Что такое флотация способ обогащения руды

Обогащение руд флотацией

Сущность флотации состоит в следующем. После добавления в пульпу тонкоизмельченной руды соответствующих флотационных реагентов через нее при энергичном перемешивании продувается воздух. Мелкие пузырьки воздуха, распределенные по всему объему пульпы, прикрепляются к зернам тех минералов, которые под действием реагентов стали трудно смачиваться водой. Всплывая на поверхность пульпы, пузырьки воздуха выносят с собой прикрепившиеся к ним частицы минералов. Само название процесса произошло от английского слова flotation — плавание, всплывание.

Флотационные реагенты, образующие на зернах некоторых минералов пленки, трудно смачиваемые водой, называются собирателями; они представляют собой высокомолекулярные органические соединения, например, соли ксантогеновой кислоты — ксантогенаты, карбоновые кислоты и их соли и другие органические вещества. Собиратели действуют с образованием трудно смачиваемых поверхностных пленок только на минералы с определенным химическим составом и кристаллической структурой. К частицам минералов, не поддающимся действию собирателя, не прикрепляются при флотации пузырьки воздуха, поэтому такие частицы не могут всплыть и остаются в пульпе.

При флотации применяют также реагенты — пенообразователи, благодаря действию которых на поверхности пульпы образуется устойчивая пена, способная удержать в себе частицы поднятых из пульпы минералов. Действие пенообразователей сводится к понижению ими поверхностного натяжения воды. В качестве пенообразователей используют различные органические вещества, например, мыла, масла и смолы.

Расход флотационных реагентов — собирателей и пенообразователей — очень невелик, он не превышает 50—300 г на 1 г руды. Объясняется это тем, что собиратели и пенообразователи — поверхностно активные вещества; они сорбируются на границах раздела воды с минералами и пузырьками воздуха, вследствие чего при малой концентрации в пульпе концентрация этих реагентов на границах раздела фаз может быть значительной.

Минералы, родственные по химическому составу, например, сульфиды меди, свинца, железа, обладают почти одинаковой способностью взаимодействовать с собирателями, поэтому при флотации руды, содержащей несколько сульфидных минералов, все они могут переходить в пену. Для подавления флотируемости одного из минералов применяют реагенты — депрессоры, которыми обычно служат различные неорганические вещества, образующие на поверхности частиц одного из минералов пленки, не способные взаимодействовать с собирателем. Такие пленки образуются в результате химической реакции депрессора с поверхностным слоем частиц минерала. Под действием депрессора один из минералов теряет способность флотироваться, в то время как другие родственные ему минералы, не реагирующие с депрессором, переходят в пену.

После перевода в пену одного из родственных минералов может быть отфлотирован и ранее подавленный его спутник. Для этого в пульпу вводят новый флотационный реагент — активатор, обычно представляющий собой также растворимое в воде неорганическое вещество. В результате действия активатора ранее подавленный минерал вновь приобретает способность флотироваться. Активатор либо разрушает поверхностную пленку, созданную депрессором, либо изменяет состав этой пленки так, что на нее начинает действовать собиратель.

В качестве примера селективной флотации можно привести обогащение свинцово-цинковой руды. Эта руда содержит свинцовый блеск PbS, сфалерит ZnS и пустую породу, состоящую из пирита FeS2, кварца SiO2 и других минералов. В пульпу измельченной руды добавляют депрессоры сфалерита: цианистый натрий и цинковый купорос; на поверхности зерен последнего образуется пленка цианистого цинка, поверхность зерен галенита при этом не изменяется. После этого в пульпу добавляют собиратель, пенообразователь и проводят флотацию, при которой в пену переходит свинцовый блеск, а сфалерит остается в пульпе. После снятия пены свинцового концентрата сфалерит активируют, для чего добавляют небольшое количество сернокислой меди. Поверхность частиц сфалерита при этом вновь изменяется: она покрывается пленкой сернистой меди, легко

воспринимающей действие собирателя. При повторной флотации в пену переходит сфалерит и с поверхности пульпы снимается цинковый концентрат. В пульпе после второй флотации остаются минералы пустой породы, не представляющие ценности, т. е. хвосты, которые отбрасывают.

В некоторых случаях при первой флотации подавитель не применяют, тогда в пену переходят совместно свинцовый блеск и сфалерит; получается коллективный свинцово-цинковый концентрат. Снятый с поверхности пульпы коллективный концентрат при добавлении воды превращается в новую пульпу, которая повторно флотируется. При повторной флотации в результате добавления депрессора флотируется только свинцовый блеск. В полученной пене содержится свинцовый концентрат, а в пульпе после флотации остается цинковый концентрат.

Флотационный метод широко применяется для обогащения самых разнообразных руд, в том числе для многих руд цветных металлов. Флотация проводится в кислой или щелочной среде, последнюю обычно создают, добавляя в пульпу известь.

Применяемые для флотации флотационные машины в производственных условиях работают непрерывно — исходная пульпа руды непрерывно подается в машину, а из машины выходит пенный продукт и пульпа хвостов.

По способу перемешивания пульпы с воздухом различают машины пневматические и механические.

Механические флотационные машины имеют ванну прямоугольного сечения, разделенную поперечными перегородками на ряд камер (до 16, рис. 38).

Пульпа подается через коробку 1 по трубе 2 в первую камеру машины. Здесь она попадает на быстро вращающуюся мешалку 3, закрытую сверху диском 4. Мешалка, представляющая собой колесо с лопатками из твердой стали, вращается со скоростью 275—600 об/мин. и засасывает при этом в пульпу воздух из трубы 5, сообщаемой с атмосферой через отверстие 6.

Перемешанная с мелкораздробленными пузырьками воздуха пульпа поднимается в зону спокойного отстаивания, находящуюся выше решетки 8.

Из первой камеры пульпа поступает в промежуточную коробку через порог 9. Так она последовательно проходит через все камеры машины; из последней камеры непрерывно выпускается пульпа хвостов. Всплывшая пена сбрасывается с поверхности пульпы лопатками пеногона 7.

Если необходимо пенный продукт флотировать вторично, то пену отводят в желоб 10, откуда она может быть снова направлена на флотацию по трубам 11.

Механические флотационные машины наиболее распространены на современных обогатительных фабриках.

Технологические схемы флотационных процессов бывают весьма сложными даже при выделении из руды одного минерала. Еще более сложны схемы селективной флотации, предусматривающие иногда получение из руды двух-трех концентратов. На рис. 39 в качестве примера приведена упрощенная схема простой флотации, а на рис. 40 — схема селективной флотации.

Основные технологические показатели флотации — это степень извлечения металла в концентрат и качество концентрата, определяемое содержанием (%) в нем извлекаемого металла и примесей. Извлечение при флотации колеблется в широких пределах и зависит от многих факторов (главным образом от индивидуальных особенностей данной руды), В отдельных случаях в концентрат извлекается до 90—98% нужного металла.

Источник

Что такое флотация способ обогащения руды

Добываемые руды цветных металлов, как правило, бедные и большую их часть составляет пустая порода. Одним из основных способов обогащения руды является флотация. Метод основанный в различии в смачиваемости частиц.

Флотацией называют один из методов обогащения полезных ископаемых, который основан на различной способности элементов удерживаться на межфазовой поверхности (поверхности раздела двух сред), обусловленной различием в удельных поверхностных энергиях. В силу таких различительных свойств, частицы элементов полезных ископаемых подразделяют на два вида:

1. Гидрофобные – это частицы, которые плохо смачиваются водой, то есть стремятся избежать контакта с ней. Пример проявления свойств гидрофобности является то, как ведет себя вода, собравшаяся на листьях деревьев или траве (Рис. 1.). Вода при этом принимает округлую форму и остается неподвижной, то есть не растекается, как это происходит обычно. Аналогично происходит и с частицами полезных ископаемых и руд, прошедших процессы дробления и измельчения. Эти частицы, зачастую находящиеся в жидких растворах, проявляют свои гидрофобные свойства стремясь соединиться с молекулами воздуха или других газов, для того чтобы всплыть на поверхность и уменьшить свою энергию.
2. Гидрофильные – частицы, которые хорошо смачиваются водой, находясь в растворах и суспензиях.

Таких образом, гидрофобные частицы стремятся соединиться с молекулами воздуха, а точнее, с пузырьками воздуха, для того чтобы всплыть на поверхность – это свойство и используется в разделении компонентов полезных ископаемых. Однако, в качестве процесса, посредством которого гидрофобные частицы могут избавиться от излишней энергии, может быть не только прилипание к пузырькам воздуха. Аналогичными свойствами обладают и различные масла. Масло, налитое в стакан с водой всплывет на поверхность, потому что, масло также является гидрофобным соединением.

Обогащение руды флотацией

Методы флотации различают по тому, какая граница раздела создана для разделения компонентов руды. Различают:

1. Масляная флотация. Смешивание измельченной руды с маслом и водой, впоследствии чего сульфидные минералы, которые плохо смачиваются водой, всплывают на поверхность.
2. Пенная флотация . Флотация, при которой через смесь частиц с водой пропускают пузырьки воздуха, в последствии чего, на поверхности образуется пена, насыщенная флотируемыми компонентами. Эту пену затем отделяют от жидкости после чего подвергают сушке.

Для проведения пенной флотации руда должны быть измельчена до 0.1-0.2 мм.

Однако, не все ценные компоненты руды имеют достаточную гидрофобность для извлечения. И наоборот, элементы пустой породы могут обладать более выраженной гидрофобностью в отличии от ценных компонентов руды. Для этого существуют специальные химические соединения, называемые реагентами. Реагенты – это вещества, повышающие либо понижающие гидрофобные/гидрофильные свойства частиц. В зависимости от свойств реагенты подразделяются на следующие категории:

1. Собиратели – это вещества, которые сорбируются на поверхности металла, который необходимо извлечь из раствора (перевести в пену).
2. Регуляторы — имеют противоположное действие и наоборот увеличивают гидрофильные свойства отдельных частиц, в результате чего, последние становятся не способными к флотации.
3. Пенообразователи придают устойчивость минерализированным пенам.
4. Реагенты-активаторы — это реагенты, создающие условия, благоприятствующие закреплению собирателей на поверхности минералов.
5. Реагенты-депрессоры — это реагенты, применяемые для предотвращения гидрофобизации минералов собирателями. Они предназначены для повышения избирательности (селективности) флотации при разделении минералов, обладающих близкими флотационными свойствами.

Флотационные реагенты являются дорогостоящим сырьем. Для автоматического управления реагентного режима процесса флотации требуется в режиме реального времени определять количественное содержание различных элементов в пульпе. Для этих задач используется поточный рентгенофлуоресцентный анализатор АРП-1Ц , способный определять в пульпопроводе концентрацию элементов от Ca до U.

Процессы флотации имеют очень важную роль в обогащении руд различных элементов. Наибольшей эффективностью обладает пенная флотация, вследствие чего она получила наибольшее распространение.

Перед флотационным обогащением — руду измельчают в специальных мельницах, превращая руду в шихту, которая состоит из частиц ценной руды и пустой породы. Для качественного проведения процесса флотации необходимо выбрать степень измельчения, которые обеспечивают достаточно полное разделение минералов. Лучше всего флотацией разделяются зёрна размером 0,1-0,04 мм. Более мелкие частицы разделяются хуже, а частицы мельче 5 мк ухудшают флотацию более крупных частиц. Отрицательное действие частиц микронных размеров уменьшается специфическими реагентами. Крупные (1-3 мм) частицы при флотации отрываются от пузырьков и не флотируются.

На первом этапе флотации в смесительной камере измельченная руда смешивается с водой, образуя пульпу (смесь частичек руды и пустой породы в воде). Одновременно в камеру добавляется флотационный реагент, который смачивает только частички ценной руды, но не пустой породы.

Источник

Обогащение руд тяжелых цветных металлов флотацией

Руды тяжелых цветных металлов обогащают преимущественно флотацией, а другие способы обогащения применяют реже.

Флотация (от английского flotation – плавание, всплывание) кратко описывается так: пульпу тонкоизмельченной руды после добавления небольших количеств особых флотационных реагентов продувают воздухом и интенсивно перемешивают. Под действием флотационных реагентов рудные минералы теряют способность смачиваться водой, поэтому зерна их прилипают к пузырькам воздуха и всплывают на поверхность в виде пены, а пустая порода остается в пульпе. Несущую частицы рудных минералов пену снимают и обезвоживают, получая концентрат. Пульпу пустой породы (хвосты) сбрасывают в отвал. Ее перекачивают и спускают по желобам, или также сначала обезвоживают для повторного использования воды (в районах с трудным водоснабжением), а затем отвозят на отвал в виде густой влажной массы.

Применяя одни флотационные реагенты, можно отфлотировать в пену все сульфидные минералы, оставив в пульпе хвостов оксиды и пирит. При этом получается коллективный концентрат.

При повторной флотации коллективного концентрата с другими реагентами можно последовательно поднять в пену рудные минералы по одному, получая селективные концентраты.

Возможна также селективная флотация руды, при которой из рудной пульпы последовательно получают селективные концентраты, а в пульпе остаются хвосты.

Из этого краткого описания следует, что для флотации требуется тонкое измельчение руды, а затем обезвоживание продуктов флотации. Описание этих переделов составляет последующее содержание данного раздела.

Интересно сравнить стоимость отдельных переделов обогащения (% от суммарных затрат) и убедиться в сравнительной дороговизне измельчения:

Ниже дано краткое описание обогащения руд флотацией.

Дробление и измельчение

Куски руды, поступающей с рудника, могут достигать в поперечнике более 1500 мм, а для флотации нужны частицы обычно тоньше 0,1 мм. Поэтому руду дробят и измельчают в несколько стадий на разных машинах. Существуют следующие стадии дробления и измельчения руды перед флотацией, мм (табл.7).

Таблица 7 Размер зерен при дроблении и измельчении

Для крупного дробления пользуются щековыми или конусными дробилками. Щековая дробилка (рис. 7) раздавливает куски руды между щеками из твердой стали; одна из щек неподвижна, а другая качается. Поверхность щек волнистая и выступы на одной из них находятся против впадин на другой. От вращения вала с эксцентриком 3 шатун 4 поднимается и опускается, изменяя этим угол между распорными досками 5. Подвижная щека приближается к неподвижной, раздавливая руду, а затем удаляется от нее под действием пружины 6. Руда проваливается в разгрузочную щель.

Рис. 7. Щековая дробилка: 1 – неподвижная щека: 2 – подвижная щека; 3 – вал с эксцентриком; 4 – шатун; 5– распорные доски; 6 – пружина; 7 – разгрузочная щель

Конусные дробилки разных конструкций пригодны для крупного, среднего и мелкого дробления. Дробящие поверхности дробилки, показанной на рис. 8, имеют форму усеченных конусов.

Рис. 8. Конусная дробилка для крупного дробления: 1 – подвижный конус; 2 – неподвижный конус; 3 – вал; 4 – эксцентриковый стакан; 5 – зубчатая передача

Меньший конус перекатывается по внутренней поверхности большего, раздавливая куски руды. Верхний конец вала, несущий подвижный конус, шарнирно подвешен на корпусе дробилки, а нижний свободно входит в эксцентриковый стакан, вращаемый через передачу от электромотора.

Конусная дробилка среднего дробления (рис. 9) отличается от предыдущей отсутствием шарнирной подвески вала.

Рис. 9. Конусная дробилка для среднего дробления: 1 – подвижный конус; 2 – неподвижный конус; 3 – загрузочная воронка 4 – тарельчатый питатель 5 – эксцентриковый стакан; 6 – зубчатая передача

Образующие конусов более пологи, поэтому дробленый материал получается мельче и однороднее по крупности. Для предупреждения поломок от попадания инструментов и других металлических предметов части корпуса дробилки сочленены пружинами.

Для крупного, среднего и мелкого дробления хрупких, сравнительно мягких и липких материалов применяют ударные дробилки, которые подразделяются на молотковые и дезинтеграторы. Действие молотковой дробилки ясно без описания (рис. 10), ее ротор делает 800 – 1000 об/мин.

Рис. 10. Молотковая дробилка: 1 – ротор с шарнирно подвешенными молотками; 2 – колосники; 3 – загрузочная воронка

Для тонкого измельчения кусков менее 50 мм в поперечнике служат мельницы (рис. 11). Руду загружают в горизонтально вращаемый вокруг своей оси стальной барабан вместе со стальными стержнями или шарами. Диаметр дробящих тел – стержней или шаров – от 20 до 150 мм, а скорость вращения барабана от 12 до 40 об/мин. При вращении барабана дробящие тела поднимаются на некоторую высоту, а затем падают, разбивая куски руды.

Рис. 11. Шаровая мельница: а – общий вид; б – ход измельчения: 1 – улитковый питатель; 2 – разгрузочная цапфа; 3 – приводной зубчатый обод; 4 – шары

По виду дробящих тел мельницы подразделяются на стержневые, шаровые и галечные; в галечных мельницах дробящим телом служит кремневая галька. В последнее время из-за большого расхода железа от истирания шаров или стержней и нежелательного загрязнения некоторых руд железом стали шире применять галечные мельницы, а также самоизмельчение, при котором дробящими телами служат куски самой руды.

Различают сухое измельчение и мокрое в пульпе. При мокром измельчении исключено распыление и комкование. Мельницы обычно работают непрерывно. Руда и вода подаются через полую цапфу на одном конце барабана, а через противоположную цапфу сливается пульпа измельченной руды.

Таблица 8 Округленные данные о некоторых дробилках и мельницах

Густоту пульпы характеризуют отношением массы жидкого к массе твердого (ж : т) или процентом по массе твердого. При измельчении в мельницах пульпа содержит от 40 до 75 % твердого. Желаемая степень измельчения достигается регулированием скорости загрузки – продолжительностью пребывания руды в мельнице. Некоторые технические характеристики работы дробилок и мельниц приведены (табл. 8).

Классификация руды по крупности

В каждой стадии дробления и измельчения разные минералы измельчаются по-разному в зависимости от их твердости, хрупкости, вязкости и формы кусков. После какой-либо стадии дробления часть руды может оказаться мельче заданной крупности, а значит лишней нагрузкой для следующей дробилки. Для лучшего использования дробилок руду после каждой стадии дробления классифицируют по крупности грохочением, подобным просеиванию. Для этого служат различные по устройству грохоты.

Рис. 12. Колосниковый грохот

Наиболее простой колосниковый грохот (рис. 12) состоит из наклоненных под углом 35–40 град, параллельных стальных брусьев – колосников. Расстояние между колосниками (прозор) соответствует пределу разделения по крупности: обычно оно не меньше 25 мм. Руда свободно скользит вдоль колосников и мелкая часть ее проваливается в прозоры. Колосниковые грохоты дешевы, но их коэффициент полезного действия (полнота отделения мелкого материала) невелик. Применяются они до и после крупного дробления.

Вместо стальных брусьев – колосников для вибрационных, барабанных и других грохотов;применяют решетки (рис. 13).

Рис. 13. Решетки, применяемые для вибрационных, барабанных и других грохотов

Вибрационный грохот представляет собой металлическую сетку, натянутую на раму. Сетка вибрирует или качается от механического привода либо электромагнитов. Для выделения нескольких классов крупности устанавливают несколько сеток – одну над другой. Вибрационные грохоты применяют после среднего или мелкого дробления.

Барабанный грохот имеет сортирующую сетку в виде цилиндра. Он вращается относительно оси, наклоненной на небольшой угол. Руда пересыпается по внутренней поверхности барабана, постепенно перемещаясь от приподнятого его конца к опущенному. Для одновременного выделения нескольких классов крупности устанавливают концентрично несколько сеток с ячейками разного размера.

Грохочение мало пригодно для тонких материалов, которые комкуются и легко распыляются. Поэтому тонкоизмельченные материалы классифицируют в пульпах. Такую классификацию называют мокрой или гидравлической, а применяемые для нее аппараты – классификаторами. Гидравлическая классификация основана на том, что чем крупнее (тяжелее) частица, тем быстрее она оседает из пульпы.

Всякий гидравлический классификатор представляет собой сосуд, заполненный непрерывно подающейся пульпой руды. За время пребывания в классификаторе крупные частицы (пески) оседают, а более мелкие уносятся сливом. Чем меньше скорость движения через классификатор пульпы, и чем меньше ее вязкость, тем тоньше частицы материала в сливе.

Классификаторы разных конструкций отличаются формой сосуда и способами выгрузки песков.

Рис. 14. Реечный классификатор: 1 – корыто; 2 – гребок; 3 – привод для движения гребка; 4 – сливной порог; 5 – выгрузка песков

Реечный классификатор (рис. 14) имеет наклонное стальное корыто с плоским днищем. Пульпа подается по желобу с одного конца корыта и сливается с противоположного через порог, высоту которого можно изменять. Пески, осевшие на дно корыта, постепенно перегребаются механизированным гребком к приподнятому его концу и выгружаются.

Рис. 15. Спиральный классификатор: 1 – корыто; 2 – спираль: 3 – сливной порог: 4 – выгрузка песков

Спиральный классификатор (рис. 15) отличается от реечного полукруглым сечением корыта. Для удаления песков здесь служит шнек. Механизм спирального классификатора более прост и надежен в работе, чем реечного классификатора.

Рис. 16. Гидроциклон

Весьма производительна классификация в часто применяемых гидроциклонах (рис. 16). Крупные и мелкие частицы пульпы разделяются здесь под действием центробежной силы. Пульпу подают в гидроциклон по касательной к его сечению с большой скоростью. От этого пульпа в аппарате закручивается и движется по спиральной траектории. Крупные частицы прижимаются центробежной силой к стенкам гидроциклона, теряют скорость и оседают в нижнюю его часть; мелкие зерна уносятся в слив.

Рис 17. Схема дробления, измельчения и классификации

На рис. 17 показана примерная схема дробления, измельчения и классификации. В основу ее положены два требования: не дробить лишнего и выдать материал не крупнее заданного размера. Для этого перед каждой стадией дробления руда поступает на грохот, а в дробилку попадают только куски, не прошедшие через его прозоры. Второе требование удовлетворяется дроблением или измельчением в замкнутых циклах: выделенные грохочением или классификацией недостаточно мелкие куски или зерна возвращаются в дробилку или мельницу.

Всякая схема дробления и измельчения должна быть четко продумана и рассчитана. В этих дорогих переделах не должно быть излишеств: они могут значительно ухудшить экономику производства.

Флотационные реагенты

Как уже говорилось, при флотации зерна тяжелых минералов, например сульфидов, под действием флотационных реагентов прикрепляются к пузырькам воздуха и с ними всплывают на поверхность пульпы. Флотационные реагенты этого вида – собиратели – органические вещества с длинной углеводородной цепью, один конец которой полярен и имеет химическое сродство к минералам определенного состава и структуры.

Собирателями часто служат соли ксантогеновой кислоты – ксантогенаты. Например, этиловый ксантогенат калия имеет формулу C₂H₅OCS₂K. В воде он растворяется и диссоциирует:

Своим полярным концом ион ксантогената закрепляется на сульфидах, а неполярная часть его молекулы обращена в жидкую фазу.

Неполярные вещества гидрофобны: они охотнее контактируют с воздухом, чем с водой. При встрече частицы минерала, покрытой собирателем, с пузырьком воздуха она прилипает к пузырьку и выносится им на поверхность пульпы.

Ксантогенаты с различной длиной углеводородной цепи – этиловый, бутиловый, амиловый и другие, а также дитиофосфаты и другие собиратели позволяют при флотации извлекать в пену сульфиды и оставлять в пульпе оксиды, силикаты, карбонаты и другие минералы пустой породы.

Для флотации достаточно тончайшей пленки собирателя на частице сульфида, поэтому расход флотационного реагента невелик, обычно лишь сотни граммов на тонну руды.

Экономному расходованию флотационных реагентов способствует поверхностная активность большинства из них. Эти вещества способны сорбироваться на границе раздела твердой и жидкой фаз, поэтому концентрация их здесь значительно выше, чем в объеме пульпы.

Ксантогенаты реагируют со всеми тяжелыми металлами и действие их на разные сульфидные минералы почти одинаково. Поэтому для разделения сходных минералов, например, сульфидов разных металлов, флотируемость одного из них подавляют действием реагентов-депрессоров.

Депрессоры – обычно растворимые неорганические соединения, способные препятствовать закреплению собирателей на некоторых минералах. Например, для подавления флотируемости пирита применяют известь или соду. Другими депрессорами можно подавить флотируемость сфалерита, сохранив флотируемость сульфидов меди и галенита.

Чтобы возвратить ранее подавленную флотируемость минералу или содействовать более прочному закреплению собирателя, применяют активаторы. Это также в большинстве неорганические соединения. Например, флотируемость сфалерита, подавленную добавленным в пульпу цианистым натрием и сульфатом цинка, можно активировать медным купоросом.

Реагенты-пенообразователи (вспениватели) применяются для образования прочной пены, способной удержать в себе сфлотированные минералы. Пенообразователями служат некоторые масла, мыла и смолы, в частности сосновое масло и креозот. Пенообразователи, подобно собирателям, поверхностно активны; они сорбируются на границе раздела воды и воздуха – на поверхности пузырьков и делают их прочными.

Действие флотационных реагентов зависит от активности водородных ионов в пульпе, т. е. от ее кислотности или щелочности. Активность водородных ионов регулируют, добавляя в пульпу реагенты среды – кислоты или щелочи: серную кислоту, известь, соду, едкий натрий.

Можно привести следующие ориентировочные данные о расходе разных флотационных реагентов, г/т руды:

Реагенты обычно подают в пульпу до флотации и размешивают их механическими мешалками в особых контактных чанах. Иногда реагенты подают во флотационные машины.

Флотационные машины

Работа флотационной машины состоит в энергичном перемешивании пульпы с пузырьками воздуха. Однако вместе с тем в машине должны быть созданы необходимые условия для спокойного всплывания пузырьков, нагруженных частицами минералов, и удаления с поверхности пульпы минерализованной пены.

При современных масштабах производства флотационные машины работают непрерывно. По способам перемешивания пульпы с воздухом и подачи воздуха они подразделяются на механические, пневматические и комбинированные. здесь рассматривается только одна, наиболее ходовая машина механического типа (рис. 18).

Рис. 18. Механическая флотационная машина: 1 – коробка; 2 – труба; 3 – импеллер; 4 – диск; 5 – воздушная труба; 6 – отверстие; 7 – желоб; 8 – решетка; 9 – порог; 10 – желоб; 11 – труба

Механические флотационные машины имеют ванну из листовой стали, разделенную поперечными перегородками на ряд камер. Пульпа подается через коробку 1 по трубе 2 в первую камеру машины, где попадает на быстро вращающуюся мешалку – импеллер 3, закрытую сверху диском 4. Мешалка представляет собой колесо с лопатками из твердой стали, вращающееся со скоростью 275–600 об/мин и засасывающее при этом воздух из трубы 5 через отверстие 6. Пульпа, перемешанная с мелкими пузырьками воздуха, поднимается в зону спокойного отстаивания, находящуюся выше решетки 8. Из первой камеры пульпа поступает в промежуточную коробку через порог 9 и последовательно проходит все камеры машины. Из последней камеры непрерывно выпускается пульпа хвостов.

Всплывающий в камерах пенный продукт сбрасывается лопатками пеногона 7 в желоб. При необходимости повторной флотации (перечистки) пенного продукта его направляют в желоб 10, откуда он возвращается в выделенные для этой цели камеры машины по трубам 11.

Иногда продукты первой флотации доизмельчают, чтобы дополнительно разрушить сростки минералов и достигнуть лучшего их разделения.

Обезвоживание продуктов обогащения

Концентраты и хвосты получаются в виде пульп с разным отношением ж : т – не менее 4–5 единиц, а то и еще более разбавленные.

Обезвоживание проводят последовательно тремя способами: сгущением (отстаиванием), фильтрованием и сушкой.

1. Сгущение– наиболее дешевый способ, но оно может понизить содержание жидкого в пульпе только до 40–50 %. После фильтрования во влажном остатке (кеке) иногда остается всего 10 % влаги. Влажность кека зависит от свойств твердых частиц и их размеров. Наиболее полное обезвоживание достигается сушкой, однако сушка – самый дорогой способ обезвоживания, требующий затрат топлива.

Для сгущения пульпу отстаивают в чанах-сгустителях (рис. 19). Осветленную жидкость называют верхним сливом (сокращенно ВС), а осадок – сгущенным продуктом или нижним сливом (НС).

Рис. 19. Сгустители: а – с центральным валом; б – с краевым приводом:
1 – загрузочная воронка: 2 – вал; 3 – сливной желоб; 3 – воронка для выгрузки сгущенного продукта; 5 – ферма; 6 – гребки; 7 – колонка; 8 – ферма, несущая гребки; 9 – тележка, ведущая ферму

Крупные частицы твердого оседают из пульпы быстрее мелких. Для ускорения оседания тонких частиц иногда применяют укрупняющие добавки – флокуляторы и коагуляторы: например известь, клей, синтетические органические вещества. Мелкие частицы укрупняются при этом в результате взаимного сцепления.

Сгустители – это цилиндрические чаны из дерева или железобетона диаметром до 100 м, имеющие в центре питательную воронку, в которую непрерывно подается исходная пульпа, заполняющая чан до уровня желоба, проходящего по краю чана. В желоб непрерывно стекает осветленный верхний слив.

Твердые частицы оседают на коническое днище сгустителя. В центре днища находится воронка с патрубком, на фланцах которого установлены задвижки и градуированные насадки. Далее НС по трубам поступает в промежуточный чан, откуда насосом подается по назначению. Для передвижения осевшего материала от краев к центру днища служит устройство, состоящее из вала с крестовиной, на которой косо посажены лопаткообразные гребки. Вращение вала со скоростью одного оборота в 2–8 мин не препятствует отстаиванию, а гребки перемещают при этом осевший материал к центральному отверстию днища – к месту его непрерывной разгрузки. В больших сгустителях диаметром более 15–18 м центральный вал часто заменяют неподвижной колонной, а крестовину – фермой. Ферма передвигается вокруг колонны на каретке, катящейся по краю сгустителя.

Производительность сгустителей измеряется площадью днища, необходимой для перевода в нижний слив 1 т твердого в сутки [м 2 /(т•сутки)]. Величина этого показателя изменяется в широких пределах в зависимости от свойств пульпы. Например, при сгущении пульпы флотационного концентрата от 10 до 60 % твердого в нижнем сливе производительность составляет 1,2–1,7 м 2 /(т•сутки).

1. Фильтрование пульп основано на продавливании жидкости через пористую перегородку, не пропускающую твердых частиц. Фильтрующими материалами служат хлопчатобумажные и шерстяные ткани, а также ткани из стеклянного и синтетического волокна.

Скорость фильтрования и связанная с ней производительность фильтра зависят от разности давлений и потери напора в порах осадка и ткани. С увеличением толщины слоя осадка фильтрование замедляется, замедляется оно также и при засорении пор частицами осадка.

Промышленные фильтры подразделяются на вакуум-фильтры, в которых разность давлений создается за счет вакуума в приемнике фильтрата, и фильтр-прессы, работающие под внешним давлением на пульпу. Здесь описаны только наиболее употребительные вакуум-фильтры.

Рис. 20. Барабанный вакуум-фильтр: 1 – барабан; 2 – распределительный золотник; 3 – привод; 4 – корыто с пульпой; 5 – штампованная сетка, покрытая фильтровальной тканью; 6 – лоток для снятия осадка

Барабанный вакуум-фильтр (рис. 20) представляет собой, горизонтально установленный на цапфах, полый барабан из штампованной сетки, покрытой фильтровальной тканью. Ткань удерживается спиралью из проволоки. Внутри барабан разделен на несколько секторных камер, соединенных трубами с распределительным золотником, поочередно подключающим камеры при вращении барабана то к вакуумной линии, то к линии подачи сжатого воздуха.

Нижняя треть или четверть барабана погружена в корыто с пульпой. Барабан вращается со скоростью 0,13–2 об/мин. Жидкость просачивается через поры ткани, а на поверхности ее нарастает слой осадка (кека) толщиной 6–15 мм. Из этого кека просасываемым воздухом некоторое время удаляется оставшаяся жидкость, при необходимости промывки на слой кека подается вода из брызгал. В последней четверти оборота секторная камера с осевшим кеком соединяется золотником с линией сжатого воздуха, который отдувает кек от поверхности ткани и сбрасывает его на наклонный лоток. При следующем обороте барабана все это повторяется.

Производительность фильтра измеряют весовым количеством сухого кека, получаемого с 1 м 2 поверхности ткани в час. При фильтровании флотационных концентратов она составляет от 0,15 до 0,7 т/(м 2 ∙ч) в зависимости от свойств пульпы, главным образом — от крупности содержавшихся в ней твердых частиц и отношения ж : т. Остаточная влажность кека зависит от тех же причин.

Дисковый вакуум-фильтр (рис. 21) по принципу действия подобен барабанному.

Рис. 21 Дисковый вакуум-фильтр: 1 – вал; 2 – диски, собранные из секторов и обтянутые фильтровальной тканью; 3 – корыто с пульпой; 4 – привод: 5 – лотки для снятия осадка

Фильтровальная ткань закреплена здесь на секторах, составляющих диски. На поверхности деревянного или металлического сектора сделаны канавки, которые соединены у его вершины с металлической отводной трубкой, а через нее – с золотником. Кек снимается отдельно с каждого диска. При равных габаритных размерах дисковый фильтр имеет большую площадь фильтрующей ткани и большую производительность, чем барабанный.

В кеках остается до 30 % влаги. Высокая влажность невыгодна при дальних перевозках концентратов. К тому же зимой они смерзаются, затрудняя выгрузку и переработку. Влага повышает затраты топлива и энергии на нагревание шихт, иногда даже малое ее содержание недопустимо из-за нежелательного комкования.

1. Сушка– процесс окончательного обезвоживания продуктов обогащения. При сушке обезвоживание продукта достигается испарением воды, скорость которого пропорциональна разности давления паров воды над высушиваемым материалом и в окружающей его газовой среде. Давление паров воды над материалом возрастает с температурой сушки, а в окружающем газе оно тем ниже, чем быстрее он движется, унося пары из сушильной печи. Следует учесть, что увеличение скорости газового потока не беспредельно ускоряет сушку, поскольку удаление паров от поверхности материала в газы ограничено скоростью диффузии. В то же время быстрое движение газов может привести к излишнему распылению материала. Слой высушиваемого материала должен быть, возможно меньшей толщины и хорошо перемешиваться.

Сушильные печи разнообразны по конструкции. Наиболее распространено барабанное сушило (рис. 22), которое представляет собой трубу из листовой стали (длина до 14, диаметр 1,5–2,8 м), установленную под углом 3–5 град, на роликовых опорах.

Рис. 22. Барабанное сушило: 1 – топочная камера; 2 – загрузочный бункер; 3 – барабан; 4 – ведущая шестерня; 5 – выгрузка сухого материала; 6 – роликовые опоры

Венцовой шестерней через привод от электродвигателя, печь вращается со скоростью 1–2 об/мин. Влажный материал непрерывно подают каким-либо питателем со стороны топочной камеры. Переваливаясь и пересыпаясь при вращении трубы, он постепенно передвигается к разгрузочному ее концу. Для предупреждения комкования и прилипания к стенкам в трубе помещают перекатывающиеся лопастные устройства или подвешивают цепи. Газовой горелкой или иной топкой в загрузочном конце поддерживают температуру 750–800 °С, а дымовые газы отводят охлажденными до 200 °С.

Сушило с вертикальной трубой более совершенно и производительно, оно имеет высоту 22 м и диаметр 1 м (рис.23).

Рис. 23. Вертикальное трубчатое сушило: 1 – топка; 2 – газовые горелки; 3 – питатели для влажного материала; 4 – сушильная труба; 5 – циклонные сепараторы; 6 – вентиляторы; 7 – электрофильтр;8 – выгрузка сухого материала

Газ сжигают в топке с подачей вторичного воздуха, а продукты горения, нагретые до 400 °С, направляют в сушильную трубу. Сюда же цепным питателем непрерывно загружают влажный материал. Подхваченный газовым потоком он уже на высоте около 7 м превращается в пыль, а выше практически полностью обезвоживается налету. Более 99 % его оседает в сепараторах, а остаток улавливается батарейными циклонами и электрофильтрами. Система автоматизации поддерживает необходимое отношение объемов газа и воздуха, температуру и разрежение. В течение 1 ч в 1 м 3 объема сушила испаряется до 350 кг воды, в 7–10 раз больше, чем в барабанном.

Источник