Способ гравитационного обогащения Советский патент 1993 года по МПК B03B5/10 

Изобретение относится к технологии гидравлического обогащения полезных ископаемых и может быть использовано при обогащении угля, руд черных и цветных металлов, другого минерального сырья.

Цель изобретения - сокращение затрат водных ресурсов при обогащении полезных ископаемых, что имеет важное значение при разработке экологически чистых технологий для решения проблем охраны окружающей среды, а также повышение экономичности и. улучшение технологии обогащения путем сокращения технологических операций по обезвоживанию продуктов обогащения.

Для осуществления этой цели на всех стадиях обогащения, кроме флотации, вместо воды, являющейся рабочей средой при отсадке, дешламации, классификации и т.п. материала, используется высокократная пена кратностью К 20-100 и размером пузырьков газа 1-5 мм. В отличие от воды, аэрированной жидкости или низкократной пены высокократная пена позволяет полностью задержать в пленках жидкости (раствора пенообразующих поверхностноактивных веществ (ПАВ) в воде), разделяющих соседние пузырьки газа (воздуха), и частично внутри пузырьков тонкодисперсную твердую фазу, в то время как более крупные частицы материала осаждаются вниз через слой пены. Размер пузырьков и кратность пены являются теми управляющими параметрами, которые (наряду с ПАВ) определяют свойства пены - ее вязкость при осаждении твердых частиц и способность удержания тонкодисперсной фазы, что позволяет создать оптимальный режим обогащения. Вязкость пены выбирается в зависимости от требуемой плотности разделения материала, класса крупности исходного питания, выполняемой технологической операции обогащения - дешламации, классификации и т.п.

. Процесс обогащения в пенной среде имеет характер гидравлической классификации. Основное отличие при использовании в качестве рабочей среды вместо воды пены - в отсадочной машине, пенном классификаторе, дешламаторе и т.п. состоит в изменении - относительно воды - вязкости, которая не является постоянной гидродина(л

с

00

о

«д

ел

2

мической характеристикой пенной среды, а напротив, изменяется в зависимости от структуры пены и крупности обогащаемого материала, точнее, от соотношения крупности bi материала и размера Ьа пузырька пены.,

При bi/D2 1 в гидродинамический процесс перемещения твердой частицы в пенной среде будут вовлекаться n bi/b2 ячеек пены, деформация и взаимное перемещение которых является основной составляющей, определяющей величину вязкости пены (применительно к рассматриваемому вопросу - движения твердой частицы в пене). Второе обстоятельство, которое следует учитывать при выборе величины ячейки, состоит в том, чтЪ при быстром перемещении твердых частиц могут возникнуть чрезмерно большие деформации стенок ячеек пены, примыкающий к твердой частице, приводящие к разрушению к разрушению ячеек и изменению структуры пены, следовательно, и ее вязкости.

В том случае, когда bi/b2 1, основным фактором, определяющим вязкость пены, является деформация стенок ячеек, прилегающих к твердой частице, а также гидравлическое трение в водной прослойке, окружающей частицу. По своему содержанию характер взаимодействия частицы с пенной средой в данном случае совершенно отличен от предыдущего, и, как следствие, значения вязкостей будут различны.

Увеличение обводненности (снижение кратности) пены приводит к уменьшению ее вязкости, вследствие чего увеличивается скорость осаждения твердых частиц и производительность установки (классификации, отсадки и т.п.), и вместе с тем - расход пены, подаваемой в вертикальном направлении для взвешивания в пене осаждающихся частиц (подрешетной пены в отсадочной машине, пены в классификаторе и т.п.), и обводненность продуктов обогащения.

Учитывая взаимосвязь перечисленных факторов, при обогащении материала крупного класса размер пузырьков воздуха в пене может быть принят равным 1-2 мм при кратности К 40-100. При дешламации и классификации материала крупного класса размер пузырька 2-3 мм при кратности К 30-50. Для классификации, дешламации, отсадки мелкого класса может быть применена пена с размером пузырька 4-5 мм и кратностью К 20-50.

При кратности пены К 20-100 объемное содержание воды в пене составляет 5%-1%, что с учетом незначительного расхода пены позволяет резко снизить потребление воды в процессе обогащения. Отсюда же следует, что продукты обогащения - при сепарации, отсадке, дешламации, классификации - являются практически сухим Maтериалом, не требующим последующего, обезвоживания.

В качестве пенообразующих могут быть использованы неионбгенные ПАВ, незави- симо-от обогащаемого материала, биологи0 чески мягкие по отношению к природным естественным комплексам.

П р и м е р 1. Отсадочная машина. В качестве рабочей среды в отсадочной машине используется подрешетная и транспорт5 ная вода, с пульсацией для разрыхления постели, создаваемой воздушным пульсатором; процесс отсадки характеризуется значительным .расходом воды. Рассматриваемый процесс обогащения подобен

0 флотации, в качестве рабочей среды используется вода и низкотропная пена, что не позволяет распространить его для обогащения более крупных классов материала. Отсадочная машина, рассматриваемая

5 в данном изобретении, включает в-свой состав все (основные технические элементы, однако в качестве рабочей среды вместо воды используется высокократная пена, а . именно, взамен подрешетной воды в маши0 ну подается пена, вырабатываемая пеноге- нератором, в то время как транспортная вода исключается из процесса.

Исходное питание подается на решето отсадочной машины. Под действием рабо5 чей.среды (подрешетной пены) аналогично процессу разделения материала при использовании в отсадочной машине воды происходит расслоение материала с распределением его, в соответствии с плотно0 стью, в вертикальном направлении. При подаче в отсадочную машину подрешетной воды и исходного питания расслоенный материал перемещается в горизонтальном направлении. Нижние слои постели, состо5 ящие из тяжелых продуктов, удаляются из отсадочной машины через решето и разгру- ь зочные щели, легкий продукт - через сливной порог. В связи с тем, что высокократная пена позволяет задержать в пленках жидко0 сти, разделяющих соседние пузырьки воздуха, тонкодисперсную твердую фазу, первая ступень отсадочной машины может быть при необходимости использована для дешламации исходного питания при незна5 чительном расходе пены; более крупные частицы материала осаждаются вниз через слой пены.

Размер пузырьков и кратность определяют вязкость пены, которая выбирается в зависимости от крупности исходного питания и требуемой плотности разделения материала в отсадочной машине. Для отсадки мелкого класса крупностью 0-13 мм может быть применена пена с размером пузырька 4-5 мм и кратностью К 30-50. Для крупного класса до 150 мм размер пузырьков 1-2 мм при кратности К 20-50 и выше.

При кратности пены К 20-50 объемное содержание воды в пене составляет 5%- 2%, что с учетом незначительного расхода пены при отсадке позволяет резко снизить потребление воды. При этом продукты отсадки являются практически сухим материалом, не требующим последующего обезвоживания.

В отличие от процесса флотации с использованием флотореагентов, состав которых подбирается применительно к флотируемому минералу, при отсадке с применением высокократной пены могут быть использованы, независимо от обогащаемого материала, неионогенные ПАВ, биологически мягкие по отношению к природной среде, что имеет важное значение при разработке природоохранных мероприятий. Кроме того, могут использоваться пенооб- разующие ПАВ, применяемыедля флотации материала на данной обогатительной фабрике.

П р и м е р 2. Пенный классификатор. Для повышения эффективности процесса обогащения используется флотоклассифи- кация измельченного материала с выделением в пенный продукт минерализованных пузырьков газа при соотношении в пене газ/жидкость (3-4): 1. Для классификации материала используется поток воды, направленный навстречу осаждающейся твердой фазе; основной недостаток процесса - значительный расход воды.

Пенный классификатор, изображенный на фиг, 1, предназначен для классификации, дешламации, сепарации (разделения по плотности) исходного материала в пенной среде. Пенный классификатор состоит из цилиндрического корпуса 1 с днищем, крышки 2, загрузочного приспособления (П) 3 для загрузки питания. П.4 для ввода в классификатор пены, которая вырабатывается пеногенератором 5. и П 6 для орошения исходного питания раствором ПАВ в воде. Поток пены, подаваемой через П 4. направлен вверх навстречу осаждающемуся материалу. Легкий и тяжелый продукты классификации (сепарации, дешламации) разгружаются через сливной порог 7 и патрубок 8. Малооборотная мешалка 9 равномерно распределяет классифицируемый продукт в обьеме классификатора.

Для того, чтобы ввод питания не приводил к изменению свойств пены, загружаемый материал должен иметь минимальную влажность, близкую к влажности пены, и. 5 следовательно, в питании не должно быть транспортной воды. Для предотвращения возможного разрушения пены при подаче сухого материала исходный продукт дополнительно орошается раствором пенообра0 зующих ПАВ в воде.

Структура пены, подаваемой в классификатор, зависит от крупности исходного продукта, порога классификации, плотности материала. При дешламации крупного клас5 са размер пузырьков 1-2 мм при кратности К 30-100, для классификации и дешлама- ции мелкого класса размер пузырька 4-5 мм при кратности К 20-50 и т.п. Получаемые при пенной классификации продукты явля0 ются практически сухим Материалом, не требующим обезвоживания.

Аналогичным образом на гравитационном принципе обогащения в пенной среде могут быть реализованы наклонный и колес5 ный конструкции сепараторов.

П р и м е р 3. Пенный классификатор- дешламатор. Применение грохотов для обесшламливания материала сопряжено с значительными затратами воды, что являет0 ся основным недостатком процесса. Наряду с использованием больших объемов воды, в соответствии с принятыми технологиями гидравлического обогащения, продукты дешламации и классификации направляются

5 на сгущение и обезвоживание, что усложняет технологию и удорожает производство. Применение пенной технологии позволяет добиться снижения затрат водных ресурсов в процессе дешламации и классификации

0 материала, а также упрощения технологии обогащения путем исключения или сокращения технологических операций, связанных с необходимостью сгущения и обезвоживания получаемых продуктов.

5Пенный классификатор-дешламатор (КД) изображенный на фиг,2, состоит из двух секций - дешламации и классификации материала и включает в свой состав сито 1 и короб 2 грохота, размещаемые в корпусе 3

0 КД с крышкой 4. пеногенератор 5 и устройство 6 для ввода пены в КД. разгрузочную воронку 7 и разгрузочный патрубок 8 для вывода из КД накопленной в первой секции межпленочной жидкости в результате исте5 чения последней из пены разгрузочную воронку 9 и разгрузочный патрубок 10 для вывода подрешетного продукта, загрузочное устройство 11 для ввода в КД исходного питания, сливной порог 12 для разгрузки шлама, шибер 13 и разгрузочное устройство

14 для вывода надр ешетного продукта классификации материала. Угол наклона сита ,1 составляет 30°--45° в зависимости от типа используемого в КД грохота (виброгрохота или гидрогрохота) и скорости перемещения классифицируемого материала вдоль сита. Размер ячеек сита - в первой секции КД - 1 мм, во второй секции - соответствует порогу разделения материала по крупности. Устройство 6 ввода пены представляет собой трубу, проходящую в корпусе 3 КД вдоль его стенки, с отверстиями для подачи пены в КД. Пена подается в нижнюю часть корпуса 3 КД, под сито 1 грохота. Поднимаясь вверх по высоте КД и омывая подаваемый на сито материал, пена уносит с собой шламовые частицы. Шлам выносится с пеной через сливной порог 12. находящийся в верхней части корпуса 3 КД: основной материал колебаниями грохота подается на классификацию во вторую секцию КД, после чего надрешетный и подрешетный продукты гро- хочения разгружаются через разгрузочное устройство 14 и разгрузочный патрубок 10 в секции классификации КД. Водный раствор пенообразующих веществ вместе с отдельными возможными, частицами прошедшего через сито материала удаляется по мере накопления через разгрузочный патрубок 8 в нижней части секции дешламации КД.

При дешламации материала чем меньше пузырек газа, тем более развита межфазная поверхность и тем большее содержание шламовых частиц в пене, и, следовательно, меньше обводненность шлама. При крупности шлама до 0,5-1 мм размер пузырьков может быть принят 1-2 мм. При классификации (дешламации) материала крупного класса размер пузырьков пены 1-2 мм при .кратности К 20-50; для мелкого класса размер пузырьков 3-5 мм при кратности К 50-100 и выше. Пузырьки пены размером 1-2 мм проходят через ячейки сита 1 в секции дешламации КД, не разрушаясь; более крупные пузырьки пены, используемой при классификации (дешламации) мелкого класса материала, могут частично дробиться на более мелкие пузырьки,.увеличивая тем самым несущую способность и содержание твердого пены.

П р и м е р 4. Технологическая схема пенного обогащения антрацита. Для технологической схемы обогащения антрацита предлагаемая технология с использованием высокократной пены в качестве рабочей среды обогащения (см. фиг.З) состоит из операции предварительного грохочения с разделением исходного продукта на крупный 13-200 мм и мелкий 0-13 мм классы, с последующим обогащением на пенных сепараторах и отсадочных машинах соответственно. Для пенной сепарации могут быть использованы рассмотренные ранее устройства. Величина пузырька воздуха в пене

при сепарации материала класса 13-200 мм составляет 1 мм при кратности К 40 и выше. После сепаратора с выделением концентрата и отходов крупный класс поступает на классификацию с разделением на

классы крупности +25 мм и 13-25 мм на грохоте, либо в пенном сепараторе. В последнем случае величина пузырьков воздуха в пене составляет порядка 2 мм при кратности К 40-50. Мелкий класс 0-13 мм

подается на обесшламливание в пенный де- шламатор и далее на отсадку с выделением концентрата, промпродукта и отходов обогащения. Размер пузырьков пены в дешла- маторе составляет 4-5 мм при кратности К

20-40. Концентрат поступает на классификацию в пенный классификатор с разделением на классы 0,5-6 мм и 6-13 мм; величина пузырька пены 4-5 мм при кратно; сти К 30-50. В качестве пенообразующих

могут быть использованы ПАВ, применяемые на данной обогатительной фабрике для флотации угля.

Все получаемые на промежуточных и конечных стадиях технологического процесса продукты обогащения, включая сепарацию, отсадку, обесшл.амливание и классификацию, представляют собой практически сухой материал, не нуждающийся в обезвоживании.

Шлам после дешламации направляется по пенопроводу на флотацию, которая осуществляется с добавлением необходимых флотореагентов и дополнительного количества воды. Пенопровод представляет собой

трубопровод для транспортирования твердого материала с использованием пены в качестве несущей среды. Отходы обогаще-

ния крупностью 0-1 мм по пенопроводу транспортируются в илонакопитель или в

отработанные обьемы шахты (разреза).

i

Технология пенного обогащения полезных ископаемых является одним из возможных направлений создания техноло- гических процессов обогащения непосредственно на добычных предприятиях горнодобывающей промышленности.

Ф.ормула изобретения

1. Способ гравитационного обогащения, включающий разделение на фракции под действием гравитационных сил с помощью разделительной среды, отличающийся тем, что, с целью сокращения

затрат воды и повышения экономичности, в качестве разделительной среды используют высокократную пену с размером пузырьков 1-5 мм и кратностью 20-100.

2. Способ по п. 1,отличающийся тем, что пену образуют в присутствии неио- ногенного поверхностно-активного вещества в количестве 2-3% от массы воды.

Исходный уголь

Использование: технология. При обогащении в качестве рабочей среды вместо воды используется высокократная пена кратностью порядка К 20-100, что соответствует объемному содержанию воды в пене 5-1 % и размером пузырьков газа 1-5 мм, в зависимости от свойств пенообразующих поверхностно-активных веществ (ПАВ) и требований к вязкости пены. В качестве ленообразующих могут быть использованы неионогенныеПАВ; расход ПАВ по массе составляет 2-3% по отношению к воде. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Дробильно-дозировочное отделение

Подготовительное грохочение

13-200 мм

Пенный сепаратор

Концентрат Отходы

L

Пенный классификатор

25-200 мм

13-25 мм

Флотация

К

Пенопровод

0-13 мм

Ценный дешламатор

0,5-13 мм

Г

Пенная отсадка

Концентрат Прем-Отходы продукт

Пенный

классификатор

0,5-6 мм 6-13 мм

,В илонахопитель

Фи.г. Ъ