Термохимическое разрушение

С давних пор известен процесс производства извести, включающий процессы термической обработки известняков и последующего гашения (разварки) огарка. Результаты этого процесса доказывают, что необожженный известняк, некоторые другие минералы, встречающиеся в известняках, после гашения сохраняют свою форму и размеры, в то время как обожженный известняк при гашении переводится в тонкодисперсную фракцию. Эти наблюдения, по-видимому, и послужили основой при разработке процессов термохимического избирательного измене­ния размеров разделяемых компонентов.

Избирательное термохимическое разрушение применяют для руд, породная часть которых представлена некоторыми карбо­натами, например кальцитом, магнезитом, сидеритом, а ценный компонент при этом представлен термически устойчивыми ми­нералами — пирохлором, фторапатитом и др.

Обогащение с использованием избирательного изменения размеров компонентов осуществляют по следующей схеме: тер­мическое разложение, гашение в воде огарка и последующая классификация, при которой в минусовой продукт выводят гид­роокиси кальция, магния или железа.

Термическая диссоциация карбонатов идет по реакции

МеСО₃(т) ч=* МеО(т)+СО ₂(г),

где Me — металл; т — твердое; г — газ.

Процесс термической диссоциации идет с поглощением тепла и для карбонатов разных металлов начинается при различных температурах. Так, термическое разложение кальцита начинает­ся при температуре 900—910, магнезита при 670 и сидерита при 400°С.

Гашение продукта термического обжига идет по реакции

МеО (т) + Н₂О = Ме(ОН)₂ + Q.

Операция гашения идет при значительном выделении тепла (Q). При этом часть воды превращается в пар, а куски огарка рассыпаются в рыхлую массу гидрооксида металла, которая при перемешивании переводится в тонкодисперсное состояние.

Такие факторы, как температура, время обжига и крупность обжигаемого материала, определяют эффективность перевода карбонатов в последующей операции гашения в тонкодисперс­ное состояние. Установлено, что повышение температуры обжи­га позволяет снизить время обжига. Так, при температуре 1000°С и времени обжига 2 ч достигается перевод в тонкодис­персное состояние 90% кальцита из карбонатовой руды, содер­жащей пирохлор и апатит. При обжиге той же руды при темпе­ратуре 900°С в течение 2 ч в тонкодисперсную фракцию перево­дится только 58% кальцита, а увеличение этого показателя до 90% достигается только при увеличении времени обжига до 8 ч.

Крупность руды, направляемой на термохимическое разложе­ние, может достигать 70—100 мм. Время обжига оптимизируют для каждого перерабатываемого класса. Верхняя граница тем­пературы ограничена не только свойствами ценных компонен­тов.

Улучшение показателей процесса избирательного разрушения достигают при очистке поверхности неразрушенных минералов продукта гашения путем интенсивного перемешивания, оттирки.

При исследовании процесса термохимического разрушения карбонатитовых руд, содержащих в качестве ценного компонента

пирохлор и апатит, процессу обжига подвергали класс -30+10 мм при температуре 1000°С в течение 2 ч. Гашение огарка осуществляли в воде при разжижении Ж:Т = 3: 1. Очистку поверхности частиц песковой фракции огарка проводили в. стержневой мельнице с небольшой загрузкой стержней. При термохимическом обогащении пирохлор изменяет окрас­ку от желтовато-серой, зеленовато-серой и бурой до белой и ро­зовой. По данным химического анализа розовый пирохлор не отличается по химическому составу от пирохлора в исходной руде. Магнитные свойства пирохлора в процессе обжига не из­меняются.

Отличительной особенностью процесса является хорошее рас­крытие сростков пирохлора с карбонатами, сростки пирохлора с флогопитом, гематитом и апатитом остаются.

— Зави­симость показателей обогащения указанной руды при выделе­нии в концентрат материала различной крупности приведена в табл. 8.6.

Таблица 6. Показатели обогащения карбонатитовой руды

(по А. С. Черняку).

При исследовании термохимического разрушения карбонатитовых руд нескольких отечественных месторождений, содер­жащих пирохлор и имеющих тонкую вкрапленность его (от 0,001 до 0,003 мм) при содержании менее 0,1% по Ir-Os, уста­новлена возможность получения чернового концентрата при из­влечении ниобия 85% против 25% традиционными методами. Последующее обогащение и кислотная доводка позволяют полу­чать кондиционные концентраты при себестоимости, не превы­шающей себестоимости обогащения обычными методами.

Термохимическое разрушение известняковых руд приводит к получению ценных побочных продуктов (углекислота и известь).

Рассматриваемым методом исследовалась обогатимость осадочных редкометалльных руд, карбонатно-фосфоритных руд, карбонатно-фосфатной руды, карбонатно-марганцевых руд. Ис­следования показали возможность получения высоких техноло­гических результатов.

В промышленных масштабах метод термохимического раз­рушения получил применение при переработке карбонатно-мар­ганцевых и карбонатно-фосфатных руд.

Например во время нагревания кварц (в виде кианита MgSiO₄ • КС1 + ЗН₂О или силлиманита) быстро превращается из модификации р в а: и растрескивается.

К легко растрескивающимся минералам относятся следующие:

Твердость по Моосу:

Слюда ................. 2,5

Барит ................ 3,3-

Флюорит ............... 4,0

Кальцит .............. 3,0

Кварц ................. 7,0

Барит, например, в баритовых кристаллических рудах при на­гревании растрескивается и превращается в тонкий порошок, в то время как сопровождающие его кварц и железистые мине­ралы остаются в виде относительно крупных зерен.

Избирательное раскрыти драгоценных камней можно показать на примере извлечения изумрудов Высокие требования к сохранности кристаллов изумруда, обладающих низкой сопротивляемостью ударным нагрузкам, не позволял использовать известные механические способы их высвобождения из вмещающих пород (в рассматриваемом случае представленных преимущественно флогопитом) В силу указанных причин эта операци осуществлялась вручную, хотя и при это способе наблюдались случаи скола поверхностных граней кристаллов и полного повреждения кристаллов, находящихся внутри раскалываемых кусков. Для предотвращена нарушения целостности кристаллов разработана установка, в которой на куски руд воздействует энергия сжатой газообразно: среды с применением знакопеременных нагрузок — сжатия и растяжения (последнее при сбросе давления). Внедрение разработанной установки, действующей автоматически, позволило повысить выход граненных кристаллов на 62,6% при увеличении их средневесового размера на 11,7%.

Механобром разработан гидравлический плоский вибрацион­ный грохот ГПГ-0,75 с площадью грохочения 0,75 м², обеспечи­вающий при выделении класса —0,4 + 0 мм удельную произво­дительность до 34 т/ (ч • м²).

За рубежом совершенствуются грохоты для тонкого сухого и мокрого грохочения в направлении улучшения технологиче­ских свойств просеивающей поверхности и конструкции грохо­та.

Улучшение свойств просеивающей поверхности для тонкого грохочения идет по пути использования новых износостойких материалов (полиуретана, резины и др.) с металлической несу­щей арматурой и без нее, секционирования просеивающей по­верхности и других приемов.