Гранулометрический анализ руд, продуктов обогащения и минералов

21.09.2020

Современные методы гранулометрического анализа можно подразделить на три основные группы: ситовый анализ, седиментационный анализ, оптические и телевизионно-оптические методы.

Достоверность характеристики исходного материала по крупности зависит в первую очередь от массы пробы, метода ее отбора и точности метода анализа.

Максимальная масса M (кг) пробы руды для фанулометрического анализа рассчитывается по эмпирической формуле:
Гранулометрический анализ  руд, продуктов обогащения и минералов

где d — размер максимального зерна, мм.

Ситовый анализ предусматривает рассев пробы на ситах с различными размерами ячеек ручным или механическим способами. Различают следующие способы: непрерывный рассев, разовый рассев, ручное перемещение. Непрерывный рассев предусматривает непрерывную загрузку рассеиваемого материала на просеивающую поверхность при одновременной разфузке. Разовый рассев — операция, при которой надрешетный и подрешетный продукты остаются на просеивающих поверхностях до завершения процесса рассева. Ручное перемещение — ориентирование вручную без усилий отдельных частиц руды или их групп относительно отверстий сита таким образом, чтобы они прошли через них или определенно остались на просеивающей поверхности.

Подрешетный продукт — совокупность кусков разных размеров, прошедших через сито с определенным размером отверстий.

Надрешетный продукт — совокупность кусков разных размеров, оставшихся на сите с определенным размером отверстий.

Классы крупности кусков определяются размерами отверстий сит, применяемых для выделения этих кусков.

Выход класса крупности — отношение массы данного класса к массе испытуемой пробы, выраженное в процентах.

Размер максимального куска определяется размером отверстий сита, на котором остается < 5 % (маc).

Для проведения испытания применяют следующую основную аппаратуру и инструменты:

- грохоты механические и ситовые анализаторы (табл. 3.3), обеспечивающие разделение руды смежных классов крупности, сохранность пробы при рассеве и отклонение результатов анализа в пределах ±2 % от результатов, полученных при ручном рассеве или ручном перемещении той же пробы;

- сита с сетками, имеющими квадратные отверстия.

Размеры отверстий сит (ГОСТ 6613—86, табл. 3.4) соответствуют номинальным размерам классов крупности руды, установленным техническими требованиями на данный вид продукции.

При подготовке к испытанию определяют размер максимального куска руды предварительным рассевом или на основании данных предыдущих исследований. Затем производят предварительный рассев пробы на сите с отверстиями 5 мм для получения классов крупности +5 и -5 мм.

Если влажность рассеиваемого материала затрудняет рассев, его высушивают: крупностью -5 мм — до постоянной массы, крупностью +5 мм с содержанием влаги более 5 % — до содержания влаги < 5 %.

Для определения гранулометрического состава руд крупностью +S мм применяют непрерывный или разовый рассев механическим способом на механических грохотах и ситовых анализаторах. Выбор сит в каждом конкретном случае определяется техническими требованиями на определенный вид руды, а также целью испытания.

Просеивание мелкозернистых материалов (крупностью до S мм) осуществляется с помощью механических встряхивателей. Один из таких встряхивателей показан на рис. 3.31. Он состоит из корпуса 1, набора сит 3, приводного механизма, расположенного в масляной ванне 4 и сообщающего набору сит вращательное движение в горизонтальной плоскости. На валик 5 насажен кулачок 6. При вращении валика кулачок поднимает шток 7 ударника 2, который встряхивает набор сит.


При этом первоначально отсеивают класс крупности -0,045 мм мокрым способом, затем высушенный надрешетный продукт рассеивают сухим способом на требуемые классы. Сита в наборе для рассева располагают в нисходящем порядке размеров отверстий, начиная с самого крупного. Руду на рассев подают порциями или непрерывным равномерным потоком, не допуская перегрузки сит. При разовом рассеве руда, загружаемая на сито (или верхнее в наборе сит), должна образовать слой толщиной не более 2-кратного размера максимального куска руды. При непрерывном рассеве верхнее сито следует разгружать таким образом, чтобы руда на нем располагалась не более чем в 1 слой толщиной, равной размеру максимального куска.

Время просеивания зависит от класса крупности и считается достаточным, если дополнительное просеивание в течение 3 мин не изменит результатов рассева более чем на 0,5 %. Время просеивания класса крупности +5 мм при разовом рассеве: для ручного способа — 2 мин, для механического -10 мин, класса крупности -5 мм — соответственно 10 и 30 мин.

Руду различных классов крупности, полученную в результате рассева, помещают в отдельные контейнеры, взвешивают и результаты записывают в таблицу.

Потеря руды в процессе рассева, определяемая как разность между массой пробы, взятой для испытания, и суммарной массой полученных классов крупности, должна быть не более 1 % первоначальной массы пробы. В противном случае испытание считают недействительным. Если потери руды не выходят за пределы допустимых, то их распределяют пропорционально выходу каждого класса крупности.

Для тонкоизмельченных (-0,1 мм) концентратов, а также для руд крупностью -1 мм, имеющих тенденцию к слипанию, применяют способ мокрого просеивания.

Сита для рассева выбирают в зависимости от цели испытания. Масса руды крупностью -0,5 мм, загружаемой одновременно на сито (или верхнее в наборе сит), 500—1000 г; тонкоизмельченных концентратов крупностью -0,1 мм — 100 г.

Мокрое просеивание выполняют механическим способом; допускается и ручной способ. При механическом способе используют ситовой анализатор со специально оборудованной приставкой.

Руду массой 500 г помещают на сито, установленное в камере просеивания, которую герметически закрывают крышкой с гидроциклонными брызгалами и закрепляют в рамке ситового анализатора. Одновременно включают электродвигатель анализатора и подают воду в брызгала. Расход воды 3 л/мин, время просеивания 3 мин. Подрешетный продукт вместе с водой через патрубок поступает в специальную емкость, а надрешетный осторожно переносят в противень (рис. 3.32).

Для получения достоверных результатов ситового анализа необходимо рассеивание проводить на ситах, специально выделенных для этой операции; встряхиватель должен работать стабильно; выбранные условия рассеивания (масса навески, длительность и др.) следует строго выдерживать.

При рассеве ручным способом сито с рудой погружают в воду и мягкими движениями встряхивают до полного прохождения частиц через отверстия. Опрокинув сито, смывают весь надрешетный продукт в сосуд-сборник. После осаждения частиц воду сливают, а надрешетный продукт высушивают при (105±5) *С и взвешивают.

Содержание мелочи определяют по разнице между массой руды, взятой для рассева, и массой руды полученного класса крупности. Выход уn ( %) руды каждого класса крупности:

где n — масса руды данного класса крупности, кг; m — масса испытуемой пробы, кг.

Результаты анализа подсчитывают с погрешностью до 0,01 %.

Результаты ситового анализа характеризуют содержание того или иного класса в продукте, характеристикой крупности материала служат частные и суммарные выходы классов, а также кривые их распределения.

В табл. 3.5 приведен пример записи результатов ситового анализа.

Характеристика руды распределением частиц по размерам обычно недостаточна. Необходимо также определить содержание ценных компонентов в различных классах крупности и распределение ценных компонентов по различным классам крупности.

В табл. 3.6 приведен пример записи результатов определения гранулометрического состава полезного ископаемого с распределением ценного компонента по классам крупности.

Данные графы 5 табл. 3.6 получают путем перемножения результатов, указанных в графах 2 и 3, так как абсолютное распределение определяемого компонента по классам крупности равно уiвi.

Например, абсолютное распределение определяемого компонента в классе +100 мм равно 3,70 * 20,19 = 74,7030.

Далее находят количество компонента в анализируемом материале, которое численно равно сумме:

где n — число классов крупности; а — среднее содержание компонента в исходном полезном ископаемом.

Тогда

Для рассматриваемого примера а = 1430,8204 : 100 = 14,31 %.

Данные графы 6 (относительное распределение) рассчитывают по формуле:

Например, относительное распределение определяемого компонента в классе +100 мм равно е = 74,703 : 14,31 = 5,22 %.

Гранулометрический состав руды и продуктов обогащения можно представить в виде гистограмм (рис. 3.33, рис. 3.34), при построении которых на оси абсцисс откладывают классы крупности, на оси ординат — выход, абсолютное и относительное распределение определяемого компонента.

Суммарная характеристика ситового анализа (кривая 2 рис. 3.33) позволяет определить выход любого класса крупности. Например, необходимо определить выход класса-0,16+0,08 мм. На оси крупности находим размеры 0,16 мм и 0,08 мм и восстанавливаем перпендикуляры до пересечения с кривой суммарного выхода.

Получаем, что выход класса -0,08 мм равен 57,7 %, а выход класса +0,16 мм — 32,5 %. Следовательно, выход класса -0,16+0,08 мм составит (57,7 - 32,5) = 25,2 %.

Экспериментальные данные представляются в виде графических зависимостей с помощью не только линейной, но также полулогарифмической и логарифмической шкал. В этом случае по оси ординат откладывают логарифмы выхода суммарного остатка.

Известен ряд формул для функциональной зависимости между выходом у (%) отдельных классов и их крупностью d (мм).

Годэном, а затем С.Е. Андреевым и Шуманом для суммарной характеристики предложено уравнение:

где R — суммарный остаток на сите с отверстиями D, %; Dmax — размер максимального сита, на котором остаток равен нулю; к — показатель степени, характеризующий степень кривизны характеристики: при k > 1 кривые суммарных остатков выпуклые; при k = 1 — прямые; при k < 1 — вогнутые.

Для оценки крупности дробленых и в особенности измельченных продуктов широко применяют уравнение Розина-Раммлера:

где m, n — постоянные, характерные для данной руды.

Для определения крупности используют кроме вышеназванных характеристик средний диаметр и эквивалентный диаметр.

Формулы для вычисления среднего диаметра dcp частиц узкого класса - d1+d2 имеют вид:

Эквивалентным диаметром dэ называется диаметр шарообразного зерна, объем которого V равен объему зерна неправильной формы, то есть

где т — масса зерна, кг; р — плотность зерна, кг/м3.

Средний диаметр смеси частиц:

где n — число узких классов крупности; у — выход узкого i-того класса крупности, %’, d — диаметр, принимаемый за средний для данного узкого класса, мм.

Оценка распределения материала по классам крупности производится по характерному параметру а, представляющему собой степень дисперсности y = ехр(ad), где у — выход класса средней крупности d, %; а — степень дисперсности класса средней крупности; d — средний размер зерен класса, мм.

Каждый класс крупности зерен материала имеет свою дисперсность. Степень дисперсности всей массы материала определяется как средневзвешенная всех классов:

где y1, y2, ..., yn — выходы классов крупности, %; a1, a2, ..., an — степени дисперсности каждого класса

где d1, d2, ..., dn — средние размеры материала каждого класса, мм.

Степень дисперсности подсчитывается по данным гранулометрического состава материала. Можно подсчитать степень дисперсности любого продукта как по данным ситового, так и по данным седиментационного анализа. Чем выше значение в, тем дисперснее материал, и наоборот. Следует иметь в виду, что значение а будет тем точнее и тем характернее для данного продукта, чем больше получено классов, чем меньше принятый интервал между отдельными классами крупности.

Полученное значение степени дисперсности материала сравнивается со степенями дисперсности условного материала, состоящего лишь из зерен крупностью 150—200 и менее 0,045 мм.

Дисперсность материала крупностью 150—200 мм

материала крупностью < 0,045 мм

Чем меньше полученная степень дисперсности и ближе к значению 0,026, тем крупнее материал, а чем она больше и ближе к значению 204, тем продукт мельче (тоньше).

Однородность материала по крупности можно характеризовать также коэффициентом вариации К, определяемым по данным ситового анализа,

где уi — выход отдельных классов, %; d — средний размер зерен смеси, мм; di — средний арифметический размер частиц узкого класса; n — число выделенных классов крупности.

где di = (dimax - dimin)/2.

Чем меньше коэффициент вариации, тем однороднее материал, так как для однородного материала (зерна одного и того же размера) K=0.

Для ситового анализа частиц в интервале от 0,100 до 0,005 мм применяются стандартные наборы перфорированных сит, выпускаемые фирмами «Реч» и «Фрич». Размер ячеек в ситах этого набора составляет 5, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 45, 50, 60, 70, 80, 90, 100 мкм. Рассеивание производится «мокрым» способом (в приборе фирмы «Реч» — с применением ультразвука).

Проблема ошибок ситового анализа подробно рассмотрена в работах Л.Б. Рухина, В.Н. Шванова, Дж. Гриффитса. Основные причины этих ошибок следующие: а) влияние формы анализируемых частиц, б) неправильно выбранная продолжительность просеивания, в) отклонение среднего размера ячеек от стандартного вследствие износа сит, г) большой разброс в величине ячеек каждого сита, допускаемый при изготовлении сит или появившийся в результате их неравномерного износа.

Седиментационный (седиментометрический) анализ проводится для определения в дисперсных системах размера и относительного содержания частиц различной крупности по скорости их оседания (седиментации). При различных интервалах продолжительности свободного падения или при различных скоростях восходящей струи получают необходимое число классов различной крупности.

Седиментационный анализ определяет гранулометрический состав тонкоизмельченного материала крупностью < 0,045 мм. Для производства седиментационного анализа в практике обогащения полезных ископаемых применяются различные приборы, основанные на отмучивании (седиментации и декантации), классификации и сепарации, весовом определении, гидростатическом взвешивании осадка в процессе его накопления, пипе-точном, ареометрическом и фотоэлектрическом определении. Метод, основанный на седиментации и декантации, является наиболее простым. В градуированный сосуд А (рис. 3.35) помещается навеска материала из расчета < 4 г на 1 л воды. Пульпа интенсивно взбалтывается, отстаивается и через требуемое время сифоном В отстоявшийся слой сливается в сосуд С. После многократного сливания отстоявшегося слоя до полного его осветления в сосуде А останется фракция крупнее заданного размера частиц, а в сосуде С — фракция мельче заданного размера. Каждая слитая часть пульпы высушивается и остаток взвешивается. Заданный размер зерна определяется в зависимости от времени отстаивания и высоты осаждения. Скорость осаждения зерен рассчитывается по формуле Стокса:

где d — диаметр зерен, м; р — плотность зерен, кг/м3; рв — плотность воды, кг/м3; u — вязкость воды, Н*с/м2.

Продолжительность осаждения частиц определяется из выражения:

где t — время осаждения, с, L — высота осаждения, м; vo — скорость свободного осаждения зерен, м/с.

Разновидностью седиментационного анализа является метод Сабанина для определения гранулометрического состава мелкозернистых и тонкозернистых песков. Этим методом с достаточной точностью выделяют зерна диаметром 0,1; 0,1—0,05; 0,05—0,01 мм и меньше. При содержании в песке 10 % фракций диаметром < 0,01 мм методом Сабанина пользоваться не рекомендуется; в этом случае следует применять пипеточный метод.

Метод Сабанина иначе называется методом двойного отмучиваяия, так как порода предварительно отмучивается в чашках, а затем в стакане прибора Сабанина.

Прибор Сабанина, изображенный на рис. 3.36, состоит из штатива 1, на стойку которого привинчивают столик в строго горизонтальном положении; градуированного стакана 2 для отмучивания, на котором снизу вверх нанесены деления через 1 см; равноколенного сифона 4 с двумя зажимами для сливания суспензии; конец сифона, погруженный в градуированный стакан 2, рекомендуется обвязывать металлической тканью (сеткой с отверстиями 0,25 мм), которая позволяет сифону лучше удерживать заключенную в нем жидкость; двух батарейных банок 5 вместимостью 5 л; фарфоровых чашек большого 6 и малого 7 размера; сита 8 с отверстиями 0,1 мм; колбочки P емкостью 300 см3 с обратным холодильником; промывалки 10, мешалки 3, песочных часов 11 на 60 и 30 с.

Пипеточный метод применим главным образом для определения гранулометрического состава глинистых пород (глин, суглинков и т. п.), но он с успехом используется и для анализов пород супесчаных и мелкопесчаных. Этим методом с достаточной точностью определяют содержание в породе зерен диаметром 0,1; 0,1—0,05; 0,05—0,01; 0,01—0,002; 0,002—0,001 мм и < 0,001 мм.

При наличии в породе более крупных частиц этот метод применяется в комбинации с ситовым. Пипеточный метод может применяться в комбинации с методом Сабанина; при этом пипеточным методом определяют содержание только частиц с диаметром < 0,01 мм. При пипеточном методе, так же как и при методе Сабанина, разделение частиц породы на классы крупности основано на различной скорости падения их в воде при отмучивании. Скорость падения частиц породы определяют по формуле Стокса.

В процессе отмучивания породы классы определяют путем взятия пробы пипеткой из приготовленной суспензии с определенной глубины. Для ускорения выполнения этого анализа рекомендуется пользоваться данными таблицы типа табл. 3.7, в которой приведены размеры частиц различной плотности и время их оседания на глубину 30 см.

В систему прибора (рис. 3.37) при помощи емкости 1 и насоса заливается 10 л пульпы, содержащей твердого < 20 г/л. После перемешивания пульпы в течение одной минуты насос останавливается и закрывается кран на трубе, служащей для подачи пульпы из сосуда 2 в сосуд 3, из которого начинается отбор проб пипеткой. Пипетка 4, состоящая из двух резервуаров 6 и 9 и двух трехходовых кранов 5 и 7, погружается в пульпу на 50 мм от уровня слива. Трехходовой кран 5 должен занимать такое положение, при котором в пипетке с помощью верхнего сосуда емкостью 2,5 л создается вакуум. Когда пипетка установлена в рабочем положении, открывается кран 7 и пульпа всасывается в пипетку. После заполнения пипетки выше уровня нижнего крана 7 последний перекрывают так, чтобы через патрубок 8 могли быть удалены излишки пробы. Верхнюю часть 6 до крана 7 промывают водой через кран 5. Пипетку с пробой вынимают из сосуда 3 и содержимое ее выпускают в чистый стаканчик. В него же смывают остатки пробы со стенок пипетки. Пробы высушивают и взвешивают. После просушки материал просматривают под микроскопом и устанавливают в каждой пробе размер наиболее крупных частиц, преобладающих в смеси. Частота отбора проб диктуется интервалом времени, принятым между отбором проб.

Предположим, что отбор производят через 1, 5, 15, 30,60,120 и 240 мин. В этом случае получают 8 классов крупности. Пусть указанным интервалам времени отбора проб соответствуют следующие размеры классов: 150, 150-72, 72-42, 42-30, 30-20, 20-15, 15-10 и < 10 мкм.

От первоначальной массы твердого 0,6 г, содержащегося в объеме пульпы, равном объему пипетки (30 см3), вычитается масса твердого, содержащегося в первой отобранной пробе. Разница в массе представляет собой разницу частиц, ушедших за это время из зоны опробуемой пульпы. Масса второго класса крупности получается вычитанием массы второй пробы из массы первой пробы и т.д.

Масса материала последнего класса определяется вычитанием суммы масс всех классов из первоначальной массы пробы (0,6 г).

Для определения размеров тонких частиц применяются также приборы, принцип действия которых основан на гидравлической классификации материала. Простейшим является стеклянная трубка с регулируемым восходящим потоком воды (рис. 3.38). Необходимый расход воды Q (мл/мин) для выноса восходящим потоком минеральных частиц диаметром < D (мм) определяют по формуле:

где v — скорость свободного падения минеральной частицы диаметром d или скорость восходящего потока воды, см/мин; S — площадь сечения трубки, см2; k — коэффициент (k = 3270 при классификации частиц шарообразной формы и к = 2093 при классификации частиц, по форме промежуточных между шаром и диском); р — плотность минеральной частицы, г/см3.

Отрегулировав краном подачу воды в классификатор, равномерно, небольшими порциями загружают через воронку смоченный материал. Мелкие и легкие частицы, скорость свободного падения которых меньше скорости восходящего потока, будут выноситься в сосуд 2, остальные, преодолев поток воды, попадут в сосуд 4. В дальнейшем классифицируют мелкий или крупный материал. В первом случае скорость восходящего потока перед каждой стадией классификации снижают и получают соответственно более мелкие классы. Такая схема называется классификацией от крупного к мелкому. Классификации от мелкого к крупному подвергают материал из сосуда 4, увеличивая перед каждой стадией классификации скорость восходящего потока. Скорость потока обычно рассчитывают, исходя из классификации лишь кварцевых частиц заданной крупности. В каждом классе частицы тяжелых минералов будут меньшего размера, чем кварц, а частицы легких минералов больше кварца.

На рис. 3.39 приведена схема прибора для дисперсионного анализа, состоящего из сосуда с коническим дном, на верхней цилиндрической части которого имеется кольцевой желоб для слива, а внутри него установлена успокоительная решетка из нержавеющего материала. В центре конуса проходит пустотелый медленно вращающийся вал с перфорированными лопастями. Навеска материала массой 50—100 г интенсивно перемешивается в стакане с водой до полного смачивания всех частиц и прекращения выделения пузырьков воздуха. Затем выключается электродвигатель, выпускное отверстие конуса закрывается пробкой и приготовленная пульпа загружается в него. После этого в пустотелый вал подается предварительно отрегулированная струя воды. В зависимости от количества поступающей воды в конусе создается скорость восходящего потока, соответствующая скорости падения нужных нам зерен. Таким образом, изменяя количество воды, получаем разные скорости восходящего потока и, следовательно, разный размер частиц в сливе конуса.

Скорость восходящего потока подсчитывается по формуле:

а максимальный размер уносимых частиц (см) в слив по формуле:

где v — скорость осаждения, см/с; Q — количество воды, мл; F — площадь сечения восходящей струи на уровне слива, см2; р — плотность материала, г/см3.

Следует иметь в виду, что приведенная формула дает относительно точные результаты в пределах крупности 0—120 мкм. Для более крупных частиц получают приближенный результат.

Во ВНИИцветмете разработан и изготовлен из оргстекла гидравлический классификатор с камерами, расположенными по вертикали (рис. 3.40, а). Аппарат предназначен для классификации 50—100 г материала крупностью - 0,071 мм. Вода в аппарат поступает через патрубок 5 и удаляется вместе с самым тонким классом через патрубок 1. При прохождении через аппарат происходит покамерное снижение скорости промывной воды, что и обеспечивает разделение материала на классы. Аппарат снабжен питателем (рис. 3.40, б), обеспечивающим подачу воды с заданным расходом и постоянным напором. Питатель представляет собой прямоугольный сосуд из оргстекла с четырьмя патрубками. Питающий патрубок 11 питателя подключают к водопроводу. Вода проходит через калиброванное отверстие 12 диаметром 0,8 мм и по патрубку 13 и шлангу попадает в классификатор. Постоянный напор жидкости над насадкой устанавливают в зависимости от плотности минерала, подвергаемого классификации. Для этого достаточно установить перелив воды из питателя через соответствующий патрубок:

Работу на гидравлическом классификаторе выполняют в следующей последовательности:

- подключают питатель воды к водяной магистрали;

- устанавливают перелив в соответствии с плотностью анализируемого материала;

- убедившись в беспрепятственном прохождении воды через калиброванную насадку и поступлении ее в классификатор, подают анализируемый материал. Навеску лучше всего загружать в виде пульпы, вливая ее в аппарат сверху. После загрузки материала классификация продолжается в течение 3—4 ч. По истечении этого времени, не прекращая подачу воды, классификатор разгружают. Для этого последовательно открывают пробки в патрубках 2—4, 6 и сливают содержимое каждой камеры в отдельный приемник.

Аппараты, классифицирующие материал в восходящем потоке, как правило, работают на водопроводной воде, что вызывает коагуляцию минеральных частиц, которая затрудняет выделение мелких классов (< 0,01 мм). В результате содержание последних обычно существенно занижается. Кроме того, точность классификации в водопроводной воде снижается вследствие перемешивающего действия выделяющихся из воды пузырьков воздуха. Организовать работу классификаторов на дистиллированной воде затруднительно из-за требуемого большого объема такой воды.

В лабораторных условиях для гидравлической классификации используют также аппарат для дисперсионного анализа порошков («Адап»).

При седиментационном анализе на приборе «Адап» (рис. 3.41) пробы массой SO г замачивают в течение 2 ч, после чего их перемешивают механическим способом в течение S мин. Пробы магнитных продуктов перед замачиванием подвергают окислительному обжигу в муфеле при 600 *С в течение 45 мин. Охлаждение продуктов обжига — воздушное, пробу не вынимают из выключенного муфеля до полного остывания. Аппарат «Адап» предназначен для разделения навесок крупностью -0,045 мм на 5 классов крупности. Предел крупности зерен устанавливается расходом воды, проходящей через аппарат.

При исследовании камеры шламового анализатора заполняют водой и по шкале расходомера устанавливают необходимый расход воды для выделения требуемых классов крупности. Правильность определения расхода воды по шкале прибора проверяют с помощью мерного цилиндра и секундомера. Расход воды для получения в камерах аппарата зерен заданной крупности определяют по номограмме. Пробу загружают в приемник анализатора непосредственно из стаканчика, помешивая и выливая пульпу небольшими порциями через воронку с калиброванным отверстием. В период загрузки навески в шламовый анализатор объем подаваемой воды необходимо уменьшить на 30—35 %. Анализируемую навеску следует загружать в аппарат равномерно в течение 30—40 мин и следить, чтобы частицы не переходили во II камеру. Если уровень материала в камере быстро поднимается и попадание зерен во II камеру во время загрузки неизбежно, то нужно продлить время загрузки материала до 1 ч или более. Загрузив в аппарат всю навеску, устанавливают требуемый расход воды: процесс разделения зерен по классам крупности происходит автоматически. В начале процесса разделения контроль за работой аппарата состоит в периодическом наблюдении за правильностью расходов поступающей воды и предупреждении флокуляции разделяемых зерен. При образовании слипшихся зерен разделение материала прекращается, на что указывает появление резкой границы между расположенной внизу пульпой и осветленной водой. Флокуляцию предупреждают добавлением в приемник анализатора жидкого стекла. Для анализа лучше использовать воду комнатной температуры (20—22 °С), так как холодная вода за время прохождения успевает нагреваться и выделять пузырьки воздуха, на которые осаждается руда.

Завершение процесса разделения материала устанавливают по полному осветлению жидкости над взвешенным столбиком осадка последней камеры. После окончания анализа прекращают подачу воды в аппарат и разгружают материал через отверстия в дне камер. Массу материала, содержащегося в сливе последней камеры, определяют по разности между массой исходной навески и суммарной массой собранных классов. Собранный материал отстаивают, сушат и взвешивают.

Допустимая погрешность определения выхода классов седиментационного анализа немагнитных продуктов обогащения составляет 0,2 %.

На номограмме (рис. 3.42) представлены кривые зависимости расхода воды Q от крупности d (по «плюсу») выделяемых в камерах аппарата зерен материала. Каждая кривая соответствует материалу определенной истинной плотности р. Если истинная плотность разделяемых зерен материала не соответствует приведенным значениям, то расход воды можно найти интерполяцией.

В случае отсутствия оборудования седиментационный анализ выполняют с помощью процесса отмучивания в стеклянном сосуде высотой 200—250 мм и диаметром 100—150 мм. При отсутствии специального сосуда для этой цели можно использовать мерные цилиндры объемом 1 и 2 л. С наружной стороны сосуда наклеивают полоску миллиметровой бумаги. Затем наливают небольшое количество воды, засыпают пробу материала массой 50— 100 г и перемешивают. После оседания материала на полоске бумаги отмечают две черты: одна нижняя на расстоянии 5 мм выше уровня осевшего материала и вторая верхняя на расстоянии h от нижней черты. Доливают воду до верхней отметки, и опускают в сосуд закрепленный в штативе сифон, конец которого находится на уровне нижней черты. Материал тщательно перемешивают специальной мешалкой и дают пульпе отстояться определенное время t, фиксируя его секундомером. По окончании времени t неосевший материал с помощью сифона сливают в специальный приемник. Эту операцию повторяют до тех пор, пока слив не станет чистым.

Время t рассчитывают по формуле для каждого выделяемого класса крупности: t = h/vo.

Выделение классов начинают с самого мелкого. Для предотвращения коагуляции тонких частиц используют реагенты — пептизаторы, наиболее распространенным является жидкое стекло.

Преимуществом вышеперечисленных методов является возможность выделения отдельных фракций крупности исследуемых материалов, то есть каждый класс можно высушить, определить его массу и рассчитать его выход, а также проанализировать вещественный состав.

Существуют еще ряд методов седиментационного анализа. Главнейшие из них: оптический метод с применением в новейших конструкциях фотоэлемента (прибор Вагнера, прибор Шкодина-Думанского и др.); метод измерения гидростатического давления столба суспензии (прибор Вагнера, Ребиндера и др.); метод измерения плотности суспензии (поплавковые приборы); весовой метод по регистрации накопления осадка.

Все эти методы дают достаточно правильные и надежные результаты, но при их использовании невозможно получить значительное количество фактического материала каждого класса. Выход классов по массе рассчитывают графо-аналитическим путем.

Фотоэлектрический метод седиментационного анализа позволяет быстро определить гарнулометрическую характеристику материала без выделения фракций. Прибор (рис. 3.43) состоит из цилиндрического сосуда 1 для анализируемой суспензии, источника света 2, фотоэлемента 3. Свет, проходящий через суспензию, попадает на фотоэлемент, фототок которого измеряется гальванометром, а запись показаний измерения светового потока может производиться потенциометром. Определение происходит следующим образом: навеску материала перемешивают в стакане с водой, выливают в сосуд, добавляют воду до определенной высоты столба суспензии H и перемешивают, после чего засекают время и начинают отсчет показаний гальванометра. Время осаждения зерен определенной крупности определяют по формуле t = H/vo.

Выход (%) каждого класса крупности рассчитывают следующим образом:

где di — средний размер зерна в данном классе, мкм; Idi и Idi+nd — показания гальванометра при прохождении частиц (соответственно минимального и максимального размера данного класса) через луч света.

Седиментационный анализ на весах Фигуровского (рис. 3.44) основан на принципе гидростатических микровесов. В качестве весов используется стеклянная (кварцевая) нить (см. рис. 3.44, а), либо пружина (см. рис. 3.44, б), либо торсионные весы (см. рис. 3.44, в). Для нужной точности измерения отклонений весов используют шкалу катетометра и микроскоп, отмечающий черту деления на шкале. К концу пружины или стеклянной нити подвешивают чашечку с загнутыми кверху краями, которую помещают в цилиндр с испытуемой суспензией. Оседающие на чашечку частицы вызывают деформацию коромысла (или пружины) весов, отмечаемую с помощью отсчетного микроскопа, снабженного шкалой длиной б мм с ценой деления 0,1 мм. Высокая чувствительность стеклянного коромысла весов позволяет взвешивать с точностью до десятых долей миллиграмма, что обеспечивает возможность седиментационного анализа суспензий в малых объемах с небольшим содержанием дисперсной фазы.

После взбалтывания суспензии цилиндр ставят в гнездо, опускают в него чашечку, подвешенную к коромыслу весов, и одновременно включают секундомер. Первый отсчет положения конца коромысла производят не позднее 10 с после того, как прекратятся колебания весов при установке чашечки; дальнейшие — через промежутки времени, соответствующие перемещению конца коромысла весов. Сначала смещение конца коромысла достаточно велико вследствие выпадения грубых фракций, затем становится все меньше и меньше. При высокой дисперсности суспензии промежутки между отдельными отсчетами могут составлять несколько часов.

На рис. 3.45 представлена седиментационная кривая. На оси абсцисс отложено время t, измеренное по секундомеру, а на оси ординат — положение Al края коромысла весов, то есть деформация. Эта кривая характеризует накопление осадка. На основании экспериментальной кривой седиментации легко найти функцию распределения частиц по крупности. Сначала строят касательные к седиментационной кривой. Радиус г (мм) частичек

где К — коэффициент пропорциональности, характеризующий условия осаждения в данном приборе и определяемый экспериментальным путем при полном осаждении исследуемого материала; Al — поправка на увеличение высоты l (мм) оседания, зарегистрированной по микроскопу к моменту времени t (с).

С помощью рис. 3.4S можно графически рассчитать выход у (%) частиц различных размеров, а затем по аналогии с методом ситового анализа построить частные и кумулятивные характеристики гранулометрического состава.

Основными недостатками седиментационных весов любой конструкции являются их сравнительно низкая производительность и недостаточная воспроизводимость получаемых результатов. Поэтому в последние годы более широко распространены седиментометры, в которых гидравлическая крупность частиц измеряется косвенным путем — чаще всего по изменению концентрации суспензии в седиментационной трубке (измерения проводятся с помощью высокочувствительных датчиков гидростатического давления). Одним из наиболее известных приборов такого типа является седиментометр Вудзхоулского океанографического института в США, впоследствии усовершенствованный Шлее (Schlee). Принцип действия прибора основан на том, что установившееся в рабочем цилиндре и мерной трубке гидростатическое равновесие нарушается при вводе в цилиндр пробы, что сразу регистрируется самописцем. По мере осаждения обломочных частиц на дно цилиндра гидростатическое давление в нем восстанавливается. Как только анализ заканчивается, осадок спускается через кран в нижней части цилиндра. Прибор позволяет определять гидравлическую крупность обломочных частиц в интервале от 4,0 до 0,062 мм. Масса сухой исходной пробы 2—10 г (количество материала берется на глаз). Продолжительность одного анализа S мин.

Одной из наиболее интересных разработок последних лет является гранулометр TA-II, серийно выпускаемый фирмой «Культроникс Франс» (Франция). Прибор представляет собой полностью автоматизированный кондуктометрический счетчик Культера, обеспечивающий подсчет частиц в интервале от 0,0004 до 0,8 мм. Продолжительность одного анализа 20—30 с. Подсчитанное за это время количество частиц достигает десятков тысяч. Форма, плотность, цвет и оптическая плотность частиц на результаты измерений не влияют. Воспроизводимость результатов анализа не ниже 98 %. Прибор фиксирует время анализа, общее количество подсчитанных частиц, их относительные концентрации в суспензии. Результаты измерений могут быть представлены как в числовом, так и в графическом выражении. Распределение частиц может быть выражено как в объемных долях, так и непосредственно по количеству частиц каждого класса крупности в виде дифференциальных и интегральных кривых распределения. Измерения производятся по 16 каналам, диаметр которых образует геометрическую прогрессию с шагом 10V10 = 1,25, что соответствует отношению размеров отверстий соседних сит в стандартном ситовом наборе, отвечающем требованиям стандартов ГОСТ 6613—86. Это позволяет на единой методической основе одновременно определять размеры частиц в широком диапазоне и обеспечивает сопоставимость результатов гранулометрического анализа, полученных на TA-II, с результатами ситового анализа.

Воздушная классификация благодаря малому сопротивлению воздуха происходит быстрее гидравлической. Классификацию проводят в аппаратах различных типов. В Канаде для классификации золотосодержащих руд и продуктов их обработки успешно используют многоконусный воздушный классификатор — инфрасайзер. Классификатор состоит из семи последовательно соединенных конусов различных размеров (рис. 3.46). Диаметр основания наименьшего конуса равен 63,5 мм, а наибольшего — 508 мм. Нижний конец каждого конуса снабжен шариковым клапаном. Конуса подвешены на раме, которая при работе классификатора встряхивается через каждые 5 с. Сухой материал крупностью -0,074 мм помешают в первый (наименьший) конус и через всю систему продувают воздух. В результате классификации получают восемь продуктов — по одному в каждом конусе и один, самый мелкий (-0,01 мм), в пылеулавливающем мешке. Для классификации 100 г материала требуется 1 ч 20 мин, а для классификации 0,4— 3 кг — 3,5—6 ч.

Из оптических методов гранулометрического анализа следует отметить микроскопический и метод измерения размеров зерен в шлифах. Микроскопический метод является единственным, который позволяет непосредственно измерить размеры частиц и определить их форму. Метод применяют главным образом для контроля результатов отмучивания или гидравлической классификации. Материал разбавляют дистиллированной водой в стакане. Для пептизации добавляют 1—2 капли аммиака. Суспензия должна быть слабо мутной. Суспензию перемешивают, берут из стакана пипеткой несколько капель, переносят на стекло размером 50x70 мм и распределяют стеклянной палочкой по поверхности стекла. Затем воду испаряют в сушильном шкафу. При просмотре под микроскопом частицы должны быть расположены в один слой. Если в препарате окажутся агрегаты частиц, то его готовят заново из более разбавленной суспензии. Для изучения препарата используют любой микроскоп, обеспечивающий увеличение в 1000 раз и снабженный микрометрической шкалой. Из материала крупностью 0,01 мм и меньше приготовляют препарат в иммерсионной жидкости и с покровным стеклом. Такие препараты просматривают под микроскопом с иммерсионным объективом. Материал мельче 1 мкм делят на классы центрифугированием. В центрифуге с частотой вращения 4800 мин-1 удается выделить материал крупностью -0,1 мкм. Продолжительность центрифугирования в этом случае составляет 3 ч. Размер и форму частиц мельче 1 мкм можно определить под электронным микроскопом.

Техника гранулометрического анализа в шлифах подробно изложена Крамбейном. Необходимо, однако, учитывать, что в плоскость шлифа попадают, как правило, случайные сечения обломочных зерен. Диаметры этих сечений в общем случае меньше максимальных поперечников соответствующих обломочных зерен. Поэтому при определении гранулометрического состава породы по шлифам содержание мелких фракций всегда бывает завышено. Для устранения этого эффекта необходимо вводить поправочные коэффициенты.

В последние годы широко развиваются телевизионно-оптические методы. Применение в области гранулометрического анализа современных телевизионно-оптических систем, непосредственно связанных с ЭВМ, позволяет преобразовывать изображения частиц на фотографии, в шлифе, в рыхлом препарате в дискретную числовую форму и применять для анализа размера и формы обломочных компонентов математический аппарат практически любой сложности.

Для полуавтоматизированного гранулометрического анализа обломочных пород в шлифах используют серийно выпускаемые оптико-механическим объединением (OMO) установки МИУ-5 и МИУ-3, установку ASM фирмы «Лейтц» (Германия) и др.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2020
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна