6667.Обработка алмазов и полуфабрикатов на высокотехнологичном о. Обработка алмазов и полуфабрикатов на высокотехнологичном оборудовании
 Скачать 1.8 Mb.
|
|
1.4 Обогащение алмазов Извлечение алмазов отличается от других полезных ископаемых некоторыми особенностями. Содержание алмазов в исходном сырье составляет всего 0,000 005 %. Кроме того, в процессе обработки руды необходимо осторожно применять операции дробления и измельчения ввиду хрупкости алмазов и резкого снижения их ценности с уменьшением размеров кристаллов. Технология извлечения алмазов обычно включает: -дезинтеграцию исходного сырья и превращение его в рыхлую смесь для освобождения алмазов от их связи с другими компонентами; -получение первичных концентратов разделением рыхлой смеси на два продукта, в одном из которых, значительно меньшем по объему, сконцентрированы алмазы; -извлечение алмазов из полученных таким образом первичных концентратов. При обогащении кимберлитов и песков россыпных месторождений применяют в основном одни и те же процессы. 2 Обработка алмазов и полуфабрикатов на высокотехнологичном оборудовании 2.1 Сепарация алмазов При фотометрической сепарации используется высокая отражательная и рассеивающая способность алмазов, резко отличающая их от сопутствующих минералов. В этом процессе на алмазосодержащий материал направляется пучок света, который, отражаясь, попадает на фотоэлемент, представляющий собой часть электрической цепи. В цепи возбуждается ток и срабатывает автоматическое устройство, позволяющее отделить алмазы с некоторым количеством зерен пустой породы от материала, не содержащего алмазы. Впервые фотометрический сепаратор был испытан в производственных условиях на руднике «Премьер» (ЮАР), где алмазы извлекают из кимберлитов, а затем на предприятии фирмы КДМ, где алмазы встречаются в аллювиальных песках. Исследовательской лабораторией в Иоганнесбурге разработана установка с сепаратором для извлечения крупных алмазов. Она состоит из бункера для исходного материала, конвейера с резиновой лентой, ленточного питателя, обеспечивающего равномерное распределение на ленте обрабатываемого материала при достаточном расстоянии между частицами алмазов и породы. На пути от бункера к световому потоку располагается экран, заслоняющий световой поток, который падает на движущийся по ленте материал от оптической системы, воспринимающей свет, отраженный поверхностями алмазов. Частично свет отражают и некоторые минералы пустой породы, но его интенсивность очень мала и при достаточно больших расстояниях между частицами этих минералов оптическое устройство не приводит в действие исполнительный механизм. Люминесцентная сепарация - это метод разделения, основанный на избирательной способности алмазов излучать видимый свет - люминесцировать. Явление люминесценции алмазов слагается из двух процессов - поглощения возбуждаемой энергии и ее излучения. Люминесценция алмазов возбуждается поглощением ультрафиолетового, рентгеновского и гамма-излучения, а также бомбардировкой частицами высокой энергии (катодными лучами, бета- и альфа-частицами). Для извлечения алмазов практическое применение нашли рентгенолюминесценция и радиолюминесценция. Причина люминесценции алмазов до сих пор точно не установлена. Принято считать, что она обусловлена примесями, присутствующими в кристаллической решетке алмаза, но этой точке зрения противо поставляются соображения индийских физиков, которые объясняют люминесценцию алмазов особенностью их структуры. Цвет и интенсивность рентгенолюминесценции отличаются у различных алмазов. Цвет изменяется от голубого и желтого до розового. С увеличением размера кристаллов алмаза интенсивность свечения повышается, но встречаются алмазы, не подчиняющиеся этой закономерности. Черные, непрозрачные алмазы (баллас, карбонадо), состоящие из мелких, беспорядочно ориентированных кристаллов, не люминесцируют. В простейшем виде люминесцентная сепарация осуществляется в аппарате с визуальным обнаружением алмазов, светящихся в рентгеновских лучах, и ручным удалением кристаллов.В автоматически действующих рентгенолюминесцентных сепараторах вместо визуального обнаружения и ручного удаления алмазов транспортерной ленты применяется фотоэлектронный умножитель, преобразовывающий световой импульс люминесценции в электрический, и исполнительный механизм, отбрасывающий светящиеся кристаллы алмаза в приемник. Работа люминесцентного сепаратора основана на использовании избирательной люминесценции алмазов при возбуждении их источником ионизирующего излучения. Световая вспышка усиливается фотоумножителем, и электрический импульс заставляет срабатывать механическое устройство, отделяющее алмаз и некоторое количество породы приемник. Наряду с алмазами люминесцируют и некоторые сопутствующие минералы (циркон, шеелит, разновидности кальцита и др.). Количество световых вспышек на сепараторе поэтому обычно превышает количество содержащихся в материале кристаллов алмаза. В связи с этим выход концентрата увеличивается. В случае большого количества других люминесцирующих минералов этот метод извлечения алмазов становится непригодным. На обогатительных фабриках АК «Алмазы России - Саха» рентгенолюминесцентной сепарацией получают алмазы в количестве, определяющем более 90 % стоимости товарной продукции. Эффективность применения РЛ-сепараторов российского производства определяется низкими затратами на обогащение руды крупностью +5 мм, высокими показателями извлечения алмазов, степенью сокращения руды и автоматизации технологического процесса, экологической чистотой технологии. Спецификой северных условий является необходимость разогрева мерзлых руд перед обогащением, который осуществляется в мельницах самоизмельчения. Процесс рудоподготовки заканчивается формированием потоков мокрой руды различных классов крупности. Добыча алмазов из руды крупностью +5 мм производится с применением только РЛ-сепараторов. При добыче алмазов из руды крупностью -5 мм РЛ-сепараторы используют на стадиях предварительной и окончательной доводки, в перечистных и контрольных операциях. Основным направлением дальнейшего развития и совершенствования РЛ-сепарации алмазосодержащих руд с целью снижения эксплуатационных затрат и повышения качества продукции является создание гибких, управляемых, адаптируемых к изменению свойств обогащаемой руды и условиям эксплуатации РЛ-сепараторов повышенной производительности, селективности, надежности и стабильности работы. Повысить эффективность селективности процесса сепарации можно за счет использования различий в кинетике рентгенолюминесценции сепарируемых минералов. Для этого устройство содержит транспортирующий механизм, источник импульсного возбуждения, фотоприемник, установленный со стороны падающего рентгеновского излучения или со стороны, противоположной падающему рентгеновскому излучению, выход которого соединен с входом блока выработки сигналов интенсивности люминесценции, блок выработки команд с исполнительным механизмом. При этом оно снабжено блоком вычисления величины соотношения компонента люминесценции, один вход которого соединен с выходом источника импульсного возбуждения, выход соединен с входом блока выработки команд с исполнительным механизмом, а второй вход соединен с выходом блока обработки сигналов интенсивности люминесценции. В течение последних 20 лет более 600 установок, созданных ПО «Буревестник» на основе рентгеновского излучения, использованы в ПО «Якуталмаз», а также большое количество продано за пределы России. В ПО «Якуталмаз» применяются все виды выпускаемых нашей промышленностью рентгенолюминесцентных сепараторов. В план ближайших и перспективных работ ПО «Буревестник» включено создание рентгенолюминесцентных сепараторов для алмазодобывающей промышленности с использованием микропроцессорной техники и адаптации к изменяющимся технологическим условиям. В план ближайших и перспективных работ ПО «Буревестник» включено создание рентгенолюминесцентных сепараторов для алмазодобывающей промышленности с использованием микропроцессорной техники и адаптации к изменяющимся технологиям. Процесс флотации основан на том, что чистые алмазы гидрофобны и при размере до 1,65 мм быстро всплывают на поверхность, в то время как минералы пустой породы, когда их поверхность очищена, гидрофильны и остаются в воде. В настоящее время применяют пенную сепарацию и пленочную флотацию. Пенная сепарация алмазов осуществляется в машинах пенной сепарации ПС-1.4, ПФМ-8, ПФМ-10. В машинах ПФМ-8 и ПФМ-10 реализуется принцип пенной сепарации для разделения материала 1,0-2,0 мм (в пенном слое) и принцип флотации из объема пульпы материала крупностью 0,2 - 1,0. Разделение частиц минералов при пенной сепарации основано на различии в величине гистерезиса смачивания и возможности локального роста значений на участках поверхности пузырьков, прилегающих к периметру трехфазного контакта. При этом реагенты, обеспечивающие резкое различие между динамическим и статическим поверхностным натяжением, будут, как и в случае пенной флотации, способствовать росту флотационной силы и крупности удерживаемых в пене частиц. При пенной сепарации применяются реагенты: полифосфат натрия (50-80 г/т), аэрофлот (10-15 г/т), ОПСБ (10-30 мг/л), мазут (500-800 г/т). При подготовке исходного материала к пенной сепарации предъявляются определенные требования к методу кондиционирования его с реагентами. Материал должен обязательно пройти операцию предварительного контактирования с реагентами-пептизаторами-собирателями, т.е. до начала сепарации он должен быть полностью обработан реагентами. Задача кондиционирования состоит в том, чтобы обеспечить частицам руды такие свойства, при которых сепарация проходила бы наиболее эффективно. Это относится к свойствам минеральной поверхности, которые, в результате адсорбции на ней реагентов, изменяются. Кондиционирование алмазосодержащего сырья крупностью -2 мм с аполярными реагентами (мазутом) должно осуществляться при высокой плотности исходного питания, так как в данном случае передача реагента из нефтепродуктов происходит по твердой фазе (с частицы на частицу). К одним из визуальных методов контроля за качеством обработки исходного материала аполярными реагентами является наличие явно выраженных радужных пленок (мазутная побежалость) в твердой фазе материала, выходящего из кондиционера. При ведении процесса пенной сепарации существенное влияние на технологические показатели оказывают: - наличие в руде, поступающей на контактирование с реагентами, частиц менее 0,2 мм и тонких шламов (-0,040 мм); - закрупнение исходного питания частицами крупнее 2 мм; - температура руды при агитации с реагентами; -порядок и место подачи реагентов; -время агитации руды с реагентами; - отношение Ж:Т при кондиционировании. Отрицательное действие частиц крупностью менее 0,2 мм связано с тем, что флотационные реагенты сорбируются (закрепляются) на частицах пропорционально их поверхности, а так как суммарная поверхность шламистых частиц во много раз больше поверхности крупных, то основная часть реагентов поглощается мелкими частицами. Для крупных частиц, при наличии большого количества мелких, плотность покрытия реагентом их поверхности окажется недостаточной, чтобы они сфлотировались. В данном случае даже увеличение расхода реагентов не дает эффективных результатов, так как развитая поверхность шламистых частиц и в этом случае адсорбирует на себя основную часть реагентов. Тщательное обесшламливание (отмывка шламов) руды и использование (в присутствии шламов) полифосфата натрия или его заменителей как пептизаторов шламов (при малых его концентрациях в фазе) и как деэмульгатора стабилизированного шламами мазута (при повышенных концентрациях) является техническим требованием процесса. Отрицательное влияние имеет температура руды при контакте ее с реагентами, если она ниже 16 °С. При низких температурах ухудшаются условия закрепления аполярных реагентов на частицах минерала. Отрицательное влияние на показатели пенной сепарации также оказывает закрупнение исходного питания, т.е. присутствие в питании частиц крупнее 2 мм. Это ведет к дополнительным потерям алмазов в отвальных хвостах. Пленочная флотация применяется как доводочная операция, в основном, для извлечения алмазов мельче 0,5 мм. Перед флотацией материал подвергают очистке. Сначала производятся обезжиривание в горячей воде и оттирка в мельнице. Иногда для повышения активности алмазов и депрессии минералов пустой породы используют хлористый натрий и жидкое стекло. На южноафриканских алмазоизвлекательных фабриках соответствующим образом подготовленную фракцию крупностью -1,65+0,47 мм эффективно обогащают в лабораторном стакане, где используется свойство алмазов всплывать в воде. На многих предприятиях применявшаяся ручная разборка была целиком заменена этим способом обработки. В республике Гана в промышленном масштабе применяется процесс пленочной флотации алмазов крупностью до 1 мм. Для этого используется ленточная машина, позволяющая механизировать процесс пленочной флотации. Флотационная машина состоит из стального каркаса, на котором смонтирована бесконечная лента шириной 300 мм и длиной между центрами 7,5 м, изготовленная из тканей проволочной фосфористо-бронзовой сетки с отверстиями размером 0,2 мм. В направлении движения лента на протяжении 2/3 длины горизонтальна, затем она опускается вниз под крутым углом в бак с водой. Обогащаемый материал распределяется на ленте тонким слоем (толщиной примерно в два диаметра частиц) и медленно продвигается вперед. По мере того, как лента пересекает поверхность воды, алмазы и небольшое количество сопутствующих минералов всплывают на поверхность воды и переносятся через сливной порог в сборный карман, а хвосты оседают в баке. В процессе пленочной флотации применяют небольшое количество нефтяного масла, которое добавляют в питание на небольшом расстоянии от места погружения ленты в воду. В России разработан процесс флотомагнитной сепарации. В этом процессе разделение минералов определяется элементарным пленочным процессом флотации - переходом гидрофобных частиц с движущейся твердой поверхности на поверхность воды и последующее их транспортирование потоком воды в отдельный сборник. Переход гидрофобных минеральных частиц на поверхность воды обусловлен взаимодействием нескольких сил, действующих на частицу. Причинами, препятствующими флотации, являются вес частицы и сила ее адгезии к твердой поверхности. Им противодействуют капиллярная сила и сила гидростатического давления на нижнюю грань частицы. При определенном соотношении этих сил происходит отрыв частицы от твердой поверхности. Для дополнительного удержания на ленте магнитных минеральных частиц с достаточно гидрофобными свойствами поверхности во флотомагнитном сепараторе используется магнитное поле, создаваемое постоянными магнитами. Для более эффективного разделения применяются предварительная обработка материала реагентами-собирателями и регулирование ионного состава воды. Удовлетворительная флотация природно-гидрофобных алмазов крупностью 0,79 мм может быть осуществлена с применением аэрофлота -25 вместе с крезиловой кислотой в качестве вспенивателя и с керосином, который играет роль вспомогательного реагента в качестве стабилизатора пены. Расход реагентов составляет около 68 г/т аэрофлота и 82 г/т крезиловой кислоты. Лучшие результаты получаются при рН от 7 до 9. Для полного извлечения всех флотируемых алмазов необходима продолжительность флотации от 5 до 10 мин. Алмазы крупнее 1,15 мм флотацией извлекаются неудовлетворительно. Ксантогенаты как собиратели не действуют на алмазы. Гидрофобные алмазы мельче 0,59 мм хорошо флотируют с добавкой только вспенивателя - соснового масла или реагента дюпон. Частичная флотация мелких классов упорных гидрофильных алмазов может быть достигнута после предварительной обработки жирно-кислотными мылами, катионными собирателями или другими реагентами, которые образуют гидрофобную пленку на алмазах. После промывки для удаления избытка реагента гидрофильные алмазы хорошо флотируются, но извлечение их значительно ниже, чем при флотации гидрофобных алмазов. Извлечение дробленого борта из отходов промышленного производства лучше всего достигается флотацией после обработки алмазов смесью жирных кислот или катионными собирателями. Наиболее подходящими для этой цели оказались флотационные реагенты дюпон-23 и аэрофлот вместе с крезиловой кислотой. Оптимальные расходы составляют: 1,2 г реагента дюпон, 0,55 г аэрофлота и 1,4 г крезиловой кислоты на 1 л пульпы в ячейке. Оптимальное отношение твердого к жидкому - 1:4, для получения хороших результатов необходима щелочная среда. Алмазы крупнее 0,6 мм извлекаются неудовлетворительно, но для более мелких кристаллов флотация является хорошим процессом для извлечения алмазов из промышленных отходов. 2.2 Оборудование используемое на операции предварительная огранка Так как подшлифвка относится к ограночной операции, то оборудование для подшлифовки аналогично оборудованию для огранки. Как на операции «огранка», так и на операции «предварительная огранка» используется станок ОАБ-4 или его модификаця ГРАН-1. Станок для огранки алмазов «ОАБ-4» ОАБ-4 применяют для плоского шлифования алмазных заготовок. В качестве шлифовального инструмента используется гальванический ограночный диск шаржированный алмазным порошком (зернистость 20/14 мкм). Основными узлами станка является: станина, диск со шпинделем и шкивом, рабочий стол и электропривод. Две чугунные стенки станины станка связаны двумя горизонтальными стяжками и траверсами. Между стенками станины крепится стол, который служит базой для установки приспособлений при обработке алмазов. Чугунная плита стола облицована гетинаксом. Кинематическая схема станка довольно проста: от электродвигателя с помощью клиноременной передачи вращение передается на ограночный диск. Работоспособность ограночного диска характеризуется его абразивной способностью, которая определяется по показателям износостойкости, эффективности шлифования и удельному расходу абразива. Достоинства станка: -простота и надежность в эксплуатации; -простота конструкции позволяет быстро заменить детали при их выходе из строя; -обеспечено плавное вращение диска при высоких скоростях; -постоянно и равномерно поступающая смазка в трущиеся части шпинделя обеспечивает вращение диска без перегрева подшипника и конца шпинделя. Недостатки станка: -материал подшипников по своей прочности не обеспечивает длительную работу; -центр подшипника быстро изнашивается что приводит к необходимости его замены; -станок имеет низкий коэффициент полезного действия. Таблица 1-Технические характеристики станка для огранки алмазов «ОАБ-4»
Станок ограночный «ГРАН-1» Станок ГРАН-1 предназначен для огранки кристаллов алмаза, с применением ручных ограночных приспособлений и манипуляторов. Так как ГРАН-1 является модификацией станка ОАБ-4, то его усройство аналогично устройству станка ОАБ-4. Станок дополнительно оснащен механизмом натяжения ремня, выдвижными ящиками, подлокотниками, а также опорной регулируемой стальной плитой. Таблица 2-Технические характеристики станка ограночного «ГРАН-1»
Общий вид станка ГРАН-1 с указанием всех конструктивных элементов показан на рисунке 3. Перечень этих элементов приведен в таблице 3.  Рисунок 3- Общий вид станка ГРАН-1 Таблица 3- Элементы конструкции станка ГРАН-1
К технологической оснастке подшлифовщика относят приспособления для шлифования площадки и шлифования граней с набором размерных цанг и оправок. Каждый подшлифовщик должен иметь лупу 6 увеличения, измерительный инструмент (угломер для замера углов наклона граней низа к плоскости площадки), индикатор часового типа с приставкой для замера высоты и базовой ширины обрабатываемых заготовок, пинцет, отвертку, пассатижи. В качестве вспомогательных материалов рабочее место подшлифовщика обеспечивается асбестовым картоном, насыщенным раствором буры, жидкостью для промывки обработанных алмазов, бязью для протирки заготовок после их промывки. При обработке рассматриваемой заготовки на операции «предварительная огранка» использовались следующие приспособления: 1. П-48М (АИЦ 36-374.00.00.000) – приспособление для подшлифовки площадки; 2. П-41М (АИЦ 36-361.00.00.000) – приспособление для подшлифовки граней. Приспособление для подшлифовки площадки П-48М (АИЦ 36-374.00.00.000) Предназначено для подшлифовки площадок распиленных кристаллов алмаза любых типоразмеров и форм. Представляет собой основание (квадрант), в головную часть которого установлена медная оправка с углублением. Углубление оправки заполняется размоченной массой асбеста, в которую помещается алмаз, шлифуемая поверхность площадки должна быть открыта для обработки. В начальной стадии шлифования при нагревании асбест твердеет, фиксируя положение алмаза. Для установки алмаза использкется вставка ДЖЩ 36-003.003. Основные параметры и характеристики приспособления: Габаритные размеры, мм, не более: -длина 220; -ширина 128; -высота 85. Масса, кг, не более 0.5. Конструкция зажимного устройства головки должна обеспечивать возможность применения оправки ДЖЩ 36-003.000 и вставки ДЖЩ 36-003.003. Головка приспособления должна вращаться на 360˚ вокруг вертикальной оси. Допуск перпендикулярности вертикальной оси поворотной головки приспособления относительно горизонтальной плоскости основания не должен превышать 10. Приспособление должно обеспечивать изменение угла наклона площадки заготовки по отношению к плоскости ограночного диска на величину +10˚. Приспособление в местах посадок не должно иметь люфтов, в местах подвижных соединений должен иметь плавное перемещение без заеданий и люфтов. Приспособление не должно иметь забоин, вмятин и других дефектов, ухудшающих его внешний вид и влияющих на эксплуатационные качества. Средний срок службы приспособления не менее 6 лет. Средняя оперативная продолжительность среднего ремонта не более 1 часа. Приспособление для подшлифовки граней П-41М (АИЦ 36-361.00.00.000) Предназначено для подшлифовки граней кристаллов алмаза. Приспособление состоит из трех основных частей – головки, основания и кронштейна. Головка предназначена для крепления обрабатываемого алмаза и обеспечивает перевод полуфабриката на шлифование каждой последующей грани. Основание приспособления служит для соединения головки и кронштейна. Кронштейн оснащен регулируемыми винтами-опорами которые предназначены для выставления приспособления по уровню. Для крепления алмаза применяется оправка АИЭ 33-008 и прижимная вилка ПОА-3-07. Основные параметры и характеристики приспособления: Габаритные размеры, мм, не более: длина 250;ширина 128;высота 84. Масса, кг, не более 0.6. Конструкция зажимного устройства головки должна обеспечивать возможность применения оправки АИЭ 33-008 и вилки ПОА-3-07. Головка приспособления должна вращаться на 360˚ вокруг вертикальной оси. Допуск перпендикулярности вертикальной оси поворотной головки приспособления относительно горизонтальной плоскости основания не должен превышать 1. Приспособление в местах посадок не должно иметь люфтов, в местах подвижных соединений должен иметь плавное перемещение без заеданий и люфтов. Приспособление должно обеспечивать изменение угла наклона головки от 40 до 60˚. Погрешность установки угла наклона не должна превышать 1˚30΄. Приспособление не должно иметь забоин, вмятин и других дефектов, ухудшающих его внешний вид и влияющих на эксплуатационные качества. Средний срок службы приспособления не менее 6 лет. Средняя оперативная продолжительность среднего ремонта не более 1 часа. |