Специальные методы обогащения

К специальным методам обогащения относятся процессы, основанные на использовании разницы в цвете и блеске, в твердости, в интенсивности различных видов физических излучений, в способности минералов растрескиваться при нагревании.

Наиболее широкое распространение среди специальных методов получили методы сортировки или рудоразборки, которые основаны на различиях излучения в оптической области спектра ( оптические методы) , в области радиометрического излучения ( радиометрическая сортировка).

Эти процессы применяются, как правило, при предварительной классификации руды с целью выделения продукта с отвальным содержанием ценного компонента, при выходе которого более 20…25% использование этих процессов становятся экономически целесообразным. Они отличаются высокой производительностью, эффективностью, низкими расходами электроэнергии, воды, топлива и экологичностью.

Сортировка по цвету и отражательной способности применяется для выделения алмазов, золота, драгоценных камней, урановых минералов.

Ручная сортировка в настоящее время применяется в очень ограниченных масштабах, т.к. отличается большой трудоемкостью. Она используется на предприятиях небольшой производительности и достаточно высокой стоимости продуктов обогащения ( алмазы, драгоценные камни). Сортировку руды производят непосредственно в забое ( в шахте) или уже на поверхности на специальных рудоразборных конвейерах при крупности материала от 10 до 300 мм. Эффективность такой сортировки зависит от различия в цвете кусков породы и ценных минералов. Примером использования процесса ручной сортировки могут быть крупнокристаллические сподуменовые и берилловые руды, в которых сподумен ( литиевый минерал) и бериллийсодержащие минералы ( изумруд, хризоберилл) сильно отличаются от минералов вмещающих пород не только по цвету и блеску, но и по форме.

Механическая сортировка по цвету, блеску и отражательной способности используется в фотометрической и люминесцентной сепарации, которые являются более производительными и эффективными, нежели ручная сортировка.

При фотометрической сортировке с применением фотоэлемента движущиеся по ленточному конвейеру куски руды освещаются источником света. В зависимости от интенсивности отраженного света, попадающего на фотоэлемент, возникает электрический ток, который затем усиливается и приводит в действие механизм отклоняющего шибера, который сбрасывает куски в отсек для концентрата или в отсек для хвостов ( рис. 141).

Рис.141. Схема фотолюминисцентного сепаратор

1 – питатель; 2 –светонепроницаемый кожух сортирующего узла; 3 – источник ультрафиолетового излучения; 4 –линза; 5 – светофильтры; 6 –фотодатчики; 7 –светофильтры; 8 –электромагнитные шиберы; 9 - фотометр

Фотометрический метод применяется при предварительном обогащении, например, золото-кварцевых руд, бериллийсодеражщих руд.

Люминесцентный метод основан на способности некоторых минералов люминесцировать под влиянием внешних воздействии ( ультрафиолетовых и рентгеновских лучей), которые возбуждают в минералах сильную люминесценцию. Такие сепараторы используются для обогащения алмазосодержащих руд. В рентгено-люминесцентных сепараторах используется свечение алмазов под действием рентгеновских лучей. При прохождении алмаза через зону просвечивания в фотоумножителе появляется импульс тока, который заставляет срабатывать механизм, перемещающий приемную воронку под желоб для алмазов. При прохождении через зону просвечивания минералов вмещающих пород такого импульса не появляется и минералы уходят в хвосты.

Современные высокоскоростные оптические сепараторы способны различить тысячи оттенков различных цветов и имеют производительность от 12 т/ч при крупности питания 2…35 мм до 450 т/ч при крупности исходной руды 400 мм. Эти сепараторы способны производить обогащение руды крупностью до 1 мм.

Наиболее широкое промышленное применение получили методы, использующие природную или наведенную радиактивность. Интенсивность гамма-излучений и бета-излучений используется при обогащении радиоактивных руд, содержащих уран и торий. Основанная на этих излучениях радиометрическая сортировка осуществляется в сепараторах, которые состоят из следующих конструктивных узлов: транспортирующего устройства, радиометра, разделяющего механизма и питателя. Питателем руда подается на транспортирующее устройство, который подает руду к разделяющему механизму. Радиометр регистрирует гамма- излучение при движении руды через сепаратор и управляет механизмом, разделяющим руду на продукты обогащения. По типу транспортирующих устройств сепараторы разделяются на ленточные, вибрационные, ковшовые и карусельные. Наиболее простыми являются ленточные сепараторы с электромеханическим разделяющим механизмом шиберного типа ( рис. 142). Многоканальные ленточные сепараторы имеют несколько каналов с датчиками и разделяющими механизмами и могут одновременно производить обогащение нескольких потоков руды.

Рис. 142. Схема ленточного радиометрического сепаратора с электромеханическим разделителем

1 – ленточный конвейер; 2 – датчик радиометра; 3 –шибер; 4 – электромагнит; 5 – экран; 6 –радиометр

Радиометрическая сортировка бывает трех видов: кускова, порционная и поточная. При кусковой и порционной сортировке материал разделяется на куски или порции, которые раздельно подаются в зону разделения активности. При поточной сортировке через зону измерения непрерывным потоком проходит вся рудная масса, а за условную порцию принимается то количество руды, которое находится в данный момент под датчиком. Такая сортировка применяется при обогащении бедных руд. При кусковой сортировке осуществляется классификация по зкой школе с отмывкой глины и шламов.

Наглядным примером порционной сортировки являются радиометрические контрольные станции, в которых интенсивность излучения проводится в емкостях – вагонетках, скипах, думпкарах и автомашинах. Эти большеобъемные емкости помещаются между датчиками радиометра, регистрирующего интенсивность ее гамма-излучения и в соответствии с установленным эталонным графиком определяется содержание урана в порции руды с последующим направлением ее в цикл обогащения богатой рядовой или бедной руды ( рис. 143)

).

Рис. 143. Технологическая схема радиометрическогообогащения

урановой руды

Эффективность радиометрического обогащения определяется прежде всего контрастностью руды – распределением урана между отдельными кусками руды. Если контрастность отсутствует, значит минералы урана распределены равномерно во всех кусках и радиометрическая сепарация при данной крупности материала не позволит произвести обогащение. Контрастность можно характеризовать показателем контрастности, который характеризует относительное отклонение ценного компонента в кусках руды от среднего содержания этого компонента, т.е.

М= ,

Где М – показатель контрастности (0…2); α – среднее содержание ценного компонента в руде,%; у – среднее содержание ценного компонента в отдельных кусках пробы, % ; q – масса куска в общей массе пробы, доли ед.

Фотонейтронный метод сортировки основан на измерении интенсивности искусственного нейтронного излучения. Этот метод применяется при обогащении литиевых, бериллиевых, урановых, оловянных руд.

Обогащение по твердости применяется в процессе избирательного измельчения, которое основано на различной твердости минералов, входящих в состав руд, например, бериллиевых. При избирательном измельчении применяются мельницы с центральной разгрузкой, мелкие шары или галя, снижается частота вращения мельницы. При избирательном измельчении бериллиевых руд легко измельчающиеся частицы минералов вмещающих пород (тальк, слюды) отделяются от бериллийсодержащих минералов, имеющих твердость от 5,5 до 8,5, на грохотах или спиральных классификаторах. На второй стадии классификации применяются гидроциклоны, центрифуги или сепараторы ( рис. 144).

Рис. 144. Схема обогащения берилливой руды методои избирательного измельчения

Обогащение бериллиевых руд избирательным измельчением применяется перед флотацией для удаления в хвосты хрупких минералов, обладающих низкой твердостью, содержание которых в рудах доходит до 70…80%. Степень обогащения берилла в этом случае составляет 2…4 ( иногда 8…10) при извлечении его 70…90% в песковую фракцию.

Декрипитация – это свойство некоторых минералов растрескиваться и разрушаться при нагревании и последующем охлаждении. Этот процесс применяется, например, при обогащении литиевых руд, в которых литиевый минерал сподумен, находящийся в виде α – модификации, при нагревании до 950…1200˚С переходит в β – модификацию и разрушается. Минералы вмещающих пород при этом свою крупность не изменяют. Обжиг руды производят обычно в барабанных печах в течение 1…2 часов. Затем охлажденная руда измельчается в шаровой мельнице с резиновой футеровкой, а из мельницы направляется на грохочение или воздушную сепарацию для отделения мелкого порошкообразного сподуменового концентрата от крупных кусков породы ( рис. 145).

Рис. 145. Схема обогащения сподуменовой руды

методом декрипитации

Растрескиваются при нагревании и превращаются в порошок такие минералы, как кианит, барит, флюорит, в то время как кварц практически не разрушается, поэтому при грохочении обожженной руды концентрируется в крупных классах.