Студопедия

Главная страница Случайная страница

Разделы сайта

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






Описание основных процессов переработки руды






 

2.1 ГРОХОЧЕНИЕ — процесс разделения (сортировки) сыпучих материалов по крупности частиц (кусков) на грохотах. Грохочение — важный элементрудоподготовки, комбинируется, как правило, с дроблением.

По технологическому назначению различают грохочение: вспомогательное, в том числе предварительное — отделение мелких классов исходного материала, которые нецелесообразно направлять в дробилку (при дроблении в открытом цикле); контрольное или поверочное — отделение мелких классов дроблёного материала (при дроблении в замкнутом цикле); совмещённое (предварительное и контрольное), когда обе операции совмещены в одну (при дроблении в замкнутом цикле); подготовительное — выделение продуктов различных классов крупности с целью раздельной обработки, обусловленной требованиями технологии на рудоуглеобогатительных и брикетных фабриках; самостоятельная или механическая сортировка — получение готовых продуктов (сортов), отправляемых потребителю (в угольной промышленности самостоятельное грохочение называется окончательным для получения на сортировочных и обогатительных фабриках угля или антрацита, отвечающего требованиям стандартов по крупности); обезвоживающее — с целью обезвоживания и обесшламливания (для удаления в основном массыводы, содержащейся в исходном материале, как правило, в руде после её промывки) или для отделения суспензии от конечных продуктов (при сепарации в тяжёлой среде и аналогичных операциях), а также преимущественно в угольной промышленности — избирательное (разделение угля на различные классы, отличающиеся не только по крупности, но и по качеству).

По последовательности выделения классов крупности грохочение разделяют от крупного к мелкому, от мелкого к крупному, а также комбинированное. По крупности наибольших кусков в исходном материале и требуемым классам крупности различают грохочение: крупное (до 1200 мм) — на классы от 300 до 100 мм; среднее (до 350 мм) — на классы от -60 до +25 мм; мелкое (до 75 мм) — на классы от -25 до +6 мм; тонкое (до 10 мм) — на классы от -5 до +0, 5 мм; особо тонкое грохочение. (до 0, 045 мм). Приведённое разделение условно. Разделение частиц по крупности размером от 1 мм до 40 мкм осуществляют, как правило, классификацией. По характеру движения исходного материала на просеивающих поверхностях грохота выделяют грохочение: на неподвижных, частично подвижных, подвижных и вращающихся грохотах. При грохочении материал перемещается по ситу грохота слоем. Частицы, размер которых в поперечнике меньше размера отверстия сита (так называемый нижний класс), достигнув поверхности сита, проваливаются через отверстия, то есть просеиваются (в нижний, подрешётный, продукт), более крупные частицы (так называемый верхний класс) перемещаются по ситу и образуют верхний, надрешётный, продукт. Из-за ограниченности длины грохота не все частицы с размерами меньше размера отверстия сита успевают просеяться, часть из них остаётся в надрешётном продукте, засоряя его и уменьшая массу подрешётного.

Грохочение возможно лишь при перемещении слоя материала с соблюдением некоторых условий, благоприятствующих проходу куска или зерна через отверстия. Непрерывное перемещение слоя по ситу при небольшой скорости исключает возможность перелёта зёрен через отверстие. При грохочении мелких зёрен периодически очищают отверстия от зёрен, размер которых близок к размеру отверстия. При большом количестве крупных кусков в исходном материале, частично закрывающих отверстия сита, эффективность грохочения снижается. В некоторых случаях хорошие результаты даёт мокрое грохочение (с орошением материала водой из брызгал или частичным погружением сита в пульпу), применяемое при просеивании влажных или содержащих пыль материалов.

 

2.2 ФЛОТАЦИЯ — процесс разделения мелких твёрдых частиц (главным образом минералов) в водной суспензии (пульпе) или растворе, основанный на избирательной концентрации (адсорбции) частиц на границах раздела фаз в соответствии с их поверхностной активностью или смачиваемостью. Гидрофобные (плохо смачиваемые водой) частицы избирательно закрепляются на границе раздела фаз (обычно газа и воды) и отделяются от гидрофильных (хорошо смачиваемых водой) частиц.

Флотация — один из основных методов обогащения полезных ископаемых, применяется также для очистки воды от органических веществ (нефти, масел), бактерий, тонкодисперсных осадков солей и др. Помимо горноперерабатывающих отраслей промышленности флотация используется в пищевой, химической и других отраслях для очистки промышленных стоков, ускорения отстаивания, выделения твёрдых взвесей и эмульгирования веществ и т.п. Широкое применение флотации привело к появлению большого количества модификаций процесса по различным признакам (рис.).

Первой была предложена масляная флотация (В. Хайнс, Великобритания, 1860). Для её осуществления измельчённая руда перемешивается с маслом и водой; при этом сульфидные минералы избирательно смачиваются маслом, всплывают вместе с ним и снимаются с поверхности воды, а породы (кварц, полевые шпаты) тонут в воде. В России масляная флотация была использована для обогащения графитовой руды (г. Мариуполь, 1904). Позднее этот вид был усовершенствован: масло диспергировалось до эмульсионного состояния, что позволяло извлекать тонкие шламы, например марганцевых руд. Способность тонких гидрофобных частиц удерживаться на поверхности воды, в то время как гидрофильные тонут в ней, была использована для создания плёночной флотации (А. Нибелиус, США, 1892; А. Мак-Куистен, Великобритания, 1904). Плёночная флотация не имела большого практического использования, но явилась прообразом пенной флотации, как с точки зрения использования межфазной границы вода — воздух, так и с точки зрения использования флотационных реагентов, поскольку было замечено, что плёночная флотация проходит значительно эффективнее в присутствии небольших количеств масла. В процессе пенной флотации обработанные реагентами частицы выносятся на поверхность воды пузырьками воздуха, образуя пенный слой, устойчивость которого регулируется добавлением пенообразователей. Для образования пузырьков предлагались различные методы: образование углекислого газа за счёт химической реакции (С. Поттер, США, 1902), выделение газа из раствора при понижении давления (Ф. Элмор, Великобритания, 1906) — вакуумная флотация, энергичное перемешивание пульпы(механическая флотации), пропускание воздуха сквозь мелкие отверстия (пневматическая флотация). Тонкодисперсные пузырьки для флотации из растворов получают также при электролитического разложении воды с образованием газообразного кислорода и водорода (электрофлотация).

Разнообразные способы образования газовых пузырьков и комбинации этих способов соответствуют различным типам флотационных машин. Соединение камер флотационных машин в определённой последовательности с направлением потоков пенных и камерных продуктов на перефлотацию, доизмельчение, перечистную или контрольную флотации составляет схему флотации, которая позволяет получить концентрат требуемого качества при заданном извлечении полезного компонента. Концентрат может быть получен пенным (прямая флотация) или камерным продуктом (обратная) флотация); в последнем случае флотации подвергается пустая порода.

Для проведения пенной флотации производят измельчение руды до крупности 0, 5-1 мм в случае природно-гидрофобных 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) — аэрофлокул происходит при столкновении минералов с пузырьками воздуха, вводимого в пульпу.

На флотацию влияют ионный состав жидкой фазы пульпы, растворённые в ней газы (особенно кислород), температура и 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 мк 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 CCCP 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.

Во флотационных машинах часто происходит побочный процесс — осаждение гидрофобных частиц на стенках и особенно деревянных деталях, т.н. флотации твёрдой стенкой. Этот эффект был положен в основу метода флотации тонких шлемов (-10 мкм) с помощью носителя — гидрофобных частиц флотационной крупности, селективно взаимодействующих с извлекаемыми шламами; образующиеся агрегаты подвергались обычной пенной флотации.

Для очистки воды, а также извлечения компонентов из разбавленных растворов в 50-х гг. был разработан метод ионной флотации.

Широкое распространение флотации, возникшей первоначально благодаря ряду эмпирических изобретений, оказало значительное влияние на становление физической химии поверхностных явлений, а развитая теория стала основой совершенствования процесса флотации.

Совершенствование процесса флотации идёт по пути синтеза новых видов флотационных реагентов, конструирования флотационных машин, замены воздуха другими газами (кислород, азот), а также внедрения систем управления параметрами жидкой фазы флотационной пульпы. Благодаря флотации вовлекаются в промышленное производство месторождения тонковкрапленных руд и обеспечивается комплексное использование полезных ископаемых.

 

2.3 ДРОБЛЕНИЕ — процесс разрушения кусков руды, угля и другого твёрдого материала с целью получения требуемой крупности (более 5 мм), гранулометрического состава или степени раскрытия минералов.

Дробление основано на действии внешних сил — сжатии, растяжении, изгибе или сдвиге, которые проявляются в максималльной степени в ослабленных сечениях куска, вызванных дефектами его структуры (размером и формой), слоистостью, пористостью и трещиноватостью. Для процессов дробления наиболее важные характеристики — прочность (крепость) и дробимость кусков. Для энергетической оценки дробления выдвинуто и используется в расчётах несколько гипотез: о пропорциональности элементарной работы дробления приращению площади поверхности куска или квадрату его диаметра (П. Риттингер, 1867); о пропорциональности элементарной работы деформации куска изменению его первоначального объёма или куба его диаметра (В. Л. Кирпичёв, 1874; А. Кик, 1885); о пропорциональности элементарной работы, затрачиваемой на дробление куска, изменению его первоначального объёма и приращению площади поверхности куска (П. А. Ребиндер, 1944); о связи напряжения на концах трещин куска и критической длиной трещины (А. Гриффитс, 1920); о пропорциональности элементарной работы дробления среднегеометрического приращению объёма и площади поверхности (Ф. Бонд, 1950).

Предпочтительные области применения гипотез: при крупном дроблении (приращение поверхности мало) работу дробления определяют по гипотезе Кирпичёва; при мелком дроблении (измельчении, истирании) — по гипотезе Риттингера. Закон Бонда достаточно точно применим при среднем дроблении. Теория дробления позволяет количественно описывать процессы дробления в машинах различных типов и их параметры — работу дробления, мощность двигателя, производительность, наибольшие усилия дробления и т.п.

Дробление может быть осуществлено следующими методами: раздавливания наступающего вследствие превышения напряжений деформации предела прочности материала на сжатие; раскалывания— из-за расклинивания (растяжения) и последующего разрыва куска; излома— из-за изгиба; срезывания — из-за сдвига; истирания, проявляющегося в малой степени— из-за сдвига и последующего срезывания; удара— из-за действия напряжений сжатия, растяжения, изгиба и сдвига. Раздавливание применяется, как правило, при крупном и среднем дроблении твёрдых горных пород и углей, раскалывание или удар — преимущественно для хрупких и вязких пород (углей, известняков, асбестовых руд и т.п.). Предел прочности кусков на растяжение в десятки раз меньше, однако по конструктивным соображениям в современной практике дробления основным разрушающим воздействием является раздавливание.

По виду реализации методов дробления его делят на механическое (наиболее распространённое), пневматическое, или взрывное, электрогидравлическое, электроимпульсное, электротермическое, аэродинамическое, по способу воздействия на материал — на статическое и динамическое. Статические способы механического дробления — раздавливание, раскалывание, излом — проводят в щёковых, конусных и валковых дробилках. Динамические способы дробления — удар, истирание (роторные дробилки), раскалывание, раздавливание (стержневые дробилки-дезинтеграторы). По крупности конечного продукта выделяют крупное (100-350 мм), среднее (40-100 мм), мелкое дробление (5-40 мм), по технологическому назначению — подготовительное (для подготовки материала к обогащению или др. видам переработки), окончательное (когда продукты дробления являются товарными, например, при выпуске сортовых углей), избирательное (при котором один из компонентов материала, отличающийся меньшей прочностью, под действием одинаковой внешней силы разрушается интенсивнее другого, более прочного).

Процесс дробления обычно соединяют с предварительным грохочением, когда весь исходный материал сначала поступает на грохот, а в дробилку направляются лишь крупные куски, подрешётный продукт грохота уходит далее, минуя дробилку. Существуют открытый и замкнутый циклы дробления.

При открытом цикле дробления продукт проходит через дробилку только один раз, при замкнутом — продукт из дробилки поступает на грохот, недостаточно раздробленные куски вновь направляются в дробилку на додрабливание, а мелкие — на последующую обработку. При замкнутом цикле дробления улучшается качество продукта (гранулометрический состав однороден), снижается расход энергии и износ частей дробилки. В зависимости от требуемой крупности готового продукта для получения высокой степени дробления применяют последовательно несколько стадий дробления: при дроблении руд цветных металлов, как правило, 2, 3 или 4, руд чёрных металлов и угля 2 или 3 стадии.

Развитие теории дробления связывается с уточнением закономерностей и конструктивной разработкой износоустойчивых машин и аппаратов с минимальными удельными энергозатратами дробления.

2.4 ФИЛЬТРОВАНИЕ в обогащении полезных ископаемых — гидромеханический процесс разделения двухфазных пульп с применением пористой перегородки (фильтра), задерживающей твёрдую и пропускающей жидкую фазу; сопровождается образованием осадка (кека) до перегородки и фильтрата за фильтровальной перегородкой. Промышленный процесс фильтрования отличается от естественной фильтрации, протекающей при движении жидкости (воды, нефти) или газа через пористый грунт в природных условиях. Фильтрование — широко распространённый, хотя и вспомогательный, процесс при обогащении углей, сланцев и руд чёрных и цветных металлов, горно-химического сырья, а также в химических и гидрометаллургических производствах, связанных с выщелачиванием, кристаллизацией, осаждением и т.п.

Процесс фильтрования обусловлен разностью давлений по обе стороны фильтровальной перегородки. Если пространство за фильтровальной перегородкой сообщается с источником постоянного вакуума или пространство над пульпой — с источником постоянного давления, то происходит фильтрование при постоянном давлении. При этом, в связи с увеличением сопротивления слоя осадка возрастающей толщины, скорость отбора фильтрата уменьшается. Если пульпа подаётся поршневым насосом, то происходит фильтрование при постоянной скорости. При этом переменной является разность давлений, обусловливаемая увеличением сопротивления растущего и уплотняющегося слоя осадка. Если пульпа подаётся центробежным насосом с производительностью, зависящей от сопротивления среды, то процесс фильтрования протекает при переменной разности давления и скорости.

Цели фильтрования: разделение пульпы (отделение твёрдых частиц от жидкости); сгущение пульпы (увеличение содержания в пульпе твёрдых частиц путём удаления через фильтровальную перегородку определённой части жидкости); осветление жидкости (уменьшение содержания в пульпе твёрдых частиц, преимущественно тонких взвесей).

На обогатительных предприятиях наиболее распространено разделительное фильтрование, связанное с образованием осадка.

Основные технологические показатели фильтрования пульп: производительность фильтровального оборудования, влажность обезвоженного осадка и чистота получаемого фильтрата. Удельная производительность фильтровального оборудования зависит главным образом от удельного сопротивления частиц твёрдой фазы пульпы (рис.), а также от технологических, гидродинамических и физико-химических условий.

Фильтрование проводят в фильтрах. Если фильтрование происходит под воздействием разности давления по обе стороны фильтровальной перегородки, создаваемой вакуум-насосом, то используются вакуум-фильтры; если под действием механического усилия или разности давления, создаваемой воздушным компрессором, применяются фильтр-прессы; если под воздействием центробежного поля, создаваемого при вращении ротора аппарата, — фильтрующие центрифуги.

Промышленное фильтрование — малопроизводительный и дорогостоящий процесс; затраты на фильтрование пульп составляют до 20% всех затрат на обогащение.

Процессы фильтрования могут быть интенсифицированы технологически (предварительное сгущение пульпы, совмещение процессов сгущения и фильтрования, присадка крупнозернистых материалов, оптимизация режимов фильтрования); конструктивно (совершенствование отдельных узлов фильтровального оборудования, применение фильтровальных перегородок из синтетических материалов); физико-химически (использование высокомолекулярных флокулянтов или маломолекулярных реагентов-интенсификаторов); гидродинамически (выбор оптимальных режимов изменения давления). Наиболее эффективный метод совершенствования процессов промышленного фильтрования — сочетание физико-химических и гидравлических средств интенсификации.

 

2.5 КЛАССИФИКАЦИЯ — процесс разделения (сепарации) измельчённых материалов в жидкой или воздушной среде на основе различия в скоростях падения (оседания) частиц разного размера, формы и плотности. Цель — получение продуктов различного гранулометрического состава и плотности.

Классификацию применяют в горной промышленности, преимущественно при обогащении руд чёрных и цветных металлов, углей и т.п. для обеспечения оптимальной крупности продуктов при последующей обработке, в том числе перед гравитационным обогащением и флотацией, а также для аналитических целей. Крупность разделяемых частиц обычно от 1 мм до 40 мкм. Материал крупнее 3 мм (при обогащении угля крупностью до 13 мм) подвергается классификации редко.

По технологическому назначению классификацию разделяют: на самостоятельную, или окончательную, — для отделения крупнозернистого материала от илистых и глинистых частиц, получения готовых продуктов, сортность которых определяется крупностью; подготовительную — для разделения тонкозернистых материалов на отдельные классы крупности перед их обогащением гравитационными или флотационными процессами. При измельчении выделяют классификацию: предварительную — отделение крупных частиц для последующего их измельчения; контрольную, или поверочную, — выделение крупных частиц (песков) из измельчённого материала для последующего их доизмельчения в замкнутом цикле; совмещённую — предварительную и контрольную (поверочную), когда обе операции объединены в одну при измельчении в замкнутом цикле.

В зависимости от среды, в которой происходит разделение частиц, различают мокрую (гидравлическую) и сухую (пневматическую) классификацию. Преимущество первой — возможность классификации обводнённых материалов и суспензий, а также лучшее разделение слипшихся частиц при добавках пептизаторов. Классификация в воздушной среде применяется для сухих материалов.

По принципу разделения выделяют классификацию гравитационную (с разделением частиц в поле силы тяжести) и центробежную (с разделением в поле центробежных сил).

Теория классификации основана на изучении и количественном описании перемещения частиц в жидкой или воздушной среде (см. Гравитационное обогащение), в частности для мелких частиц, на основе закона Стокса (для сферических частиц), по которому скорость движения (падения) частиц (до 100 мкм в воде и до 50 мкм в воздухе) прямо пропорциональна квадрату поперечника и разностей плотностей частицы и среды и обратно пропорциональна вязкости среды. Различие в скоростях падения частиц определяет процесс разделения. Отношение размеров частиц, имеющих одинаковую скорость падения (гидравлическая крупность), называется коэффициентом равнопадаемости. Эффективность классификации зависит от распределения жидкой фазы по продуктам классификации, неравномерности скоростей потока и его турбулентности по сечению классификатора, формы и плотности частиц, а также конструктивных параметров классификаторов. Трудность классификации возрастает с уменьшением размера частиц. Очень тонкие (менее 10 мкм) частицы сильнее слипаются друг с другом — коагулируют или флокулируют.

Для чёткого разделения тонких частиц необходимо их разобщить, пептизировать добавлением реагентов, предотвращающих слипание тонких частиц друг с другом.

2.6 СГУЩЕНИЕ — процесс повышения концентрации вещества в пространстве, например, твёрдого компонента в пульпе вследствие осаждения твёрдых частиц в гравитационном, центробежном или комбинированном поле с одновременным удалением (сливом) слоя очищенной воды.

В горном деле сгущение — процесс выделения части жидкой фазы из пульпы (суспензии) под действием сил тяжести, центробежных сил, магнитного поля с целью получения сгущенного продукта (осадка) и как можно более чистой жидкой фазы.

На обогатительных фабриках сгущение — операция подготовки шламов с целью придания им необходимой густоты перед дальнейшей обработкой (обогащением, обезвоживанием), а также получения оборотной воды. Обогащение используют для обезвоживания продуктов при обогащении полезных ископаемых, в гидро-металлургическом, химическом и других производствах.

Для реализации сгущения используют отстойники-гидроклассификаторы, радиальные и цилиндрические сгустители, гидроциклоны, пластинчатые сгустители.

В результате сгущения получают очищенную воду и сгущенный продукт. Образование агрегатов часто осуществляется на основе использования коагулянтов и флокулянтов.

Коагулянты (хлорид кальция и др.) нейтрализуют электрические заряды тонких частиц, флокулянты адсорбируются на частичках и способствуют образованию механических связей между ними и, как следствие, — агрегатов (флокулянтов).

Использование флокулянтов более эффективно, поскольку оно интенсифицирует процесс осаждения в 4-6 раз. В чёрной и цветной металлургии, а также в угольной промышленности крупность сгущаемого материала 0, 05-5 мм. Содержание твёрдого компонента в сливе в цветной металлургии составляет 0, 07 г/л, при сгущении апатитовых концентратов 2, 7-5 г/л, железных концентратов 0, 01-0, 7 г/л.

 


 






© 2023 :: MyLektsii.ru :: Мои Лекции
Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
Копирование текстов разрешено только с указанием индексируемой ссылки на источник.