Подготовка и обогащение сырья

Сырьё, предназначенное для переработки в готовую продукцию, должно удовлетворять определённым требованиям. Это достигается комплексом операций, составляющих процесс подготовки и обогащения сырья. Методы подготовки и обогащения сырья зависят от го агрегатного состояния.

Подготовка твёрдого сырья включает классификацию, измельчение, сушку.

Подготовка жидкого сырья заключается в очистке его от газообразных и твёрдых примесей: фильтрование, циклонирование, центрифугирование, отстаивание. Газообразные примеси могут быть удалены интенсивным механическим перемешиванием или нагревом.

Газообразное сырьё подвергается предварительной очистке от жидких и твёрдых примесей. Для этого используются методы, аналогичные методам очистки жидкого сырь от твёрдых примесей, а также очистка под действием электростатических сил.

Обогащением называется процесс отделения полезной части сырья (полезного компонента) от пустой породы (балласта) в целях повышения концентрации полезного компонента. В результате обогащения сырьё разделяется на концентрат полезного компонента и хвосты с преобладанием в них пустой породы.

Назовём количественные показатели процесса обогащения.

1. выход концентрата - отношение массы полученного концентрата к массе обогащаемого сырья :

.

2. Степень извлечения полезного компонента - отношение массы полезного компонента в концентрате к его массе в обогащённом сырье :

3. Степень обогащения сырья - отношение массовой доли полезного компонента в концентрате к массовой доле его в обогащенном сырье :

При обогащении твёрдого сырья используются физические, химические и физико-химические методы.

Физические методы обогащения твёрдого сырья. Это методы:

Гравитационный, основанный на разной скорости оседания частиц различной плотности и размеров в потоке газов или жидкости либо в поле центробежной силы; электромагнитный. Основанный на различной магнитной проницаемости компонентов сырья; электростатический, основанный на различной электрической проводимости компонентов сырья; термический, основанный на разности плавкости компонентов сырья.

Гравитационное обогащение используется для разделения минералов, содержащих в своём составе компоненты, значительно отличающиеся по прочности и плотности. Гравитационное обогащение делится на мокрое и сухое.

Электромагнитное обогащение используется для отделения магнитно-восприимчивых материалов от немагнитных.

Принцип устройства электростатических сепараторов аналогичен электромагнитным, но вместо магнита в них установлен электрод с отрицательным зарядом. Частицы с высокой электропроводимостью заряжаются отрицательно и отталкиваются в бункер, а диэлектрики ссыпаются в бункер, расположенный под транспортером.

Термическое обогащение основано на различных температура плавления компонентов и применяется для выделения полезного продукта из породы.

Химические методы обогащения твёрдого сырья. Химическое обогащение основано на взаимодействии химических реагентов с полезным продуктом в породе с последующим выделением образовавшихся соединений осаждением, испарением, плавлением и т.д.

Физико-химические методы обогащения твёрдого сырья. К физико-химическим методам обогащения сырья относится флотация.

Флотация – метод обогащения твёрдого сырья, основанный на различии в смачиваемости его компонентов. Смачиваеость твёрдого тела определяется адгезией жидкости к его поверхности.

Процесс флотации – гетерогенный процесс, характеризующийся наличием трёх фаз: - твердой (т), жидкой(ж), газообразной(г).

На границе раздела фаз работа адгезии равна:

,

Где - поверхностное натяжение на границе раздела соответствующих фаз.

Взаимодействие фаз в процессе флотации определяется значением поверхностных натяжений на границе раздела фаз.

Поверхностные натяжения направлены по касательной к соответствующей поверхности. Угол между поверхностным натяжением на границе жидкости с газовой средой и площадью контакта называется краевым углом смачивания (θ). В случае гидрофильной поверхности твёрдого тела (а) краевой угол смачивания θ<90º, частицы смачиваются жидкостью , что приводит к их погружению. На гидрофобной поверхности (б) краевой угол смачивания θ>90º.

Частицы с гидрофобной поверхностью не смачиваются жидкостью, что приводит к образованию на их поверхности воздушной оболочки, способствующей всплыванию части.

Для ускорения процесса флотации систему вспенивают путём интенсивного перемешивания (механическая флотация) или барботажа воздуха через систему (пневматическая флотация). В процессе флотации гидрофобный компонент образует с пузырьками воздуха минерализованную пену, отделяемую от жидкой фазы, в которой остаются гидрофильные компоненты.

Процесс флотации во многом зависит от различия в гидрофобности (гидрофильности) компонентов обогащаемого сырья.

Для ускорения процесса флотации и увеличения выхода флотируемого компонента в систему вводят специальные реагенты, относящиеся к группе поверхностно-активных веществ, - коллекторы, которые увеличивают гидрофобность полезного компонента.

Их природа зависит от состава конкретного флотируемого сырья.

Для создания устойчивой пены и улучшения разделения компонентов флотируемого сырья в систему помимо коллекторов вводят другие флотореагенты: подавители, пенообразователи и регуляторы рН среды.

Использование различных флотореагентов позволяет осуществлять флотацию сложного минерального сырья селективно, т.е. последовательно выделять различные фракции.

Применение поверхностно-активных реагентов резко изменяет поверхностное натяжение и краевой угол смачивания, т.е. смещает равновесие на границе фаз и увеличивает скорость флотации процесса.

Обогащение жидкого сырья осуществляется концентрацией выпариванием или донасыщением полезным компонентом, выделение каких-либо компонентов в осадок путём кристаллизации или в газовую фазу десорбцией или испарением. Для разделения жидких смесей применяется также жидкостная экстракция.

Обогащение газообразного сырья осуществляется его разделением следующими способами: абсорбционно-десорбционным, последовательной концентрации газов при сжатии и понижении температуры; последовательным испарением газов из предварительно сжиженной смеси.