Добыча и обогащение вермикулитовой породы

Технологический процесс получения вспученного вермикулита состоит из операций по добыче породы, ее обогащению, дроблению крупных платин вермикулита и обжига.

При небольших размерах добычи обогащение породы производится вблизи места добычи, а остальные операции – на месте потребления. Если объем добычи значителен, то на обогатительных предприятиях осуществляется и дробление вермикулита.

Обычно вермикулитовая порода залегает вблизи от земной поверхности в виде рыхлой дезинтегрированной массы, поэтому добыча ее производится открытым способом с помощью экскаватора. Добыча с устройством подземных выработок осуществляется очень редко, лишь на месторождениях жильного типа.

Предприятия для производства теплоизоляционных материалов должны использовать предварительно обогащенное вермикулитовое сырье.

Задачей обогащения является отделение от вермикулиа зерен пустой невспучивающейся породы и слабо слабовспучивающихся слюд. Эта операция наиболее трудоемкая и дорогостоящая в производстве вспученного вермикулита. Последующие этапы переработки сырья – дробление и обжиг – осуществляются с меньшими затратами труда и средств.

В процессе обогащения породы очень часто не удается полностью отделить вермикулит от пустой породы. Частично она остается в конечном продукте обогащения – вермикулитовом концентрате. Почти полностью переходят в концентрат и плохо вспучивающиеся частицы слюд, так как их свойства близки к свойствам вермикулита. Их присутствие в конечном продукте практически не сказывается на качестве вспученного вермикулита, так как в настоящее время существуют способы переработки породы и концентрата, позволяющие полностью отделить от вермикулита не только пустую породу, но и частицы биотита и флогопита непосредственно в процессе обжига или после него.

При использовании вермикулита в непосредственной близости от места его производства целесообразно получать концентрат с содержанием пустой породы даже 50 %. Неполное отделение пустой породы позволит не только снизить стоимость концентрата, но и увеличить извлечение вермикулита из породы.

Обогащение породы может осуществляться различными способами. Выбор их определяется зерновым составом породы, содержанием вермикулита, свойствами пустой породы, требованиями, предъявляемыми к концентрату. Технологические схемы обогащения, как правило, являются многоступенчатыми, т. е. включают несколько различных последовательных операций. Это обусловлено тем, что одни методы обогащения позволяют перерабатывать только крупнозернистую породу, другие, наоборот, мелкозернистую. Кроме того, часто свойства мелких и крупных зерен пустой породы различны.

Простейшим способом обогащения является рудоразборка, заключающаяся в ручном отделении крупных пластин вермикулита с транспортера, подающего руду на обогатительную фабрику. Естественно, что этот способ не может применяться как самостоятельный.

При существенном различии в крупности вермикулита и пустой породы в исходной вермикулитосодержащей породе для обогащения может быть использовано обычное грохочение.

Выделение сравнительно крупных зерен вермикулита эффективно обеспечивается избирательным дроблением, осуществляемым чаще всего на валковых дробилках. При прохождении породы между валками, вращающимися с различной скоростью, плоские зерна вермикулита остаются без изменения и лишь в случае значительной толщины расщепляются по плоскостям спайности, хрупкая же пустая порода дробится в песок и пыль, которые в последующем отделяются с помощью грохочения. Этот способ неприемлем в случае, если пустая порода обладает четко выраженной спайностью.

Одним из самых распространенных способов обогащения является гравитационное обогащение, основанное на различии удельного веса вермикулита и пустой породы. Гравитационное обогащение может осуществляться в водной или воздушной среде, а также в суспензиях. Чаще всего применяется водная среда. При гидравлической гравитации не происходит пыления, легче удаляются мелкодисперсные частицы пустой породы, качество концентрата получается более высоким, чем при пневматическом способе. Обогащение в суспензиях дорого.

Гравитация в водной среде для крупных фракций осуществляется в отсадочных машинах, принцип действия которых основан на различии в скорости падения зерен пустой породы и вермикулита в восходящем потоке воды. Мелкие фракции обогащаются в потоке воды, поступающем на наклонные концентрационные столы, которые совершают неравномерные возвратно-поступательные колебания. Перед гравитационным обогащением порода обязательно рассеивается на отдельные фракции.

Весьма эффективна при обогащении вермикулита флотация, основанная на различии в физико-механических свойствах минералов, входящих в состав породы, в частности их смачиваемости. Минералы группы слюд являются сравнительно гидрофобными, поэтому в водной среде с добавками поверхностно-активных веществ, особенно при продувании воздуха через пульпу, вермикулит всплывает, а более гидрофильная пустая порода тонет.

Менее эффективны, чем перечисленные способы, электромагнитная сепарация и обогащение на вибростоле. В электромагнитном сепараторе под действием тока высокого напряжения происходит разделение руды на магнитную и немагнитную фракции. Обогащение вибрированием осуществляется на вибростоле, располагающемся с наклоном в двух плоскостях и колеблющемся в продольном направлении со строго определенными частотой и амплитудой. В результате вермикулит перемещается вверх, а пустая порода вниз. Обогащение на вибростоле эффективно лишь для крупных фракций.

Если обогащение производится мокрым способом, то следующей технологической операцией является сушка концентрата. Поскольку свободная вода участвует в процессе вспучивания вермикулита, сушка должна быть кратковременной и производиться при сравнительно невысокой температуре (120 – 1300 С) до удаления капельножидкой влаги с поверхности зерен. В процессе сушки вермикулит должен нагреваться не выше, чем до 1000 С.

Дробление

Для получения вермикулита с требуемым размером частиц сырье подвергают дроблению.

Максимальный размер зерен вермикулита, который применяется в качестве заполнителя в бетонах и растворах, а также в засыпках, не должен превышать 10 мм, так как более крупные, хорошо вспученные гранулы, как правило, имеют слабые связи между отдельными чешуйками и поэтому легко ломаются. Наличие таких зерен в составе заполнителя приводит к снижению прочности вермикулитовых изделий. Кроме того, зерна больших размеров имеют крупные поры, а это отрицательно сказывается и на теплоизоляционных свойствах изделий и засыпок.

Наибольшую ценность представляют зерна вермикулита размером 6—10 мм, так как, обладая достаточной прочностью и сравнительно небольшими порами, они дают при обжиге больший выход вспученного вермикулита по сравнению с мелкими фракциями. Их средняя плотность в 2-—-3 раза ниже, чем у мелких фракций. Вследствие этого дробить вермикулит следует так, чтобы выход крупных фракций был возможно больший. При механическом воздействии зерна вермикулита легко расщепляются по плоскостям спайности, образуя очень тонкие слабо вспучивающиеся чешуйки, поэтому при дроблении необходимо исключить и чрезмерное расщепление вермикулита.

Для получения заданного гранулометрического состава (-7+0,5 мм) измельченный вермикулит просеивают через вибрационное сито.

На гранулометрический состав дробленного вермикулита влияет степень его гидратации.

Вермикулит надо сортировать на месте добычи для отделения пустой породы, чтобы получить продукт обжига со средней плотностью 100 – 130 кг/м3.

При выборе измельчающих установок надо стремиться к сохранению пластинчатой структуры вермикулита-сырца, чтобы обеспечить хорошее вспучивание его при обжиге. Этому условию отвечают дробилки ударного типа, такие как например молотковые с ножеобразными билами, сочетающие удар с резанием.

В шаровых мельницах удается получить качественную по форме крошку, но выход крупных фракций составляет всего 47 – 49 %, а пыли 20 – 27 %. Лучшие результаты получают при дроблении в молотковых дробилках, в которых выход крупных фракций составляет 55 – 65 %, а пыли всего 6 – 13%.

Молотковые дробилки используются для крупного дробления, поэтому они отлично подходят для процесса дробления в производстве вспученного вермикулита. Также они отличаются высокой производительностью, пониженным расходом топлива и высокой степенью измельчения. Материал дробится под действием ударов быстровращающихся (с окружной скорость 30 – 55 м/сек) молотков. Дробление также происходит при ударах кусков материала, отбрасываемых молотками, о плиты. Также материал дополнительно измельчается путем удара, раздавливания и некоторого истирания на колосниковой решетке, через которую измельченный материал загружается, падая вниз. Степень измельчения – i=10 – 15.

Следует отметить, что дробленный вермикулит вспучивается хуже, чем недробленый, так как при ударном воздействии нарушается его микроструктура. Вследствие того, что толщина зерен дробленного сырца невелика, после обжига его гранулы имеют пластинчатую форму. Поэтому при выборе дробильных установок необходимо учитывать данные свойства вермикулитовых пород и выбирать наиболее оптимальные установки, удовлетворяющие необходимой степени дробления.

Обжиг

Вермикулит можно обжигать в различных печах: шахтных, вращающихся и др. с применением газообразного или жидкого топлива.

Наилучшим способом обжига вермикулита является обжиг во взвешенном состоянии. Такому условию удовлетворяют соответственно шахтные печи. Этот способ обеспечивает интенсивное нагревание зерен вермикулита и кратковременность пребывания их в зоне высоких температур.

Во взвешенном состоянии вспученный вермикулит беспрепятственно передвигается в печи, не измельчаясь, при этом легко создаются условия отделения пустой породы, оставшейся в концентрате.

Во взвешенном состоянии позволяет производить обжиг вермикулита шахтная печь конструкции ВНИПИ.

Печь представляет собой вертикальную металлическую трубу, футерованную изнутри огнеупорным и теплоизоляционным кирпичом. Внутренние размеры шахтных печей составляют 60 – 90 см, высота их колеблется от 3,5 до 6 м и более. Встречаются печи высотой 13,5 м. Производительность печей до 11 м3 обожженного материала в час.

Подача сырья производится через загрузочную воронку, расположенную в верхней части печи. Падая вниз, вермикулит попадает в восходящий поток горячих газов, движущихся со сравнительно небольшой скоростью и образующихся вследствие сгорания мазута или природного газа в расположенных в нижней части печи форсунке высокого давления или горелке низкого давления. Вспучившийся вермикулит преодолевает сопротивление газовоздушного потока, падает на наклонный под печи и скатывается в бункер готовой продукции. Мелкие частицы выносятся потоком газов и улавливаются в циклоне.

Крупные фракции загружаются с более высоких уровней, чем мелкие, что обеспечивает длительное пребывание их в печи. В вертикальных печах целесообразно изготовлять приспособления для разделения частиц по размерам

Существенным недостатком таких печей является то, что в них не осуществляется отделение пустой породы. Поэтому главным их назначением является применение для получения обожженной вермикулитовой руды, содержащей, кроме вермикулита, и пустую породу. Для этого на различной высоте стенок печи устраивают загрузочные отверстия. В хорошо оборудованных установках, во избежание измельчения обожженного вермикулита, его транспортируют пневматическим способом.