Способ подготовки калийной руды к ее электростатическому обогащению Российский патент 2024 года по МПК B03C7/00 

Изобретение относится к горно-обогатительной промышленности, а именно к обогащению калийных руд. Сухой способ обогащения калийных руд включает дробление, измельчение, классификацию и вакуум-сушку, обработку реагентом, обработку ионизированным соляным аэрозолем, трибозарядку калийных руд перед ее электрической сепарацией.

Известно, что при электростатическом разделении решающую роль играет относительная влажность воздуха. Однако, относительная влажность воздуха (рассчитанная в %) всегда зависит также от абсолютной влажности воздуха (рассчитанной в г/м³ или г/кг). Обычно, всегда пытаются использовать воздух окружающей среды (атмосферный воздух), потому, что он является самым дешевым носителем для обработки зернистых, порошковых материалов. При этом, влажность атмосферного воздуха может быть различной в зависимости от времени года и погоды. Единственной эффективной возможностью регулирования относительной влажности воздуха является поддержание необходимой температуры воздуха. При идентичной относительной влажности воздуха, с повышением его температуры поверхностная влага на частицах руды уменьшается. Это явление имеет решающее значение для придания трибоэлектрических зарядов частицам руды.

Получение потока воздуха с относительной влажностью менее 10% может быть технически обеспечено путем:

- вакуум-сушки обрабатываемой руды;

- осушения воздуха.

Вакуум-сушка руды перед ее электростатическим обогащением более предпочтительна перед термической сушкой, т.к. более экономична, имеет меньшее количество оборудования в технологической линии сушки, оно более компактно, что позволяет надеяться на возможность размещения таких линий предобогащения в условиях рудника. При вакуум-сушке поверхностная влага с частиц руды удаляется путем испарения этой влаги при низком остаточном давлении (5-25 мм рт.ст.). Разряженный воздух оказывает значительно меньшее влияние на поверхностные электрические свойства частиц обрабатываемой руды.

Однако, в случае использования вакуум-сушки исходной руды для целей последующего электростатического ее разделения на отдельные минералы, (например, патент РФ №2494815 «Способ обогащения полезных ископаемых» Опубл. 10.10.2013 Бюл. №28) руда после сушки имеет низкую температуру, чаще всего менее 20°С. В этом случае, эффективное кондиционирование измельченной руды с реагентом, после процесса вакуум-сушки должно быть организовано не термической обработкой смеси руды и реагентов в потоке воздушно-газового теплоносителя, а иным способом. Трибозарядка частиц руды с помощью пневмотранспорта, тоже не является эффективной, т.к. в атмосферном воздухе содержится порядка 10 г влаги на 1 кг воздуха.

Выполнить требование по относительной влажности воздуха в 15-20% чрезвычайно сложно, даже технически, т.к. при переработке горно-обогатительным комбинатом 10 млн. т/год калийной руды, часовые расходы руды и воздуха на ее обработку становятся огромными (~700000 м³/час воздуха). Однако, методы осушки атмосферного воздуха с помощью различных веществ, активно сорбирующих влагу, предлагаются, прорабатываются и патентуются для обработки руды перед ее трибозарядкой и последующего разделения на электросепаратарах (Патент РФ №2078042 «Способ очистки кизерита». Опубл. 27.04.1997). При этом, в указанном патенте приведены успешные результаты разделения калийной руды при влажности воздуха менее 2,5 г/м³ даже без обработки руды реагентом. Вывод: при подготовке руды к ее обогащению на электросепараторах, при проведении самого процесса электросепарации, крайне важным является вопрос об использовании атмосферного воздуха в качестве несущей и обрабатывающей среды. Использование неосушенного атмосферного воздуха в таких процессах неэффективно.

Целью изобретения является повышение контрастности поверхностных электрических свойств минералов калийной руды, как следствие более эффективное сухое обогащение руды электросепарацией.

Заявленный способ подготовки калийной руды к ее электростатическому обогащению включает измельчение руды, классификацию, вакуум-сушку, кондиционирование с реагентом, трибозарядку путем механического перемешивания руды. Руду после вакуум-сушки, в процессе механического перемешивания подвергают дополнительной зарядке ионизированным аэрозолем сухого мелкодисперсного галита и реагента, используют осушку сжатого воздуха для образования ионизированного аэрозоля, путем использования энергии закрутки потока сжатого воздуха и разделения его на горячую и холодную струю, пропусканием струи сжатого холодного воздуха, мелкодисперсного галита и реагента через каналы из диэлектрического материала.

Крупность порошка реагента и галита, используемого для образования ионизированного аэрозоля, составляет менее 40 мкм.

Электрический заряд частицам можно придать разными способами: контактом с заряженным электродом, ионизацией - адсорбцией ионов на поверхности минеральных частиц, электризацией трением, нагревом (пироэлектрический эффект), индукцией в электрическом поле. Практическое применение нашли следующие способы сообщения зарядов частицам: контакт частицы с заряженным электродом; осаждение ионов на частицы; трибоэлектризация частиц.

Потенциал ионизации имеет периодическую зависимость от порядкового номера элемента. Минимальным потенциалом ионизации (I=3-5) эВ обладают щелочные металлы. Наибольший потенциал ионизации наблюдается у благородных газов (I_He=24,5 эВ). Так, например, в каменной соли энергия высвобождения иона натрия порядка 1 эВ, а энергия активации электрона составляет несколько электронвольт.

Известны способы сепарации дисперсных материалов, включающие электризацию частиц материала посредством воздействия электрического разряда, в частности коронного перед сепарацией материала. Основным недостатком этих устройств является низкая эффективность и производительность, вследствие того, что при коронном разряде заряжаются только те частицы, которые находятся в приэлектродном пространстве, попадают на разряженные силовые линии электрического поля, а электроды обрастают материалом (Патент РФ №2321463. «Способ ионизационной сепарации дисперсных материалов и устройство для его осуществления». Опубл. 10.04.2008, бюл. №10). В этом же патенте (№2321463) в качестве источника ионизации предложен источник альфа-частиц. Однако, как недостаток, следует отметить, что альфа-частицы вносятся в поток неосушенного воздуха, что снижает эффективность способа зарядки порошковых материалов при их дальнейшей трибозарядке.

Выбором способа зарядки частиц обеспечивается наибольшее различие в электрических свойствах основных разделяемых минералов и тем самым максимальная эффективность электрической сепарации.

Известен (А.С. №1782666 «Способ обогащения калийной руды», опубл.23.12.1992, бюл. №47), где руду измельчают и нагревают при 100-120°С, одновременно обрабатывают салициловой кислотой. Затем руду сушат и подвергают трибозарядке путем вибрационного перемешивания. После виброперемешивания руду подвергают дополнительной трибозарядке в турбулентном потоке воздуха. Последующее разделение руды осуществляют в электростатическом поле. Указанный способ по А.С. №1782666, совпадающий с заявляемым решением по наибольшему числу существенных признаков, принят за прототип. Однако, этот способ не предполагает обработку перерабатываемой руды дополнительным потоком ионизированного порошка, не использует осушенный воздух, не использует вакуум-сушку руды перед ее трибозарядкой, как в предлагаемом изобретении.

В существующих распылителях с трибостатической зарядкой не используется электрическое напряжение для зарядки порошка. Трение улучшает контакт между материалами и облегчает обмен электронами. Распылители с трибостатической зарядкой порошка сконструированы с таким расчетом, чтобы создать условия для многочисленных столкновений частиц порошка с заряжающей поверхностью внутри распылителя. В результате этих многочисленных столкновений между поверхностью и частицами осуществляется передача электрического заряда. В распылителях с трибостатической зарядкой важно увеличить число и силу столкновений между частицами порошка и заряжающими поверхностями распылителя. Одна из основных проблем при разработке распылителя с трибостатической зарядкой заключается в создании условий для эффективной передачи заряда при сведении к минимуму износа и налипания частиц на части распылителя под действием ударов. Поскольку, тефлон обеспечивает хорошую зарядку большинства порошковых материалов, имеет относительно высокую износостойкость и устойчив к налипанию частиц под действием ударов, его использование в распылителях с трибостатической зарядкой является предпочтительным. Одним из известных устройств распылителей с трибостатической зарядкой являются электростатические порошковые пистолеты для окраски различных поверхностей в электрическом поле.

Распылители с использованием трибостатической зарядки конструктивно более надежны, чем распылители с зарядкой в поле коронного разряда, поскольку они не имеют элементов, преобразующих высокое напряжение. За исключением провода заземления, эти распылители являются полностью механическими, чувствительными только к естественному износу. Внутри распылители с трибостатической зарядкой имеют не сложное устройство, обеспечивающее необходимое трение для зарядки порошка. Кроме того, постепенный износ внутренних элементов таких распылителей будет в итоге влиять на эффективность зарядки. Отдельные марки тефлона содержат, например, дисульфид молибдена, который увеличивает абразивосостойкость и несущую способность материала. Известно, что при функционировании в условиях низких температур эффективность трибостатического метода снижается. Причины - повышение относительной влажности воздуха.

Сравнительно простым способом удаления влаги из сжатого воздуха, используемого в рассматриваемых устройствах - электростатических порошковых пистолетах, может быть использование эффекта Ранка-Хильша, включающего процесс закрутки воздушных потоков в специальных вихревых трубах (Мартынов А.В., Бродянский В.М. Что такое вихревая труба? - М.: Энергия, 1978. 153 с.). Предложены различные конструкции вихревых труб именно для осушки воздуха (А.С. СССР №695681. «Вихревой осушитель сжатого воздуха». Опубл. 5.11.1979, бюл. №41; Патент РФ 2182289. «Вихревой регенеративный осушитель». Опубл. 5.10.2002; Дыскин Л.М. «Обоснование, разработка и повышение эффективности систем осушки и кондиционирования воздуха с использованием вихревых труб». Дисс.д.т.н., Л., 1990).

То есть, необходимо питать электростатический порошковый пистолет сжатым воздухом (выходящим с холодным потоком), прошедшим вихревую трубу. Тогда можно получить ионизированный порошковый аэрозоль с минимальным влагосодержанием несущей среды - воздуха. Для целей электрозарядки частиц калийной руды потоком ионизированного порошкового аэрозоля необходимо в качестве порошка использовать: порошковые реагенты (бензойная, салициловая кислоты); мелкодисперсную фракцию (менее 40 мкм) галита (NaCl). Порошки должны быть предварительно высушены.

Галогенераторы получения аэрозоля частиц соли (NaCl), тоже известное техническое решение, используемое для спелеокамер (Патент РФ №2506959. «Способ образования соляной пыли и генератор соляной пыли». Опубл. 20.02.2014, бюл. №5). В них концентрация хлорида натрия произвольно изменяется от 0,5 до 10 мг/м³, а отрицательный объемный заряд их частиц составляет 6-10 нКл/м³. Преимуществом ионизированной обработки частиц руды перед ее разделением на электросепараторе является тот факт, что такие и предлагаемый способ ионизации порошков NaCl, несут отрицательный заряд. Попадая в сильвинитовую руду, ионизированный поток частиц порошка реагента в смеси с галитом передают отрицательный заряд минералу сильвину, входящему в состав сильвинитовой руды, либо галиту, входящему в состав полигалитовой руды. Дальнейшее механическое перемешивание руды, только усилит контрастность поверхностных электрических свойств разделяемых минералов сильвина и галита, либо галита и полигалита. Сильвин является полезным компонентом при обогащении и, следовательно, более эффективно будет извлекаться из механической смеси сильвина и галита в электросепараторах.

Предложенный способ дополнительной обработки руды ионизированным соляным аэрозолем, по оценке разработчика, позволит, например для сильвинитовых руд обеспечить зарядку частиц сильвина KCl до минус 10⁴е, а частиц галита NaCl до +10⁴е.

Изобретение относится к горно-обогатительной промышленности, а именно к обогащению калийных руд. Способ подготовки калийной руды к ее электростатическому обогащению включает измельчение руды, классификацию, вакуум-сушку, кондиционирование с реагентом, трибозарядку путем механического перемешивания руды. Руду после вакуум-сушки, в процессе механического перемешивания, подвергают дополнительной зарядке ионизированным аэрозолем сухого мелкодисперсного галита и реагента, используют осушку сжатого воздуха для образования ионизированного аэрозоля, путем использования энергии закрутки потока сжатого воздуха и разделения его на горячую и холодную струю, пропусканием струи сжатого холодного воздуха, мелкодисперсного галита и реагента через каналы из диэлектрического материала. Технический результат изобретения - повышение контрастности поверхностных электрических свойств основных минералов калийной руды, более эффективное сухое обогащение руды электросепарацией. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ подготовки калийной руды к ее электростатическому обогащению, включающий измельчение руды, классификацию, вакуум-сушку, кондиционирование с реагентом, трибозарядку путем механического перемешивания руды, отличающийся тем, что руду после вакуум-сушки, в процессе механического перемешивания, подвергают дополнительной зарядке ионизированным аэрозолем сухого мелкодисперсного галита и реагента, используют осушку сжатого воздуха для образования ионизированного аэрозоля, путем использования энергии закрутки потока сжатого воздуха и разделения его на горячую и холодную струю, пропусканием струи сжатого холодного воздуха, мелкодисперсного галита и реагента через каналы из диэлектрического материала.

2. Способ подготовки калийной руды к ее электростатическому обогащению по п. 1, отличающийся тем, что крупность порошка реагента и галита, используемого для образования ионизированного аэрозоля, составляет менее 40 мкм.