Козин В.З. Исследование руд на обогатимость

Подождите немного. Документ загружается.

140

10.2. Гравитационные аппараты

Разделение по плотности изучено наиболее полно. Значения раздели-

тельного признака и регулирующего воздействия в этом случае совпадают. По-

этому для всех гравитационных процессов известны значения Е

(табл. 10.1).

Таблица 10.1

Значения Е

и ∆ρ для гравитационных аппаратов [4]

Процесс, аппарат

,кг/м

не менее

∆ρ

min

=6 Е

кг/м

Разделение в истинных тяжелых жидкостях 20-50 120-300

Магнитогравиметрическое обогащение (МГС се-

параторы) на материале крупностью 1-2 мм

8 48

Разделение в тяжелых суспензиях d=50 мм

d=15 мм

d=6-8 мм

20-30

100-150

120-180

600-900

Отсадочные машины d=+10 мм

d=-10 мм

80-120

100-150

480-720

600-900

Тяжелосредные гидроциклоны 60-80 360-480

Центробежные сепараторы 15-20 90-120

Пользуясь этой таблицей, можно оценить возможности гравитационно-

го обогащения во всех циклах общей схемы.

Сепарационные характеристики для

гравитационных процессов известны как кри-

вые разделения Тромпа (рис. 10.3).

Так как Тромп изображал кривые для

угля, для которого концентратом является бо-

лее легкий продукт, то кривая разделения для

концентрата имеет вид, противоположный то-

му, какой мы придаем кривым разделения для

руд.

Для распространенных гравитационных

аппаратов ∆ρ задана в виде формул [3].

Для концентрационных столов, обогащающих материал крупностью

-0,5+0,1 мм, ∆ρ находится из условия

5,2

ρρ

жл

жт

−

здесь ρ

, ρ

– плотности тяжелого минерала, легкого минерала и жидкости.

Отсюда

(

)

жлжт

ρρ2,5ρρ

−

;

(

)

жллт

ρρ1,5ρρ

−

;

(

)

min

кг/м 3000100030001,5Δρ =−> .

0,5

(легкий

продукт)

(тяжелый

продукт)

гр

1300 1500 1700 1900 2100 2300 2500

Рис. 10.3 Кривые разделения

Тромпа (сепарационная

характеристика)

141

Для шлюзов

5,3

ρρ

жл

жт

−

Следовательно, если порода представлена минералами плотностью до

3000 кг/м

, то на концентрационном столе можно выделять концентраты мине-

ралов плотностью более 6000 кг/м

, а на шлюзах – более 8000 кг/м

, что соот-

ветствует практике их применения. Так, на концентрационных столах выделя-

ют концентраты касситерита, имеющего плотность 6300 – 7200 кг/м

, тантало-

колумбита плотностью 5200 – 8200 кг/м

; а на шлюзах золото и платину, имею-

щие плотность 15600 – 18300 и14000 – 19000 кг/м

Экспериментальное получение сепарационной характеристики тяжело-

средного гидроциклона диаметром 420 мм по плотности выполнено для обога-

щения алмазов [52]. В исходную пульпу

промышленного состава вводятся трассеры

крупностью 4 мм различной плотности в

количестве 3000 штук. Трассеры различных

плотностей окрашены в разные цвета. По-

сле перемешивания суспензия подается в

тяжелосредный гидроциклон. После выбор-

ки из тяжелого

продукта трассеры отмыва-

ются и сортируются по плотности (цвету).

В итоге получена сепарационная характе-

ристика, представленная на рис. 10.4.

Так как речь идет об извлечении алмазов,

то ясно, что полученное значение ∆ρ=300 кг/м

позволяет устанавливать плот-

ность разделения 3200 кг/м

с гарантией полного извлечения алмазов, плот-

ность которых 3500 кг/м

10.3. Магнитные аппараты

Сепарационные характеристики или, соответственно, Е

для магнитных

сепараторов в литературе встречаются редко.

Экспериментально для барабанного сепаратора со слабым полем полу-

чено:

=(40÷190)·10

-8

/кг.

Величина Е

зависит от положения шибера.

Следовательно, с помощью барабанного сепаратора со слабым полем

можно разделить минералы, различающиеся по удельной магнитной восприим-

чивости на ∆χ

min

=(240÷1140)·10

-8

/кг.

Электромагнитные сепараторы позволяют отделить хромит (χ=

=35·10

-8

/кг) от гематита (χ=(88÷220)·10

-8

/кг); вольфрамит (χ=45·10

-8

/кг)

от колумбита (χ=11·10

-8

/кг), т. е. в этих условиях ∆χ

min

=35·10

-8

/кг.

При высокой напряженности магнитного поля можно отделить пиро-

хлор (χ=2·10

-8

/кг) от пирита (χ=1,2·10

-8

/кг) и халькопирит

% ε,

100

Упрощенный вариант

ее представления

кг/м ρ,

2500

3000

3500

Экспериментальная

сепарационная

характеристика

Рис. 10.4. Сепарационная характери-

стика тяжелосредного гидроциклона

ø 420 мм

142

(χ=10÷20·10

-8

/кг) от пирита. Следовательно, в этих условиях

∆χ

min

=(1÷2)·10

-8

/кг.

Сепараторы с сильным магнитным полем разработаны только для срав-

нительно мелких продуктов крупностью до 2-3 мм при сухом обогащении и до

5 мм при мокром, а высокоградиентные (полиградиентные) для крупности не

более 0,5 – 0,8 мм.

Магнитные сепараторы со слабым магнитным полем требуют допусти-

мого различия ∆χ очень большого и поэтому пригодны лишь для

отделения

ферромагнитных материалов от остальных. Они работают на продуктах круп-

ностью до 50-100 мм при сухом обогащении и до 6 мм при мокром.

В промышленных условиях магнитными методами отделяют породу от

марганцевых минералов; барит от сидерита; породу от бурого железняка; цир-

кон от ставролита и турмалина и т. п.

Следовательно, для магнитных

сепараторов наблюдается снижение

∆χ

min

с уменьшением удельной магнитной восприимчивости разделяемых ми-

нералов (рис. 10.5). Это связано с возможностью изменения напряженности

магнитного поля в очень широком диапазоне.

/кгм101

min

−

⋅=∆

10 20

30 40

Полиградиентные

сепараторы

ЭБС и

ЭБМ

/кгм1010

min

−

⋅=∆

600 700

800 900

1000

/кгм,10

38−

⋅

/кгм10200

min

−

⋅=∆

ПБС и

ПБМ

Рис.10.5 Упрощенные сепарационные характеристики магнитных сепараторов

Соотношение удельных магнитных восприимчивостей для разделяемых

минералов при магнитной сепарации должно превышать 1,5.

10.4. Сортирующие аппараты

Для оценки эффективности разделения предложено найти оценку пока-

зателя контрастности при фракционировании пробы реальным (конкретным)

сепаратором по формуле [53]

П γ

αα

∑

−

= ,

а затем взять отношение этого показателя к величине М, найденной для идеаль-

ного сепаратора по формуле, аналогичной П:

Э=П/М.

143

По величине Э можно судить, насколько хороша сепарационная харак-

теристика сепаратора, для которого получена величина П, для руды, характери-

зующейся величиной М. Если Э→1, то сепарационная характеристика хороша,

чем меньше Э, тем хуже подходит для разделения сепаратор.

Недостатком такой оценки является сугубо конкретный вывод о приме-

нимости сепаратора.

Целесообразно оценивать

сепарационную характеристику любого сор-

тирующего устройства по известным величинам погрешности определения

массовой доли в кусках и порциях.

Для каждого из методов измерения применимы понятия:

- чувствительность, т. е. то значение массовой доли, начиная с которого

метод (сепаратор) позволяет отличить рудный кусок от нерудного;

- погрешность измерения массовой доли, характеризующая способность

различать рудные

куски разного качества.

min

α∆

гр

min

α∆

0,5

Рис. 10.6 Сепарационные характеристики сортирующих устройств

Следовательно, сепарационная характеристика сортирующего устройст-

ва будет разной при его использовании в разных диапазонах α.

Если сепарационная характеристика расположена за границей чувстви-

тельности, то она имеет обычный вид 1 (рис. 10.6), причем

100

α2

гр

αmin

S ==∆

1002

гр

⋅

Здесь Р – относительная погрешность определения граничного значения

гр

массовой доли.

Если α

гр

сепарационной характеристики совпадает с чувствительностью

, т. е. предполагается сортировка рудных кусков от породы, то сепарационная

характеристика принимает вид 2 (см рис. 10.6).

144

10.5. Электрические сепараторы

Различие в проводимости диэлектриков и проводников позволяет пола-

гать, что для коронно-электростатических сепараторов Е

может достигать

= См/м

10 .

Практический опыт разделения проводящих минералов, например, тет-

раэдрита (

)См/м1010

−=

и халькопирита ( )См/м1010

−=

, дает значение

= .10 См/м

По имеющимся сведениям, эта цифра при определенных решениях и

конструкциях сепараторов может быть меньше.

10.6. Флотационные машины и схемы флотации

Флотомашина имеет плохую (не крутую) сепарационную характеристи-

ку. Ее форма описывается формулой

−

−= 1ε

и при фиксированном времени флотации в концентрат извлекаются все фрак-

ции, но по-разному, т. е. для хорошего разделения во флотомашине нужно:

1. Добиться для не нужных в концентрате компонентов k=0. Известно,

что для хорошей флотации необходимо, чтобы угол смачивания был более 70°,

поэтому многие минералы уже имеют k

→0. Если этого недостаточно, исполь-

зуют подавители, из них известны: жидкое стекло, цинковый купорос, известь.

2. Добиться для нужного компонента k>k

доп.

, что и делают выбором акти-

ваторов и собирателей для обогащения материала.

В итоге стремятся получить хорошую фракционную флотационную ха-

рактеристику.

Однако получить хорошую фракционную характеристику по флотируе-

мости трудно, поэтому, решая эту задачу, одновременно преобразуют и сепара-

ционную характеристику схемными решениями, объединяя ряд аппаратов в

схему. Схема, состоящая из нескольких

аппаратов, имеет лучшую сепарацион-

ную характеристику, чем отдельный разделительный аппарат.

Принципиальные изменения связаны как с установкой аппаратов в кон-

трольные операции, так и в перечистные.

Влияние контрольных операций.

Если две операции – основная и контрольная – дают суммарный кон-

центрат (аппараты установлены последовательно), то извлечение

(

)

к00cумм

εε1εε

−

Здесь (и в дальнейшем) извлечение в основную ε

, контрольную ε

суммарное ε

сумм

являются функциями скорости флотации k.

Суммарная сепарационная характеристика станет более крутой

(рис. 10.7).

145

0,5

(

)

к00

εε1ε

−

(

)

к0

εε1

−

Рис. 10.7 Сепарационная характеристика сочетания «основная - контрольная» флотации

При введении перечистной операции для суммарного концентрата из-

влечение во фракции

(

)

[

]

пK00сх

εεε1εε

−

и сепарационная характеристика примет более крутой вид (рис. 10.8).

0,5

(

)

к00

εε1ε

−

(

)

[

]

пк00

εεε1ε

−

гр

Рис.10.8 Сепарационная характеристика сочетания «основная – контрольная и перечистная»

флотации

Реальная схема, содержащая основную, контрольную и перечистные

операции с циркуляциями может быть описана такой формулой [54]:

()()

0nK0

εε1εε11

εε

−−−−

Приняв упрощенные сепарационные характеристики ε

= ε

, получим

значительно улучшенную сепарационную характеристику схемы (рис. 10.9).

0,5

пк0

εεε

гр

Рис. 10.9 Изменение сепарационной характеристики с помощью схемы

Оптимизация схемы флотации обычно осуществляется эволюционным

путем (подбором). Расчетные методы до сих пор не созданы.

146

10.7. Аппараты для выщелачивания

Сепарационные характеристики аппаратов для выщелачивания близки к

флотационным:

ε =1 – e

-kt

поэтому все изложенное применительно к флотации справедливо для выщела-

чивания. Основным отличием выщелачивания от флотации является более

точный и определенный выбор величин k для различных фракций и обеспече-

ние тем самым при достаточно большом времени выщелачивания высокого из-

влечения при допустимом качестве продуктов выщелачивания без использова-

ния схемных решений. Так

, в частности, происходит при кучном выщелачива-

нии, хотя и там специальными режимами последовательного выщелачивания

кучи и их промывки реализуют по существу технологические схемы.

Так что и при выщелачивании следует добиваться хороших фракцион-

ных характеристик.

10.8. Грохоты и гидроциклоны

Грохоты как аппараты для обогащения обладают сепарационной харак-

теристикой, непосредственно связанной с

вероятностью прохождения зерен че-

рез сито. Известно, что эта вероятность стремится к нулю при приближении

размера зерна к размеру ячейки сита. Поэтому сепарационная характеристика

грохота будет такой, как на рис. 10.10.

По минусовому

классу

гр

По плюсовому

классу

0,5

Рис.10.10 Сепарационная характеристика грохота и выбор граничной крупности разделения

Кривые разделения для минусового и плюсового классов будут пересе-

каться при d

гр

. Это известный факт, что граничная крупность разделения

всегда меньше размера ячейки квадратного сита.

Фирма «Metso Minerals» рекомендует конкретные цифры увеличения

размера d

.по сравнению с выбранной величиной d

гр

Известный показатель – эффективность грохочения – связан с сепара-

ционной характеристикой, так как он также характеризует долю минусового

класса, остающегося в надрешетном продукте.

147

Характерные сепарационные характеристики получены для гидроци-

клона, причем для двух условий [55].

0,5

гр2

гр1

На рис. 10.11 представлена сепарационная характеристика гидроцикло-

на без системы автоматического поддерживания давления 1 и с системой 2. Зо-

ны со штриховкой показывают засорение мелкими и крупными зернами соот-

ветственно песков и слива.

Видно, что изменение условий (стабилизация давления) может приво-

дить не только к повышению эффективности разделения, но и к изменению

гра-

ничной крупности разделения в меньшую сторону.

Рис. 10.11 Распределение по классам

крупности и зоны засорения продуктов

разделения

148

Глава 11.

РАСКРЫТИЕ МИНЕРАЛЬНЫХ ФАЗ

11.1. Идеальная диаграмма раскрытия

Обогащение полезных ископаемых – это механическое разделение

минеральных частиц друг от друга с целью получения фракций,

представленных преимущественно каким-либо одним минералом

(концентратов). Такое разделение возможно лишь в случае, если минеральные

зерна свободны. Руда, подготовленная к обогащению, должна быть

представлена свободными минеральными

зернами, т. е. раскрыта. Мера этой

свободы – доля раскрытых минеральных зерен, т. е. отношение массы или

объема раскрытых (свободных) зерен к массе или объему своей минеральной

фазы.

Удобнее пользоваться формулами объемного раскрытия, так как в этом

случае из формул исключаются плотности частиц.

Назовем Р

, Р

и Р

ср

– долю свободных (раскрытых) минеральных и

породных частиц, а также долю сростков. Причем

раскр.м

Р =

;

раскр.п

Р =

;

пм

ср

Здесь

и V

– объем минеральных зерен и породы в руде;

ср

– объем зерен, представленных сростками;

м раскр.

и V

п раскр.

– объем раскрытых частиц полезного минерала и породы.

Получим формулы

, Р

и Р

ср

при следующих допущениях:

Объемное отношение породы и минерала

n =

Зерна минерала равномерно распределены в объеме породы.

Куски руды и зерна минерала кубические и имеют размеры ребер

d и d

, а

их отношение

К =

Плоскости разрушения проходят так, что выделяются куски руды с

одинаковым размером

d, а минерал и порода равнопрочны.

Эти условия (допущения) позволяют получить сравнительно простые

формулы раскрытия руды и на их основе обосновать структуру схемы

обогащения руды.

149

Очевидно, что при таких условиях раскрытые зерна минерала могут

появиться лишь тогда, когда размер кусков руды

d станет меньше размера зерен

, т. е. если К < 1.

Найдем раскрытие фаз при этом условии. Представим, что плоскости

разрушения прошли так, как на рис. 11.1. Жирно выделен бесконечно тонкий

слой породы на зерне минерала. Доля раскрытого минерала

(

)

()

1 К

−=

−

= .

Рис. 11.1 Зерно минерала и плоскости его разрушения при оценке раскрытия минерала

Для определения доли раскрытой породы примем, что плоскости

разрушения прошли так, как на рис. 11.2. Жирно выделен бесконечно тонкий

слой минерала на породных кусках.

Указанное на рис. 11.2 количество сростков окажется на каждом зерне

минерала. Обозначим n

число зерен минерала:

n ==

Рис. 11.2 Зерно минерала и плоскости разрушения при оценке раскрытия породы

Раскрытая порода

Плоскости

разр

шения

Порода

Минерал

- d

Раскрытые

кусочки

минерала

Сростки

Плоскости

разрушения

Порода

Минерал

Сростки