Козин В.З. Исследование руд на обогатимость

Подождите немного. Документ загружается.

110

В работе [36] изложен другой, прикладной вариант определения пре-

дельных показателей.

Высказана идея оценки предела обогатимости для действующей фабри-

ки по возможному повышению качества концентратов и доизвлечения полез-

ных компонентов из хвостов на основе рассмотрения доли раскрытых минера-

лов и сростков.

Изучение предела обогатимости осуществлялось на основе технологи-

ческих показателей и результатов

химического и минералогического анализов

как действующей фабрики, так и по результатам замкнутых опытов в лаборато-

рии.

В концентратах минералогическим анализом с помощью оптического

анализатора микроизображений установлены количества минералов, в том чис-

ле в сростках. Установлены загрязняющие концентрат минералы, в том числе

найдено количество свободных зерен загрязняющих минералов. Расчетом оп-

ределено,

что выделение из концентрата всех загрязняющих минералов снизит

выход никелевого концентрата с 15 до 8,85 %. Извлечение никеля при этом

снизится с 78,08 до 76,67 % за счет изоморфных примесей никеля в загрязняю-

щем концентрат пирротине.

Изучение вещественного состава отвальных хвостов показало, что в них

имеются свободные зерна пентландита (2,18 % потерь никеля) и сростки

(6,25 % потерь никеля). Прогнозируя

извлечение на 50-90 % свободных зерен и

30-70 % зерен из доизмельченных сростков, обосновано возможное повышение

извлечения никеля на 2,52-5,2 %, что компенсирует потери, связанные с повы-

шением качества концентрата.

Рассчитано идеальное качество концентрата.

Предельные возможности обогащения чаще рассматривают на примере

изучения хвостов [37].

Рассмотрены хвосты магнитной сепарации Михайловского ГОКа. Ока-

зывается, в хвостах, прошедших магнитное обогащение,

имеется 27,4 % рас-

крытых зерен гематита. Гематит столь же ценный минерал, как и магнетит, но

он слабомагнитен (массовая доля железа в гематите 69,9 %, а в магнетите

– 72,3 %). Размер свободных зерен гематита изменяется от -100 мкм, составляя

в среднем 36 мкм.

Основной нерудный минерал – кварц. Плотность гематита 5300 кг/м

плотность кварца 2600 кг/м

. Естественно, рационально использовать для раз-

деления гравитационные процессы. В такой крупности эффективно использо-

вание центробежных сепараторов. Был выбран сепаратор Falcon, на котором

был получен гематитовый концентрат с массовой долей железа 60,19 %. Извле-

чение осуществлено по схеме с основной и перечистной сепарациями. В этом

концентрате 19,5 % зерен являются сростками.

Доизмельчение полученного концентрата в течение 10

минут позволило

получить гематитовый концентрат с массовой долей железа 61,12 %, а доиз-

мельчение в течение 30 мин – 63,78 %. Крупность частиц гематита в концен-

трате 10-50 мкм, раскрытых зерен гематита – 98,2 %.

111

9.4. Расчетные фракционные характеристики

Для материала, содержащего сростки, можно построить фракционные

характеристики, пользуясь формулами значений разделительных признаков для

сростков (двухкомпонентных):

плотность

()

срммсрп

ммп

ср

αβραρ

βρρ

−−

;

удельная магнитная восприимчивость

(

)

пмммср

α1α

−

;

диэлектрическая проницаемость

(

)

пмммср

εα1εαε −+= ;

растворимость

ср

мср

РР = ;

S – площадь поверхности минерала, доступной растворителю в сростке

и чистом зерне.

Принимая для богатых сростков

ср

α =0,85

α ; для рядовых

ср

α =0,5

для бедных

ср

α =0,15

α , можно по указанным и аналогичным им формулам най-

ти на оси абсцисс значение разделительного признака для сростков. Ориенти-

ровочные данные об их количестве позволят построить γ- и α-функции для

классов крупности руды, содержащих сростки.

9.5. Экспериментальное фракционирование

Экспериментальный способ получения фракционных характеристик

связан с использованием сепараторов, разделяющих минералы по

соответст-

вующему признаку.

Наилучшим решением при этом является использование идеальных се-

параторов с регулируемой границей разделения

гр

. При этом устанавливаются

границы выделения фракций, затем эти фракции выделяются, взвешиваются и

анализируются. В результате получаем

=γ и

α для каждой фракции, после чего строят γ и α-функции.

Здесь

- сухая масса i-й фракции; М - сухая масса пробы;

α - массо-

вая доля компонента в i-й фракции.

При получении фракционных характеристик в большинстве случаев ус-

тановить граничные значения разделительных признаков даже при наличии

идеальных сепараторов непосредственно нельзя. Так, вместо удельной магнит-

ной восприимчивости можно лишь назначить величину тока электромагнитно-

го сепаратора или расстояние магнита от дна чехла для ручного

магнита в чех-

ле, при которых извлекается желаемая фракция.

Получаемые с помощью таких сепараторов фракционные характеристи-

ки можно перестроить, пересчитав на оси абсцисс границы фракций по связи

устанавливаемой величины с величиной разделительного признака, но обычно

в этом нет необходимости.

112

Для различных разделительных признаков фракционирование произво-

дится по-разному, в зависимости от возможностей установления (назначения)

значений (границ) разделительного признака или связанной с ним величины.

Возможны три ситуации:

• Значение разделительного признака устанавливается непосредствен-

но. Такими разделительными признаками являются массовая доля

компонента, крупность, плотность, диэлектрическая проницаемость

и растворимость.

• Значение разделительного признака не

устанавливается непосредст-

венно, но может быть найдено по функциональной связи с устанав-

ливаемой при фракционировании величиной. Такими разделитель-

ными признаками являются удельная магнитная восприимчивость

(может быть вычислена по напряженности магнитного поля или ве-

личине тока электромагнита) и удельное сопротивление (может быть

вычислено по скорости разряда частиц), а также заряд частиц

(может

быть найден по траекториям движения частиц при трибосепарации) и

некоторые случаи информационного разделения.

• Значение разделительного признака не устанавливается непосредст-

венно и не имеет функциональной связи с устанавливаемыми при

фракционировании условиями (флотация и некоторые случаи ин-

формационного разделения).

9.6. Формы представления фракционных характеристик

Фракционные характеристики как способ описания свойств

обогащен-

ной руды всегда использовались для выбора схем и предсказания результатов

обогащения. Так как фракционные характеристики по плотности фракций пол-

но характеризовали свойства углей, то для обогащения угля они были развиты в

наибольшей мере.

Недостатком представленных характеристик γ(ρ) и α(ρ) является их дис-

кретность, что затрудняет выбор граничной плотности

, не совпадающей с гра-

ничной плотностью фракций. Решением является изображение γ(ρ) не в виде

гистограммы, а в виде суммарной (кумулятивной) характеристики - аналогич-

ной характеристике гранулометрического состава. Это позволило превратить

ступенчатую гистограмму в непрерывную кривую (рис.9.7). По этой кривой

можно определить выход всплывших и потонувших фракций при любой произ-

вольной

плотности.

Вторым недостатком явилось то, что фракционных характеристик две.

Для определения качества всплывшей фракции следует обратиться к зависимо-

сти α(ρ) и формулам расчета качества фракций.

113

Более рациональное представ-

ление фракционных характеристик

предложено Цыпиным Е. Ф.[38] вслед

за Тихоновым О. Н. [39].

Вполне логично было бы рас-

считать заранее качество продукта и

изобразить на этом рисунке не только

γ(ρ) и α(ρ), но и β(ρ) и υ(ρ) как для

всплывших, так и для потонувших

фракций

(рис.9.8).

100

2000 4000 6000

γ,%

кг/м ρ,

(суммарный выход

всплывших фракций)

3000 5000

(качество потонувших

фракций)

(качество элементарных

фракций)

(качество всплывших

фракций)

Среднее значение

массовой доли в руде

Рис. 9.8 Суммарные фракционные характеристики по выходу γ и качеству всплывших υ и

потонувших β фракций

Однако, в свое время Анри и Рейн-

гардт изобразили эти кривые по-другому

(рис.9.9). Это изображение и носит их имя.

Фракционные характеристики они изобрази-

ли в осях γ и β. Так как значения α, β и υ для

одних и тех же выходов фракций различны,

пришлось построить три кривые, да

и ось γ

была взята не от 0 к 100, а от 100 к 0. В итоге

появились известные кривые, а чтобы не по-

терять разделительный признак – плотность,

пришлось ввести еще одну ось δ и изобразить

дополнительную кривую для определения

плотности.

Вопросам построения и анализа фракционных характеристик в таком

виде посвящена большая литература, но

нам они кажутся неудобными.

Гораздо яснее использовать либо исходные фракционные характеристи-

ки γ(ξ) и α(ξ), либо кумулятивную γ(ρ) с кривыми β(ρ) и υ(ρ), как на рис. 9.8.

Рис. 9.7 Фракционная характеристика

частная и с

мма

ная

100

γ,%

Рис. 9.9 Типичный вид кривых

Анри-Рейнгардта

100

2000 4000 6000

γ,%

кг/м ρ,

Суммарная

характеристика

Частный

выход

114

5101520

d, мм

100 150 200

d, мкм

В некоторых случаях удобно характеризовать фракции одной величиной

– извлечением, например при выщелачивании для фракций разной крупности,

рис.9.10. а и при флотации частиц разной крупности, рис.9.10. б. В этом случае

речь о качестве концентрата не идет. Такие зависимости дополительно показы-

вают возможности разделительных признаков, в частности растворимости и

флотируемости от

крупности.

9.7. Фракционирование по крупности

Наиболее известная фракционная характеристика любого продукта –

гранулометрический состав. На рис. 9.11

представлена частная и кумулятивная

фракционная характеристика.

Эта характеристика должна быть

дополнена α–функцией, но так как

фракционную характеристику по круп-

ности используют в основном для рас-

четов процессов дробления, измельче-

ния и классификации, в которых

само-

целью является выделение именно вы-

ходов различных фракций крупности, то

α–функцию не учитывают.

Однако получение полной фракционной характеристики, т. е. не только

γ(d); но и α(d) позволяет по-другому взглянуть на руду и принять новые техно-

логические решения.

Так, известно (считается), что окисленные никелевые руды необогати-

мы. Поэтому добытая руда с массовой долей никеля >1,3 % поступает в плавку,

а руда с массовой долей никеля менее 1,3 % считается некондиционной.

На рис. 9.12 представлена фракционная характеристика никелевой руды

по крупности. Средняя массовая доля никеля в руде 1, 21 %, т. е. в целом руда

некондиционная.

Установлено, что использование такого разделительного признака, как

крупность, позволяет выделить

часть руды с массовой долей никеля более

1,3 % [40].

Рис. 9.10 Специфические фракци-

онные характеристики (раздели-

тельный признак непосредственно

не п

едставлен

)

2468

100

d, мм

, %

R-

Рис. 9.11 Фракционная характеристика по

крупности.

r – частный выход,

– суммарный выход по «минусу»

115

На рис.9.12 хорошо видно, как

удобно использовать совмещенные

суммарные фракционные характери-

стики. Так, из рис. 9.12. следует, что

при желании получить обогащенную

руду (концентрат) с массовой долей

никеля 1,5 % нужно разделить руду

по крупности 2 мм. При этом полу-

чим выход концентрата 58,6 %, и хво-

сты с массовой долей 0,80 %.

Использование селективного

разрушения крупных классов руды

роторной дробилке позволило выде-

лить в класс -2+0 мм 81,4 – 92,1 % никеля с массовой долей 1,58 %. Массовая

доля никеля в отвальных хвостах составила 0,5 – 0,9 %.

В итоге предложена схема обогащения с использованием разделитель-

ного признака – крупность, позволившая эффективно использовать некондици-

онную руду (рис. 9.13) [40].

Руда (-100 мм)

Грохочение S=2 мм

- 100 + 2 мм - 2 мм

Селективное

дробление

Грохочение S=1 мм или 2 мм

Обогащенная

руда

Хвосты

Рис. 9.13 Схема обогащения никелевой руды. Разделительный признак - крупность

Аналогичная ситуация складывается при обогащении асбестовой руды

[41]. На рис. 9.14, а представлены гранулометрические характеристики асбе-

стовой руды и извлечение асбеста (по плюсу) после II стадии дробления и из-

влечения асбеста в классы крупности после III стадии дробления (рис. 9.14. б).

Из рисунка следует, что руда крупностью более 40 мм практически не содержит

асбеста.

Рис. 9.12 Фракционная характеристика

никелевой руды

110100d

гр

100

R-

Заданное качество

концентрата

d, мм

116

0255075100

100

d, мм

,ε

0 10203040

100

d, мм

Рис. 9.14 Зависимость суммарного извлечения асбеста от крупности после второй (а) и

третьей (

б) стадии дробления

В итоге на асбестообогатительных фабриках используют фрагменты

схемы обогащения асбестовой руды, при этом крупность принимают как разде-

лительный признак (рис. 9.15).

Дробление КМД-1750

Грохочение S=20-30 мм

Щебень Обогащенная

руда

Дробление ВМД

Грохочение S=10-12 мм

Дробление ВМД

Грохочение S=8-10 мм

- +

Щебень

Обогащенная руда

Рис. 9.15 Фрагменты схемы обогащения асбестовой руды с использованием крупности

как разделительного признака

Обогащение (фракционирование) по крупности используется также при

обогащении золота, алмазов для отсева крупных классов, не содержащих само-

родков или крупных алмазов, при обогащении каолина, а также для удаления

необогатимых классов асбеста (-0,5 мм), алмазов (-2 мм) и др.

9.8. Фракционирование по информативным сигналам

Это, прежде всего фракционирование по массовой доле, определяемой

анализом

фракций или отдельных кусков руды.

гр

α∆

∆

max

min

max

Рис. 9.16 γ и α-функции для информативного сигнала

117

Такое фракционирование эквивалентно использованию идеального се-

паратора (рис. 9.16). Для получения γ

=f(α

) необходимо выполнить анализ на

массовую долю серии кусков в соответствующем технологическом классе.

Идеальное фракционирование при сортировке (использовании информа-

тивного сигнала о массовой доле определяемого компонента) состоит в непо-

средственном определении массы и массовой доли определяемого компонента

каждого куска в выбранном классе крупности.

Так, для класса – 50+20 мм хромитовой руды были получены

массы и

массовые доли Cr

в 200 кусках. Полученная фракционная характеристика

представлена на рис. 9.17. α-функцию строить нет необходимости. Средняя

массовая доля в Cr

в руде 16,6 %.

По этой фракционной характеристике при наличии идеального сепара-

тора с граничным значением разделительного признака – массовая доля Cr

10 % - можно выделить хвосты с выходом:

% 411724γγ

=+==

∑

и с массовой долей Cr

()

% 57,45,7175,224

βγ

=⋅+⋅=⋅=

∑

Будет получен и обогащенный продукт с выходом

% 5941100γ

−

и с массовой долей Cr

()

% 96,245,4215,3745,3275,27165,22195,1775,125

β =⋅+⋅+⋅+⋅+⋅+⋅+⋅= .

5 1015202530354045

,%γ

,%α

OCr

Рис. 9.17 Фракционная характеристика по массовой доле хромитовой руды

крупностью -50+20 мм

118

5 1015202530354045

,%γ

,%α

OCr

Рис. 9.18 Фракционная характеристика обогащенного продукта

5 1015202530354045

,%γ

,%α

OCr

Рис. 9.19 Фракционная характеристика хвостов

Реальное разделение этой руды на хвосты и обогащенный продукт вы-

полнено на рентгенорадиометрическом сепараторе фирмы РАДОС. Получен-

ные фракционные характеристики этих двух продуктов представлены на

рис. 9.18 и 9.19. Реальное разделение не идеально. Видим, что фракции -10+5 %

и -15+10 % оказались и в хвостах, и в обогащенном продукте. Массовая доля

в хвостах получена 5,3 %, а в обогащенном продукте 25, 2 %.

Реальное фракционирование можно выполнить с разделением продук-

тов на несколько классов. На рис. 9.20 представлены схема и результаты фрак-

ционирования золотосодержащей руды. Так как массовая доля золота в кусках

ниже порога чувствительности сепаратора, разделение выполнено по массовой

доле железа, которая имеет достаточно высокую отрицательную

корреляцию с

массовой долей золота [43].

Порог чувствительности для сортировки по рентгеновской флюорес-

ценции 0,04 – 0,1 %, продолжительность анализа кусков в режиме свободного

падения составляет 0,02 – 0,2 с.

119

Золотосодержащая руда

Класс -50+20 мм

РРС

РРС J

12,3 16,8

4,1 31,0

3,2 34,5

0,5311,51,6 6,2

расс

J =

4321

JJJJ <<

(рассеянное

излучение)

тг /

Рис. 9.20 Схема фракционирования с помощью рентгенорадиометрического сепаратора.

РРС – рентгенорадиометрическая сепарация.

J – значение разделительного признака

0,1

0,2 0,3

0,4 0,5

расс

J =

% ,γ

г/т α,

Так как многие ценные компоненты, в частности золото, имеют мень-

шую чем порог чувствительности, массовую долю, фракционирование прово-

дят с помощью элемента, массовая доля которого коррелирована с массовой

долей золота.

На рис. 9.21 дана полученная фракционная характеристика и α-функция

по информативному разделительному признаку J=N

расс

, равному отноше-

нию числа импульсов от атомов железа к числу импульсов рассеянного рентге-

новского излучения.

Аналогичные выводы получены при фракционировании по массовой

доле флюоритовой руды (рис.9.22) [47].

Рис. 9.21 Фракционные характеристики

при фракционировании золотой руды по

железу по схеме 9.20. Класс -50+20 мм