Обогащение каолина
Обогащение глинистого сырья способствует стабилизации состава и технологических свойств масс, повышает качество изделий и производительность оборудования, снижает трансфертные расходы, улучшает технико-экономические показатели производства.
Процесс обогащения каолинов предусматривает выделение из них основного глинистого минерала — каолинита, очищенного от крупнозернистых примесей и красящих оксидов. Каолин в природе встречается в виде полиминеральной смеси, состоящей из каолинита, кварца, полевых шпатов, слюды, железо- и титаносодержащих соединений, причем размер частиц кварца, полевого шпата и слюды в 10-100 раз превышает размер частиц каолинита. На этой разнице в размерах частиц и, следовательно, массы частиц основан способ обогащения глинистых материалов (каолина). Обогащенный каолин содержит в основном каолинит, в то время как в неотмученном (сыром) каолине его не более 45 %.
В СССР обогащение каолинов осуществляют мокрым (электролитным) и сухим способами.
При мокром способе измельченный каолин распускают в мешалках в воде при добавлении электролитов. Электролиты интенсифицируют процесс обогащения, способствуют повышению плотности каолиновой суспензии при одновременном снижении расхода воды в 4-5 раз, улучшают условия отделения каолинитовых частиц от примесей. Происходит осаждение песка и других каменистых примесей. Из мешалок суспензию сливают в чаны через спускной кран, расположенный выше дна мешалки с учетом высоты осадка каменистых тяжелых частиц. В чаны добавляют коагуляторы (известковое молоко, полиакриламид и др.) для укрупнения каолинитовых частиц. Из чанов суспензию подают насосами в камерные фильтр-прессы, в которых происходит частичное обезвоживание суспензии (при давлении 1 МПа и времени фильтрации 50 мин). Далее коржи измельчают и направляют в сушильный барабан. Температура теплоносителя на входе в сушильный барабан 800-900 ºС, на выходе — 100-150 ºC. Высушенный каолин тарируют в мешки и отправляют на склад готовой продукции.
Основной недостаток этого способа при использовании в качестве коагулятора известкового молока — трудность получения каолина со стабильными свойствами, из-за чего может произойти ухудшение литейных свойств шликера и формовочных свойств масс.
Мокрый способ обогащение каолина применяют на Просяновском, Глуховецком и Кыштымском обогатительных комбинатах.
При сухом способе каолин-сырец проходит сушку в сушильном барабане при температуре 800- 850 ºC в течение 40-45 мин до остаточной влажности 0,7-0,8%. Высушенный каолин подвергают тонкому помолу в центрифугальных мельницах, а затем пропускают его через воздушные сепараторы и циклоны. Фракции размером менее 0,3 мм уносятся из мельницы воздушным потоком, более крупные частицы удаляются через разгрузочное отверстие. Тонину помола регулируют скоростью воздушного потока. Очистка воздушного потока от мельчайших частиц, не улавливаемых в сепараторах, проходит в рукавных, электрических фильтрах, электрических или пылеосадительных камерах.
Сухой способ обогащения каолина обеспечивает извлечение 80-82% ценных фракций из сырого каолина. Его используют при обогащении каолинов и глин, содержащих крупнозернистое примеси. Этот способ обогащения применяют на Просяновском обогатительном комбинате.
Сухой способ обогащения каолинов проще мокрого. Однако к недостаткам этого способа следует отнести снижение качества каолина за счет удаления из него наиболее ценной тонкой фракции, которую не удается уловить при воздушной классификации. В результате этого снижается пластичность и связующая способность глинистых материалов.
Качество будущих изделий зависит от способа обогащения сырьевых материалов и от соблюдения технологии обогащения. Так, добавление в каолиновую суспензию коагулянтов приводит к укрупнению и осаждению глинистых частиц, но одновременно может вызвать и нежелательные явления, отмечаемые в заводской практике, например, способствует образованию пробок в шликеропроводах и недоливу изделий при шликерном литье.
Пригодность глин и каолинов для производства фарфоровых и фаянсовых изделий оценивают также по качеству огневой пробы. Глину и каолин обжигают при определенной температуре (для фаянса — до 1280 °С, а для фарфора — до 1430 °С). Окраска глин и каолинов после обжига должна быть светлой (белой), без пятен и «мушек» (точек рыжего или темного цвета, указывающих на присутствие в массах вкраплений железа и титана).
Источник
Обогащение каолина мокрым способом описание технологии
Обогащение глинистых материалов в производстве керамических изделий — часть 1
Каолины и светложгущиеся глины, введенные в тонкокерамические массы, улучшают их формовочные и литьевые свойства, повышают механическую прочность изделий в воздушносухом состоянии, прочность, термическую и химическую стойкость и белизну после обжига. Эти свойства глинистых материалов наиболее проявляются при высокой однородности химического, минералогического и гранулометрического составов, что достигается их обогащением.
Обычно первичные каолины используют в производстве только после обогащения (исключая каолин Дубровского месторождения, который используется в производстве фарфоровых изделий в сыром виде). Это объясняется тем, что в первичных необогащенных каолинах каолинита не более 45%, а глинозема в массах для тонкокерамических изделий должно быть не менее 35% при минимальном содержании красящих веществ Fe2О3+TiО2 до 2,5%. В обогащенном каолине в основном преобладает каолинит, примеси песка колеблются в пределах 0,3— 1,3% остатка на сите № 0056 (10085 отв/см2), а содержание красящих веществ снижается более чем в два раза.
Обогащение глинистого сырья также способствует стабилизации состава и технологических свойств масс, повышает качество изделий и производительность оборудования, снижает транспортные расходы, улучшает технико-экономические показатели производства.
Способы обогащения основаны на различии физических и химических свойств компонентов минерального сырья — плотности, твердости, растворимости, электропроводности и магнитной восприимчивости, смачиваемости отдельными жидкостями и т. д. Выбор способа обогащения определяется химико-минералогическими свойствами сырья, условиями добычи, объемом производства, требованиями к обогащенному сырью и другими условиями.
Механические способы — рассеивание на ситах и воздушная сепарация широко используются непосредственно на производстве, являясь составной частью технологического процесса. Рассеивание позволяет не только отделить примеси от полезного компонента, но и разделить последний на фракции (зерна) определенного размера. Воздушная сепарация основана на различной скорости падения частиц в воздушном потоке в зависимости от их плотности. Осуществляется она в воздушных классификаторах, сепараторах, циклонах и фильтрах.
Электрические способы обогащения основаны на электрической и магнитной восприимчивости компонентов сырья. Наиболее распространены электромагнитные способы, используемые для разделения магнитно-восприимчивых минералов и отделения железистых включений. В соответствии с поведением в магнитном поле минералы разделяются на ферромагнитные (сильномагнитные), пармагнитные и диамагнитные.
Отделение ферромагнитных материалов возможно в слабомагнитном поле напряженностью до 80 кА/м, парамагнитных — с напряженностью поля до 1,85 мА/м. Основные типы сепараторов с сильным магнитным полем — индукционные вальцевые, барабанные е крестовидным магнитом и дисковые. В производстве чисто используют вальцовые сепараторы. В этих сепараторах на минеральную смесь действуют силы магнитного притяжения, силы тяжести и центробежные силы (вальцовые сепараторы).
Гидравлические способы обогащения широко используются как на предприятиях тонкой керамики, так и на горно-обогатительных предприятиях, непосредственно добывающих минеральное сырье. Мокрогравитационное обогащение как один из способов основано на различной скорости падения частиц в потоке жидкости (воды). Есть много способов мокрогравитационного обогащения от отмучивания до обогащения в гидроциклонах и центрифугах. В их основе лежит классификация частиц по плотности и крупности, а также различной смачиваемости зерен отдельных минералов водой (флотация). Скорость флотации регулируют вводом в водную суспензию флотационных реагентов (сосновое масло, древесный деготь и др.). Пену с частицами полезного минерала удаляют на сгущение (разрушение пены), фильтрование и сушку осадка. Полученный концентрат поступает потребителю. Осевшие частицы удаляются как отходы. Расход флотационных реагентов 100 г/т породы. Кроме этого, существуют способы ультразвукового и химического, а также комбинированные способы обогащения глинистого сырья.
Каолин обогащают мокрогравитационным (электролитным) и воздушно-гравитационным (сухим) способами с целью удаления не только красящих веществ, но и кварца, слюды и других минеральных примесей. Мокрогравитационный способ применяют на Просяновском, Глуховецком и Кыштымском каолиновых комбинатах. Последовательность основных процессов обогащения каолина приведена на рис. 4. Расход жидкого стекла 15— 20 кг/т обогащенного каолина.
Добавление электролита интенсифицирует процесс обогащения, способствует повышению плотности каолиновой суспензии до (1,15—1,25) • 1000 кг/м3 при одновре-
менном снижении расхода воды в 4—5 раз, улучшает условия отделения частиц от примесей. ‘Содержание каолина в промывном песке (отходах) не должно превышать 2%.
Обезвоживание суспензии производится в камерных фильтр-прессах при давлении 1 МПа и времени фильтрации 50 мин. Сушка фильтр-прессных коржей, предварительно измельченных, осуществляется в сушильных барабанах. Температура теплоносителя на входе 800— 900° С, на выходе 100—150° С. Далее каолин тарируется в мешки и поступает на склад готовой продукции.
Основной недостаток этого способа при использовании в качестве коагулянта известкового молока — трудность получения каолина со стабильными свойствами, из-за чего может произойти ухудшение литейных свойств шликера и формовочных свойств масс. Выдерживание каолина на складе в течение 2—3 мес способствует переходу гидрата оксида кальция Са(ОН)2 в карбонат СаСО3,
что положительно влияет на свойства каолина.
Рис. 4. Электролитное обогащение каолина
Источник
Способ обогащения каолинового сырья
Владельцы патента RU 2647549:
Изобретение относится к области обогащения неметаллорудных полезных ископаемых, преимущественно каолинов и руд, содержащих минерал каолинит, в водной среде и может быть использовано для получения концентратов, пригодных для использования в керамической, металлургической и строительной промышленности. Способ обогащения каолинового сырья включает его суспендирование в воде и разделение суспензии с выделением каолинового концентрата. Каолиновое сырье предварительно подвергают гидротермальной обработке в автоклаве при температуре 180-265°C и давлении 1-5 МПа, после сброса давления и охлаждения суспензии до 40-60°C путем добавления воды доводят до содержания твердого компонента в суспензии до 30-50%. Полученную суспензию направляют на разделение одним или несколькими известными способами по крупности на гидравлическом грохоте, плотности на гидроклассификаторе и магнитным свойствам на магнитном сепараторе. Технический результат — изменение физико-химических свойств и структуры исходного каолинита, приводящих к уменьшению вязкости, что обеспечивает возможность последующего его отделения. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.
Изобретение относится к области обогащения неметаллорудных полезных ископаемых, преимущественно каолинов и руд, содержащих минерал каолинит, в водной среде и может быть использовано для получения концентратов, пригодных для использования в керамической, металлургической и строительной промышленности в качестве сырья для производства глинозема, огнеупоров и строительных материалов.
Каолин это глинистая порода, содержащая минерал каолинит, образующаяся в результате геологических процессов выветривания и последующего переосаждения алюмосиликатных пород. Каолиновое сырье часто содержит значительное количество природной влаги и примеси железосодержащих минералов. Минерал каолинит Al4[Si4O10](OH)8 это гигроскопичный легко шламующийся алюмосиликат со слоистой структурой. При перемешивании с водой каолинит и сырье, содержащее каолинит, образуют вязкие суспензии, частицы которых склонны к набуханию и неселективной агрегации с другими минералами. Эти явления препятствуют эффективному обогащению каолинового сырья любыми известными способами. Снижения вязкости каолинитовых суспензий в мокрых процессах обогащения обычно достигается их разбавлением и (или) применением добавок различных реагентов-диспергаторов, что вызывает множество проблем с дальнейшим обезвоживанием суспензий (пульп) и с эксплуатацией шламохранилищ. Обогащение каолинового сырья направлено на отделение минерала каолинита от минеральных примесей, которые обычно представлены ненабухающими силикатами — кварц, полевые шпаты и карбонатами — кальцит, доломит, сидерит.
Оценку качества продуктов обогащения каолинового сырья обычно производят по содержанию оксида алюминия Al2O3, массовая доля которого в чистом каолините теоретически составляет 39,5%, а реально получаемые концентраты для металлургической промышленности содержат 30-32% Al2O3. Второй критерий качества каолинитовых концентратов содержание оксидов железа Fe2O3, являющихся вредной примесью, содержание которых в концентратах для металлургической промышленности не должно превышать 2,0%. [Рахимов Р.Х. и др. Ресурсосберегающая энергоэффективная технология получения глинозема из вторичных каолинитов Ангренского месторождения // Computational nanotechnology, 2016, №1, pp. 45-51].
Известен способ обогащения каолинов (авторские свидетельства СССР 526385, 1976 г.; 698654, 1979 г. кл. В03В 1/02), включающий операции механической дезинтеграции каолиновой суспензии в воде, подогретой до 40-60°C, введение реагентов-диспергаторов, обеспечивающих снижение вязкости каолиновой суспензии и дальнейшее разделение суспензии с использованием гравитационной классификации.
Известен способ обогащения каолина (АС СССР 526385, 1976 г.), включающий предварительное подсушивание, дробление, дезинтеграцию в водной среде, классификацию пульпы по крупности в две-три стадии и последующее обезвоживание. Для снижения вязкости пульпы в процессе дезинтеграции используют металлические шары (в случае применения шаровых мельниц), горячую воду и диспергаторы глинистых частиц (жидкое стекло), что значительно усложняет технологию.
Известен способ обогащения каолина (АС СССР 698654, 1979 г.), который во многом повторяет описанный в АС СССР 526385, от которого отличается тем, что в процессе дезинтеграции дополнительно вводят натриевые или алюминиевые соли гумминовых кислот.
Недостатками описанных выше способов обогащения является использование большого количества реагентов-диспергаторов, приводящих на последующих стадиях переработки к проблемам с обезвоживанием продуктов обогащения и к необходимости применения специальных мероприятий для защиты окружающей среды от вредного воздействия химических реагентов.
Известен способ обогащения каолина (патент UA 22229, 1998 г.), предлагающий исключение использования реагентов-диспергаторов за счет применения виброакустического воздействия на каолиновую суспензию при обогащении путем высокоинтенсивной магнитной сепарации. Наличие виброакустического устройства внутри конструкции магнитного сепаратора, оказывает негативное воздействие на механическую надежность агрегата в целом. Также следует отметить, что диспергирующий эффект виброакустического воздействия положительно проявляется только непосредственно в процессе магнитной сепарации, а в других технологических операциях обогащения, например, при гравитационной классификации, и в процессах обезвоживания положительный эффект отсутствует. Это ограничивает сферу применения виброакустического эффекта в качестве диспергирующего.
Известен способ магнитного обогащения глин (патент US 4281799, 1981 г., кл. В02С 23/18, В03В 1/04), предусматривающий интенсивную механическую дезинтеграцию глинистой суспензии в аппаратах с высокоскоростной мешалкой — аттриторах с последующим разделением механически дезинтегрированной суспензии в магнитном сепараторе с полем высокой магнитной напряженности. Недостатком данного способа является высокий абразивный износ рабочих элементов дезинтегратора-аттритора в каолиновой суспензии, в связи с чем указанный способ не нашел промышленного применения.
Известен способ понижения вязкости каолиновой суспензии для использования в производстве бумаги (патент US 3765825, 1973 г., кл. F27B 3/04) путем гидротермальной обработки каолиновой суспензии в автоклаве при температуре 200-390°C и давлении 4-25 МПа. Указанный способ не предполагает дальнейшего обогащения каолинов. Однако, рассматривая указанный способ с точки зрения обогащения каолинов, следует отметить, что гидротермальная обработка каолинов при обозначенных параметрах приводит к его дезинтеграции до крупности 1-3 мкм, что делает невозможным разделение суспензии по гравитационным и магнитным свойствам и существенно осложняет операции обезвоживания продуктов обогащения.
Известен способ обогащения каолинового сырья (Галямов В.Ш. Разработка высокоэффективной технологии обогащения низкосортного каолинового сырья месторождения Елинское / Дисс. на соискание ученой степени кандидата технических наук. Магнитогорск, 2014 г., стр. 106), предусматривающий обработку каолиновой суспензии реагентом — диспергатором в количестве 4 кг/т, последовательное разделение суспензии по плотности с применением гидроциклонов, по крупности с применением гидравлических грохотов и по магнитным свойствам с применением высокоинтенсивного магнитного сепаратора (мокрое разделение) и последующее обезвоживание продуктов обогащения с использованием реагентов-флокулянтов. При этом плотность каолиновой суспензии (массовое содержание твердого) во всех операциях классификации и сепарации поддерживалась менее 30%. Указанный способ является наиболее близким аналогом (прототипом) к заявленному решению по совокупности признаков и назначению. Недостатком данного способа является необходимость использования больших объемов воды для обеспечения эффективного разделения минералов и применение реагентов-диспергаторов, которые существенно затрудняют обезвоживание продуктов обогащения и организацию оборотного водоснабжения.
Задача заявляемого изобретения заключается в создании способа обогащения каолинового сырья в водной среде, обеспечивающего повышение эффективности разделения минералов по плотности, крупности и магнитным свойствам в суспензиях с массовым содержанием твердого 30-50% и без применения реагентов-диспергаторов.
Технический результат заключается в изменении физико-химических свойств и структуры исходного каолинита, приводящих к уменьшению вязкости, что обеспечивает возможность последующего его отделения.
Поставленная задача решается тем, что способ обогащения каолинового сырья включает его суспендирование в воде и разделение суспензии с выделением каолинового концентрата. От прототипа отличается тем, что каолиновое сырье предварительно подвергают гидротермальной обработке в автоклаве при температуре 180-265°C и давлении 1-5 МПа, после сброса давления и охлаждения суспензии до 40-60°C путем добавления воды доводят до содержания твердого компонента в суспензии до 30-50%.
Полученную суспензию направляют на разделение одним или несколькими известными способами по крупности на гидравлическом грохоте, плотности на гидроклассификаторе и магнитным свойствам на магнитном сепараторе.
Для того, чтобы лучше продемонстрировать отличительные особенности изобретения, в качестве примеров, не имеющих какого-либо ограничительного характера, ниже описаны предпочтительные варианты реализации способа. Сравнительные результаты приведены в Таблицах, где номера в графе 1 соответствуют номеру Примера.
Плотную суспензию каолиновой руды, твердая фаза которой содержит SiO2 — 56,0%, Al2O3 — 27,4%, Fe2O3 — 2,1%, TiO2 — 0,5%, с содержанием воды 25%, выдерживают в автоклаве при температуре 180°C и давлении 1,0 МПа в течение 60 минут. После сброса давления и охлаждения до 40-60°C в суспензию добавляют воду до достижения содержания твердого в суспензии 35% (при этом относительная вязкость суспензии по сравнению с водой составляет 1,6°Е), далее суспензию разделяют в гидроклассификаторе по крупности 60 мкм: фракцию крупнее 60 мкм направляют в отвал, а фракцию крупностью менее 60 мкм подвергают электромагнитной сепарации при индукции магнитного поля 1,0 Тл.
Результаты обогащения каолиновой руды приведены в Табл. 1.
Суспензию каолиновой руды с химическим составом твердой фазы, приведенным в Примере 1, содержащую 40% воды, выдерживают в автоклаве при температуре 265°C и давлении 5 МПа в течение 10 минут. После сброса давления и охлаждения в суспензию добавляют воду до достижения содержания твердого в суспензии 50% (при этом относительная вязкость суспензии составляет 1,6°Е), далее суспензию разделяют на гидравлическом грохоте по крупности 150 мкм: фракцию крупнее 150 мкм направляют в отвал, а фракцию менее 150 мкм подвергают сепарации по плотности 2,6 г/см 3 на гидроклассификаторе: фракция плотнее 2,6 г/см 3 направляется в отвал, а фракцию с плотностью менее г/см 3 подвергают электромагнитной сепарации при индукции магнитного поля 0,8 Тл. Результаты обогащения приведены в Табл. 1.
Суспензию каолиновой руды с химическим составом твердой фазы, приведенными в Примере 1, содержащую 35% воды, выдерживают в автоклаве при температуре 200°C и давлении 1,55 МПа в течение 30 минут. После сброса давления и охлаждения в суспензию добавляют воду до достижения содержания твердого в суспензии 40% (при этом условная вязкость суспензии составляет 1,4°Е), далее суспензию разделяют на гидравлическом грохоте по крупности 150 мкм: фракцию крупнее 150 мкм направляются в отвал, а фракцию менее 150 мкм подвергают сепарации по плотности 2,6 г/см 3 на гидроклассификаторе.
Для сравнения с Примером 1 был произведен опыт с условиями диспергации и разделения суспензии согласно прототипу, но без использования реагентов-флокулянтов. Для корректности сравнения эффективности процент твердого в суспензии был повышен до 35% (в прототипе 30%.). При этом условная вязкость суспензии составляла 2,3.
Суспензию каолиновой руды с химическим составом, приведенным в Примере 1, диспергируют в воде в механической мешалке 10 минут при скорости вращения 10 с -1 , Полученную суспензию разделяют на гидравлическом грохоте по крупности 150 мкм, фракция крупнее 150 мкм направляют в отвал, а фракцию менее 150 мкм подвергают сепарации по плотности 2,6 г/см 3 на гидроклассификаторе: фракция плотнее 2,6 г/см 3 направляется в отвал, а фракцию с плотностью менее 2,6 г/см 3 подвергают магнитной сепарации при индукции магнитного поля 1,0 Тл. Результаты обогащения приведены в Табл. 1.
Из приведенных в Табл. 1 данных следует, что предлагаемый способ позволяет получать каолиновые концентраты лучшего качества при более высоком извлечении оксида алюминия по сравнению с прототипом, предусматривающим только механическую диспергацию.
Таким образом, заявляемый способ обогащения каолинового сырья позволяет осуществить более эффективное обогащение, чем известные способы.
Для обоснования влияния давления и температуры в заявленном диапазоне на показатели обогащения были произведены дополнительные опыты (Табл. 2, примеры 5-10) В этих примерах воспроизведены условия Примера 1, за исключением приведенных в нем значений температуры и давления.
Как видно из приведенных в Табл. 1 и Табл. 2 данных, извлечение в концентрат Al2O3 в заявленном диапазоне параметров геотермальной обработки составляет 84.1-91,4%, что существенно выше значения по прототипу (81,1%).
Такие высокие показатели обусловлены наличием предварительной гидротермальной обработки сырья в заявленном диапазоне параметров. В процессе обработки происходят следующие физико-химические и структурные изменения каолина:
— происходит дезинтеграция частиц каолинита и сопутствующих минералов;
— происходит укрупнение частиц каолинита;
— происходит снижение влагоемкости частиц каолинита.
Указанные структурные и физико-химические изменения каолинового сырья обуславливают раскрытие агрегатов минералов и снижение вязкости каолиновой суспензии, что позволяет осуществлять дальнейшее разделение минералов по крупности, плотности и магнитным свойствам без применения механической дезинтеграции (диспергации) и без использования реагентов-диспергаторов.
Отличие предлагаемого способа обогащения каолинового сырья от способа подготовки каолинового сырья к использованию в производстве бумаги (см. патент US 3765825) заключается в том, что гидротермальная обработка каолинового сырья по предлагаемому способу осуществляется при более низких параметрах — температуре и давлении, чем в указанном способе. Это позволяет сохранить частицы каолинита в диапазоне крупности более 5 мкм, которая обеспечивает приемлемую вязкость суспензии, в отличие от каолинита для производства бумаги, где его крупность при жесткой гидротермальной обработке снижается до менее, чем 3 мкм. Авторами экспериментально установлено, что снижение температуры ниже 180°C и давления ниже 1 МПа не позволяет повысить эффективность. Повышение указанных показателей выше заявленных пределов (265°C и 5 МПа, соответственно) приводит к тому, что каолинит и сопутствующие минеральные компоненты начинают подвергаться дезинтеграции и повышают вязкость суспензии.
1. Способ обогащения каолинового сырья, включающий его суспендирование в воде и разделение суспензии с выделением каолинового концентрата, отличающийся тем, что каолиновое сырье предварительно подвергают гидротермальной обработке в автоклаве при температуре 180-265°C и давлении 1-5 МПа, после сброса давления и охлаждения суспензии до 40-60°C путем добавления воды доводят до содержания твердого компонента в суспензии до 30-50%.
2. Способ обогащения каолинового сырья по п. 1, отличающийся тем, что осуществляют разделение суспензии по крупности на гидравлическом грохоте, и/или по плотности на гидроклассификаторе, и/или по магнитным свойствам на магнитном сепараторе.
Источник
