Самилін Валерій, Білецький Володимир: Спеціальні методи збагачення корисних копалин (курс лекцій) – Лекція No 10

3. Промивка корисних копалин

Промивка – процес дезинтеграції (розмокання, диспергування) глинистого матеріалу, який входить до складу руди, з одночасним відокремленням його від рудних частинок у вигляді глинистої суспензії (шламу) під дією води. Крім того, промивка забезпечує видалення розчинних мінеральних компонентів з корисних копалин. Наприклад, водна промивка солоного вугілля – спосіб його збагачення шляхом знесолення.

Промивка використовується при збагаченні розсипних родовищ рідкісних і благородних металів, руд чорних металів (Fe, Mn), вапняків, фосфоритiв, каолінiв, будматеріалів (піску, щебеню), флюсів. Промивка корисних копалин є збагачувальною операцією. Вона застосовується або для попереднього, або остаточного збагачення.

Промивці звичайно піддають корисні копалини з повторних (перевідкладених) родовищ. Особливість їх у тому, що цінний компонент або зцементований, або забруднений глиною (піщано-глинистою породою).

До глинистих відносять породи, які містять близько 3 % частинок менше 5 мкм. Глини містять понад 30 % цих частинок. Різновиди глин: монтморилонiти, ілiти, каолшнiти.

Основна властивість глин – розмокання (розкисання). На відміну від глин, інші компоненти не поглинають воду і не розбухають. Гідронестійкість глин, тобто здатність розділятися у воді на первинні частинки, покладена в основу дезинтеграції перевідкладених корисних копалин.

Дезінтеґрація глинистих порід (руйнування, диспергyвання) відбувається за рахунок механічного впливу робочих органів апаратів і води. При цьому тонкі частинки переходять у воду, оголюючи нові поверхні, які у свою чергу продовжують взаємодіяти з водою. Вода руйнує (розчиняє) клейкі плівки гелів, що цементують частинки мінералів.

Таким чином, основна властивість, що визначає ефективність процесу дезинтеграції, – це міцність компонентів при руйнуванні у водному середовищі.

У залежності від крупностi міцного компонента для відділення його від глини використовують або грохочення, або класифікацію.

Процес, що об’єднує операції дезинтеграції, грохочення або класифікації, називається промивкою.

Для руд, зцементованих глиною, дезінтеґрація протікає без попереднього дроблення (титано-цирконiєві піски). Для руд, забруднених глиною (вапняк), перед дезинтеграцією здійснюється дроблення. Процес дезинтеграції, в основному, визначається властивостями глини.

 

Фізичні властивості глин.
Промивна здатність

Розрізнюють дві групи властивостей глин:

1. якi визначають характеристики мiцностi, тривкості, крихкості (густина, щільність, опір зсуву, пластичність, структурна в’язкість);
2. які визначають гідростiйкiсть глин (пористість, водопроникнiсть, розмокання, набухання, природна вологість).

Основною властивістю першої групи є пластичність – здатність твердих тіл змінювати форму і розміри під дією зовнішніх сил без розривів суцільності і зберігати залишкову деформацію після зняття сил.

Пластичність характеризується числом пластичності:

Р = W_в – W_н, %,

де Wв – вологість на верхній межі, коли глина переходить з пластичного стану в рідкий, %;

Wн – вологість на нижній межі, коли глина втрачає пластичність, %.

Основними властивостями другої групи, що визначають гiдростiйкiсть глин, є розмокання та набухання.

Розмокання оцінюється часом повного руйнування зразка глини у воді t_р при d_m/d_t = 0.

Питоме набухання (Н) характеризує зміну висоти зразка по відношенню до його первинного значення, в % (Рис. 10.1).

H = 100 (h₁– h_o)/ h_o= 100 * Δh/ h_o, %, де h₁ i h_o – кiнцева і початкова висота зразка

Рис. 10.1. – Схема набухання глини

Комплексною оцінкою процесу промивки є промивність – здатність руд промиватися водою до повного розриву зв’язку зерен між собою і звільнення їх від глини.

За промивністю руди поділяють на 4 категорії, які характеризуються числом пластичностi:

1. Легкопромивнi ………………….Р < 3.
2. Середньопромивнi ………………Р = 3 – 15.
3. Важкопромивні …………………Р = 15 – 20.
4. Сильно важкопромивні………….Р > 20.

 

Промивальні (промивні) машини

Для здійснення промивки використовують ґравіємийки, скрубери, бутари, шлюзи, вашгерди, промивні башти та ін.

За принципом дії розрізняють промивні машини гідравлічної та механічної дії.

За конструкцією промивальні машини класифікують на:

1. барабанні;
2. коритнi;
3. струминні;
4. вібраційнi;
5. ультразвуковi;
6. промивальні вежі;
7. бичові промивні машини.

1. Барабанні промивальні машини мають обертову ванну, дезінтеґрація в якій протікає за рахунок взаємного тертя кускiв, а також їх тертя об робочу поверхню машини. Барабан обертається на опорних котках і має нахил у бік розвантаження.

У залежності від характеру робочої поверхні (перфорована, суцільна) виділяють:

1. промивальні барабанні грохоти;
2. бутари;
3. скрубер;
4. скрубер-бутари;
5. ґравіємийки-сортувалки.

На рис. 10.2 наведені схеми бутари і скрубер-бутари.

а б

Вихiдна руда

Вода
Мита руда

Шлам
Рис. 10.2. Схеми бутари (а) і скрубер-бутари (б)

Бутари, що встановлюються на драгах, називаються дражними бочками. Вони мають довжину до 16 м і виконуються з декількох ставiв, що мають різний розмір отворів (від меншого до більшого у напрямку розвантаження).

Гравіємийка-сортувалка (рис.10.3) складається з рами 1 та встановленого на ній на опорних котках циліндричного барабана 2. Барабан має скруберну (промивну) секцію 3 та сортувальні секції 4, 5 з діаметром отворів відповідно 6, 20, 40. Обертається барабан за допомогою електродвигуна 7, редуктора 8, шківів та клиноремінної передачі. Вихідний матеріал надходить в промивну секцію по завантажувальному лотку 9. В середину барабана по трубопроводу через бризкала подається вода для промивки сировини. У машинах цього типу в основному промивають та сортують будівельні матеріали – гравій, вапняк, щебінь та ін. За їх допомогою одержують промитий матеріал крупності: -100+40; -40+20; -20+6; та –6 мм. Продуктивність гравіємийок-сортувалок С213А, С215 Б та С583, які випускаються серійно, відповідно складає 1-2 м³ на 1 м³ вихідного матеріалу.

2. Коритнi промивальні машини застосовують для середньо- і важкопромивних матеріалів крупнiстю до 100 мм. Вони являють собою корито прямокутне в плані і овальне в розрізі (Рис. 10.4). Всередині корита встановлений один або два вали зі спірально закріпленими елементами (бичі, мечі, шаблі).

Рис. 10.4. Горизонтальна коритна промивальна машина

1 – корито;
2 – лопаті;
3 – вал;
4 –рiвень пульпи.
Рис. 10.5. Похила коритна промивальна машина

Диспергованi в процесі дезинтеграцiї частинки глини виносяться потоком води, який рухається назустріч потоку матеріалу, що промивається.

Розглянемо роботу бичової промивної машини, яка складається з трьох паралельно розміщених відділень А, Б, В (рис. 10.6). Перші два відділення призначені для дезинтеграції (протирання) руди, а третє – для промивки. Відділення протирання (рис. 10.6 б) являє собою корито, впродовж якого встановлено горизонтальний вал 1. На валу 1 по ґвинтовій лінії закріплені бичі 2. Руда у протиральному відділенні А з допомогою спірально розташованих бичів рухається до протилежного кінця ванни, звідки через вікно у перегородці 9 надходить у друге протиральне відділення Б. Тут процес промивки здійснюється аналогічно, але руда рухається у зворотному напрямку. Промивне відділення (рис. 10.6 в) являє собою корито, розділене перегородками на окремі камери. Вздовж корита установлено вал, на якому закріплені невеликі барабанні грохоти 6 і колісні черпакові елеватори 7 (по одному на кожну камеру). Барабанні грохоти призначені для інтенсифікації промивки руди, а колісні черпакові елеватори – для транспортування матеріалу послідовно з камери в камеру. На внутрішній поверхні барабанних грохотів закріплені смуги, що утворюють спіральну лінію, яка сприяє переміщенню матеріалу. Дріб’язок при цьому просіюється через отвори сита. Всі вали приводяться в обертовий рух електродвигуном 5 через систему клинопасової та ланцюгової передач 3 та 4.

Напрям руху матеріалу (руди) у бичовій машині – проти течії промивної води. Вивантаження митої руди з машини здійснюється елеваторним колесом (останнім по ходу руху матеріалу) в жолоб 8. Витрата води на промивку складає 2-4 м³ на 1т вихідної руди. Бичові промивні машини в основному застосовуються для промивки важко промивних марганцевих руд (за кордоном застосовують також для промивки окремих типів глинистих бурозалізнякових руд). Продуктивність бичової машини типу МПМ-3,2 на Марганецькому ГЗК при промивці марганцевих руд Нікопольського басейну досягає 250 т/год при витраті електроенергії 0,3-0,5 (кВт-год)/т вихідної руди. Частота обертання валів машини дорівнює у протитечійних відділеннях 6,9 об/хв. Перевагою бичових машин є простота запуску, велика продуктивність та наявність нерухомого шару матеріалу на дні ванни, який захищає днище ванни від зносу. Недоліками таких машин є відносна складність конструкції, підвищене подрібнення рудних мінералів та втрата їх у зливі. Регулювання роботи бичової машини здійснюється шляхом зміни числа бичів на валу, витрати води на промивку, а також завантаженням окремих класів крупності окремо в різні відділення машини.

6. Струминні машини. Промивка здійснюється за допомогою високонапірних струменів води. До них відносять гiдровашгерди, які застосовують для промивки золотоносних пісків (Рис. 10.7). Напір води, що подається з монітора 400 кПа, забезпечує відмив глинистого компонента та класифікацію матеріалу (як правило, по кл. 70-130 мм). Витрати води на 1 м³ піску 8-12 м³/год. Недолік – циклічний характер роботи.
7. Вібраційні промивальні машини диспергують глинистий матеріал за рахунок вібраційного впливу робочих органів на частинки. Застосовуються для промивки грубозернистого матеріалу різної промивності. Являють собою вiброгрохоти. Вібрації накладаються перпендикулярно напрямку руху матеріалу. Днище заповнюють водою. Ступінь дезинтеграції підвищується при збільшенні амплітуди та установлення на грохот дезинтегруючих елементів.
8. Ультразвуковий дезинтегратор диспергує глину при впливі на неї ультразвукових хвиль. Застосовується для мінералів з дрібними включеннями корисних компонентів.

Рис. 10.7. Гiдровашгерд

6. Промивна башта (рис. 10.8) являє виконану з залізобетону циліндричну шахту 5 діаметром 5-10 м і висотою 10-20 м. Конічна основа башти (днище) виконана з кутом нахилу твірних до горизонту не менше 50°. По осі башти установлена обсадна труба 6, в середині якої розміщено ерліфтний підйомник 7. Обсадна труба у верхній частині башти закріплена розтяжками до її стінок, а в нижній частині опирається на ковпак 8. Між похилими стінами днища башти та ковпаком є щілина шириною 200 мм для випуску з башти митої руди. У нижній частині башти установлені сопла 9 для подачі промивної води та стисненого повітря, яке інтенсифікує процес промивки. Вихідна руда завантажується у верхню частину башти транспортером 3. Руда поступово переміщується в башті вниз, безперервно промивається водою, яка подається знизу, і проходить кільцевою щілиною під ковпак 8, де здійснюється додаткова її промивка. Потім мита руда ерліфтом подається в камеру 2, де здійснюється відділення повітря від потоку пульпоповітряної суміші. Мита руда з водою самопливом направляється у згущувальну лійку 1. Злив лійки (тонкий шлам) повертається у башту, а згущений нижній продукт направляється на зневоднення. Злив башти виводиться у верхній частині башти через спеціальну зливну трубу 4. Частина зливу використовується як промивна вода і перекачується насосом через сопла у башту, а залишена частина води прояснюється у шламовому ставку чи спеціальному пристрої і також використовується для промивки. Промивні башти використовують для промивки керченських бурих залізняків. Переваги промивних башт – відносно мала стираність матеріалів при промивці і менші втрати компонентів зі зливом.

4. Вiдтирання корисних копалин

Вiдтирання застосовується при переробці скляних пісків, гірського кришталю, польових шпатiв, хромiтових концентратiв, при підготовці до флотацiї вугілля. При відтиранні відбувається інтенсивний знос поверхні частинок, внаслідок чого видаляються плівки, які погіршують процес збагачення або якість мінералу.

Вiдтирання мінералів від забруднюючих плівок проводять механічним, ультразвуковим і комбінованим способами.

Механічним способом можна очищати тільки відкриту поверхню мінералу. Ультразвуковий спосіб вiдтирання дозволяє видаляти плівки з мiкротріщин. Комбінація цих двох способів дозволяє досягати високого ступеня очищення. Інтенсифікація процесів вiдтирання може бути досягнута хімічним розчиненням плівок. Найбільш широко вiдтирання застосовується при збагаченні кварцу.

Вiдтирання може здійснюватися у флотацiйних машинах або у вiдтиральних машинах ОМ-1220/2.4, ОМ-1000/1, ОМ-600/0.28.

Для зниження мікротвердості кварцу і лімонiту при вiдтиранні застосовують поверхнево-активні речовини (ПАР): хлористий натрій, кальциновану соду.

На рис. 10.9 наведена схема збагачення кварцового піску, де вiдтирання є основною збагачувальною операцією. Збагачення полягає в зниженні вмісту оксиду заліза на поверхні зерен кварцу від 0.13 до 0.08 % (1-й сорт). Отримання кварцового піску вищого сорту вимагає застосування флотацiї, магнітної сепарації, хімічного збагачення (Киштимський ГЗК, Росія).

Рис. 10.9. Схема збагачення кварцового піску

 

5. Декрипітацiя

Це вибіркове розкриття основане на здатності окремих мінералів руйнуватися по площинах спайностi при нагріванні і подальшому швидкому охолоджуванні або тільки при нагріванні. Причина цього явища – наявність газово-рідинних включень, низька теплопровідність окремих мінералів.

Мінерали, схильні до декрипiтації: барит, кальцит, кам’яна сіль, кiанiт, силiманiт, сподумен, флюорит, слюда. Температура нагріву цих мінералів знаходиться в межах 400-1100 ^оС і залежить від взаємопроростання. У результаті декрипiтації відбувається концентрація компонентів у вузьких класах.

Декрипiтацiя найбільш широко застосовується при переробці сподуменових (лiтiєвих) руд. У цих рудах цінний компонент представлений α- сподуменом. При температурі 1100-1200 ^оС α-сподумен переходить в β-сподумен із зміною густини від 3150 до 2400 кг/м³. При цьому він розсипається в порошок крупнiстю до 0.15 мм. Порода (кварц, польовий шпат, слюда) не змінюється. На рис. 10.10 наведена схема переробки сподуменової руди родовища Кет-Лейк (Канада).

Рис. 10.10. Схема переробки сподуменової руди

Схема включає:

1. дроблення руди до 19 мм;
2. виділення класу 0-0.2 мм як вiдвального продукту;
3. випалення кл. 0.2-19 мм у обертових барабанних печах при t =1100 ^оС;
4. охолоджування руди;
5. подрібнення в барабанному млині з гумовою футеровкою;
6. тонке грохочення або повітряну класифікацію.

Основні операції декрипiтацiйного руйнування: випалення, охолоджування, подрібнення.

 

Термохімічне руйнування

Вибіркове термохiмiчне руйнування застосовують для руд, породна частина яких представлена карбонатами: кальцитом, магнезитом, сидеритом. Цінний компонент представлений термостiйкими мінералами – пiрохлором, фторапатитом і ін.

Збагачення з використанням вибіркової зміни розмірів компонентів іде за схемою: термічне розкладання, гасіння у воді недопалу, класифікація, при якій у “мінусовий” продукт виводять гiдрооксиди кальцію, магнію або заліза.

Термічна дисоціація карбонатiв протікає за реакцією:

MeCO₃ MeO + CO₂

Процес супроводжується поглинанням тепла. Температура розкладання кальциту 900-910 ^оС, магнезиту – 670 ^оС, сидериту – 400 ^оС. Гасіння продукту випалення протікає за реакцією:

MeO + Н₂О = Me(ОН)₂ + Q

Гасіння супроводжується значним виділенням тепла. Частина води переходить у пару. Шматки недопалу розсипаються в крихку масу гідрооксиду металу, яка при перемішуванні переводиться в тонкодисперсний стан.

На процес термохiмiчного руйнування впливає: температура, час випалення, крупнiсть початкового матеріалу.

При t = 1000 ^оС і тривалості випалення 2 години досягається переведення 90 % кальциту в тонкодисперсний стан з карбонатної руди, що містить пірохлор і апатит.

При t = 900 ^оС і тривалості випалення 2 години тільки 58 % кальциту переводиться в тонкодисперсну фракцію. Для досягнення 90 % цього показника потрібна тривалість випалення 8 годин.