Гравитационными методами обогащения называют такие, в которых разделение минеральных частиц, отличающихся плотностью, размером и формой, обусловлено различием в характере и скорости их движения в текучих средах под действием силы тяжести и сил сопротивления. Гравитационные методы занимают ведущее место среди других методов обогащения.
Они могут быть собственно гравитационными (разделение в поле силы тяжести – обычно для относительно крупных частиц) и центробежными (разделение в центробежном поле – для мелких частиц). Если разделение происходит в воздушной среде, то процессы называют пневматическими; в остальных случаях – гидравлическими.
Наибольшее распространение в обогащении получили собственно гравитационные процессы, осуществляемые в воде.
По типу используемых аппаратов гравитационные процессы можно разделить на отсадку, обогащение в тяжелых средах и обогащение на наклонной плоскости в потоке воды: концентрацию на столах, обогащение на шлюзах, в желобах, винтовых сепараторах. применяют также относительно новые гравитационные процессы – обогащение в вибрационных концентраторах, противоточных сепараторах, обогатительных циклонах с водной средой и др.
Рис.I.12. Принцип действия отсадки
|
Наиболее распространенным методом гравитационного обогащения является отсадка. Отсадкой называется процесс разделения минеральных частиц по плотности в водной или воздушной среде, пульсирующей относительно разделяемой смеси в вертикальном направлении.
Этим методом можно обогащать материалы крупностью от 0,1 до 400 мм. Отсадка применяется при обогащении углей, сланцев, окисленных железных, марганцевых, хромитовых, касситеритовых, вольфрамитовых и других руд, а также золотосодержащих пород. В процессе отсадки (рис.I.
12) материал, помещенный на решете отсадочной машины, периодически разрыхляется и уплотняется.
При этом зерна обогащаемого материала под влиянием сил, действующих в пульсирующем потоке, перераспределяются таким образом, что в нижней части постели сосредотачиваются частицы максимальной плотности, а в верхней – минимальной (размеры и форма частиц также оказывают влияние на процесс расслоения).
Часто на решето укладывают искусственную постель из материала, плотность которого больше плотности легкого минерала, но меньше плотности тяжелого. крупность постели в 5-6 раз больше крупности максимального куска исходной руды. В настоящее время известно около 100 конструкций отсадочных машин. Наиболее распространена гидравлическая отсадка. А среди машин чаще всего применяют беспоршневые.
Обогащениеполезных ископаемыхв тяжелых средахосновано на разделении минеральной смеси по плотности. Процесс происходит в соответствии с законом Архимеда в средах с плот-
4 5 6  2 7 10 9 Рис. I.13. Тяжелосредный колесный сепаратор 1 – корпус с ванной; 2 – подача суспензии; 3 – исходный материал; 4 – привод элеваторного колеса; 5 – гребковое устройство; 6 – элеваторное колесо; 7 – легкий продукт; 8 тяжелый продукт; 9,10 – сброс суспензии |
Ностью, промежуточной между плотностью удельно-легкого и удельно-тяжелого минерала. Удельно-легкие минералы всплывают, а удельно-тяжелые погружаются на дно аппарата.
Обогащение в тяжелых средах широко применяют в качестве основного процесса для углей трудной и средней категорий обогатимости, а также сланцев, хромитовых, марганцевых, сульфидных руд цветных металлов и др.
Эффективность разделения в тяжелых средах выше эффективности обогащения на отсадочных машинах (это самый эффективный гравитационный процесс).
В качестве промышленной тяжелой среды используют тяжелые суспензии, т.е. взвесь мелких удельно-тяжелых частиц (утяжелителя) в среде, которой обычно является вода. Гидравлические суспензии называют просто суспензиями.
Наиболее часто утяжелителями являются магнетит, галенит и ферросилиций. Тяжелосредные гравитационные сепараторы можно разделить на три основных типа — конусные, колесные и барабанные. Колесные сепараторы (рис.I.13) применяют для обогащения материала крупностью 400-6 мм.
Чаще всего используют СКВ – сепаратор колесный с вертикальным элеваторным колесом.
Технологические схемы обогащения в тяжелых суспензиях практически одинаковы для большинства работающих установок. Процесс состоит из следующих операций: подготовка тяжелой суспензии, подготовка руды к разделению, разделение руды в суспензии на фракции различной плотности, дренаж рабочей суспензии и отмывка продуктов разделения, регенерация утяжелителя.
Обогащение в потоках, текущих по наклонным поверхностям, производится на концентрационных столах, шлюзах, в желобах и винтовых сепараторах. Движение пульпы в этих аппаратах происходит по наклонной поверхности под действием силы тяжести при малой (по сравнению с шириной и длиной) толщине потока. Обычно она превышает размер максимального зерна в 2-6 раз.
Концентрация (обогащение) на столах – это процесс разделения по плотности в тонком слое воды, текущей по слабонаклонной плоскости (деке), совершающей асимметричные возвратно-поступательные движения в горизонтальной плоскости перпендикулярно направлению движения воды.
Концентрацию на столе применяют при обогащении мелких классов – 3+0,01 мм для руд и –6(12)+0,5 мм для углей. Данный процесс используется при обогащении руд олова, вольфрама, редких, благородных и черных металлов и др.; для обогащения мелких классов углей, в основном для их обессеривания. Концентрационный стол (рис.I.
14) состоит из деки (плоскости) с узкими рейками (рифлями); опорного устройства; приводного механизма. Угол наклона деки a = 4¸10°. Для легких частиц преобладающими являются гидродинамическая и подъемная турбулентная силы, поэтому легкие частицы смывает в перпендикулярном к деке направлении.
Частицы промежуточной плотности попадают между тяжелыми и легкими частицами.
Шлюз представляет собой наклонный желоб прямоугольного сечения с параллельными бортами, на дно которого укладывают улавливающие покрытия (жесткие трафареты или мягкие коврики), предназначенные для удержания осевших частиц тяжелых минералов. Шлюзы применяют для обогащения золота, пла-е
| Рис. I.14. Концентрационный стол 1 – сборник легкой фракции, 2 – дека, 3 – смывная вода, 4 – исходное питание 5 – привод, 6 – нарифления, 7 – сборник тяжелой фракции |
Струйный желоб имеет плоское днище и сходящиеся под некоторым углом борта. Пульпа загружается на широкий верхний конец желоба. У конца желоба в нижних слоях располагаются частицы большей плотности, а в верхних слоях — меньшей. В конце желоба материал специальными рассекателями разделяется на концентрат, промпродукт и хвосты.
Суживающиеся желоба применяют при обогащении россыпных руд.
Аппараты типа суживающихся желобов делят на две группы: 1) аппараты, состоящие из набора отдельных желобов в различных компоновочных вариантах; 2) конусные сепараторы, состоящие из одного или нескольких конусов, каждый из которых представляет собой как бы набор радиально установленных суживающихся желобов с общим днищем.
Рис. I.15. Винтовой сепаратор 1– винтовой желоб; 2 – устройство для подачи смывной воды; 3 – пульподелитель; 4 — станина |
У винтовых сепараторов неподвижный наклонный гладкий желоб выполнен в виде спирали с вертикальной осью (рис.I.15), их используют для разделения материала крупностью от 0,1 до 3 мм.
При движении в закрученном потоке помимо обычных гравитационных и гидродинамических сил, действующих на зерна, развиваются центробежные силы. Тяжелые минералы концентрируются у внутреннего борта желоба, а легкие – у внешнего.
Затем продукты разделения разгружают из сепаратора при помощи либо рассекателей, стоящих в конце желоба, либо отверстий, расположенных по ходу желоба.
ФЛОТАЦИОННЫЕМЕТОДЫ ОБОГАЩЕНИЯ
Флотацию применяют для обогащения большинства руд цветных металлов, апатитовых, фосфоритовых, графитовых, флюоритовых и других руд, широко используют в сочетании с другими методами при обогащении руд черных металлов, угля. Широкая распространенность флотации объясняется универсальностью процесса, связанной с возможностью разделения практически любых минералов, обогащения бедных руд с весьма тонкой вкрапленностью полезных минералов.
Флотация основана на различном закреплении частиц разделяемых минералов на межфазной границе, что определяется различием в поверхностных свойствах минералов.
При пенной флотации, наиболее применяемой в промышленности, пульпу насыщают газом и частицы некоторых минералов прилипают к пузырькам газа и всплывают на поверхность, образуя минерализованную пену, которая легко удаляется механическим путем. Другие минералы не прилипают и остаются в объеме пульпы.
По способу насыщения пульпы газом различают несколько видов пенной флотации, однако наибольшее распространение получило насыщение пульпы воздухом.
Способность частицы минерала прикрепляться к пузырьку воздуха хорошо объясняется с позиции смачивания. Минералы, поверхность которых легко смачивается водой, называются гидрофильными (кальцит, кварц), а минералы, плохо смачиваемые водой, — гидрофобными (сера, графит, тальк, молибденит).
Гидрофобность поверхности минералов оценивается различными методами. Наиболее распространенным методом оценки является определение краевого угла смачивания (q), измеряемого от 0 до 180°.
Краевым углом смачивания называется угол между касательной к поверхности воздушного пузырька (или к поверхности капли воды в любой точке трехфазного периметра смачивания) и поверхностью минерала. Его принято отсчитывать в сторону жидкой фазы.
Капля жидкости, нанесенная на поверхность твердого (минерала), будет растекаться до тех пор, пока не наступит равновесие между силами поверхностного натяжения на границе твердое — газ sт-г, жидкость — газ sж-г и твердое — жидкость sт-ж. Исходя из этого равенства, легко найти косинус краевого угла смачивания:
При полной гидрофильности, когда капля полностью растекается по поверхности твердого, краевой угол стремится к нулю, а косинус — к единице. При полной гидрофобности краевой угол стремится к 180°, а косинус к – единице.
Чем хуже смачивается минерал, тем лучше он прикрепляется к пузырьку воздуха, легче флотируется. Почти все природные минералы хорошо смачиваются водой (краевой угол смачивания у них меньше 50°). Исключением являются некоторые естественно-гидрофобные минералы (сера, графит, уголь, тальк и молибденит), у которых краевой угол составляет около 90°.
Для регулирования смачиваемости разделяемых минералов (соответственно результатов флотации) применяют различные флотореагенты. Их подразделяют на собиратели, вспениватели, депрессоры, активаторы и регуляторы среды.
Задача собирателей — повысить гидрофобность извлекаемого минерала. Собиратели — это органические вещества, содержащие в своей молекуле углеводородную цепочку. В зависимости от строения молекулы собиратели бывают аполярными и гетерополярными.
Молекулы аполярных собирателей (керосин, смазочные масла) содержат только углеводородную цепочку. Их широко применяют при флотации естественно-гидрофобных минералов (уголь, сера и др.)
Молекулы гетерополярных собирателей имеют сложную асимметричную структуру, состоящую из двух частей, отличных по своим физико-химическим свойствам: углеводородной цепочки и активной группы (-COOH, -SH и др.).
Такие молекулы в воде диссоциируют, и в зависимости от того, в каком ионе оказывается цепочка, гетерополярные собиратели бывают анионо- или катионоактивными. Наиболее распространенным анионоактивным собирателем являются ксантогенаты — жирные соли дитиоугольной кислоты.
Ксантогенаты являются основным собирателем при флотации сульфидных руд цветных металлов.
Из катионоактивных собирателей наибольшее практическое значение получили первичные алифатические амины RNH2 и четвертичные аммониевые основания, например лауриламин солянокислый (C12H25NH3Cl), который широко применяют при флотации солей и полевого шпата.
Назначение вспенивателей — способствовать созданию устойчивой минерализованной пены. В качестве вспенивателей используют органические соединения, в основном, из класса спиртов. Одним из распространенных вспенивателей является сосновое масло, которое применяют на многих обогатительных фабриках.
Назначение депрессоров — повысить гидрофильность неизвлекаемого минерала. В качестве депрессоров применяют различные минеральные соли, кислоты и основания. Например, цианистые соли (NaCN) используют для подавления флотации медных минералов.
Задача активаторов — усилить действие собирателя на извлекаемый минерал. В качестве активаторов применяют различные минеральные соли, кислоты и основания. Например, сульфид натрия (Na2S) широко используется для улучшения флотации окисленных минералов.
Назначение регуляторов среды — поддерживать рН пульпы в требуемых пределах. Если необходимо сдвигать рН в кислую область (< 7), то чаще используют серную кислоту; если в щелочную (> 7), то щелочи (CaO, Na2CO3, NaOH).
Подбирая соответствующие реагенты, их комбинацию и количества, добиваются оптимальных показателей флотационного обогащения.
Флотационными машинами называют аппараты, в которых осуществляют флотацию. Широкое применение флотации для обогащения самых разнообразных полезных ископаемых привело к созданию большого числа типов и конструкций флотационных машин.
Классификацию флотационных машин чаще всего производят в зависимости от способа аэрации и перемешивания пульпы. По этому признаку машины разделяют на механические, пневматические и пневмомеханические.
Механическая флотационная машина (рис.I.16, а) состоит из последовательного ряда камер 1. В центральной части каждой камеры внутри трубы 4 размещен вращающийся вал 2 с импеллером 3.
При вращении импеллера проходящая через него пульпа эжектирует (засасывает) атмосферный воздух и выбрасывает его в камеру, заполненную пульпой. Образование воздушных пузырьков и аэрация пульпы происходят в результате турбулизации пульповоздушной смеси, поступающей из импеллера в камеру.
Пенный продукт (обычно концентрат) с помощью гребкового устройства 5 направляется на обезвоживание (или перечистку). Камерный продукт самотеком поступает в следующую камеру или выдается в качестве хвостов (из последней камеры машины). Пневмомеханическая флотационная машина (рис.I.
16, б) отличается от механической тем, что в ней на валу 1 установлена мешалка (аэратор) 2, назначение которой — перемешивать пульпу и подаваемый от воздуходувки под давлением воздух.
Рис.I.16. Схемы механической (а) и пневмомеханической (б) флотационных машин |
Пневматическая (аэрлифтная) флотомашина конструктивно является наиболее простой.
Она представляет собой емкость, вытянутую вверх, прямоугольного или круглого сечения, с коническим днищем, внутри которой расположена аэрлифтная труба.
В трубу под давлением подается сжатый воздух, который интенсивно перемешивает пульпу и насыщает ее пузырьками. Образующаяся на поверхности пена самотеком разгружается в желоба.
Схема флотации – определенная последовательность операций флотации в сочетании с операциями измельчения и классификации.
При выборе схемы флотации учитывают характер и размер вкрапленности полезных минералов, их содержание в руде и флотируемость, требования к качеству концентратов и ряд технико-экономических факторов.
Начальная операция флотационного процесса в схеме при извлечении одного или нескольких металлов называется основной флотацией, флотация концентрата основной флотации — перечистной флотацией, а флотация хвостов основной флотации — контрольной флотацией.
Совокупность основной, контрольной и перечистных операций, при которых выделяется один или несколько готовых (не подвергаемых дальнейшей флотации) продуктов, образует цикл флотации.
Флотация бывает прямой и обратной. Если полезный минерал переходит в пенный продукт, то флотация называется прямой; если он остается в камерном продукте, то обратной. В практике обогащения применяют, в основном, прямую флотацию.
Флотация является основным процессом обогащения сульфидных руд всех цветных металлов.
Гравитационное обогащение
ГРАВИТАЦИОННОЕ ОБОГАЩЕНИЕ полезных ископаемых (а. gravity separation, gravity соncentration; н. Gravitationsaufbereitung; ф. соncentration gravimetrique, preparation gravimetrique; и. соncentracion gravimetrica) — разделение минералов по плотности в поле силы тяжести или центробежных сил для отделения пустой породы и получения концентрата.
При гравитационном обогащении используется сила земного притяжения (откуда и название метода); иногда дополнительно привлекают поля центробежных сил или электромагнитные — при магнитогидростатической и магнитогидродинамической сепарации.
Наряду с различиями в плотности, в процессах гравитационного обогащения используют также различия в размерах и форме частиц, шероховатости их поверхности и в других физико-химических свойствах (смачиваемость водой, склонность к коагуляции и флокуляции).
Основные факторы разделения при гравитационном обогащении — динамические и статические воздействия сред (воздуха, воды, суспензий). Впервые теория гравитационного обогащения была предложена немецким учёным П. Риттингером (1867). Существенное развитие она получила в работах русских учёных Г. Я. Дорошенко (1876), С.
Г. Войслава (1884), В. А. Гуськова (1908), а также Р. Ричардса (США, 1908), Й. Финкеи (Венгрия, 1920), советских исследователей Г. О. Чечотта (1924) и особенно П. В. Лященко (1940). Современная теория гравитационного обогащения создана в 60-х гг. советскими учёными Э. Э. Рафалес-Ламаркой, Н. Н. Виноградовым и др.
Гравитационное обогащение рассматривается как процесс установления равновесия и достижения минимума потенциальной энергии системой частиц, находящихся в поле сил тяжести в состоянии неустойчивого равновесия.
Скорость гравитационного разделения оценивается по понижению центра тяжести взвеси, а его эффективность — по убыли потенциальной энергии смеси.
В основе расчётов гравитационного обогащения лежит определение относительных скоростей перемещения частиц, отличающихся плотностью, размерами и формой в средах различной плотности и вязкости. Большинство формул для скорости свободного падения одиночных частиц v0 можно выразить как:
- vo = kdn(d-D)m/D,
- где k, n, m — переменные, экспериментально определяемые величины;
- d — размер частиц;
- d и D — плотность частицы и среды соответственно.
- Для наиболее мелких частиц учитывается влияние вязкости среды m:
- vo = kdn(d-D)m/m.
При достаточно большой разнице скоростей падения частиц происходит следующее их разделение: частицы большей плотности располагаются в придонной части, а меньшей — в верхних слоях.
При таком подходе необходимо, чтобы частицы имели относительно близкие размеры (иначе крупные зёрна с малым dл будут падать с такой же скоростью, как и малые зёрна большой плотности dт).
Параметры равнопадаемости зёрен учитываются коэффициентом равнопадаемости.
е = dлn/dтn = (dт-D)m/(dл-D)m.
Однако на практике часто происходит разделение частиц в различных гравитационных аппаратах главным образом по плотности, а не по размеру. Расхождение теории и практики в ряде случаев устраняется введением понятия т.н. стеснённого падения частиц, при котором частицы перемещаются группой. С достаточной точностью скорость стеснённого падения рассчитывается по формуле Лященко:
- vcт = voml,
- где m — коэффициент разрыхления;
- l — показатель степени, зависящий от характеристик частиц и аппарата.
- Однако в этом случае не учитываются закономерности взаимного сцепления частиц и среды.
-
Гравитационное обогащение осуществляется в воздушных и жидких (вода, органические жидкости, водные суспензии) средах.
Сухое (т.е. пневматическое) гравитационное обогащение не требует обезвоживания продуктов обогащения, что особенно важно для районов с суровым климатом. Применяется также при комбинированном гравитационном обогащении с сухой магнитной и электрической сепарацией.
Мокрое гравитационное обогащение по характеру взаимного движения обогащаемых частиц и сред, в которых происходит их разделение, подразделяют на следующие виды: в неподвижной или горизонтально перемещающейся среде, имеющей плотность, промежуточную по сравнению с разделяемыми частицами (обогащение в тяжёлых средах, магнитогидродинамическая и магнитогидростатическая сепарация); в тяжёлой среде, движущейся по круговой или винтовой траектории (тяжелосредные циклоны, центробежные сепараторы); в потоке, текущем по наклонной плоскости (желоба, шлюзы, конусные концентраторы); в потоке, текущем по нисходящей винтовой плоскости или жёлобу (винтовые сепараторы и винтовые шлюзы).
Гравитационное обогащение производится по схемам, предусматривающим предварительную подготовку материала, его первичное (грубое) обогащение и заключительную доводку (рис. 1).
Наиболее характерный подготовительный процесс — промывка дроблёных руд или дезинтегрированных песков или эфелей россыпных месторождений.
При промывке удаляются шламы (менее 0,1 мм для руд и 0,5-2 мм для углей и лёгких минералов), которые затрудняют гравитационное обогащение вследствие увеличения вязкости сред и загрязнения всех продуктов обогащения. Внедряется предварительное усреднение руд, особенно на крупных фабриках.
Для большинства руд редких металлов используются схемы с предварительной классификацией материала по крупности на грохотах и камерных классификаторах.
Для первичного обогащения крупных фракций полезных ископаемых (250-300 мм) широко применяются обогащение в тяжёлых средах и отсадка, для средних по крупности — винтовые сепараторы, а для мелких фракций (2-0,1 мм) — конусные концентраторы, шлюзы и желоба различных типов.
Концентрационные столы используются в основном для заключительных операций доводки черновых концентратов до кондиционного содержания в сочетании с другими методами обогащения (главным образом магнитными и электрическими).
Выделенные в начале процесса шламы чаще всего обогащают флотацией, для тяжёлых минералов разрабатываются способы обогащения на вибрационных шлюзах.
Типовой схемой обогащения углей трудной и средней обогатимости является схема с использованием колёсных сепараторов и магнитной регенерации суспензий (рис. 2).
Существенной частью таких схем является предварительная отмывка шламов на вибрационных или дуговых грохотах и автоматизация регулировки плотности суспензии. Для средних и мелких классов углей применяют схемы гравитационного обогащения с использованием пневматических отсадочных машин, однако последние вытесняются сепарацией в тяжелосредных гидроциклонах.
Характерной для обогащения сульфидных руд тяжёлых цветных металлов является схема с конусным сепаратором в начале процесса (рис. 3) для выделения основной массы породных хвостов, а обогащение мелких классов флотацией является одновременно и регенерацией галенитовой суспензии.
Такие схемы с тяжёлыми суспензиями широко применяют также для обогащения нерудных строительных материалов, фосфоритов, руд чёрных металлов, редких и благородных металлов, алмазов (только в США — свыше 1 млрд. т в год полезных ископаемых), в особенности при большой производительности фабрик. Определённые перспективы имеет применение аэросуспензий (с получением сухих продуктов).
Схемы с предварительной дезинтеграцией и промывкой для удаления глин наиболее широко применяют при обогащении россыпей благородных и редких металлов, алмазов (рис. 4).
Первичное обогащение осуществляется на шлюзах, вашгердах с трафаретами, ленточных шлюзах с автоматическим сполоском (золото, платина и др.), конусных концентраторах (титан, цирконий), винтовых сепараторах и винтовых шлюзах (фосфатные пески).
Для мелких фракций минералов (менее 0,1 мм, а для угля и лёгких минералов менее 2 мм) хорошо зарекомендовали себя мелкие многодечные вибрационные шлюзы с автоматическим сполоском (например, шлюзы Бартлес — Мозли), которые позволяют в 2-3 раза повысить извлечение тяжёлых минералов из мелких фракций (например, касситерита из хвостов молибденовой флотации фабрики «Клаймакс», США). Схемы с отсадкой применяются для материалов крупностью 0,1-50 мм (для угля и лёгких минералов 0,5-180 мм) и являются ведущим способом обогащения угля, марганцевых и железных руд. Основной недостаток гравитационного обогащения — низкое среднее извлечение полезных ископаемых в концентраты (80-85%).
Совершенствование гравитационного обогащения связано с созданием крупных единичных агрегатов (например, отсадочных машин), многоярусных концентрационных столов, конусных концентраторов и мелких шлюзов, а также с применением различных физических и физико-химических воздействий на обогащаемый материал и среду.
Так, например, при отсадке используются гидравлически или пневматически создаваемые программируемые по форме (прямоугольные, зигзагообразные и др.), частоте и амплитуде пульсации. При этом облегчается автоматизация управления отсадкой. Вязкость тяжёлых сред снижается путём наложения вибраций, добавками реагентов-пептизаторов и др.
При отмывке от шламов применяют сочетание пептизаторов и селективных флокулянтов для последующего выделения сфлокулированных минералов из общей массы шламов путём гидроциклонирования и других видов гидравлической классификации.
Используют также реагенты-гидрофобизаторы и подачу воздуха (во флотогравитационных аппаратах, например для отделения сульфидов от других тяжёлых минералов).
Для повышения комплексности использования сырья гравитационное обогащение комбинируют с другими методами обогащения; широко применяют гравитационно-флотационные, гравитационно-магнитные схемы (например, для лежалых отвальных продуктов и хвостов текущего обогащения оловянных, вольфрамовых руд).
Автоматизация процесса гравитационного обогащения проводится для поддержания в заданных пределах количества и плотности питания аппаратов, подачи воды или других сред, разгрузки продуктов. Качество продуктов и руды контролируется путём автоматизированного отбора проб и анализа их на рентгеноспектральных приборах. Применяется также непрерывный анализ непосредственно в потоке пульп, влажных и сухих продуктов.
Гравитационное обогащение — древнейший метод обогащения полезных ископаемых. В 14-15 вв. были созданы аппараты для гравитационного обогащения, явившиеся прототипом современных. Первое систематизированное описание методов гравитационного обогащения сделано Г. Агриколой (16 в.
), одно из первых научных обоснований предложено М. В. Ломоносовым. В 19 — начале 20 веков гравитационное обогащение широко применялось практически для всех видов полезных ископаемых.
Гравитационное обогащение — основной метод обогащения углей, сланцев, россыпей золота, касситерита, вольфрамита, рутила, ильменита, циркона, монацита, танталита, колумбита и др.
, а также один из равноценных методов обогащения руд чёрных металлов (Fe, Mn, Cr), редких металлов (пирохлоровых, литиевых, бериллиевых), а также фосфатов, алмазов и других неметаллических полезных ископаемых.
Гравитационными методами обогащается свыше 4 млрд. т в год, т.е.
половина от общего количества обогащаемых полезных ископаемых, вследствие таких преимуществ метода, как дешевизна, простота аппаратуры, возможность разделения различными методами частиц широкого диапазона крупности (от 0,1-2 до 250-300 мм), сравнительная лёгкость очистки сбросных вод и осуществления замкнутого водоснабжения фабрик.
Обогащение золота: основные методы | Добывающая промышленность
Нашли ошибку? Выделите ее мышкой и нажмите
Ctrl + Enter
Поделиться:
29.07.2019
Бурное развитие золотодобывающей промышленности неуклонно приводит к постепенному истощению ресурсов. Поэтому сейчас очень остро стоит вопрос увеличения объёмов добычи, в том числе и методами извлечения золота из руд как коренных, так и россыпных месторождений. Сегодня есть несколько способов обогащения, и каждый из них проводится по индивидуальной технологии.
Гравитационное обогащение
Самым известным и «старым» способом считается гравитационное обогащение золота. Именно благодаря нему золото стало первым драгоценным металлом, о котором узнало человечество (этот момент произошёл за много тысячелетий до нашей эры).
Со временем именно с помощью гравитационного метода по всему миру начали массово извлекать драгметалл из россыпей. Позже этот способ превратился в полноценную технологию добычи золота.
Сейчас гравитационное обогащение руды золота широко применяется на многих золотоизвлекательных фабриках. В чём его суть?
В современной практике гравитационного процесса обогащения
золота, как правило, прибегают к помощи отсадочных машин, концентрационных
столов, барабанных концентраторов. Рассмотрим технологию извлечения
гравитационным методом на отсадочной машине.
В основе данного способа обогащения стоит разделение измельчённой руды в зависимости от её плотности. Ключевое звено конструкции отсадочной машины – решето. Именно на него подаётся смесь измельчённой руды и жидкости (пульпа).
Перед укладкой на поверхность решета обязательно укладывают слой искусственной постели – для золотых руд, главным образом, используют металлическую дробь или гематитовую руду.
Затем в решето машины через специальные отверстия подаётся вода, при пульсации которой смесь «передвигается» вдоль решета: под силой тяжести твёрдые частицы с разной скоростью оседают на постель.
Более тяжёлые частицы проваливаются через неё и попадают под решето, а лёгкие остаются на поверхности постели. Отсадочная машина «избавляется» от них с помощью сливного порога, получая на выходе концентрат.
Гравитационное обогащение золота — весьма экономичный и
экологичный способ. Он наиболее эффективен при извлечении крупных зёрен золота,
что нельзя сказать о рудах мелких классов.
Флотационное
обогащение
Флотационный способ обогащения золота получил распространение в 1930-ых годах. Сам термин «флотация» произошёл от английского слова «flotation», что в переводе значит плавание, всплывание. Такое название этот процесс обогащения золота получил, так как подразумевает разделение мелких твёрдых частиц в водной среде.
В основе технологии обогащения руды золота лежит избирательное закрепление минералов на границе раздела фаз и, как следствие, их смачиваемость.
Флотацию проводят в механических флотационных машинах в виде ванны из листовой стали, разделённой перегородками на несколько камер кубической формы. В аппарат подаётся смесь тонкоизмельчённой руды и жидкости вместе с особыми реагентами.
Через первую камеру машины она попадает на быстро вращающуюся мешалку – колесо с лопатками из твёрдой стали, которое вращается со скоростью 275-600 об/мин, параллельно засасывая воздух.
В результате вращения пульпа перемешивается с мелкими пузырьками воздуха. Золотосодержащие частицы под воздействием реагентов теряют способность смачиваться водой.
В результате они прилипают к пузырькам воздуха и в виде пены всплывают на поверхность камер флотационной машины, а ненужный материал остаётся в пульпе. «Золотую» пену обезвоживают, получая концентрат, который отправляется на сгущение и последующую переработку.
Флотационный способ относительно дорогой и при этом наносит определённый вред окружающей среде. Но его популярность продиктована универсальностью: флотационное обогащение применимо чуть ли не для всех минералов.
Кучное выщелачивание
Первые примеры обогащения золота кучным выщелачиванием известны с давних времён – именно таким способом в середине XVII века извлекали медь на шахтах в Венгрии.
Современный метод сформировался и распространился всего пару десятков лет назад. Как сейчас выглядит схема обогащения золота методом кучного выщелачивания?
Данный способ подразумевает несколько этапов. Во-первых, нужно определённым образом подготовить золотосодержащую руду. В зависимости от индивидуальных характеристик, этот этап может включать в себя дробление, грохочение, шихтовку и прочие процессы.
Затем формируется гидроизоляционное основание: на специально отведённой площадке отсыпается и уплотняется глина, на которую укладывают полиэтиленовую плёнку с дренажным слоем, и уже потом укладывают пласты-коллекторы для сбора продуктивных растворов.
Саму руду кладут в кучу на водонепроницаемое наклонное ложе и сверху орошают реагентом – раствором цианида, который, просочившись через кучу, выщелачивает золото.
Полученная смесь стекает по специальному желобу в пруд-отстойник, где проводится осаждение драгметалла. Для этого процесса обычно применяют активированный уголь, цемент или сернистый натрий.
В отличие от других методов обогащения золота, технология обогащения золота методом кучного выщелачивания очень популярна из-за простоты и доступности: драгметаллы извлекаются в виде осветлённого раствора, а не пульпы, поэтому быстрее и легче подвергаются дальнейшей переработке.
Гравитационные методы обогащения
Цель:
Изучить основы гравитационных методов обогащения. Дать понятия основных преимуществ данных методов обогащения. Изучить физический смысл гравитации.
План:
1. Общие положения. Фракционный анализ.
2. Отсадка.
Ключевые слова:
гравитационные процессы, отсадка, фракционный анализ, обогащение в тяжелых средах, обогащение в шлюзах, на концентрационных столах, фракционный анализ, постель, отсадочная машина, ОМК, ОМШ, ОМ.
1. Гравитационными процессами обогащения называются процессы, в которых разделение минеральных частиц, отличающихся плотностью, размером или формой, обусловлено различием в характере и скорости их движения в среде под действием силы тяжести и сил сопротивления.
- В качестве среды, в которой осуществляется гравитационное обогащение, используются при мокром обогащении вода, тяжелая суспензия или растворы; при пневматическом – воздух.
- Гравитационные методы занимают ведущее место среди других методов обогащения, особенно в практике переработки угля, золотосодержащих, вольфрамовых, молибденовых руд и руд черных металлов.
- Оснащение современных гравитационных фабрик высоко производительными машинами позволяет упрощать схему цепи аппаратов, более экономично использовать производственные площади и объемы зданий, в результате чего снижаются удельные капитальные затраты на строительство, уменьшается численность обслуживающего персонала, возрастает производительность труда, снижается себестоимость переработки.
Гравитационные методы обогащения угля позволяют перерабатывать крупнозернистый материал с верхним пределом крупности до 300 (600) мм.
Последнее обстоятельство особенно важно, если учесть, что некоторые крупнозернистые продукты обогащения имеют значительно больший спрос потребителей и большую стоимость, чем мелкозернистые.
Стоимость хромовой руды крупностью 80-10 мм, обогащаемой в суспензиях, на 25-30% выше стоимости руды крупностью -10 + 3 и -3 мм.
Гравитационные методы обогащения в практике переработки хромовых руд занимают основное положение, так как позволяют разделять зерна хромовых минералов при крупности до 300 мм.
При обогащении окисленных железных руд крупностью от 70 до 1,0 (0,5) мм применяют гравитационные процессы обогащения, например обогащение в суспензиях, отсадку, обогащение на концентрационных столах и др.
По экономической эффективности обогащение угля в тяжелой среде имеет преимущество по сравнению с другими методами. По данным II. А. Самылина, стоимость обогащения угля (в коп.) различными методами составляет (на 1 т концентрата): сепарация в тяжелой среде 0,8; отсадка 3,4; флотация 13,4 (в ценах 1980 г.).
В комбинированных схемах переработки полезных ископаемых гравитационные методы способствуют повышению экономичности обогатительного передела.
Так, при обогащении полиметаллических руд алтайских месторождений применение гравитационных методов позволяет в начале процесса удалить до 30% отвальной породы в виде товарного продукта (для строительных целей) и тем самым сократить фронт последующих переделов — измельчения и флотации и повысить экономичность работы предприятия.
Чаще применяют гравитационные процессы в различных сочетаниях с другими методами обогащения: флотацией, промывкой, магнитной сепарацией, электрической сепарацией и др.
В этом случае полезное ископаемое обрабатывают по сложным технологическим схемам.
К таким схемам относят практически все схемы переработки коксующихся углей Донбасса, Кузбасса и Карагандинского бассейна, окисленных железных, полиметаллических, вольфрамово-молибденовых и других руд.
Гравитационные процессы обогащения по широте диапазона исходных характеристик обогащаемого сырья, разнообразию условий применения их в технологических схемах обогатительных фабрик, простоте производственного комплекса, высокой производительности обогатительных аппаратов в сравнимых условиях превосходят многие другие процессы обогащения и обеспечивают эффективное разделение минеральных смесей при относительно низких материальных, трудовых и энергетических затратах
К гравитационным процессам относятся отсадка, обогащение в тяжелых средах (главным образом в минеральных суспензиях), концентрация на столах, обогащение в шлюзах, желобах, струйных концентраторах, конусных, винтовых и противоточных сепараторах, пневматическое обогащение.
Гравитационные процессы могут применяться как самостоятельно, так и в различных сочетаниях с другими процессами обогащения: магнитной и электрической сепарацией, флотацией и др.
Фракционный анализ полезных ископаемых производится с целью определения их обогатимости, т.е. количественного и качественного определения соотношения фракций различной плотности.
Разделение на фракции различной плотности может быть произведено следующими методами: разделением в тяжелых жидкостях, в тяжелых суспензиях, немагнитных минералов (плотностью от 2500 до 7500 кг/м3) с помощью магнитогидростатической (МГС) или магнитогидродинамической (МГД) сепарации и др. Наибольшее распространение в лабораторных условиях получил метод разделения проб полезных ископаемых отдельных классов крупности или смеси классов на фракции различной плотности в тяжелых жидкостях или растворах различной плотности.
В качестве среды разделения применяют следующие растворы и тяжелые жидкости плотностью, кг/м3: хлористый кальций (CaCl2) 2000; хлористый цинк (ZnCl2) 2900; четыреххлористый углерод (CCl4) 1600; бромоводород (CHBr3) 2890; тетарбромэтан (C2H2Br4) 2960; жидкость Туле (HgI2+KI) 3170; жидкость Рорбаха (BaI2+HgI2) 3500 и жидкость Клеричи [CH2(COOTe)2HCOOTe] 4250.
Наибольшее распространение при проведении фракционного анализа углей получили раствор хлористого цинка (статическое разделение) и четыреххлористый углерод (центробежное разделение), а при проведении фракционного анализа руд – жидкости Туле и Клеричи. Эти вещества хорошо растворяются в воде (четыреххлористый углерод – в бензоле) и на их основе можно приготовлять растворы широкого диапазона плотностей.
Гравитационные процессы обогащения отличаются, как правило, высокой производительностью обогатительных аппаратов, относительной дешевизной и высокой эффективностью разделения минералов.
Все методы гравитационного обогащения обеспечивают, в основном, более низкие эксплуатационные расходы на 1 т продукции, чем флотация, и обычно требуют меньшей установочной мощности.
Гравитационной обогащение практически универсальный способ переработки бедных руд, россыпных месторождений, к тому же это экологически чистое производство (не используются флотационные реагенты) [5].
2.Отсадка является одним из наиболее распространенных методов гравитационного обогащения полезных ископаемых. Область применения охватывает полезные ископаемые по плотности извлекаемых компонентов от 1200 до 15600 кг/м3 и по крупности обогащенного материала от ).2 до 50 мм для руд и от 0,5 до 120 (иногда и до 250) мм – для углей.
Отсадкой называют процесс разделения смеси минеральных зерен по плотности в водной или воздушной среде, колеблющейся (пульсирующей) относительно разделяемой смеси в вертикальном направлении.
Исходный материал вместе с водой непрерывно подается на отсадочное решето, через отверстия которого попеременно походят восходящие и нисходящие потоки воды.
В период восходящего потока материал поднимается и разрыхляется, а в период нисходящего – опускается и уплотняется.
В результате действия чередующихся восходящих и нисходящих потоков воды исходный материал через определенный промежуток времени разделяется на слои таким образом, что на отсадочном решете (внизу) располагаются зерна наибольшей плотности, а в верхних слоях – наименьшей.
Следует отметить, что такое идеальное распределение зерен по плотностям возможно только в том случае, если они обладают одинаковыми размерами и формой. В реальных же условиях происходит попадание некоторой доли легких фракций в тяжелые, а тяжелых – в легкие (наблюдается засоряемость концентрата и отходов «посторонними фракциями»).
По зваимозасоряемости получаемых в процессе отсадки продуктов обогащения судят о технологической эффективности процесса.
Слой материала, находящийся в решете, называется постелью. Постель, образуется при отсадке крупного материала, состоит из зерен самого материала и называется естественной. Через принудительно пульсирующую толщу материала тяжелые зерна проникают в нижние слои постели, а легкие в верхние. При обогащении мелкого материала (для руд
Методы обогащения руд
Здесь предлагают различные методы обогащения руды : гравитационный, флотационный, магнитный, электрический и специальный. Высокое качество, хорошая цена.
В качестве крупнейшего производителя дробильно-размольного оборудования, SBM можно предлагать различные методы обогащения руды для решения задачи в карьерной, горнодобывающей, металлургической, химической и рудной промышленности. У вас какие-нибудь вопросы на технологии для обогащения руды, обращайтесь к нашему онлайн-специалисту . Или направить заявку на наш электронный адрес [email protected] .
Методы обогащения руд от производителя
Задача основных процессов обогащения руд − разделить полезный минерал и пустую породу. В их основе лежат различия в физических и физико-химических свойствах разделяемых минералов. Существует различные методы обогащения руд: гравитационный метод , флотационный метод, магнитный метод обогащения, электрический метод , специальный метод обогащения руды.
Гравитационный метод обогащения руд
Гравитационными методами обогащения называют такие, в которых разделение минеральных частиц, отличающихся плотностью, размером и формой, обусловлено различием в характере и скорости их движения в текучих средах под действием силы тяжести и сил сопротивления.
Гравитационные методы занимают ведущее место среди всех способов обогащения руд. Они могут быть собственно гравитационными (разделение в поле силы тяжести – обычно для относительно крупных частиц) и центробежными (разделение в центробежном поле – для мелких частиц).
Если разделение происходит в воздушной среде, то процессы называют пневматическими; в остальных случаях – гидравлическими. Наибольшее распространение в обогащении получили собственно гравитационные процессы, осуществляемые в воде.
По типу используемых аппаратов гравитационные процессы можно разделить на отсадку, обогащение в тяжелых средах и обогащение на наклонной плоскости в потоке воды: концентрацию на столах, обогащение на шлюзах, в желобах, винтовых сепараторах.
Применяют также относительно новые гравитацион-ные процессы – обогащение в вибрационных концентраторах, противоточных сепараторах, обогатительных циклонах с водной средой и др.
Наиболее распространенным методом гравитационного обогащения является отсадка. Отсадкой называется процесс разделения минеральных частиц по плотности в водной или воздушной среде, пульсирующей относительно разделяемой смеси в вертикальном направлении.
Этим методом можно обогащать материалы крупностью от 0,1 до 400 мм. Отсадка применяется при обогащении углей, сланцев, окисленных железных, марганцевых, хромитовых, касситеритовых, вольфрамитовых и других руд, а также золотосодержащих пород. В процессе отсадки (рис.Ι.
12) материал, помещенный на решете отсадочной машины, периодически разрыхляется и уплотняется.
Флотационный метод обогащения руды
Флотацию применяют для обогащения большинства руд цветных металлов, апатитовых, фосфоритовых, графитовых, флюоритовых и других руд, широко используют в сочетании с другими методами при обогащении руд черных металлов, угля. Широкая распространенность флотации объясняется универсальностью процесса, связанной с возможностью разделения практически любых минералов, обогащения бедных руд с весьма тонкой вкрапленностью полезных минералов.
Флотация руд основана на различном закреплении частиц разделяемых минералов на межфазной границе, что определяется различием в поверхностных свойствах минералов.
При пенной флотации, наиболее применяемой в промышленности, пульпу насыщают газом и частицы некоторых минералов прилипают к пузырькам газа и всплывают на поверхность, образуя минерализо-ванную пену, которая легко удаляется механическим путем.
Другие минералы не прилипают и остаются в объеме пульпы.
Магнитный метод обогащения руд
Магнитные методы обогащения руд основаны на различиях в магнитных свойствах разделяемых минералов.
Их широко применяют при обогащении руд черных металлов, доводке концентратов редких и цветных металлов, регенерации сильномагнитных утяжелителей, удалении железистых примесей. Основной силовой характеристикой магнитного поля является напряженность.
Напряженностью Н магнитного поля на-зывается сила, с которой поле воздействует на единицу положи-тельной магнитной массы, помещенной в данной точке поля.
Электрический метод обогащения. Электрическое обогащение основано на различиях в электрических свойствах разделяемых минералов и осуществляется под влиянием электрического поля. Из многочисленных электрических свойств минералов в основу работы промышленных сепараторов положено два: элек-тропроводность и трибоэлектрический эффект.
Специальный метод обогащения руд
Они включают ручную рудоразборку, радиометрическое обогащение, обогащение по трению и форме, обогащение по упругости, термоадгезионное обогащение, а также обогащение, основанное на селективном изменении размера куска при дроблении.
Наибольшее распространение из перечисленных методов получило радиометрическое обогащение, основанное на различии в способности минералов отражать, испускать и поглощать различные виды излучения.
Радиометрическое обогащение широко применяют при переработке руд цветных металлов (радиоактивных, редких, тяжелых и др.), алмазов, флюоритовых руд.
Загрузка...
