Аналіз методів збагачення гірничої маси

Розділ 1

АНАЛІЗ МЕТОДІВ ЗБАГАЧЕННЯ ГІРНИЧОЇ МАСИ. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧІ

ДОСЛІДЖЕНЬ.

1.1. Короткі відомості що до гірничозбагачувальних підприємств.

Гірничо-збагачувальні підприємства являють собою єдиний комплекс кар'єрів, цехів та ділянок по видобуванню  корисних копалин, їх транспортування, подрібнення, збагачення, зневоднення  отриманих концентратів та складуання відходів виробництва Тому створено велику кількість збагачувальних фабрик , які є самостійними підприємствами по збагаченню корисних копалин видобутих на ряді шахт чи кар'єрів територіально розміщених на значних відстанях. Збагачувальні фабрики, в залежності від складності технологічних схем, продуктвиності по вихідному продукту (найпотужніші близько 50 млн.т. за рік) розміщені в одному чи декількох приміщеннях об'єднаних транспортними комунікаціями: конвеєрними галереями, трубопроводами тощо.

Особливостями устаткуання таких фабрик є те, що збагачувальні машини та апарати встанолюють стаціонарно в наземних приміщеннях (відносно малозапилених) і в не обмеженій обстановці.

Збагачувальні фабрики з  розвинутими технологічними схемами  мають в одному ланцюгу апаратів до 30-40 працюючих машин та агрегатів. Тому випадкова зупинка одного з них призводить до зупинки всієї лінії.

Все збагачувальне обладнання в залежності від загального та конкретного  призначення розділяють на три групи  та ряд підгруп:

Група 1 — машини для підготовчих процесів збагаченя корисних копалин. Підгрупи, машини для усереднення, дроблення, подрібнення та грохочення.

Група 2 — машини Та апарати для основних процесів збагачення корисних копалин Підгрупи, обладнання для гравітаційного, флотаційного, магнітного, електричного збагачення, та збагачення по спеціальним методам.

Група 3 — машини та апарати для допоміжних процесів збагачення Підгрупи машини для зневоднення та згущення пульпи, зневоднення фільтруванням під надлишковим і иском термічне зневоднення, очищення оборотних та стічних вод Сюди відноситься гакож | лабораторне обладнання.

1.2. Короткі відомості що до методів збагачення корисних копалин.

На сьогодні існує ряд  методів збагачення корисних копалин  що мають суттєві відмінності  щодо використана певних вастивостеи складових чи організації самого збагачувального процесу.

Найпоширеніші сучасні методи збагачення корисних копалин використовують, для налагодження стійкого збагачувальнтго процесу, велику кількість рідини. Наприклад, процес гідравлічної класифікації проходить у водному середовищі, яке рухається горизонтально, вертикально чи криволінійно. Процес розділення проходить задяки різниці швидкості переміщення окремих зерен під дією сил ваги чи відцентрових сил. До гідравлічних класифікаторів відносяться механічні спіральні, елеваторні, спірально-лопатеві (гідросепаратори, дешламатори), згущувальні конуси та гідроциклони. На принципі використання рухомого потоку рідини працюють промивочні машини, в яких процес розділення корисних копалин проходить шляхом розпушування, диспергування, дезінтеграції та видалення за допомогою води та механічного впливу глинистого матеріалу, шо цементує рудну фазу. Такий процес широко використовується для збагачення сировини, в якій мінеральні зерна не пов'язані взаємним приростанням-, а зцементовані відносно м'якою глинистою речовиною. Промивка відбувається в барабанних промивочних грохотах чи скруберах. Розділення гірничої маси по густині відбувається в гравітаційному чи відцентровому полі важкого середовища, а отримані в такий спосіб концентрати мають густину вижче, або нижче густини робочого середовища. Основною перевагою такого методу є його висока технологічна ефективність: кінцеві результати тут наближені до теоретично можливих. Збагачення проходить у рідкому (органічні рідини, водяні розчини солей, суспензії) середовищі чи у повітряних підвісах (аеросуспензіях). А от розділення часток матеріалу на шари різних густин у водяному чи повітряному пульсуючому потоці зветься процесом відсадки, переважне застосування яка отримала при переробці матеріалів що містять в основному вільні рудні та мінеральні компоненти різної густини Особливе поширення відсадка отримала при збагаченні вугілля.

Існує ще й такий метод, роботу якого основано на використанні різниці в природній чи штучно створеній змочуваності природних матеріалів, який має назву флотаційного методу Процес здійснюється у водному середовищі та застосовується для розділення тонкоподрібнених матеріалів (до 0,5 мм), не залежно від їхньої щільності, магнітних, електричних чи інших властивостей. Таку універсальність методу пов'язано з регульованими

ожлиовстями вживагмих флотореагентів — речовин, здатних вибірково адсорбуватись на поверхні мінералів та зменшувати чи збільшувати величину їхнього змочування Відомо чотири різновиди процесу плівкова, масляна та пінна флотація, а також пінна сепарація.

Відомо ше й такий метод збагачення, пов'язаний з присутністю великих об'ємів рідини, розділення за яким відбувається в обертовому чи похило рухомому потоці води завдяки різниці в густині компонентів та основного потоку рідини, чи крупності частинок.

А от у Німетчині було запропоновано процес збагачення, оснований на хімічних властивостях матеріалу. Хімічне збагачення є можливим виконати двома способами: розчиненням цінного компоненту чи розчиненням домішок. На прикладі збагачення вугілля в першому випадку нерозчиненою лишається порода, в іншому випадку — вугілля. При обробці вугілля кислотами концентрат утворюється з надзвичайно низькою зольністтю та вмістом сірки.

Крім широко відомих методів  збагачення гірничої маси з використанням  великих мас рідини, існують такі, в яких для виконання збагачувального  процесу нема потреби в рідині, тим паче в таких кількостях.

Такі методи безрідинного, або так би мовити "сухого", збагачення також грунтуються на використанні фізико-механічних особливостей компонентів гірничої маси. Один із таких методів основано на магнітній сприйнятності матеріалів. Процес проходить в спеціальних машинах — сепараторах, характерною ознакою яких є магнітне поле в робочій зоні, при русі через яку частинки з різними властивостями під дією сили притягування переміщуються по різним траєкторіям, що дозволяє розділити матеріал на магнітний і не магнітний продукти. В процесі руху, частинка сприймає дію сил тяжіння, опору середовища, молекулярного зчеплення, відцентрових сил.

Крім магнітної сепарації  існує ще й така, принцип дії  якої .основано на використанні різниці окремих мінералів в їхній властивості електропровідності чи здатності електризуватись. Основним вузлом такого сепаратора є електролізатор для зарядки мінеральних частинок, сепаруючий пристрій з робочою розділяючою зоною та високовольтний агрегат для створення електричного поля значної напруженності та постійної полярності. Така сепарація зветься електричною і її .призначено для зернистих сипучих матеріалів крупністю 0,05 — 3 мм.

Як бачимо, із наведеного вище огляду, на сьогодні високу популярність мають високоефективні та високопродуктивні  методи збагачення гірничої маси з  використанням в технологічному процесі великої кількості рідини. Але, основними недоліками даних  методів

с складність технологічного процесу, необхідність кількох підготовчих та наступних стадій і, як наслідок, великої кількості відповідних машин та агрегатів, шо призводить до необхідності у значних виробничих площах Саме ці факти суттєво впливають на собівартість концентрату, в кілька разів її збільшуючи поріняно з вихідною гірничою масою Саме тому на сьогодні все актуальнішою постає проблема що до створення таких методів збагачення гірничої маси які б надали змогу зменшити собіартість концентрату, без втрат \ ефективності та ще б дозволяли б встановлення збагачувального агрегату⁷ в межах кар ер\ чи шахти, тобто на обмежених ділянках, та без потреби у спеціалізованих збагачувальнних підприємствах. Як показує досвід попередників, пошук такого методу слід вести у напрямі відсутності рідини, тобто це має бути метод "сухого" збгчення гірничої маси. Основною особливістю якого є те, що розділення гірничої маси проходить внаслідок внутрішнього впливу машини на матеріал з боку робочих органів і без присутності проміжних заповнюючих середовищ

Тому наведемо короткий огляд  методів збагачення гірничої маси в  напрямі безрідинного проходження збагачувального процесу.

До першої групи належать насамперед механічні породовідбірники в яких, для роздоєння гірничої маси на складові, використовують різницю у формі кусків, в опорі тертю та в пружніх властивостях матеріалу. Але основним недоліком у роботі таких машин е необхідність вузькокласифікованого вихідного матеріалу, тому їх застосування обмежується обробкою окремих фракцій. Такі машини можна розділити за конструктивними особливостями на два вида. До першого виду віднесемо щілинні та колосникові грохоти розділення гірничої маси, в яких, відбувається в результаті потрапляння між колосники чи в щілини бортів з днищем плоскої фракції та пересуванням по колосникам чи днищ\ більш опуклої фракції. До другого — так звані роликові вловлювачі, плоска фракція яких потрапляє в проміжок між роликами, що обертаються в одному напрямі з частотою близько 300 об./хв та розташованих в похилій відносно горизонту площині, а опукла фракція рухається до низу перескакуючи з одного ролика на інший

До другої групи належать апарати в яких розділення гірничої маси відбувається завдяки різниці  в коефіцієнті тертя розділяєм их матеріалів Такі апарати розрізняють по підгрупам рухомі та нерухомі. До нерухомих апаратів відносяться наприклад вловлювачі Цмглера та Мауері, основним елементом яких є похилий сталевий жолоб з поперечними щілинами, в які провалюються повільно ковзні плоскі шматки породи, тоді як опуклі шматки вугілля швидко перекочуючись перескакують ці щілини До нерухомих також належить спіральний

сепаратор В якому гірнича  маса потрапити до внутрішнього жолоба, що зветься спіраллю для сепарації, рухається до низу, при цьому куски  матеріалу, що мають білльшу швидкість (внаслідок сил тертя), під дією відцентрових сил перескакують через бік спіралі в зовнішній жолоб з більшим кроком. Порода та інші забруднювачі рухаючись з меншою швидкістю ковзнуть до низу спіралі для сепарації та потрапляють в відповідний бункер. До цієї підгрупи відноситься також сепаратор Борисфорда, дію якого основано на одночасному використанні різниці в пружніх властивостях вихідного продукту, а також в коефіцієнті тертя та формі кусків.

До рухомих агрегатів  належить вловлюач Айерса, який складається з пластинчатого конвеєра, встановленого під таким кутом, що падаюча зверху кусковата гірнича маса вступаючи у взаємодію з поверхнею конвеєра частково захвачується і переміщується до верху (плоскі куски), а інша — скочується до низу (опуклі куски). До цієї підгрупи належить також класифікатор конструкції Тимченко Н. К. в якому, кусковата гірнича маса потрапляє на обертовий барабан і, в результаті взаємодії з поверхнею останньго під дією пружніх сил відскакує в бік, протилежний напряму обертання, чи, під дією сил тертя, захвачується та переміщується в бік обертання барабану. Тобто розділення потоку гірничої маси на складові відбувається на одночасному використанні пружніх властивостей матеріалу та коефіцієнта тертя. Цікавою за своїм змістом є машина виборчого дроблення'[ | робота якої грунтується на використанні різниці у коефіцієнтах тертя компонентів двокомпонентної гірничої маси Представлено машину у вигляді щокоої дробарки з похилою, відносно горизонту, камерою дроблення утвореної розміщеними під кутом, що є проміжним між подвійним кутом тертя розділяємих матеріалів, двох робочих поверхонь. Той матеріал, подвійний кут тертя якого є меншим за кут розташування робочих поверхонь, захвачується та подрібнюється, а матеріал, подвійний кут тертя якого є більшим за кут розташуання останніх, висковзує та перекочуючись переміщується в напрямі нахилу камери.

Основними недоліками наведених  пристроїв є такі .

1. Непридатність більшості агрегатів до роботи з дрібними класами
2. Гостра потреба у вузькокласифікованому вихідному матеріалу. Ефектиність роботі машин значно знижується при розширенні інтервалу розмірів робочої фракції
3. Значне зниження ефективності процесу розділення в машинах після простоїв їх бі іьіш одної доби внаслідок окислення робочих поверхонь.

4 Для встановлення стійкого процесу розділення має місце гостра необхідність в однорідності фізико-механічних властивостей відповідних складових загального потоку вихідної гірничої маси.

5. Непридатність вологих матеріалів, внаслідок зміни властивостей поверхні при зміні вмісту вологи в зразку.

До машин, збагаченння в яких відбувається завдяки використанню міцносних характеристик матеріалу відносяться роторні дробарки вибіркової дії, що є типовими представниками класу дробарок ударної дії. Розділення гірничої маси відбувається на два потоки, один з яких складається з "міцної"', а інший — зі "слабкої*" складової вихідного потоку гірничої маси. В таких дробарках процес розділення відбувається внаслідок сприйняття куском матеріалу удару величина якого є постійною не зважаючи на розмір вихідного матаріалу та його орієнтації відносно прикладеного зусилля. Саме тому в таких машинах спостерігаються такі негативні явища як дроблення "міцних" кусків матеріалу меншого розміру, та пропускання "слабких" — більшого, тобто ефективне розділення гірничої маси відбувається в дуже вузьких межах розмірів кусків гірничої маси. Крім цього, якість кінцевого продукту суттєво залежить від однорідності фізико-механічних показників гірничої маси в межах окремого куска.

За таким же принципом  працюють барабанні дробарки, гірнича  маса в яких захвачується лопатками  робочого барабану та при досягненні певної висоти, що залежить від конструктивних особливостей барабана, падає до низу, при цьому сприймаючи удар, величина якого є наслідком величини падіння, тобто є постійною для даної  дробарки Крім ударного навантаження від падіння, на кусок діє зусиля від падіння на нього інших кусків, що знаходяться в барабані.В роботі барабанних дробарок спостерігаються такі ж недоліки що і в роботі звичайних ударних дробарок. Виходячи з цього, дуже важким постає питання фізичного моделювання процесу вибіркового дроблення в барабаннній дробарці, внаслідок практичної неможливості прогнозування поведінки куска матеріалу в робочій камері

І на прикінці загального огляду розглянемо ще одну збагачуальну установку робота якої грунтується на використанні міцносних характеристик вихідної двокомпонентної гірничої маси — шнекового грохота [ ]. Розділення гірничої маси також відбувається на два потока, один з яких є "міцною" складовою вихідного пототку, інший "слабкою" В грохот» гірнича маса потрапивши на решітку грохочення, що складається $ аадіь-шиєм» транспортується в напрямі робочих органів — зубів, які розміщено над останніми і псиними зазорами. Кусок матеріалу опиняється затиснутим між ребром спіралі ьд іа-шнск.і