книги / Переработка, обогащение и комплексное использование твердых полезных ископаемых. Обогатительные процессы и аппараты
.pdfВ качестве источника у-излучения при обогащении бериллиевых руд в вибрационном (РАМБ-300) и ленточном (РМБ100) фотонейтронных сепараторах используется изотоп l24Sb Испускаемые ядрами бериллия нейтроны перед их регистраци ей сцинтилляционными датчиками Т-2 пропускаются через за медлитель (парафин) для снижения их энергии до тепловой. По ток нейтронов пропорционален общему содержанию бериллия в куске независимо от минеральной формы его нахождения.
Нейтронно-активационная сепарация основана на исполь зовании реакции типа (п, у), при которой за счет поглощения ядром нейтронов и возникновения искусственной (наведен ной) радиоактивности возникает жесткое у-излучение. Такая реакция характерна для ряда элементов (марганца, фтора, ме ди, ванадия, вольфрама и др.), но нашла применение пока для обогащения борсодержащих руд. В этом случае на сепарато рах, применяемых для обогащения бериллиевых руд вместо источника у-лучей над лентой устанавливают источник ней тронов, а вместо счетчика нейтронов — счетчики у-лучей. Ес ли на ленте облучается борсодержащий кусок, то возникают у-лучи, которые регистрируются радиометрами, и по их ко манде электромагнитный сбрасыватель направляет кусок в при емник для концентрата. При облучении кусков породы у-излу чения не возникает и они попадают в приемник для хвостов.
Рентгенорадиометрическая сепарация основана на исполь зовании рентгеновских характеристических спектров элемен тов, возбуждаемых источниками у- или рентгеновского излу чения. В промышленных условиях она используется для обога щения сложных оловянных руд, содержащих не только касси терит, но и сульфиды олова, поскольку интенсивность излу чения пропорциональная общему содержанию данного эле мента. Разработаны сепараторы ленточного типа с электроме ханическим и пневматическим разделительными устройства ми для поточного и покускового режима. В последнем случае в сепараторах предусмотрено устройство для индикации под хода куска руды и учета его размера.
Рентгенолюминесцентная сепарация основана на различи ях в интенсивности люминесценции разделяемых минералов
под действием рентгеновского излучения. Она применяется для обогащения флюоритовых руд и является основным ме тодом обогащения алмазсодержащих руд, поскольку алмаз обладает наиболее сильной из всех минералов рентгенолюминесценцией.
Сепараторы ЛС-20 и ЛС-50 предназначены для основных операций обработки алмазсодержащих руд крупностью соот ветственно 4— 20 и 10—50 мм при производительности 9— 20 и 60— 100 т/ч и извлечении алмазов около 99 %. Для автома тической выборки алмазов при доводке концентратов приме няют сепаратор АРЛ-1 (рис. 9.1, б) производительностью 0,35 —0,8 м3/ч при крупности питания от 2 до 16 мм. Для оконча тельной доводки концентратов используется сепаратор ЛС- ОД-8 при крупности материала -8 +2 мм или ЛС-ОД-2 при крупности материала -4 +0,5 мм. Необходимая четкость раз деления материала обеспечивается предварительной класси фикацией его на узкие классы крупности с модулем шкалы классификации не более двух. В качестве разделительного ус тройства при переработке крупнозернистого материала исполь зуют отсекатели, при переработке мелкозернистого — пнев моклапаны с давлением воздуха в них до 0,5—0,6 МПа и рас ходом его до 600 л/мин.
При сепарации материал из бункера I вибрационным пи тателем подается в камеру разделения, где подвергается облу чению потоком рентгеновских лучей 2 от источника (рентге новской трубки) 4. Под их воздействием зерна алмаза люминесцируют, свет от них улавливается детектором (фотоумно жителем) 3, передается в виде сигнала в блок управления, от куда подается команда на разделительное устройство 5, на правляющее зерна алмаза в приемник б. Зерна породы, кото рые не люминесцируют, падают через камеру разделения в приемник хвостов 7.
За рубежом для доводки грубых алмазных концентратов применяют ленточные рентгенолюминесцентные сепараторы фирмы «Гансонс Сортекс Лимитед» (Великобритания) произ водительностью 2—7 т/ч при крупности обогащаемого мате риала от 1,2 до 32 мм.
Фотолюминесцентная сепарация основана на различиях в интенсивности люминесценции минералов под влиянием уль трафиолетового излучения. В промышленных условиях она ис пользуется при обогащении флюоритовых и шеелитовых руд. Основным аппаратом является сепаратор «Фотон» произво дительностью около 5 т/ч. Сепаратор предназначен для рабо ты в покусковом режиме. Источником возбуждения люминес ценции минералов в нем является ультрафиолетовая лампа с фокусирующей линзой из кварцевого стекла, а детектором све та, исходящего от люминесцирующего минерала, служит фо тоумножитель.
Фотометрическая сепарация основана на использовании различий в способности минералов отражать или преломлять свет. Оптическая система фотометрической камеры состоит из оптической ячейки (источника света с фокусирующими лин зами) и чувствительных к свету элементов (селеновых и ваку умных фотоэлементов, фотоумножителей). Из отраженного света с помощью светофильтров выделяют ту часть спектра, в которой наблюдаются наибольшие различия в отражательной способности разделяемых минералов. Измерения осуществ ляются на специально подобранном однородном по цвету фо не. Оптические системы сепараторов часто конструируют с при менением сканирующих устройств, благодаря которым свет поступает на датчик не сразу со всей поверхности куска, а по следовательно с отдельных ее участков, что позволяет более четко отделять не только мономинеральные зерна, но и сро стки с учетом доли извлекаемого минерала в них. В промыш ленности используют монохроматические сепараторы, сорти рующие частицы только на темные и светлые, и полихрома тические сепараторы, позволяющие сортировать частицы по любому цвету. Они могут работать как на сухом, так и на ув лажненном материале. Сепарация широко применяется при сортировке различных типов полезных ископаемых: золотосо держащих, марганцевых, магнезитовых, доломитовых, барито вых и других руд, каменных солей, известняков и другого ми нерального сырья.
На фотометрическом сепараторе ЦНИИОлово и НПО «Буревестник» (рис. 9.2, а) производительностью до 20 т/ч обо гащают руды крупностью от 35 до 150 мм, предварительно раз
деленные на два клас |
а |
||||
са. Материал, |
подава |
|
|||
емый из бункера виб |
|
||||
рационным |
питате |
|
|||
лем, расчленяется |
по |
|
|||
исковым |
питателем |
|
|||
(одноканальным |
дис- |
|
|||
ком-раскладчиком) на |
|
||||
отдельные |
куски, тран |
|
|||
спортируемые |
ленточ |
|
|||
ным конвейером в оп |
|
||||
тическую |
камеру, |
ос |
|
||
нащенную тремя осве |
|
||||
тителями и тремя фо |
|
||||
тоэлементами. |
Каж |
|
|||
дый кусок руды, попа |
|
||||
дающий в оптическую |
|
||||
камеру, при падении |
|
||||
освещается лучом |
по |
|
|||
ляризованного |
света, |
|
|||
сформированным лам |
|
||||
пой |
накаливания |
7, |
|
||
зеркалом |
2, диафраг |
|
|||
мой |
3 и |
поляроидом |
|
||
4. Отраженный от кус |
|
||||
ка |
руды |
рассеянный |
*>ис‘ ^-2. С'хемы фотометрических сепарато- |
||
ЛУЧ света ПРОХОДИТ че- |
|||||
рез |
поляроид |
5, объ- |
Р овЦ Н И И О л ово(Я)н«Сортекс-811М )>(б) |
ектив 6, отверстие 7 во вращающемся сканирующем диске 8, конденсатор 9 и регистрируется датчиком 10, откуда сигнал поступает на блок усиления и дискриминации 11, блок управ ления 12 и далее на усилитель мощности 13, управляющий пневмоклапаном 14. Для синхронизации работы датчика и пневмоклапана имеется канал 15, фиксирующий поступление куска руды в оптическую камеру. Трехканальный сепаратор «Кварц» работает на основе фиксации света, отраженного от общей поверхности куска.
Близок по конструкции к сепаратору ЦНИИОлово и НПО «Буревестник» фотометрический сепаратор «Сортекс-811М»
(рис. 9.2, б) фирмы «Гансонс Сортекс Лимитед» (Великобри тания), основными узлами которого являются: бункер 1, виб рационный питатель 2 с брызгалами 3, выравнивающие диск 4 и ленты 5, конвейер б, оптическая камера 7, пневмоклапаны 8, плита 9, разделяющая материал отклоняемой 10 и неотклоняемой 11 фракций. Скорость срабатывания сортирующего механизма — пневматических клапанов — тем больше, чем мельче обрабатываемый материал; при крупности — 20 мм она достигает 200 раз в 1с.
Особенностью сепаратора «Модель 16», разработанного фирмами «Ор Сортекс» и «Голдфилдс», является использова ние в качестве источника света гелий-неонового лазера, даю щего значительный световой поток при малом диаметре све тового луча. Это позволяет сканировать поверхность зерен ма териала, расположенного на быстродвижущейся (4 м/с) ленте разреженным монослоем (шириной 800 мм), через каждые 2 мм при высокой производительности сепаратора. Сканирование лазерного луча поперек ленты производится с помощью быстровращающегося многогранного зеркального барабана. Пне вматическое разделительное устройство состоит из 40—80 кла панов (в зависимости от крупности материала), расположен ных поперек движения ленты. Работа сепаратора контролиру ется компьютером. Электронный блок управления кроме обыч ных функций определяет также размер и положение кусков в монослое, что обеспечивает более четкое выделение их в со ответствующий продукт.
9.3. AScopSunoHtto-раапометрпческпе
метоаы cenapaunn
В промышленных условиях используются пока гамма-аб сорбционная, нейтронно-абсорбционная и фотоабсорбционная сепарации.
Гамма-абсорбционная сепарация основана на различном поглощении у-лучей зернами минералов разной плотности и используется для обогащения углей, горючих сланцев, желез ных руд и других полезных ископаемых, содержание извлека емого компонента в которых достаточно велико.
Чтобы исключить влияние крупности на результаты обо гащения (например, попадание большого куска угля, облада ющего малой плотностью, в хвосты, состоящие из зерен поро ды большей плотности), осуществляют предварительную клас сификацию исходного материала на узкие классы крупности, если в сепараторах используется один источник излучения, или применяют сепараторы с двумя источниками излучений раз ной энергии. Активность обоих источников подбирается та ким образом, чтобы при прохождении однородных по соста ву, но различных по величине кусков общий поток у-лучей, поступающий на детектор, сохранился одинаковым. Тогда сиг нал, подаваемый на исполнительный механизм, будет менять ся лишь в случае различия состава кусков, проходящих мимо источников излучений.
В промышленном 24-канальном сепараторе РС-24, разра ботанном УкрНИИУглеобогащения для обогащения крупных классов (-100 +50 мм) углей, производительностью около 60 т/ч материал подается под источник у-лучей наклонным вибраци онным лотком, под которым расположен датчик сцинтилляционного типа. Исполнительный механизм выполнен в виде элек тромагнитного сбрасывателя, выталкивающего куски породы в приемник по сигналу датчика через радиометр.
Аналогичный принцип работы использован в двухканаль ном сепараторе РС-2Ж ленточного типа для обогащения круп нокусковых (-250 +50 мм) железных руд с производительно стью 25— 10 т/ч (в покусковом режиме). Источником у-излу- чения является изотоп l09Cd мощностью 10 мКи, расположен ный над датчиком, помещенным в головке барабана конвейе ра. Сепаратор снабжен электромеханическим разделительным устройством.
Для обогащения горючих сланцев используют сепараторы «РС-Кристалл-2» производительностью до 30 т/ч при круп ности материала -125 +50 мм и «РС-Рубин» производитель ностью 7—8 т/ч при крупности материала -50 +25 мм. В «РСРубине» (рис. 9.3, а) выделение кусков породы из общего по тока материала, подаваемого вибрационным питателем 1 на пустотелый валок 5 (с 12 желобками), внутри которого поме-
Рис. 9.3. Схемы гам м а-абсорбционного «РС -Рубин» (а) и ф отоабсорбц и -
онного оптического (б) сепараторов
щен источник у-излучения 4, производится отдувкой сжатым воздухом через пневмоклапаны 3 в приемник 6 по сигналу датчика у-излучений 2. Обогащенный сланец поступает в при емник 7.
Нейтронно-абсорбционная сепарация отличается от гам ма-абсорбционной только источником излучения, в качестве которого в ней используют импульсные источники нейтро нов. В качестве замедлителей нейтронов применяют парафин или воду. Сепарация наиболее эффективна при обогащении бедных борных руд: из крайне убогих руд получают продукты с промышленным содержанием бора и резко сниженным со держанием карбонатов кальция, затрудняющих последующее обогащение руд и являющихся вредной примесью в борных концентратах.
Фотоабсорбционная сепарация основана на различии в ин тенсивности пропущенного кусками руды света, т. е. прозрач ности разделяемых минералов. Она применяется, например, для доводки грубых алмазсодержащих концентратов. В опти ческом сепараторе (рис. 9.3, б), разработанном в ЮАР, исход ный материал, подаваемый из бункера 1 питателем 2, распо-
лагается монослоем по всей ширине фоновой поверхности движущейся ленты 3 из черной резины и подается к зазору между экраном 5 и лентой 3, где он попадает под луч света от осветительной системы 4. При освещении непрозрачных кус ков породы все лучи света отражаются от них, гасятся экра ном и куски свободно падают в приемник 9 для хвостов. При подходе к зазору полупрозрачной или прозрачной частицы (например, алмаза) падающие лучи света проходят через нее и улавливаются за экраном светочувствительной системой 6. В радиометре 7 оптический сигнал преобразуется в электриче ский и устройство 8 подает команду на шибер 11, который отклоняется и куски попадают в приемник 10 для концентра та. На сепараторе можно обогащать материал крупностью от 5 до 40 мм, разделенный на 3— 4 узких класса. Производи тельность сепаратора в зависимости от крупности материала составляет 0,3—0,8 т/ч, степень концентрации — 2000 1 из влечение алмазов — до 95 %.
9.4. Радиом етрическая крупнопорипонная сортировка
Крупнопорционная сортировка руд на сорта производит ся на основе измерения интенсивности излучения крупных их объемов, загруженных в транспортные емкости — вагонетки, автомашины и др. При этом кондиционные руды отделяются от забалансовых и пустой породы.
Крупнопорционная сортировка осуществляется на радио метрических контрольных станциях (РКС), является самым производительным и дешевым обогатительным процессом, но применима только к рудам, отличающимся достаточной не равномерностью по содержанию ценного компонента. Она проводится в настоящее время авторадиометрическим, рент генорадиометрическим, нейтронно-активационным и фотонейтронным методами. Используемые на РКС системы реги страции интенсивности первичного или вторичного излуче
ния и системы облучения такие же, как и при сепарации. Рас полагаются они по бокам или над емкостью с рудой. Резуль таты измерения через радиометр передаются на исполнитель ные механизмы, переводящие стрелки рельсовых путей или включающие семафор перед автомашиной. РКС оборудованы автоматической системой управления, внешней биологиче ской защитой, системой блокировки и сигнализации.
Авторадиометрические контрольные станции предназна чены для крупнопорционной сортировки естественно-радио активных руд, фотонейтронные контрольные станции (напри мер, РКС-2Б) — для сортировки бериллийсодержащих руд, нейтронно-активационные контрольные станции — сортиров ки флюоритовых руд, рентгенорадиометрические контроль ные станции — сортировки оловосодержащих руд. Их приме нение позволяет удалить из горной массы до 50 0 о породы и сократить на 25—50 % объем материала, поступающего на последующее обогащение.
I |
1 0 |
ФЛОТАШЮНМЫЕ МЕТОПЫ |
|
|
ОБОГАЩЕНИЯ |
10.1. Су ш н о с т ь и разновпаностп
Флотаипонны х процессов разделения м инералов
Все флотационные процессы разделения минералов осно ваны на различии их физико-химических свойств — на разли чии в значениях удельной свободной поверхностной энергии минералов, определяющей различную способность их закре пляться на межфазовой поверхности жидкость — газ, жид кость — жидкость, твердое — жидкость или твердое — газ. В практических условиях в качестве жидкой фазы используется обычно вода, в качестве газообразной фазы — воздух, в каче стве твердой — разделяемые минералы.
10.1.1. Зависимость смачиваемости поверхности минералов от значений уаельных поверхностных энергий на границе соприкасающихся Фаз
Способность минералов закрепляться на поверхности раз дела воздух — вода (или в общем случае газ — жидкость) и флотироваться зависит от степени полярности минеральной поверхности, энергии взаимодействия ее с молекулами воды (жидкости) и смачиваемости водой (жидкостью).
Гидратация поверхности минерала происходит, когда энер гия взаимодействия ее с молекулами воды, энергия адгезии И^а, больше энергии взаимодействия молекул воды друг с дру гом, т. е. энергии когезии W*. Чем больше значение отноше ния WJWK, тем лучше минерал смачивается водой и хуже фло тируется.
зоз