₂H₂₅NH₃Cl), который широко применяют при флотации солей и полевого шпата.

Назначение вспенивателей — способствовать созданию устойчивой минерализованной пены. В качестве вспенивателей используют органические соединения, в основном, из класса спиртов. Одним из распространенных вспенивателей является сосновое масло, которое применяют на многих обогатительных фабриках.

Назначение депрессоров — повысить гидрофильность неизвлекаемого минерала. В качестве депрессоров применяют различные минеральные соли, кислоты и основания. Например, цианистые соли (NaCN) используют для подавления флотации медных минералов.

Задача активаторов — усилить действие собирателя на извлекаемый минерал. В качестве активаторов применяют различные минеральные соли, кислоты и основания. Например, сульфид натрия (Na₂S) широко используется для улучшения флотации окисленных минералов.

Назначение регуляторов среды — поддерживать рН пульпы в требуемых пределах. Если необходимо сдвигать рН в кислую область ( 7), то щелочи (CaO, Na₂CO₃, NaOH).

Подбирая соответствующие реагенты, их комбинацию и количества, добиваются оптимальных показателей флотационного обогащения.

Флотационными машинами называют аппараты, в которых осуществляют флотацию. Широкое применение флотации для обогащения самых разнообразных полезных ископаемых привело к созданию большого числа типов и конструкций флотационных машин.

Классификацию флотационных машин чаще всего производят в зависимости от способа аэрации и перемешивания пульпы. По этому признаку машины разделяют на механические, пневматические и пневмомеханические.

Механическая флотационная машина (рис. 2.13, а) состоит из последовательного ряда камер 1. В центральной части каждой камеры внутри трубы 4 размещен вращающийся вал 2 с импеллером 3. При вращении импеллера проходящая через него пульпа эжектирует (засасывает) атмосферный воздух и выбрасывает его в камеру, заполненную пульпой. Образование воздушных пузырьков и аэрация пульпы происходят в результате турбулизации пульповоздушной смеси, поступающей из импеллера в камеру.

Пенный продукт (обычно концентрат) с помощью гребкового устройства 5 направляется на обезвоживание (или перечистку). Камерный продукт самотеком поступает в следующую камеру или выдается в качестве хвостов (из последней камеры машины).

В пневмомеханической флотационной машине (рис. 2.13, б) перемешивание осуществляется установленной на валу 1 мешалкой 2, аэрация осуществляется путем подачи сжатого воздуха от воздуходувки. Воздух обычно подается через полый вал мешалки.

Флотационные машина обычно состоят из нескольких камер кубической формы. Пульпа последовательно перетекает из камеры в камеру и из нее удаляется пенный продукт. Камерный продукт разгружается через специальной отверстие в последней камере машины. В последнее время все чаще применяют большеобъемные (до 200 м 3 ) флотационные машины с цилиндрическими камерами. Такие машины состоят не более чем из трех камер. Применение большеобъемных машин позволяет снизить затраты на флотацию.

Пневматическая (аэролифтная) флотомашина конструктивно является наиболее простой (рис. 2.14). Она представляет собой емкость, вытянутую вверх, прямоугольного или круглого сечения, с коническим днищем, внутри которой расположена аэролифтная труба. В трубу под давлением подается сжатый воздух, который интенсивно перемешивает пульпу и насыщает ее пузырьками. Образующаяся на поверхности пена самотеком разгружается в желоба.

Особым видом пневматической машины является колонная флотационная машина. Эти машины предназначены для обогащения руд методом пенной флотации и рекомендуется для применения преимущественно в операциях перечистки черновых концентратов флотации. Колонная машина представляет собой камеру прямоугольного или круглого сечения (рис. 2.15). В верхней части камеры устанавливается брызгало, в нижней — шланговый затвор для полного выпуска материала из камеры. Кроме того в нижней части колонны помещен аэратор, в который подается сжатый воздух. Колонны выпускаются высотой до 15 метров и диаметром до 1,5 м. По сравнению с импеллерными флотомашинами применение колонных обеспечивает повышение содержания полезного компонента в концентрате на 1-2%, прирост извлечения на 0,5-2,5%, сокращение расходов на ремонт, электроэнергию на 40% и производственной площади — на 60%.

Обычные флотационные машины не могут обогащать крупные частицы (верхний предел крупности ограничен: для руд – 0,15 мм, для углей 0,5 – 1 мм), т.к. пузырьки воздуха просто не могут поднять крупные частицы на поверхность. Поэтому иногда используют машины пенной сепарации. В них пульпа поступает не внутрь машины, а подается сверху, через специальный питатель на слой пены (рис. 2.16) . Гидрофобные частицы задерживаются в этом слое (из-за контакта с пузырьками воздуха), а гидрофильные проходят сквозь слой пены и опускаются на дно (т.к. к пузырькам не прилипают). В таких машинах верхний предел крупности обогащаемого материала может быть поднят до 1 – 2 мм.

Для обработки пульпы реагентами применяются специальные аппараты – контактные чаны, которые представляют собой емкости круглого или прямоугольного сечения с механическим или воздушным перемешиванием. Реагентные питатели это специальные приборы, предназначенные для подачи реагента в требуемую точку схемы обогащения в строго определенном количестве. Исполнительный механизм таких приборов может быть механического, пневматического или электромагнитного принципа.

Схема флотации – определенная последовательность операций флотации возможно в сочетании с операциями измельчения и классификации. При выборе схемы флотации учитывают характер и размер вкрапленности полезных минералов, их содержание в руде и флотируемость, требования к качеству концентратов и ряд технико-экономических факторов. Начальная операция флотационного процесса в схеме при извлечении одного или нескольких металлов называется основной флотацией. В результате проведение основной флотации, как правило, не удается получить кондиционный концентрат и отвальные хвосты из-за близости флотационных свойств разделяемых минералов, недостаточного их раскрытия и т. д. Получаемые после основной флотации некондиционные (грубые) концентраты и «богатые» хвосты подвергают, иногда после их доизмельчения, повторной флотации. Флотация концентрата основной флотации называется перечистной флотацией, а флотация хвостов основной флотации — контрольной флотацией.

Число перечистных и контрольных флотации зависит от содержания флотируемых минеральных компонентов и требований, предъявляемых к концентрату и хвостам. Совокупность основной, контрольной и перечистных операций, при которых выделяется один или несколько готовых (не подвергаемых дальнейшей флотации) продуктов, образует цикл флотации.

Флотация бывает прямой и обратной. Если полезный минерал переходит в пенный продукт, то флотация называется прямой; если он остается в камерном продукте, то обратной. В практике обогащения применяют, в основном, прямую флотацию.

Флотация является основным процессом обогащения сульфидных руд всех цветных металлов.

источник