Документ. Магнитное обогащение
 Скачать 82.44 Kb.
|
|
Какие параметры влияют на эффективность флотации? Как влияет вещественный состав руды на исход флотации? Какие требования ставяться крупности руды при флотации? Как действует шламы на процесс флотации? Что Вы понимаете под плотностью пулпы? По какой формуле определяется содержание твердого в пульпе? Как влияет температура пульпы на эффективность флотации? Как влияет состав воды, добавлаемый к пульпе на исход флотации? В чем сущность реагентного режима при флотации? Каков порядок подачи реагентов на процесс флотации? Какие требования ставиться к размеру пузырков пульпы при флотации? Каков порядок запуска оборудования флотационного отделения? Каков порядок остановки оборудования флотационного отделения? Лекция №15 Тема: Специальные методы обогащения Химическое обогащение. Радиометрическое обогащение. . Обогащение по физико-химическим свойствам минералов. Основные термины: химическое обогащение, гидрохимические процессы, химическое растворение, выщелачивание, автоклавное выщелачивание, чановое выщелачивание, кучное выщелачивание, электролиз, цементация, подземное выщелачивание, бактериальное выщелачивание, радиометрическое обогащение. 15.1. Химическое обогащение Химическое обогащение – область технологии переработки полезных ископаемых по комбинированным схемам, включающим в начале, середине или конце химические процессы. При этом используются следующие процессы: гидрохимические, термохимические, пирометаллургические, хлоридо- и фторидовозгонка, сульфатизирующий, восстановительный, окислительный, сегрегационный обжиг и др. Наибольшее промышленное применение получили гидрохимические процессы. Гидрохимические процессы – это процессы извлечения ценных компонентов или удаления вредных примесей из руд и продуктов обогащения путем селективного растворения их водными растворами химических реагентов. При последующем выделении из раствора ценных компонентов получают высококачественные продукты, часто называемые химическими концентратами. При этом выделяют физическое и химическое растворение. Физическое растворение – это процесс, который протекает без изменения состава растворяемого компонента или полезного ископаемого. Химическое растворение – это процесс, сопровождаемый изменением химического состава компонентов полезного ископаемого. Физическое растворение положено в основу геотехнологических способов добычи и переработки растворимых в воде солей: галита, сильвина, бишофита и др. Химическое растворение используется в процессах добычи и переработки металлов, их солей и оксидов. В качестве растворителей выступают кислородные (серная, азотная, фосфорная, сернистая) и бескислородные (соляная, сероводородная) кислоты, водные растворы солей (соды, сернистого натрия, сернокислых солей щелочных металлов). Результатом растворения является образование раствора (применительно к физическому растворению солей – рассола). В основе процессов химического растворения лежат реакции обмена, окислительно-восстановительные, комплексообразования и др. Для физического и химического растворения характерно наличие трех стадий процесса: • подвод растворителя к поверхности минерала; • взаимодействие растворителя с минералом; • отвод продуктов реакции от поверхности раздела фаз. Определяющей стадией кинетики растворения может быть любая из перечисленных. Химическое обогащение включает следующие процессы: измельчение исходного материала; разложение рудных минералов или предварительную термическую их обработку; выщелачивание минералов; отделение раствора от твердого вещества и промывку осадка; очистку полученных растворов от примесей; разделение и осаждение извлекаемых металлов; сушку и обжиг конечных продуктов или же переплавку электролитически осажденного катодного металла; регенерацию реагентов и доизвлечение металлов из отработанных растворов. Выщелачивание – это процесс извлечения одного или нескольких компонентов из твердых продуктов (руд, концентратов, промежуточных продуктов, иногда отходов производства) водным раствором, содержащим щелочь, кислоту или другой реагент, а также с использованием определенных видов бактерий. Выщелачивание является основной операцией гидрохимического процесса. Выщелачивание используют в технологии извлечения цветных (Al, Au, Cd, Си, In, Т1 и др.) и редких (Be, Li, Mo, Nb, Re, W, Та, U и др.) металлов, при получении В, Ge, Se, Те. Кучное выщелачивание применяют для извлечения Ag, Au, Си, U, подземное – U, Са, Ag, Со, Fe, Ni и др., бактериальное – Си и U; последний способ перспективен для переработки силикатных руд, содержащих Al, As, Mn, Ni и другие металлы. Для выщелачивания рудных минералов применяют растворы углекислого натрия, углекислого аммония, аммиака, цианистого калия, едкого натра, хлористого натрия, серной, соляной и азотной кислот. Концентрация растворителей изменяется от 0,02 % KCN для выщелачивания золота до 30 % НС1 для разложения шеелитовых концентратов или до 94 % H2SO4 для разложения ильменитовых, перовскитовых и ниобиевых концентратов. Извлечение металлов в раствор при этом может достигать 98-99 % при незначительном растворении (3-5 %) сопутствующих минералов. Увеличение скорости выщелачивания достигается повышением температуры раствора, применением добавок окислителей, восстановителей, бактериальных культур и продуктов их жизнедеятельности, наложением магнитных и электрических полей, виброакустических и других воздействий. Выщелачивание осуществляется чановым, автоклавным, перколяционным, кучным и подземным способами. При чановом (агитационном) выщелачивании измельченная до 50-90 % класса -0,074 мм руда проходит через ряд последовательно соединенных чанов, интенсивное перемешивание пульпы в которых осуществляется механическими мешалками, сжатым воздухом или комбинированным воздушно-механическим способом. Чан с вертикальным перемешивающим устройством (рис. 15.1) состоит из корпуса 1 с кислото- и щелочестойкой футеровкой 2 и мешалкой 3. Перемешивающее устройство осуществляет подъем пульпы в средней части чана, в то время как по периферии наблюдаются нисходящие потоки. При циркуляции пульпы происходит активное контактирование твердых частиц со свежими порциями раствора и интенсивное растворение. Рис. 15.1. Схемы чана с перемешивающим устройством механического (а) типа: 1 – корпус; 2 – футеровка; 3 – мешалка (шнек) Автоклавное выщелачивание нашло широкое применение в урановой, никелевой, алюминиевой и вольфрамовой промышленности. Автоклавы представляют собой металлические вертикальные или горизонтальные сосуды вместимостью от 5 до 130 м, работающие под давлением от 1 до 5 Мпа при нагреве пульпы через внешние нагреватели (паровые рубашки, электронагреватели) или путем продувки ее в автоклаве острым паром, обеспечивающим также интенсивное перемешивание пульпы. Повышение температуры и давления в автоклаве вызывает существенное увеличение скорости выщелачивания. Для окисления выщелачиваемых компонентов, например, сульфидов, в автоклав подают кислород, воздух, перекись водорода, соли марганца, хлор и др. Автоклавы объединяют обычно в батареи, состоящие из 5-10 аппаратов, работающие по принципу непрерывного выщелачивания сырья. Схема автоклава показана на рис. 15.2. Высокая температура и давление в автоклавах обеспечивает увеличение скорости химических реакций, что позволяет осуществлять процессы, которые в обычных условиях протекают крайне медленно и неполно. Кроме того, герметичность аппаратуры уменьшает потерю реагентов и исключает загрязнение окружающей среды. Рис. 15.2. Горизонтальный автоклав для выщелачивания руд: 1 – импеллер; 2 – привод импеллера; 3 – перегородка; 4 – выпускной вентиль Перколяционный способ выщелачивания осуществляют в чанах без перемешивания. Для выщелачивания применяют чаны вместимостью 5-10 тыс. т. Длина чанов составляет до 50 м, ширина – до 30-33 м и глубина – до 5,5 м. Методом перколяции обрабатывают дробленую, обесшламленную руду крупностью -15 1 мм. Перколяционный процесс выщелачивания в чанах без перемешивания применяется в основном для окисленных медных руд, также возможно его использование при комбинированной технологии переработки смешанных (окисленных и сульфидных руд). Время полного цикла работ по выщелачиванию медных руд составляет 8-13 сут (загрузка, выщелачивание, промывка, выгрузка). Более половины времени отведено основной операции – выщелачиванию. Извлечение меди достигает 75-90 % при расходе серной кислоты в пределах 10-55 кг/т. Кучным выщелачиванием (КВ) перерабатывают бедные, забалансовые руды и отвалы вскрышных пород с низким содержанием в них металлов: меди (0,15-0,5 %), золота (около 0,5 г/т) или урана (0,02-0,07 % U9O8). При кучном выщелачивании руда дробится до 120- 400 мм и размещается в виде штабеля (кучи) высотой до 60 м, шириной до 200 м и длиной до 800 м на специальной водонепроницаемой площадке (рис. 15.3). Рис. 15.3. Типовое строение кучи; 1 – фундамент покрытия; 2 – полимерная пленка; 3 – слой песка (до 50-100 см); 4 – предохранительное покрытие (до 50 см) с перфорированными трубами; 5 – берма (высотой до 60 см); 6 – куча (штабель); 7 – дренажная траншея с трубой; 8 – оросительная система. В качестве основания для площадок КВ используют слой гравия, дробленой руды, смеси глин и шламовой фракции хвостов ЗИФ, бентонитовых глин и других материалов. Высота слоя основания составляет от 100 до 600 мм. На основание укладывают гидронепроницаемое покрытие (асфальтовое, пластиковое из сваренных полос кислотоустойчивых полимерных пленок) для предотвращения потерь рабочих и продуктивных растворов и обеспечения мероприятий по охране окружающей среды от загрязнения. Поверхности штабелей орошают выщелачивающими растворами. Орошение осуществляют различными способами: разбрызгиванием. Прудками, нагнетательными скважинами, оросительными канавками или сочетанием различных способов. В качестве растворителя при выщелачивании меди и урана используется раствор серной кислоты (pH 1,2-2,5), при выщелачивании золота и серебра – раствор цианида (pH 10-10,5). Выщелачивающий раствор просачивается через кучу, насыщается извлекаемым металлом и собирается в бассейне с отстойником для осаждения глины и шламов, а затем поступает на извлечение металла. Кучное выщелачивание является длительным процессом и получаемые растворы характеризуются низким содержанием в них металла. Поэтому обычно весь цикл насыщения, сбора и переработки раствора повторяют до тех пор, пока содержание металла в растворе не достигнет критического минимального значения. Например, концентрация металла в урансодержащих растворах составляет обычно 0,3-3,0 г/л с pH 1,2-1,4. При длительности выщелачивания 30-80 суток извлечение урана и золота составляет 60-80 %. После кучного выщелачивания породы вывозят в отвалы, а при значительных размерах куч оставляют на местах и подвергают рекультивации. В ряде случаев кучное выщелачивание золотосодержащих и урановых руд экономически значительно эффективнее, чем другие методы извлечения этих металлов, особенно при разработке месторождений с незначительными запасами руды, а также при переработке старых отвалов или бедных забалансовых руд. Кучное выщелачивание является наиболее приемлемым методом для отработки небольших месторождений золота и серебра ввиду низких капитальных и эксплуатационных затрат, возможности эффективного контроля состояния окружающей среды и гибкости управления при эксплуатации. Руда должна быть доступной для цианистых растворов, содержать мало углерода, сорбирующего золото – цианистые комплексы, в ней не должно быть избытка тонких фракций руды, препятствующих просачиванию растворов. Для успешного проведения процесса необходимым условием являются недорогие водонепроницаемые основания, быстро монтируемые на месте, и недорогой процесс извлечения Au из растворов на активированном угле (смоле). Обычно в США Au выщелачивают из больших куч при содержании в них 2,2 г/т Au. Руду отсыпают непосредственно на водонепроницаемую пленку, затем сверху орошают раствором цианида. Извлечение Au ведут в абсорбционных колонках, заполненных древесным углем, с последующей десорбцией золота и регенерацией угля. Золото десорбируют в горячих щелочных растворах и извлекают электроосаждением. Время выщелачивания составляет 60 дней при извлечении 70 % Au. Основным фактором, определяющим эффективность процесса, является проницаемость слоя руды. Одним из методов организации проницаемости кучи является отсыпка вначале конусов из руды метровой высоты. Последующие слои руды можно укладывать в форме кучи высотой более 5 м. Основание кучи, по данным практики, более целесообразно готовить из пластмассовой водонепроницаемой пленки разового пользования, чем на асфальтовом основании толщиной 200 мм многократного пользования. Подземное выщелачивание осуществляется при подаче выщелачивающего раствора под землю непосредственно в рудное тело или в слой специально подготовленной руды. Просочившийся через слой руды, насыщенный ценным компонентом раствор выкачивается на поверхность. Известны два основных варианта подземного выщелачивания – скважинный (бесшахтный) и шахтный. В первом случае используют систему определенным образом расположенных скважин для подачи выщелачивающего раствора и выкачивания продукционного раствора, во втором – старые или специально созданные шахты, подготовленные подземные камеры с обрушенной рудой, а для сбора продукционного раствора – штольни или штреки. При разработке месторождений руд радиоактивных и цветных металлов часто применяют комбинированные системы подземного выщелачивания, включающие в себя элементы скважинных и шахтных систем. Необходимыми условиями применения подземного выщелачивания являются достаточно высокая проницаемость руды и наличие под выщелачиваемым участком непроницаемого слоя, обеспечивающего сбор растворов, направляемых на извлечение металлов. В других случаях выполняют специальные виды подготовительных работ по созданию таких условий. Подземное выщелачивание используется обычно при глубине залегания рудного тела не более 600 м. Применение способа подземного выщелачивания позволяет: резко сократить объемы капитальных вложений и сроки строительства предприятий; повысить в 2-4 раза производительность труда; значительно уменьшить вредное воздействие на природу (не нарушать ландшафт, резко снизить количество твердых отходов и вредных веществ, выносимых на поверхность земли, сравнительно просто восстанавливать отработанные участки). Методом подземного выщелачивания в некоторых странах добывают до 10 % U и до 18 % Си. Растворы выщелачивания отделяют от твердого вещества сгущением в прудах, чанах и сгустителях, фильтрованием на вакуум-фильтрах или фильтр-прессах разных конструкций. Выделение металлов и их соединении из раствора осуществляется разнообразными методами. Наиболее распространенными из них являются: электролиз, цементация, получение нерастворимых соединений, гидролиз, кристаллизация, сорбция, экстракция. Выбор наиболее рационального метода должен решаться в каждом отдельном случае с учетом ряда факторов, из которых первостепенное значение имеют состав поступающего на осаждение раствора и требования, предъявляемые к чистоте конечной продукции. При бактериальном выщелачивании используется способность автотрофных бактерий (Thiobacillus ferrooxidans, Ferroba- cillus thiooxidans и др.) поглощать для своей жизнедеятельности энергию, выделяемую при окислении сульфидов и тиосульфатов металлов, серы, а также при переходе Fe2+ в Fe3+. Указанные бактерии содержат вещества, катализирующие эти реакции. В результате образуется H2S04 или соли Fe3+, которые можно применять как реагенты для выщелачивания. Наибольшая активность бактерий наблюдается при 30-35 °С. Обязательным условием проведения бактериального выщелачивания является нормальное давление и температура среды. 15.2. Радиометрическое обогащение Радиометрическое обогащение – это обогащение по излучению, основанное на разделении исходного материала в результате измерения какого-либо вида излучения разделяемых компонентов. Исходный материал для радиометрического обогащения – механическая смесь твердых частиц, различающихся по виду и интенсивности излучения. К процессам радиометрического обогащения (сепарации) относятся процессы разделения минералов на основе различий в интенсивности испускания, отражения или поглощения ими различных видов ядерно-физических излучений путем механического изменения траекторий выведения частиц из потока материала специальными исполнительными механизмами. Для руд, обладающих естественной радиоактивностью, используются различия в радиоактивных свойствах минералов, при радиометрическом обогащении нерадиоактивных полезных ископаемых используются различия во взаимодействии минералов с различными излучениями. В качестве первичных излучений в последнем случае используют излучения в широком диапазоне длин волн: -излучение ( < 10-2 нм); (-излучение ( = 10-3 10-2 нм); нейтронное ( = 10-2 нм) и т.д. При разделении минеральных частиц могут быть использованы любые из этих свойств или любая их комбинация. Принципиально радиометрическую сепарацию можно представить следующим образом (рис. 15.4). Рис. 15.4. Принципиальная схема радиометрического обогащения: 1 – источник излучений; 2 – объект (порция, частица); 3 – приемник излучений; 4 – блок обработки информации; 5 – исполнительный механизм вывода объектов (порции, частицы) из потока; 6 – траектория движения объектов (порций, частиц); 7 – траектория движения концентрата; 8 – траектория движения хвостов По ленте или вибрационному лотку 6 монослоем перемещаются куски материала 2. Под действием внешнего излучения от источника 1, например гамма-излучения, куски материала испускают вторичное излучение различной интенсивности. Интенсивность измеряется с помощью специального устройства 3, передающего сигналы через усилитель 4 на исполнительный механизм 5, автоматически отделяющий куски или фракции с повышенной или, наоборот, с пониженной интенсивностью излучения. В результате концентрат и хвосты изменяют траектории движения и разгружаются в соответствующие приемники. В настоящее время известны свыше двадцати методов радиометрического обогащения. Около половины из них уже применяются в промышленных условиях или находятся в стадии подготовки к внедрению. 15.3. Обогащение по физико-химическим свойствам минералов Обогащение по трению и форме основано на использовании различий в скоростях движения разделяемых частиц на плоскости под действием различных сил. Скорость движения частиц по наклонной плоскости (при заданном угле наклона) зависит от состояния поверхности самих частиц, их формы, размера, влажности, плотности, свойств поверхности, по которой они перемещаются, характера движения (качение или скольжение), а также среды, в которой происходит разделение. Частицы могут перемещаться под действием силы тяжести (при движении по наклонной плоскости), центробежной силы (при движении по горизонтальной плоскости вращающегося диска) и в результате комбинированного действия сил тяжести, центробежной и трения (винтовые сепараторы, см. ниже). Для эффективного разделения этим методом необходима узкая классификация материала по размерам частиц. Обычно обогащение по трению и форме применяют для ископаемого сырья с размером частиц 10-100 мм и осуществляют в устройствах с неподвижной (наклонные плоскости, винтовые сепараторы) и подвижной (барабанные, ленточные, дисковые, вибрационные сепараторы и грохоты) рабочей поверхностью. Например, плоскостные сепараторы используют для обогащения слюды, винтовые – для обогащения. Слюды, вольфрамита, касситерита и магнетита, ленточные – для разделения тонких абразивных порошков на фракции разной формы и отделения мелкого технического графита от пластинок слюды, вибрационные – для разделения по размерам частиц порошкообразных материалов. Обогащение на жировых поверхностях (жировой процесс) основано на избирательном закреплении некоторых минералов на поверхности, покрытой слоем жира. При протекании минералов пульпы по слою жирового покрытия гидрофобные частицы прилипают к ней, а гидрофильные удаляются потоком воды в хвосты. Этот процесс в основном используют в операциях доводки первичных (черновых) алмазных концентратов, выделяемых при обогащении алмазосодержащего сырья. Жировыми покрытиями служат смеси, в состав которых в зависимости от свойств руды и температуры воды в разных соотношениях входят нефть и машинное масло, иногда вазелин, парафин и др. Процесс осуществляют на так называемых жировых столах. Непрерывно действующий стол оборудован бесконечной резиновой лентой шириной 1 м, натянутой на два барабана, которые смонтированы на раме, установленной на пружинных опорах; стол может совершать колебания в плоскости потока; слой жира с прилипшими частицами снимается скребком под разгрузочным барабаном. Прочие способы. Для обогащения полезных ископаемых используют также следующие методы: фотонейтронный (бериллиевые руды), фотометрический (золотоносные руды и неметаллические материалы), фото- и рентгенолюминесцентные (алмазы), гамма-абсорбционный (железные руды), нейтронно-абсорбционный (борные руды) и т.д. Различия в физико-химических свойствах поверхностей разделяемых материалов лежат в основе флотационного обогащения. Особый вид физико-химического обогащения, основанного на избирательном смачивании материалов ртутью,-амальгамация, применяемая преим. Для извлечения благородных металлов Все перечисленные операции и методы разделения и концентрирования используют каждый в отдельности и в разных сочетаниях. Некоторые общие расходные показатели (на 1 т обогащаемой руды): 2-4 м3 воды; кол-во оборотной воды (в замкнутых системах водоснабжения) 90-95%; затраты электроэнергии 0,3-0,7 кВт·ч. Контрольные вопросы |