ОБОГАЩЕНИЕ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

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.

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 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.

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 людей и ухуд­шать качество конечной продукции.

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 - а, в, S - это отношение массы ценного компонента в продукте к массе продук­та; содержание различных компонентов в полезном ископаемом и в полученных продуктах принято вычислять в процентах;

• выход продукта - у_и, у_к, у_хв - это отношение массы про­дукта к массе исходной руды; выход любого продукта обогаще­ния выражают в процентах, реже в долях единицы;

• извлечение ценного компонента - в_и, е_к, е_хв - это отно­шение массы ценного компонента в продукте к массе этого же компонента в исходной руде; извлечение выражается в процен­тах, реже в долях единицы.

Рассмотрим вариант, когда в результате обогащения полу­чают только два продукта. В этом случае выход концентрата

у_к = (C/Q) 100.

Этой формулой можно пользоваться, если известна масса продук­тов. Однако часто она неизвестна. А вот содержание полезного компонента в продуктах известно практически всегда.

Ук

а — -Э1 в -Э 100; уХв = ——— 100; Ук + Ухв = 100.

в-Э .............. а-Э Извлечение полезного компонента в концентрат

Вк =

ср Qa

100, или вк

УкР В = YхвЭ • В + В = 100 ---- 5 &хв 5 &к 1 &хв---- -LW. а а

Выход концентрата и хвостов через содержания определя­ется следующими формулами:

Полезные ископаемые на обогатительных фабриках про­ходят целый ряд последовательных операций, в результате полез­ные компоненты отделяются от примесей. Процессы обогащения полезных ископаемых по своему назначению делятся на подгото­вительные, вспомогательные и основные.

К подготовительным относят процессы дробления, из­мельчения, грохочения и классификации. Их задача - разъеди­нить полезный минерал и пустую породу и создать нужную гра­нулометрическую характеристику перерабатываемого сырья.

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.

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, качественно-количественной, водно-шламовой и схемой цепи аппаратов.

I.2. ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКИЙ СОСТАВ

При обогащении твердых полезных ископаемых прихо­дится иметь дело с зернистым материалом, состоящим из массы зерен различной крупности. На практике за размер зерна прини­мают размер квадратного отверстия, через которое это зерно про­валивается. Материал, прошедший через отверстие l\ и оставший­ся на отверстии l₂, причем l₂ < l\, называется классом крупности. Крупность класса обозначают следующим способом: -l\+l₂ (ми­нус l\ плюс l₂). Например, класс -25+10 мм. 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, седиментацион- ный анализ - d « 50^5мкм; анализ под микроскопом - d < 5 мкм. Наиболее часто для контроля процессов грохочения, дробления и измельчения на обогатительных фабриках используют ситовый анализ, т.е. 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 в V2 раз, т.е. модуль шкалы этого набора V2 (шкала Тейлора);

2) набор, в котором за основу принято сито с отверстием 0,012 мм; каждое последующее сито больше предыдущего в ⁴°Ш (метрическая шкала).

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 10

Масса пробы, г 25 50 100 200 300 2250 18000

Сита устанавливают сверху вниз от отверстий крупных размеров к мелким. Пробу помещают на верхнее сито и весь на­бор сит встряхивают на механическом встряхивателе в течение 10-30 мин. Время рассева определяется крупностью материала: при d < 5 и d > 5 мм время рассева соответственно 30 и 10 мин. Остаток на каждом сите взвешивают. Выход классов получают делением массы каждого класса на массу исходной пробы.

Результаты ситового анализа записывают в таблицу. 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 = fx) строят по точ­кам, положение которых находят по абсциссам х - диаметрам кусков и ординатам Y - суммарным выходам классов мельче или крупнее х.

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 - 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.

I.3. ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ ОБОГАЩЕНИЯ

Задача этих процессов - разъединить полезный минерал и пустую породу и создать нужную гранулометрическую характе­ристику обогащаемой руды.

1.3.1. ГРОХОЧЕНИЕ

Грохочение - процесс разделения зернистых материалов по крупности на просеивающих поверхностях с калиброванными отверстиями.

Зерна (куски) материала, размер которых больше размера отверстий сита, остаются при просеивании на сите, а зерна мень­ших размеров проваливаются через отверстия.

Материал, поступающий на грохочение, называется ис­ходным, остающийся на сите - надрешетным (верхним) продук­том, проваливающийся через отверстия сита - подрешетным (нижним) продуктом.

Процесс грохочения характеризуется эффективностью — выраженным в процентах или в долях единицы отношением мас­сы подрешетного продукта к массе нижнего класса в исходном материале. Эффективность грохочения можно также определить как извлечение нижнего класса в подрешетный продукт. Пусть отгрохачивается Q тонн руды, содержащей а процентов мелочи (зерен мельче, чем отверстие грохота), при этом получается С тонн подрешетного продукта, содержащего Р процентов мело­чи, и Т тонн надрешетного продукта, содержащего S процентов мелочи. Тогда по определению

„ C -100 а —и 4

E = -------- 100, или E = ------------ 10 .

Qa (100 — и)а

Эффективность грохочения определяется следующими факторами: гранулометрическим составом исходного материала, его влажностью, углом наклона грохота, амплитудой и частотой колебания грохота. По крупности выделяют три вида зерен: 1) легкие, размер которых меньше, чем отверстие грохота (d < 0,75/), такие зерна легко отгрохачиваются и не снижают эф­фективность; 2) трудные, размер которых близок отверстию гро­хота (d = /), такие зерна могут застревать в отверстиях, резко снижая эффективность; 3) затрудняющие, размер которых чуть больше отверстия грохота (d = 1^1,5/), такие зерна скапливаются на поверхности решета грохота, снижая эффективность грохоче­ния. Таким образом, чем больше в материале трудных и затруд­няющих зерен, тем ниже эффективность грохочения.

Рабочими поверхностями грохотов могут быть колоснико­вые решетки, набранные из параллельных брусьев (круглые, квадратные, ромбические, в виде рельсов и т.д.), стальные решета со штампованными или сверлеными отверстиями, плетеные сетки из стальной или латунной проволоки, резиновые маты со штам-

Рис.1.1. Грохот колосниковый неподвижный 1 - стяжной болт; 2 - колосник; 3 - распорная трубка

пованными отверстиями, сита из синтетических материалов (по­лиуретан, капролакс и др.).

Основными типами промышленных грохотов являются: колосниковые, валковые, дуговые, барабанные, вибрационные.

Колосниковые грохоты, устанавливаемые под углом к го­ризонту, представляют собой решетки, собранные из колосников. Материал, загружаемый на верхний конец решетки, движется по ней под действием силы тяжести. При этом мелочь проваливается через щели решетки, а крупный класс сходит в нижнем конце (рис.1.1). Эти грохоты применяют, в основном, для крупного гро­хочения руд. Размер щели между колосниками - не меньше 50 мм, в редких случаях 25-30 мм. Угол наклона решетки зависит от физических свойств грохотимого материала. По практическим данным, угол наклона составляет для руд 40-45°, для углей 30-35°. При переработке влажных материалов угол наклона грохота уве­личивают на 5-10°. Эффективость грохочения колосниковых гро­хотов невысокая, она составляет около 70 %.

Валковый грохот (рис.1.2) представляет собой наклонную площадку, набранную из горизонтальных параллельных осей, ко­торые свободно вращаются в подшипниках. На каждую ось надет ряд металлических дисков (валков), которые располагаются в

1 - главный вал; 2 - звездочка; 3 - цепная передача; 4 - валки; 5 - рама; 6 - привод

шахматном порядке. На верхний край грохота подается исходный материал и под действием силы тяжести скатывается по каткам вниз, при этом мелкий материал проваливается сквозь промежут­ки между валками. Такие грохоты применяют для грохочения сравнительно легких и хрупких материалов, например для круп­ного грохочения углей. Эффективность их грохочения несколько выше, чем у колосниковых, и составляет около 75 %.

Дуговые грохоты широко используют для мокрого грохоче­ния тонких продуктов. Рабочая поверхность - изогнутая в виде дуги плоскость, которая набрана из поперечной колосниковой решетки. На верхний край дуги подается исходный материал в виде пульпы. Мел­кие зерна вместе с водой разгружаются через сито в разгрузочную коробку, а крупные - в конце дугового сита. Поскольку пульпа дви­жется по дуге, возникающая центробежная сила повышает эффектив­ность грохочения, она может достигать 90 %. Дуговые грохоты при­меняют при ширине щелей от 0,25 до 3 мм.

Барабанные грохоты в зависимости от формы барабана могут быть цилиндрическими или коническими. Боковая поверх­ность барабана, образованная перфорированными стальными листами или сеткой, служит просеивающей поверхностью грохо­та. Ось цилиндрического барабана наклонена к горизонту под уг­лом 4-7°, а ось конического барабана горизонтальна. Исходный материал загружают внутрь барабана на верхнем конце, и вслед­ствие вращения и наклона он продвигается вдоль оси барабана. Мелкий материал проваливается через отверстия, крупный - уда­ляется из барабана на нижнем конце (рис.1.3). Диаметр барабана колеблется от 500 до 3000 мм; длина - от 2000 до 9000 мм.

Вибрационные грохоты являются самыми распространен­ными в горно-добывающей промышленности. Главной их осо­бенностью является наличие вибрационного устройства, которое сообщает грохоту гармонические колебания (вибрации), необхо-

Рис.1.3. Грохот барабанный со спиральными колосниками 1 - электродвигатель; 2 - питающая воронка; 3 - колосники; 4 - опорный бандаж; 5 - приводной ролик

Рис.1.4. Схема самобалансного грохота с зубчатой передачей между валами дебаланса

1 - вибровозбудитель; 2 - короб; 3 - сито; 4 - опорные пружины

димые для процесса грохочения. По конструкции вибрационные устройства разнообразны, но по характеру колебаний все вибра­ционные грохоты можно разбить на две большие группы: 1) с пря­молинейными качаниями короба; 2) с круговыми качаниями. В первой группе наибольшее распространение получили самоба- лансные грохоты.

Самобалансные грохоты (рис.1.4) имеют приводной меха­низм в виде двухвального вибровозбудителя. Прямолинейные гармонические колебания короба грохота генерируются силой инерции двух противоположно вращающихся дебалансовых гру­зов. Короб с ситом, закрепленный на вертикальных упругих опо­рах, под действием вибровозбудителя совершает прямолинейные колебания по стрелке А под углом в к плоскости сита.

Ко второй группе относятся, например, инерционные гро­хоты, которые изготавливаются в подвесном или в опорном ис­полнении. Предпочтение отдается опорным грохотам как более надежным в работе. Вибрационные грохоты характеризуются вы­сокой производительностью и значительной эффективностью (75­85 %) грохочения, поэтому являются самыми распространенными.

I.3.2. КЛАССИФИКАЦИЯ

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.

Скорость осаждения зерна в жидкости определяется плот­ностью, размером и формой зерна, а также плотностью и вязко­стью жидкости. Например, скорость осаждения зерна в воде можно определить по следующим формулам: мелкого зерна (d < 0,01 см)

v = 5425d ²(5 — 1);

зерна среднего размера (d = 0,01^0,27 см)

v = 120d(5 — 1)^2/3;

крупного зерна (d > 0,27 см )

v = 55 Vd (5-1) .

В этих формулах: v - скорость осаждения зерна, см/с; d - размер зерна, см; 5 - плотность зерна, ^м³.

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.

Исходное питание ОСНОВНЫМИ классифици­

Рис.1.5. Принцип действия классифицирующего конуса

рующими аппаратами являются конусные классификаторы, спи­ральные классификаторы и гид­роциклоны.

Простейшими гидравличе­скими классификаторами являются автоматические конусы (рис.1.5). На обогатительных фабриках их используют в отдельных случаях во вспомогательных операциях - для отделения песков от шламов при низкой эффективности клас­сификации или обезвоживании обесшламленного мелкозернисто­го материала, а также как буферные емкости. Разгрузка слива происходит самотеком через сливной порог, а песков - непрерыв­но через песковые насадки или с применением разного рода за­творов периодического действия.

Рис.1.6. Спиральный классификатор 1 - слив; 2 - пески; 3 - исходное питание

У спирального классификатора (рис.1.6) исходный матери­ал подается в нижнюю треть ванны. Мелкие частицы, у которых скорость падения низкая, удаляются со сливом через порог. Крупные частицы, чья скорость падения выше, оседают на дно и спиралью транспортируются в верхнюю часть ванны, где разгру-

жаются через специальное отвер­стие. На дне аппарата образуется постель из осевших частиц, кото­рая предохраняет ванну от износа.

Рис.Г7. Гидроциклон 1 - сливной патрубок; 2 - сливная труба; 3 - питающая насадка; 4 - цилиндроконический сосуд; 5 - песковая насадка

Спиральные классификаторы бы­вают одно-и двухспиральные.

Гидроциклоны (рис.1.7) - аппараты для классификации тон- коизмельченных материалов по гидравлической крупности в цен­тробежном поле, создаваемом в результате вращения пульпы. Их применяют также для обогащения мелко- и среднезернистых руд в тяжелых суспензиях. Исходная пульпа подается в гидроциклон под давлением через питающую насадку, установленную тангенци­ально непосредственно под крыш­кой аппарата. Пески разгружаются через песковую насадку, а слив - через сливной патрубок, располо­женный в центре крышки и соеди­ненный со сливной трубой непосредственно или через сливную коробку. Движущихся деталей в гидроциклоне нет. Главной дей­ствующей в гидроциклоне силой является центробежная сила инерции, возникающая при вращении пульпы благодаря танген­циальной подаче питания. Под действием центробежной силы бо­лее крупные и более тяжелые частицы твердого отбрасываются к стенке корпуса гидроциклона, опускаются под действием силы тяжести вниз и разгружаются через песковую насадку. Более тон­кие и легкие частицы вытесняются к центру гидроциклона и вы­носятся в слив.

Гидроциклоны применяют в настоящее время в качестве классифицирующих аппаратов на подавляющем большинстве обогатительных фабрик.

1.3.3. ДРОБЛЕНИЕ

Дробление и измельчение - процессы уменьшения разме­ров кусков (зерен) полезных ископаемых путем разрушения их действием внешних сил. Принципиально процессы дробления и измельчения не различаются между собой. Условно считают, что при дроблении получают продукты преимущественно крупнее 5 мм, а при измельчении - мельче 5 мм. Для дробления применя­ют дробилки, а для измельчения - мельницы.

Крупность зерен, до которой надо дробить или измельчать исходный материал перед обогащением, определяется размером вкрапленности полезных минералов и процессом, принятым для обогащения данного ископаемого. Необходимая крупность уста­навливается опытным путем при исследованиях обогатимости каждого полезного ископаемого.

Способы дробления различаются видом воздействия раз­рушающей силы на куски дробимого материала. Известны четыре основных способа дробления: раздавливание, раскалывание, ис­тирание и удар.

Процесс дробления характеризуют степенью дробления i, которая показывает, во сколько раз уменьшается размер куска при дроблении:

i = D / d,

где D и d - максимальный размер куска соответственно до и по­сле дробления.

На обогатительных фабриках дробление и измельчение по­лезных ископаемых перед обогащением производят с высокой сте­пенью сокращения крупности. Например, перед флотационным обогащением полезное ископаемое иногда измельчают до крупно­сти менее 0,1 мм. Если при этом руда поступает из карьеров, то размер максимальных кусков в исходном материале может дохо­дить до 1500 мм. Тогда степень измельчения i = 1500/0,1 = 15000.

Получение таких высоких степеней дробления в одной дробильной машине практически невозможно. Вследствие конст­руктивных особенностей машины для дробления и измельчения эффективно работают только при ограниченных степенях измель­
чения, поэтому рациональнее дробить и измельчать материал от исходной крупности до требуемого размера в нескольких после­довательно работающих дробильных и измельчающих машинах. В каждой из таких машин будет осуществлена лишь часть общего процесса дробления или измельчения, называемая стадией дроб­ления или измельчения.

В зависимости от крупности дробимого материала и дробле­ного продукта стадии дробления имеют особые названия: первая ста­дия - крупное дробление (до 300 мм); вторая стадия - среднее дроб­ление (до 100 мм); третья стадия - мелкое дробление (до 10 мм).

Степень дробления, достигаемая в каждой отдельной ста­дии, называется частной, а во всех стадиях - общей,

/0 ^_ i 1 ?2 ■■■ in

Основными типами применяемых дробящих аппаратов яв­ляются щековые, конусные, валковые и молотковые (роторные) дробилки.

Щековые дробилки выпускают двух типов - с простым и сложным качанием щеки. В щековой дробилке с простым качанием щеки материал раздавливается между двумя щеками, из которых одна неподвижная, а другая подвижная - качающаяся. Подвижная щека шарнирно подвешена на неподвижной оси и попеременно то прибли­жается к неподвижной щеке, то удаляется от нее. При сближении щек находящиеся между ними куски дробимого материала раз­давливаются. Качательные дви­жения щеки создаются вращаю­щимся эксцентриковым валом через передаточный механизм.

Исходный материал поступает в пространство между щеками сверху. Дробленый продукт раз­гружается снизу при отходе под­вижной щеки (рис.1.8). В дро- Рис. I.8. Щековая дробилка билках со сложным качанием с простым движением щеки
щеки подвижная щека висит эксцентрично на вращающемся валу, вращение которого сооб­щает щеке колебательные дви­жения, достаточные для дробле­ния материала. Щековые дро­билки находят применение на обогатительных фабриках, в ос­новном, для крупного и средне­го дробления.

Рис. I.9. Конусная дробилка крупного дробления

По назначению различают конусные дробилки для крупного, среднего и мелкого дробления. В конусных дробилках материал 2 дробится в кольцевом простран­стве, образованном наружной не­подвижной конической чашей 1 (рис.1.9) (верхней частью стани­ны дробилки) и расположенным внутри этой чаши подвижным дробящим конусом 4, насаженным на вал 3. У дробилок для крупного дробления вал 3 подвешивается к верхней траверсе, а у дробилок для среднего и мелкого дробления - на сферический подпятник, на который опирается дробящий конус, жестко закре­пленный на валу 3. Основное дробящее действие конусных дро­билок - раздавливание, но имеет место и разлом кусков при изги­бе, возникающем когда кусок зажат между вогнутой поверхно­стью чаши и выпуклой поверхностью дробящего конуса.

Валковые дробилки используют принцип раздавливания и раскалывания материала, находящегося в рабочем пространстве между движущимися гладкими, рифлеными или зубчатыми ци­линдрическими поверхностями.

В зависимости от конструктивных особенностей и назна­чения применяют валковые дробилки следующих типов: одно­валковые - для дробления агломерата и угля; двухвалковые (рис.1.10, а) - для дробления горных пород и руд; двухвалковые с зубчатыми валками - для дробления угля и мягких пород; четы-

б

в

Рис.1.10. Дробилки: а - двухвалковая; б - молотковая; в - роторная

1 - валок; 2 - ось; 3 - пружина; 4 - ротор; 5 - молоток; 6 - колосниковая
решетка; 7 - било

рехвалковые с гладкими валками для дробления кокса и извест­няка (на аглофабриках). Наибольшее распространение получили двухвалковые дробилки. В зубчатых дробилках каждый валок состоит из вала и жестко засаженного на него многогранника, к которому болтами крепятся сменные зубчатые сегменты (банда­жи) в виде отливок из марганцовистой стали.

Молотковые и роторные дробилки с вращающимся удар­ным ротором бывают в основном двух типов (рис.1.10, б, в): мо­лотковые с шарнирно подвешенными молотками и роторные с жестко закрепленными лопатками (билами).

Молотковые и роторные дробилки применяют для круп­ного, среднего и мелкого дробления хрупких, мягких и средней твердости полезных ископаемых. Достоинства этих дробилок за­ключаются в простоте их конструкции, компактности, надежно­сти и относительно высокой степени дробления (10-20 и более).

На обогатительных фабриках дробилки, как правило, работа­ют в паре с грохотами. Если грохот ставится перед дробилкой, то та­кое грохочение называют предварительным. В этом случае из руды перед дробилкой отсевают мелкий класс и снижают нагрузку на дро­билку. Если грохот стоит после дробилки, то такое грохочение назы­вается поверочным. При этом из дробленного продукта отсевают го­товый класс крупности, а крупную фракцию (надрешетный продукт) возвращают в дробилку. Иногда поверочное и предварительное гро­хочения совмещают на одном грохоте - смешанное грохочение.

I.3.4. ИЗМЕЛЬЧЕНИЕ

Измельчение полезных ископаемых производят в мельни­цах. Их подразделяют на механические (с мелющими телами) и аэродинамические (без мелющих тел). 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.

Барабанная мельница (рис.1.11) представляет собой пусто­телый барабан, закрытый торцовыми крышками и на 40-45 %

Рис!. 11. Шаровая мельница 1, 5 - загрузочная и разгрузочные цапфы; 2, 4 - подшипники; 3 - барабан; 6 - измельчающая среда

объема заполненный измельчающими телами. Загрузочная и раз­грузочная полые цапфы барабана помещены в подшипники, кото­рые опираются на железобетонные опоры. При вращении пода­ваемая в барабан руда вместе с измельчающими телами поднима­ется на некоторую высоту, а затем скатывается или падает вниз, подвергаясь измельчению за счет сил ударов и трения в слоях из­мельчающей среды. Различают каскадный, смешанный и водо­падный режимы движения измельчающей среды. 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). Критическая скорость вращения мельницы в оборотах в минуту

М_Кр = 42,3 /4D, где D - диаметр барабана, м.

Обычно на практике скорость вращения мельницы состав­ляет около 80 % от критической.

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 определенные преимущества: при рудном самоизмельчении можно измельчить руду крупностью 350-0 мм; уменьшается пе- реизмельчение руды, снижается расход стали и в некоторых слу­чаях улучшаются технологические показатели последующего обогащения.

I.4. ОСНОВНЫЕ ПРОЦЕССЫ ОБОГАЩЕНИЯ

Задача основных процессов обогащения - разделить полез­ный минерал и пустую породу. В их основе лежат различия в фи­зических и физико-химических свойствах разделяемых минералов.

1.4.1. ГРАВИТАЦИОННЫЕ МЕТОДЫ ОБОГАЩЕНИЯ

Гравитационными методами обогащения называют такие, в которых разделение минеральных частиц, отличающихся плот­ностью, размером и формой, обусловлено различием в характере и скорости их движения в текучих средах под действием силы тяжести и сил сопротивления. Гравитационные методы занимают ведущее место среди других методов обогащения. Они могут быть собственно гравитационными (разделение в поле силы тя­жести - обычно для относительно крупных частиц) и центробеж­ными (разделение в центробежном поле - для мелких частиц). Если разделение происходит в воздушной среде, то процессы на­зывают пневматическими; в остальных случаях - гидравлически­ми. Наибольшее распространение в обогащении получили собст­венно гравитационные процессы, осуществляемые в воде.

По типу используемых аппаратов гравитационные процес­сы можно разделить на отсадку, обогащение в тяжелых средах и обогащение на наклонной плоскости в потоке воды: концентра­цию на столах, обогащение на шлюзах, в желобах, винтовых се­параторах. Применяют также относительно новые гравитацион-

ные процессы - обогащение в вибрационных концентраторах, противоточных сепараторах, обогатительных циклонах с водной средой и др.

Рис.1.12. Принцип действия отсадки

1 и 2 - соответственно тяжелая и легкая фракции; 3 - исходное питание; 4 - подрешетная вода

Наиболее распростра­ненным методом гравитацион­ного обогащения является от­садка. Отсадкой называется процесс разделения минераль­ных частиц по плотности в водной или воздушной среде, пульсирующей относительно разделяемой смеси в верти­кальном направлении.

Этим методом можно обогащать материалы крупностью от 0,1 до 400 мм. Отсадка применяется при обогащении углей, сланцев, окисленных железных, марганцевых, хромитовых, кас- ситеритовых, вольфрамитовых и других руд, а также золотосо­держащих пород. В процессе отсадки (рис.1.12) материал, поме­щенный на решете отсадочной машины, периодически разрыхляет­ся и уплотняется. При этом зерна обогащаемого материала под влиянием сил, действующих в пульсирующем потоке, перераспре­деляются таким образом, что в нижней части постели сосредотачи­ваются частицы максимальной плотности, а в верхней - мини­мальной (размеры и форма частиц также оказывают влияние на процесс расслоения). Часто на решето укладывают искусственную постель из материала, плотность которого больше плотности лег­кого минерала, но меньше плотности тяжелого. Крупность постели в 5-6 раз больше крупности максимального куска исходной руды. В настоящее время известно около 100 конструкций отсадочных машин. Наиболее распространена гидравлическая отсадка. А среди машин чаще всего применяют беспоршневые.

Обогащение полезных ископаемых в тяжелых средах ос­новано на разделении минеральной смеси по плотности. Процесс происходит в соответствии с законом Архимеда в средах с плот-

Рис. 1.13. Тяжелосредный колесный сепаратор

1 - корпус с ванной; 2 - подача суспензии; 3 - исходный материал; 4 - привод элеваторного
колеса; 5 - гребковое устройство; 6 - элеваторное колесо; 7 - легкий продукт; 8 тяжелый про-
дукт; 9,10 - сброс суспензии

ностью, промежуточной между плотностью удельно-легкого и удельн