Некоторые характеристики измельчительных аппаратов

Тонкое измельчение осуществляется на дисковых истирателях, виброистирателях и в мельницах. Дисковый истиратель работает по принципу жерновов и состоит из двух дисков - подвижного и неподвижного. Истирание материала происходит в зазоре между дисками. Мельница состоит из цилиндра, в который помещены металлические стержни или шары. В цилиндр загружается проба массой 0,5-1 кг и цилиндру придается вращение. Стержни и шары, катаясь в цилиндре, в течение 30-60 мин измельчают пробу до 0,1-0,3 мм. В мельнице обычно одновременно вращается несколько цилиндров, в каждом из которых размещается отдельная проба. Виброистиратель по принципу работы аналогичен мельнице и также состоит из нескольких цилиндров, в каждый из которых загружается не более 200 г материала. Стержни в цилиндре катаются по стенкам за счет его вибрации и раздавливают материал пробы.

По мере уменьшения размера частиц производительность дробления быстро падает, поэтому нецелесообразно измельчать сразу всю пробу до конечного размера. Для повышения производительности обработки пробы после каждой операции измельчения пробу сокращают, соблюдая принцип Ричардса - Чечотта, т.е. масса измельченной пробы всегда должна быть больше надежной массы.

Грохочение (просеивание) материала преследует две цели. Вспомогательное грохочение позволяет выделить мелкую фракцию и направить ее на следующую операцию, минуя измельчение - самую трудоемкую операцию, что повышает производительность обработки и дает возможность избежать переизмельчения материала пробы. Контрольное грохочение позволяет контролировать максимальный размер частиц после измельчения. Крупные частицы, не прошедшие через сито, возвращаются на повторное дробление.

Грохочение крупного материала осуществляется на грохотах различной конструкции (качающиеся, барабанные, вибрационные и пр.), а мелкого и тонкого материала - с помощью ручных и механических сит. Размеры отверстий в грохотах и ситах стандартные и подчиняются геометрической прогрессии с модулем, кратным 2, или 1,58, или 1,26. Распространенные размеры отверстий следующие, мм: 50; 25; 12; 6; 3; 2,5; 2,0; 1,6; 1,25; 1,00; 0,80; 0,63; 0,50; 0,40; 0,315; 0,250; 0,160; 0,125; 0,100. Иногда применяются другие шкалы размеров отверстий сит.

Перемешивание материала пробы производится после дробления перед сокращением пробы с целью получения однородного материала, чтобы при сокращении не снизить достоверность пробы. Пробы большой массы перемешивают путем неоднократного перелопачивания, а малой - способом кольца и конуса: материал пробы насыпается в виде конуса, который разворачивается в диск, а потом в кольцо, и эти операции повторяются два-три раза.

Сокращение пробы после каждой операции измельчения производится до надежной массы, допускаемой формулой Ричардса - Чечотта. Существуют ручные и механические способы сокращения. Из ручных способов распространены способ кратной отборки, вычерпывания и квартования. При кратной отборке, применяемой для сокращения проб большой массы, в процессе перелопачивания проба раскладывается на несколько конусов, и один из них идет на дальнейшую обработку.

Способ вычерпывания аналогичен рассмотренному выше способу взятия проб, но применяется к измельченному и перемешанному материалу пробы. Способ квартования связан с перемешиванием пробы. Когда конус развернут в диск, на него накладывается крестовина, которая делит его на четыре сектора. Материал их противоположных секторов объединяют для дальнейших операций, а оставшуюся часть направляют в отвал. Такой способ позволяет уменьшить массу пробы в 2 раза за один прием квартования.

Широко применяется сокращение проб желобковым делителем, который обеспечивает перемешивание материала и разделяет пробу на две равные части. В приемный бункер засыпается проба, которая, проходя через делитель, рассыпается в два конечных бункера.

Обработка проб - трудоемкая операция. Для ее механизации созданы агрегаты (например, установка УОГП института ВИТР), совмещающие все операции обработки, повышающие производительность и улучшающие условия труда. Но их серийное производство не налажено, что снижает эффективность геолого-разведочных работ.

Для обработки проб на каждом месторождении составляется типовая схема.

Пример. Рассмотрим составление схемы обработки проб редкометалльной танталит-колумбитовой руды, представленной метасоматически измененным пегматитом (рис.7). Оруденение крайне неравномерное, содержание тантала и ниобия низкое.

Исходная масса пробы Q = 60 кг, максимальный размер частиц исходной пробы d = 60 мм. В основу положена формула Ричардса - Чечотта при k = 0,4.

1. Проверим возможность сокращения пробы без измельчения. Надежная масса сокращенной пробы Q = 0,4 x 60² = 1440 кг, что намного больше массы исходной пробы 60 кг, следовательно, пробу сокращать нельзя, необходимо ее измельчать.

2. Определим размер частиц, до которого нужно измельчить пробу. При размере частиц 60 мм следует применять щековую дробилку, степень измельчения в которой равна 4-6, принимаем 5. Тогда после измельчения размер максимальных частиц будет в 5 раз меньше, т.е. 12 мм.

3. Проверим возможность сокращения пробы при d = 12 мм. Надежная масса сокращенной пробы при этой крупности Q = 0,4 ´ 12² = 57,6 кг. Но при сокращении исходной пробы 60 кг вдвое получим массу сокращенной пробы 30 кг, что меньше надежной массы, следовательно, пробу и сейчас нельзя сокращать, следует ее дальше измельчать.

4. Выполним следующее измельчение на щековой дробилке до минимальной крупности 3 мм (см. табл.7), т.е. степень измельчения равна 4.

5. Проверим возможность сокращения пробы при d = 3 мм. Надежная масса Q = 0,4 ´ 3² = 3,6 кг. До этой массы пробу можно сокращать 4 раза (до 30, 15, 7,5 и 3,75 кг).

6. Аналогичными приемами находим, что пробу нужно далее измельчать на валковой дробилке до 0,5 мм и можно сократить ее до 0,24 кг. Можно сокращать и дальше (надежная масса Q = 0,4 ´ 0,5² = 0,1 кг), но нецелесообразно, так как для анализа нужно иметь навеску массой более 100 г и, кроме того, нужно иметь еще и дубликат навески.

7. Для анализа пробу надо измельчить до 0,1 мм, для чего используем дисковый истиратель или мельницу. Полученный материал делят на две равные части. Одна из них называется конечной пробой (или навеской для анализа), другая - дубликатом пробы.

Схема применима для всех проб данной руды массой до 60 кг.

Составление групповых проб

Для составления групповых проб используются дубликаты рядовых проб. К составлению групповых проб приступают, когда получены результаты анализов рядовых проб и по ним определены границы рудных тел или промышленных сортов руд согласно кондициям. При составлении групповых проб соблюдается несколько правил.

1. Групповая проба характеризует непрерывное пересечение одного рудного тела, а при сложном его строении - одного промышленного сорта руды. Нельзя объединять в групповую пробу дубликаты из разобщенных в пространстве рудных пересечений. Допускается объединение в групповую пробу материала смежных рудных пересечений (из соседних разведочных выработок), но обязательно из одного и того же рудного тела и промышленного сорта руды. В мощных однородных рудных телах длина групповой пробы ограничивается размером эксплуатационных блоков (10-20 м).

2. В одну групповую пробу входит материал нескольких (3-10) рядовых проб. От каждого дубликата берется количество материала, пропорциональное длине рядовой пробы, с таким расчетом, чтобы суммарная масса групповой пробы составила 200-300 г, а на месторождениях благородных металлов 0,5-1,0 кг и более. Чем ниже содержание полезных компонентов в руде, чем сложнее анализ и шире круг определяемых компонентов, тем больше должна быть масса групповой пробы.

3. Материал групповой пробы делится на две навески. Одна из них направляется на анализ, другая хранится как дубликат, используемый в дальнейшем для контрольных или повторных анализов.

На некоторых месторождениях групповые пробы подвергаются дальнейшему объединению по тем же правилам в пределах эксплуатационных блоков или рудных тел для определения ценных компонентов с весьма низким содержанием в рудах.

Анализ групповых и рядовых проб

Как указывалось выше, в рядовых пробах определяется содержание только главных компонентов, а в групповых - содержание главных и второстепенных компонентов. Определение содержаний главных компонентов в групповых пробах вызвано двумя обстоятельствами: необходимостью контроля правильности составления групповых проб, что можно оценить, сопоставляя состав рядовых и групповых проб, а также часто возникающей потребностью установить зависимости содержаний второстепенных компонентов от содержаний главных компонентов.

В зависимости от задач исследований, требуемой точности и чувствительности анализа для определения химического состава проб могут быть применены спектральный, химический, пробирный, ядерно-физический и другие методы анализов. Чувствительность различных видов анализа отличается на один-два порядка (табл.8). Следует отметить, что технология производства анализов постоянно совершенствуется, соответственно, повышается их чувствительность и точность.

Спектральный анализ широко применяется при разведке месторождений преимущественно для отбраковки проб перед более дорогим химическим или пробирным анализом. На химический анализ направляются лишь те пробы, в которых содержание компонентов приблизительно в 3-5 раз ниже кондиционного содержания полезных компонентов. Кроме того, с помощью спектрального анализа изучают геохимические ореолы вокруг тел полезных ископаемых, что применяется при поисках новых рудных тел и месторождений.

Спектральный анализ обладает высокой чувствительностью (табл.8), большой производительностью и низкой стоимостью, позволяет одновременно определять много компонентов, но, как правило, уступает другим видам анализа в точности, особенно при высоких содержаниях компонентов. Для спектрального анализа нужна весьма малая навеска (десятки миллиграммов), но с учетом необходимости повторения, а иногда и контроля результатов на анализ направляют навески массой несколько граммов.

Химический анализ является основным при опробовании большинства рудных и нерудных полезных ископаемых. По сравнению со спектральным анализом он обладает меньшей чувствительностью, но большей точностью.

Таблица 8