Исследование обогатимости руды в крупнокусковом виде

22.09.2020

Важной задачей минералогов и обогатителей является выделение в общем рудном контуре участков пустой породы с тем, чтобы уменьшить количество руды, которое будет поступать на дробление и обогащение. Эта задача становится особенно актуальной при современной тенденции переходить на отработку месторождений карьерным способом. При открытом способе отработки неминуемо в контур рудных тел включаются мелкие (мощностью до 2 или 4 м) прослои пустых пород, которые разубоживают руды и вследствие этого понижают извлечение полезных компонентов.

Отделение рудных образцов от пустых пород основано на одной из следующих особенностей сырья:

а) на резкой разнице в окраске. Так, например, пегматитовые руды, залегающие в амфиболах, резко различаются по цвету, что позволяет на специальных сепараторах типа «Sortex» отделять куски черных пустых пород от белых рудных пегматитов и тем самым избавляться от пропластков и ксенолитов безрудных вмещающих пород;

б) на природной радиоактивности руд. Этот метод широко используется при отработке месторождений радиоактивных элементов, но он с успехом применяется и для редкометалльных месторождений, у которых наблюдается прямая корреляционная связь между редкими и радиоактивными элементами, обусловленная вхождением их в состав одних и тех же рудных минералов (месторождения лопарита, гатчеттолита, эвксенита и т.п.);

в) на искусственной радиоактивности руды, вызванной облучением определенными изотопами или другими излучателями. Существует несколько различных способов вызвать искусственную радиоактивность у определенных типов руд. Так, минералы бериллия под воздействием жестких у-лучей от изотопа 127Sb становятся источником нейтронного излучения, что позволяет обогащать их фотонейтронным методом. Минералы бора, редких земель, лития сами жадно поглощают нейтроны, и куски руды, содержащие эти минералы, могут быть механически отобраны при облучении их нейтронами;

г) на явлениях люминесценции, которая обнаруживается у ряда минералов при облучении их ультрафиолетовыми или рентгеновскими лучами. Этот метод особенно успешно используется для обогащения шеелитовых руд, многие годы он применялся для обнаружения и извлечения алмазов из песков россыпей;

д) на электрических свойствах минералов, в частности их электропроводности. Этим методом можно избирательно механически отделять сплошное сульфидные руды и куски пород с густой сульфидной вкрапленностью от пустых пород или с редкой вкрапленностью.

При современном, очень высоком уровне потребления полезных ископаемых появилась необходимость в использовании сложных по составу, труднообогатимых, бедных по содержанию ценных компонентов и даже забалансовых руд. В решении возникающих при этом технологических задач большую помощь оказывает применение радиометрических методов обогащения.

Радиометрическая сепарация — процесс крупнокускового разделения руд по содержанию ценных компонентов, основанный на избирательном воздействии различных видов радиационного излучения на свойства минералов и химических элементов.

Известно свыше двадцати методов радиометрического обогащения; наиболее перспективные из них — рентгенорадиометрический, рентгенолюминесцентный, радиорезонансный, фотометрический, авторадиометрический и нейтронно-абсорбционный (табл. 4.4).

По технике осуществления процессы радиометрического обогащения делятся на радиометрическую крупнопорционную сортировку и радиометрическую сепарацию.

Крупнопорционная сортировка основана на измерении интенсивности излучения, которое возникает при облучении руды. При этом руда находится в транспортных устройствах — вагонетках, автомашинах, скипах и т.п.

Радиометрическую сепарацию осуществляют на специальных аппаратах — радиометрических сепараторах, приспособленных для кускового материала преимущественно крупностью от 150 до 25 мм, в отдельных случаях до нескольких миллиметров.

Поскольку радиометрические методы позволяют успешно обрабатывать кусковой материал, применение их особенно эффективно для предварительного обогащения, то есть для удаления разубоживающей пустой породы из добытой руды еще до поступления ее на дробление и измельчение. Особенно большое значение предварительное обогащение приобрело в связи с механизацией горных работ и применением высокопроизводительных систем разработок, вызывающих большое разубоживание руды. Нередко доля пустой породы в добытой руде составляет 50—70 %, а иногда и выше. Радиометрические методы особенно подходят для предварительного обогащения еще и потому, что в них расходуется мало энергии, не требуется реагентов и не образуются загрязненные стоки. Весьма полезными могут оказаться радиометрические методы, отличающиеся, как правило, высокой селективностью, при обработке труднообогатимых и комплексных руд. Они позволяют разделить руду на разновидности, эффективно обогащаемые в дальнейшем по различным схемам. Радиометрические методы нашли также применение в основных и доводочных операциях обогащения. В настоящее время доказана возможность использования радиометрического обогащения практически для всех полезных ископаемых, но с различной, в зависимости от их свойств, эффективностью. Поэтому при оценке обогатимости руд совершенно ясна необходимость изучения свойств, от которых зависит эффективность применения к ним радиометрических методов.

Оценка радиометрической обогатимости включает два этапа: изучение свойств руд и экспериментальное определение технологических показателей обогащения. На I этапе изучают следующие основные свойства: содержание ценных и вредных компонентов, гранулометрический состав, одно-и многокомпонентную контрастность руд. На этом этапе устанавливают принципиальное применение крупнокускового обогащения, определяют предельные показатели сепарации (на стадии изучения контрастности), выбирают методы и признаки разделения, оценивают их эффективность, определяют теоретические показатели сепарации, разрабатывают принципиальную схему радиометрического обогащения с учетом особенностей технологии последующей переработки. На II этапе определяют режимы и практические результаты сепарации, проводят укрупненно-лабораторные испытания схемы радиометрического обогащения, выбирают рациональный вариант схемы на основе технико-экономического сравнения комбинированной технологии (с радиометрической сепарацией в начале процесса) с базовой (традиционной) технологией.

Содержание основных ценных компонентов в значительной степени определяет промышленную ценность полезного ископаемого: если их содержание ниже некоторого предела, ископаемое переводят в категорию непромышленных. Величина этого предела, в первую очередь, определяется экономикой, которая, кроме всего прочего, зависит от затрат на обогащение полезного ископаемого.

Усовершенствование технологии обогащения, увеличение производительности обогатительного оборудования, появление и развитие новых обогатительных процессов позволяют использовать минеральное сырье со все более низким содержанием ценных компонентов, что наблюдается в последнее время для всех полезных ископаемых. Именно для руд с низким содержанием ценных компонентов особенно эффективно предварительное обогащение с помощью радиометрических методов. Радиометрические процессы, как более дешевые, позволяют снижать существующие кондиции на содержание ценных компонентов, вовлекать в промышленное использование руды некондиционные, разубоженные и забалансовые, то есть не учтенные в запасах месторождения.

При решении вопроса о целесообразности радиометрического обогащения руд с забалансовым содержанием ценных компонентов следует различать два случая. Первый — благоприятный, когда такие руды располагаются внутри контура промышленных руд и поэтому добываются попутно с выемкой последних; при этом используются руды даже при сравнительно низком содержании в них ценных компонентов. Во втором случае, когда забалансовые руды находятся за промышленным контуром, добыча их требует проведения специальных горных работ. Дополнительные затраты на эти работы могут привести к неблагоприятным экономическим показателям даже при условии успешного обогащения руды. В таком случае использование забалансовых руд требует глубокого экономического анализа.

В ряде случаев применение радиометрического обогащения позволяет снизить бортовое содержание полезного компонента и за счет этого полнее использовать недра и улучшить экономику эксплуатации месторождения.

При радиометрическом обогащении полезных ископаемых, содержащих попутные ценные компоненты и вредные примеси, следует различать два типичных случая.

В первом случае сопутствующие ценные компоненты входят вместе с основными в состав одних и тех же минералов или горных пород. Такая ассоциация типична для многих полезных ископаемых.

При радиометрическом обогащении этих руд все ценные компоненты извлекаются в концентрат, а хвосты выбрасывают в отвал.

Во втором случае основной и сопутствующий ценные компоненты находятся в различных минералах. При радиометрическом обогащении таких руд может и не получиться отвальных хвостов, если все продукты содержат ценные компоненты (основные или сопутствующие). Однако несмотря на то, что при этом не сокращается объем перерабатываемого сырья, предварительное разделение ценных компонентов по различным продуктам удешевляет последующую обработку руды и повышает степень извлечения полезных компонентов.

Методы определения содержания изучаемых компонентов выбираются отдельно в каждом конкретном случае. При этом желательно отдавать предпочтение ядерно-физическим методам анализа, как более экспрессным.

При изучении полезного ископаемого, в котором присутствуют вредные примеси, затрудняющие последующее обогащение или переработку концентратов, необходимо во всех случаях определять их содержание и выявлять их взаимосвязь с ценными компонентами.

Гранулометрический состав полезных ископаемых имеет очень большое значение для радиометрической сепарации, особенно при покусковом режиме. Для большинства обогатительных процессов гранулометрический состав добываемого сырья влияет преимущественно на технологию его предварительной подготовки (дробление, измельчение). Однако при радиометрической сепарации, которая обычно не требует среднего и мелкого дробления и измельчения, гранулометрический состав отражается непосредственно на технологических показателях обогащения. В некоторых случаях гранулометрический состав является свойством, определяющим возможность обогащения руды с помощью радиометрической сепарации. Значение этого свойства велико по двум причинам.

Во-первых, процессы радиометрической сепарации в основном не приспособлены для обработки мелких классов, так как мелкие классы затруднительно обрабатывать в условиях наиболее эффективного покускового режима; нижний предел крупности частиц полезных ископаемых лишь в некоторых случаях измеряется единицами миллиметров.

Во-вторых, производительность радиометрических сепараторов резко снижается при уменьшении крупности обрабатываемого сырья. Эти особенности характерны практически для всех процессов радиометрической сепарации. Кроме того, для некоторых из них возникают дополнительные трудности, поскольку при обработке мелких кусков величина разделительного признака окажется недостаточной для ее регистрации. Поэтому чем крупнее куски полезного ископаемого, тем выше, при прочих равных условиях, эффект от радиометрической сепарации.

На эффективность радиометрической сепарации влияет также распределение полезного компонента по классам руды. Особенно большое значение имеет содержание ценного компонента в мелких классах, так как часто мелкие классы без предварительного обогащения присоединяют к концентрату и перерабатывают вместе с ним. Поэтому содержание ценного компонента в этих классах непосредственно влияет на технологические показатели обогащения и его необходимо определять в каждом случае.

Наконец, для расчета производительности сепараторов и их регулировки требуется знать среднюю массу кусков в отдельных классах.

Определение гранулометрического состава полезного ископаемого до начала разработки месторождения является довольно сложным вопросом. На кусковатость добытого полезного ископаемого влияют не только его природные свойства, но и горнотехнические условия эксплуатации месторождения: система разработки, применяемые взрывчатые вещества, способы отбойки и транспортировки полезного ископаемого. Поэтому получить для ситового анализа представительную пробу не всегда удается. Большие трудности возникают при изучении крупности полезного ископаемого, если месторождение разведывают буровыми скважинами.

Гранулометрический состав полезного ископаемого определяют ситовым анализом проб, если на разведываемом месторождении появляются горные выработки. При этом используют пробы, отобранные для испытания обогатимости другими методами, хотя к этим пробам предъявляют дополнительные требования:

- -они должны быть не только представительными по содержанию полезного компонента и минералого-петрографическому составу, но также возможно полнее отражать и гранулометрический состав полезного ископаемого, добываемого из недр;

- масса пробы должна быть > 2—3 т.

Пробу разделяют грохочением на пять классов крупности, мм: +150; 150-75; 75-50; 50-25 и -25.

На радиометрических сепараторах чаще всего обрабатывают материал крупностью от 150 до 25 мм. Поэтому выделенный из пробы класс +150 мм дополнительно дробят до -150 мм, вновь пропускают через грохоты и присоединяют к соответствующим классам. Каждый класс взвешивают и рассчитывают его выход по отношению к массе всей обрабатываемой пробы.

Если выход класса +25 мм составляет > 30 %, можно рассчитывать на получение приемлемых результатов обогащения радиометрическими методами и целесообразно продолжать исследование.

Эффективность сепарации полезного ископаемого при любом обогатительном процессе в значительной степени зависит от того, насколько резко различаются по содержанию ценного компонента отдельные куски или частицы обрабатываемого сырья. Самый совершенный обогатительный процесс не обеспечивает выделение из руды богатого концентрата или бедных хвостов, если обрабатывается руда, куски или частицы которой мало различаются между собой по содержанию ценного компонента. Поэтому степень различия кусков по содержанию в них ценного компонента (контрастность) является одним из важнейших свойств руды, влияющих на обогатимость.

Контрастность полезного ископаемого зависит не только от его мине-ралого-петрографических и структурно-текстурных особенностей, но и от морфологии и мощности рудных тел, характера их контактов с вмещающими породами, а также от принятой системы горных работ. Это влияет на степень разубоживания руды, и, следовательно, на степень неоднородности кусков по содержанию в них полезных компонентов, то есть на контрастность добытого сырья.

Зависимость контрастности руды от различных причин, большая часть которых не поддается количественной оценке, приводит к тому, что контрастность нельзя определить, изучая лишь отдельные, хотя бы и весьма существенные факторы, как, например, размеры вкрапленности полезных минералов. При оценке обогатимости контрастность руды, как очень важную характеристику, необходимо изучать специально и характеризовать ее количественно.

Количественной характеристикой контрастности однокомпонентной руды или отдельного класса является средневзвешенное относительное отклонение содержаний ценного компонента в кусках от среднего его содержания в руде или классе. Эта величина называется показателем контрастности, обозначается символом M и определяется по формуле:
Исследование обогатимости руды в крупнокусковом виде

где а — среднее содержание ценного компонента в полезном ископаемом, %, уi — содержание ценного компонента в отдельных кусках, %; у — доля массы каждого куска в общей массе пробы, доли единицы; n — число кусков в пробе.

Для руд, содержащих несколько ценных компонентов, используется показатель многокомпонентной контрастности, представляющей собой средневзвешенное отклонение относительного многокомпонентного содержания в кусках руды от единицы:

где Ci0 = (ECki0)/m — относительное многокомпонентное содержание в i-м куске, доли ед. Cki0 = Ckl/ak — относительное содержание k-го компонента в i-м куске; Ckl — содержание k-го компонента в i-м куске руды; m — число компонентов; ak — содержание k-го компонента в руде; l — многокомпонентное содержание в руде; уi — доля массы i-го куска в общей массе пробы, доли единицы

Величина показателя контрастности M изменяется в пределах от 0 до 2,0 и Mm — от 0 до 1,0.

Используемая классификация руд в зависимости от величины показателя контрастности показана в табл. 4.5.

Для изучения контрастности руды и распределения ценных компонентов по классам крупности используют пробы, отобранные от продуктов ситового анализа. Классы 150—75 мм, 75—50 мм и 50—25 мм рекомендуется опробовать следующим образом. Каждый класс сокращают до нескольких сот кусков, а затем отбирают в пробу любой по счету кусок с так, чтобы проба содержала 100 кусков. Так как при дальнейших исследованиях потребуется большое число анализов, то во избежание излишней работы целесообразно проводить исследования по стадиям, начиная с класса 75— 50 мм. Каждый кусок этого класса, отобранный в пробу, взвешивают и определяют его объем погружением в цилиндр с водой, отдельно дробят и отбирают аналитические пробы для определения содержания в нем всех интересующих исследователя компонентов. Если величина показателя контрастности M этого класса составляет 0,5—0,6, следует определять контрастность и двух других классов. Наоборот, если контрастность изученного класса недостаточна, пробы других классов дробят не по отдельным кускам, а целиком и в них определяют содержание ценных компонентов, что требуется для характеристики распределения их по классам. От класса -25 мм во всех случаях отбирают одну общую пробу для анализа на те же компоненты.

Результаты анализов кусков на все определявшиеся компоненты вносят в реестр, в котором также указывают номер куска, его массу, объем и плотность (табл. 4.6). Далее результаты исследования оформляются по форме табл. 4.7.

Выполним расчет показателя контрастности по данным, приведенным в табл. 4.7.


Среднее содержание ценного компонента находится по формуле

то есть для рассматриваемого примера а = 70,0/100 = 0,70 %. Показатель контрастности M = 74,2/(100 0,70) = 1,06.

Согласно классификации (см.табл. 4.5) исследованная однокомпонентная руда должна быть отнесена к категории контрастных.

Для упрощения расчета показателя контрастности, имеющиеся данные для не менее чем 100 кусков группируют по содержанию ценного компонента на 8—12 фракций, каждая из которых характеризуется предельными содержаниями компонента. Фракции располагают в восходящем порядке по содержанию ценного компонента в табл. 4.8 (графы 1—3), в которую вносят также выходы фракций уф (графа 5), среднее содержание в них компонента вф (графа 4), количество компонента уф*вф (графа 6) и извлечение компонента в каждую фракцию еф (графа 7). Для расчетов уф, вф и еф используются формулы:

где mi — масса куска, кг; k — число кусков, составляющих данную фракцию; и — число кусков, составляющих частную технологическую пробу; l — число фракций.

В следующие две графы табл. 4.8 вносят данные для расчета показателя контрастности: абсолютную величину разности между средним содержанием компонента в данной фракции и средним содержанием его во всей пробе (или конкретном классе крупности) (графа 8) и произведение этой разности на выход данной фракции (графа 9).

Согласно данным, приведенным в табл. 4.8, M = 81,6307/72,90275 = 1,12. Следовательно, исследуемая руда относится к типу контрастных руд.

По таблице «Фракционный состав руды по содержанию ценного компонента в кусках» определяют контрастность при большом количестве кусков в пробе, количество и качество хвостов, которые получают при сепарации данного класса руды по различным граничным содержаниям ценного компонента.

Под граничным подразумевают содержание, ниже которого все куски поступают в хвосты, а выше — в концентрат. Результаты этих расчетов даны в графах 10—17 табл. 4.8.

В верхнюю строку граф 10—17 табл. 4.8 вносят показатели, получаемые при сепарации руды по граничному содержанию 0,05 %, то есть для случая, когда в хвосты отходит только одна первая фракция, а остальные одиннадцать фракций извлекаются в концентрат. При этом выход хвостов равен выходу первой фракции, то есть:

а выход концентрата равен (100 - ухв) = 100 - 23,65 = 76,35 %.

Содержание ценного компонента в хвостах, как и содержание его в первой фракции, равно 0,025 %; содержание этого компонента в концентрате рассчитывают как средневзвешенное из содержаний ценного компонента в остальных одиннадцати фракциях, то есть:

В рассматриваемом примере вк-т составляет 0,947 %.

Извлечение компонента в хвосты равно извлечению его в первую фракцию (0,81 %), а в концентрат — соответственно 100—0,81—99,19 %.

Вторая строка граф 10—17 табл. 4.8 характеризует случай, когда в хвосты отбрасывают первую и вторую фракции, а остальные десять (3—12) извлекают в концентрат, то есть разделение вдет по граничному содержанию 0,10 Ж. На этот раз выход хвостов определяют как сумму выходов первой и второй фракций:

содержание ценного компонента в хвостах — как средневзвешенное из содержаний его в этих двух фракциях:

извлечение — как сумму извлечений в первую и вторую фракции:

Показатели для концентрата определяются так же, как и в первом случае, то есть:

содержание ценного компонента определяется как средневзвешенное из содержаний его в десяти фракциях, не попавших в хвосты.

В третьей строке дают показатели, которые получены при разделении данного класса руды по граничному содержанию 0,20 % (в хвосты отбрасывают три первые фракции), в четвертой строке — по граничному содержанию 0,30 % и т.д. Расчет показателей остается таким же.

Технологические показатели, приведенные в табл. 4.8, используют для построения «кривых контрастности» (рис. 4.21): Л — кривая зависимости выхода хвостов от граничного содержания полезного компонента (строят по данным граф 10 и 3); 0 — кривая зависимости выхода хвостов от содержания в них полезного компонента (строят по данным граф 10 и 12); в — кривая зависимости содержания полезного компонента в концентрате от выхода хвостов (строят по данным граф 16 и 10). При построении кривых Л, 0 и в выход хвостов используют в долях единицы.

На рис. 4.21 также через точку на оси абсцисс, соответствующую среднему содержанию компонента в пробе, проводят прямую линию, параллельную оси ординат, — это так называемая линия среднего содержания аа1.

По кривым контрастности, зная только один из четырех технологических показателей (ухв, 0, вк-т, ук-т), можно быстро определить теоретически возможные максимальные технологические показатели обогащения для изучаемого класса руды.

Например, при сепарации руды необходимо получить выход хвостов 70 %. Для определения граничного содержания ценного компонента и его содержания в продуктах обогащения через точку на ординате, соответствующую заданной величине проводят горизонтальную прямую DE. Абсцисса точки пересечения прямой DE с кривой Л, показывает граничное содержание изучаемого компонента, по которому происходит сепарация, в данном случае равное 0,55 %. Абсцисса точки пересечения с кривой 0 показывает содержание компонента в хвостах, равное 0,15 %; абсцисса точки пересечения с кривой в — содержание компонента в обогащенном продукте, равное 2,1 %.

С помощью кривых контрастности определяют показатель контрастности по формулам:

где ухв*, ук-т*, 0*. в* — технологические показатели, получаемые при сепарации по граничному содержанию полезного компонента, равному его среднему содержанию в пробе руды.

Для определения показателя контрастности через точку пересечения линии среднего содержания аа1 с кривой Л проводят горизонталь ВС, координаты точки пересечения которой с кривой 0 и в позволяют определить ухв*, ук-т*, 0* и в*.

На рис. 4.21 прямая BC пересекает кривую 0 в точке А, координаты которой ухв* = 0,74 и 0* = 0,18 %. Следовательно, показатель контрастности:

На рис. 4.22 показаны кривые многокомпонентной контрастности, с помощью которых можно рассчитать показатель многокомпонентной контрастности по формулам:

где ухв*, 0*, ук-т* и в0 — результаты разделения многокомпонентного полезного ископаемого по относительному многокомпонентному содержанию, равному единице; 00 и в0 — относительное многокомпонентное содержание в хвостах и концентрате соответственно.

По виду кривой Л уже можно судить о контрастности полезного ископаемого, которое она характеризует, так как чем длиннее часть этой кривой выше точки пересечения с линией среднего содержания (аа1) и ближе она подходит к оси ординат, тем контрастнее руда.

Следует подчеркнуть, что технологические показатели, определяемые с помощью кривых контрастности, являются предельными для данного класса изучаемой руды, так как эти кривые построены по результатам группировки кусков руды непосредственно по содержанию в них ценного компонента.

Однако при обогащении руды сепарация ее происходит в результате проявления какого-то иного признака, лишь косвенно связанного с содержанием ценного компонента (при гравитационных процессах — с плотностью кусков руды, при люминесцентных процессах — с интенсивностью свечения и т.д.). Поэтому группировка кусков руды по этим признакам не обеспечивает распределения их строго по содержанию ценного компонента, и кривые обогатимости, построенные по результатам такой группировки, могут лишь приближаться к кривым контрастности. Чем меньше будут различаться по своей конфигурации эти кривые констрастности и обогатимости, тем эффективнее испытываемый разделительный признак.

Таким образом, кривые контрастности являются как бы своеобразным эталоном, по которому оценивают эффективность различных признаков разделения и выбирают процесс сепарации.

При радиометрическом обогащении, как и в подавляющем большинстве других обогатительных процессов, разделение руды на продукты обогащения осуществляется не по содержанию ценного компонента, а по величине измеряемого параметра, тесно с ним связанного и называемого признаком разделения.

Например, при авторадиометрическом способе сортировки естественнорадиоактивных руд (урановая, золото-урановая, фосфорно-урановая, урано-ванадиевая и др.) в качестве разделительного признака используют у-излучение и по его интенсивности судят о содержании ценного компонента — урана. При люминесцентной сортировке разделительным признаком является свечение отдельных минералов (шеелит, повеллит, алмазы) при облучении их рентгеновским или УФ-излучением. По интенсивности свечения судят о содержании ценного компонента в куске руды. В у-флюоресцентном методе обогащения используют несколько признаков разделения, связанных с основным (основными) ценным или попутным компонентами в обогащаемых рудах.

Эффективность признака разделения (степень соответствия между величиной признака разделения и содержанием ценного компонента в кусках руды) обозначают символом Эп и находят по формуле:

где M — показатель контрастности, определенный для исследуемой технологической пробы заданного класса крупности из данных фракционного состава пробы по содержанию ценного компонента; П — показатель признака разделения.

Для однокомпонентной руды

где n — число фракций, на которое разделена изучаемая технологическая проба по величине признака разделения; а — среднее содержание ценного компонента в пробе; Сi — среднее содержание ценного компонента во фракции; yi — выход фракции, %.

В случае многопорогового разделения (разделение по нескольким граничным содержаниям) многокомпонентной руды на два продукта

где Cj0 — относительное содержание ценного компонента в j-й фракции; yj — выход j-й фракции.

Показатель П только при полном соответствии признака разделения и содержания ценного компонента равен показателю контрастности. В этом случае Эп = 1.

При проведении экспериментальных работ для каждого конкретного вида руды оценивают несколько разделительных признаков и с помощью Эп выбирают наиболее эффективный из них.

Аппаратура для изучения признака разделения включает узел подачи кусков в зону обмера, замедлительно-отражательный защитный блок, источник нейтронов, блок детектирования, блок питания, измерительный блок.

В целом по признаку разделения руды разделяются на следующие группы: с высокой эффективностью (Эп больше 0,9); хорошей эффективностью (Эп = 0,81 - 0,9); удовлетворительной эффективностью (Эп = 0,71 - 0,8); с неудовлетворительной эффективностью (Эп = 0,61 - 0,7); с неудовлетворительной эффективностью (Эп меньше 0,6).

Изучение эффективности признака разделения проводят параллельно с изучением контрастности руды на тех же кусковых пробах, содержащих 2100 кусков.

После промывки, взвешивания и определения плотности, проводимых при изучении контрастности руды, для каждого куска определяют на специальной аппаратуре величину разделительного признака. Затем каждый кусок дробится отдельно и в нем находится содержание ценного компонента.

Результаты изучения кусков представляются в виде табл. 4.9, данные которой используются для составления табл. 4.10 «Фракционный состав пробы по разделительному признаку и результаты расчета кривых обогатимости».

Для заполнения графы 2 табл. 4.10 выделяют по данным графы 2 табл. 4.9 фракции по разделительному признаку. Пусть выделено 10 фракций. Затем объединяют куски во фракции по разделительному признаку, определяют массу отдельных фракций и всей технологической пробы, рассчитывают выход каждой фракции (графа 3 табл. 4.10) и содержание в них ценного компонента (графа 4 табл. 4.10):

где mk — масса каждого куска данной фракции, кг; аk — содержание ценного компонента в каждом куске данной фракции, %; l — число кусков, составляющих данную фракцию.

В графы 5 и 6 заносят результаты расчета количества компонента во фракциях Ci*уф и извлечение компонента в каждую из фракций, определяемое по формуле:

где а — среднее содержание ценного компонента в технологической пробе, %.

В графы 7 и 8 табл. 4.10 вносят данные для расчета показателя признака разделения: абсолютную величину разности между средними содержаниями компонента во фракциях и во всей пробе и произведения этих разностей на выходы фракций.

Согласно данным, приведенным в табл. 4.10, П = 4,79/6,075 = 0,789. Для изучаемой руды показатель контрастности определен равным 1,12. Поэтому Эп = 0,789/1,12 = 0,70. Следовательно, руда по выбранному признаку разделения имеет хорошую эффективность.

По фракционному составу руды (см. табл. 4.10) определяют показатели сепарационного процесса при различных значениях величины разделительного признака.

В первую строку граф 9—16 табл. 4.10 вносят показатели, получаемые при сепарации руды по граничному значению разделительного признака первой фракции 189, то есть для случая, когда в хвосты отходит только первая фракция, а все остальные со 2-й по десятую извлекаются в концентрат. При этом

Содержание ценного компонента в концентрате рассчитывают как средневзвешенное из его содержаний в остальных девяти фракциях.

Вторая строка граф 9—16 характеризует случай, когда в хвосты отбрасывают первую и вторую фракции, а остальные восемь фракций (с третьей по десятую) извлекают в концентрат. При этом разделение руды ведут по величине разделительного признака, равной 42S, тогда

Количество ценного компонента в хвостах определяют как сумму его количеств в 1-й и 2-й фракциях:

Количество ценного компонента в концентрате определяют как его сумму в восьми остальных фракциях:

Содержание компонента в хвостах определяют как средневзвешенное из содержаний в первой и второй фракциях:

Содержание компонента в концентрате определяют как средневзвешенное из содержаний в остальных восьми фракциях:

Извлечение ценного компонента в хвосты определяют по формуле:

или как сумму извлечений компонента в 1 и 2 фракции:

Извлечение компонента в концентрат:

В третьей строке дают показатели, которые получают при разделении данного класса руды по величине разделительного признака, равной 715; в четвертой строке — по величине разделительного признака, равной 1130, и т.д.

Расчет показателей остается таким же.

Для заполнения графы 17 табл. 4.10 берутся данные граф 9 и 3 этой таблицы. Для первой строки графы 17 берется половина значения первой строки графы 9, то есть 10,7:2 = 5,35 %. Для второй строки графы 17 берется целое значение первой строки графы 9 и прибавляется половина значения второй строки графы 3, то есть 10,7 + 9,8:2 = 15,60 %. И далее для расчета значений следующих строк графы 17 берется целое значение предыдущей строки графы 9 и прибавляется половинное значение последующей строки графы 3.

Предельные технологические показатели (табл. 4.10) используют для построения «кривых обогатимости» полезного ископаемого (рис. 4.23). В координатах «выход — содержание ценного компонента» строят три кривые: Л — распределение компонента по отдельным фракциям (по графам 17 и 4); 0 — зависимость между выходом хвостов и содержанием в них ценного компонента при определенной величине разделительного признака (по графам 9 и 11); в — зависимость между выходом концентрата и содержанием в нем компонента (по графам 13 и 15).

Принципиальное отличие кривых обогатимости от кривых контрастности той же руды состоит в том, что определяемые по ним технологические показатели обогащения обусловлены не только распределением кусков руды по содержанию ценного компонента и массе, но и признаком разделения.

По кривым обогатимости рассчитывают показатель признака разделения по формуле:

где ухв* и 0* — выход хвостов и содержание компонента в них для условия, что в хвосты отбрасываются куски руды с содержанием компонента меньше среднего его содержания в исследуемой пробе (ухв* — доля ед.; 0* — %), то есть сепарационный процесс осуществляют по величине признака разделения, коррелирующей со средним содержанием ценного компонента в руде.

Согласно данным рис. 4.23

Кривые обогатимости используют также для оценки теоретических результатов предобогащения полезного ископаемого, имеющего определенный гранулометрический состав и контрастность. Соответствие значения признака разделения, выбранного для крупнокускового разделения руды, заданному значению граничного содержания ценного компонента устанавливают по показателю граничного содержания Г (доли ед.):

то есть показатель граничного содержания является средневзвешенным из отклонений содержания ценного компонента в концентрате (вт) и хвостах (0т) от его содержания в руде (а), отнесенное к этому содержанию (а).

Для расчета Г при заданном качестве концентрата (в7) и известном содержании ценного компонента в исходном полезном ископаемом (а) значения уктт, 0т и ухвт определяют по кривым обогатимости. Для этого проводят вертикаль заданного качества концентрата. Затем через точку пересечения этой вертикали с кривой в проводят горизонталь до пересечения с кривыми Л и 0. По точке пересечения с кривой к. определяют граничное содержание ценного компонента, при котором ведется сепарационный процесс для получения концентрата заданного качества. По точке пересечения этой горизонтали с кривой 0 определяется содержание ценного компонента в хвостах и их выход.

Отношение показателя Г к показателю признака разделения называют эффективностью настройки граничного содержания (Ен):

Эффективность настройки граничного содержания имеет значения от 0 до 1. Чем больше значение Eн, тем выше корреляция между граничным содержанием ценного компонента и значением признака разделения при покусковой сепарации.

Принципиальная схема обработки технологических проб (рис. 4.24) при выборе способов радиометрической сепарации предусматривает грохочение материала на те же классы, что при определении гранулометрического состава: додрабливание класса +300 (150) мм; промывку и сепарацию обогащаемых классов. Можно изменять границы классов крупности, однако модуль шкалы грохочения, как правило, не должен быть 2.

Нижний предел крупности сепарируемого класса в зависимости от чувствительности методов и ценности руды меняется в пределах от 25 до 2 мм и приведен ниже:

Для проведения экспериментальных исследований используют комплекс радиометрической аппаратуры (табл. 4.11). Сепараторы настраивают с помощью эталонов, соответствующих заданным граничным содержаниям обогащаемых компонентов.

Эффективность радиометрического разделения полностью зависит от правильности выбранного признака разделения.

Рентгенорадиометрический метод. Наиболее существенное из природных свойств, влияющих на эффективность рентгенорадиометрического признака разделения, — присутствие мешающих элементов, характеристическое излучение которых по энергии близко к излучению ценных компонентов (табл. 4.12). Неблагоприятным фактором является низкая энергия (<5 кэВ) характеристического излучения анализируемого элемента. Эффективность признака разделения в этом случае значительно снижается от поглощения излучения воздухом, наличия на поверхности кусков влаги, шламов.


Наилучших условий возбуждения достигают применением источника с энергией излучения, примерно в 1,5 раза превышающей энергию соответствующего края поглощения определяемого элемента.

При использовании рентгенометрического метода в качестве фактора разделения используют спектральное отношение n = Nx/Ns, где Nx и Ns — зарегистрированные в соответствующих энергетических интервалах значения скорости счета импульсов, характеризующие, соответственно, интенсивность флюоресцентного рентгеновского излучения определяемого компонента и рассеянного от анализируемой среды у-излучения источника, с-1.

Признак разделения оценивают с помощью рентгенометрической аппаратуры (АПР) нескольких модификаций (табл. 4.13, рис. 4.25), включающей узел облучения и регистрации в оптимальной геометрии измерений, устройство подачи кусков в зону измерения, рентгенорадиометрический анализатор (рис. 4.25).

Куски породы вводят в камеру измерения с помощью планки, передвигающейся по направляющим пазам. В зоне облучения осуществляется геометрия прямой видимости в широком телесном угле, позволяющая регистрировать характеристическое излучение со всей облучаемой стороны куска. Камера измерения выполнена в виде «домика», экранированного свинцовым стеклом. Признак разделения оценивают по результатам измерения кусков с двух сторон.

Рентгенолюминесцентный метод. Подготовка руды к испытанию этим методом предусматривает определение спектров рентгенолюминесценции (PЛ) всех основных минералов исследуемых руд, выбор «окна» (рабочего участка спектра PЛ) и условий регистрации полезного светового излучения.

Режим работы выбирают на основании анализа двух видов спектров — нормированных и эталонированных. Нормированные спектры (максимум интенсивности основной полосы PЛ минерала принят за единицу) используют для качественной оценки люминесцентных характеристик минералов. Эталонированные кривые, выполненные в сопоставимых единицах с привязкой к интенсивности эталона — стандартного люминофора ЛГ-29 (MgWO4) — в максимуме полосы 480 нм. Они обеспечивают не только качественную, но и количественную сравнительную оценку спектров PЛ полезных и мешающих минералов, а также позволяют оценить интенсивность их свечения и определить тот участок спектра, в котором они более всего различаются.

Признак разделения J (зарегистрированное напряжение, характеризующее интенсивность рентгенолюминесценции определяемого минерала) измеряют с помощью рентгенолюминесцентной АПР. Они включают блок возбуждения с рентгеновской трубкой 5БХВ-6, блок регистрации излучения (фотоумножитель с обоймой интерференционных светофильтров, цифровой вольтметр Щ-1312); высоковольтный источник питания, стойку автоматического управления (САУ) и устройство подачи кусков в зону облучения.

Радиорезонансный метод основан на различном удельном электрическом сопротивлении минералов при их взаимодействии с электромагнитными полями радиоволн.

Наибольшую электропроводность имеют сульфидные, марганцевые минералы, графит. Для руд, представляющих собой гетерогенные системы, электропроводность зависит не только от минерального состава, но и текстурно-структурных особенностей.

Для некоторых видов полезных ископаемых снижение эффективности радиорезонансной сепарации обусловлено присутствием минералов с высокой магнитной восприимчивостью, например для сульфидных медноникелевых руд мешающей примесью является магнетит.

Аппаратура для оценки признака разделения состоит из измерителя добротности (куметр) Е4—7 и двух сменных измерительных датчиков индуктивного типа на частоты 1,76 и 13,56 МГц. Первый режим — оптимальный для руд с высокой электропроводностью, второй — для руд с низкой электропроводностью, а также содержащих минералы с высокой магнитной восприимчивостью.

Фотометрический метод (ФМ). Для выяснения возможности фотометрической сепарации каждого вида сырья необходимо иметь информацию о соотношении отражательной способности его основных минеральных составляющих, различающихся содержанием полезного компонента. Сравнение интенсивности спектров отражательной способности различных минеральных составляющих руды позволяет провести качественную оценку данного признака разделения и подобрать оптимальные спектральные параметры («окно») для настройки оптической системы сепаратора. К числу варьируемых параметров относятся участки спектра, соответствующие максимальной неравноценности руды по признаку разделения. Эти участки выделяются светофильтрами. Надежное разделение минералов ФМ возможно при различии их отражательной способности не менее чем на 5—10 % (за 100 % принимается отражательная способность эталона MoO).

Для количественной оценки признака разделения используют регистрирующие двухлучевые спектрофотометры с фотометрическим шаром СФ-18 и «Specord» М-40.

Авторадиометрический метод. В качестве признака разделения используется интенсивность (число импульсов в 1 с) у-излучения. Признак разделения оценивают на аппаратуре СК-80, выполняющей функции контрасто-мера и сепаратора (рис. 4.26).

За один цикл работы установка выдает информацию об интенсивности у-излучения данного куска руды, его массе, характеристике продукта (концентрат, хвосты). В целом по пробе определяют выход продуктов, среднюю интенсивность концентрата и хвостов. Выдаваемая перфоратором информация вводится в ЭВМ для расчета кривых контрастности, обогатимости и эффективности признака разделения по специальным программам. Установка СК-80 позволяет проводить исследования в диапазоне крупности -150+15 мм при вариации содержания радиоактивных элементов по кускам от 0,001 до 5 %.

Нейтронно-абсорбционный метод основан на различной способности минералов ослаблять поток медленных и тепловых нейтронов. Степень ослабления первичного потока нейтронов зависит от сечения поглощения нейтронов ядрами химических элементов. Для медленных нейтронов сечение поглощения убывает обратно пропорционально их скорости.

Сечение поглощения тепловых нейтронов ряда элементов (бор, ртуть, литий, редкие земли) на несколько порядков выше, чем кремния, алюминия, кальция, кислорода и других элементов, входящих в состав породообразующих минералов. Это позволяет применять метод для борных, борат-магнетитовых, литиевых и других руд.

При облучении руды нейтронами ослабление их потока тем сильнее, чем выше содержание компонента, имеющего повышенное сечение поглощения нейтронов. Признаком разделения является плотность потока нейтронов, прошедших через подвергаемые обогащению куски руды. Поскольку в нейтронно-абсорбиционном методе используется ядерное взаимодействие, значение признака разделения зависит не от вида минералов, входящих в состав обогащаемых руд, а от содержания химических элементов, ослабляющих излучение. Эффективность разделения снижает различия в массе сепарируемых кусков, присутствие в рудах мешающих элементов (с повышенным сечением поглощения нейтронов), низкое содержание выделяемого компонента, чувствительность и разрешающая способность используемых приборов.

После выбора метода сепарации исследуемого полезного ископаемого проводят процесс крупнокускового разделения в выбранном сепараторе на концентрат и хвосты. При этом принято значение признака разделения, соответствующее заданному граничному содержанию компонента. После сепарации продукты взвешивают, определяют их выход, затем дробят и отбирают пробы для определения основных, попутных, вредных компонентов по обычным схемам обработки валовых проб. Далее рассчитывают все основные качественно-количественные показатели обогащения.

Для оценки степени совершенства работы обогатительного аппарата рассчитывают эффективность работы сепаратора (Ес, доли ед.)

где вф, укт*, 0ф, ухв* — фактические технологические показатели, полученные при сепарации исследуемого полезного ископаемого в конкретном аппарате при заданных условиях.

Произведение Eс*Eн называют эффективностью сепарационного процесса и обозначают символом Eсп:

Подставив в выражение Eсп формулы расчета Eн и Eс, получим:

Можно эффективность работы сепаратора (Эх) рассчитать по выделению хвостов:

где уф — практический выход хвостов при сепарации; ут — теоретический выход хвостов с данным содержанием полезного компонента, определяемый по кривым обогатимости. При Эх больше 0,85 делается вывод о целесообразности предобогащения изучаемой руды.

Если нет возможности провести сепарацию, ее ориентировочные технологические показатели для разных классов находят расчетным методом. Эти показатели рассматривают как прогнозные. Для расчета используются кривые обогатимости руд для разных классов и средняя эффективность сепаратора по выделению хвостов Эх. Значения средней эффективности сепаратора по выделению хвостов Эх при разных ут, полученные в результате анализа данных радиометрической сепарации в промышленных условиях, приведены в табл. 4.14.

Следует отметить, что данные табл. 4.14 относятся к случаю радиометрического обогащения естественно радиоактивных руд.

Имеющийся опыт сепарации нерадиоактивных руд показывает, что для таких руд значения Эх могут отличаться от приведенных в табл. 4.14 на величину ±10 %, а это вполне приемлемая точность для расчета прогнозных показателей сепарации.

Методика расчета технологических показателей для случая предварительного обогащения руд, когда из добытой рудной массы необходимо выделить отвальные хвосты, заключается в следующем.

1. Задаются требуемым содержанием основного компонента в отвальном продукте.

2. По кривой обогатимости 0 определяют теоретический выход хвостов.

3. По табл. 4.14 находят величину Эх, соответствующую найденному ут. Если ут попадает между двумя строчками таблицы, величина Эх находится путем линейной экстраполяции.

4. Находят ожидаемый практический выход хвостов ухв* по формуле:

5. Далее рассчитывают по балансу изучаемого компонента остальные показатели радиометрической сепарации.

Подобный расчет делается для всех обогащаемых классов крупности. После этого рассчитываются показатели сепарации для суммы всех классов, то есть для всего материала, который подвергается сепарации (+25 мм). Полученные данные позволяют рассчитать технологические показатели обогащения исходной руды.

Анализ результатов обогащения руд в крупнокусковом виде осуществляют по методу В.А. Мокроусова. Сущность его заключается в том, что общая технологическая эффективность обогатительного процесса расчленяется на частные эффективности отдельных технологических операций, каждой из которых дается количественная оценка. С помощью этого метода оценивается степень совершенства отдельных операций механической обработки руд и устанавливается влияние свойств руды на конечные результаты обогатительного процесса. Это позволяет выявить наиболее слабое звено в цепи технологического процесса и вскрыть причины, понижающие эффективность обогащения руд, а следовательно, позволяет более полно использовать возможности, обусловленные как свойствами обрабатываемой руды, так и техникой обогащения.

Для анализа конечных результатов обогащения необходимо, во-первых, выбрать из большого числа факторов, влияющих на обогатительный процесс, наиболее существенные и, во-вторых, количественно оценить влияние каждого из этих факторов. Таких основных факторов четыре:

- содержание полезного компонента в руде;

- полнота дезинтеграции — отделение полезных минералов в результате дробления. Под дроблением в данном случае понимается не только обработка руды в дробильной аппаратуре, но и разрушение горной породы при добыче руды;

- соответствие между тем свойством руды, по которому осуществляется сепарация при выбранном обогатительном процессе, и содержанием полезного компонента;

- степень совершенства работы обогатительных аппаратов, с помощью которых будет осуществляться процесс сепарации.

Количественную оценку влияния на конечный результат каждого из перечисленных факторов можно получить путем сравнения средних относительных отклонений содержания полезного компонента в продуктах обогащения от среднего содержания в исходной руде на различных этапах обработки руды.

Пусть обогащается руда, среднее содержание полезного компонента в которой равно а. Если весь полезный компонент из этой руды выделить в отдельный продукт, а вся пустая порода останется в отходах, то среднее отклонение его содержаний в продуктах обогащения от среднего содержания в руде при условии, что выходы этих продуктов и содержание в них полезного компонента выражены в долях единицы, будет равно:

Эту величину P называют показателем содержания. Она является максимально возможным (для руды с данным содержанием полезного компонента) средним относительным отклонением содержания полезного компонента в продуктах обогащения.

Рассчитав среднее относительное отклонение содержания полезного компонента в кусках дробленой руды от а, получим показатель контрастности М, на величину которого, кроме содержания полезного компонента в руде, будет влиять еще и степень раскрытия минералов.

Соотношение величин этих двух показателей будет характеризовать степень полноты отделения (дезинтеграции в результате процессов дробления) полезных минералов от сопутствующих. Это соотношение М/P называется эффективностью дробления.

Степень соответствия между тем свойством руды, которое используется для обогащения, и содержанием полезного компонента в кусках руды, подготовленной для обработки, характеризуется эффективностью признака разделения:

Наконец, после того, как руда будет обработана на обогатительном аппарате, разделяющем ее на продукты обогащения по тому же признаку, по которому были построены кривые обогатимости, можно рассчитать среднее отклонение полезного компонента в полученных продуктах. Величина этого отклонения С, называемого показателем сепарации, будет меньше показателя признака разделения, а соотношение величин этих показателей С/П будет характеризовать эффективность сепарации.

Произведение величин, характеризующих собой три перечисленные эффективности:

Отношение С/P является величиной, которая называется общей эффективностью предобогащения.

Таким образом, общая эффективность обогащения как бы делится на эффективность дробления, эффективность обогатительного процесса и эффективность работы сепаратора. Каждую из них можно с помощью описанных методов определить и количественно охарактеризовать, а следовательно, проанализировать весь процесс обогащения по его отдельным операциям.

Рассмотрим примеры такого анализа. В табл. 4.15 приведены показатели содержания, контрастности, признака разделения и сепарации, определенные с помощью описанных выше методов. По соотношению величин этих показателей рассчитаны эффективность дробления, признаки разделения, сепарации и общая эффективность обогащения.

Из данных табл. 4.15, если судить об обогатимости изучаемых руд только по величине общей эффективности обогащения, видно, что руды 2, 3 и 4 имеют якобы одинаковую обогатимость. Однако анализ конечных результатов обогащения по эффективности отдельных операций выявляет, что понижение общей эффективности для каждой из этих руд произошло по различным причинам.

В руде 2 наблюдается нарушение соответствия между признаком и содержанием в ее кусках полезного компонента, — эффективность Эп снизилась до 0,82, тогда как для других случаев она не ниже 0,95. Следовательно, для повышения общей эффективности обогащения руды 2 необходимо применить другой способ обогащения.

Снижение общей эффективности предобогащения руды 3 произошло из-за недостаточно высокой эффективности работы сепаратора. Следовательно, в данном случае необходимо повторить опыт обогащения руды, отрегулировав предварительно сепаратор. Ta же причина привела к резкому снижению общей эффективности обогащения руды 7. Если судить об обогатимости этой руды лишь по результатам проведенного опыта, то можно сделать неверный вывод, что обогатим ость ее ниже обогатимости других руд, тогда как эта руда является наиболее легко обогатимой по сравнению со всеми остальными рудами, а снижение показателей обогащения этой руды произошло только из-за плохой работы сепаратора. Пониженная обогатимость руды 8 обусловлена ее малой контрастностью.

Рассмотренный способ анализа применим в полной мере для изучения обогатимости крупнокусковой руды, частично он может быть успешно использован и при исследовании обогатимости тонко измельченной руды.

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