Способы и практика избирательного раскрытия

Избирательное раскрытие минералов при дроблении осуществляется главным образом в дробилках ударного действия (молотковых, роторных и т. п.), при измельчении — в бара­банных мельницах (стержневых, шаровых, самоизмельчения) и в струйных; использу­ются также аппараты, действие которых основано на применении электрогидравличе­ского эффекта, электрических импульсов, знакопеременных (растягивающих, сжимаю­щих, сдвиговых) нагрузок, взрывного и взрывоструйного самоизмельчения (предло­жения Гросса и Снайдера).

Избирательное разрушение материала идет при условии

v _k1> v_m > v_k2,

где v_k1, v_k2 — критические скорости разрушения компонентов полезного ископаемого; v_m - скорость соударения материала с рабочим органом дробилки.

Кроме энергетического режима дробления в дробилках из­бирательного дробления следует стремиться к организации цент­ральных соударений. Нецентральные соударения приводят к резкому снижению селективности дробления вследствие наличия местных концентраций напряжений. Число нецентральных со­ударений, например, для молотковой дробилки зависит от пара­метров ее работы (радиуса вращения молотков или бил, числа рядов молотков, частоты вращения ротора, размера рабочей ча­сти молотка по окружности вращения, условий загрузки мате­риала).

Избирательность дробления также зависит от числа степе­ней свободы в направлении разрушающего усилия. Избиратель­ность увеличивается в дробилках (щековые, молотковые, бара­банные), обеспечивающих большое число степеней свободы.

Барабанные дробилки, обладающие наибольшей избира­тельностью, получили название дробилок избирательного дроб­ления.

Характерной особенностью дробилок избирательного дробле­ния является совмещение операций дробления и грохочения или классификации в одном аппарате.

Дробилка ударного дробления (рис. 8.16,а) пред­ставляет собой конический грохот, соосно с которым установ­лен вал 2 с закрепленными на нем молотками 3. Разгрузка не­дробимых кусков осуществляется на сходе из конического гро­хота. Частоту вращения конического грохота ю_г и вала Щц с мо­лотками 3 выбирают в соответствии со свойствами полезного ископаемого. Дробилка устанавливается горизонтально, а про­движение материала в ней осуществляется за счет уклона, соз­даваемого поверхностью конического грохота. Материал, раз­рушенный до крупности зерен меньшей, чем размер отверстий грохота, выделяется в подрешетный продукт, собирается в сбор­ник 4 и при переработке углей считается концентратом данной операции. В надрешетный продукт выделяются нераздроблен­ные куски гюроды и посторонние предметы (дерево, металл).

Для дробления углей применяют дробилки эластичного дробления. При свободном (эластичном) ударе по зернам угля, падающим под действием силы тяжести, наблюдается избира­тельное дробление с получением продуктов, отличающихся по качеству.

Дробилка эластичного дробления (рис. 8.16,6) состоит из герметичного корпуса 4, снабженного патрубками для подачи воздуха 5, вывода тонкозернистого продукта 2 (во­локнистый уголь фюзен), мелкозернистого продукта 7 (витрен и

кларен), неподвижно установленного барабана 13 с увеличива­ющимся книзу диаметром и встроенными в него коническими си­тами 12 с диаметром отверстий 2—4 мм, вала 11 с закреплен­ным на нем распределительным диском 3, билами 10 и шар-нирно закрепленными на них молотками 9. В барабан 13 введе­ны патрубки для подачи исходного материала 1 и выдачи креп­ких разновидностей угля 8. Под патрубком 8 установлен грохот 6, который служит для дополнительного отделения менее прочных пород (витрен и кларен) от дюрена.

Рис. 16. Схемы дробилок избирательного дробления:

а — ударного дробления; б — эластичного дробления; в — полужесткого дробления.

Исходный уголь поступает на диск 3, распределяющий его по периферийной части барабана 13 и направляющий на си­та 12. Многократность эластичного дробления достигается при движении угля (под действием силы тяжести) мимо вращаю­щихся бил 10 и молотков 9. Измельченный до крупности менее 2—4 мм уголь выводится из барабана 13 через сита 12. В коль­цевом зазоре между барабаном 13 и корпусом 4 создают восхо­дящий поток воздуха, с помощью которого тонкодисперсный уголь (волокнистый фюзен) выносится в патрубок 2. Более прочные разновидности угля (витрен и кларен) образуют мел­козернистый продукт и разгружаются через патрубок 7. Дюрен — матовый уголь, обладающий наибольшей прочностью и меньше всего разрушающийся, через патрубок S разгружается

Для и с т и р а н и я (оттирки) применя­ются барабанные шаровые мельницы, рабо­тающие при пониженной частоте вращения, мельницы самоизмельчения с уменьшенными лифтерными выступами, мельницы-мешалки, оттирочные скрубберы, мельницы струйного ( самоизмельчения, ультразвуковые уста­новки [93].

Особо следует выделить случаи, когда рудный материал представлен слабосцементированными пустой породой конгломератами либо когда частицы полезных компоненте покрыты пленками или примазками отрицательно влияющими на результаты последущей обработки. При этом разрушающие усилия подбирают таким образом, чтоб развиваемые напряжения (разрывные или сдвиговые) действовали лишь в поверхностной зоне кусков. В результате пленки и «цемент» разрушаются, а примазки отделются, крупность частиц же полезных компонентов существенно не изменяется. Например, для избирательного истирания стекольньных песков (оттирки с поверхности зерен кварца пленок гидроокиси железа — «ржавчины» и других примазок) используют оттирочный скруббер пропеллерного типа (рис. 8.17). Интенсивная циркуляция пульпы и взаимное трение частиц друг о друга происходят в

Рис. 17. Оттирочный скруббер пропеллерного типа:

1 — загрузочная воронка; 2,3 — резиновые лопасти; 4 — вал; 5 — гуммированный цилиндрический корпус; 6 — подшипник; 7 — разгрузочное отверстие: 8 — приводной шкив

результате высокой частоты вращения вала-ротора (до 500 мин"¹). Содержание твер­дого в пульпе, находящейся в скруббере, поддерживается впределах 40—80 %.

При ультразвуковой очистке поверхности минералов используют уста­новку, обычно включающую в себя ультразву­ковую ванну, классифицирующий аппарат и вспомогательное оборудование (бункер и .питатель для подачи исходного материала, контактный чан для приготовления пульпы и т. п.)- Для повышения степени очистки ультразвуковую обработку с последующей классификацией проводят в несколько прие­мов.

Газоструйное самоизмель­чение используют для удаления пленок с поверхности минералов. При нагревании происходит предварительное разупрочнение (растрескивание) пленок благодаря разнице в коэффициентах термического расширения материала полезного компонента и пленок. Окончательно пленки отделяются от зерен в результате трения между частицами во встречном потоке газовых струй.

Удаление пустой породы после проведения буровзрывных работ осуществляется раздельной экскавацией руды и пустой породы, когда рудные тела достаточно обособлены от пустой породы. В ряде случаев при недостаточно четких границах рудных контуров применя­ются дополнительные меры. Например, на одном из отечественных месторождений олово­содержащих руд на некоторых участках, где залегают прожилковые руды, после проведе­ния взрывной отбойки крупные фракции +80 (100) мм соответствуют по содержанию олова забалансовым рудам. В связи с этим непосредственно на борту карьера создана сезонная промышленная установка, оснащен­ная колосниковым грохотом. Взорванная гор­ная масса с помощью экскаваторов подается на грохочение, подрешетный продукт грохота поступает в дробильно-промывочное отделе­ние фабрики, надрешетный — вместе с выде­ляемыми при добыче забалансовыми рудами направляется на склад забалансовых руд.

Введение этой операции позволило по­высить на 10—20 % относительное содержа­ние олова в руде, поступающей на фабрику.

Удаление пустой породы и вредных примесей в цикле дробления осуществляется на одном из отечественных горно-обогатительных пред­приятий, где обрабатываются фосфоритовые руды. Магнийсодержащие минеральные ком­поненты, входящие в состав исходной руды, существенно влияют на качество флотацион­ного фосфоритоврго концентрата. Эти компо­ненты преимущественно концентрируются в крупных фракциях исходной руды (при общем содержании MgO в руде 0,8—0,9 % в классе -(-50 мм его содержится до 6—7 %). Для удаления MgO руды после дробления в щековой и молотковой дробилках направ­ляют на колосниковый грохот ГИТ-61 А (с зазорами между колосниками 50 мм), надрешетный продукт грохота — в отвалы. В результате соотношение MgO: Р₂О_Б в пита­нии флотации снизилось с 0,111 до 0,095— 0,98, благодаря этому повысилось качество фосфоритового концентрата более чем на 1%.

Экономический эффект от внедрения такого способа удаления вредных примесей составил более 80 тыс. руб.

Возможны и другие способы отделения пу­стой породы — сухая магнитная сепарация железных руд слоистой текстуры, тяжелосредное обогащение, радиометрические и фото­метрические способы при обработке руд цветных металлов и углей.

Избирательное раскрытие зерен минералов в барабанных мельницах самоизмельчения происходит в ре­зультате усталостно-ударно-истирающего воздействия на обрабатываемый в них мате­риал. Избирательное разрушение отдельных разнопрочных компонентов рудного сырья позволяет произвести последующее разделе­ние компонентов на ранних стадиях обра­ботки.

На Лебединской железообогатительной фабрике из рудной гали, содержащейся в продукте разгрузки мельниц ММС-70Х23, с по­мощью магнитной сепарации удаляют бедные кварциты. Для сухой магнитной сепарации используют электромагнитные шкивные се­параторы ЭШ-120-100 с напряженностью на поверхности шкива 115,4 кА/м. Сухой магнит­ной сепарацией выделяется немагнитная фрак­ция в количестве 2 % исходной руды (при содержании магнитного железа в ней 3,5 %), что обеспечивает увеличение производитель­ности мельниц на 3 % и повышение содержа­ния железа в концентрате на 0,2 %. Выделяе­мая галя пригодна для использования в ка­честве щебня.

При обработке некоторых золотосодержа­щих руд грохочением продукта разгрузки мельницы самоизмельчения также удается получить надрешетные фракции с отвальным содержанием полезного компонента.

Избирательное измельче­ние в струйных мельницах применяется при обогащении асбеста вместо используемых на отечественных и зарубежных асбестообогатительных фабриках механиче­ских молотковых распушителей. Последние недостаточно избирательно раскрывают асбе­стовые волокна. Для осуществления этого процесса во ВНИИпроектасбесте разработана схема (рис. 8.18) дезинтеграции асбестосодержащих промпродуктов с использованием газоструйной мельницы [73].

Результаты работы за полтора года молот­кового распушителя и газоструйной мельницы показали технологическое преимущество по­следней. Себестоимость самоизмельчения в газоструйных мельницах снижается прибли­зительно на 25 %.

Гравитационные цирконовые концентраты необходимо доводить до заданной крупности (97 % класса — 0,06 мм) и устранять примеси (содержание железа в концентрате не должно превышать 0,02 %). При решении этой задачи традиционными способами предусматривалось шаровое измельчение (дополнительный прив­нес железа в результате истирания шаров и футеровки не менее 0,05 %), химическая обра­ботка для растворения и удаления как «аппа­ратного», так и природных гидроокисей железа, представленного тонкими пленками на поверхности зере,н концентрата (не менее четырех стадий щелочной и кислотной обра­ботки), сушка и прокаливание очищенного концентрата.

Более простое решение было предложено Днепропетровским горным институтом и Верхне-Днепровским ГМК: использовать спе­циально разработанную газоструйную мель­ницу. При эксплуатации газоструйной мель­ницы удельный износ металла помольной камеры составил 0,0025 %. Имеющиеся на зернах концентрата окисленные пленки железа оттираются. При осаждении готового продукта в циклонах происходит его обезжелезнение. Готовый продукт по крупности удовлетворяет поставленным требованиям.

Рис.18. Схема опытно-промышленной установки) газоструйного измельчения:

1 — питатель; 2 — распределитель потока; 3 — турбовоздуходувка; 4 — газоструйная мельница; 5 — осадитель; в — циклон; 7 — шлюзовой затвор; 8 — вентилятор.

При струйном измельчении частицы руды разрушаются ударными волнами напряжений. Скорости распространения ударной волны в различных минералах могут резко отличаться, что приводит к возникновению больших касательных напряжений на границах срастания минералов. В результате чего, при струйном измельчении достигается максимальное раскрытие при минимальной степени измельчения. Естественно, что экономические ограничения не позволяют применять струйное измельчение, но для трудно раскрываемых промпродуктов – оно вне конкуренции.