Обогащение по крупности и форме

Разрушение полезного ископаемого начинается в процессе его добычи. В зависимости от условий образования и последующих явлений метаморфизма полезные ископаемые обладают различ­ными свойствами. При применении тех или иных способов выем­ки и транспорта полезное ископаемое доставляется на обогати­тельную фабрику в виде смеси зерен, имеющих различие по крупности, крепости, твердости и упругости.

Для ряда полезных ископаемых различие в физико-механических свойствах (модули Юнга и Пуассона, прочность) разделяемых минералов приводят к тому, что в процессах дробления и измельчения частицы различных минералов существенно отличаются по крупности и форме. Некоторые авторы называют это обогащением по крепости минералов. В зависимости от крепости полезного ископаемого и вмещаю­щих пород в процессе добычи и при других операциях в шахте ис­ходный материал будет состоять из зерен той или иной крупности, при разделении которых на классы могут быть получены про­дукты с различным содержанием, как полезного компонента, так и загрязняющих примесей. Например, при измельчении магнетитовых кварцитов более прочный кварц в измельченном продукте оказывается в более крупных классах, чем магнетит (избирательное дробление и измельчение).

Разделение по крупности применяется, если имеется различие в качестве отдельных классов исходного материала. Здесь может потребоваться применение центробежных аппаратов как сухого (при обеспыливании), так и мокрого типа (гидроциклоны, центри­фуги). Процесс может быть как самостоятельным (на дисковых сепараторах), так и сопутствующим (например, при грохочении, пневматиче­ской, и мокрой классификации, в жалюзийных аппаратах, центробеж­ных обеспыливателях, в гидроциклонах и т. п.).

Обогащение данным способом с соответствующей подготов­кой производится, когда извлекаемые продукты необходимо по­лучить обязательно в крупном виде, например, обогащение драго­ценных камней (алмазов), либо в виде тонкого материала, на­пример, обогащение глин высокой дисперсности.

Как уже указывалось, обогащение некоторых полезных иско­паемых по крепости или твердости осуществляется путем дробле­ния при помощи удара, раздавливания или истирания, ниже в специальном разделе рассмотрены и более селективные методы раскрытия минералов.

В результате упомянутых видов дробления обогащаются рядо­вые угли, имеющие в своем составе более твердую породу, а также россыпи, содержащие черные алмазы, истирающиеся во много раз труднее, чем находящийся в этой россыпи гравий, имеющий оди­наковый с алмазами удельный вес.

При обогащении по крупности, поскольку процесс связан с разделением зерен различного размера, имеющих различное содержание какого-либо полезного минерала, очевидно необходи­мо учитывать массу зерен m, а при перемещении — их вес Q = mg.

В том случае, когда обогащение по крупности осуществляется при помощи избирательного грохочения, повышение веса зерен при определенном их размере представляет собой благоприятный фактор. В этом случае возможность прохождения зерна через от­верстие решета определяется соотношением размеров зерен и от­верстий.

При добыче и переработке некоторых полезных ископаемых на­блюдают также и различия в форме кусков его компонентов (угли, слан­цы, слюда и асбестосодержащие руды, для которых различие в форме кусков компонентов является следствием их физических свойств). Сепарация частиц по форме приводит к концентра­ции того или иного компонента в продуктах разделения. Разделение составных частей, входящих в, смесь, отличающих­ся по форме (например, отделение пластинчатой породы, сопро­вождающей антрацит, или иглообразных волокон асбеста в асбе­стовой руде) может происходить и попутно на аппаратах, осуще­ствляющих другие операции (классификацию, обезвоживание и др.).

Общим звеном, связывающим эти различные процессы, является рабочая поверхность сепараторов или классификаторов. Последними являются грохоты с различной просеивающими поверхностями: для сепарации по крупности они должны иметь заданный размер ячеек, а для сепарации по форме важны не только размеры, но и форма отверстий в соответствии с кусков особенностями разделяемых минералов.

Обогащение по крупности. Возможность такого обогащения обусловлена физико-механическим свойствами разделяемых минералов. Так, например, при добыче угля, если порода крепкая, то более крупные классы исходного материала будут более высокозоль­ными (табл. 4).

Распределение по классам P₂O₅ в фосфоритовой руде приве­дено в табл. 8.5.

Выход классов исходного продукта различной крупности и их качество определяют при помощи ситового и технического анали­зов. Обогатимость и возможные результаты обогащения можно определить обычным способом: для этого составляют таблицы и строят кривые обогатимости.

Записывать классы в таблицах для построения кривых обога­тимости надо в порядке возрастания содержания золы или P₂O₅.

Различие по крупности может быть получено в результате из­бирательного выветривания исходного материала.

В некоторых случаях этот процесс может иметь самостоятель­ное значение. Например, сортировка алмазной руды после ее вы­ветривания позволяет получить первичный концентрат алмазов.

Такой процесс применим и при извлечении других драгоцен­ных камней.

Следует отметить, что иные виды предварительной обработки исходного материала также могут привести к резкому различию качества минеральных составляющих смеси в зависимости от их крупности. К ним относятся: нагревание, охлаждение, эластичное дробление, ковка и пр.

При обогащении по крупности, поскольку процесс связан с разделением зерен различного размера, имеющих различное содержание какого-либо полезного минерала, очевидно необходи­мо учитывать массу зерен m, а при перемещении — их вес Q = mg.

В том случае, когда обогащение по крупности осуществляется при помощи избирательного грохочения, повышение веса зерен при определенном их размере представляет собой благоприятный фактор. В этом случае возможность прохождения зерна через от­верстие решета определяется соотношением размеров зерен и от­верстий.

Для обогащения по крупности может быть применен горизон­тальный дисковый сепаратор, схема устройства и действия которо­го показана на рис. 2.4.1.

Загрузка исходного материала производится в централь­ную часть А вращающегося диска D.

В процессе сепарации более крупные зерна, имеющие боль­шую центробежную силу, от­брасываются на большее рас­стояние и попадают в концент­рический приемник II. Мелкие зерна собираются после схода их с диска D в приемник I. Регулировка аппарата и уп­равление им производятся глав­ным образом за счет изменения числа оборотов диска, что при­водит к изменению центробеж­ной силы и скорости схода зер­на с поверхности диска, а также за счет изменения количества движения исходного материала, по­даваемого на аппарат.

В отдельных случаях наблюдают проявление различий в форме частиц, обусловленное особенностями работы обогати­тельных машин, например дробилок. Так, при дроблении гор­ных пород на щебень для строительства в продуктах дробления появляются частицы «лещадной» (пластинчатой) формы, которые при использовании щебня в качестве заполнителя для бе­тона снижают его прочность. Уменьшение содержания «лещадных» частиц в готовой продукции может рассматриваться как . Рис. 2.5.1 повышение качества щебня.

Соотношение линейных размеров (доли ед.) частиц различ­ной формы (по В. Г. Деркачу и П. А. Копычеву) приведено ниже.

Длина Ширина Толщина

Форма частиц:

пластинчатая ... 1 1(0,75) 0,5
продолговатая ... 1 0,5 0,5
угловатая .... 1 1 0,5
округлая ..... 1 1 1

Для разделения частиц с использованием различий в форме компонентов могут использоваться следующие способы:

-грохочение на специально оформленной просеивающей по­верхности;

-обогащение с использованием различий в коэффициентах трения частиц различной формы;

-разделение по скорости движения частиц в среде, обуслов­ленной различиями в форме частиц;

-разделение по площади контакта частицы с рабочей поверх­ностью аппарата;

-комбинированные способы разделения.

Выделение частиц пластинчатой или продолговатой формы путем грохочения улучшается при переходе от круглых к квад­ратным, от квадратных к прямоугольным, от прямоугольных к щелевидным отверстиям. Повышение качества фракционирован­
ного щебня за счет выделения частиц «лещадной» формы дости­гают, применяя резинострунные просеивающие поверхности, т. е. с использованием перехода от квадратных к прямоугольным от­верстиям. .

Схемы сепараторов для обогащения по форме представлены
на рис. 12.

Для выделения слюды, имеющей ярко выраженную пластин­чатую форму, выполнение только щелевидной просеивающей по­верхности недостаточно, так как для прохождения пластин слю­ды через щель необходима их ориентация перпендикулярно или наклонно к просеивающей поверхности. Такая ориентация до­стигается с помощью крышевидного грохота (см. рис. 2.5.2,а, б], образованного из уголков 1. При этом максимальная толщин» hmax пластинки слюды 2, которая проходит через щель меньше размера щели d_c. При установке вертикальных перегородок 3 толщина пластинок слюды, проходящих через щели грохота d_cr будет увеличена.

Таким образом, толщина пластинок слюды h, проходящих через щель, будет определяться углом наклона α полки уголка 1 или же высотой вертикальной перегородки 3: h = d_c sinα.

Рис. 2.5.2. Схемы сепараторов для обогащения по форме:

а — крышевидный грохот; б — крышевидный грохот с вертикальными перегородками; в — барабанный грохот с удержанием частиц плоской формы за счет разрежения; г — плоскостной сепаратор для обогащения по форме и парусности; д — полочный сепаратор с трамплином; е — ленточный сепаратор-конвейер; ж — центробежный сепаратор».

При α = 0 через сито будут проходить частицы округлой и продолговатой формы. При увеличении угла наклона а толщи­на выделяемых частиц будет расти и npи α = 90° достигнет h= d_c.

Процесс обогащения по форме с использованием профилиро­ванной поверхности реализован в грохоте СМ-13, применяемом в качестве основного обогатительного аппарата для получения слюды в забое (забойного сырца). Схемы переработки при этом зависят от запасов, содержания сростков в руде, крупности кус­ков (1; 0,6; 0,3 м), площади кристаллов, производительности добычных агрегатов. По содержанию сростков выделяют руды: до 5%— бедную сростками, 5—20% — среднюю, больше 20% — богатую сростками. В зависимости от приведенных факторов выделяют простые и сложные схемы переработки

Простые технологические схемы дробления и обогащения по форме применяют при объёмах переработки от 2 до 5 м³/ч. При большей производительности и более богатой по сросткам руде применяют сложные схемы получения забойного сырца с использованием операций обогащения по форме и ручной сортировки по внешним признакам. Для сохра­нения качества слюды переработку ее ведут с помощью пере­движных слюдовыборочных установок (СВУ-1, СВУ-2, УС-1), позволяющих извлечь до 90% слюды при засоренности концен­трата в пределах 6—20% на установках СВУ-1, СВУ-2 и 20—70% при переработке по простым схемам.

Имеются способы, использующие несколько свойств, вытека­ющих из различий в форме разделяемых частиц. Так, на рис. 2.5.2,в представлен барабанный грохот с удержанием частиц, плоской формы за счет разрежения, на валу 3 которого закреплены чашеобразная 2 и коническая 4 просеивающие поверхно­сти. Внутри барабанного грохота смонтированы устройства вво­да питания 6 и вывода концентрата 7. Коническая просеиваю­щая поверхность 4 охвачена кожухом 1 с уплотнителями 8, из полости которого откачивают воздух. Отсев с чашеобразной проcеивающей поверхности собирают на поддоне 5.

Исходный материал подают с помощью питающего желоба 6 на чашеобразную просеивающую поверхность 2, на которую в подрешетный продукт выделяют тонкозернистый материал и распределяют монослоем частицы округлой и плоской формы. При вращении грохота материал из чашеобразной части 2 по­ступает на коническую 4, где выделяют в надрешетный продукт округлые частицы. Частицы плоской формы перекрывают зна­чительную часть конической просеивающей поверхности и под действием отсасываемого из-под кожуха воздуха прижимают­ся к конической поверхности 4 грохота. Отрыв частиц плоской формы от поверхности барабана осуществляют на выходе зоны разрежения, слюдяной концентрат собирается и выводится из барабанного грохота лотком.

Барабанный грохот можно использовать для выделения слюды из отбитой горной массы крупностью –300+0 мм, а продукт округлой формы после дробления может снова подаваться на обогащение в грохот.

Плоскостной сепаратор для обогащения по форме и парусности (рис. 2.5.2,г) снабжен разгонной площадкой 1, разгрузочной щелью , отражательным выступом. Особенностью сепаратора является наличие у него перфорированной площадки 2 возле отражательного выступа 3, которая соединена с разгрузочной щелью канала 5, в котором установлен вентилятор 6. Подача воздуха через отверстия в площадке позволяет удары частиц слюдык об отражательный выступ, а забор воздуха из щели 4 для герметизации разгрузочного устройства 7 приводит к селективному увлечению в эту щель частиц с повышенной парусностью, т.е слюды. Округлые частицы ударяются о выступ 3 и проходят над щелью 4 в хвостовой продукт.

Различие в коэффициентах трения плоских и округлых частиц и их парусности используется в полочном сепараторе (рис. 2.5.2,д), предназначен-ном для обогащения смеси слюда-гранит-кварц крупностью менее 5 мм. Он состоит из наклонно установленной полки 1, заканчивающейся трамплином 2, параметры которого (угол поворота, длину) можно регулировать, и приемников продуктов разделения с регулировочным шибером. Приемник для слюды соединен со всасывающим патрубком вентилятора. При подаче материала на полку 1 сепаратора округлые частицы на подходе к трамплину 2 достигают более высоких скоростей, чем плоские частицы слю­ды, вследствие значительных различий в коэффициентах трения качения граната и скольжения слюды. На трамплине 2 скоро­сти движения частиц гасятся селективно, и различия в скоро­стях движения частиц граната и слюды возрастают. Из-за раз­личий в траекториях движения округлых и плоских частиц и различий в их парусности частицы слюды отклоняются в бункер слюдяного концентрата и осаждаются в нем.

Применение полочного сепаратора позволило получить слю­дяные концентраты из слюдосодержащих сланцев Кулетского месторождения (рис. 2.5.2,д). При переработке машинных классов

1,35 + 0,7; -0,7 + 0,4; -0,4 + 0,25; -0,25+0,1 мм были получе­ны концентраты с содержанием слюды соответственно 95; 98,85; 96,5; 93,2% и извлечением 8,2; 35,2; 19,3 и 24%.

На ленточном сепараторе-конвейере (см. рис. 2.5.2,е) частицы плоской формы движутся по более пологой траектории и про­летают большее расстояние. Траектория частиц определяется также парусностью частиц. Из-за различий в форме частиц на­блюдаются резкое изменение траектории их (кувыркание) и, как следствие, низкие показатели.

В центробежном сепараторе (см. рис. 2.5.2,с) предусмотрено устройство для повышения стабильности траекторий движения плоских частиц за счет их закрутки относительно вертикальной оси. Сепаратор содержит диск 1, кольцо 2, вращающиеся со ско­ростями 01 и 02, и кольцевые приемники продуктов разделения. Направления вращения диска и кольца совпадают, однако ско­рость вращения кольца выше и вследствие этого плоская части­ца при переходе с диска на кольцо закручивается вокруг верти­кальной оси и движется по более стабильной пологой траекто­рии.