CC BY
40
------------------------------------------- © Р.Н. Максимов, В.И. Голик,
2005
УДК 541.1
Р.Н. Максимов, В.И. Голик
РАЗДЕЛЕНИЕ СМЕСЕЙ ПРИ УТИЛИЗАЦИИ ХВОСТОВ ОБОГАЩЕНИЯ
Семинар № 21
тходы обогащения представляют собой источник минерального сырья для конверсируемого производства, например, для Садонского свинцово-цинково-го комбината (РСО-Алания) с запасами хвостов обогащения до 10 млн. т.
В хвостах обогащения Мизурской и Фиа-гдонской фабрик содержатся: цинк до 1,2 %; свинец до 0,8 %, медь от до 0,6 % и др. металлы.
Из хвостов обогащения получают: промышленные продукты с содержанием цинка и свинца от 3 до 10 %; концентраты цинка и свинца с содержанием более 20 %; пиритный, титаномагниевый и железомарганцевый концентраты; кварцевый флюс с содержанием меди до 2,0 %; кварцевый и кварцево-полевошпатный пески высокого качества; иловую фракцию и др. товарные компоненты.
Эффективность утилизации хвостов обогащения повышается при их активации с изменением первоначального состояния. Активация нарушает равновесное состояние вещества за счет разрыва связей, точечных дефектов и других факторов. По мере увеличения удельной поверхности нарастают физико-химические и структурные изменения материала, которые определяются типом связи, структурой вещества и энергетикой процесса измельчения. Вследствие изменения расположения структурных элементов ионов, атомов, молекул и группировок активированное вещество по сравнению с исходным веществом характеризуется иными значениями свободной энергии, теплоты образования и энтропии.
Уменьшение размеров частицы увеличива-
Рис. 1. Концентратор с винтовым потоком пульпы: 1
- камера разделения; 2 - бункер исходного питания; 3 -бункер тяжелой фракции; 4 -патрубок подачи воды; 5 -патрубок выгрузки легкой фракции
ет поверхность контакта металлов с раствором и повышает скорость выщелачивания в зависимости от состава отходов, механизма и интенсивности активации
Хвосты представляют собой совокупность нескольких минералов, обладающих синэнер-гетическими свойствами. Ионы металлов имеют индивидуальный потенциал выхода из кристаллической решетки минерала, обусловленный его свойствами и параметрами воздействия.
Однако, выщелачивание хвостов обогащения пока еще не находит широкого применения ввиду несовершенства отдельных составляющих технологического процесса.
В СКГТУ уточнен механизм извлечения металлов при переработке хвостов обогащения упорных сульфидных руд на основе их активации. Это позволяет увеличить извлечение металлов из хвостов. Известные технологические схемы магнитного и гравитационного разделения и обогащения дополняются аппаратами для
Наименование Выход, Содержание,% Извлечение,%
продуктов % Барит Кварн Барит Кварн
Прямолинейное движение потока
Тяжелая фракция 23,2 65,2 65,2 60,5 20,2
Легкая фракция 76,8 12,9 78,0 39,5 79,8
Исходный продукт 100,0 25,0 75,0 100,0 100,0
Винтовое движение потока
Тяжелая фракция 24,9 80,0 42,0 79,7 14,0
Легкая фракция 75,1 6,8 86,0 20,3 86,0
Исходный продукт 100,0 25,0 75,0 100,0 100,0
разделения минеральном смеси по плотности в восходящем потоке воды.
Недостатком существующих аппаратов является потеря частиц тонкого класса крупности с легким продуктом. Эти потери связаны с наличием повышенной скорости потока в канале, необходимой для перемещения материала. Поддержание материала в камере разделения во взвешенном состоянии, при движении потока по винтовой траектории в канале концентратора устраняет данный недостаток.
В концентраторе новой конструкция повышение эффективности разделения материала достигается за счет создания восходящего винтового потока пульпы. Камера разделения выполнена в виде канала круглого сечения, внутри которого, последовательно по всей длине, установлены деформаторы потока, расположенные под углом к его продольной оси (рис. 1).
Минеральная смесь подается в канал наРис. 2. Влияние скорости потока на выход верхнего продукта при Q = 5 кг/ч: 1 - винтовой поток; 2 - прямолинейный поток
Ув> %
25
О I--------------------------------------------------
13,5 15,5 17,5 V, см/с
встречу восходящему с определенной скоростью потоку воды, которая является средой разделения. При этом легкие частицы (небольшой плотности) находятся во взвешенном состоянии и выносятся потоком из канала, образуя верхний (легкий) продукт. Частицы большей плотности (тяжелые) оседают в нижнюю часть канала. Деформаторы трансформируют поле скоростей разделяющей среды, образуя ее циркулирующие потоки - вихри. В вихри попадает скатывающийся против движения разделяющей среды материал, где происходит его перечистка за счет действия центробежных и гравитационных сил. При этом менее плотные частицы, движущиеся вдоль стенки канала в результате стесненного падения, "вымываются" и уносятся потоком вверх. Тяжелая фракция последовательно попадает в вихри и выводится из канала, образуя нижний продукт.
Экспериментальная часть работы заключалась в проведении сравнительных испытаний по разделению минеральных смесей в концентраторах с винтовым и прямолинейным движением потока. Для разделения использовали
Рис. 3. Влияние нагрузки по питанию на выход верхнего продукта при V = 13,5 см/с: 1 - винтовой поток; 2 -прямолинейный поток
Ув, %
О 10 20 30 с?, кг/ч
смесь кварца и барита в соотношении 3:1 крупностью -0,4 + 0,1 мм. Скорость потока в камере разделения контролировали по расходу воды. Качество продукта определяли разделением его в бромоформе.
При увеличении скорости потока растет и выход легкой фракции. Однако влияние скорости на выход верхнего продукта у концентратора с винтовым движением потока заметно меньше (рис. 2).
Рис. 4. Схема центробежно-
вибрационного комплекса: 1 - концентратор; 2 - центробежно-
гравитационный сепаратор; 3 - центробежно-вибрационный сепаратор; 4 -магнитогидростатический центробежно-вибрационный сепаратор
На рис. 3. представлены зависимости, показывающие влияние нагрузки по питанию на выход верхнего продукта. Из характера кривых можно сделать вывод о том, что с увеличением нагрузки выход верхнего продукта растет до момента, когда концентрация частиц в канале не достигнет максимального значения. После этого происходит уменьшение выхода до минимальной величины, при которой в канале концентратора наблюдается накопление частиц. При оптимальной скорости прямолинейного и винтового движения потоков потери тяжелых частиц барита с легкой фракцией уменьшаются с
39,5 до 20,3 %. Уменьшается засорение тяжелой фракции легкими частицами кварца: содержание
барита в ней растет с 65,2 до 80,0 % (таблица).
Для разделения смесей минеральных компонентов разработан центробежно-вибрационный комплекс (рис.4). Комплекс позволяет перерабатывать материал крупностью - 2 + 0,037 мм с производительностью 500 кг/ч по исходному сырью. Он включает в свой состав аппараты: концентратор; центробежно-гравитационный сепаратор; цен-тробежно-вибрационный сепаратор; магнито-
гидростатический центробежно-вибра--ционный сепаратор. Концентратор предназначен для гравитационного обогащения классифицированных мелкозернистых материалов в восходящем винтовом потоке. Питанием концентратора является классифицированный на грохоте материал. Концентратор позволяет выделить легкие минералы пустой породы и сократить количество материала в 5-8 раз в зависимости от состава исходного продукта. Канал концентратора
снабжен деформаторами потока создающими необходимые гидродинамические условия для разделения смеси минералов. В канал подается вода, скорость потока которой регулируется заслонкой и контролируется мембранным датчиком.
Регулировка режима работы концентратора заключается в подборе оптимальной скорости потока воды. Извлечение компонента из легкого продукта концентратора заканчивается на центробежно-гравита-ционном сепараторе.
Исходный материал, содержащий частицы различной плотности, подают в бункер, откуда он поступает в винтовой канал, где сталкивается с восходящим потоком воды, и движется по спирали. Менее плотные частицы выносятся потоком вверх, а более плотные частицы опускаются вниз навстречу потоку, попадая в нижнюю часть канала. Эффективному разделению частиц способствует создание зон вихреобра-зования, находящихся в местах установки деформаторов потока. Тяжелая фракция в виде более плотных частиц поступает в бункер и удаляется через патрубок разгрузки. Легкая фракция уносится потоком в верхнюю часть винтового канала.
Для выделения из тяжелой фракции концентратора тонких частиц полезного компонента установлен центробежно-вибра-ционный сепаратор.
В ротор подается материал, содержащий более и менее плотные частицы. Под действием центробежных сил происходит разделение смеси. Более плотные частицы попадают на поверхность ротора, образуя слой материала, а
менее плотные всплывают и разгружаются через патрубок для вывода легкой фракции. Для более полного разделения частиц, попавших на поверхность ротора, через перфорационные отверстия с помощью вибраций из пространства между конусами подается вода. Регулировка режима работы сепаратора осуществляется путем подбора оптимальных параметров частоты вращения ротора и его вибрации.
Магнитогидростатический центробежно-
вибрационный сепаратор предназначен для окончательного выделения частиц содержащих ценный компонент из немагнитных фракций. При необходимости выделения магнитной фракции комплекс оснащается валковым магнитным сепаратором. Разделение частиц осуществляется по плотности в объеме ферромагнитного коллоида, на который действует неоднородное магнитное поле. В результате в объеме ферроколлоида возникает дополнительная выталкивающая сила, что эквивалентно увеличению его плотности.
Сепарационная камера заполняется ферроколлоидом до уровня, который удерживается магнитным полем. Исходное сырье поступает в сепарационную камеру, попадая в ферроколлоид расслаивается по плотности, образуя два потока легких и средних по плотности частиц. Частицы непрерывно выводятся из рабочей зоны. За счет вибраций сепарационной камеры частицы удаляются из нее в соответствующие приемники. Оптимизация процесса сепарации осуществляется регулировкой частоты вращения и параметрами вибрации ротора.
— Коротко об авторах --------------------------------
Максимов Р.Н - кандидат технических наук, докторант СКГМИ. Голик В.И. - доктор технических наук, профессор, СКГМИ.
