Особенности испытаний полезных ископаемых в тяжелых суспензиях

22.09.2020

Обогащение в тяжелых суспензиях (OTC) относится к гравитационным процессам, основанным на использовании различий в плотности минералов, и заключается в разделении рудного материала в тяжелой среде (суспензии) под воздействием гравитационного или центробежного поля. Крупные куски (> 10 мм), способные преодолевать сопротивление относительно вязкой среды (суспензии), успешно разделяются в гравитационном поле, для разделения кусков крупностью -10+0,5(0,2) мм необходимо наложение центробежного поля, для чего используются тяжелосредные гидроциклоны.

Тяжелые суспензии, применяемые при обогащении, представляют собой механическую взвесь тонкодисперсных утяжелителей в воде. В качестве утяжелителей для приготовления суспензии используют: магнетит, пирит, пирротин, барит, арсенопирит, галенит и ферросилиций. Нередко применяют смесь различных утяжелителей.

OTC успешно используется при переработке угля и горючих сланцев, полиметаллических, оловянных, борных, шеелитовых, флюоритовых, баритовых руд и фосфорного сырья.

С помощью OTC решаются следующие технологические задачи:

- предварительное обогащение руд перед последующим глубоким обогащением или химико-технологической переработкой;

- разделение руд на технологические типы (литологические разновидности);

- выделение крупнокускового концентрата;

- вовлечение в переработку бедных и забалансовых руд.

Оценка обогатимости руд месторождений в тяжелых суспензиях включает в себя два этапа:

- изучение свойств руд, влияющих на их обогатимость в тяжелых суспензиях: содержание основного, попутных и мешающих компонентов; гранулометрический и денсиметрический (фракционный) состав; пористость руды, а также определение предельно возможных показателей обогащения;

- проведение опытов обогащения в тяжелосредных аппаратах.

Основные задачи первого этапа заключаются в выяснении принципиальной возможности применения ОТС, определении теоретических предельно возможных показателей тяжелосредного обогащения, формулировке технической задачи, которая может быть решена рассматриваемым способом.

На втором этапе решаются следующие задачи: разработка технологической схемы, определение технологических показателей, получение продуктов для последующей их переработки другими способами, выдача данных для расчета кондиций, составления ТЭО, ТЭД и др.

Для решения вопроса о целесообразности применения OTC и выбора рациональной схемы обогащения необходимо знать содержание и распределение ценных и попутных компонентов, а также вредных примесей по классам крупности и фракциям различной плотности. Эти данные получают в результате изучения вещественного состава (минералогическими и аналитическими методами) продуктов ситового и гравитационного анализов руды. Имея их, можно оценить возможности OTC и вероятные технологические показатели при обогащении руды по различным схемам. В простейшем случае ограничиваются выделением отвальных хвостов, иногда целесообразно разделить сложную руду на несколько продуктов более однородного состава, при раздельном обогащении которых будут получены более высокие показатели, чем при обогащении исходной руды.

При определении фанулометрического состава пробы, масса которых при крупности -150(100)+0 мм составляет 0,20—0,25 т, подвергают грохочению на следующие классы крупности, мм: +150; -150+75(70); -75(70)+50; -50+30(25); -30(25)+10; -10+5; -5+2(1); -2(1)+0,5; -0,5. В лабораторных условиях гранулометрический анализ проб до крупности +10 или +5 мм производится в сухом виде, а более мелкий материал подвергается мокрому рассеву. Для класса -0,5 мм, после его аналитических исследований, определяется ситовая характеристика по классам, мм: -0,5+0,25; -0,25+0,1(0,15); -0,1(0,15)+0,074; -0,074+0,040; -0,040.

Данные ситового анализа позволяют выбрать классы крупности руды, направляемые на различные процессы тяжелосредного разделения. При этом рекомендуется класс +10 мм обогащать в тяжелосредном сепараторе, а класс -10+2(0,5) мм — в тяжелосредных гидроциклонах. При большом выходе класса +10 мм его целесообразно разделить на несколько более узких классов, минимум на два, например -150+70(50) мм и -70(50)+10 мм. Это не приводит к удорожанию технологии, так как грохочение в любом случае целесообразно осуществлять на двухдечных грохотах, а обогащение более однородного по крупности материала происходит более эффективно.

Пористость кусков руды находит свое отражение в величине их плотности и косвенно учитывается при выполнении гравитационного анализа. Повышенная пористость руды может существенно повлиять на применение тяжелосредного процесса, так как значительно возрастают потери утяжелителя в процессе отмывки его от продуктов обогащения. Кроме того, плохо отмытый продукт обогащения, загрязненный утяжелителем, приобретает нежелательные свойства, препятствующие использованию такого продукта для дальнейшей технологической переработки.

Пористость руды характеризуется коэффициентом общей пористости (Kп, %)
Особенности испытаний полезных ископаемых в тяжелых суспензиях

где Mоб — объемная масса пористой руды; рм — плотность руды.

Для определения значения Объемной массы (Mоб) требуется предварительное покрытие поверхности кусков парафином. Для этого кусок руды после взвешивания в воздухе погружают на 1 с в расплавленный парафин. Повторное взвешивание в воздухе определит массу парафинового слоя. Разделив последнюю на плотность парафина можно определить объем парафинового слоя, который надо вычесть из объема образца, определенного гидростатическим взвешиванием.

При пористости руды 15—20 % применение OTC в большинстве случаев неэффективно.

Для проведения опытов по разделению пробы в тяжелой суспензии рекомендуется использовать ферромагнитные утяжелители, легко регенерируемые на лабораторных магнитных сепараторах со слабым магнитным полем — магнетит и гранулированный ферросилиций. Плотность магнетитовых концентратов колеблется в пределах 4300—4600 кг/м3, по крупности они подразделены на три сорта: крупный, мелкий и тонкий (табл. 4.18). Содержание магнитной фракции в магнетитовом утяжелителе должно быть не ниже 90 %. Определение содержания магнитной фракции следует проводить на магнитном анализаторе. При отсутствии анализатора используют постоянный магнит со съемным диамагнитным чехлом. Ручное отмагничивание производится в фарфоровых чашках из проб массой 50—100 г с многократной перечисткой, пока вода не станет прозрачной.

Гранулированный ферросилиций выпускается трех сортов, отличающихся по крупности: Сu15 Г1, Сu15 Г2, Сu15 Г3. Из указанных сортов Cu15 Г1 является самым тонким, Cu15 Г3 — наиболее грубым. Плотность гранулированного ферросилиция составляет 7200 кг/м3.

На основе указанных утяжелителей, если использовать их в чистом виде, готовят магнетитовую суспензию с плотностью 2200—2300 кг/м3 и ферросилициевую — с плотностью 3200—3300 кг/м3.

Однако для обогащения рудных полезных ископаемых рекомендуется использовать смесь этих утяжелителей. При этом выбор плотности рабочей суспензии производят следующим образом. По результатам гравитационного анализа (или по кривым обогатимости) определяют плотность разделения (b1). Для реализации разделения руды в рабочей суспензии ее готовят с плотностью (b1—А), где Д находится в пределах 200—400 кг/м3. Если бы рабочая суспензия не отличалась по реологическим параметрам от тяжелой жидкости, в которой выполнен гравитационный анализ, то величина А была бы равна 0.

Для выбора ориентировочного соотношения утяжелителей используют данные табл. 4.19.

В процессе работы возможна корректировка параметров рабочей суспензии. При неудовлетворительном разделении вследствие высокой вязкости суспензии необходимо увеличить долю ферросилиция. Если же суспензия весьма подвижна и наблюдается ее расслоение (изменение плотности по высоте рабочего объема), то увеличивают долю магнетита.

Суспензии приготавливают в любом сосуде с ручным или механическим перемешиванием.

Плотность водной суспензии (кг/м3)

где р — плотность суспензии, кг/м3; S — плотность утяжелителя, кг/м3 (с учетом относительной доли ферросилиция и магнетита); m — объемная концентрация утяжелителя в суспензии, доли ед.

Количества сухого утяжелителя ф (кг/м3) и воды W(м3), необходимые для приготовления заданного объема суспензии, рассчитывают по формулам:

где V — заданный объем суспензии, м3; b — плотность утяжелителя, кг/м; р — заданная плотность суспензии, кг/м3.

Для приготовления суспензии заданной плотности р (кг/м3) из суспензии более высокой плотности р1 и объемом 1000 м3 необходимое для разбавления количество воды W1 определяется из выражения:

Если требуется увеличить плотность имеющейся разбавленной суспензии объемом 1000 м3, то необходимое количество добавляемого утяжелителя (кг/м3) рассчитывают:

где р2 — плотность разбавленной суспензии, кг/м3.

Проверка плотности суспензии производится взвешиванием мерного сосуда с суспензией.

Суспензии характеризуются определенной вязкостью и гравитационной устойчивостью, которая характеризует способность суспензии сохранять постоянство плотности во всем объеме.

Для обеспечения высокой точности разделения суспензия должна быть гравитационно устойчивой, то есть она не расслаивается. Однако такая суспензия имеет слишком высокую вязкость и разделение руды в ней происходит медленно, а значит, неэффективно. Нормальные условия разделения обеспечиваются при вязкости суспензии, не превышающей 7—10 МПа*с. С уменьшением вязкости суспензии ускоряется разделение, но одновременно снижается гравитационная устойчивость, то есть эти свойства суспензии являются антагонистичными. На практике необходимо допускать некоторую неоднородность суспензии, поскольку она косвенно свидетельствует о ее достаточной подвижности. Если пробы суспензии, взятые у поверхности и на глубине 200—250 мм, отличаются по плотности на 20—30 кг/м3, то такую суспензию следует считать оптимальной для работы.

Суспензия, приготовленная в соответствии с изложенными рекомендациями, обладает в большинстве случаев приемлемыми параметрами. Поэтому детального изучения ее свойств (например, вязкости или сопротивления сдвигу) в условиях технологических лабораторий не требуется. Однако оказывается, что приготовленная суспензия имеет недостаточную гравитационную устойчивость или, наоборот, слишком высокую вязкость. В подобных случаях следует оперировать изменением объемной концентрации утяжелителя, его плотности и дисперсности. При неизменной заданной плотности суспензии снижение вязкости (с одновременным уменьшением гравитационной устойчивости) наблюдается при уменьшении объемной концентрации (за счет увеличения плотности утяжелителя) и увеличении крупности зерен (увеличение доли утяжелителя крупностью +74 мкм).

Опыты по разделению руды в тяжелых суспензиях осуществляют следующим образом. «Машинные классы» руды, предназначенные для разделения в тяжелых суспензиях, предварительно отмываются на ситах от шламов, что предотвращает накопление шламов в суспензии в процессе ее эксплуатации.

Навеской для опыта разделения в тяжелой суспензии может быть весь машинный класс данной пробы (когда надо получить продукты, подвергающиеся дальнейшему обогащению) или часть класса, но не менее 100 кусков.

Установки для обогащения в тяжелых суспензиях (табл. 4.20) серийно не выпукают. Схематично эти установки показаны на рис. 4.29 и рис. 4.30. Лабораторный конус для разделения полезного ископаемого в тяжелой суспензии и лабораторная установка ВНИИцветмета приведены на рис. 4.31 и 4.32 соответственно.


Разделение производят также в аппарате ОАО «Механобр» с внутренней циркуляцией суспензии (рис. 4.33). Рабочий объем аппарата составляет около 30 л; суспензия с помощью двух встроенных импеллеров поддерживается во взвешенном состоянии.

Применяют еще более простое устройство, изображенное на рис. 4.34, в котором механическое перемешивая не отсутствует и заменяется периодическим ручным перемешиванием мешалкой.

Для разделения немагнитных минералов по плотности в искусственно утяжеленной жидкости (растворе хлористого марганца) применяют магнитогидростатические сепараторы МГС-1 и МГС-2 (табл. 4.21).

Обычная процедура расслаивания в тяжелой суспензии сводится к следующему. В сосуд для разделения заливается суспензия заданной плотности и загружается руда в количестве 3—10 кг в зависимости от объема сосуда и крупности руды. Суспензия интенсивно перемешивается, затем после перемешивания через 5—10 с всплывшую фракцию вычерпывают черпаком с сетчатым дном и переносят на сетку, расположенную над ведром, для сбора стекающей суспензии. Перемешивание суспензии возобновляется. При съеме легкой фракции черпак погружается в суспензию на глубину, приблизительно равную размеру наибольшего куска руды.


Если кроме легкой и тяжелой фракции в суспензии зависает значительное количество кусков одинаковой или близкой к суспензии плотности, они собираются и анализируются отдельно от легкой и тяжелой фракций (получение промпродуктов).

После того, как разделение в суспензии закончится, вынимают внутренний сосуд, дают суспензии стечь с руды и переносят тяжелую фракцию в ведро для промывки. Промывка тяжелой фракции производится погружением сетчатого сосуда в воду и энергичным прополаскиванием. Аналогично отмывается от суспензии и легкая фракция. Отмытые от суспензии продукты сушатся, взвешиваются и анализируются.

При фракционировании руды по плотности признак разделения — плотность суспензии варьируется следующим образом: первоначально задается плотность суспензии такая, чтобы разделение материала на легкую и тяжелую фракции происходило примерно пополам. Далее каждая фракция делится на более узкие фракции с интервалом плотности 50—100 кг/м3.

После получения анализов продуктов разделения рассчитывается несколько вариантов объединения продуктов и выбирается наивыгоднейший, если руды делились на несколько фракций.

Если руды делились только на два продукта (случай выделения только отвальных хвостов), то надо следить за тем, чтобы выход хвостов соответствовал заданному (определенному по результатам гравитационного анализа). При избыточном выходе хвостов их перечищают, при недостаточном — перечищают концентрат.

После проведения опыта обогащения в тяжелых суспензиях надо убедиться, что полученные продукты разделения являются характерными для данной руды. Проверка качества разделения производится двумя способами: по среднему вероятному отклонению и по эффективности обогащения.

Эффективность разделения рассчитывается по формуле Хенкока

где E — эффективность разделения, %; е — извлечение полезного компонента в концентрат, %; у — выход концентрата, %; а — содержание минеральной формы полезного компонента в исходном продукте, %.

Для расчета извлечения продукты OTC расслаивают в одной жидкости с плотностью, соответствующей фактической плотности разделения, после чего рассчитывают эффективность по приведенной формуле. Качество разделения можно считать удовлетворительным, если E больше 90 %, и неудовлетворительным, если E меньше 80 %. Следует заметить, что если плотность контрольной жидкости будет отличаться от фактической плотности разделения, то расчетное значение E будет заниженным.

Оценку качества разделения можно произвести также с помощью показателя эффективности выделения хвостов. При этом необходимо иметь значение выхода «теоретических» хвостов (ухвт) и значение выхода «практических» хвостов (ухвп), так как при равном или близком содержании полезного компонента в легких фракциях ухвп всегда будет меньше ухвт, а показатель эффективности выделения хвостов будет составлять

Эксперимент можно считать удовлетворительным, если это значение <0,8.

Если при тщательно выполненном эксперименте качество хвостов (концентрата) или их выход получились отличными от заданных, то необходимая корректировка технологических показателей выполняется расчетным путем без повторения опыта.

Тяжелосредный процесс является первичным процессом переработки сырья, продукты которого подвергаются механическому обогащению или химической переработке. Вещественный состав продуктов OTC заметно отличается от исходной руды, поэтому при последующих технологических испытаниях необходимо находить оптимальные схемы и режимы их переработки. После выбора оптимального режима переработки продуктов OTC экспериментально определяют технологические показатели по всей комплексной схеме и сравнивают их с показателями, полученными при переработке исходной руды без применения ОТС.

Как правило, применение OTC повышает эффективность последующих процессов и конечные технологические показатели. В случае равенства конечных показателей или некоторого их снижения вопрос о целесообразности применения OTC решается с помощью экономических расчетов.

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