ПОСОБИЕ

Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего
профессионального образования
«АМУРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
И.А. Пузыревская
ОБОГАЩЕНИЕ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ
Учебное пособие
Благовещенск
Издательство АмГУ
2014 г.
Печатается по решению
ББК 33.4я73
редакционно-издательского совета Амурского
О-21
государственного Университета
Разработано в рамках реализации гранта «Подготовка высококвалифицированных
кадров в сфере горно-металлургического кластера Амурской области» по заказу
предприятия-партнера ЗАО УК «Петропавловск»
Издаётся по решению кафедры геологии и природопользования инженерно-физического
факультета Амурского государственного университета в рамках выполнения программы
«Кадры для регионов»
Рецензенты:
Мельников А.В., ведущий научный сотрудник Института геологии и
природопользования, канд.геол-минер. наук;
Казанцев А.Е., главный геолог ООО НПГФ «Регис»
Пузыревская И.А.
Обогащение полезных ископаемых: учебное пособие / сост. Пузыревская И.А. –
Благовещенск: Изд-во АмГУ, 2014.- 96 с.
Учебное пособие предназначено для студентов специальности 130400.65 – Горное
дело специализации «Обогащение полезных ископаемых».
В авторской редакции
ББК 33.4я73
© Амурский государственный университет, 2014
2
СОДЕРЖАНИЕ…………………………………………………………………………………...3
ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………………………….4
Тема 1 Процессы обогащения полезных ископаемых……………………………..…………..6
1.1 Подготовительные процессы обогащения……………………………………………….....6
1.2 Основные процессы обогащения……………………………………………………………7
1.3 Вспомогательные процессы обогащения…………………………………………….……..7
1.4 Основные технологические показатели обогащения………………………………………7
Тема 2 Способы определения гранулометрического состава. Построение характеристик
крупности и их практическое использование………………………………………………….8
Тема 3 Значение и роль обогащения при использовании различных полезных
ископаемых……………………………………………………………………………………....10
Тема 4 Способы и процессы дробления полезных ископаемых…………………………….16
Тема 5 Процессы измельчения. Типы и принципы работы мельниц……………………………21
Тема 6 Мелющие тела, процесс изнашивания………………………………………………...26
6.1 Мелющие тела, процесс изнашивания…………………………………………………….26
6.2 Определение оптимальной по составу и крупности измельчающей среды…………….27
6.3 Измельчаемость руд………………………………………………………………………...28
6.4 Абразивность руд……………………………………………………………………………28
6.5 Схемы измельчения…………………………………………………………………………29
6.6 Пульпа………………………………………………………………………………………..31
6.7 Производительность мельниц……………………………………………………………...33
6.8 Эксплуатация барабанных мельниц…………………………………………………….…36
6.9 Мельницы других типов……………………………………………………………………39
Тема 7 Грохочение………………………………………………………………………………43
7.1 Грохочение…………………………………………………………………………………..43
7.2 Классификация грохотов………………………………………………………………...…44
Тема 8 Классификация………………………………………………………………………….49
8.1 Гидроциклон…………………………………………………………………………………51
8.2 Классификатор………………………………………………………………………………54
Тема 9 Комплексная рудоподготовка в современных условиях производства минеральной
продукции……………………………………………………………………………………..…57
Тема 10 Гравитационные процессы обогащения……………………………………………..61
Тема 11 Флотационные процессы обогащения……………………………………………….78
Тема 12 Магнитное обогащение………………………………………………………………..86
Тема 13 Охрана окружающей среды при работе обогатительных фабрик………………….89
Словарь ОПИ……………………………………………………………………………………92
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК…………………….…………………………………...95
3
ВВЕДЕНИЕ
Обогащение полезных ископаемых — совокупность процессов механической
переработки минерального сырья с целью извлечения ценных компонентов и удаления
пустой породы и вредных примесей, которые не представляют практической ценности в
данных технико-экономических условиях. В результате обогащения из руды получают
концентрат, качество которого выше, чем качество руды. Качество концентрата
характеризуется содержанием ценного компонента (оно выше, чем в руде), содержанием
полезных и вредных примесей, влажностью и гранулометрической характеристикой.
Обогащение — наиважнейшее промежуточное звено между добычей полезных
ископаемых и использованием извлекаемых веществ.
Обогащение позволяет существенно увеличить концентрацию ценных компонентов.
Содержание важных цветных металлов — меди, свинца, цинка — в рудах составляет 0,3—
2 %, а в их концентратах — 20—70 %. Концентрация молибдена увеличивается от 0,1—
0,05 % до 47—50 %, вольфрама — от 0,1—0,2 % до 45—65 %, зольность угля снижается от
25—35 % до 2—15 %.
В задачу обогащения входит также удаление вредных примесей минералов
(мышьяк, сера, кремний и т. д.). Извлечение ценных компонентов в концентрат в
процессах обогащения составляет от 60 до 95 %.
История цивилизации неразрывно связана с развитием техники и технологии.
Технический прогресс в горном деле создал значительное количество процессов
обогащения, использующих различие в свойствах компонентов в составе руд. Переработка
руд основана на многих тонких явлениях, которые изучаются благодаря достижениям
физики и химии. При этом используются гравитационные, электрические, магнитные,
люминесцентные и радиоактивные свойства минерального сырья, физико-химические
свойства поверхности. К ископаемым прикладываются вибрационные, ультразвуковые,
электрохимические воздействия, существуют и бактериологические методы сепарации
(сортировки).
Древнейшим методом обогащения является ручная разборка.
Сотни тысяч лет
назад люди подбирали для изготовления орудий труда и охоты камни с заостренными
краями, находя среди них наиболее прочные и подходящие по размеру и форме. Путем
эксперимента наш дальний предок установил, что светлые кварцевые породы являются
самыми твердыми, а серые известняковые камни рассыпаются от удара. Разделение этих
камней и можно считать первой рудоразборкой – процессом, относящимся к обогащению
полезных ископаемых. При этом выполнялась сепарация (сортировка) материала по
4
крупности, твердости, форме и цвету. Около 100 000 лет назад люди уже использовали
кварцит, из которого вытачивали топоры и наконечники для копий. Остатки этих орудий
находят археологи при раскопках стоянок питекантропов.
Затем наступил Новый каменный век – неолит, принесший людям золото и медь,
нефрит, цветные камни. За 3500 лет до нашей эры в Вавилоне, Индии и Египте была
развита торговля драгоценными камнями. Из россыпей добывались самородки меди и
золота – наиболее крупные вручную, а более мелкие отмывкой. Именно интересу людей к
золоту и обязаны своим развитием методы обогащения полезных ископаемых.
Во времена Геродота (V век до н.э.) применялись приспособления для обогащения
россыпей промывкой – шлюзы из дерева и бараньих шкур, ендовки, бутары. Этот способ
может быть отнесен к самым древним примитивным процессам гравитационного
обогащения.
Большое значение для прогресса техники и технологии обработки руд имели
работы М.В. Ломоносова по географии, геологии, минералогии и горному делу. В
основанной им в 1748 году химической лаборатории Ломоносов выполнял анализы солей,
руд и горных пород. В работе "Первые основания металлургии и рудных дел" (1763) и в
добавлении к ней "О слоях земных", а также в речи "Слово о рождении металлов от
трясения Земли" (1757) Ломоносов одним из первых высказал мысль об изменчивости
природы, длительности, непрерывности и периодичности геологических процессов.
Обобщил все известные к тому времени сведения о полезных ископаемых. Первым
обратил внимание на взаимодействие внутреннего и внешнего геологических процессов,
изменение пород под влиянием высоких температур и давлений, различный возраст
рудных жил и последовательность образования в них минералов, а также на вторичные
изменения последних, чередование наступлений и отступлений морей в истории Земли,
образование слоистых осадочных пород путём осаждения их в древних морских бассейнах
и др. Впервые показал, что торф, каменный уголь и нефть — продукты естественного
преобразования органического вещества в глубинах Земли; янтарь является ископаемой
смолой, окаменелости — остатками животного и растительного мира древних эпох.
М.В.Ломоносов положил начало учению о поисковых признаках полезных
ископаемых, разработал графический метод обработки результатов съёмки висячими
маркшейдерскими инструментами; занимался вопросами оценки месторождений.
М.В.Ломоносов — автор различных идей в области горного искусства и
горнозаводской механики, механического обогащения и т.д. Он впервые определил
условия естественной вентиляции рудников, указал на возможность применения
гидрометаллургических процессов для извлечения металлов из руд. Его труды на
5
протяжении нескольких поколений служили руководством для русских горняков и
металлургов.
Тема 1 ПРОЦЕССЫ ОБОГАЩЕНИЯ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ
Переработка полезных ископаемых на обогатительных фабриках включает ряд
последовательных операций, в результате которых достигается отделение полезных
компонентов от примесей. По своему назначению процессы переработки полезных
ископаемых
разделяют
на
подготовительные,
основные
(обогатительные)
и
вспомогательные (заключительные).
1.1 Подготовительные процессы обогащения
Подготовительные процессы предназначены для раскрытия или открытия зёрен
полезных компонентов (минералов), входящих в состав полезного ископаемого, и деления
его на классы крупности, удовлетворяющие технологическим требованиям последующих
процессов обогащения. К подготовительным относят процессы дробления, измельчения,
грохочения и классификации. Их задача — разъединить полезный минерал и пустую
породу и создать нужную гранулометрическую характеристику перерабатываемого сырья.
Предварительное обогащение полезных ископаемых позволяет:

увеличить промышленные запасы сырья за счет использования месторождений
бедных полезных ископаемых с низким содержанием ценных компонентов;

повысить производительность труда на горных предприятиях и снизить стоимость
добываемой руды за счет механизации горных работ и сплошной выемки полезного
ископаемого вместо выборочной;

повысить
технико-экономические
показатели
металлургических
и
химических
предприятий при переработке обогащенного сырья за счет снижения расхода топлива,
электроэнергии, флюсов, химических реактивов, улучшения качества готовых
продуктов и снижения потерь полезных компонентов с отходами;

комплексно использовать полезные ископаемые, так как предварительное обогащение
позволяет извлечь не только основные полезные компоненты, но и сопутствующие,
содержащиеся в малых количествах;

снизить расходы на транспортирование к потребителям более богатых продуктов, а не
всего объема добываемого полезного ископаемого;

выделить из минерального сырья те вредные примеси, которые при дальнейшей его
переработке могут загрязнять окружающую среду и тем самым угрожать здоровью
6
людей и ухудшать качество конечной продукции.
1.2 Основные процессы обогащения
К основным относят следующие процессы:

гравитационные, основанные на различиях в плотности разделяемых минералов;

флотационные (различия в поверхностных свойствах разделяемых минералов);

магнитные (различия в магнитной восприимчивости разделяемых минералов);

электрические (различия в электрических свойствах разделяемых минералов);

специальные (различия в цвете, блеске, форме, естественной или наведенной радиации
разделяемых минералов);

комбинированные, в схему которых помимо традиционных процессов обогащения (не
затрагивающих
химического
состава
сырья)
включены
пиро-
или
гидрометаллургические операции, изменяющие химический состав сырья.
Задача основных процессов обогащения — разделить полезный минерал и пустую породу.
1.3 Вспомогательные процессы обогащения
К вспомогательным относят обезвоживание, пылеулавливание, очистку сточных
вод, опробование, контроль и автоматизацию. Задача этих процессов — обеспечить
оптимальное протекание основных процессов.
Совокупность последовательных технологических операций обработки, которым
подвергают полезные ископаемые на обогатительных фабриках, называется схемой
обогащения. В зависимости от характера сведений, которые содержатся в схеме
обогащения, ее называют технологической, качественной, количественной, качественноколичественной, водно-шламовой и схемой цепи аппаратов.
1.4 Основные технологические показатели обогащения
Обогащение, как и любой другой технологический процесс, характеризуется
показателями. Основные технологические показатели обогащения следующие:

масса продукта (производительность) — Q, C, Т, выражается обычно в тоннах в час,
тоннах в сутки и т.д.;

содержание ценного компонента в продукте - α, β, ϑ — это отношение массы ценного
компонента в продукте к массе продукта; содержание различных компонентов в
полезном ископаемом и в полученных продуктах принято вычислять в процентах;
7

выход продукта - γи, γк, γхв — это отношение массы продукта к массе исходной
руды; выход любого продукта обогащения выражают в процентах, реже в долях
единицы;

извлечение ценного компонента - εи, εк, εхв — это отношение массы ценного
компонента в продукте к массе этого же компонента в исходной руде; извлечение
выражается в процентах, реже в долях единицы.
2
СПОСОБЫ
ОПРЕДЕЛЕНИЯ
ПОСТРОЕНИЕ
ХАРАКТЕРИСТИК
ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО
КРУПНОСТИ
И
ИХ
СОСТАВА.
ПРАКТИЧЕСКОЕ
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ
Характеристика массы зерен различного размера по крупности называется
гранулометрической характеристикой.
Гранулометрический состав материала в зависимости от крупности определяют
одним из следующих способов:

ситовой анализ − d > 50 мкм,

седиментационный анализ − d ≈ 50÷5мкм;

анализ под микроскопом − d < 5 мкм.
Ситовый анализ - рассев сыпучего материала на стандартных ситах с отверстиями
различных размеров.
Для ситового анализа применяют два набора стандартных сит:
1) набор, в котором за основу принято сито 200 меш (меш – количество отверстий на
одном линейном дюйме), отверстие в этом сите 0,074 мм; каждое последующее сито
больше предыдущего;
2) набор, в котором за основу принято сито с отверстием 0,012мм; каждое
последующее сито больше предыдущего.
Пробы рассеивают сухим или мокрым способом в зависимости от крупности
материала и необходимой точности ситового анализа. Если не требуется особой точности
и материал не слипается, то применяют сухой способ рассева. Массу пробы для ситового
анализа принимают в зависимости от крупности наибольшего куска в пробе:
Размер куска, мм
0,1
0,3
0,5
1
3
5
Масса пробы, г
25
50
100
200
300
2250 18000
8
10
Проведение ситового анализа:
1. Сита устанавливают сверху вниз от отверстий крупных размеров к мелким.
2. Пробу помещают на верхнее сито и весь набор сит встряхивают на механическом
встряхивателе в течение 10-30 мин.
3. Время рассева определяется крупностью материала: при d < 5 и d > 5 мм время рассева
соответственно 30 и 10 мин.
4. Остаток на каждом сите взвешивают.
5. Выход классов получают делением массы каждого класса на массу исходной пробы.
6. Результаты ситового анализа записывают в таблицу.
7. Вычисляют суммарные выходы, представляющие собой сумму выходов всех классов
крупнее (суммарный выход по плюсу) и мельче (суммарный выход по минусу) отверстий
данного сита.
Характеристикой
крупности
называют
графическое
изображение
гранулометрического состава сыпучего материала. Характеристики крупности строят в
прямоугольной системе координат. Суммарную характеристику крупности Y = f(x) строят
по точкам, положение которых находят по абсциссам х – диаметрам кусков и ординатам
Y – суммарным выходам классов мельче или крупнее x.
Если по оси ординат отложены выходы материала, крупнее заданного диаметра, то
характеристика построена «по плюс х», если мельче данного диаметра, то «по минус х».
Обе характеристики зеркально отражают друг друга и, будучи построены на одном
графике, пересекаются в точке, соответствующей выходу материала, равному 50 %.
Найденная гранулометрическая характеристика позволяет:
1. По виду кривой судить о преобладании крупных или мелких зерен. Суммарные
характеристики «по плюс х» бывают выпуклыми, вогнутыми и прямолинейными.
Выпуклая кривая получается при преобладании в материале крупных зерен.
Вогнутая кривая – при преобладании мелких зерен.
Прямолинейная кривая свидетельствует о равномерном распределении в материале зерен
по крупности, т.е. на любом участке характеристики на единицу изменения диаметра
приходится одинаковое изменение суммарного выхода материала.
2. По кривой суммарной характеристики можно определить выход любого класса
крупности.
3. На основании гранулометрической характеристики можно вывести аналитические
зависимости для определения удельной поверхности материала.
9
3 ЗНАЧЕНИЕ И РОЛЬ ОБОГАЩЕНИЯ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ РАЗЛИЧНЫХ
ПОЛЕЗНЫХ
ИСКОПАЕМЫХ
Основными направлениями экономического и социального развития России на
современный период
предусматривается дальнейшее совершенствование технологии
добычи и переработки руд и концентратов, повышение комплексности использования
минерального сырья, ускорение внедрения эффективных технологических процессов,
улучшение
качества
и
ассортимента
выпускаемой
продукции.
Источником получения металлов, многих видов сырья, топлива, а так же строительных
материалов
являются
полезные
ископаемые.
Полезные ископаемые в зависимости от характера и назначения ценных компонентов
принято
подразделять
на:
рудные,
нерудные
и
горючие.
Рудами называют полезные ископаемые, которые содержат ценные компоненты в
количестве, достаточном для того, чтобы их извлечение при современном состоянии
технологии и техники было экономически выгодным. Руды делятся на металлические и
неметаллические.
К металлическим относятся руды, являющиеся сырьем для получения черных, цветных,
редких,
драгоценных
и
других
металлов.
К неметаллическим – асбестовые, баритовые, апатитовые, фосфоритовые, графитовые,
тальковые
и
другие.
К нерудным относится сырье для производства строительных материалов (песок, глина,
гравий,
строительный
камень,
цементное
сырье
и
другие).
К горючим относятся ископаемое твердое топливо, нефть и природный горючий газ.
По составу руды бывают простые (полезный компонент представлен одним минералом)
и сложные (полезный компонент представлен различными по свойствам минералами).
Руды, содержащие один ценный компонент, называются монометаллическими, руды,
содержащие два или несколько ценных компонента, соответственно биметаллическими и
полиметаллическими.
Монометаллические руды содержат только один ценный металл. Полиметаллические - два
и более, например, Си, Рb, Zn, Fe и др. В природе полиметаллические руды встречаются
значительно чаще, чем монометаллические. В большинстве руд содержится несколько
металлов, но не все они имеют промышленное значение. В связи с развитием техники
обогащения становится возможным извлекать и те металлы, содержание которых в руде
мало,
10
но
их
попутное
извлечение
экономически
целесообразно.
Минералы, не содержащие ценных компонентов, называют пустой породой. При
обогащении они удаляются в отходы (хвосты) совместно с вредными примесями.
В результате обогащения основные составные компоненты полезного ископаемого могут
выделяться в виде самостоятельных продуктов: концентратов (одного или нескольких) и
хвостов. Кроме того, в процессе обогащения из полезного ископаемого могут выделяться
так
же
промежуточные
продукты.
Источниками добычи цветных и редких металлов являются месторождения руд или
полезных ископаемых, содержащие один или несколько ценных металлов (компонентов),
представленных соответствующими минералами в сочетании с вмещающей породой. В
очень редких случаях в земной коре встречаются самородные элементы (медь, золото,
серебро) в виде зерен, имеющих кристаллическое или аморфное строение. Содержание
золота и серебра в руде очень низкое, всего несколько граммов на 1 т руды. На 1 г золота в
земной
коре
приходится
около
2
т
породы.
Руда - это такая порода, из которой на данном этапе развития техники экономически
выгодно извлекать ценные компоненты. Руда состоит из отдельных минералов; те из них,
которые надо извлечь, называют ценными (полезными), а те, которые в данном случае не
используются,
являются
минералами
вмещающей
(пустой)
породы.
Однако понятие «пустая порода» условно. По мере развития техники обогащения и
способов последующей переработки, получаемых при обогащении продуктов, минералы
пустой породы, содержащиеся в руде, становятся полезными. Так, в апатитонефелиновой
руде нефелин долгое время являлся минералом пустой породы, но после того как была
разработана технология получения глинозема из нефелиновых концентратов, он стал
полезным
компонентом.
По минеральному составу руды подразделяются на самородные, сульфидные, окисленные
и
смешанные.
По содержанию металла руды бывают богатые, бедные и забалансовые (очень бедные,
непромышленные). Для разных руд эти понятия различны. При одинаковом содержании
металла, например 0,2...0,3 % молибденовую руду считают богатой, а цинковую и свинцовую
-
бедной.
Различают также руды вкрапленные и сплошные. Во вкрапленных рудах зерна ценных
минералов распределены в массе вмещающей породы. Сплошные руды (колчеданные)
состоят на 50...100 % из сульфидов, главным образом пирита (серного колчедана) и
небольшого
количества
минералов
вмещающей
породы.
По размеру вкрапленности зерен полезных минералов руды бывают крупновкрапленные
(> 2 мм), мелковкрапленные (0,2...2 мм), тонковкрапленные (< 0,2 мм) и весьма
11
тонковкрапленные (< 0,02 мм). Последние являются труднообогатимыми рудами.
В земной коре содержится около 4 тысяч различных минералов, которые представляют
собой более или менее устойчивые природные химические соединения. Одни из них, такие
как кварц, полевые шпаты, алюмосиликаты, пирит составляют основную массу земной
коры, другие, например, минералы Сu, Рb, Zn, Мо, Ве, Sn находятся в больших
количествах только в определенных участках - рудных телах, третьи, такие как германит
(минерал германия), гринокит (минерал кадмия) встречаются еще реже, сопутствуя
различным
минералам
в
рудах.
Минералы, содержащиеся в рудах цветных и редких металлов, подразделяют на
сульфидные и несульфидные. Последние, в свою очередь, делятся на оксиды, силикаты,
алюмосиликаты,
фосфаты,
карбонаты
и
др.
К сульфидным относятся минералы, представляющие собой соединения металлов с
серой. Например, халькопирит СиFе S2 является основным минералом меди, сфалерит
ZnS-
цинка,
молибденит
МоS2
-
молибдена.
К оксидам относится значительная часть цветных и редкометальных минералов, например,
куприт
Сu2О,
ильменит
FеТiО3,
рутил
ТiO2,
касситерит
SnО2.
Силикаты представляют собой самую большую группу минералов, залегающих в
земной коре. В верхней мантии земли они составляют до 92 %. К силикатам относится
основная
масса
минералов
вмещающей
(пустой)
породы
(непригодной
для
промышленного потребления), а также минералы лития, бериллия, циркона и др. Среди
силикатов наиболее распространен кварц SiO2; его можно извлекать в самостоятельный
продукт
и
использовать
в
производстве
стекла,
хрусталя,
в
строительной
промышленности.
К алюмосиликатам относятся сподумен LiAlSi2Об и берилл Ве3Аl6О18, являющиеся
основными минералами в производстве лития и бериллия, а также шпаты - альбит
NaAlSiзО8 и микроклин КАlSi3О8, - основные минералы вмещающей породы (в среднем 60
%).
К карбонатам относятся минералы, содержащие углекислоту: кальцит СаСОз
(минерал
вмещающей
породы),
церуссит
РbСО3.
Месторождения промышленных руд по характеру происхождения бывают
коренными и россыпными.
Коренными называют руды, залегающие в месте первоначального образования и
расположенные внутри общего массива горных пород. Эти руды после добычи из шахты
или из открытого рудника требуют предварительно перед обогащением дробления и
измельчения. Ценные минералы и минералы пустой породы в таких рудах находятся в
12
тесной
ассоциации
между
собой.
Россыпями называют вторичные месторождения, образовавшиеся в результате
разрушения руд первичных коренных месторождений и вторичного отложения материала
из первичных руд. В россыпях минералы претерпели очень сильные изменения по
химическому составу и физическим свойствам. Все минералы и крупные куски руды
подверглись разрушению водными потоками, выветриванию, изменениям температуры,
воздействию
химических
соединений
и
т.
п.
Речными водными потоками или волнами моря и океана куски руды и минералы
обычно переносятся на большие расстояния. Перекатываясь, они принимают округлую
форму. Сульфиды при этом разрушаются и в месторождениях полностью отсутствуют, а
несульфидные труднорастворимые минералы освобождаются от сростков с минералами
пустой породы (песок, галечник). Поэтому руды россыпных месторождений не
подвергают дроблению и измельчению, и процессы обогащения их значительно проще и
дешевле.
Обогащением
полезных
ископаемых
называют
совокупность
процессов
первичной обработки минерального сырья из недр, в результате которых происходит
отделение
полезных
компонентов
(минералов)
от
пустой
породы.
С помощью обогащения удаляют вредные примеси из концентратов, поступающих
на металлургический завод, затрудняющие процессы плавки и ухудшающие качество
получаемых металлов. Удаление вредных примесей позволяет значительно улучшить
технико-экономические показатели металлургических процессов. Например, вредной
примесью в свинцовом концентрате является цинк. Повышение содержания его в
свинцовом концентрате с 10 до 20% увеличивает потери свинца при плавке почти в 2 раза.
В процессе обогащения руды получают концентраты (один или несколько), отвальные
хвосты
и
промежуточные
продукты.
Ценными компонентами называются отдельные химические элементы или
минералы, входящие в состав полезного ископаемого и представляющие интерес ля их
дальнейшего
использования.
Полезными примесями называют отдельные химические элементы или их
природные соединения, которые входят в состав полезного ископаемого в небольших
количествах и могут быть выделены и использованы совместно с основным ценным
компонентом, улучшая его качество. Например, полезными примесями в железных рудах
являются хром, вольфрам, ванадий, марганец и др.
Вредными примесями называют отдельные элементы и природные химические
соединения, содержащиеся в полезных ископаемых и оказывающие отрицательное
13
влияние на качество извлекаемых ценных компонентов. Например, в железных рудах
вредными примесями являются сера, мышьяк, фосфор, в коксующихся углях - сера,
фосфор,
в
энергетических
углях
-
сера
и
т.д.
Сопутствующими компонентами называются ценные химические элементы и
отдельные минералы, содержащиеся в полезных ископаемых в сравнительно небольших
количествах, выделяемые при обогащении попутно в самостоятельный или комплексный
продукт совместно с основным ценным компонентом, и извлекаемые из него в
дальнейшем в процессе металлургической плавки или химической переработки.
Например: в некоторых рудах цветных металлов сопутствующими являются золото,
серебро,
молибден
и
другие.
Концентраты – продукты, в которых сосредоточено основное количество того или
иного ценного компонента. Концентраты, по сравнению с обогащаемой рудой
характеризуются значительно более высоким содержанием полезных компонентов и более
низким
содержанием
пустой
породы
и
вредных
примесей.
Промпродукты – продукты, получаемые при обогащении полезных ископаемых и
представляющие собой смесь зерен, содержащих полезные компоненты, с зернами пустой
породы. Промпродукты характеризуются более низким по сравнению с концентратами и
более высоким по сравнению с хвостами содержанием полезных компонентов.
Хвосты – продукты, в которых сосредоточено основное количество пустой породы,
вредных примесей и небольшое (остаточное) количество полезного компонента.
Концентраты и хвосты являются окончательными продуктами, а промежуточные
продукты — оборотными. Качество концентратов, выдаваемых обогатительными
фабриками, должно отвечать требованиям, определяемым ГОСТами или техническими
условиями. Эти требования зависят от назначения концентратов и условий их дальнейшей
переработки. В ГОСТах указано наименьшее допустимое содержание полезного
компонента и наибольшее допустимое содержание вредных примесей для концентратов
различных
сортов.
Результаты обогащения оцениваются несколькими показателями и прежде всего
полнотой извлечения ценных компонентов и качеством получаемых концентратов.
Извлечением называется отношение количества полезного компонента, переведенного в
концентрат, к его количеству в руде, выраженное в процентах. Извлечение характеризует
полноту перевода полезного компонента из руды в концентрат и является одним из
важнейших
технологических
показателей
работы
обогатительной
фабрики.
Выходом называется отношение массы какого-либо продукта обогащения к массе
переработанной
14
руды,
выраженной
в
процентах.
Содержание полезного компонента в концентрате характеризует его качество. Отношение
содержания полезного компонента концентрате к содержанию его в руде называется
степенью обогащения и обозначается К. Чем выше степень обогащения и извлечение
металлов, тем эффективнее процесс обогащения и работа фабрики.
При обогащении полезных ископаемых используют различия их физических и
физико-химических свойств, существенное значение из которых имеют цвет, блеск,
твердость,
плотность,
спайность,
излом
и
т.д.
Цвет минералов разнообразен. Различие в цвете используется при ручной рудоразборке
или
пробовыборке
из
углей
и
других
видах
обработки.
Блеск минералов определяется характером их поверхностей. Различие в блеске можно
использовать, как и в предыдущем случае, при ручной рудоразборке из углей или
пробовыборке
из
углей
и
других
видах
обработки.
Твердость минералов, входящих в состав полезных ископаемых, имеет важное значение
при выборе способов дробления и обогащения некоторых руд, а так же углей.
Плотность минералов изменяется в широких пределах. Различие в плотности полезных
минералов и пустой породы широко используется при обогащении полезных ископаемых.
Спайность минералов заключается в их способности раскалываться от ударов по строго
определенному направлению и образовывать по плоскостям раскола гладкие поверхности.
Излом имеет существенное практическое значение в процессах обогащения, так как
характер поверхности минерала, полученного при дроблении и измельчении, оказывает
влияние при обогащении электрическими и другими методами.
Из руд цветных и редких металлов, обычно содержащих очень небольшой процент
полезного минерала, выплавлять металл без предварительного обогащения экономически
невыгодно, а часто и практически невозможно. Поэтому более 95% добываемых руд
подвергаются
обогащению.
В результате обогащения получают один или несколько богатых концентратов и
отвальные хвосты. Концентрат содержит в десятки, иногда и в сотни раз больше полезного
минерала по сравнению рудой. Он пригоден для металлургической переработки или может
служить сырьем для других отраслей промышленности. Отвальные хвосты содержат
главным образом минералы пустой породы, которые при данных технико-экономических
условиях извлекать нецелесообразно или же в этих минералах нет потребности.
Необходимость
процессов
обогащения
полезных
ископаемых
подтверждается
зависимостью технико-экономических показателей металлургической переработки от
содержания
металла
в
сырье,
поступающем
в
плавку.
Еще больший экономический эффект получается при обогащении бедных руд,
15
содержащих редкие и другие дорогостоящие металлы (молибден, олово, тантал, ниобий и
др.).
Значение
обогащения
полезных
ископаемых
обуславливается
тем,
что:
во-первых – во многих случаях лишь после него становятся возможными многие
технологические
во-вторых
–
процессы
переработка
(металлургические,
обогащаемого
химические
продукта
и
осуществляется
другие);
с
большим
экономическим эффектом, чем природного: уменьшается объем перерабатываемого
материала, улучшается качество готовой продукции, сокращаются потери ценного
компонента с отходами производства и расходы на транспортирование сырья, повышается
производительность труда, снижаются расходы топлива, электроэнергии и т. д.
Технология обогащения полезных ископаемых состоит из ряда последовательных
операций,
осуществляемых
Обогатительными
на
обогатительных
фабриками называют
промышленные
фабриках.
предприятия,
на
которых методами обогащения обрабатывают полезные ископаемые и выделяют из них
один или несколько товарных продуктов с повышенным содержанием ценных
компонентов
и
пониженным
содержанием
вредных
примесей.
Современная
обогатительная фабрика – это высокомеханизированное предприятие со сложной
технологической
схемой
переработки
полезного
ископаемого.
Технологическая схема включает сведения о последовательности технологических
операций по переработки полезных ископаемых на обогатительной фабрике.
4
СПОСОБЫ
И
ПРОЦЕССЫ
ДРОБЛЕНИЯ
ПОЛЕЗНЫХ
ИСКОПАЕМЫХ
Дробление – процесс разрушения полезных ископаемых под действием внешних
сил до заданной крупности, требуемого гранулометрического состава или необходимой
степени раскрытия минералов. При дроблении не следует допускать переизмельчения
материала, так как это ухудшает результаты обогащения полезных ископаемых (тонкие
частицы крупностью менее 20 – 10 мкм обогащаются неудовлетворительно) и удорожает
процесс.
Дробление - это процесс уменьшения размеров кусков руды путем разрушения их
под действием внешних сил, преодолевающих силы внутреннего сцепления кристаллов
твердого вещества. Условно считают, что при дроблении получают продукты крупностью
до 5мм. Для дробления применяют дробилки различных конструкций. Дробление
производится как сухим способом (основным), так и мокрым (для глинистых руд).
Иногда дробление полезных ископаемых производится вручную. Однако это трудоемкая и
16
дорогая операция, и поэтому она целесообразна лишь в некоторых особых случаях, а
именно:
а) при наличии в добытом ископаемом небольшого количества отдельных крупных кусков,
размер
которых
превышает
загрузочное
отверстие
дробильных
машин;
б) при ручной рудоразборке — для разъединения сростков. В первом случае дробление
чаще
всего
ведут
на
колосниковых
решетках,
перекрывающих
бункеры.
Производительность труда рабочего при ручном дроблении колеблется в широких
пределах. При дроблении, твердой породы она составляет в смену 1,0- 1,5. При дроблении
отдельных кусков па колосниковых решетках с отверстиями размеров 450х360 мм бригада
в 10—12 рабочих может обеспечить подачу на фабрику до 400 т руды в смену.
Механическое
дробление
Основным способом дробления является механическое дробление, при котором к
материалу прилагаются усилия за счет энергии движения дробящего тела. Расход энергии
колеблется к весьма широких пределах в зависимости от свойств руды, главным образом
от крупности дробления. Он становится особенно большим при тонком и сверхтонком
измельчении.
Дезинтеграция
в
водной
среде
Особой разновидностью дроблении является дезинтеграция — разрыхление в виде
слабоцементированных
пород,
главным
образом
глинистых.
Она
ведется
для
высвобождения зерен минералов, входящих в состав породы, без их дробления. Преодолеваемые в процессе дезинтеграции силы значительно меньше, чем силы молекулярного
сцепления и твердых породах. Присутствие небольших количеств влаги резко повышает
прочность глинистые пород. При насыщении же породы водой связь между отдельными
зернами уменьшается в результате набухания глины и ослабления ее цементирующего
действия, что, в конечном счете, приводит к полному разрыхлению породы. Степень
пластичности глины оказывает большое влияние на скорость разрушения пород, определяя
различную
их
Мокрая дезинтеграция обычно усиливается и
"промывистость".
ускоряется дополнительным
механическим воздействием — протиркой, ударом, динамическим ударом водной струи.
Процессы дробления и измельчения могут быть подготовительными процессами
(например, на обогатительных фабриках перед обогащением полезного ископаемого) или
иметь самостоятельное значение (дробильно – сортировочные фабрики, дробление и
17
измельчение угля перед коксованием, перед пылевидным его сжиганием и т.д.).
При дроблении материала необходимо учитывать его прочность, т.е. способность
оказывать сопротивление разрушению под; внешним воздействием. По прочности все
полезные ископаемые делятся на четыре категории в зависимости от предела прочности
при
>
сжатии
или
раздавливании:
- мягкие (уголь, сланец), у которых разрушающее напряжение на сжатие < 100 кг/см2;
-
средней
-
твердости
твердые
весьма
твердые
(песчаники,
(гранит,
(руды
известняки)
мрамор)
цветных
и
редких
кг/см2;
100...500
кг/см2;
500...1000
металлов)
>
1000
кг/см2.
Прочность полезных ископаемых зависит от вида деформации, минералогического
состава, размера кристаллов, трещиноватости, пористости, выветренности. Под способом
дробления понимается вид воздействия разрушающей силы на куски дробимого
материала.
При дроблении и измельчении применяют следующие способы разрушения:
раздавливание, раскалывание, излом, срезывание, истирание и удар. Тот или иной способ
разрушения выбирается в зависимости от физико-механических свойств, дробимого
материала
Способы
и
крупности
разрушения
его
кусков.
кусков
руды.
- раздавливание, наступающее после перехода
напряжения за предел прочности на сжатие;
применяется для твердой руды различной
крупности;
- раскалывание в результате расклинивания
(при этом в материале появляются напряжения
от растяжения) и последующего разрыва
кусков; применяется для мягких и хрупких
руд;
- излом в результате изгиба и срезывание;
применяются
крупности
-
истирание
для
материалов
различной
и
прочности;
кусков
скользящей
рабочей
поверхностью машины, при котором внешние
слои куска подвергаются деформации сдвига и
постепенно срезаются вследствие перехода
18
касательных;
- напряжений за пределы прочности: применяется для мягких руд и руд средней твердости;
- удар применяется для материала любой крупности, особенно часто - для хрупких руд
(бокситов,
известняка).
Основное правило «не дробить ничего лишнего» на практике осуществляется
путем стадиального построения схем дробления: не за одну операцию, а в несколько
стадий, многократно, последовательно уменьшать размеры куска. Раздробить куски руды в
одну стадию невозможно в силу конструктивных особенностей дробильных аппаратов,
которые эффективно работают только при ограниченных степенях дробления. Поэтому
рациональнее дробить и измельчать материал от исходной крупности до требуемого
размера в нескольких последовательно работающих дробильных и измельчающих аппаратах. В каждом из таких аппаратов осуществляется лишь часть общего процесса,
дробления
или
измельчения,
называемая
стадией
дробления
или
измельчения.
В зависимости от крупности дробимого материала и дробленого продукта
различают
следующие
стадии
дробления:
-
крупное
дробление
(от
1100...300
до
350...100
мм);
-
среднее
дробление
(от
350...100
до
100...40
мм);
-
мелкое
дробление
(от
100...40
до
30...5
мм).
Степень дробления (или измельчения) показывает степень сокращения крупности
в процессе разрушения кускового материала. Она характеризуется отношением размеров
максимальных кусков в дробимом и дробленом материале или, что более точнее,
отношением средних диаметров до и после дробления, подсчитанных с учетом
характеристик
крупности
i=Dmax
/
материала,
dmax;
или
i=Dср/dср,
где i – степень дробления; Dmax и Dср – соответственно максимальный и средний размеры
дробимого материала; dmax и dср – соответственно максимальный и средний размеры
дробленого
материала.
19
Степень дробления, достигаемая в каждой отдельной стадии, называется частной.
Общая
степень
дробления
iобщ
получается
как
произведение
=
частных
i1
степеней
i2,…,in.
Число стадий дробления определяется начальной и конечной крупностью
дробимого материала. Число стадий дробления при подготовке руд к измельчению обычно
бывает равным двум или трем. Одно- или четырехстадийное дробление применяется при
переработке калийных солей, на железорудных дробильно-сортировочных фабриках,
четырехстадийное – на крупных магнитно-обогатительных фабриках мощностью 40 - 60
тыс. т/сут, перерабатывающих крепкие магнетитовые руды плитняковой формы.
Процесс дробления отличается большой сложностью и зависит от множества
факторов, к которым можно отнести: прочность и вязкость руды, влажность, форма и
размер
кусков
и
др.
Чем прочнее и тверже полезное ископаемое, тем больше усилие необходимо
приложить для того, чтобы преодолеть внутренние силы сцепления частиц руды и
раздробить его на части. Силы сцепления между кристаллами значительно меньше сил
сцепления внутри кристаллов. При приложении внешних сил разрушение происходит
преимущественно по ослабленным сечениям, имеющим различные дефекты структуры
(трещины).
Коэффициент полезного действия дробления очень мал. Большая часть энергии
затрачивается на трение между кусками дробимого материала, частями машины и
расходуется в виде выделяемого тепла. Полезная работа при дроблении расходуется на
образование новых обнаженных поверхностей и пропорциональна величину этой
поверхности.
В связи с крайним разнообразием физических свойств горных пород, а также с
необходимостью дробить исходное сырье и получать продукты различной крупности,
создано очень много конструкций дробильных машин. В настоящее время стремятся
строить не универсальные дробильные машины, а специализированные, дающие
возможность
достичь
Дробильные
наилучших
машины
результатов
должны
в
каждой
удовлетворять
отдельной
следующим
операции.
требованиям:
- конструкция и размеры машины должны соответствовать размерам кусков и свойствам
обрабатываемого
материала,
назначению
данной
операции
и
заданной
производительности;
- разгрузка дробленого материала должна производиться непрерывно. Периодическая
разгрузка
снижает
экономичности
дробления;
- дробление должно осуществляться равномерно и с минимальным пылеобразованием.
20
Степень
-
дробления
расход
должна
энергии
регулироваться
должен
достаточно
быть
возможно
просто:
меньшим;
- обслуживание должно быть просто и безопасно, смена изнашиваемых частей — легка;
- наиболее ценные детали дробилки должны быть предохранены от поломки дешевыми
предохранительными
устройствами.
ТЕМА 5 ПРОЦЕССЫ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ. ТИПЫ И ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ
МЕЛЬНИЦ
Уменьшение крупности путем дробления имеет ограничения по крупности
конечного продукта. Если необходимо и далее уменьшать крупность, например, ниже 5-20
мм, то приходится прибегать к процессам измельчения.
Измельчение представляет собой процесс уменьшения крупности материала до
порошкообразного состояния с использованием таких механических сил как удар, сжатие,
сдвиг, истирание.
Двумя главными целями процесса измельчения являются:

Высвобождение индивидуальных минералов, заключенных в кусках вмещающей
породы (руды), и, таким образом, их раскрытие для последующего обогащения в
форме сепарации.

Получение мелкого продукта (наполнителя) из минеральных фракций посредством
увеличения удельной поверхности.
Методы измельчения:

Перекатыванием материала

Перемешиванием

Вибрацией
Измельчение
полезных
ископаемых
производят
в
аппаратах,
называемых
мельницами. Все дробилки, включая дробилки ударного действия, дают ограниченные
значения степени дробления. В силу их конструкции имеется ограничение по времени
пребывания материала в дробилке. При измельчении, благодаря тому, что оно происходит
в более «свободном» пространстве, время пребывания материала в мельнице больше, и его
можно легко регулировать в процессе работы.
Мельницы
подразделяют
на
механические
(с
мелющими
телами)
и
аэродинамические – (без мелющих тел).
21
В качестве мелющих тел применяют металлические стержни и шары, рудную
«галю»
и
крупные
куски
самой
руды
(самоизмельчение).
На обогатительных фабриках применяют, в основном, цилиндрические барабанные
шаровые или стержневые мельницы и мельницы самоизмельчения.
Режимы работы мельниц:
- каскадный (частота вращения невысокая, измельчающая среда поднимается на высоту и
скатывается вниз слоями);
- водопадный (частота вращения выше, измельчающая среда поднимается выше и падает
вниз);
-смешанный.
Какой будет режим - зависит от скорости вращения барабана. При малом числе
оборотов барабана наблюдается каскадный режим, при увеличении скорости вращения
наступает водопадный и, наконец, при еще большей скорости (критическая) измельчение
прекращается. Объясняется это тем, что при скорости вращения барабана, равной или
большей критической, мелющие тела (шары или стержни) центробежной силой
прижимаются к внутренней поверхности барабана (центрифугируют).
Обычно на практике скорость вращения мельницы составляет около 80 % от
критической.
Типы мельниц
Стержневые мельницы
Чаще всего стержневые мельницы применяют или при грубом измельчении
мелковкрапленных руд для их последующего обогащения, или в первой стадии (в
открытом или замкнутом цикле) при двух- и многостадиальном измельчении для
подготовки материала к последующему измельчению. Расход стали (шаров или стержней)
при измельчении руд составляет около 1 кг/т руды.
Снизить расход стали позволяет самоизмельчение, которое бывает двух видов:
рудное и рудно-галечное. В первом случае измельчающей средой являются куски самой
неклассифицированной руды, во втором - руда узкого класса крупности или какой-либо
другой твердый материал («галя»). Поскольку измельчающая способность кусков руды
значительно ниже, чем стальных шаров (стержней), мельницы самоизмельчения имеют
диаметр намного больше (до 11 м), чем шаровые (стержневые). При этом, падая с большей
высоты, руда лучше сама себя измельчает. Самоизмельчение осуществляется или в воде в
мельницах «Каскад», или на воздухе в мельницах «Аэрофол». Самоизмельчение имеет
22
определенные преимущества: при рудном самоизмельчении можно измельчить руду
крупностью 350-0 мм; уменьшается переизмельчение руды, снижается расход стали и в
некоторых случаях улучшаются технологические показатели последующего обогащения.
Барабанные
мельницы
классифицируются
на
мельницы
с
вращающимся
барабаном, вибрационные и центробежные. На обогатительных фабриках применяют
вращающиеся барабанные мельницы. Измельчение полезных ископаемых, как правило,
производится с водой (мокрое измельчение). Оно более производительно, происходит без
пылеобразования и позволяет осуществлять самотечное транспортирование измельченных
продуктов.
Применять шары мельче 40 мм не рекомендуется, так как они заполняют собой
пространство между крупными шарами (до 120 мм), принимают на себя удары с их
стороны, снижая тем самым эффективность измельчения. Шары, потерявшие форму шара,
а также как и шары мельче 40 мм, должны удаляться из мельницы при пересортировке
шаров. Для разгрузки из мельницы рудной «гали» и изношенных шаров в решётке
предусматривают
«окна»
размером
75x75
или
100x100
мм.
Пример. Покровка. Расход шаров – 500 кг на 1000 т (ежесменно). Для 2 стадии
измельчения применяются мельницы с диаметром шара – 60 мм, количество шаров – 60 т,
+ 80 т руды.
В практику самоизмельчения руд на обогатительных фабриках все шире
внедряется процесс самоизмельчения. Он так же используется в тех случаях, когда в
измельченном материале нежелательно присутствие железа, образующегося за счет
истирания шаров и стержней.
Различают
следующие
виды
самоизмельчения:
- рудное, когда крупность руды колеблется в пределах 350 – 0 мм (или 600 – 0 мм) поступает в
мельницу самоизмельчения, где крупные куски руды, измельчаясь сами, измельчают более мелкие
куски;
- рудногалечное, когда мелкая руда измельчается в мельницах телами в виде рудной гали (крупностью
80 – 30 мм), отбираемыми или после II стадии дробления руды, или при рудном самоизмельчении;
- аэродинамическое, когда руда, движущаяся с повышенной скоростью (100 м/с и более) в потоках газа,
самоизмельчается
за
счет
соударения
частиц
измельчаемого
материала.
Снизить расход стали позволяет самоизмельчение, которое бывает двух видов:
рудное и рудно-галечное. В первом случае измельчающей средой являются куски самой
неклассифицированной руды, во втором - руда узкого класса крупности или какой-либо
23
другой твердый материал («галя»). Поскольку измельчающая способность кусков руды
значительно ниже, чем стальных шаров (стержней), мельницы самоизмельчения имеют
диаметр намного больше (до 11 м), чем шаровые (стержневые). При этом, падая с большей
высоты, руда лучше сама себя измельчает. Самоизмельчение осуществляется или в воде в
мельницах «Каскад», или на воздухе в мельницах «Аэрофол». Самоизмельчение имеет
определенные преимущества: при рудном самоизмельчении можно измельчить руду
крупностью 350-0 мм; уменьшается переизмельчение руды, снижается расход стали и в
некоторых случаях улучшаются технологические показатели последующего обогащения.
Самоизмельчение имеет определенные преимущества, которые сводятся к
следующему: при рудном самоизмельчении можно измельчить руду крупностью 350 – 0
мм, т.е. после I стадии дробления, исключив при этом среднее и мелкое дробление;
достигается экономия в расходе на измельчающие тела (стержни, шары и т.д.);
уменьшается переизмельчение руды, и в некоторых случаях улучшаются технологические
показатели
последующего
обогащения.
К недостаткам самоизмельчения относятся повышенный расход электроэнергии и
футеровки мельниц и меньшая, чем у стержневых и шаровых мельниц, удельная их
производительность.
Процесс
самоизмельчения
бывает
пригоден
для
всех руд.
С экономической точки зрения процесс рудного самоизмельчения очень дорогой
сам по себе, так как, во-первых, высока стоимость оборудования, во-вторых, велик расход
электроэнергии из-за необходимости в установке двигателей большой мощности. Но вся в
целом схема рудоподготовки с учётом отсутствия второй и третьей стадии дробления
дешевле
Наиболее
обычной
подходят
для
схемы
самоизмельчения
на
хрупкие
руды
5...6
%.
зернистого
сложения.
Основная технологическая особенность рудного самоизмельчения - накапливание в
мельнице кусков критического размера (от 25 до 75 мм), которые слишком малы, чтобы
дробить другие куски, и слишком велики и прочны, чтобы быть раздробленными
крупными кусками. Для борьбы с накапливанием критических кусков в мельнице рудного
самоизмельчения принимают специальные меры: добавляют небольшое количество
стальных
шаров,
додрабливают
материал
в
дробилках.
Футеровка (нем. Futter — подкладка, подбой) — специальная отделка для
обеспечения защиты поверхностей от возможных механических или физических
повреждений. В горно-металлургической промышленности футеровка используется для
защиты оборудования от ударных, истирающих и налипающих воздействий, а также для
усиления огнестойкости материалов.
24
Для грубого измельчения применяют ребристые футеровки, а для тонкого - гладкие
или волнистые. Резиновую футеровку используют в шаровых мельницах для тонкого
измельчения. Резиновая футеровка заметно снижает эксплуатационные расходы - ее масса
на 80 % меньше, срок службы в 2-3 раза больше. Кроме того, снижается уровень шума при
работе мельниц.
Виды
мельниц
Планетарные барабанные мельницы представляют собой несколько барабанов.
Мельницы планетарного типа отличаются избирательностью измельчения разнопрочных
материалов при их самоизмельчении.
Галечные
мельницы.
Для
измельчения
рудных
концентратов
и
другого
минерального сырья перед флотацией может быть использована мельница, в которую
загружают фракционированные песок или гальку. В качестве мелющих тел могут быть
использованы крупные частицы рудного концентрата. В этом случае в мельницу время от
времени добавляют крупную фракцию руды, а питание производят пульпой мелкой
фракции.
Бисерная мельница — разновидность мельниц, применяемая для получения
ультрадисперсных продуктов в жидкой среде путем перетирания суспензии материала
твердыми шариками — бисером.
Диапазоны производительности составляют от единиц граммов до нескольких тонн
в час.
Бисерная мельница представляет собой цилиндрический сосуд с мешалкой или
перемешивающим ротором, имеющим ряд вспомогательных функций и обеспечивающим
различные режимы перемешивания и циркуляции бисера. Мельница заполнена бисером на
70-80 % объёма. При размоле в камеру заливают суспензию размалываемого порошка,
которая заполняет весь свободный объём. При вращении ротора мельницы происходит
движение бисера, который перетирает частицы материала. По окончании работы
суспензию материала сливают из мельницы. Промышленная бисерная мельница работает в
непрерывном или циркуляционном режимах, то есть перемалывает прокачиваемую
суспензию. Бисер представляет собой шарики диаметром 0,05-5 мм. Для изготовления
бисера применяют стекло, стекло с силикатом циркония, силикат циркония, оксид
циркония, оксид алюминия, фарфор, сталь, нержавеющую сталь, карбид вольфрама,
карбид кремния и т. п.
25
Тема 6 МЕЛЮЩИЕ ТЕЛА, ИЗНАШИВАНИЕ ШАРОВ
6.1 Мелющие тела, процесс изнашивания
При эксплуатации барабанных мельниц со стальными мелющими телами расходы
на покрытие износа шаров, стержней и футеровки составляют одну из главных статей
затрат на измельчение и достигают стоимости энергетических затрат, а иногда и
превышают их. Например, при обогащении криворожских магнетитовых кварцитов
стоимость стержней и шаров составляет 30-35% общей стоимости измельчения.
Расход стали при измельчении оказывается в некоторых случаях решающим
фактором выбора измельчения стальной средой или самоизмельчения.
Большое значение имеет выбор оптимальной формы мелющих тел. Лучшими по
эффективности измельчения и самыми износостойкими являются шары в виде сфер.
В практике рудообогатительных фабрик применяют стержни и шары. Стержни
изготовляют прокаткой из углеродистой стали. Они должны разламываться на короткие
куски (а не скручиваться) после изнашивания до некоторого диаметра.
Шары изготовляют прокаткой, ковкой или штамповкой из сталей различных марок.
Диаметр шаров – от 15 до 125 мм. Шары диаметром 15-60 мм должны быть изготовлены
из стали с содержанием углерода не менее 0,35%, а шары диаметром70-125 мм из стали с
содержанием углерода не менее 0,7%. Шары должны быть подвергнуты закалке и иметь
определенную твердость. На поверхности шаров не допускаются трещины, пузыри и
шлаковые включения.
Шары, стержни, футеровка изнашиваются в результате трения при скольжении
измельчающих тел в среде абразивного материала и при соударении измельчающих тел
между собой и футеровкой при наличии прослоек абразивного измельчаемого материала.
При этом происходит абразивное изнашивание, т.е микрорезание и микроцарапание
металла рудными частицами и отрыв частиц металла в виде стружки или выколов.
При сухом измельчении шары изнашиваются в основном в результате абразивного
действия. При мокром измельчении в агрессивных (химически активных) водных средах
абразивное изнашивание сопровождается коррозионным, при котором металл разрушается
вследствие химического или электрохимического взаимодействия со средой.
Таким образом, изнашивание шаров – чрезвычайно сложный процесс, зависящий от
многих условий: свойств металла (сплава), из которого изготовлены шары, их размеров,
абразивных свойств измельчаемого материала, его крупности и крупности продукта,
способа измельчения (сухое или с водой), агрессивности среды (кислая, щелочная), ее
температуры, присутствия в ней поверхностно-активных веществ, скоростного режима
26
мельницы (каскадный, водопадный), схемы измельчения (открытый или замкнутый цикл)
и др.
Коррозионный износ при мокром измельчении является главной составляющей
общего износа, благодаря чему расходные коэффициенты на порядок выше, чем при сухом
измельчении.
Чтобы
поддерживать
массу
шаровой
загрузки
постоянной,
в
мельницу,
компенсируя износ, периодически добавляют необходимую долю новых шаров. Износ
шара проявляется в уменьшении его диаметра. Поскольку шары поступают в мельницу
разновременно, в ней будут находиться шары различного размера – от самых крупных,
только что загруженных в мельницу, до самых мелких, поступивших значительно раньше.
Соотношение массы крупных и мелких шаров в шаровой загрузке, т.е. ее характеристика
крупности, оказывает большое влияние на работу мельницы.
6.2 Определение оптимальной по составу и крупности измельчающей среды
Для компенсации износа измельчающих тел в мельницах на практике используют
два способа догрузки:

регулярная – догрузка одноразмерными наиболее крупными измельчающими
телами (шары, стержни, минеральная галька);

рационная
–
догрузка
разноразмерными
измельчающими
телами
при
определенном соотношении тел различных размеров.
Металлическая измельчающая среда обычно догружается периодически от одного
раза в смену до одного раза в три-пять суток. Догрузка шаров осуществляется через
загрузочные воронки разовыми порциями заданной массы, причем по мельницам шары
развозятся специальными мерными емкостями мостовым краном. На ряде фабрик
мельницы оборудуют шаропитателями, представляющими собой комбинацию шарового
бункера с дозатором и устройством управления. Нередко также питатели осуществляют
подачу шаров в автоматическом режиме по массе переработанной руды или чистому
времени работы мельницы, либо по более сложному алгоритму. Как при ручном, так и при
автоматизированном способе шары в мельницу погружаются на ходу, без остановки
измельчительного агрегата. Стержни в мельницу могут подаваться также с помощью
мостового крана или стержнепогрузочной машины, но при остановленной мельнице.
Неметаллическая измельчающая среда, используемая при рудном самоизмельчении
или галечном измельчении, догружается в мельницы непрерывно или через малые
промежутки времени, как правило, из специального бункера.
27
Из практики измельчения известно, что чем крупнее и тверже измельчаемый
материал, тем более крупных мелющих тел он требует.
Состав мелющих тел и их масса в мельнице влияют на оптимальную
циркулирующую нагрузку,
пропускную способность мельницы и эффективность
измельчения.
6.3 Измельчаемость руд
Под измельчаемостью материала исходной крупности понимается способность его
с большей или меньшей степенью легкости превращаться при измельчении в продукт
заданной крупности. Поскольку прочностные свойства руд изменяются в широких
пределах и по-разному проявляются в различных условиях измельчения, вполне надежно
установить измельчаемость руды и производительность мельницы можно только на основе
промышленных или полупромышленных испытаний, измельчив большую пробу руды от
исходной до заданной крупности продукта в большой мельнице.
При строительстве обогатительных фабрик большой производительности так и
поступают: перерабатывают крупные партии руды на опытных фабриках и в опытных
секциях, затем на основании полученных технических показателей проектируют и строят
всю фабрику. Этот путь надежный, но дорогой и занимает много времени, поэтому
разработано несколько лабораторных методик определения измельчаемости. При этом
часто получают измельчаемость по отношению в какой-либо известной (эталонной) руде,
по измельчению которой имеется промышленный опыт. Можно пользоваться также и
абсолютными показателями (в граммах на один оборот лабораторной мельницы, в граммах
в минуту на один литр объема, в килограммах на один киловатт-час).
6.4 Абразивность руд
Все горные породы в процессе переработки способны изнашивать металл при
трении. Изнашиваются футеровки дробящих поверхностей дробилок, молотки ударных
дробилок, шары, стержни и футеровка барабанных мельниц, транспортных желобов и
воронок и др. Изнашивание металла породой (рудой) определяется ее особым физикомеханическим свойством – абразивностью.
Абразивность
горных
пород
—
способность
горных
пород
изнашивать
контактирующие с ними твёрдые тела (детали горных машин, инструменты и т.п.).
Показатель абразивности (по методике Л. И. Барона и А. B. Кузнецова) определяют
как суммарную потерю массы (в мг) вращающегося (с частотой 400 об/мин) стандартного
стержня из незакалённой стали за счёт истирания его торца, прижатого к породе, при
28
осевой нагрузке 150 H за время испытания (10 мин). Например, показатель абразивности
составляет для мрамора 400-500 мг, известняка — 800-900 мг, гранита — 1000-2000 мг,
кварцита — 2100-2500 мг.
Для малоабразивных пород (до 5 мг), например угля, показатель абразивности
определяют путём истирания стандартного эталона (при постоянном давлении на
контакте) о раздроблённую навеску породы. Горные породы в зависимости от их
абразивности разделены на 8 классов (по Л. И. Барону и А. B. Кузнецову).
Наиболее абразивны корундсодержащие породы, порфирит, диорит, гранит.
Абразивность влияет на эффективность бурения, резания, скалывания, черпания горных
пород. Абразивное изнашивание часто сочетается с коррозией.
6.5 Схемы измельчения
Процесс измельчения полезных ископаемых на обогатительных фабриках в
зависимости от требуемой крупности измельченного продукта осуществляется в одну, две
или
несколько
стадий
в
открытом
или
замкнутом
циклах.
Открытым циклом измельчения называется процесс измельчения, при котором
продукт, выдаваемый мельницей, является готовым.
Замкнутым циклом называется процесс измельчения, при котором продукт,
выдаваемый мельницей, подвергается классификации с получением продукта требуемой
крупности и крупного продукта (песков), возвращаемого на доизмельчение в ту же
мельницу.
Мельницы обычно работают в замкнутом цикле с классификаторами. По крупности
измельчения условно различают крупное (50 – 60% класса – 0,074 мм), среднее (60 – 85%
класса – 0,074 мм) и тонкое (более 85% класса – 0,074 мм) измельчение.
Одностадиальные схемы измельчения
Для крупного измельчения используют одностадиальные схемы, которые просты в
регулировании и обслуживании и легко автоматизируются, требуют меньших капитальных
затрат. Разновидностями одностадийных схем являются схемы с предварительной и
проверочной классификациями питания мельницы и слива классификатора и т.д.
Такие схемы применяют при относительно крупном конечном продукте измельчения (>
0,2 мм). При более тонком (<0,15 мм) измельчении материала более экономично двухстадиальное измельчение.
Двухстадиальные схемы измельчения
Двухстадиальные схемы измельчений могут быть в I стадии с открытым и
29
замкнутым циклами измельчения. Такие схемы более сложны и дорогостоящи, но
позволяют получать тонкоизмельченный продукт с содержанием класса – 0,074 мм до 80 –
85%. Разновидности двухстадиальных схем бывают те же, что и одностадиальных.
Трехстадиальные схемы и схемы с большим числом стадий измельчения
используют при тонковкрапленных рудах большой производительности (например, при
обогащении
магнетитовых
железных
руд).
При двухстадиальном измельчении мельницы устанавливают последовательно - одна
мельница в первой стадии для более крупного измельчения материала и одна или несколько мельниц во второй стадии для доизмельчения крупного продукта первой стадии
измельчения до кондиционной крупности. Мельницы первой стадии могут работать в
открытом, а также в замкнутом или частично замкнутом циклах, а мельницы второй
стадии - обязательно в замкнутом цикле.
Двухстадиальные схемы различаются по способу передачи нагрузки из первой
стадии во вторую - через слив или пески. Если нагрузку передают через пески, то
мельница первой стадии работает в открытом или в частично замкнутом цикле. При
передаче нагрузки через слив мельницы первой стадии работают так же, как и мельницы
второй
стадии,
в
полностью
замкнутом
цикле.
Применение замкнутого цикла измельчения обеспечивает наиболее эффективную
работу мельниц и позволяет получать более равномерный по крупности измельченный
продукт с минимальным содержанием тонких частиц, по сравнению с открытым циклом.
Установлено,
что
циркулирующей
эффективность
нагрузки
работы
(возвращаемая
мельниц
на
существенно
доизмельчение
масса
зависит
от
материала).
При полузамкнутом цикле можно любую часть песков первичного классификатора
направлять во вторичную мельницу, а также работать при открытом цикле в первой
мельнице, направляя все пески первичного классификатора во вторую мельницу. В этом
случае первичный классификатор будет играть роль предварительного классификатора
второй стадии измельчения.
Схемы рудного само- и полусамоизмельчения
Важнейшим фактором, определяющим эффективность работы этих схем, является
состав мелющих тел. Обычно с накоплением в мельнице самоизмельчения классов
критической крупности размерами 15-40 мм, т.е. крепких окатанных кусков, которые уже
не могут эффективно выполнять роль мелющих тел ввиду их малого размера и в то же
время сами трудно поддаются измельчению более крупными кусками, производительность
мельниц начинает резко снижаться. Состав дробящих тел, содержание в них классов
30
критической крупности зависит от физико-механических и геолого-минералогических
характеристик исходного питания и может регулироваться одним из следующих способов:
•
добавка в мельницу крупных стальных шаров в количестве до 12 % объема
мельницы; шары дробят критические по крупности куски и восполняют недостаток
крупных кусков в руде (процесс полусамоизмельчения);
•
вывод из мельницы части крупных окатанных кусков, в том числе и критического
размера, для использования их в качестве рудной гальки в последующих стадиях или
операциях рудно-галечного измельчения;
•
вывод из мельницы крупных кусков для додрабливания их в короткоконусных
дробилках или измельчающих валках высокого давления и возвращения в мельницу после
додрабливания;
•
вывод из мельницы части крупных кусков для измельчения их в отдельной шаровой
мельнице;
•
преддробление питания мельниц само- и полусамоизмельчения.
Выбор той или иной промышленной схемы самоизмельчения осуществляется на
основании всесторонних полупромышленных или даже промышленных испытаний, а
также сравнения капитальных и эксплуатационных затрат.
6.6 Пульпа
Пульпой называется смесь минеральных частиц и воды, в которой твердые частицы
находятся во взвешенном состоянии и равномерно распределены в объеме воды. Термин
пульпа произошел от латинского слова pulpa, то есть мякоть. Относительно размера
частиц пульпа подразделяется на суспензии грубые, суспензии тонкие, илы (или шламы).
Взвешивание минеральных частиц в воде достигается перемешиванием пульпы или
движением ее с достаточной скоростью. Чем крупнее частицы, тем легче пульпа
расслаивается. Равномерно перемешанная пульпа обладает многими свойствами жидкости
более тяжелой, чем вода.
Состав пульпы характеризуется следующими показателями: содержанием твердого
в пульпе по массе, разжижением, плотностью, вязкостью.
Содержание твердого в пульпе по массе - отношение массы твердого вещества к
массе всей пульпы, в которой заключается это количество твердого. Данное отношение
выражается в процентах или долях единицы. Для сильно разжиженных пульп массу
твердого относят к объему жидкого, т.е. указывают, сколько граммов или миллиграммов
твердого приходится на 1 м3 или 1 л воды. Так характеризуются, например, сливы
31
сгустителей и фильтраты.
Разжижение R = Ж : Т - отношение массы жидкого к массе твердого в некотором
объеме пульпы. Это отношение показывает, сколько тонн (или кубических метров) воды
приходится на 1 т твердого.
Плотность пульпы при известной плотности твердого позволяет - подсчитать
содержание твердого в пульпе и отношение Ж: Т = R.
Объем единицы массы пульпы равен сумме объемов твердого и воды:
Вязкость - весьма важное свойство пульпы. Свойство жидких и газообразных
веществ оказывать сопротивление взаимному перемещению соседних слоёв (внутреннее
трение).
На вязкость пульпы влияют содержание в ней твердого вещества, его крупность и
химический состав, вязкость жидкости, присутствие некоторых химических соединений,
температура. Вязкость пульпы возрастает с увеличением содержания в ней твердого
вещества. При добавках твердого вязкость вначале увеличивается сравнительно медленно,
а после того как содержание твердого превысит 25 % по объему, возрастает очень быстро
даже при незначительных добавках твердого, и пульпа совершенно теряет свою текучесть
при 35-42 % содержания в ней твердого вещества по объему.
Крупнозернистые пульпы менее вязки, чем тонкозернистые при том же содержании
твердого. Присутствие в пульпе очень мелких частиц твердого (менее 10 мкм),
называемых шламами, сильно изменяет ее вязкость. Особое значение имеют первичные
шламы, т.е. мелкие минеральные глинистые частицы, присутствующие в некоторых рудах
и освобождающиеся при мокром измельчении. Незначительное количество первичных
шламов может заметно повысить вязкость пульпы и ее устойчивость в отношении
расслоения. Мелкие частицы кристаллического строения, образованные из минералов при
измельчении, не оказывают такого сильного влияния на вязкость пульпы. Добавкой
химических веществ можно изменить вязкость пульпы и ее устойчивость.
Для повышения устойчивости в пульпу добавляют вещества, называемые
стабилизаторами. Часто для этой цели служит жидкое стекло. Добавка в пульпу
коагулянтов, например в некоторых случаях извести, наоборот, вызывая слипание мелких
частиц, ускоряет расслоение пульпы. С повышением температуры вязкость пульпы
уменьшается.
32
6.7 Производительность мельниц
Производительность мельниц определяется многими факторами:
• зависящими от
измельчаемого материала - крупности исходной руды и
измельченного продукта, измельчаемости руды;
• зависящими от конструкции мельницы, ее размера, формы футеровки;
• определяемыми эксплуатационными условиями работы мельницы - открытый
или замкнутый цикл, эффективность работы классифицирующего аппарата, степень
заполнения мельницы дробящей средой, характеристика крупности, форма, плотность,
твердость дробящих тел, разжижение пульпы в мельнице, частота вращения мельницы.
Регулировке при эксплуатации мельниц поддается третья группа факторов, а также
крупность исходной руды и продукта измельчения.
Влияние измельчаемости, крупности исходного материала и измельченного продукта
Производительность
мельницы
изменяется
прямо
пропорционально
измельчаемости исходного материала, она зависит также от его крупности и крупности
продукта измельчения.
При проектировании обогатительных фабрик крупность исходного материала
принимается на основании технико-экономических расчетов с учетом наименьших общих
затрат на дробление и измельчение. Производительность мельницы тем выше, чем меньше
крупность исходного материала и чем крупнее продукт измельчения, и наоборот. Однако
выяснить количественные закономерности измельчения можно только на основе опытных
данных для конкретного материала, так как в зависимости от физических свойств различные материалы при измельчении ведут себя по-разному.
На основе практики, оптимальная крупность питания стержневых мельниц
составляет 15-20 мм, шаровых 10-15 мм. Такую крупность можно получить при дроблении
в три стадии с замкнутым циклом в третьей стадии. Для мельниц самоизмельчения
крупности питания 250-300 мм можно достичь после одной стадии крупного дробления.
Установлено, что изменение крупности исходного материала по-разному влияет на
производительность мельницы. При мелком конечном продукте измельчения изменение
крупности исходного материала оказывает меньшее влияние на производительность
мельницы, чем при более крупном продукте измельчения. Поэтому следует пользоваться
одним коэффициентом, учитывающим одновременно крупность исходного материала и
измельченного продукта.
33
Влияние размеров и конструкции мельницы
Влияние конструкции мельниц и формы футеровки на их производительность
установлено на основании практических данных. Мельницы, работающие с низким
уровнем пульпы, имеют производительность несколько большую, чем мельницы с
высоким уровнем пульпы. Объясняется это тем, что при низком уровне пульпы элементы
дробящей среды действуют более эффективно. Производительность мельниц с гладкой
футеровкой меньше, чем мельниц с ребристой футеровкой.
Влияние условий эксплуатации
Под условиями эксплуатации понимают степень заполнения мельницы дробящей
средой, характеристики крупности, формы, плотности дробящих тел, разжижение пульпы
в мельнице и частоту вращения барабана.
Влияние степени заполнения мельницы дробящей средой
Производительность мельницы пропорциональна расходу энергии на измельчение.
Расход энергии связан со степенью заполнения объема мельницы дробящей средой. С
ростом степени заполнения мельницы дробящей средой растет расход энергии на
измельчение, он достигает максимума при степени заполнения 50 %. Соответственно
растет и производительность мельницы и достигает максимума при заполнении ее шарами
на 50 %. Дальнейшее увеличение степени заполнения мельницы дробящей средой
приводит к уменьшению расхода энергии и производительности мельницы.
Эти выводы подтверждаются данными практики. В частности, на обогатительных
фабриках шаровые мельницы работают при степени заполнения их шарами от 40 до 50 %,
стержневые мельницы - при заполнении их стержнями на 35-45 %, мельницы
самоизмельчения - при рудной нагрузке 30-35 %.
Влияние характеристики крупности, формы, плотности и твердости дробящих тел
Опытным путем установлено, что загрузка из шаров различных размеров дает
большую производительность, чем производительность при одноразмерных шаровых
телах. Крупные и твердые руды лучше измельчаются шарами большего размера, мелкие и
мягкие руды - шарами меньших размеров. Для каждой крупности материала, имеющего
определенную измельчаемость, можно подобрать характеристику крупности шаровой
смеси, обеспечивающую наиболее высокую производительность мельницы.
34
Число ударов шаров в мельнице увеличивается с уменьшением их размера, поэтому
желательно применение шаров наименьшего размера, при котором они еще способны
хорошо измельчать материал данной крупности и твердости.
Опытами установлено, что производительность мельниц изменяется примерно
прямо пропорционально плотности дробящей среды.
Увеличение
твердости
измельчающих
тел
дает
некоторое
повышение
производительности. Наибольшую производительность мельницы имеют в том случае,
если дробящая среда составлена неизношенными, не потерявшими своей формы шарами
или стержнями.
Влияние разжижения пульпы в мельнице
Этот параметр определяет массу или объем твердого материала, находящегося в ней
в каждый данный момент времени, а также эффективность действия дробящих тел.
Поскольку общий объем пульпы в мельнице примерно постоянен, с увеличением содержания в пульпе воды в ней будет меньше твердого, и наоборот. При меньшем
содержании воды плотность пульпы увеличивается и, следовательно, дробящие тела,
двигаясь в более плотной среде, будут иметь меньшую силу удара.
Содержание воды определяет текучесть пульпы и ее способность проходить через
мельницу. Совершенно сухой материал при тонком измельчении достаточно текуч и легко
проходит через цилиндрическую мельницу. Когда же в материале, особенно глинистом,
содержится от 8 до 15 % воды, то при измельчении образуется плотная вязкая масса,
которая с трудом проходит через мельницу или совсем не проходит. При содержании воды
около 20 % материал достаточно свободно проходит через мельницу.
Чем плотнее пульпа, тем больше крупных частиц попадает к разгрузочному концу
мельницы. В мельницах с центральной разгрузкой этот крупный материал поступает в
продукт разгрузки и содержание крупного класса в продукте измельчения увеличивается.
В мельницах с решеткой густая пульпа, содержащая крупные частицы, задерживается
решеткой и содержание крупного класса в продукте разгрузки не увеличивается. При
больших разжижениях пульпы материал быстрее проходит мельницу с решеткой, что
приводит к укрупнению продукта разгрузки. В мельницах с центральной разгрузкой
большие разжижения, наоборот, приводят к увеличению содержания мелких классов в
разгружаемом продукте.
35
Влияние частоты вращения барабана мельницы
Зависимость полезной мощности, потребляемой мельницей, от частоты вращения
ее барабана при разной степени заполнения шарами проходит через максимум. Производительность мельницы, как это было показано ранее, пропорциональна потребляемой
мощности. Поэтому при той частоте вращения барабана, при которой потребляемая
мощность становится максимальной, должна быть наибольшей и производительность
мельницы.
На обогатительных фабриках мельницы работают при частоте вращения барабана
от 50 до 85 % критической. Чаще частота вращения составляет 75-80 % критической.
Мельницы самоизмельчения также работают при частоте вращения 75-80 % критической.
6.8 Эксплуатация барабанных мельниц
Барабанные мельницы устанавливают на фундаменте; для обслуживания мельниц,
классификаторов и гидроциклонов устраивают специальные площадки. Пуск установки
для измельчения производят в
следующем
порядке:
классификатор или насос
гидроциклонов; мельница; ленточные конвейеры, подающие руду в мельницу, и в
последнюю очередь - подбункерные питатели. Перед пуском необходимо убедиться в том,
что классификатор и коробка улиткового питателя не забиты песками.
Остановка агрегата мельницы - классификатора (гидроциклонов) - может быть
внезапной (например, в случае выключения электроэнергии); кратковременной - для
подтяжки футеровочных болтов или для догрузки стержней (шары догружаются в
мельницу на ходу); плановой - для ремонта.
В случае внезапной остановки немедленно выключают все электродвигатели. Затем
принимают меры против «посадки» классификаторов, поднимают спирали. При более
длительных остановках следует выпустить пульпу из классификаторов в аварийную
емкость. Процедура остановки с гидроциклонами проще, так как они имеют
незначительный объем, и выпуск из них пульпы происходит самотеком при остановке
насоса.
Измельчение регулируется таким образом, чтобы получить в сливе классификатора
(гидроциклона)
измельченный
продукт
заданной
крупности
при
максимальной
производительности. Крупность материала в сливе регулируется изменением плотности
слива соответствующей подачей воды в классифицирующий аппарат и контролируется
ситовыми анализами по какому-либо (определенному) классу. Пробу для этого анализа
отбирают каждые 0,5-1 ч.
36
Работа измельчительного агрегата определяется главным образом водным
режимом, равномерностью подачи руды в мельницу, физическими свойствами исходного
питания,
характеристикой
измельчающей
среды
и
состоянием
механического
оборудования.
Вода подается в мельницу и классификатор от водопроводной сети с постоянным
давлением. Содержание твердого по массе в мельнице колеблется в широких пределах (от
85 до 40 %). Считается, что для получения максимальной производительности мельницы
необходимо, чтобы содержание воды в пульпе при измельчении крупного материала (13
мм и более) составляло 20-35 %, а при более мелком материале - 30-50 %.
В сливе мельниц рудного самоизмельчения поддерживают содержание твердого в
пульпе около 70-75 %, в рудно-галечных мельницах содержание твердого обычно на 5-7 %
ниже, чем в шаровых.
С целью повышения эффективности работы измельчительных агрегатов применяют
различные системы автоматического регулирования.
Эффективность измельчения в большой степени зависит от входных возмущающих
воздействий, связанных с исходным питанием (крупность, измельчаемость, плотность,
влажность) и циркулирующими песками (расход, крупность, плотность). В качестве
управляющих воздействий используют скорости подачи руды в мельницу, воды в
мельницу и классифицирующий аппарат, измельчающей среды в мельницу, а также
(иногда) частоту вращения барабана мельницы и (или) рабочего колеса насоса, питающего
гидроциклон цикла измельчения.
Чтобы
получить
на
выходе
измельчительного
агрегата
плановое
(или
максимальное) количество готового продукта заданной крупности, контролируются
автоматически:

массовые и объемные расходы материальных потоков (руда, вода и т.д.) с помощью
тензометрических,
индукционных,
магнитных,
перепада
давления
и
других
расходомеров;

содержание твердого в пульпе с помощью радиоизотопных и других плотномеров,
крупность продуктов цикла измельчения с помощью ситовых, седиментационных,
ультразвуковых и других автоматических гранулометров;

запас измельчаемого материала и измельчающей среды в измельчительном агрегате с
помощью акустических, энергетических, весовых и других датчиков.
Для компенсации износа шаров в мельницу регулярно догружают новые шары.
Подгрузку шаров в мельницу с целью компенсации износа осуществляют таким образом,
чтобы максимизировать потребляемую мощность. Периодически шаровую загрузку
37
мельниц пересортировывают с целью удаления шаров, износившихся до 15-20 мм, а также
битых и потерявших форму.
Емкости для шаров футеруют старыми конвейерными лентами или шпалами, они
имеют несколько отделений для шаров разных размеров. Шаровое хозяйство на
обогатительных фабриках механизировано. Выгружают шары из приемных устройств
самотеком через нижнее отверстие или магнитным краном. Перед каждой мельницей
устанавливается воронка-бункер, оборудованная для выпуска шаров питателем или
заслонкой. Отсюда по лотку или трубе шары вводят в горловину мельницы (центральное
отверстие комбинированного питателя) или рудный желоб. Шары в мельничные бункеры
подают вагонеткой, передвигаемой электрокаром по цеху измельчения, или контейнерами,
переносимыми мостовым краном.
Пересортировку дробящей среды на крупных обогатительных фабриках выполняют
на монтажной площадке на пересортировочном стенде. Барабан мельницы вместе с
шарами мостовым краном снимают с фундамента и переносят на стенд, а взамен на
фундамент устанавливают новый барабан, заранее снаряженный на монтажной площадке.
Такая организация пересортировки дробящей среды резко сокращает простой мельниц, но
при этом необходима установка в цехе измельчения мостового крана соответствующей
грузоподъемности.
Крупнотоннажные мельницы с объемом барабана от 300 м3 ремонтируют обычно на
месте. Отдельные детали, особенно футеровки, могут быть значительны по массе (несколько сотен килограммов и более).
Стержневые мельницы позволяют получать более равномерный по крупности измельченный продукт, чем шаровые, т.е. они дают меньшее переизмельчение материала и
меньший выход более крупных классов.
Характер
измельчения
в
стержневых
мельницах
обусловлен
следующими
причинами: крупные куски материала, попадая при загрузке между стержнями, раздвигают
их и, измельчаясь в первую очередь сами, предохраняют более мелкие куски от излишнего
переизмельчения. Стержни, отодвинутые один от другого, подобны грохоту. Мелкие зерна
проваливаются сквозь щели между стержнями, а крупные подвергаются дальнейшему измельчению. Мелочь быстрее проходит через мельницу.
Стержневая загрузка имеет гораздо меньшую поверхность, чем шаровая той же
массы. Поэтому стержневые мельницы менее эффективны при тонком измельчении
материала, чем шаровые. При работе в открытом цикле стержневая мельница представляет
собой, по существу, машину для мелкого дробления и дает продукт, наиболее подходящий
для последующего измельчения в шаровых мельницах.
38
В загрузочном конце стержни изнашиваются быстрее, чем в разгрузочном, поэтому
при пересортировке дробящей среды их переворачивают. Догрузка мельницы стержнями
для
компенсации
их
износа осуществляется
после остановки
мельницы
через
разгрузочную горловину при помощи стержнепогрузочной машины или мостового крана.
Средний расход энергии на 1 т измельченной руды на обогатительных фабриках
различной производительности колеблется от 7 до 21 кВт-ч.
6.9 Мельницы других типов
Вибрационные мельницы
Вибрационная мельница представляет собой камеру, заполненную загрузкой,
состоящей из обрабатываемого материала, среды (газ или жидкость) и специальных
обрабатывающих тел (шары, цилиндры, стержни, валки, трубы и т.п.). Загрузке
сообщается движение посредством периодического вибрационного сотрясения камеры или
расположенных в ней специальных тел. В результате этого возникает относительное
движение частиц загрузки, в зонах их контакта создаются высокие механические
напряжения, которые приводят к разрушению твердых частиц.
В зависимости от условий обработки, типа и свойства обрабатываемого материала,
характеристик мелющих тел и среды, параметров процесса в вибрационных мельницах
реализуются
различные
технологические
операции:
измельчение,
деструкция,
механохимические воздействия, уплотнение материалов, поверхностная обработка и т.п.
Вибрационные мельницы можно использовать для сухого или мокрого измельчения
(около 50 % воды). Они могут работать в периодическом или непрерывном замкнутом
цикле с классифицирующими аппаратами.
При весьма тонком измельчении (20-5 мкм) вибрационные мельницы обладают
преимуществами по сравнению с барабанными такой же производительности: значительно
ниже расход энергии, меньше масса оборудования и занимаемая площадь пола и объем
здания. Вибрационную мельницу легче герметизировать, измельчение возможно вести в
любой газовой среде. Конструктивно проще устроить на вибрационной мельнице кожух
для водяного охлаждения или, наоборот, подогрева. Продукт этой мельницы однороднее
по крупности и содержит больше угловатых частиц (после барабанной мельницы зерна
получают окатанную, округлую форму). Вибромельницы можно применять для
измельчения таких материалов, как слюда; в барабанных мельницах такие материалы
плохо измельчаются.
Главные
недостатки
вибрационных
мельниц
следующие:
зависимость
крупности кусков питания от размера шаров и амплитуды колебаний мельницы (обычно
39
размер куска не должен быть больше примерно 0,1 диаметра шара); изменение крупности
продукта с изменением крупности питания; непригодность для измельчения вязких
материалов; особые требования к конструкции в отношении надежности мельницы,
определяемые ее работой в быстроходном вибрационном режиме; необходимость
преодоления
ряда
технических
затруднений
при
создании
вибромельниц
производительностью более 5 т/ч; резкое падение удельной производительности при
увеличении размеров мельницы.
Вертикальные мельницы
Реализовать идею использования центробежных сил, существенно ускоряющих
измельчение по сравнению с полем гравитационных сил, удалось в барабанной мельнице с
неподвижным вертикальным барабаном и вращающимся внутри него валом-ротором.
Вал-ротор с большой скоростью вращает водило, приводящее в действие измельчающую
нагрузку. В качестве мелющих тел используют свободно размещенные металлические
шары, таллическую дробь, керамические или минеральные износостойкие частицы. При
вращении вала происходит раздавливание частиц измельчающими телами и за счет
воздействия на них центробежных сил. Измельчение материала в таких мельницах ведется
сухим или мокрым способом последовательно мере продвижения материала вдоль
поверхности барабана.
Вертикальные мельницы («Вертимил») - это мельницы непрерывного периодического
действия с перемещающейся мелющей средой, которая может быть использована для
эффективного мокрого или сухого тонкого измельчения. Здесь речь пойдет о мокром
измельчении в мельнице «Вертимил». Измельчение в обычной барабанной вращающейся
мельнице очень эффективно ввиду расхода большого количества энергии на ненужный
шум и тепло. «Вертимил» была разработана как энергосберегающая альтернатива
барабанной вращающейся мельнице при тонком измельчении.
«Вертимил» является аппаратом для тонкого и сверхтонкого измельчения; чем
тоньше продукт измельчения, тем больше экономия энергии по сравнению с барабанными
вращающимися мельницами.
В мельнице «Вертимил» мелющая среда в виде стальных шаров, керамической или
натуральной гальки или других материалов вращается с помощью помещенной в нее
винтовой двухзаходной спирали (или агитатора загрузки). Создается типичный замкнутый
цикл измельчения. Непрерывный восходящий поток пульпы поддерживается внешним
насосом для рециркуляции. Насос выбирают с таким расчетом, чтобы обеспечить заранее
рассчитанную скорость восходящего потока, которая вызывает классификацию частиц в
верхней части корпуса мельницы. Мелкие частицы питания поднимаются, а большие
40
частицы падают на мелющую загрузку, где они попадают внутрь среды для измельчения.
Среда поднимается лопастями шнека и падает вниз в кольцевое пространство между
лопастями и внутренними диаметрами корпуса мельницы. При использовании стальной
мелющей среды ее глубина составляет от 2 до 2,5 м. Накоплению среды в нижней части
корпуса мельницы препятствует малая площадь непосредственно под лопастями шнека.
Пульпа сливается из корпуса в сборный классификатор или делитель. Слив является
либо готовым продуктом, либо питанием для соответствующей классификации. Крупная
фракция рециркулирует через мельницу.
Измельчение осуществляется за счет трения и истирания. Эффективность
измельчения повышается путем относительно высокого давления среды на измельчаемые
частицы. Предварительная классификация и удаление из питания мелких частиц снижает
переизмельчение и еще более увеличивает эффективность. Низкий шум и малое
количество производимого тепла уменьшает непроизводственные потери энергии.
Преимущества
мельницы
«Вертимил»
по
сравнению
с
барабанными
вращающимися мельницами следующие: низкая установочная стоимость; низкие
эксплуатационные расходы; более высокая энергетическая эффективность; меньшая
площадь пола; простой фундамент; меньший шум - обычно ниже 85 децибел; небольшое
количество вращающихся частей; меньшее переизмельчение; меньшие простои; большая
технологическая безопасность.
Мельница «Вертимил» может измельчать любой материал с верхней крупностью 6
мм. Она может производить продукт крупностью 200 меш или тоньше. Причем чем
продукт тоньше, тем лучше «Вертимил» может обеспечить производительность вплоть до
50 т/ч. Создаются конструкции с производительностью до 100 т/ч.
Мельница «Вертимил» может быть использована при доизмельчении руд и
концентратов цветных, черных и благородных металлов, сырья для производства
удобрений, извести и других.
Планетарные мельницы
Планетарные мельницы представляют собой агрегат из нескольких барабанных
мельниц, смонтированных на вертикальном водиле. На оси каждой мельницы насажены
шестерни, которые находятся в зацеплении с неподвижным зубчатым колесом. При
вращении водила барабанные мельницы вращаются относительно оси водила, а также
вокруг собственных осей. Мелющие тела, находящиеся в барабанах, испытывают действие
дополнительных центробежных сил, возникающих при вращении барабана вокруг оси
водила. В лабораторной практике давно применяются планетарные мельницы малого
41
размера периодического действия. Разработаны мельницы с непрерывным процессом, т.е.
загрузка и выгрузка материала происходят на ходу.
Планетарные мельницы имеют высокую удельную производительность, низкую
металлоемкость и высокую энергоемкость. Можно создать мельницу с потребляемой
мощностью несколько сотен киловатт при барабанах диаметром 500 мм. Планетарные
мельницы могут работать также в режиме самоизмельчения, без загрузки мелющих тел.
При этом измельчение происходит главным образом истиранием. Крупность питания
больших мельниц может достигать 25 мм. Планетарные мельницы могут найти применение на обогатительных фабриках для особых случаев измельчения, например алмазных
руд.
Планетарная мельница непрерывного действия - перспективное оборудование для
тонкого и сверхтонкого измельчения
Конкурентные преимущества планетарных мельниц:
1)
снижение производственных и капитальных затрат;
2)
увеличение производительности при тонком и сверхтонком помоле материалов
любой твердости;
3)
наилучшие возможности для механоактивации (технология позволяет менять
свойства многих измельчаемых веществ, раскрывая их новые возможности);
4)
огромный потенциал для реализации технологии самоизмельчения различных
материалов;
5)
возможность
измельчения
материалов
до
наноуровня
с
энергоэффективностью;
6)
компактные размеры оборудования, мобильность.
Области применения продуктов помола:
1)
производство технической керамики, огнеупоров, красок, пигментов;
2)
производство абразивных материалов;
3)
производство строительных материалов;
4)
инжиниринг новых материалов (механохимия);
5)
переработка промышленных отходов;
6)
фармацевтика и косметология;
7)
обогащение полезных ископаемых.
42
наивысшей
Тема 7 ГРОХОЧЕНИЕ
Грохочение – процесс разделения сыпучих материалов
7.1
по крупности
на
просеивающих поверхностях с калиброванными отверстиями.
Операции грохочения широко применяют на обогатительных и брикетных
фабриках и сортировках, в промышленности строительных материалов, химической и
многих других отраслях промышленности.
В технологической схеме обогащения или при подготовке полезных ископаемых к
переработке выделяют следующие виды операций грохочения:

самостоятельное,

подготовительное,

вспомогательное.
 Самостоятельное грохочение применяют на сортировках для выделения классов готовых продуктов, направляемых непосредственно потребителям. Сортировке
подвергают угли, железные руды, каменные строительные и дорожные материалы,
абразивы и т. д.
 Подготовительное грохочение применяют на обогатительных фабриках с целью
разделения перерабатываемого материала на классы, поступающие далее в операции
обогащения. Такое грохочение часто необходимо перед гравитационными процессами,
электромагнитной сепарацией и др.
 Вспомогательное грохочение применяют в сочетании с операциями дробления, для
выделения готового по крупности продукта перед дробилками и контроля крупности
дробленого продукта.
Первый вид грохочения часто называют предварительным, а второй - контрольным,
или поверочным.
Грохот – вид специального оборудования предназначен для разделения твердого
кускового материала по фракциям. Обработке подвергаются такие материалы как щебень,
гравийно-песчаная смесь, куски рудной породы или угля.
Применение грохотов

разделение на фракции угля, руд, щебня

рассеивание материалов
43

обезвоживание материалов (обогащенных углей, промытых руд)
7.2 Классификация грохотов
по форме просеивающей поверхности

плоские грохоты (неподвижные грохоты, частично подвижные грохоты, плоские
подвижные грохоты, гидравлические грохоты)

барабанные грохоты (вращающиеся грохоты)

дуговые грохоты (гидравлические грохоты)
по расположению просеивающей поверхности

наклонные грохоты (в некоторых случая вертикальные)

горизонтальные грохоты (или слабонаклонные)
по характеру движения рабочего органа или способу перемещения материала

неподвижные грохоты (с неподвижной просеивающей поверхностью)

частично подвижные грохоты (с движением отдельных элементов просеивающей
поверхности)
44

вращающиеся грохоты (с вращательным движением просеивающейся поверхности)

плоские подвижные грохоты (с колебательным движением всей просеивающей
поверхности)

гидравлические грохоты (грохоты с перемещением материала в струе воды или
пульпы)
 В качестве просеивающей (рабочей) поверхности грохотов используют проволочные
сетки, листовые сита (решета, т. е. перфорированные листы) и колосниковые решетки.
 Проволочные сетки имеют квадратные или прямоугольные отверстия размером от 100
до 0,04 мм. Для изготовления сеток применяют проволоки стальные (из легированных
и нержавеющих сталей), латунные, медные, бронзовые, никелевые и др.
Отношение площади отверстий сетки (в свету) к общей ее площади, выраженное в
процентах, называют живым сечением сетки или коэффициентом живого сечения.
45
Сегрегация в горном деле (от позднелат. segregatio — отделение) — распределение
зёрен материала по высоте и периферии слоя в зависимости от их крупности и плотности.
При насыпании зернистого материала крупные и тяжёлые куски скатываются к его
основанию и, таким образом, происходит естественное разделение крупных и мелких
кусков (в этом случае сегрегационные нижние слои заполнены крупными кусками).
При воздействии на слой зёрен вибраций имеет место сегрегация, при которой
мелкие частицы, попадая в промежутки между крупными, продвигаются постепенно в
нижнюю часть слоя. При сегрегации частиц одинаковой плотности мелкие частицы
располагаются ниже крупных.
При разной плотности частиц в нижнем слое располагаются мелкие
тяжёлые частицы, над ними — слой крупных тяжёлых частиц с мелкими лёгкими, в
верхнем слое — крупные лёгкие частицы. Скорость расслаивания увеличивается с
повышением крупности и различий в плотностях разделяемых частиц, интенсивности
вибраций и уменьшением толщины слоя. Она зависит также от формы частиц.
Влажность материала
Для грохочения имеет значение содержание внешней влаги, покрывающей пленкой
поверхность зерен материала. Вода, находящаяся в порах и трещинах зерен, а также
химически связанная, на грохочение не влияет. Например, грохочение некоторых
каменных углей практически невозможно при их влажности более 6 %, т. к. влага в
основном представлена поверхностными пленками, в то же время сильно пористые бурые
угли просеиваются даже при влажности до 45 %.
Особенно сильно влияет влажность материала при грохочении его на ситах с
мелкими отверстиями. Мелкие классы имеют наибольшую внешнюю влажность
вследствие их большой удельной поверхности. Внешняя влага в материале вызывает
слипание мелких частиц между собой, налипание их на крупные куски и замазывание
отверстий сит вязким материалом. Кроме того, вода смачивает проволоки сита и может
под действием сил поверхностного натяжения образовывать пленки, затягивающие
отверстия. Все это препятствует расслоению материала по крупности на сите и затрудняет
прохождение мелких зерен через отверстия, в результате чего они остаются в надрешетном
продукте.
При некотором предельном содержании влаги, зависящем от свойств материала и
размера отверстий сита, эффективность грохочения резко падает. С увеличением
влажности материала сверх этого предела подвижность зерен возрастает, и постепенно
наступают условия для мокрого грохочения, т. е. грохочения материала с водой.
46
Конкретно о влиянии влажности на грохочение данного материала можно судить только
на основании экспериментальных работ. Если в материале есть комкующие примеси,
например глина, то грохочение, даже при малой его влажности, затрудняется.
Размеры поверхности грохочения
Производительность грохота почти
прямо пропорциональна ширине сита.
Увеличение длины повышает вероятность прохождения сквозь сито, главным образом
увеличивая эффективность и лишь незначительно повышая производительность. Практика
показывает, что длина должна быть в 2–3 раза больше ширины сита.
Размеры отверстия и толщина проволоки
Так как производительность грохота приблизительно пропорциональна размеру
отверстия,
крупность
разделения
определяет
производительность
грохота.
Это
обстоятельство ограничивает размер отверстий промышленных сит величиной 0,2 мм, хотя
сита типа дуговых удовлетворительно используются при разделении материалов и ниже
этой крупности. Увеличение диаметра проволоки или глубины колосника удлиняет путь
частицы сквозь поверхность грохочения и ведет к снижению производительности.
Форма отверстий просеивающей поверхности
Наиболее широко используются отверстия квадратной формы по причине их
легкого изготовления. Щелевые и прямоугольные отверстия имеют преимущества
большого живого сечения, меньшей склонности к забивке, лучшего прохождения
удлиненных частиц. Вероятность прохождения частиц сквозь прямоугольные отверстия
выше, однако, точность разделения ниже, чем для квадратных отверстий.
Для перфорированных поверхностей часто используют круглые отверстия, которые
дают наиболее точное разделение. По сравнению с круглыми и квадратными отверстиями
прямоугольные и щелевые отверстия допускают прохождение более крупного материала.
Если принять размер квадратной ячейки l, то для получения подрешетного продукта той
же крупности следует круглое отверстие иметь 1,2l, а прямоугольное 0,8l.
Амплитуда и частота вибраций
Частота вибраций должна уменьшаться, а амплитуда
возрастать по мере
увеличения размера отверстий сита грохота.
47
Толщина слоя материала на сите
Существует оптимальная толщина слоя материала, при которой наблюдается
максимальная скорость грохочения. Можно выделить три области на поверхности сита,
различающихся скоростью прохождения частиц.
В области I наблюдается наименьшая скорость прохождения материала из-за
значительного объема на сите и недостаточной сегрегации.
Три главных области на поверхности грохочения:
1 – исходное питание; 2 – направление движения
материалов;
3 – поверхность грохочения; 4 – скорость
просеивания;
5 – питающий лоток
В области II возникает монослой частиц и скорость прохождения их максимальна;
тесное расположение частиц не дает им возможности отскакивать от сита.
Область III характеризуется отсутствием монослоя, и это приводит к малой скорости
потока частиц через сито, поскольку они имеют неупорядоченное движение и поверхность
сита не используется целиком.
Для
того
чтобы
грохочение
протекало
наиболее
успешно, толщина питающего слоя не должна превосходить четырехкратного размера
отверстия сита для материала с насыпной плотностью 1600 кг/м3 или 2,5–3-кратной
величины для материала с насыпной плотностью 800 кг/м3.
Толщина слоя материала на сите возрастает с увеличением скорости подачи
питания, но при этом уменьшается эффективность грохочения; компенсировать это
снижение можно соответствующим увеличением амплитуды вибраций.
Виды грохотов
Вибрационный грохот с эксцентриковым валом, применяющийся для грохочения
на ситах любой крупности. Он состоит из рамы 1, подвешенной на четырех тягах 4. К раме
прикреплены подшипники вала 5, имеющего эксцентриковые шейки. Сама рама, к которой
крепятся сита 2, установлена под углом 15—20° к горизонтальной плоскости и
удерживается
Самобалансный
48
амортизаторами
грохот
для
грохочения
железных
3.
руд
и
агломерата.
Грохочение материалов на классы происходит во время их перемещения по вибрирующей
колосниковой решетке. Вибрация решетки возникает при вращении вибраторов.
Электровибрационные грохоты, состоящие из трех основных узлов: тележки на
четырех катках, колосниковой решетки с корытом и электромагнитного вибратора.
Валковые грохоты работают по непрерывному графику и, следовательно,
проводить длительные ремонты, как например замену валков, без нарушения работы
коксовых печей невозможно. Поэтому устанавливают сдвоенный валковый грохот, т. е.
состоящий
из
двух
грохотов,
расположенных
на
одной
общей
платформе,
передвигающейся на ходовых колесах по рельсам.
Барабанные слабонаклонные грохоты – имеют вращающуюся просеивающую
цилиндрическую поверхность. Загружаемый материал продвигается по внутренней
поверхности грохота. Куски материала под действием сил трения увлекаются внутренней
поверхностью барабана и поднимаются на некоторую высоту, после чего скатываются
вниз. В этот момент кусок передвигается вдоль барабана вследствие наклона грохота.
Неподвижные колосниковые грохоты представляют собой решетку, собранную
из установленных под углом колосников. Иногда эти грохоты устанавливаются
горизонтально. Угол наклона для сухих руд 38-500, для углей 30-350. Ширина щели между
колосниками не менее 50 мм. Колосники изготовляют из балок фасонного сечения.
Ширина грохота определяется фронтом его загрузки, который зависит от размеров
устройства, подающего материал на грохот. Ширина грохота должна быть больше или
равна тройному размеру максимального куска. Длину грохота выбирают в зависимости от
необходимой производительности и эффективности грохочения. Практически длина лежит
в пределах 3-5м. Эффективность грохочения зависит от содержания мелких классов в
питании и составляет 50-60 %.
ТЕМА 8 КЛАССИФИКАЦИЯ
Характер
падения
тел
в
жидкости
или
газообразной
среде
определяется
взаимодействием трех сил: силы тяжести, направленной вниз, подъемной (архимедовой)
силы, направленной вверх, и силы сопротивления среды, направленной тоже вверх.
 Сила тяжести зависит от плотности и объема твердого тела,
 подъемная сила – от объема тела и плотности среды;
 сила сопротивления среды зависит от режима движения (турбулентного или ламинарного)
и слагается из так называемого сопротивления сил инерции (динамического) и
сопротивления
сил
трения
(вязкости).
49
На основании исследований установлены следующие закономерности падения
минеральных частиц в среде:
1. более крупные и плотные частицы имеют наиболее высокие скорости падения
минеральных частиц в среде;
2. с увеличением плотности и вязкости среды скорость падения в ней зерен снижается;
3. форма и характер поверхности зерен значительно изменяют скорости падения;
4. при одинаковой массе частиц наименьшее сопротивление испытывают шарообразные
частицы, большее – угловатые, затем продолговатые и максимальное – пластинчатые;
5.
шероховатые частицы испытывают большее сопротивление, чем частицы с гладкой
поверхностью.
Классификация - это процесс разделения материала по крупности в жидкости (или
газе), основанный на различии скоростей падения в полях гравитационной силы
(гравитационная классификация) или центробежной силы (центробежная классификация)
зерен различной крупности. В соответствии с используемой средой (вода или воздух)
классификация
может
быть
гидравлической
или
пневматической,
наибольшее
распространение получила гидравлическая классификация.
Обычно при обогащении полезных ископаемых классификации подвергается
продукт, содержащий частицы меньше 6 мм для руд и 13 мм для углей. Гидравлическую
классификацию применяют для разделения по граничной крупности 40 мкм и более.
Классификатор — аппарат для разделения измельчённых материалов на классы по
крупности, плотности, форме зёрен.
В зависимости от действующих сил различают классификаторы гравитационные и
центробежные;
в зависимости от комбинации действующих сил и способа разгрузки: с
механической разгрузкой песков — гравитационные, механические (реечный, спиральный,
чашевый, дражный), центробежные;
с
самотёчной
классификатор),
разгрузкой
песков
центробежные
—
гравитационные
(гидроциклон,
Практическое применение на обогатительных фабриках:

измельчение в замкнутом цикле;

обезвоживание;

извлечение песка;
50
(гидравлический
центрифуга).

обесшламливание;

сгущение утяжелителя.
Процедура выбора классификатора состоит из трех этапов:
1. выбирают диаметр спирали, число заходов и скорость вращения;
2. выбирают площадь зеркала пульпового бассейна, чтобы получить надлежащее
значение крупности разделения;
3. проверяют площадь сжатия крупной фракции (песков) в бассейне.
Методы классификации:

Мокрая классификация при помощи гидроциклонов, в которых используется
разделение за счет центробежной силы, и которые охватывают диапазон крупности 10-100
микрон (типичный).

Мокрая классификация при помощи
спиральных классификаторов, в которых
используется
разделение
за
счет
силы
тяжести, и которые охватывают диапазон
крупности 100-1000 микрон (типичный).

Сухая
используется
классификация,
в
которой
разделение
за
счет
центробежной силы, и которая охватывает
диапазон 5-150 микрон (типичный).
8.1 Гидроциклон
(от греч. hydor - вода и kyklon - кружащийся,
вращающийся) - аппарат для разделения в жидкой
среде
зернистых
материалов,
различающихся
плотностью или крупностью составляющих частиц.
 Центробежные
силы
классифицируют
частицы по крупности (массе).
 Частицы с большей массой, находящиеся
ближе к наружной стенке, выходят в пески.
 Частицы с малой массой, находящиеся ближе к оси, выходят в слив.
51
Применение гидроциклонов – не только для разделения частиц по крупности
Хотя гидроциклоны по своей природе представляют собой аппараты для разделения
частиц по крупности, они имеют множество применений на обогатительных фабриках:

классификация в схемах измельчения;

обезвоживание и сгущение;

обесшламливание и промывка;

тяжелосредная сепарация (ТСС);

другие процессы.
Эксплуатация гидроциклонов на обогатительных фабриках
Увеличение диаметра гидроциклона вызывает повышение его производительности,
но одновременно возрастает крупность разделения. На отечественных обогатительных
фабриках при измельчении продукта до 80% класса – 0,074 мм используют гидроциклоны
диаметром 500 и 750 мм, при измельчении тоньше 80% класса – 0,074 мм – гидроциклоны
диаметром 200-350 мм. На зарубежных фабриках применяют гидроциклоны меньшего
диаметра.
При одинаковом содержании твердого в питании, выходе слива и содержании в нем
твердого крупность твердого в сливе гидроциклонов диаметром 750 мм больше, чем в
гидроциклонах диаметром 500 мм. для получения слива одинаковой крупности в
гидроциклонах большого диаметра плотность питания должна быть несколько ниже, чем в
гидроциклонах меньшего диаметра. Гидроциклоны большого диаметра проще и надежнее
в эксплуатации, меньше подвержены забивке, чем батарейные гидроциклоны малого
диаметра.
Производительность гидроциклона прямо пропорциональна диаметру питающего
патрубка. Чрезмерное увеличение питающего патрубка приведет к уменьшению
коэффициента изменения окружной скорости жидкости в гидроциклоне. При сохранении
производительности в этом случае уменьшится давление на входе, что в конечном итоге
закрупняет слив гидроциклона.
Обычно диаметр сливного патрубка должен быть несколько больше диаметра
питающего отверстия. Диаметр сливного патрубка подбирают в период настройки
гидроциклонов и оставляют затем неизменным.
К
технологическим
параметрам,
классификации в гидроциклонах, относят:
52

объемную производительность;

давление на входе;
определяющим
основные
показатели

характеристику крупности твердой фазы;

содержание твердого в питании;

минеральный состав и плотность твердого;

плотность жидкой фазы и собственно пульпы;

вязкость жидкой фазы и пульпы и их температуру.
Давление на входе
Давление на входе при постоянной удельной производительности зависит в
основном от диаметра сливного патрубка и размеров питающей насадки. При получении
крупных сливов допускается работа при давлении на входе до 30 кПа. При получении
тонких сливов давление требуется поддерживать более высоким (до 200 кПа). Важно,
чтобы давление на входе поддерживалось на постоянном уровне. Любые колебания
давления ухудшают эффективность классификации, особенно за счет качества песков. С
увеличением содержания твердого в питании увеличивается плотность пульпы в
гидроциклоне, что приводит к уменьшению скорости радиального движения твердых
частиц.
Колебания содержания твердого в питании вызывают изменения в содержании
твердого в сливе и песках гидроциклона, крупности слива и степени загрязнения песков
тонкими шламами. Крупность слива возрастает с увеличением содержания твердого в
питании.
С увеличением вязкости среды общая производительность гидроциклона
повышается. Вязкость среды влияет также на распределение материала, уходящего через
сливное отверстие.
При
проектировании
установки
гидроциклонов
в
отделении
измельчения
необходимо соблюдать следующие требования:

гидроциклоны необходимо выбирать в соответствии с заданной производительностью
и качеством продуктов измельчения;

пески гидроциклонов должны поступать в мельницу самотеком без помощи
транспортирующей воды;

слив поступает самотеком в последующие операции;

подача насоса соответствует производительности гидроциклонов;

перепад высоты между насосами и гидроциклоном должен быть по возможности
минимальным.
53
Неполадки в работе гидроциклонов
Неполадки в работе гидроциклонов связаны главным образом с их забиванием.
Если прекращается выдача песков, а слив продолжает поступать и манометр на входе
показывает прежнее давление, то это значит, что забита песковая насадка.
Прекращение выдачи слива при одновременном резком изменении давления на
входе свидетельствует о забивании питающего патрубка.
Если стрелка манометра стоит на нуле или каком-то промежуточном значении при
неизменившейся выдаче обоих продуктов, то манометр испорчен или забит песками.
Периодическое изменение давления на входе свидетельствует о работе насоса
толчками и о необходимости его регулировки.
Важнейший эксплуатационный показатель работы гидроциклонов – их износ.
Сильнее и быстрее изнашиваются песковые насадки и нижняя часть конуса, примыкающая
к насадке, где абразивный износ производится наиболее крупными частицами твердого
при их высокой объемной концентрации.
Сильно истирается также стенка цилиндрической части аппарата в месте
поступления пульпы из питающей насадки и сама питающая насадка. Сливной патрубок
изнашивается обычно в верхней части у самой крышки; стенки сливного патрубка и
корпуса гидроциклона истираются меньше. Износ гидроциклона зависит от минерального
состава твердой фазы, формы зерен, крупности частиц твердого и плотности пульпы,
давления и скорости движения пульпы в гидроциклоне.
Для предотвращения износа корпус футеруют и устанавливают съемные детали из
износостойких материалов (легированные чугуны, резина, каменное литье, полиуретан,
фарфор, керамика, твердые сплавы). На ряде предприятий гидроциклоны футеруют
нанесением на внутреннюю поверхность металлического корпуса зерен корунда или
карбокорунда.
8.2 Гидравлический классификатор
— аппарат, в котором в потоке воды разделяются мелкозернистые минеральные
материалы на классы в зависимости от веса и крупности отдельных частиц.
Гидравлические
классификаторы
бывают
центробежные
и
гравитационные.
В
центробежных гидравлических классификаторах частицы разделяются за счет действия на
них во вращающемся потоке воды центробежных сил. Они наиболее эффективны при
разделении частиц наименьших размеров (0,15 мм и меньше). В гравитационных
гидравлических классификаторах частицы разделяются за счет силы тяжести частиц в
54
потоке воды. Иногда выделяют группу механических гидравлических классификаторов
(реечные, чашечные и спиральные), применяемых преимущественно при обогащении
полезных ископаемых. Работают они в замкнутом цикле мокрого тонкого измельчения
(измельчение материала в мельнице — поступление в гидравлический классификатор —
сток слива через порог гидравлического классификатора в сосуд для концентрации —
возвращение крупных частиц в мельницу). По конструкции различают гидравлические
классификаторы однокамерные и многокамерные.
Их недостаток — невозможность работать при крупных размерах частиц в
исходном
материале.
Он
особенно
сказывается
при
разработке
месторождений
строительных материалов, представляющих собой смесь гравия, разнозернистого песка и
валунных включений, порой значительных размеров. Этот недостаток устраняют, изменяя
конструкцию грунтосборника и применяя приспособление для улавливания крупных
включений.
Классификация в спиральных классификаторах
Наибольшее распространение на рудных и углеобогатительных фабриках получили
мокрые механические спиральные классификаторы для классификации в циклах
измельчения и подготовки исходного материала к флотации. Спиральный классификатор
представляет собой наклонное корыто, в котором помещены один или два вращающихся
вала с насаженными на них ленточными спиралями, выполненными по винтовой линии
(погружёнными
в
пульпу
или
непогружёнными
в
пульпу).
Пульпа подаётся в нижнюю треть корыта классификатора, осевшие пески с
помощью спиралей удаляются и частично обезвоживаются. Тонкие частицы, не успевшие
осесть, переходят в слив. Толщина слива зависит от наличия глинистых шламов,
увеличивающих вязкость, плотности и степени разжижения пульпы, а также скорости
вращения спиралей и наклона корыта.
Производительность классификаторов зависит главным образом от площади
зеркала пульпы, т.е. определяется шириной, высотой лобовой стенки и наклоном корыта, и
от требуемой крупности слива, плотности и вязкости пульпы.
Спиральные классификаторы отличаются простой и надёжной конструкцией, их
важное достоинство — подъём песков выше точки поступления питания, что позволяет
компоновать замкнутый цикл измельчения без дополнительных транспортирующих
устройств.
Как правило, механические классификаторы используют в сочетании с шаровыми
мельницами. При крупности классификации 0,2 мм и выше применяют классификаторы с
55
непогружённой спиралью, для получения тонкого слива (более 65% класса — 0,074 мм) —
классификаторы с погружённой спиралью. В связи с появлением более компактных и
экономичных центробежных классификаторов — гидроциклонов область применения
механических
классификаторов
уменьшилась.
Совершенствование классификаторов идёт по пути увеличения производительности
и надёжности работы оборудования за счёт широкого внедрения аппаратов большой
единичной мощности, применения износостойких материалов, автоматизации.
Классификация в схемах дробления и измельчения
Схемы дробления – грохочение в открытом цикле

Грохочение перед дробилкой исключает спрессовывание

Меньше износ дробилки

Общая производительность выше

Просеивающая поверхность «контролирует» продукт. Нет «хлопьевидной мелочи»
Схемы дробления – грохочение в замкнутом цикле

Горхоты снижают производительность

Улучшается калибровка продукта

Степень дробления выше
Схемы измельчения – грохочение

Для удаления классов критической крупности в схемах самоизмельчения и
полусамоизмельчения

Для выведения гали из схем рудогалечного измельчения

Используются в схемах обработки тяжелых минералов – чтобы избежать
переизмельчения (тонкое грохочение)

Грохоты не очень любят, когда меняется крупность продукта, что приводит к
изменению циркулирующих нагрузок

Механическое повреждение или засорение просеивающей поверхности может
приводить к нарушениям в работе.
Схемы измельчения – классификация

Циклоны эффективны как классификаторы при значениях крупности разделения
ниже 200 микрон
56

Спиральные классификаторы эффективны как классификаторы при значениях
крупности разделения до 800 микрон

Спиральные классификаторы и гидроциклоны могут дополнять друг друга, если
значение крупности разделения лежит выше 200 микрон
На современных обогатительных фабриках в циклах рудоподготовки механические
классификаторы используются крайне редко. Почти повсеместно им на смену пришли
гидроциклоны как более производительные и экономичные аппараты, занимающие
гораздо меньшую площадь пола.
ТЕМА 9 КОМПЛЕКСНАЯ РУДОПОДГОТОВКА В СОВРЕМЕННЫХ УСЛОВИЯХ
ПРОИЗВОДСТВА МИНЕРАЛЬНОЙ ПРОДУКЦИИ
В двадцать первом веке как никогда ранее усугубились тенденции снижения
содержания полезных компонентов в исходном горном сырье. В связи с этим
обогатительный передел на горных предприятиях приобрел отличную от традиционной
структуру. В первую очередь этот процесс коснулся отделения рудоподготовки. Если
ранее процесс рудоподготовки включал только операции дробления, грохочения,
измельчения и классификации, то в связи с ухудшением качества исходного сырья все
чаще в структуре технологических схем стали появляться операции предварительного
обогащения крупнокусковых продуктов с выведением хвостов в голове технологического
процесса. Изменились также требования к крупности продуктов, поступающих в
отделения измельчения и обогащения и степени дробления дробильных машин.
Совершенствование
приоритетных
направлений
процессов
рудоподготовки
модернизации
производства
всегда
на
было
одним
из
горно-обогатительных
предприятиях, поскольку рудоподготовка является наиболее затратным переделом на
обогатительных фабриках (более 60% от общих эксплуатационных расходов на фабриках).
В современных условиях при росте цен на энергоресурсы актуальность решения этой
задачи еще более возрастает. Кроме того, на многих действующих в настоящее время
горно-обогатительных предприятиях по мере отработки рудных запасов вынуждены
решать проблемы, которые не возникали на ранних этапах их работы. В переработку
вовлекаются
руды
новых
месторождений,
отработка
ранее
разрабатываемых
месторождений переходит на более глубокие горизонты, при этом зачастую меняется не
только содержание в исходной руде полезных минералов, но и качественный состав руды,
увеличивается содержание в ней глинистых примесей, повышается влажность. В
57
некоторых случаях на обогатительных фабриках перерабатывается несколько различных
типов руд при исключении возможности их смешивания. Это приводит к тому, что
существующие схемы дробления оказываются не в состоянии обеспечить требуемую
крупность
материала,
подаваемого
на
наиболее
энергозатратный
в
процессе
рудоподготовки цикл измельчения, что отрицательно сказывается на показателях
рудоподготовки в целом. Соответственно, встает задача по модернизации схемы
рудоподготовки с целью обеспечить более эффективное выведение готового для
измельчения материала, содержащего основную часть влаги и глинистых включений из
процессов дробления и подачи его непосредственно на первую стадию измельчения. Для
успешного решения этой задачи необходимо проведение всестороннего и тщательного
аудита существующих схем рудоподготовки в тесном контакте со специалистами
предприятий, разработка и тщательный анализ ряда конкурирующих вариантов
модернизации, экономическая их оценка. В принимаемых технических решениях
требуется использование наиболее современного оборудования, обеспечивающего
технологические показатели на необходимом уровне. Только при выполнении этих
условий возможна выработка качественных решений, которые позволят существенно
улучшить показатели работы предприятий.
Перспективы развития экономического минералопользования в Дальневосточном
регионе,
наращивание
темпов
добычи
и
производства
минеральной
продукции
связываются в первую очередь с воспроизводством минерально-сырьевой базы, а во
вторую — с рациональным освоением подготовленных к эксплуатации объектов.
Освоение золоторудного потенциала наиболее перспективно в ближайшее время за счет
большеобъёмных месторождений в черносланцевых толщах и карбонатных отложениях. В
последние годы в районах традиционной золотодобычи, в частности, в Магаданской
области, были подтверждены перспективы обнаружения новых объектов такого типа,
освоение которых с применением современных технологий добычи и переработки руд
позволит в среднесрочной перспективе в 1,5—2 раза увеличить масштабы добычи золота.
Необходимо также выявление новых золотосеребряных месторождений в пределах
гигантских вулканогенных поясов Дальнего Востока. Месторождения этого типа —
наиболее востребованные объекты добычи благородных металлов в регионе. К ним
относится большинство отрабатываемых в настоящее время месторождений золота и
серебра (Кубакинское (Магадан.), Многовершинное (Хабар. край), Дукат (Магадан.),
Лунное (Магадан.), Покровское (Амур. обл.), Хаканджинское (Хабар. край), Купол
(Чукотка), Валунистое (Чукотка), Биркачан (Магадан.) и др.). Необходимы разведка и
освоение новых сереброрудных месторождений, предпосылки для выявления которых
58
имеются восточной части Якутии. Одним из важных факторов рационального и
эффективного освоения объектов экономического минералопользования в регионе
является реализация добычи сырья с минимальными потерями и минимальным
разубоживанием полезных компонентов с целью максимального извлечения полезных
компонентов с широким применением энерго — и ресурсосберегающих, безотходных и
безопасных технологий переработки сырья.
Рациональное использование минеральных ресурсов в целом должно не только
повышать качество подготовки рудоминеральной (в том числе и собственно рудной)
массы к переработке, но и при этом обеспечивать стабильность гранулометрического состава, сохранение основных технологических свойств рудоминерального сырья, что в
большей степени зависят от уровня и состояния техники и технологии его подготовки.
Проблемы повышения эффективности обогатительных процессов и надежности
использования оборудования могут быть эффективно решены, если при переработке
труднообогатимых руд неотъемлемым подготовительным процессом станет организационно-технологическая система направленного изменения технологических свойств
разделяемых полезных минералов и, прежде всего, повышение их контрастности. Минеральная подготовка — интегральная категория по отношению к процессам подготовки
любого минерального сырья, которая должна стать единой системой способов и
технологических приемов целенаправленного физического, биологического, механического воздействия на полезное ископаемое, минеральное сырье и промпродукты,
обеспечивающих повышение повышение их качества, раскрытие минеральных зерен,
улучшение их поверхностных свойств и стабилизацию основных технологических
параметров.
В процессах дробления и измельчения энергия разрушения зависит от трех причин:
- свойств исходного материала - его прочности, крепости, наличия крупных и мелких
трещин, абразивности;
- крупности исходных частиц до дробления и заданной крупности конечных частиц после
дробления;
- способа разрушения частиц.
Таким образом, энергетически оптимальное дробление возможно при выполнении
по отдельности или вместе следующих условий:
- наличие объемного слоя материала;
- присутствие напряжений на сдвиг, изгиб, кручение и желательно растяжение;
- многократное воздействие на куски малых импульсов энергии.
59
В последнее время при дезинтеграции стали использовать принципиально новые
виды разрушений, основанные на этих принципах. К ним можно отнести разрушение
материала «в слое» и виброинерционное дробление.
Разрушение материала в конусных дробилках, работающих при переполнении
камеры дробления («под завалом»), относится к процессу разрушения «в слое».
Если традиционные способы разрушения частиц основаны на случайном одноосном
приложении усилия к куску, то в новых способах предусмотрено многоосное действие
нагрузок.
При разрушении материала «в слое» куски могут взаимодействовать друг с другом
в трехмерном пространстве, где прочные куски разрушают дефектные, а вновь
образованная мелочь заполняет пространство между ними и под действием внешнего
усилия также участвует в процессе разрушения более крупных кусков.
Рассмотренный процесс дробления реализован в конусных дробилках «Nordberg»
типа GР, НР фирмы Metso Minerals и в традиционных конусных эксцентриковых
дробилках при их работе «под завалом» (ОАО «Уралмашзавод») и дробилках Hydracon
компании Sandvik. Дробление «в слое» позволяет увеличить степень дробления материала
по сравнению с традиционным в 1,5 - 2 раза и получать куски изометрической формы.
Измельчающие валки высокого давления (ИВВД), также используются для
разрушения материала «в слое». Для ИВВД характерно значительное разрушение
материала и наличие большого числа микротрещин, по которым материал в дальнейшем
дробится с минимальными усилиями.
Для решения проблемы снижения стоимости измельчения ведутся работы по
следующим направлениям: определение оптимальной размалывающей нагрузки по всем
параметрам
измельчения; повышение эффективности
работы
классифицирующего
оборудования; поиск наиболее износостойкой и экономичной футеровки мельницы;
разработка более энергонапряженных, экономичных измельчительных аппаратов и
эффективных способов воздействия на руду.
При выборе способов дезинтеграции основное внимание должно быть уделено
изучению физико-химических характеристик сырья, подлежащего переработке. Значение
его специфических особенностей позволяет разработать такую последовательность и такой
уровень воздействий, которые обеспечивают выполнение классического уровня «не
дробить ничего лишнего». Применительно к сырью, перерабатываемому на горно-обогатительных предприятиях, это условие определяет необходимость раскрытия сростков без
нарушения целостности, излишнего ошламования полезных компонентов при сохранении
вмещающей породы в максимально крупной фракции. Именно знание прочностных и
60
текстурно-структурных особенностей руд и свойств полезных компонентов позволяет
выбрать рациональные способы и схему дезинтеграции, обеспечивающие пониженные
капитальные затраты и эксплуатационные расходы и наилучшие технологические
показатели последующего обогащения.
По данным анализа состояния практики рудоподготовки за рубежом — рудное
полусамоизмельчение доминирует в качестве основного процесса на флотационных
обогатительных фабриках, вытесняя стандартный способ стадиального дробления и
измельчения стальной средой. Областью устойчивых позиций стадиального дробления в
проектах новых фабрик остаются предприятия, использующие процессы кучного
выщелачивания и электролитического осаждения. В качестве мероприятий по снижению
издержек горнотранспортного цеха первичное дробление размещают непосредственно в
карьере. Для интенсификации процесса полусамоизмельчения в мельницу добавляют
крупные шары, примененяют додрабливание фракций критической крупности, выводят
трудноизмельчаемые фракции в отдельный склад.
При применении грохотов на разгрузке мельниц устанавливают два агрегата для
снижения простоев мельницы. На ряде фабрик при переработке руды повышенной
твердости используют технологический прием — преддробление в дробилке среднего
дробления. Для измельчения концентратов и промпродуктов применяются вертикальные
мельницы (потребление энергии на 30 % ниже, чем у шаровых мельниц, простота
монтажа, отсутствие мощного фундамента, малошумность при эксплуатации), мельницы
типа «Isamill» и «Vertimill», струйные, центробежные и бисерные мельницы. Конечная
номинальная крупность продукта после дезинтеграции в этих аппаратах достигает 0,1 – 0,2
мкм.
Внедрение дробилок нового поколения типа МР- 800, МР-1 000 и Hudrocone-8 800
ведущих фирм «Metso minerals» и «Sandvik» наблюдается в основном при модернизации
действующих фабрик — в Чили, Аргентине, Китае
ТЕМА 10 ГРАВИТАЦИОННОЕ ОБОГАЩЕНИЕ
Гравитационное обогащение полезных ископаемых — процесс и технология
обогащения полезных ископаемых, основанный на использовании действия силы тяжести,
при которой минералы отделяются от пустой породы за счёт разницы их плотности и
размера частиц.
61
Гравитационное обогащение осуществляется в водной, воздушной или в тяжёлой
среде,
в
шлюзах,
сепараторах
(например,
крутонаклонных
сепараторах), гидроциклонах, отсадочных машинах, на концентрационных столах и т. п.
Современная теория гравитационного обогащения рассматривает его как процесс
установления равновесия и достижения минимума потенциальной энергии системой
частиц, находящихся в поле тяжести в состоянии неустойчивого равновесия. Скорость
гравитационного разделения оценивается по снижению центра тяжести системы, а его
эффективность — по уменьшению потенциальной энергии смеси. В основе расчётов лежит
определение относительных скоростей перемещения частиц разной плотности, размеров и
формы в средах разной плотности и вязкости (в воздухе — сухое или пневматическое
гравитационное обогащение, в жидкости — мокрое).
Мокрые процессы гравитационного обогащения
Наиболее
распространено
мокрое
гравитационное
обогащение,
которое
подразделяют на следующие виды:

в неподвижном водном растворе или среде, которая горизонтально перемещается;

в среде, имеющей плотность, промежуточную в сравнении разделяемыми частицами,
(обогащение
в
тяжёлых
средах, магнитогидродинамическая и магнитогидростатическая сепарация);

в
тяжёлой
среде,
движущейся
по
круговой
или
винтовой
наклонной
плоскости
(желобы,
траектории
(например, центробежные сепараторы);

в
потоке,
текущем
по
шлюзы, конусные
концентраторы);

в потоке, текущем нисходящей винтовой площадке или желобу (винтовые
сепараторы и винтовые шлюзы).
Область применения
Гравитационное
обогащение —
основной
метод
обогащения угля, сланцев,
россыпного золота, касситерита, вольфрамита и др., а также один из равноценных методов
обогащения
руд чёрных
металлов (Fe, Mn, Cr),
редких
металлов,
а
также фосфатов, алмазов и других неметаллических полезных ископаемых.
Гравитационными методами обогащается свыше 4 млрд. тонн в год, то есть половина от
общего количества полезных ископаемых, которые обогащаются. Это следствие таких
преимуществ метода, как дешевизна, простота аппаратуры, возможность разделения
62
частиц широкого диапазона крупности (от 0,1-2 до 250—300 мм), сравнительная лёгкость
очищения сточных вод и возможность осуществления замкнутого водоснабжения
обогатительной фабрики.
Основные процессы гравитационного обогащения

Промывка

Отсадка

Винтовой сепаратор

Обогащение полезных ископаемых в аэросуспензиях

Обогащение полезных ископаемых в тяжёлых средах

Концентрационный стол

Равнопадаемость

Сухое обогащение
Современные изменения в области гравитационного обогащения относятся главным
образом к созданию высокопроизводительного, высокоэффективного, но недорогого
оборудования; современные гравитационные фабрики просты и недороги по сравнению с
более ранними.
Относительная
дешевизна
гравитационного
обогащения
крупных
частиц
обусловливает его преимущество при определении способа отсортировки относительно
крупных безрудных отходов даже на больших флотационных фабриках.
Так, где может быть использовано гравитационное обогащение? Очевидно, в
настоящее время в угольной и железорудной отраслях промышленности гравитационное
разделение считают основным методом обогащения. А в других областях?
Гравитационное обогащение предпочтительно использовать для богатых руд,
раскрытие минералов которых происходит при крупных размерах частиц, россыпных
месторождений, а также для предварительного обогащения и переработки руд в
отдаленных районах или там, где требуются минимальные затраты. Наиболее трудно
перерабатывать жильные руды. В стадии сокращения крупности всегда получается
определенная доля шламов, труднее всего извлекаемых гравитационными методами.
Эффективность
обогащения
наиболее
тяжелых
минералов
россыпных
месторождений высока, так как обычно в них порода полностью раскрывается с малым
образованием шламов, а крупная фракция безрудна (пустая).
Гравитационное обогащение - практически универсальный способ переработки
бедных руд россыпных месторождений, как в Северной Америке, так и в СНГ. И хотя
63
применяемая технология может выглядеть архаичной, она проста, недорога, потребляет
мало энергии и остается наиболее экономичной.
Главная проблема гравитационного обогащения - извлечение шламов - заключена в
самом процессе. Шлам – отходы продукта, составляющие пылевые и мелочные его части,
получаемые в виде осадка при промывке какого-либо рудного материала.
Разделение по плотности обычно происходит при пропускании друг за другом через
процесс отдельных частиц. Это требует большой площади концентрации.
Даже наиболее сложные гравитационные аппараты для переработки шламов ограничивают
нижний предел крупности практически 10 мкм.
Однако в настоящее время гравитационное обогащение используется для переработки не
одного-двух, а целого ряда минералов- от угля до алмазов, от минеральных песков до
оксидов металлов и от промышленных минералов до редких металлов.
Несмотря на то, что гравитационные методы издавна широко используются во всем
мире для обогащения многих минералов, не существует точной науки, которая могла бы
дать модель и математическое описание процесса. Очевидно, что очень разнородное
оборудование используется из-за недостаточного понимания процессов гравитационного
обогащения. В течение, длительного времени различные исследователи изучают механизм
действия этого оборудования; однако единой теории обогащения не существует, и она не
может быть создана.
Общие принципы разделения частиц при гравитационном обогащении
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.
К гравитационным процессам относятся отсадка, концентрация на столах,
обогащение на шлюзах, желобах, винтовых сепараторах, обогащение в тяжелых жидкостях
и суспензиях, гравитационная классификация, сгущение пульпы и частично промывка руд.
В качестве среды, в которой осуществляется гравитационное обогащение, используют
воду, воздух, тяжелые суспензии и жидкости.
Разделение частиц при гравитационном обогащении обычно происходит в
движущейся среде с достаточно большим содержанием твердого. В этих условиях на
частицы кроме силы тяжести действуют силы: гидродинамические (подъемная сила и сила
сопротивления при обтекании частиц жидкостью); возникающие при столкновении частиц
и их трении; трения частиц о дно или стенки машины, в которой осуществляется
обогащение.
64
В гравитационной машине (аппарате) частицы руды транспортируются вдоль нее
водой, воздухом или с помощью вибраций поверхности, на которой производится
обогащение, одновременно перемещаясь и в вертикальном или близком к нему
направлении под действием силы тяжести. Распределение частиц по высоте потока,
определяющее их разделение, происходит в соответствии с их крупностью, плотностью и
формой в результате совместного действия указанных сил. При одинаковой крупности и
форме частиц, разделение происходит тем успешнее, чем больше разница в плотностях
разделяемых минералов. Можно выделить два вида разделения частиц - гидравлическое и
сегрегационное.
Гидравлическим называется разделение частиц, при котором силы взаимодействия
между частицами малы по сравнению с гидродинамическими силами. Гидравлическое
разделение происходит по законам свободного и стесненного падения частиц. При
разделении более крупные частицы, имеющие большую скорость свободного падения,
располагаются, как правило, ниже гидравлически менее крупных; в стесненных условиях
при большой объемной концентрации частиц гидравлически мелкие частицы могут
располагаться ниже крупных.
Сегрегацией называется разделение частиц в условиях их соприкосновения, при
которых силы взаимодействия между частицами преобладают над гидродинамическими.
Сегрегация
может
происходить
под
влиянием
возмущающих
сил
переменного
направления, возникающих при колебаниях среды, в которой производится обогащение
(отсадочные
машины),
или
при
колебаниях
рабочей
поверхности
аппарата
(концентрационные столы, вибрационные шлюзы). Экспериментально установлено, что
при сегрегации частиц одинаковой плотности мелкие частицы располагаются ниже
крупных; при сегрегации частиц различной плотности в нижнем слое располагаются
мелкие тяжелые частицы, над ними слой крупных тяжелых частиц с мелкими легкими, в
верхнем слое - крупные легкие частицы. Скорость расслаивания при сегрегации
увеличивается с повышением крупности и разности в плотностях разделяемых частиц,
интенсивности вибраций и уменьшением толщины слоя. Она зависит также от формы
частиц. Наблюдаемое при сегрегации всплывание крупных тел в колеблющейся среде,
составленной из мелких частиц, объясняется тем, что сила сопротивления при движении
крупных частиц вверх меньше, чем при движении их вниз. Сегрегация происходит также и
без вибраций в потоках пульпы с большим содержанием твердого, текущих по наклонным
поверхностям, при скольжении друг по другу слоев частиц, расположенных на различном
расстоянии от твердой поверхности и перемещающихся с различной скоростью.
65
Сегрегация имеет значение для тех гравитационных процессов, при которых
объемное содержание твердого в пульпе достаточно велико (40-50 %). К таким процессам
относятся, например, отсадка, концентрация на столах в суживающихся желобах. Для
промывки и обогащения в тяжелых суспензиях (за исключением обогащения на
виброжелобах) сегрегация не имеет существенного значения. При гравитационном
обогащении часто в одной машине сочетаются оба процесса гидравлическое разделение и
сегрегация.
В гравитационных аппаратах и машинах разделение частиц происходит в
разрыхленных слоях, в которых твердые частицы находятся во взвешенном состоянии,
обусловливаемом воздействием на них жидкости, газа или вибрирующих твердых стенок.
Толщина взвешенных слоев колеблется в широких пределах - от нескольких метров до
миллиметров (концентрационные столы, шлюзы).
Промывкой называется процесс дезинтеграции (разрыхления, диспергирования)
глинистого материала, содержащегося в руде, с одновременным отделением его от рудных
частиц в виде глинистой суспензии (шлама) под действием воды и соответствующих
устройств. Глинистые примеси могут находиться в горной массе в виде примазок и пленок
на рудных частицах, конгломератов с кусками руды и отдельных комьев. В руде,
поступающей на переработку, возможно присутствие глинистых примесей во всех трех
состояниях.
Промывка может быть самостоятельным процессом, в результате которого
выделяется концентрат, или подготовительным процессом, после которого мытая руда
направляется на дальнейшее обогащение. Процесс промывки широко применяется при
обогащении железных и марганцевых руд, россыпей цветных, редких и благородных
металлов, нерудных строительных материалов (щебень, гравий и песок), кварцевых
песков, флюсовых известняков и других материалов.
При выборе схемы и оборудования для промывки применительно к конкретным условиям
необходимо оценить промывистость материала. Под промывистостью руды понимается
способность материала очищаться от глинистых примесей в процессе промывки.
Промывистость материала определяется физико-механическими свойствами глинистых
примесей
(гранулометрический
состав,
пластичность,
пластическая прочность,
и
минералопетрографическая характеристика) и промываемой руды (гранулометрический
состав, содержание глинистых примесей и др.).
Известно несколько способов оценки промывистости:
а) косвенный по физико-механическим свойствам глинистых примесей, характеризующим
их пластическое состояние (число пластичности, пластическая прочность);
66
б) по удельному расходу электроэнергии затрачиваемой на промывку;
в) по времени, необходимому для полного удаления глинистых примесей;
г) по характерному времени и максимальной скорости промывки, определяемым
экспериментально.
Способ подготовки руды перед промывкой. Предварительное замачивание горной
массы перед ее промывкой для снижения прочности глины улучшает показатели процесса
(снижается время промывки не менее чем на 25 %, повышается извлечение глинистых
примесей в слив).
Предварительная подсушка руды вызывает снижение прочности глины вследствие
уменьшения ее объема и возникновения внутренних скалывающих напряжений и
способствует сокращению времени диспергирования глины при погружении ее в воду.
Предварительная сортировка руды на узкие классы также позволяет существенно
улучшить показатели промывки в результате оптимизации гранулометрического состава
промываемого материала и содержания в нем глинистых примесей.
Расход воды. С увеличением расхода воды до определенного предела улучшается
качество промывки. Оптимальный удельный расход воды определяется экспериментально.
Например, при промывке марганцевых руд Никопольского месторождения в бичевых
машинах он составляет З м3/т.
Температура воды. При подогреве воды с 10 до 40 °С скорость размыва глины
увеличивается приблизительно вдвое.
Солевой состав воды. Добавка реагентов (кальцинированной соды, жидкого стекла
и др.) повышает эффективность и снижает время размыва глины.
Обогащение в тяжелых суспензиях
Процесс обогащения в тяжелых суспензиях заключается в разделении рудного
материала по плотности отдельных кусков в гравитационном либо центробежном полях в
суспензии, имеющей промежуточную плотность между тяжелой и легкой фракциями.
Тяжелые суспензии, применяемые при обогащении, представляют собой механическую
взвесь тонкодисперсных частиц тяжелых минералов (утяжелителей) в воде.
Для того чтобы частицы утяжелителя находились во взвешенном состоянии,
применяют механическое перемешивание или создают циркулирующие потоки.
В качестве утяжелителей суспензии используют: минералы - пирит, пирротин,
барит, магнетит, арсенопирит; сплав - ферросилиций; металл - свинец. Нередко применяют
смесь минералов и сплавов. Жидкой фазой обычно является вода, редко - насыщенные
растворы солей.
67
Обычно основной целью обогащения в тяжелых суспензиях является удаление
пустой породы перед тонким измельчением руды, приводящее к снижению общих
эксплуатационных расходов и нередко к повышению технологических показателей.
Применение этого метода способствует интенсификации горных работ, вовлечению в
эксплуатацию бедных руд; получаемая пустая порода может быть реализована в качестве
строительного материала. Благодаря низкой стоимости обогащения в тяжелых суспензиях,
снижается общая стоимость переработки руды на фабриках в среднем на 15-- 20%.
Эффективность разделения в тяжелых суспензиях выше эффективности обогащения
на отсадочных машинах и зависит от вещественного состава руды, физических свойств
суспензии, типа сепараторов и крупности обогащаемого материала.
Отсадка является процессом разделения смеси рудных частиц по плотности в
водной или воздушной среде. В процессе отсадки материал, помещенный на решете,
периодически разрыхляется и уплотняется. Отсадочная машина – горная машина,
оснащенная
специальным
оборудованием
(решето,
камера),
используемым
для
гравитационного обогащения полезных ископаемых, путем разделения смеси минералов
преимущественно по плотностям под воздействием пульсирующего потока воды или
воздуха.
Концентрация на столах
Концентрационный стол – аппарат для разделения полезных ископаемых в водной
среде, текущей по наклонной плоскости по их плотности при обогащении руд цветных,
черных и драгоценных металлов.
Концентрация на Столах является процессом разделения рудных частиц по
плотности в тонком слое воды, текущей по слабонаклонной плоской деке, совершающей
при помощи привода возвратно-поступательные движения в горизонтальной плоскости
перпендикулярно к направлению движения воды.
Концентрация на столах применяется для обогащения руд олова, вольфрама,
редких, благородных и черных металлов и других полезных ископаемых крупностью -3 +
0,01 мм.
Концентрационные столы используются также для флотогравитации.
За время пребывания материала на деке концентрационного стола происходит
разрыхление слоя, расслаивание и транспортирование частиц в продольном (вдоль
рифлей) и поперечном направлениях в соответствии с их плотностью и крупностью.
68
Разрыхление слоя частиц создается колебаниями деки и турбулентными вертикальными
пульсациями, происходящими в потоке воды. Основным средством для разрыхления слоя
в межрифлевом пространстве являются колебания деки, частота которых (4--7 Гц)
существенно выше частоты главных вертикальных пульсаций потока воды на
концентрационном
столе
(1--2,3
Гц.
лад
рифлями, 0,5--0,65 Гц
в
межрифлевом
пространстве). Разрыхление слоя частиц является обязательным условием эффективного
расслаивания на деке стола.
Наибольшую разрыхленность имеют нижние слои, расположенные вблизи деки,
наименьшую
--
средние
слои.
Дополнительное
разрыхление
верхних
слоев,
расположенных над рифлями, происходит под влиянием возмущений, производимых
турбулентньими пульсациями, а также волнами на поверхности раздела пульпа--воздух.
На концентрационных столах с подбрасыванием разрыхление достигается также в
результате отрыва слоя частиц от деки под действием вертикальной составляющей ее
скорости.
Расслаивание на концентрационном столе имеет в значительной мере характер
сегрегации. В нижних слоях потока располагаются Самые тонкие частицы большой
плотности, над ними - более крупные той же плотности в смеси с мелкими частицами
меньшей плотности, еще выше - последовательно мелкие и крупные частицы малой
плотности (самые тонкие частицы - меньше 0,01 мм -движутся вместе с потоком воды).
Однако в результате воздействия турбулентных вихрей тонкие частицы большой и
малой плотности частично вымываются в верхние слои.
Транспортирование частиц в продольном направлении осуществляется в результате
возвратно-поступательного движения деки, в поперечном - потоком воды. Скорость
продольного перемещения частиц зависит от закона движения деки (обусловленного
конструкцией приводного механизма), абсолютного значения ее ускорения (определяемого
произведением квадрата частоты).
Обогащение на шлюзах
Извлечение золота на шлюзах
Концентрационные шлюзы являются простейшим обогатительным аппаратом,
применяемым для извлечения свободного золота из руд и россыпей.
Шлюз представляет собой желоб прямоугольного сечения, имеющий небольшой уклон в
горизонтальной плоскости. На дне желоба уложено специальное покрытие (ворсистая
ткань, резиновые коврики и т. п.), предназначенное для удержания осевших на дно
минеральных зерен.
69
Пульпа измельченной руды подается в головную верхнюю часть шлюза. При
движении в наклонном потоке по шлюзу зерна исходного материала расслаиваются по
плотности и крупности. При этом на поверхности шлюза осаждаются преимущественно
тяжелые частицы золота, а также часть крупных легких минералов. Периодически с
поверхности шлюза производят съем осевшего концентрата.
Частицы твердого материала транспортируются в шлюзе потоком воды, так как
угол продольного наклона дна аппарата к горизонтальной плоскости значительно меньше
угла трения частиц (угол, при котором частицы скользят по наклонной плоскости в
покоящейся жидкости под действием силы тяжести).
Перемещение твердых частиц потоком жидкости по наклонной поверхности шлюза
происходит тремя способами: 1) влечением по дну или поверхности зерен, ранее
отложившихся вследствие качения или скольжения; 2) скачкообразным движением с
периодическим касанием дна и частично во взвешенном состоянии; 3) движением во
взвешенном состоянии.
Например, тяжелые частицы, у которых гравитационная сила намного выше
подъемной, станут быстро опускаться на дно шлюза и будут удерживаться там, если сила
трения
превысит
силу
лобового
сопротивления.
Легкие
частицы,
у
которых
гравитационная сила меньше подъемной, будут находиться во взвешенном состоянии и
сноситься потоком со шлюза. И, наконец, частицы, у которых гравитационная сила близка
к подъемной силе, будут перемещаться по шлюзу скачкообразно и, в зависимости от
конкретных условий, сложившихся в момент соприкосновения с дном шлюза, будут
задерживаться либо сноситься потоком.
Основными технологическими параметрами шлюзов, влияющими на показатели
извлечения золота, являются длина и уклон шлюза, характер покрытия его дна,
разжижение пульпы, частота сполоска.
Практикой установлено, что улавливание крупных тяжелых частиц происходит на
первом метре длины шлюза. Улавливание более мелких зерен растягивается по длине, и
поэтому
для
улавливания
мелкого
золота
применяют
длинные
шлюзы.
На
золотоизвлекательных предприятиях длина шлюзов с мягким покрытием составляет
обычно 3 - 4 м.
Угол наклона (уклон) шлюза зависит от характера перерабатываемого сырья,
разжижения пульпы, применяемого покрытия и нагрузки на шлюз. При прочих равных
условиях, чем больше угол наклона шлюза, тем меньше извлечение золота, но тем богаче
по золоту получаемый концентрат. Как правило, оптимальный угол наклона шлюза
70
подбирают опытным путем. Наклон неподвижных шлюзов составляет от 12 до 17 % (120 170 мм на 1 м длины шлюза).
Покрытия, употребляемые для улавливания золота на шлюзах, отличаются
большим разнообразием. Чаще всего в качестве покрытия применяют грубую
хлопчатобумажную ткань с рубчатым ворсом - кордерой. Кроме того, употребляют
рифленую резину, сукно, груботканые шерстяные ткани, войлок, а для концентрации
тонких сульфидов - брезент, парусину. В последние годы за рубежом широко используют
коврики из губчатого натурального каучука - линатекса.
Основная задача покрытия шлюза - задержать осевшие на дно частицы золота от
сноса потоком пульпы. При этом крупные частицы легких минералов (SiO2 и др.), в
основном, не удерживаются покрытием, так как выступают из него. Однако часть крупных
легких частиц, осевших вместе с золотом, у которых сила трения больше силы лобового
сопротивления, могут задерживаться вместе с золотом на дне шлюза. Но ворсистость
покрытия вызывает большую турбулизацию потока. Возникающие при этом восходящие
потоки способствуют вымыванию и сносу таких частиц. Ворсистая поверхность
обусловливает избирательное накопление частиц золота и других тяжелых минералов.
При увеличении длины ворса удерживающая способность покрытия повышается, однако
при этом часто задерживаются и легкие частицы. Поэтому чем длиннее ворс, тем больше
извлечение золота, но беднее концентрат.
Разжижение пульпы на шлюзах определяется, в основном, максимальной
крупностью частиц перерабатываемого материала. Более крупный материал требует
большего разжижения. На практике оно колеблется в широких пределах (Жидкость:
Твердое = 2,5 - 10). При работе на густых пульпах в условиях стесненного падения часть
свободного золота не успевает осесть на дно за время прохождения шлюза, и извлечение
золота снижается. При увеличении разжижения условия осаждения золота улучшаются.
Однако при слишком большом разжижении происходит расслаивание пульпы и
заиливание поверхности шлюза. Кроме того, увеличение разжижения вызывает
необходимость установки большего количества аппаратов. Поэтому в каждом конкретном
случае выбирают минимальное разжижение, при котором получается максимальное
извлечение золота.
По мере осаждения концентрата улавливающая способность шлюза снижается.
Поэтому периодически проводят сполоск аппарата. Частота сполоска определяется
конструкцией шлюза, типом покрытия и характером перерабатываемого материала. При
прочих равных условиях с увеличением частоты сполоска увеличивается извлечение
золота, но качество получаемых концентратов ухудшается.
71
По
конструкции
шлюзы,
применяемые
на
золотоизвлекательных
предприятиях,
отличаются большим многообразием.
Наиболее
простым
и
распространенным
является
стационарный
шлюз,
представляющий собой корытообразный желоб прямоугольного сечения, установленный
неподвижно под углом к горизонту. На дно желоба уложено улавливающее покрытие.
Перерабатываемый материал в виде пульпы подается в верхний конец шлюза и движется
самотеком по нему вниз. При сполоске шлюза подачу исходного материал прекращают, а
концентрат со дна шлюза смывают сильной струей воды в специальную емкость.
Сполоск - наиболее трудоемкая операция при обслуживании шлюза. Поэтому часто
применяют опрокидывающиеся шлюзы, которые во время споласкивания поворачиваются
вокруг своей продольной оси, что облегчает операцию сполоска.
Шлюз представляет собой желоб прямоугольного сечения с параллельными
бортами, на дно которого укладываются улавливающие покрытия (жесткие трафареты или
мягкие коврики), предназначенные для удержания осевших частиц тяжелых минералов.
Для обогащения тонких классов (--0,15 мм) применяются также специальные шлюзы без
трафаретов.
В текущем по наклонной поверхности шлюза потоке пульпы происходит
расслаивание твердых частиц по плотности и крупности. Улавливающие покрытия дна, с
одной стороны, задерживают опустившиеся частицы, с другой стороны, способствуя
вихреобразованию, их взмучивают. На дне шлюза образуется движущаяся постель, в
которой происходит расслаивание материала по плотности.
Для эффективного обогащения на шлюзах необходимо создание условий,
обеспечивающих транспортирование через всю длину самых крупных частиц пустой
породы, разрыхление придонного слоя частиц, осаждение на дно частиц полезного
(тяжелого) минерала минимальной для обогащаемого материала крупности. Указанные
условия определяются параметрами потока (высота, скорость, содержание твердого) и
улавливающих покрытий (тип, материал, интервалы между выступами), а также длиной
желоба и физическими характеристиками частиц полезных компонентов и пустой породы
(крупность, плотность, форма).
Материал на шлюз подают непрерывно до тех пор, пока ячейки трафаретов не
заполнятся преимущественно частицами тяжелых минералов. После этого загрузку
материала прекращают и производят сполоск шлюза. Сначала на Шлюз подают только
воду для удаления оставшихся в верхнем слое легких минералов. Затем количество воды
уменьшают и приступают к снятию трафаретов, тщательно смывая с них накопившийся
материал. Этот материал перемещают деревянными или железными гребками вверх по дну
72
шлюза для повторного удаления части пустой породи. Крупные куски породы, камни
выбирают вручную и удаляют в отвал. Оставшийся на дне шлюза концентрат смывают в
отдельный приемник и направляют в доводочные аппараты, устанавливаемые обычно
вблизи шлюзов.
Как правило, сполоск производят раздельно для головной части шлюза, где оседает
основное количество извлекаемого минерала, через небольшие промежутки времени и
значительно реже с остальной части шлюза.
На шлюзах с неподвижной рабочей поверхностью интервал между сполосками
изменяется в пределах от нескольких часов до 10--15 дней в зависимости от свойств
обогащаемого материала, его крупности и содержания тяжелой фракции.
На
шлюзах
с
движущейся
рабочей
поверхностью
сполоск
производят
периодическим поворачиванием шлюзов (различными способами) и смыванием
Обогащение в желобах
Основным видом желобов, применяемых для гравитационного обогащения,
являются суживающиеся желоба.
Суживающиеся
желоба
являются
устройствами
непрерывного
действия,
предназначенными для гравитационного обогащения в слое жидкости, текущей по
наклонной плоскости.
Желоб имеет плоское днище и сходящиеся под некоторым углом боковые стенки.
Наиболее распространенные размеры желобов следующие: длина б10--1200 мм, ширина у
загрузочного конца 230 мм, у разгрузочного - 25 мм, угол наклона 15_200.
Пульпу с содержанием твердого 50--60 % по массе (25--30% по объему) загружают на
верхний широкий конец желоба, и она течет к узкому разгрузочному концу. Благодаря
сужению желоба высота потока увеличивается от 1,5--2 мм у загрузочного конца до 7--12
мм у разгрузочного.
Средняя скорость движения пульпы по суживающемуся желобу зависит от объемной
производительности и находится в пределах 0,3--1 м/с. Характер движения потока
изменяется от ламинарного в начале желоба к турбулентному в конце его.
Вследствие высокого содержания твердого в питании основным процессом,
определяющим разделение частиц в суживающемся желобе, является сегрегация. Она
дополняется процессом взмучивания частиц турбулентными вихрями, поднимающими
крупные легкие частицы, расположенные в верхней части придонного слоя, и выносящими
из
придонного
слоя
частицы
малой
гидравлической
крупности.
В
результате
взаимодействия указанных процессов у конца желоба в нижних слоях располагаются
73
частицы большей плотности, а в верхних слоях -- меньшей. Поэтому средняя скорость
движения тяжелых частиц меньше средней скорости движения легких.
Мелкие частицы (меньше 0,05 мм для минералов плотностью 2,6--2,7 г/см3)
взмучиваются турбулентными вихрями и распределяются равномерно по высоте потока.
Вследствие этого такие частицы плохо обогащаются на суживающихся желобах.
Днище разгрузочного конца желоба на выходе закруглено, поэтому гниение ёлок
потока, имеющие небольшую скорость движения, отклоняются вниз. Верхние же слои
потока, имеющие большую скорость движения, по инерции устремляются вперед.
Поскольку скорость потока недостаточна для его разрыва, он растягивается, сужаясь в
плане, что позволяет рассечь его специальными рассекателями на отдельные струи с
различным содержанием тяжелых минералов (концентрат, промпродукт, хвосты), В
некоторых
конструкциях
расширение
потока
осуществляют
дополнительно
устанавливаемой наклонной плоскостью.
Сужение желоба, а также закругление дна на конце его не являются принципиально
необходимыми для процесса разделения частиц на аппарату, они служат лишь средствами
увеличения толщины потока с целью более удобного его рассечения. При одинаковой
удельной производительности на желобах с параллельными и суживающимися стенками
получают
практически
одинаковые
результаты.
Однако
при
постоянной
производительности на желобе с параллельными стенками извлечение тяжелых минералов
выше, чем на суживающемся, вследствие увеличения турбулентности на последнем.
Суживающиеся желоб применяют при обогащении песков, главным образом россыпных
месторождений, в которых полезные минералы представлены мелкими свободными
частицами, существенно отличающимися по плотности от частиц породы. Их применяют
также
на
железорудных
обогатительных
фабриках
и
некоторых
фабриках,
перерабатывающих коренные руды олова и редких металлов. На суживающихся желобах
получают, как правило, черновые концентраты.
Преимущество
суживающихся
желобов
перед
другими
аппаратами
для
гравитационного обогащения являются высокая удельная производительность, низкие
капитальные затраты, отсутствие движущихся частей.
К недостаткам этих устройств относятся малая степень концентрации, возможность
работы только на плотной исходной пульпе, резкое ухудшение показателей работы при
колебаниях объема и плотности питания. Это вызывает необходимость введения
перечисток
продуктов,
применения
оборудования
для
сгущения
пульпы
и
ее
транспортирования и особенно четкой организации технологического процесса. Поэтому
74
целесообразность применения этих устройств необходимо определять в каждом
конкретном случае технико-экономическими расчетами.
Обогащение на винтовых сепараторах
Винтовой сепаратор представляет собой неподвижный винтообразный желоб с
вертикальной осью. Пульпа подается в верхнюю часть желоба и под действием силы
тяжести стекает по нему вниз в виде тонкого (6--15 мм) слоя. Тяжелые и легкие минералы
сосредоточиваются соответственно у внутреннего и наружного боргов сепаратора и
разгружаются через специальные приемники.
Разновидностью винтовых сепараторов являются винтовые шлюзы.
Винтовые сепараторы широко применяют для обогащения мелкозернистых песков,
содержащих ильменит, циркон, рутил и другие полезные ископаемые, а также для
обогащения коренных руд редких и благородных металлов, железных руд, фосфоритов,
хромитов и алмазов.
Потоку пульпы в винтовом сепараторе свойственны признаки, характерные для
безнапорного (руслового) потока. Среди них существенным для разделения частиц на
винтовом сепараторе является наличие поперечной циркуляции потока, обусловленное
различием в скоростях движения жидкости у дна и у поверхности, увеличенным благодаря
действию центробежной силы.
Средняя скорость поперечной циркуляции потока пульпы, по экспериментальным
данным, в 3- 5 раз меньше средней скорости потока вдоль желоба и составляет 0,3--0,4 м/с
у внешнего борта и 0,1--0,13 М/с -- у внутреннего.
Движение частиц по винтовому желобу сепаратора в продольном направлении
происходит под действием динамического давления потока воды, силы тяжести, трения о
дно желоба и инерционных (центробежных) сил в основном во взвешенном состоянии.
Благодаря различию в продольных скоростях движения воды по поперечному сечению
потока частицы минерала, находящиеся на различном расстоянии от оси сепаратора,
транспортируются вдоль желоба с различной скоростью -- минимальной у внутреннего
борта и максимальной -- у внешнего. Частицы в верхних слоях потока имеют большую
скорость продольного движения, чем частицы у дна желоба. Попав на желоб винтового
сепаратора, частицы начинают распределяться по глубине потока в соответствии с их
гидравлической крупностью. Одновременно под влиянием циркулирующих потоков воды,
центробежных и гравитационных сил происходит перемещение частиц в поперечном
направлении: находящиеся в верхних слоях частицы меньшей гидравлической крупности
(преимущественно зерна легких минералов) относятся к внешнему борту, а находящиеся в
75
нижних слоях (частицы тяжелых минералов и крупные -- легких) -- к внутреннему.
Крупные частицы малой плотности в областях, близких к внутреннему борту, выступают
за пределы зоны, где циркулирующие потоки направлены к оси сепаратора, и относятся к
периферии. Мелкие частицы большой плотности не выходят за пределы указанной выше
зоны и сносятся циркулирующими потоками к внутреннему борту желоба. После
прохождения пульпой нескольких витков (обычно двух-трех) основное распределение
частиц заканчивается и частицы перемещаются по траекториям, близким к винтовым
линиям, на постоянных расстояниях от оси сепаратора. При этом происходит некоторое
перераспределение частиц, случайно попавших в «чужую» зону. Этому способствует
подача дополнительной воды у внутреннего борта сепаратора.
Тест «Гравитационное обогащение»
1. Что НЕ является преимуществом гравитационного обогащения?
1) широта диапазона крупности обогащаемого материала;
2) простота конструкции аппаратов;
3) высокая энергозатратность;
4) высокая производительность обогатительных аппаратов;
5) механическое разделение частиц с изменением их свойств.
2. Впервые теория обогащения была предложена немецким ученым П.
Ритенгером в:
1) 1936 г.
2) 1891 г.
3) 1963 г.
4) 1867 г.
3. Синоним гравитационного обогащения:
1) Измельчение
2) Стратификация
3) Адсорбция
4) Дефлюкация
4. Какие процессы относятся к гравитационным?
1) Отсадка
2) Обогащение в тяжелых средах
3) Измельчение
4) Промывка
5) Обогащение на концентрационных столах
6) Дробление
7) Обогащение на винтовых сепараторах
8) Обогащение в центробежных концентраторах
5. Какие свойства
обогащении?
1) Плотность
2) Крупность
76
зерен
минералов используются
1) Форма
2) Спайность
при
гравитационном
3) Цвет
3) Крупность
6. Что еще используется в качестве среды гравитационного обогащения:
1) Воздух
1) Воздух
2) Суспензии
2) Вода
3) Тяжелые жидкости
3) Суспензии
4) _________________
4) ____________________
7. Допишите два этапа процесса отсадки:
1) Разрыхление постели
2) ______________________________________________________________________
3) Транспортировка материала вдоль решета
4) _____________________________________________________________________
8. Соотнесите определения:
1) Разделение частиц в условиях их
соприкосновения, при которых
силы взаимодействия между частицами
преобладают над гидравлическими
2) Разделение частиц, при которых силы
Взаимодействия между частицами малы
по сравнению с гидравлическими силами
А) Сегрегационное разделение
частиц
Б) Гидравлическое разделение
частиц
9.
Определите, о каком оборудовании гравитационного обогащения идет речь.
1) Желоб прямоугольного сечения с параллельными бортами, на дно которого
укладываются улавливающие покрытия, предназначенные для удержания осевших
частиц тяжелых минералов. _______________________________________________
2) Аппарат для разделения минералов в водной среде, текущей по наклонной
плоскости (деке). ________________________________________________________
10. Соедините в пары: процесс – оборудование:
1) Промывка
А) Сепаратор
2) Обогащение в тяжелых средах
Б) Концентрационный стол
3) Обогащение в водном потоке
В) Отсадочная машина
Г) Гидровашгерд
11. Соедините оборудование и процесс сегрегации
1) Отсадочная машина
А) Колебание поверхности
2) Концентрационный стол
Б) Колебание среды
12. Дописать свойства, характеризующие прочностные характеристики глины:
1) Плотность
2) Вязкость
3) ________________________
13. Дописать свойства, характеризующие гидростойкость глины:
1) Пористость
2)Водопроницаемость
3) ________________________
77
14. Определите, о каком процессе идет речь:
Процесс гравитационного обогащения полезных ископаемых, основанный на
удалении примесей, переводе примесей во взвешенное состояние под действием
воды и отделении полученной массы от зернистого материала.
ТЕМА 11 ФЛОТАЦИЯ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ
Термин флотация (с франц. букв. — плавание на поверхности воды) используется
для обозначения процесса сепарации, основанного на различии в физико-химических
свойствах поверхности разделяемых минералов.
В процессе участвуют три фазы: твердая - измельченное полезное ископаемое,
жидкая - пульпа и газообразная – пузырьки воздуха. Разделение происходит вследствие
различий в способности твердых частиц закрепляться и удерживаться на границе раздела
фаз в соответствии с их поверхностной активностью или смачиваемостью. Отделяемые
частицы всплывают вместе с фазой, к которой они прилипли.
Несмачиваемые или плохо смачиваемые водой минералы называют гидрофобными
(с древнегреческого «гидро» – вода, «фобос» - страх), т.е. боящимися воды.
Смачиваемые минералы называют гидрофильными («филеус» – любовь), т.е.
любящими воду.
При флотации одна часть извлекаемых минералов (чаще — ценный компонент)
переходит в пенный продукт, другая — остается в пульпе и образует камерный продукт.
При извлечении в пенный продукт ценных минералов флотацию называют прямой;
при извлечении в пенный продукт пустой породы — обратной.
Области применения
Флотация - один из главных методов обогащения полезных ископаемых. С ее
помощью обогащаются: все медные, молибденовые и свинцово-цинковые руды,
значительная
часть
бериллиевых,
висмутовых,
железных,
золотых,
литиевых,
марганцевых, мышьяковых, оловянных, ртутных, серебряных, сурьмяных, титановых и
других руд; неметаллические ископаемые - апатит и фосфориты, барит, графит, известняк
(для производства цемента), магнезит, песок (для производства стекла), плавиковый и
полевой шпаты и т. д.
При флотации пузырьки газа или капли масла прилипают к плохо смачиваемым
водой частицам и поднимают их к поверхности. Флотация применяется также для очистки
воды от органических веществ и твёрдых взвесей, разделения смесей, ускорения
отстаивания
в
промышленности.
78
химической,
нефтеперерабатывающей,
пищевой
и
др.
отраслях
Методы флотации
В зависимости от характера и способа образования межфазных границ (вода —
масло — газ), на которых происходит закрепление разделяемых компонентов, различают
несколько видов флотации.

Масляная
флотация
была
предложена
первой,
на
которую
В.
Хайнсу
(Великобритания) в 1860 году был выдан патент. При перемешивании измельченной руды
с маслом и водой сульфидные минералы избирательно смачиваются маслом и всплывают
вместе с ним на поверхность воды, а порода (кварц, полевые шпаты) осаждается. В России
масляная флотация была осуществлена в 1904 году в Мариуполе (перерабатывала
графитовую руду Старокрымского месторождения).

Пленочная. Способность гидрофобных минеральных частиц удерживаться на
поверхности воды, в то время как гидрофильные тонут в ней, была использована А.
Нибелиусом (США, 1892) и Маквистеном (Великобритания, 1904) для создания аппаратов
плёночной флотации, в процессе которой из тонкого слоя измельченной руды,
находящегося на поверхности потока воды, выпадают гидрофильные частицы. Плёночная
флотация не имела большого практического использования, но явилась прообразом
пенной флотации,

Пенная - при которой через смесь частиц с водой пропускают мелкие пузырьки
воздуха, частицы определённых минералов собираются на поверхности раздела фаз
«воздух-жидкость», прилипают к пузырькам воздуха и выносятся с ними на поверхность в
составе трехфазной пены (с добавлением пенообразователя, который регулирует
устойчивость пены). Пену в дальнейшем сгущают и фильтруют. В качестве жидкости чаще
всего используется вода, реже насыщенные растворы солей (разделение солей, входящих в
состав калийных руд) или расплавы (обогащение серы).
Для образования пузырьков предлагались различные методы: образование
углекислого газа за счёт химической реакции (С. Поттер, США, 1902), выделение газа из
раствора при понижении давления (Ф. Элмор, Великобритания, 1906) — вакуумная
флотация, энергичное перемешивание пульпы, пропускание воздуха сквозь мелкие
отверстия.
Для проведения пенной флотации производят измельчение руды до крупности 0,51,0 мм в случае природногидрофобных неметаллических полезных ископаемых с
небольшой плотностью (сера, уголь, тальк) и до 0,1-0,2 мм для руд металлов. Для
создания и усиления разницы в гидратированности разделяемых минералов и придания
пене достаточной устойчивости к пульпе добавляются флотационные реагенты. Затем
пульпа поступает во флотационные машины. Образование флотационных агрегатов
79
(частиц и пузырьков воздуха) происходит при столкновении минералов с пузырьками
воздуха, вводимого в пульпу, а также при возникновении на частицах пузырьков газов,
выделяющихся из раствора. На флотацию влияют ионный состав жидкой фазы пульпы,
растворённые в ней газы (особенно кислород), температура, плотность пульпы. На основе
изучения минералого-петрографического состава обогащаемого полезного ископаемого
выбирают схему флотации, реагентный режим и степень измельчения, которые
обеспечивают достаточно полное разделение минералов. Лучше всего флотацией
разделяются зёрна размером 0,1-0,04 мм. Более мелкие частицы разделяются хуже, а
частицы мельче 5 мкм ухудшают флотацию более крупных частиц. Крупные (1-3 мм)
частицы при флотации отрываются от пузырьков и не флотируются. Поэтому для
флотации крупных частиц (0,5-5 мм) были разработаны способы пенной сепарации, при
которых пульпа подаётся на слой пены, удерживающей только гидрофобизированные
частицы. С той же целью созданы флотационные машины кипящего слоя с восходящими
потоками аэрированной жидкости.
Пенная флотация — гораздо более производительный процесс, чем масляная и
плёночная флотации. Этот метод применяется наиболее широко.

Электрофлотация — перспективный метод для применения в химической
промышленности, заключается во всплытии на поверхности жидкости дисперсных
загрязнений за счет выделения электролитических газов и флотационного эффекта.
Для очистки воды, а также извлечения компонентов из разбавленных растворов в 1950-х
годах был разработан метод ионной флотации, перспективный для переработки
промышленных стоков, минерализованных подземных термальных и шахтных вод, а
также морской воды. При ионной флотации отдельные ионы, молекулы, тонкодисперсные
осадки и коллоидные частицы взаимодействуют с флотационными реагентамисобирателями, чаще всего катионного типа, и извлекаются пузырьками в пену или плёнку
на поверхности раствора. Тонкодисперсные пузырьки для флотации из растворов
получают также при электролитическом разложении воды с образованием газообразных
кислорода и водорода (электрофлотация). При электрофлотации расход реагентов
существенно меньше, а в некоторых случаях они не требуются.
Широкое использование флотации для обогащения полезных ископаемых привело к
созданию различных конструкций флотационных машин с камерами большого размера (до
10-30 м³), обладающих высокой производительностью. Флотационная машина состоит из
ряда последовательно расположенных камер с приёмными и разгрузочными устройствами
для пульпы. Каждая камера снабжена аэрирующим устройством и пеносъёмником.
80
Области применения

Обогащение полезных ископаемых (руд цветных металлов, редких и рассеяных
элементов, угля, самородной серы);

Разделение минералов комплексных руд;

Разделение солей;

Очистка сточных вод, в частности для выделения капель масел и нефтепродуктов.

Дрожжевое производство (способ концентрирования).
В мире благодаря флотации вовлекаются в промышленное производство
месторождения тонковкрапленных руд и обеспечивается комплексное использование
полезных ископаемых. Фабрики выпускают до пяти видов концентратов. В ряде случаев
хвосты флотации не являются отходами, а используются в качестве стройматериалов,
удобрений для сельского хозяйства и в др. целях. Флотация является ведущим процессом
при обогащении руд цветных металлов. Внедряется использование оборотной воды, что
снижает загрязнение водоёмов.
Флотореагенты
Существует несколько типов флотореагентов, отличающихся принципом действия:

Сборщики - реагенты, избирательно сорбируются на поверхности минерала,
который необходимо перевести в пенный продукт, и добавляют частицам
гидрофобные свойства. В качестве сборщиков используют вещества, молекулы
которых имеют дифильное строение: гидрофильная полярная группа, которая
закрепляется на поверхности частиц, и гидрофобный углеводородный цепь. Чаще
сборщики является ионными соединениями, в зависимости от того, какой ион
является активным различают сборщики анионного и катионного типов. Реже
применяются сборщики, является неполярными соединениями, не способными к
диссоциации. Типичными собирателями являються: ксантогената и дитиофосфаты для сульфидных минералов, натриевые мыла и амины - для несульфидних минералов,
керосин
-
для
обогащения
угля.
Расход собирателей составляет сотни граммов на тонну руды;

Регуляторы - реагенты, в результате выборочной сорбции которых на поверхности
минерала, последний становится гидрофильным и не способным к флотации. Как
регуляторы применяют соли неорганических кислот и некоторые полимеры;

Пенообразователи - предназначены для улучшения диспергирования воздуха и
придания устойчивости минерализованных пинам. Пенообразователями служат
81
слабые
поверхностно-активные
вещества.
Расход пенообразователей составляет десятки граммов на тонну руды.
Разнообразные способы образования газовых пузырьков и комбинации этих способов
соответствуют различным типам флотационных машин. Соединение камер флотационных
машин в определённой последовательности с направлением потоков пенных и камерных
продуктов на перефлотацию, доизмельчение, перечистную или контрольную флотации
составляет схему флотации, которая позволяет получить концентрат требуемого качества
при заданном извлечении полезного компонента. Концентрат может быть получен пенным
(прямая флотация) или камерным продуктом (обратная флотация); в последнем случае
флотации
подвергается
пустая
порода.
Во флотационных машинах часто происходит побочный процесс — осаждение
гидрофобных частиц на стенках и особенно деревянных деталях, т.н. флотации твёрдой
стенкой. Этот эффект был положен в основу метода флотации тонких шлемов (-10 мкм) с
помощью носителя — гидрофобных частиц флотационной крупности, селективно
взаимодействующих с извлекаемыми шламами; образующиеся агрегаты подвергались
обычной
пенной
флотации.
Для очистки воды, а также извлечения компонентов из разбавленных растворов в 50-х гг.
был
разработан
метод
ионной
флотации.
Широкое распространение флотации, возникшей первоначально благодаря ряду
эмпирических изобретений, оказало значительное влияние на становление физической
химии поверхностных явлений, а развитая теория стала основой совершенствования
процесса
флотации.
Совершенствование процесса флотации идёт по пути синтеза новых видов
флотационных реагентов, конструирования флотационных машин, замены воздуха
другими газами (кислород, азот), а также внедрения систем управления параметрами
жидкой фазы флотационной пульпы. Благодаря флотации вовлекаются в промышленное
производство месторождения тонковкрапленных руд и обеспечивается комплексное
использование полезных ископаемых.
Основные факторы, влияющие на результаты флотации
Результаты флотации зависят от ряда факторов, основными из которых являются:
вещественный состав полезного ископаемого, крупность измельчения руды перед
флотацией, плотность пульпы, реагентный режим и порядок введения реагентов,
интенсивность
82
аэрации
и
перемешивания
пульпы,
интенсивность
снятия
пены,
продолжительность флотации, температура пульпы, схема флотации, дебит пульпы,
поступающей в флотационную машину.
К основным характеристикам вещественного состава полезных ископаемых,
которые
определяют
технико-экономические
показатели
обогащения
относятся:
содержание и флотованисть ценных компонентов, минеральный состав, характер
вкрапления и рост минералов, наличие изоморфных примесей, вторичные изменения
минералов вна-слидок окисления, выветривания и взаимной активации.
Содержание компонента влияет на степень извлечения в соответствующий
концентрат. При прочих равных условиях изъятия возрастает с увеличением содержания
данного компонента в полезном ископаемом.
Минеральный состав полезного ископаемого влияет на технологические показатели
извлечения каждого компонента. Качество полученных концентратов объясняется
следующими особенностями полезных ископаемых:
- Каждый металл или элемент в полезных ископаемых может быть представлен
минералами с разной флотационностью: легкофлотационные, плохофлотационные и не
флотационные. Различные группы минеральных форм требуют различных реагентных
режимов и при их одновременном присутствии в руде трудно обеспечить оптимальные
условия флотации для извлечения всех минералов. В таком случае в технологических
схеме обычно предусматривают раздельное флотационное извлечение минералов.
Классификация минералов по флотационности:
Схема флотационного процесса, характер используемых реагентов и результаты
обогащения в первую очередь зависят от минерального состава и физико-химических
свойств поверхности минералов полезного ископаемого. В зависимости от особенностей
условий флотационного разделения основные минералы полезных ископаемых можно
разделить на следующие группы.

Аполярные минералы неметаллических полезных ископаемых характеризуются
высокой природной гидрофобностью. К ним относятся каменный уголь, графит, алмаз,
самородная сера и тальк. Для флотации минералов этой группы используют нефтяные
масла, а иногда только вспениватель.

Сульфиды
определенной
тяжелых
естественной
металлов
и
самородные
гидрофобностью
и
металлы
характеризуются
избирательной
способностью
адсорбировать на своей поверхности сульфгидрильные собиратели (ксантогената). К этой
группе относятся сульфиды железа, свинца, меди, цинка, сурьмы, молибдена, кобальта и
других, а также золото, серебро, платина.
83

Окисленные минералы тяжелых металлов представлены карбонатами, сульфатами,
гидратами и силикатами меди, свинца, цинка и смешанных руд. Эти минералы не имеют
естественной гидрофобности, поэтому их флотация возможна жирными кислотами и их
мылами.

Полярные несульфидные минералы щелочноземельных минералов имеют в составе
кристаллической решетки катионы кальция, бария, магния и стронция.
Схемы флотации
Схема
флотации
может
включать
несколько
последовательных
операций:
основную, перечистную, контрольную.
Основная флотация
Основная флотация - первая операция в каждом цикле, ее основная цель максимально возможное извлечение полезного компонента. В результате осуществления
операции основной флотации не удается получить кондиционный концентрат и отвальные
хвосты
вследствие
близости
флотационных
свойств
разделяемых
минералов,
недостаточного раскрытия сростков, несовершенства флотационных аппаратов. Поэтому
полученные бедные концентраты и богатые хвосты (иногда после дополнительного
измельчения) направляют в операцию повторной (перечистной) флотации.
Перечистная флотация
Перечистная флотация - повторная флотация концентрата предыдущей операции.
Основной целью перечистной флотации является повышение качества концентрата до
кондиционной.
Контрольная флотация
Контрольная флотация - повторная флотация отходов с целью окончательного
удаления полезного компонента и получения бедных отвальных хвостов.
Схема флотации любого компонента обычно включает основную флотацию, одну или
несколько перечистных флотационных концентратов и одну или несколько контрольных
флотаций. Число перечистных и контрольных флотаций зависит от качества руды и
требований к концентратам. Если содержание полезного компонента в руде мало,
кондиции на содержание полезного компонента в концентрате высокие и минерал легко
флотируется, то схемы включают большое число перечистных операций концентрата. В
схемах обработки полезных ископаемых с очень высоким содержанием полезного
компонента (например, уголь) перечистных операций может не быть вовсе. Число
контрольных операций, как правило, не превышает 2 - 3, но чаще всего схемы включают
только одну контрольную флотацию.
84
Флотационная
машина —
устройство
в
виде
емкости
(ванны
или
камер),
предназначенное для разделения взвешенных в жидкости относительно мелких твердых
частиц (или их выделения из жидкости) по их способности прилипать к вводимым в
суспензию газовым пузырькам, каплям масла и т.д.
механические флотационные машины (перемешивание пульпы, засасывание и

диспергирование воздуха осуществляется импеллером). Импеллер — лопаточная машина,
заключённая в кольцо. Такая конструкция позволяет существенно снизить перетекание
воздуха на концах лопастей.
пневмомеханические флотационные машины (воздух подается из воздуходувки,

диспергирование и перемешивание пульпы осуществляется импеллером)
пневматические

флотационные
машины —
машины
пенной
сепарации:
перемешивание и аэрация пульпы осуществляется подачей сжатого воздуха через
аэраторы различных конструкций
вакуумные

флотационные
машины
(аэрация
обеспечивается
выделением
растворенных газов из пульпы)
компрессорные флотационные машины (аэрация обеспечивается выделением

растворенных газов из пульпы)
электрофлотационные машины (аэрация жидкости пузырьками, выделяющимися

при электролизе)

центробежные флотационные машины

флотационные машины со струйным аэрированием жидкости
Основные направления совершенствования процесса:
1. Разработка бессточных систем, основанных на использовании флотореагентов,
обеспечивающих разделение минералов в воде с повышенной жесткостью.
2. Более широкое применение методов электрохимической активации флотации путем
направленного
изменения
флотационных
свойств
минералов,
регулирования
окислительно-восстановительного потенциала и ионного состава жидкой фазы пульпы.
3.
Использование
флотационно-химических
технологий
переработки
бедных
и
труднообогатимых руд с целью комплексного применения сырья и охраны окружающей
среды.
4. Дальнейшее совершенствование конструкций флотационных машин с камерами
большой емкости, обеспечивающих снижение капитальных и энергетических затрат,
путем улучшения аэрационных характеристик машин, использования износостойких
материалов, автоматизирования основных узлов.
85
Кроме того, совершенствование флотации идет по пути синтеза новых флотореагентов,
замены воздуха другими газами (азот, кислород), а также внедрения систем управления
параметрами жидкой фазы флотационной пульпы.
ТЕМА 12 МАГНИТНОЕ ОБОГАЩЕНИЕ
Магнитное обогащение полезных ископаемых - способ отделения полезных
минералов от пустой породы и вредных примесей, основанный на действии магнитного
поля на минеральные частицы, обладающие различной магнитной восприимчивостью.
Исходные материалы для прямого магнитного обогащения: железные руды
(главным образом магнетитовые), марганцевые, титановые (содержащие ильменит и
титаномагнетит), вольфрамовые (вольфрамитовые) и некоторые другие полезные
ископаемые, при этом в магнитную фракцию (магнитный концентрат) выделяются ценные
минералы. В результате магнитного обогащения содержание полезного компонента
увеличивается в несколько раз и составляет в магнитных концентратах 95% и более, а
содержание вредных примесей значительно снижается. Доля (извлечение) полезного
минерала, переходящего в концентрат (магнитную фракцию), обычно не менее 75% от
исходного его количества, а для сильномагнитных - может быть более 95%. Различают
магнитное обогащение, при котором магнитные или сильномагнитные минералы под
действием магнитного поля выделяются в магнитную фракцию, а слабомагнитные или
немагнитные минералы — в немагнитную.
Применяется также "обратное" магнитное обогащение, когда минералы магнитной
фракции
являются
циркониевых,
вредной
литиевых,
примесью
бериллиевых,
(например,
при
перечистке
оловянных,
полевошпатовых,
кварцевых
и
других
концентратов).
При сухом магнитном обогащении руда загружается на верхние барабаны
магнитного сепаратора, в которых помещены разомкнутые постоянные магниты,
создающие на барабане поле напряжённостью около 90 ка/м. Магнетитовая руда
притягивается к полюсам (к поверхности барабана), а слабомагнитная фракция отрывается
и попадает для перечистки на нижние барабаны с более сильным полем (110 ка/м). Здесь
происходит доизвлечение менее магнитных кусков руды из хвостов.
В случае мокрого магнитного обогащения тонкоизмельчённая магнетитовая руда с
водой поступает под барабаны, вращающиеся навстречу потоку пульпы и извлекающие из
него ферромагнитные минералы. При мокром обогащении марганцевых и других
слабомагнитных руд сепараторы имеют значительно более сильное поле (1500 ка/м),
86
создаваемое в зазорах между валками и полюсами благодаря замкнутой электромагнитной
системе. Рудные частицы из пульпы извлекаются валками и выносятся ими в
концентратное отделение ванны. Менее магнитные фракции проходят перечистку на
нижних валках.
Магнитная сепарация — технология разделения материалов на основе различия их
магнитных свойств (магнитной восприимчивости) и различного поведения материалов в
зоне действия магнитного поля, изменяющего гравитационную траекторию материалов.
Основное практическое применение магнитной сепарации — извлечение нежелательных
(негативно сказывающихся на качестве конечных продуктов или вызывающих поломки
технологического оборудования) включений из сырьевых компонентов различных
производств. Оборудование для магнитной сепарации (магнитные сепараторы) широко
используется
в
таких отраслях промышленности
как стекольная,
горно-рудная,
металлургическая, вторичная переработка, пищевая, химическая и многих других.
Магнитным способом, используя магнитные сепараторы, обогащают железные, титановые,
вольфрамовые и другие руды.
История
Первый патент на способ магнитного обогащения полезных ископаемых (железной
руды) был получен в Англии в 1792 году на имя Вильяма Фулартона. Промышленная
реализация магнитного способа обогащения, главным образом для железняка, началась в
конце XIX столетия. В Швеции Венстрем и Таге Мортзелл предложили сухой барабанный
сепаратор с изменяемой полярностью. Аналогичный магнитный сепаратор был создан в
Италии Пальмером в 1854 году. Широкое применение магниттной сепарации железняка
началось в Швеции в начале ХХ столетия и было связано с разработкой Грендалем
технологии барабанной сепарации для мокрого магнитного обогащения в 1906 году. В
России первый магнитный сепаратор сконструирован в 1911; их серийное изготовление и
сооружение фабрик для М. о. началось только в годы Советской власти.
Классификация процессов магнитного обогащения
По областям применения различают:

подготовительные,

основные (собственно магнитное разделение);

вспомогательные процессы магнитного обогащения.
Подготовительные процессы:

улавливание металлолома,

намагничивание и размагничивание,
87

магнитная агрегация.
Вспомогательные процессы:

сгущение и обезвоживание,

измельчение в магнитном поле.
В зависимости от величины магнитной восприимчивости материала магнитная
сепарация разделяется на слабомагнитную и сильномагнитную, в зависимости от среды, в
которой проводится разделение, — на мокрую и сухую.
По принципу использования магнитного поля процессы магнитного обогащения
разделяют на прямые и комбинированные (непрямые).
К прямым принадлежат процессы разделения в слабых и сильных полях,
регенерации
суспензий,
извлечения
металлолома,
магнитного
пылеулавливания,
термомагнитной и динамической агрегации.
Непрямые процессы:

магнитогидростатическая (МГС) сепарация,

магнитогидродинамическая (МГД) сепарация,

сгущение материалов, которые предварительно прошли магнитную флокуляцию
(или коагуляцию), сепарацию полезных компонентов, локализованных на магнитных
носителях.
Коагуляция (от лат.— свертывание, сгущение), также старение — объединение мелких
частиц дисперсных систем в более крупные под влиянием сил сцепления с образованием
коагуляционных
структур.
коллоидных частиц.
хлопьевидного
Коагуляция
—
физико-химический
Коагуляция ведёт
к
выпадению из коллоидного раствора
осадка
или
к
застудневанию.
Коагуляция
процесс
—
слипания
естественный,
самопроизвольный процесс расслаивания коллоидного раствора на твёрдую фазу и
дисперсионную среду.
Основы магнитного обогащения
Крупность обогащаемой руды — до 150 мм. Для увеличения контрастности
магнитных свойств разделяемой смеси используют термообработку.
Соответственно классификации процессов магнитного обогащения различаются и
аппараты, в которых происходят эти процессы:

магнитные сепараторы,

дешламаторы,

магнитогидростатические сепараторы,

магнитогидродинамические сепараторы,
88

электродинамические сепараторы,

железоотделители,

металлоразделители,

устройства для размагничивания и намагничивания материалов.
Разделение минеральных частиц по магнитным свойствам может осуществляться в
трёх режимах:

режим
отклонения
магнитных
частичек
характеризуется
повышенной
производительностью, но сниженной эффективностью процесса;

режим удержания магнитных частичек характеризуется высоким извлечением
магнитного компонента;

режим извлечения магнитных частичек характеризуется высоким качеством
магнитного продукта, но снижением его извлечения.
Современные
магнитные
сепараторы
имеют
эффективность
разделения
и
производительность в 5-10 раз бо́льшую, чем образцы середины ХХ столетия. В сравнении
с другими методами себестоимость магнитной сепарации для кусковых сильномагнитных
материалов самая низкая, для мелкодисперсных — вторая после самого дешёвого метода
винтовой сепарации. Производительность сепараторов для кусковых руд достигает 500
т/час, для тонкоизмельчённых сильномагнитных — 200 т/час, слабомагнитных — 40 т/час.
Перспективность
магнитного
обогащения
обуславливается
непрерывным
интенсивным развитием технологии производства магнитных материалов и техники
сильных магнитных полей, параметры которых постоянно улучшаются, а себестоимость
обогащения снижается.
ТЕМА 13 ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ПРИ РАБОТЕ ОБОГАТИТЕЛЬНЫХ
ФАБРИК
Основными видами воздействия обогатительных фабрик на окружающую среду
являются: нарушение земной поверхности горными работами; выбросы в атмосферу
загрязняющих веществ от стационарных и передвижных источников, выбросы при
ведении горных работ; сбросы сточных вод в водный бассейн; размещение на земной
поверхности вскрышных пород и хвостов мокрой магнитной сепарации (ММС); вырубка
лесов.
Для мониторинга окружающей среды на фабриках создаются специальные службы.
Задача службы - организация работы и постоянное ее совершенствование с учетом все
возрастающих требований природоохранного законодательства, экологических норм и
правил; внедрение передовых технологий и оборудования с целью уменьшения выбросов
89
(сбросов) и отходов производства; первичный учет отходов производства, выбросов
загрязняющих веществ в атмосферу и сбросов в водные объекты; составление лимитов и
форм госстатотчетности, расчет платы за загрязнение; работа с исследовательскими,
проектными институтами и инспектирующими органами; обучение трудящихся комбината
на курсах повышения квалификации, чтение лекций в структурных подразделениях
фабрик.
Рекультивация земель, занятых отвалами породы и хвостохранилищами
Рекультивация — это восстановление земельного участка, приведение его в
состояние,
пригодное
для
дальнейшего
использования.
Порода углеобогатительных фабрик, уложенная в терриконы, может самовозгораться,
поверхность террикона пылит, загрязняя окружающую среду, сами терриконы занимают
большие площади.
Возможны следующие способы приведения площадей, занятых терриконами под
застройку:

разработка терриконов с вывозом породы на закладку или для заполнения емкостей
в карьерах;

преобразование их в плоские отвалы, покрытие плодородной землей, озеленение.
Заполненные пруды — хвостохранилища подлежат озеленению после нанесения
почвенного
слоя
и
площади
могут
использоваться
под
лесопосадки.
В проекте (представляемом как раздел в части Генеральный план) обосновываются
решения по восстановлению участка, занятого отвалами и хвостохранилищами.
Предусматриваются способы снятия плодородного слоя почвы, транспортирования его к
месту
укладки
или
временного
хранения,
нанесения
плодородного
слоя
на
восстанавливаемые земли, устройства дренажа и коммуникаций.
Возросшие требования к полноте и комплексности использования полезных
ископаемых, охране природы вызывают необходимость применять в технологической
схеме обогатительных фабрик дополнительные процессы по переработке твёрдых отходов
и жидких стоков обогатительных фабрик с целью доизвлечения полезных компонентов,
создания
водооборота.
Обогатительные
двухступенчатой
фабрики
очисткой
снабжаются
воздуха
от
аспирационной
пыли.
Наиболее
системой,
интенсивными
а
также
очагами
пылевыделения на обогатительных фабриках является дробильное, сортировочное и
транспортное оборудование. Для борьбы с пылью и шумом на обогатительных фабриках
применяют герметизацию оборудования, аспирацию, а также пылеподавление и
90
пылеулавливание
в
источниках
технологического
оборудования
образования
жёсткими
и
пыли,
например
герметизацию
мягкими
укрытиями
(кожухами),
транспортное оборудование (конвейеров, дисковых питателей, сушильных барабанов и
др.)
—
ёмкими
укрытиями
кабинного
типа.
В местах интенсивного пылевыделения используют гидро- и парообеспыливание
увлажнением материала и подавлением пылевого облака с помощью распыляемой воды
или парового тумана. В производственных помещениях обогатительных фабрик в
основном применяют аспирационную вентиляцию — удаление воздуха запылённостью
более 3 г/ м3 от пылевыделяющего оборудования. На обогатительных фабриках, как
правило, аспирируют герметизированное технологическое и транспортное оборудование.
Все
мероприятия
контролируются
и
документально
подтверждаются
специалистами различных государственных служб безопасности и указывают на то, что
руководство фабрик заботится о сбережении природы своего края.
91
СЛОВАРЬ
ОБОГАЩЕНИЕ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ
Полезные
ископаемые
—
природные
минеральные
образования
земной
коры
неорганического и органического происхождения, которые могут быть эффективно
использованы в сфере материального производства.
Полезными ископаемыми называют твердые, жидкие и газообразные вещества,
добываемые из земных недр для использования человеком.
Рудами называют полезные ископаемые, которые содержат ценные компоненты в
количестве, достаточном для того, чтобы их извлечение при современном состоянии
технологии и техники было экономически выгодным.
Коренными называют руды, залегающие в месте первоначального образования и
расположенные внутри общего массива горных пород.
Россыпями
называют
вторичные
месторождения,
образовавшиеся
в
результате
разрушения руд первичных коренных месторождений и вторичного отложения материала
из первичных руд.
Обогащение
полезных
ископаемых
—
совокупность
процессов
механической
переработки минерального сырья с целью извлечения ценных компонентов и удаления
пустой породы и вредных примесей, которые не представляют практической ценности в
данных технико-экономических условиях.
Ценными компонентами называются отдельные химические элементы или минералы,
входящие в состав полезного ископаемого и представляющие интерес ля их дальнейшего
использования.
Сопутствующими компонентами называются ценные химические элементы и отдельные
минералы, содержащиеся в полезных ископаемых в сравнительно небольших количествах,
выделяемые при обогащении попутно в самостоятельный или комплексный продукт
совместно с основным ценным компонентом, и извлекаемые из него в дальнейшем в
процессе металлургической плавки или химической переработки.
Полезными примесями называют отдельные химические элементы или их природные
соединения, которые входят в состав полезного ископаемого в небольших количествах и
могут быть выделены и использованы совместно с основным ценным компонентом,
улучшая его качество.
Вредными примесями называют отдельные элементы и природные химические
соединения, содержащиеся в полезных ископаемых и оказывающие отрицательное
влияние на качество извлекаемых ценных компонентов.
92
Пустая порода - минералы, не содержащие ценных компонентов.
Концентраты – продукты, в которых сосредоточено основное количество того или иного
ценного компонента.
Промпродукты – продукты, получаемые при обогащении полезных ископаемых и
представляющие собой смесь зерен, содержащих полезные компоненты, с зернами пустой
породы.
Хвосты – продукты, в которых сосредоточено основное количество пустой породы,
вредных примесей и небольшое (остаточное) количество полезного компонента.
Извлечением называется отношение количества полезного компонента, переведенного в
концентрат, к его количеству в руде, выраженное в процентах.
Выходом называется отношение массы какого-либо продукта обогащения к массе
переработанной руды, выраженной в процентах.
Обогатительными фабриками называют промышленные предприятия, на которых
методами обогащения обрабатывают полезные ископаемые и выделяют из них один или
несколько товарных продуктов с повышенным содержанием ценных компонентов и
пониженным содержанием вредных примесей.
Технологическая схема включает сведения о последовательности технологических
операций по переработки полезных ископаемых на обогатительной фабрике.
Ситовый анализ - рассев сыпучего материала на стандартных ситах с отверстиями
различных размеров.
Дробление - это процесс уменьшения размеров кусков руды путем разрушения их под
действием внешних сил, преодолевающих силы внутреннего сцепления кристаллов
твердого вещества.
Дезинтеграция — разрыхление в виде слабоцементированных пород, главным образом
глинистых.
Степень дробления (или измельчения) показывает степень сокращения крупности в
процессе разрушения кускового материала.
Измельчение представляет собой процесс уменьшения крупности материала до
порошкообразного состояния с использованием таких механических сил как удар, сжатие,
сдвиг, истирание.
Футеровка — специальная отделка для обеспечения защиты поверхностей от возможных
механических или физических повреждений.
Пульпой называется смесь минеральных частиц и воды, в которой твердые частицы
находятся во взвешенном состоянии и равномерно распределены в объеме воды.
93
Содержание твердого в пульпе по массе - отношение массы твердого вещества к массе
всей пульпы, в которой заключается это количество твердого.
Грохочение – процесс разделения сыпучих материалов по крупности на просеивающих
поверхностях с калиброванными отверстиями.
Грохот – вид специального оборудования предназначен для разделения твердого
кускового материала по фракциям.
Сегрегация в горном деле — распределение зёрен материала по высоте и периферии слоя
в зависимости от их крупности и плотности.
Классификация - это процесс разделения материала по крупности в жидкости (или газе),
основанный
на
различии
скоростей
падения
в
полях
гравитационной
силы
(гравитационная классификация) или центробежной силы (центробежная классификация)
зерен различной крупности.
Классификатор — аппарат для разделения измельчённых материалов на классы по
крупности, плотности, форме зёрен.
Гидроциклон - аппарат для разделения в жидкой среде зернистых материалов,
различающихся плотностью или крупностью составляющих частиц.
Сепарация - разделение смесей разнородных частиц твёрдых материалов, жидкостей
разной плотности, эмульсий, взвесей твёрдых частиц или капелек в газах, парах,
двухфазных средах.
Гравитационное
обогащение
полезных
ископаемых —
процесс
и
технология
обогащения полезных ископаемых, основанный на использовании действия силы тяжести,
при которой минералы отделяются от пустой породы за счёт разницы их плотности и
размера частиц.
Флотация полезных ископаемых (с франц. букв. — плавание на поверхности воды) процесс сепарации, основанный на различии в физико-химических свойствах поверхности
разделяемых минералов.
Магнитное обогащение полезных ископаемых - способ отделения полезных минералов
от пустой породы и вредных примесей, основанный на действии магнитного поля на
минеральные частицы, обладающие различной магнитной восприимчивостью.
Коагуляция (от лат.— свертывание, сгущение), также старение — объединение мелких
частиц дисперсных систем в более крупные под влиянием сил сцепления с образованием
коагуляционных структур.
94
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Абрамов А.А. Переработка, обогащение и комплексное использование твердых
полезных ископаемых. Т. 1. Обогатительные процессы и аппараты: Учебник. – 2-е изд. –
М.: Горная книга, 2004.- 471 с.
2. Авдохин В.М. Основы обогащения полезных ископаемых. Т. 1. - М.: Горная книга,
2008. - 417 с.
2. Авдохин В.М. Основы обогащения полезных ископаемых. Т. 2. - М.: Горная книга, 2008.
- 312 с.
3. Кармазин В.И., Младецкий И.К., Пилов П.И. Расчеты технологических показателей
обогащения полезных ископаемых. М.: Горная книга. – 2009. 221 с.
4. Колтунов А.В., Комлев С.Г. Дробление, измельчение, грохочение: конспект лекций /
А.В. Колтунов, С.Г. Комлев; Урал. гос. горный ун-т. – Екатеринбург: Изд-во УГГУ, 2013. –
120 с.
5. Комлев С.Г. основы обогащения полезных ископаемых: учебное пособие / С.Г. Комлев;
Урал. гос. горный ун-т. – 5-е изд., перераб. и доп. - Екатеринбург: Изд-во УГГУ, 2014. –
153 с.
6.
Кусков В.Б. Обогащение и переработка полезных ископаемых: Учеб. пособие /
В.Б.Кусков, М.В.Никитин; Санкт-Петербургский горный университет. СПб, 2009. 84 с.
95
Пузыревская Ирина Александровна
Доцент кафедры ГиП АмГУ
ОБОГАЩЕНИЕ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ. Учебное пособие
Изд-во АмГУ. Подписано к печати___________. Формат 60х84/16. Усл. печ. л.6____
Тираж 100. Заказ_____.
Отпечатано в типографии АмГУ
96