Электрическое обогащение титановых и циркониевых руд

Коллективные концентраты, получаемые при обогащении титановых к циркониевых руд и россыпей, в большинстве случаев имеют сложный минералогический состав. Для их разделения на кондиционные концентраты в последнее время все чаще применяется электрическая сепарация, основанная на разнице в электрических свойствах минералов. С помощью этого процесса стало возможным разделять такие сочетания минералов, встречающиеся в титан- и цирконийсодержащих рудах, как циркон — рутил, ильменит — рутил, ильменит — ставролит и другие минералы, близкие между собой по удельным весам и магнитным свойствам, неразделяющиеся гравитационными методами и магнитной сепарацией.

Электропроводность минералов зависит от их состава, структуры, состояния поверхности, гигроскопичности, температуры и ряда других факторов. Одни и те же минералы могут иметь различную электропроводность. Даже небольшие примеси других веществ значительно изменяют электропроводность минерала.

Минералы, входящие в состав концентратов, и порядке уменьшения их электропроводимости располагаются следующим образом: магнетит, ильменит, рутил, хромит, лейкоксен, гранат, монацит, турмалин, циркон, кварц. Некоторые отличия в расположении минералов в этом ряду могут возникнуть из-за различий в структуре минералов или состояния их поверхности. Было установлено, что для предотвращения образования пленки с повышенной электропроводимостью на поверхности минералов с малой электропроводимостью следует вести гравитационное обогащение в подсоленной воде. Поверхностная влажность минералов также сильно влияет на степень электропроводимости.

Методом электрической сепарации в проводниковую фракцию выделают ильменит, рутил, касситерит, танталит, колумбит, вольфрамит, в непроводниковую — циркон, монацит, ксенотим, гранат, шеелит и другие минералы, обладающие высоким сопротивлением.

В зависимости от характера обогащаемого материала и условий его обработки, злектроселарзцни могут предшествовать различные подготовительные операции — сушка, обеспыливание, разделение по крупности, обработка реагентами и др.

На величину заряда частиц влияет влажность атмосферного воздуха, уменьшающая поверхностное сопротивление минералов и следовательно, увеличивающая их электропроводность. Подсушка обогащаемого материала устраняет влияние влажности атмосферного воздуха, стабилизирует поведение разделяемых частик и, кроме того, обеспенивает свободное перемещение их в сепараторе под действием механических и электрических сил.

В тех случаях, когда это требуется, сушка производится при температуре 150—250°С. Для этой операции применяют подовые сушилки с перегребающим механизмом, шахтные сушилки, вращающиеся барабанные печи и др. В последнее время успешно применяют сушку с помощью инфракрасного излучения, источником которого служат специальные электрические лампы накаливания. Инфракрасные лампы устанавливают на штативах вблизи обогреваемого материала или же в специальных печах. Высушиваемый материал движется перед лампами на конвейерной ленте. Сушка инфракрасным излучением по сравнению с обычными способами отличается значительным ускорением процесса и меньшим расходом энергии.

Обеспыливание в ряде случаев улучшает результаты электрической сепарации, так как пылевидные частицы, обволакивающие более крупные зерна, ухудшают селекцию.

Положительное влияние на процесс электрической сепарации может оказать предварительная классификация материала по крупности; при небольшой разнице в электропроводности минеральных частиц показатели обогащения классифицированного материала могут значительна улучшиться. При этом чем уже пределы крупности частиц, тем лучше и по более простой схеме они обогащаются.

В большинстве же случаев ограничиваются отделением тонкой часта материала от зернистой и обрабатывают каждую фракцию раздельно на сепараторах различной конструкции.

Для удовлетворительной работы электростатической сепарации ее питание должно состоять из частиц размерами от 0,8 до 0,1 мм. Однако в некоторых случаях можно обрабатывать материалы крупностью до —0,074 мм. Очень важно также, чтобы питание подавалось непрерывным потоком и равномерно.

Присутствие загрязняющих примесей на поверхности частиц разделяемых минералов изменяет их электрические свойства и отрицательно сказывается на эффективности разделения этих минералов в электрическом поле. Очистка поверхности минералов может быть достигнута перемешиванием в чистой воде, иногда с интенсивным истиранием с последующей сушкой материала. Иногда очистку приходится проводить перемешиванием в растворах кислот — серной или соляной.

Добавка реагентов, как показали исследования Ф. Фрааса, О. Ральстона и других зарубежных авторов, а также В.А. Рундквиста и В.В. Выменец, существенно улучшает результаты электрической сепарации.

Реагенты, селективно адсорбируясь на поверхности минеральных частиц, изменяют их электропроводность и способствуют лучшему разделению минералов.

Обогащение минералов кислых изверженных пород улучшается послe их обработки водными растворами серной или соляной кислот: для основных пегматитов применяют плавиковую кислоту.

Селективность процесса электрической сепарации может быть повышена после обработки материала органическими кислотами с достаточно длинной углеводородной цепью.

Для электрической сепарации в России и за рубежом разработаны и применяются различные конструкции электроселараторов. В основном, по принципу действия, их можно разделить на три типа:

1) электростатические сепараторы, в которых разделение минералов производится с помощью сил электростатического поля, создаваемого между цилиндрами, плоскостями, сетками, конусами и т. д.;

2) коронные электросепараторы, в которых разделение достигается за счет электрических сил, возникающих в поле коронного разряда; чаше всего это поле создается между вращающимся цилиндрическим (осадительным) электродом и тонким проводником (0,3-0,5 мм);

3) комбинированные электросепараторы, в которых для разделения используется одновременно электрическое поле и поле коронного разряда.

В практике бывш. Советского Союза наибольшее распространение получили коронные электросепараторы HHЛ и ЭКС,

Электросепаратор HИЛ-1 имеет три барабана, по два коронирующих электрода и по одному вращающемуся диэлектрику над каждым барабаном. Рабочее напряжение 15—20 кв.

В Иргиредмете разработаны электрические коронные сепараторы конструкции А.С. Ивойлова (ЭКС-2, ЭКС-3, ЭКС-4, ЭКС-1250), отличающиеся от других тем, что разделение минералов в них производится при комбинированном использовании электростатического поля и поля коронного разряда.

В тех случаях, когда разделяемый материал не требует комбинированного использования электрических полей, сепаратор может работать, используя одни из принципов разделения. Это позволяет более гибко подбирать оптимальные условия разделения для получения более высоких технологических показателей.

Сепараторы конструкции Иргиредмета внедрены и успешно работают на предприятиях, обрабатывающих руды цветных и редких металлов.

Наиболее совершенным и производительным является сепаратор ЭКС-1250, конструкция которого разработана совместно Гиредметом и Иргиредметом.

Электросепаратор ЭКС-1250 предназначается в основном для доводки коллективных тонкозернистых концентратов, содержащих ильменит, циркон, рутил и другие минералы крупностью от 0,2 до 0.07 мм. При этом производительность сепаратора достигает 625 кг/ч. Сепаратор может быть использован для сепарации и более крупнозернистых материалов. При уменьшении числа оборотов осадительных электродов на нем можно разделять материал крупностью 3,5—3 мл и меньше. Для сепарации крупнозернистого материала напряжение должно быть увеличено до 25—30 кв.

Производительность сепаратора ЭКС-1250 при обогащении материалов крупностью 1—2 мм ориентировочно составляет 1,5 г/ч. Для вращения осадительных электродов и щеток используется трехфазный асинхронный двигатель мощностью 2,8 квт на 950 об/мин и для питателя — 0,6 квт на 1410 об/мин. Мощность высоковольтного выпрямителя 250 вт.

Электросепаратор ЭКС-1250 отличается от ранее разработанных моделей не только большими размерами и производительностью, и более совершенным устройством ряда узлов и деталей, большей прочностью и надежностью при непрерывной и длительной работе.

В зарубежной практике используют электросепараторы различных конструкций — Джонсона, Сетона, Стил Энд Стил, Карпко, Лурги и др.

В сепараторе типа Джонсона применяется сочетание двух цилиндрических электродов различных диаметров. Он имеет несколько ее секций со статическим полем. Длина барабана достигает 2,45 м, напряжение 5—8 кв.

Работа сепараторов Сетона и Стил Эйд Стил основана на том же принципе. В машине Стил Эйд Стил применены игольчатые усилителя и вращающийся электрод заменен трубкой с разреженным газом (например, с неоном). Трубка с разреженным газом служит для того, чтобы частицы не скапливались на электроде. Игольчатый усилитель увеличивает напряжение электростатического поля.

Электростатический сепаратор Карпко широко применяется на ильменитовых месторождениях во Флориде. Сепаратор работает при напряжении 40000 в: его фактическая производительность составляет 2 т/ч. Он очень прост но конструкции и работает весьма эффективно. Тонкая проволока диаметром 0,25 мм применяется для зарядки частиц, являющихся плохими проводниками. Материал после зарядки поступает на вращающийся заземленный цилиндр. Стандартная машина состоит из цилиндра диаметром 150 мм и длиной 1500 мм, вращающегося о скоростью 400 об/мин, и электрода в виде стержня диаметром 18 мм. В нескольких сантиметрах от этого электрода параллельно натянута тонкая проволока. Действие заряда проволоки суммируется с действием электрода; суммарное их действие можно изменять, поворачивая электрод для получения нужного заряда.

При сепарации минералов, которые являются плохими проводниками, явления короны должны быть более интенсивными, чем для хороших проводников. Этого можно достигнуть, поворачивая электрод до определенного положения.

Применение тонкой коронирующей проволоки в сепараторе Карахо является новым и дает хорошие результаты. Следует также упомянуть об исследовательской работе, проведенной Горным Бюро CША, разработавшим в лабораторном масштабе конструкцию сепаратора такого же типа с диэлектрическим электродом. Эта машина позволяет проводить разделение очень большого числа рудных смесей. С очень высокими показателями проводится на ней сепарация монацита и ильменита. Ильменит на этом сепараторе может быть хорошо отделен от рутила.

Совершенно другой тип сепаратора, разработанный Фраасом, состоит из вибрационного стола, снабженного продольными ребрами, над которыми подвешена решетка из заряженных электричеством металлических колосников, расположенных параллельно ребрам. На этом столе минералы, являющиеся плохими проводниками электричества, транспортируются, не изменяя траектории своего движения, вдоль стола, тогда как минералы, обладающие хорошей проводимостью, стремятся подняться на поверхность под действием вибрации и проходят поверх ребер стола вниз по уклону. На этой машине исключительно хорошо разделяется циркон и рутил.

Барабанный сепаратор Лурги работает на том же принципе, что и сепаратор Карпко. Oн оборудован вибрационным питателем, который обеспечивает равномерную подачу материала.

В некоторых конструкциях сепараторов, применяемых за рубежом, в каждой секции имеются самостоятельные подогреватели, приборы для замера температуры обогащаемого материала и влажности воздуха.

При разделении циркон-рутилового концентрата на некоторых фабриках применяют положительно заряженный электрод, а на других — отрицательно заряженный; нет достаточных данных для того, чтобы установить полярность, наиболее эффективную для разных случаев практики.

Применяемые электростатические сепараторы могут быть разделены из два типа. В сепараторах одного типа заземленным электродом служит вращающийся ролик, в других — наклонная пластина.

На фабриках Австралии установлены роликовые сепараторы фирмы «Сэптон Стил и Стил Мэшинз» и значительное количество сепараторов, сконструированных и построенных па местах. Они отличаются один от другого типом электродов, размером, а также конструкцией и скоростью вращения ролика, разностью потенциалов между электродом в роликом, регулировкой подачи исходного материала и разгрузки продуктов обогащения.

Хотя в качестве электродов и применяют разрядник в атмосфере специального газа, но обычно предпочитают тонкую проволоку, либо многожильные проводники, которые расположены параллельно ролику или плите на расстоянии от 37 до 125 мм. Иногда сепаратор вместо проволоки имеет гибкую стальную ленту, которая установлена ребром к ролику.

Применяются комбинированные электроды, состоящие из трубы и параллельного тонкого провода, что дает возможность создать направленный рассеянный разряд. Ролики изготовляют из бронзовых или стальных труб, обычно от 125 до 172 мм в диаметре и от 915 до 2440 мм в длину. Скорость вращения роликов изменяется от 300 до 600 об/мин. Разность потенциалов между электродом и заземленными роликом или пластиной составляет примерно 16—40 тыс. в.

Пески подают на ролик или на пластину либо через регулируемую шабером щель, либо питателем. Некоторые аппараты имеют только одни ролик, но в большинстве случаев пользуются аппаратами с двумя, тремя или четырьмя роликами, расположенными каскадом, для многократной обработки потока материала.

В качестве исключения можно указать на многороликовый сепаратор, сконструированный для компании «Ассошиэйтед Минерале», который имеет двадцать восемь роликов, расположенных двумя рядами (по четырнадцать в каждом). На каждой стороне с верхних семи роликов получают рутиловый продукт, с нижних семи — промпродукт, а с нижних трех, кроме того, — цирконовый концентрат.

Из сепараторов с наклонной неподвижной пластиной наиболее распространены сепараторы конструкции Рейхерта, которые имеют несколько пластин для многократной обработки материала. Пластинам придают вогнутую форму, чтобы обеспечить полный контакт между зернами минералов и пластиной в короткий промежуток времени прохождения материала по электроду.

Устанавливают также сепаратор конструкции обогатительной лаборатории в Мельбурне. Этот сепаратор по конструкции аналогичен сепаратору Рейхерта, но имеет одну плоскую наклонную пластину и две пластины — электроды противоположно» полярности по двум сторонам падающего с заземленного электрода материала.

Компания «Титаниум энд Циркониум Индастрис» недавно разработала конструкцию пластинчатого сепаратора, в котором пластина имеет регулируемую горизонтальную шель, в которую проваливаются минералы меньшей электропроводности, в то время как электропроводные минералы переносятся через щель и продолжают скользить вниз по пластине. Этот аппарат работает при разности потенциалов около 30 тыс. в и используется перед магнитной сепарацией для грубого отделения ильменит-рутилового продукта от рутила, монацита и циркона. Благодаря этому увеличивается произволительность магнитных сепараторов с низкой интенсивностью и сокращается удельный расход энергии.

Постоянный ток высокого напряжения для электростатических сепараторов вырабатывается с помощью трансформатора и лампового выпрямителя. Сила тока в обычных электростатических сепараторах исключительно мала, и даже сепараторы с рассеянными разрядами высокого напряжения имеют малую силу тока.

Сепараторы с электродами — пластинами не имеют движущихся частей, поэтому они потребляют значительно меньше электроэнергия по сравнению с магнитными сепараторами. Стоимость электростатических сепараторов ниже, нежели магнитных.