ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ

ЛЕКЦИЯ № 12

 

 

 

 

При обогащении полезных ископаемых применяются помимо подготовительных, непосредственно разделительных и ряд других операций, называемых вспомогательными.

Обогащение большинства полезных ископаемых осуществляется в водной среде. По этой причине получаемые продукты обогащения сильно обводнены и в таком виде малопригодны для дальнейшего использования. Кроме того, излишняя влага (вода) удорожает их перевозку и хранение, уменьшает сыпучесть, повышает вероятность их смерзание в зимнее время.

Поэтому для удаления из продуктов обогащения избыточной влаги применяют ряд операций, называемых в общем случае обезвоживанием.

 

В зависимости от крупности продуктов и от степени удаления влаги для обезвоживания применяют различные способы обезвоживания:

- дренирование - для углей крупностью более 10 мм и руд более 3 – 5 мм;

- центрифугирование– для углей крупностью 0.5 – 10 мм;

- сгущение– для углей крупностью менее 0.5 мм и руд менее 0.1 мм;

- фильтрование – для углей крупностью менее 0.5 – 1 мм и руд менее 0.1 мм;

- термическая сушка - для углей крупностью менее 10 мм и руд менее 0.5 - 0.1 мм;

 

Отделяемая от продуктов обогащения в процессе обезвоживания вода используется для оборотного водоснабжения при обогащении.

 

Дренирование– это процесс удаление воды из крупнозернистых продуктов за счет естественной фильтрации жидкости через промежутки между частицами под действием силы тяжести (чаще при дополнительном воздействии колебаний). Эффективность дренирования падает по мере уменьшения крупности материала.

Так как наиболее простым и экономичным методом обезвоживания является дренирование, крупные продукты (более 5 – 10 мм) вначале обезвоживаются дренированием на грохотах, элеваторах, а затем в бункерах.

Обезвоживающие вибрационные грохоты имеют сита с узкими щелями для сброса воды в подрешетный продукт.

Обезвоживающие элеваторы - это наклонный подъемник, ковши которого имеют отверстия для стока воды. Обезвоживание материала осуществляется в период его подъема. Элеваторы устанавливаются на отсадочных машинах, где они одновременно выгружают тяжелую фракцию с нижней части машины.

Обезвоживающие бункеры представляют собой железобетонные прямоугольные ячейки с пирамидальной нижней частью, которая имеет перфорированное устройство для сброса воды.

Центрифугирование– это операция обезвоживания мелких и тонкозернистых продуктов обогащения (чаще всего угольных) под действием центробежных сил.

Осуществляется в центробежных аппаратах, называемых центрифугами.

Центрифуга (от лат. centrum - средоточие и fuga – бегство, бег) – машина для разделения пульп (суспензий) на твердую и жидкую фазы под действием центробежной силы. Предназначена для получения обезвоженного продукта (осадка) и жидкой фазы (фугата). Центрифуги применяют в горной промышленности для обезвоживания мелких классов частиц (шламов, продуктов флотации, концентратов, промпродуктов и др.).

По характеру процессов, протекающих при центрифугировании, центрифуги разделяют на фильтрующие и осадительные; по виду выгрузки осадка – с вибрационной, шнековой и центробежной выгрузкой.

Центрифуги оснащены перфорированными роторами конической (преимущественно в фильтрующих) или цилиндрической (в осадительных) конфигурации, расположенными вертикально или горизонтально.

В процессе фильтрования на центрифугах выделяют три периода: образование осадка (собственно фильтрование), его уплотнения и механической сушки. Осадок выгружается под действием вибраций ротора или с помощью шнека. В шнековой осадительной центрифуге после осаждения частиц осадок транспортируется витками шнека по ротору и обезвоживается после выхода. Фугат стекает вдоль спирально шнекового канала в зону осаждения.

В центрифугах со шнековой выгрузкой осевая скорость перемещения осадка определяется относительной частотой вращения шнека, средним диаметром ротора, шагом шнека.

В центрифугах с вибрационной выгрузкой осадка средняя скорость движения осадка в роторе зависит от частоты амплитуды его колебаний, диаметра, угла наклона образующей к оси вращения, частоты вращения, а также плотности и коэффициента внутреннего трения исходного и обезвоженного продуктов.

Размер граничного зерна при работе центрифуг на угольных шламах 0,04 – 0,08 мм, на рудных пульпах – 0,005 – 0,03 мм.

 

Фильтрующая центрифуга состоит из корпуса, в котором на вертикальном валу закреплен вращающийся конический ротор (опрокинутая корзина). Поверхность ротора представляет собой фильтрующее сито со щелевидными отверстиями размером 0.25 – 0.5 мм. Обезвоживаемый продукт специальным устройством разбрасывается на внутреннюю поверхность ротора. Под действием центробежной силы происходит принудительная фильтрация воды через слой материала и сетчатую поверхность ротора. Прошедшая жидкая фаза, называемая фугатом,выгружается в нижней части центрифуги по периферии корпуса. Обезвоживаемый продукт (осадок), передвигается по поверхности ротора и разгружается также в центральной нижней части центрифуги.

 

Сгущение – процесс осаждения твердых частиц из мелкозернистых пульп (менее 0.5 мм) с получением уплотненного сгущенного продукта (осадок) и осветленного слива. Данный процесс может выполнять функцию, как предварительного обезвоживания конечных продуктов обогащения, так и вспомогательного при переработке промежуточных продуктов в процессе обогащения.

Для сгущения применяют устройства и аппараты, в которых осаждение частиц происходит под действием силы тяжести (цилиндрические и конусные сгустители, отстойники и др.), а также аппараты, где осаждение происходит под действием центробежных сил (гидроциклоны, осадительные центрифуги).

 

Цилиндрические (радиальные) сгустители – это цилиндроконический аппарат, диаметр которого может достигать несколько десятков метров. Пульпа в сгустителе осторожно перемешивается медленно вращающейся рамой с гребками в нижней части. Твердые частицы постепенно оседают на дно и сгребаются к центру сгустителя, откуда выгружаются – это сгущенный продукт. Осветленная жидкость удаляется через порог по периметру сгустителя – это слив. Слив часто (при угольном обогащении – всегда) используется в качестве оборотной воды в технологии обогащения.

Для ускорения осаждения твердой фазы в сгуститель подают специальные реагенты (коагулянты, флокулянты), способствующие слипанию тонких частиц в крупные агрегаты, которые быстрее осаждаются в сгустителе.

Сгущение в гидроциклонах осуществляется по той же схеме, которая была рассмотрена в разделе 4.4.

 

Фильтрование – процесс разделения жидкой и твердой фаз пульпы с помощью пористой перегородки под действием разности давлений, создаваемой между перегородкой. Таким образом происходит отсасывания влаги через пористую перегородку, например, с помощью вакуум-насоса. В качестве перегородки может применяться техническая ткань, полимерная, металлическая сетка с мелкими отверстиями.

 

Аппараты для фильтрования называются вакуум-фильтрами.

Дисковый вакуум-фильтр, который содержит диски, посаженые на медленно вращающийся вал. Диски состоят из пористых секторов. При погружении секторов в ванну в них создается разряжение, в результате которого вода засасывается во внутреннюю полость сектора (фильтрат). Это сопровождается налипанием твердой фазы на внешней поверхности секторов. Сектора находятся под вакуумом до верхней части их подъема и как только она пройдена, в полость сектора подается давление воздуха, которое способствует сбрасыванию обезвоженного продукта в отдельный приемник (отдувка).

Кроме дисковых нашли применение барабанные и другие типы вакуум-фильтров.

Вакуум-фильтры широко применяются для обезвоживания флотационных концентратов, а также магнитного концентрата в процессе мокрого обогащения магнетитовых руд.

Для подготовки к складированию обводненных тонкодисперсных продуктов, например, отходов флотации угля, применяются относительно сложные машины –фильтр-прессы.

В большинстве случае влажность мелких концентратов обогащения, обезвоженных рассмотренными способами, превышает требования, предъявляемые к этим продуктам. Поэтому в качестве заключительного обезвоживания применяют термическую сушку.

 

Термическая сушка –процессобезвоживания материала, основанный на испарении содержащейся в ней воды при нагревании.

В качестве теплоносителя (сушильный агент) при сушке используют, как правило, продукты горения любого вида топлива. Сушка производится в аппаратах, называемых сушилками.

Основными типами сушилок, наиболее широко применяемых на обогатительных фабриках, являются барабанные, трубы-сушилки и сушилки кипящего слоя.

Барабанная сушилка – это наклонный вращающийся барабан, с одной стороны которого производится загрузка влажного материала, а с другой происходит выгрузка подсушенного продукта (сушонка). Вовнутрь барабана поступают горячие газы (теплоноситель) с температурой до 1000^о С. Испаренная влага удаляется этими же газами в конце барабана.

Для подготовки теплоносителя на каждый барабан предусматривается топочное устройство (топка).

Сушильная установка с трубой-сушилкой включает вертикальную трубу, в нижнюю часть которой питателем забрасывается влажный материал, туда же поступают и горячие газы. Скорость газо-воздушного потока должны быть такой, чтобы наиболее крупные частицы материала выносились им в верхнюю часть трубы, где происходит разделение газов и высушенного материала.. Во время "полета" в трубе происходит испарение влаги.

Трубы-сушилки применяются для подсушивания материала крупностью до 10 – 15 мм.

 

Литература.

 

1. Смирнов В.О., Білецький В.С. Технологія збагачення корисних копалин. – Донецьк: Східний видавничий дім, 2004. –272 с.

2. Бедрань Н.Г. Обогащение углей: Учеб. для вузов. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1988.- 206 с.

3. Шилаев В.П. Основы обогащения полезных ископаемых. Учебное пособие. – М.:Недра, 1986. 296с.

4. Барский Л.А. Так ископаемые становятся полезными. – М.: Недра, 1988. 152 с.