СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ СМЕСИ ТВЕРДЫХ ВЕЩЕСТВ Российский патент 1997 года по МПК B03B1/00 B03B5/00 B03B5/04 B03B5/62 

Изобретение относится к селективному выделению некоторых твердых веществ из твердых смесей, содержащих кремнезем или кремнистые породные примеси.

Переработка смесей твердых веществ, находящихся в форме частиц, широко используется в промышленности. Обычно твердые смеси разделяют на индивидуальные компоненты с помощью технологических процессов, в которых используются имеющиеся различия между этими компонентами. Эти различия включают различия в цвете, размерах частиц, проводимости, отражательной способности, плотности, магнитной проницаемости, электропроводности и поверхностной смачиваемостью. Это последнее свойство, т.е. поверхностная смачиваемость, используется в процессах пенной флотации, флокуляции и агломерации, которые основаны в первую очередь на различных химических воздействиях, усиливающих разделение.

Различия в других вышеуказанных характеристиках, особенно таких, как размеры, проводимость, плотность, магнитная проницаемость и электропроводность, обычно используются для разделения с помощью различных механических способов. Эти способы включают в себя использование грохочения, гидроциклонов, гидросепараторов, центрифуг, устройств для разделения в тяжелых средах, дешламаторов, отсадочных машин, сливных плит, спиралей, магнитных сепараторов и электростатических сепараторов. Общепринято, что эффективность этих способов в сильнейшей степени зависит от правильного использования воды. В большинстве этих способов основной движущей силой является управление флотацией и осаждением частиц, или их поведением под действием электрических или магнитных сил в водной среде. Для оптимизации разделения твердых компонентов в рамках любого конкретного способа должно иметь место согласованное действие и/или комплексное регулирование таких факторов, как плотность /весовой процент твердых веществ/ твердой смеси в воде; интенсивность механического возмущения пульпы; размер частиц твердой смеси; и конструкция и размеры оборудования. Хотя для осуществления такого разделения и могут быть применены некоторые универсальные научные и технологические подходы, сложность подобных операций частот требует проведения эмпирического тестирования и регулирования с целью достижения приемлемого разделения.

Изобретение относится к способу разделения твердых веществ, в котором водную суспензию /шлам/ твердой смеси, содержащей кремнеземы или кремнистые породные примеси и один или несколько целевых минералов, подвергают механическому разделению, отличающийся тем, что к водной суспензии добавляют количество алканоламина, способное изменить характер взаимодействия кремнезема или кремнистых породных примесей с водной средой таким образом, чтобы отделение кремнезема или кремнистых породных примесей от остальных твердых минералов улучшилось по сравнению со способами, в которых не используются алканоламин.

Механическое разделение относится к тем способам, в которых водную суспензию твердых частиц разделяют, используя физические свойства частиц. Эти физические свойства включают размер, проводимость, плотность, магнитную проницаемость и электропроводность.

Типичные средства для разделения твердых пульп включают отсадочные машины, сливные плиты, спирали, устройства для разделения в тяжелых средах, грохоты, гидроциклоны, гидросепараторы, центрифуги, дешламаторы, магнитные сепараторы и электростатические сепараторы. Эти технические средства и основанные на их использовании технологические приемы хорошо известны и широко применяются на практике. Общее рассмотрение этих средств и приемов можно найти в Справочнике Перри для инженеров-химиков, 8-е изд. издано книгоиздательской компанией Дон В.Грин-Мак Гроу-Хилл.

Использование изобретения не вносит в общепринятые варианты осуществления этих способов механического разделения никаких изменений, кроме добавления алканоламина.

Как правило, механическое разделение используют для того, чтобы отделить друг от друга твердые вещества, находящиеся в виде частиц с размерами от около 100 мм в диаметре до частиц менее, чем 0,001 мм в диаметре. Частицы с размерами, лежащими в указанном интервале, можно получить разнообразными путями, но, как правило, их получают мокрым измельчением. После измельчения частицы находятся в водной суспензии в количестве от 2 до 70 вес. в зависимости от различных факторов, таких, как например, конкретный способ разделения, который собираются использовать, и связанные с ним рабочие характеристики.

Алканоамины изобретения предпочтительно отвечают формуле,
NR¹R²R³
где R¹, R² в каждом случае представляет собой атом водорода или C₁-C₆ гидроксиалкильный фрагмент; R³ представляют собой C₁-C₆ гидроксиалкильный фрагмент.

Предпочтительными алканоламинами являются моноэтаноламин, диэтаноламин, триэтаноламин, изопропаноламин, гексаноламин и их смеси.

Наиболее предпочтительным алканоламином является диэитаноламин. Специалистам известно, что промышленные способы получения таких соединений, как диэтаноламин, приводят к получению продукта, содержащего некоторое количество побочных продуктов, таких, как другие алканоламина. Такие промышленно производимые продукты могут быть использованы в рамках изобретения. Понятно также, что алканоламины являются индивидуальными соединениями и не образуют части более сложной молекулы.

Количество используемых в способе алканоламинов должно быть таким, чтобы обеспечить улучшение характеристик процесса выделения целевого твердого компонента или вследствие улучшения качества, или увеличения степени выделения, или сочетания этих двух факторов. Обычно это количество колеблется от 0,01 до 10 кг алканоламина на метрическую тонну сухого сырья. Предпочтительно это количество составляет от 0,05 до 1 кг на метрическую тонну, и более предпочтительно от 0,1 до 0,5 кг на метрическую тонну.

Добавление алканоламина к исходной водной суспензии осуществляют до ее подачи в разделительное устройство. Если твердое сырье подвергают измельчению, то предпочтительно добавлять алканоламин на стадии измельчения.

Пример 1. Магнитное разделение. Магнитный сепаратор с мокрым барабаном непрерывного действия, имеющий диаметр 30,48 см и ширину 17,78 см /лабораторная модель ЕР1Е 500-11-11/, регулируют для работы при интенсивности 25% от максимальной интенсивности, используя подводимое напряжение и ток 115 В и 5,5 А соответственно.

Приготовляют несколько порций сырья, используя смесь магнетита с удельным весом 3,96 и кремнезема с удельным весом 2,67. Содержание магнетита в сырьевой смеси составляет 15,5 вес. Сырьевые смеси приготовляют в виде водных суспензий с содержанием твердых веществ 20 вес. в специальной емкости для хранения суспензий с интенсивным перемешиванием, что обеспечивает однородность подаваемой в магнитный сепаратор суспензии сырья. В одном варианте не использовали предварительной обработки, в другом варианте суспензию обработали диэтаноламином в количестве, эквивалентном 0,45 кг на метрическую тонну сухого твердого сырья. Каждый вариант в стационарном режиме пробы концентрата, верхнего продукта и отходов обогащения собирают в течение 5 мин. Пробы сушат, взвешивают и анализируют на содержание железа с помощью плазменного спектрометра, определяя распределение магнетита по фракциям.

Полученные результаты представлены в табл. 1.

Вышеприведенные данные показывают, что добавление диэтаноламина приводит к увеличению доли железа, выделяемого с фракцией концентрата, и к уменьшению потерь железа с отходами.

Пример 2. Используют лабораторный концентрационный стол размером 0,6х1,3 м с 0,01-метровыми зазорами между ребрами, которые имеют размеры 0,003 на 0,0017 м. Угол наклона стола к горизонтали составляет 10^o Стол встряхивают с умеренной интенсивностью и омывают водой. Используемое сырье содержит 15,5 вес. магнетита, остальное кремнезем. Используют ту же систему подачи суспензии, что и в предыдущем примере; рабочий режим стола и скорости подачи суспензии поддерживают на постоянном уровне в каждом пробеге /варианте/. Проводят два пробега в стационарном режиме при содержании твердых компонентов в суспензии, равном 20 вес. В каждом пробеге в течение 7 мин собирают пробы фракций целевого продукта, промежуточного продукта и отходов. Все пробы высушивают, взвешивают и анализируют на содержание железа на плазменном спектрометре. Определение проб с этого стола определяется физическим расположением сливных поддонов.

Полученные результаты представлены в табл.2.

Вышеприведенные данные свидетельствуют о значительном увеличении количества выделяемого железа. Основным эффектом является сдвиг в распределении железа по фракциям от фракции промежуточного продукта к фракции целевого продукта.

Пример 3. Образцы указанных ниже руд /по 300 г каждого образца/ в шаровой мельнице диаметром 20,32 см со стальными шарами диаметром 2,54 см, получая примерно 50 вес. частиц диаметром менее 37 мкм. Мельницу вращают со скоростью 60 об/мин; перед началом измельчения в мельницу добавляют 600 см³ воды и тестируемый химический агент. После получения нужной степени измельчения содержимое мельницы переносят в 10-литровую емкость, и разбавляют водой, доводя общий объем пульпы до 10 л. Разбавленную пульпу в течение 1 мин перемешивают при 1800 об/мин, после чего дают ей осесть в течение 5 мин. Затем из верхней зоны емкости декантируют 7 л пульпы. Регистрируют сухой вес декантированных и осевших твердых продуктов, и вычисляют вес. в обесшламленной фракции. Чем больше весовая доля удаленного шлама, чем эффективнее процесс дешламации или удаления тонкодисперсных частиц.

Были выбраны следующие три вида руды: железная руда, содержащая 32 вес. кремнезема: медная руда, содержащая 76 вес. кремнезема и кремнистых породных смесей; и фосфатная руда, содержащая 44 вес. кремнезема и кремнистых породных примесей.

Вид и дозировка использованных алканоламинов указаны в табл.3.

Данные табл.3 свидетельствуют о том, что увеличение количества очень тонкодисперсных частиц, удаляемых в процессе дешламации, достигается при использовании различных алканоламинов. Как и в этом примере, очень тонкодисперсные частицы /обладающие большой площадью поверхности/, присутствующие во многих тонкоизмельченных материалах, содержат большое количество нежелательных примесей кремнезема и/или кремнистых примесей. Их удаление имеет большое значение для последующих стадий переработки, включающих в себя добавление химических реагентов, например, для процессов флотации.

Пример 4. В стандартную пятивитковую спираль Хамфри с постоянной скоростью подают сырьевую пульпу и воду. Используют только одно выпускное отверстие для концентрата /остальное герметизируют гладкими дисками/, получая устойчивый во времени стационарный режим. Количество подаваемой смывной воды достаточно для того, чтобы поддерживать вполне равномерное течение через выпускное отверстие, расположенное в нижней части первого витка спирали. Каждый отраженный в табл.4 пробег состоит из пятиминутного периода пробы при скорости подачи сырья 3,0 кг, 20 вес. суспензии твердых веществ в течение 5 мин. Используют четыре разных виды руды:касситерит /SnO₂/, содержащий 0,65 вес. олова; 1,2 вес, частиц с размером более 10 меш и 9,9 вес. частиц с размером менее 200 меш; грубодисперсный гематит /FeO₃/, содержащий 33,1 вес. железа, 86 вес. частиц с размером более 10 меш, и 2,1 вес. частиц с размером менее 200 меш;тонкодисперсный гематит, содержащий 47,4 вес. железа, 0,0 вес. частиц с размером более 10 меш, и 28,3 вес. частиц с размером менее 200 меш; грубодисперсный рутил /TiO₂/, содержащий 8,8 вес. железа, 11,4 вес. частиц с размером более 10 меш, и 4,9 вес. частиц с размером менее 200 меш. В каждом пробеге образцы собирали, сушили, взвешивали и определяли содержание металла с помощью плазменного спектрографа. В случае использования диэтаноламина суспензию сырья перед подачей в спираль кондиционировали в течение 1 мин в емкости с перемешиванием.

Полученные результаты представлены в табл.4.

Данные табл.4 показывают, что в каждом случае использование изобретения позволяет увеличить суммарное выделение требуемого металла.

Пример 5. Разделение в гидроциклоне. Используют 2,54-сантиметровый гидроциклон, имеющий устройство для постоянной закачки сырьевой суспензии. Перед тем, как отбирать пробы нижнего и верхнего продуктов, устанавливают стационарный режим подачи сырья и однородный веер выгрузки. Сырьевая суспензия гематитовой руды /содержание SiO₂ в руде 34,6 вес./ содержит около 6 вес. твердых веществ. В случаях, когда используется алканоламин, его добавляют в сырьевую емкость, которую интенсивно перемешивают для того, чтобы гарантировать однородность подаваемого в циклон сырья. Для определения каких-либо изменений в эффективности разделения образцы фракционируют по размерам частиц с помощью стандартных сит.

Полученные результаты представлены в табл. 5.

Пример 6. Разделение в гидроциклоне. Используют способ, описанный в примере 5, с той лишь разницей, что для испытаний берут фосфатную руду, содержащую 58,1 вес. SiO₂.

Полученные результаты представлены в табл.6.

Данные, представленные в табл. 5,6, показывают, что использование алканоламинов увеличивает количество содержащих кремнезем тонкодисперсных частиц, удаляемых из двух тестированных руд. Ясно также, что, хотя весовые проценты материала, переходящего в более грубодисперсный нижний продукт, слегка уменьшается, процент той же фракции этого материала, которая характеризуется большим размером частиц, увеличивается.

Пример 7. Влияние на вязкость суспензий кремнезема. Приготавливают водную суспензию кремнезема, содержащую 60 вес. твердого вещества и 82,4 вес. частиц с размером менее 75 мкм. Образцы тщательно размешивают, после чего их вязкость измеряют вискозиметром Br ookfidd RVT с тавровым профилем основания. После измерения вязкости образцы оставляют стоять без перемешивания на 24 ч и затем измеряют высоту слоя твердых частиц, опустившихся в нижнюю зону.

Полученные данные представлены в табл.7.

Данные табл. 7 показывают, что алканоламины изобретения оказывают общее влияние на вязкость водных суспензий кремнезема и на скорость или на степень осаждения частиц кремнезема и отсутствие перемешивания. Оказывается, что алканоламины способствуют стабилизации тонкодисперсных частиц кремнезема в суспензии.

Использование: обогащение полезных ископаемых, в частности селективное выделение некоторых твердых веществ из твердых смесей, содержащих кремнезем или кремнистые породные примеси. Сущность изобретения: отделение кремнезема или кремнистых породных примесей от одного или нескольких целевых минералов в водяной суспензии с помощью механических устройств улучшается при добавлении к суспензии небольшого количества алканоламина. Примеры разделительных устройств, позволяющих эффективно использовать преимущества этого способа, включают в себя концентрационные столы, дешламаторы и гидросепараторы. Алканоламин отвечает формуле NR¹R²R³, где R¹ и R² представляют собой водород или C(1-6) гидроксилалкильный фрагмент, R³ представляет собой C(1-6)гидроксилалкильный фрагмент, алканоламин выбирают из группы, состоящей из диэтаноламина, моноэтаноламина и их солей. 4 з.п. ф-лы, 7 табл.

1. Способ разделения смеси твердых веществ, в котором водный шлам твердых веществ, содержащий кремнезем или кремнистые породные примеси и один или несколько целевых минералов, подвергают механическому разделению, отличающийся тем, что к водному шламу добавляют 0,01 10,0 кг алканоламина на метрическую тонну сухого сырья, указанный алканоламин отвечает формуле
N R¹ R² R³,
где R¹ и R² в каждом случае водород или С₁-C₆-гидроксиалкильный фрагмент;
R³ С₁-C₆-гидроксиалкильный фрагмент. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что алканоламин выбирают из группы, состоящей из диэтаноламина, моноэтаноламина и их смесей. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для разделения смеси твердых веществ используют концентрационные столы. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для разделения смеси твердых веществ используют дешламаторы. 5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для разделения смеси твердых веществ используют гидросепараторы.