основы обогащения полезных ископаемых

1. основы обогащения полезных ископаемых

ОСНОВЫ
ОБОГАЩЕНИЯ
ПОЛЕЗНЫХ
ИСКОПАЕМЫХ
ЛЕКЦИЯ 9
ПРОЦЕССЫ И АППАРАТЫ ОБОГАЩЕНИЯ
2 ) М А Г Н И Т Н Ы Е , Э Л Е К Т Р И Ч Е С К И Е, С П Е Ц И А Л Ь Н Ы Е М Е Т О Д Ы

2. Принцип разделения

Различие в траектории движения частиц за счет различного
действия суммы магнитной (электрической и др.) и механических
сил на частицы, обладающие различными физическими свойствами
(магнитная восприимчивость, удельная электропроводность и т.п.)
ПРОФ. КАФ. ОБОГАЩЕНИЯ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
2

3. Область применения магнитных, электрических и специальных

Магнитные методы
◦
◦
◦
◦
◦
◦
железорудные минералы
регенерация утяжелителя в ТЖС
выделение железного скрапа перед оборудованием
доводка гравитационных концентратов
операция размагничивания
Предконцентрация для скарновых магнетитовых, пирротиновых медноникелевых руд
Электрические
◦ Россыпи реже коренные руды редких металлов, доводка концентратов
Специальные
◦ Радиометрические (радиоактивность, рентгеновское излучение)
- предконцентрация
◦ Фотометрические (алмаз)
◦ По трению
ПРОФ. КАФ. ОБОГАЩЕНИЯ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
3

4. Физические основы сепарации

РАЗМЕР МИНЕРАЛЬНЫХ
ВЫДЕЛЕНИЙ И СРЕДА
РАЗДЕЛЕНИЯ
ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
МИНЕРАЛОВ
Магнитная восприимчивость
Электропроводность,
диэлектрическая проницаемость;
контактный потенциал;
трибоэлектрический эффект и др.
Сухая магнитная сепарация -100(50) +
6 (3) мм; для сильномагнитных
минералов крупность выше, для
слабомагнитных -20 (30)мм
Мокрая магнитная сепарация -3 (6) мм
Электрическая сепарация (только сухой
материал) от 3(4) мм до 0,5 мм
Трение
Радиометрическое излучение –
рентген, радиоактивность и т.п.
Свечение
ПРОФ. КАФ. ОБОГАЩЕНИЯ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
4

5. Магнитное поле

Объективная реальность,
вид материи
Источниками магнитного поля
являются электрические
движущиеся заряды (токи)
и изменяющееся во времени
электрическое поле.
Действует на частицы,
имеющие магнитные моменты.
ПРОФ. КАФ. ОБОГАЩЕНИЯ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
5

6.

ПРОФ. КАФ. ОБОГАЩЕНИЯ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
6

7.

Классификация минералов по удельной магнитной
восприимчивости
Группы минералов по магнитным
свойствам
Минералы
Удельная магнитная восприимчивость, см3/г
Сильномагнитные минералы
>4·10-5 м3/кг
Магнетит
Франклинит
Пирротин
Мартит
Магнитные минералы
от 7,5·10-6 до 1,26·10-7 м3/кг
Ильменит
Гематит
Гранат
Хромит
Вольфрамит
Ферберит
Родохрозит
Слабомагнитные минералы
от 7,5·10-6 до 1,26·10-7 м3/кг
Амфибол
90•10-5
Биотит
(40-52) • 10-5
Глауконит
63•10-5
Доломит
27•10-5
Лимонит
(36-60) • 10-5
Магнезит
15•10-5
Монацит
20•10-5
Пироксен
65•10-5
Пиролюзит
30•10-5
Сидерит
63•10-5
Роговая обманка
24•10-5
Турмалин
12•10-5
Пирит
40•10-5
Полевой шпат
5•10-6
Флюорит
5•10-6
Рутил
2•10-6
Циркон
2•10-6
Ортоклаз
5•10-6
Апатит
1•10-6
Пирит
1•10-6
Кальцит
3•10-6
Борнит
8•10-6
Антрацит
4•10-6
Арсенопирит
8•10-6
Берилл
0,8•10-6
Кварц
0,2•10-6
Халькопирит
5•10-6
ПРОФ. КАФ. ОБОГАЩЕНИЯ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
Галенит
5•10-6
Сфалерит
5•10-6
Немагнитные минералы
<1,26·10-7 м3/кг
(50000-80000)•10-8
(1000-6000) • 10-8
(500-4500) • 10-8
(200-10000) • 10-8
(113-270) •10-8
(70-280) • 10-8
(60-160) •10-8
(50-450) •10-8
(66-100) •10-8
(25-150) •10-8
138•10-8
7

8. Термины

Магнитная
индукция В, Тл
B
H
Напряженность Н, [А/м] или [кА/м]
gradH
H
x
gradH
H
y
gradH имеет размерность
H k
[кА/м2].
l
Idl sin( i , r )
r2
об
I
H
Магнитная восприимчивость χоб данного минерала (вещества) – это
физическая константа, зависящая от химического состава вещества, его
кристаллического строения, крупности. Характеризует способность вещества к
намагничиванию. Уменьшается с ростом температуры и увеличением I I
H H NI
дисперсности минерала
0<N<1, зависит от формы
Удельная магнитная восприимчивость
ρ – плотность, кг/м3
вещества (м3/кг)
об
Магнитная проницаемость - физическая величина, коэффициент
(зависящий от свойств среды), характеризующий связь
между магнитной индукцией и напряжённостью магнитного поля.
в веществе
Магнитная сила Fm 0 HgradHV
1 4
μ0 - магнитная проницаемость вакуума
– 4π·10-7 Вб/А;
ПРОФ. КАФ. ОБОГАЩЕНИЯ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
8

9.

Разделение минералов происходит в сепараторах с неоднородном магнитным
полем – необходимо иметь градиент магнитного поля
ПРОФ. КАФ. ОБОГАЩЕНИЯ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
9

10. Типы магнитных систем по создаваемой напряженности

Сепараторы со слабым
магнитным полем
Сепараторы с сильным магнитным
полем
(Н= 80-120 кА/м)
(Н=800-1600 кА/м)
◦ Открытые магнитные системы,
используют постоянные магниты
(ранее электромагниты)
◦ Замкнутые магнитные системы
(электромагниты)
◦ Обогащение слабомагнитных руд
◦ Обогащение руд с сильномагнитными
минералами
ПРОФ. КАФ. ОБОГАЩЕНИЯ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
10

11. Классификация магнитных сепараторов

По типу рабочего органа
◦ Барабанные
◦ Роторные
◦ Дисковые
По способам подачи исходной руды
◦ С верхней (скорость выше, применяют для кускового и зернистого
материала)
◦ С нижней (для мелкого материала)
По направлению движения исходного питания и продуктов
обогащения (магнитный продукт)
◦ Прямоточные
◦ Противоточные
◦ Полупротивоточные
ПРОФ. КАФ. ОБОГАЩЕНИЯ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
11

12.

По направлению движения исходного питания и продуктов обогащения
(магнитный продукт)
Способ извлечения
способ
более магнитных частиц
способ отклонения
удерживания
прямоточные
противоточные
полупротивоточные
α – угол раскрытия веера
Высокая
производительность,
эффективность
разделения
недостаточно высокая
Высокое извлечение
магнитных частиц
ПРОФ. КАФ. ОБОГАЩЕНИЯ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
Работает на качество
концентрата,
извлечение более
низкое
12

13.

С прямоточной ванной
Магнитная система состоит из ферритобариевых постоянных магнитов
С противоточной ванной
ПРОФ. КАФ. ОБОГАЩЕНИЯ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
13

14.

ПБМ-П, буква П, стоящая после тире
показывает, что сепаратор работает
в противоточном режиме
ПБМ-ПП. Две буквы «ПП» после тире
обозначают, сепаратор имеет конструкцию
ванны, при котором исходное питание –
пульпа подается снизу ванны, а барабан с
магнитной системой вращается в
направлении противоположном движению
немагнитного продукта. Угол между
разгрузкой магнитного и немагнитного
продукта составляет 120 о.
Применяют при содержании класса меньше 74
мкм более 70 % и может увеличиваться до 95 %.
ПБМ-93/100, т.е. барабанный мокрый
магнитный сепаратор с открытой
магнитной системой прямоточный
(буква П отсутствует) с диаметром
барабана 930 мм и длиной барабана
1000 мм
ПРОФ. КАФ. ОБОГАЩЕНИЯ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
14

15.

ПРОФ. КАФ. ОБОГАЩЕНИЯ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
15

16.

Замкнутная магнитная система
ПРОФ. КАФ. ОБОГАЩЕНИЯ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
16

17.

ПРОФ. КАФ. ОБОГАЩЕНИЯ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
17

18.

Внутренний вид
питающей
коробки
ПРОФ. КАФ. ОБОГАЩЕНИЯ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
18

19. Сепараторы для мокрого обогащения слабомагнитных руд

а - 2ВК5-40;
б - 127-СЭ;
в - 2ВК-5В;
г - ЭРМ-3;
д - ЭРМ-4
Электромагнитные системы состоят из
катушек с обмотками, сердечников
помещенных внутрь катушек и
полюсных наконечников. Обмотки
катушек питаются постоянным током. В
этих магнитных системах можно менять
в определенных пределах
напряженность поля за счет изменения
силы тока в обмотках катушек.
ПРОФ. КАФ. ОБОГАЩЕНИЯ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА
В.А.,2019
19

20.

Высокоградиентная МС
Полиградиентная среда – шары,
буровая дробь (6-8 мм), мелкие
железные материалы,
обладающие магнитными
свойствами Исходная пульпа из питателя
подается на слой шаров,
который удерживается на
барабане полем магнитной
системы. Магнитные минералы,
удерживаемые магнитной силой
в каналах между шарами,
поднимаются в верхнюю часть
барабана, где окончательно
вымываются немагнитные
частицы брызгалом 2. Шары с
магнитными минералами
подаются на сито, где водой
магнитные частицы отмываются
от шаров.
ПРОФ. КАФ. ОБОГАЩЕНИЯ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
20

21. Феррогидростатическая сепарация

Сепаратор ФГС-1 предназначен для
разделения немагнитных материалов по
«плотности» в ферромагнитной жидкости в
неоднородном магнитном поле, также при
исследовании обогатимости
золотосодержащего сырья других сложных
немагнитных минеральных комплексов.
ПРОФ. КАФ. ОБОГАЩЕНИЯ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА
В.А.,2019
21

22. Технологические критерии разделения магнитным методом

Контрастность по удельной магнитной восприимчивости (не менее 3-5)
При мокром обогащении содержание твердого 30-40 %.
Глубина рабочей зоны, как правило, не должна превышать 2dmax, т.е. 2
максимальных диаметров частиц. Материал под ролик или валок должен
подаваться однослойно.
ПРОФ. КАФ. ОБОГАЩЕНИЯ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
22

23. Электропроводность

Электропроводность - упорядоченное перемещение
электронов при наличии разности потенциалов,
приложенной к данному телу. Известно, что
электропроводность может быть электронной,
ионной и смешанной. При электрическом методе
обогащения используется только электронная
проводимость.
Электропроводность является функцией многих
физико-химических свойств минерала: химического
состава, строения кристаллической решетки,
температуры, размера и форм частиц.
ПРОФ. КАФ. ОБОГАЩЕНИЯ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
23

24.

Группы минералов по удельной электропроводности
Классификация минералов по удельной
электропроводности
Проводники
(σ>106 см/м)
I04 - I02 [см/м] или I04 - 105 [Ом-1 см-1].
Полупроводники
(10-8<σ<106 см/м)
10 до 10-8
[см/м] или 102 – 10-10 [Ом-1 см-1].
Диэлектрики
(σ>10-8 см/м)
10-12 [см/м] или 10-14 [Ом-1 см-1].
Минералы
Антрацит, арсенопирит, галенит, гематит, графит,
золото, ильменит, ковеллин, колумбит, магнетит,
манганит, молибденит, пирит, пиролюзит, пирротин,
платина, рутил, серебро, танталит, тетраэдрит,
титаномагнетит, халькозин, халькопирит.
Чистые металлы – медь, серебро, алюминий
Антимонит, боксит, бурый железняк, висмутовый
блеск, вольфрамит, гранат (ожелезненный),
гюбнерит, каолинит, касситерит, киноварь, корунд,
криптофит, лимонит, сидерит, смитсонит, стибнит,
сфалерит, тунгстит, хромит, циркон (ожелезненный).
Алмаз, альбит, анортит, апатит, бадделит, барит,
бастнезит, берилл, биотит, волластенит, гранат,
диопсид, кальцит, карналлит, кварц, кианит,
магнезит, монацит, нефелин, оливин, полевой шпат,
роговая обманка, силлиманит, сподумен, ставролит,
турмалин, флюорит, целестин, циркон
(слабоожелезненный), шеелит, шпинель, эпидот.
ПРОФ. КАФ. ОБОГАЩЕНИЯ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
24

25. Электрические силы

1)Электрическая кулоновская сила - заряд частицы q и
напряженность электрического поля
коэффициент неоднородности поля
2) Пондеромоторная сила
Сила F1 имеет место в однородном и неоднородном поле и
определяется размером частицы и напряженностью
электрического поля, куда помещена частица.
Для проводников
Электрическая
сила,
обусловленная
неоднородностью
электрического поля, действующая на частицу с относительной
диэлектрической проницаемостью ε1
ч с
ч с
- втягивает в поле
- выталкивает в слабые участки поля
3) Сила зеркального отображения связана с остаточным зарядом частицы при
ее контакте с электродом F q
2
ост
з
16 0 ч r 2
ПРОФ. КАФ. ОБОГАЩЕНИЯ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
25

26.

ПРОФ. КАФ. ОБОГАЩЕНИЯ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
26

27. Условие электрической сепарации

Процесс электрического обогащения возможен, если
Fэл Fмех
Например, при движении частиц по криволинейной траектории
(барабан)
2
v
Fэл ( g cos )
R
, н/кг, где v2 – окружная скорость вращения осадительного
электрода м/с, R – радиус осадительного электрода, м2, gcosα нормальная составляющая силы тяжести частицы, т.м/с2.
ПРОФ. КАФ. ОБОГАЩЕНИЯ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
27

28.

Контактный потенциал – приобретение частицей заряда за счет контакта с
электродом; разные частицы получают разный заряд в виду различной емкости
частиц.
Индукция (электризация через влияние) - возникновение заряда за счет
различной скорости поляризации диполей при помещении частиц минералов в
электрическое поле.
ПРОФ. КАФ. ОБОГАЩЕНИЯ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
28

29.

ПРОФ. КАФ. ОБОГАЩЕНИЯ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
29

30.

ПРОФ. КАФ. ОБОГАЩЕНИЯ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
30

31. Другие методы сообщения зарядов

Трибоэффект – возникновение зарядов различных знаков и величин при трении частиц
разных минералов друг о друга или транспортирующий лоток. Трибоэффект возникает в
зависимости от работы выхода электронов.
Пироэффект - возникновение зарядов за счет возникновения механических напряжений в
кристаллическом теле при нагревании минералов. Избирательная поляризация
компонентов смеси возможна при контакте нагретых частиц с холодной поверхностью
заряженного барабана
Пьезоэффект - возникновение зарядов в кристаллах некоторых минералов при
сжатии и растяжении за счет изменения положения диполей по различным
кристаллографическим направлениям.
Униполярная проводимость - различная проводимость по разным направлениям
кристалла.
ПРОФ. КАФ. ОБОГАЩЕНИЯ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
31

32. Трибоэлектрическая, пироэлектрическая сепарация 

Трибоэлектрическая,
пироэлектрическая сепарация
•Образование разноименных зарядов возможно при
распылении, ударе или трении частиц о поверхность
аппарата (трибоэлектрическая сепарация).
• Избирательная поляризация компонентов смеси
возможна при контакте нагретых частиц с холодной
поверхностью
заряженного
барабана
(пироэлектрическая сепарация)
ПРОФ. КАФ. ОБОГАЩЕНИЯ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
32

33. Сепараторы

ТРИБОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТРЕНИЕ
ПИРОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ –
НАГРЕВАНИЕ 200-300 0С
Барабан
охлаждается водой
ПРОФ. КАФ. ОБОГАЩЕНИЯ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
33

34.

Таблице ΙΙ.Ι Классификация электрических сепараторов
Тип сепаратора по способу Для
сепарации
разделения
по Трибоэлектро-
электропроизводности
По характеристике поля в Электростатические,
рабочем пространстве
статические
Пироэлектри-
Диэлектри-
ческие
ческие
Электростати-
электрические, коронные, ческие
коронно-электрические
По
хпрактеру
материала
движения
через
пространство
рабочее
и
по
конструктивным признакам
Материал
движется
по Барабанные, лотковые с
криволинейному
криволинейным
транспортирующему
профилем лотка
электроду
Материал
движется
по Лотковые
с
прямым
плоскому
профилем
лотка,
транспортирующему
виброплосткостные,
электроду
пластинчатые,
кольцевые, ленточные и
др.
Материал
состоянии
находится
в Камерные, трубчатые
свободного
падения
Материал
движется
взвешенном состоянии
во С
дутьем,
дисковые,
кипящего слоя
ПРОФ. КАФ. ОБОГАЩЕНИЯ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
34

35.

Сепараторы трения: а - ленточный; б – барабанный
трибоэффект
ПРОФ. КАФ. ОБОГАЩЕНИЯ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
35

36. Применяемые технологии радиометрической сепарации TOMRA

Длина
волны
[m]
Рентгенизлучение
10-10
Видимое излуч(VIS)
Признаки материала
Область приминения
Рентгеноабсорбционный - XRT
(X-ray transmission)
Атомная плотность
Цв. металлы, пром.
минералы,уголь, Благ.
металлы, алмазы
Рентгенолюминесцентный XRL (X-ray luminescence)
Видимая флуоресценция под
рентг. лучами
Алмазы
COLOR (CCD Color Camera)
Отражение, поглощение,
трансмиссия
Цветные и
благородные
металлы, пром. минералы,
алмазы
PM (Photometric)
размер, структура, цвет, форма
Пром. минералы
Алмазы
Ближнеинфракрасный - NIR
(Near Infrared Spectrometry)
Отражение, поглощение
Цветные металлы
пром.минералы
Инфракрасный - IR (Infrared
cam)
Теплопоглащение, теплоотдача
Цветные металлы
пром. минералы
Электромагнитный
(индукционный) - EM (ElectroMagnetic sensor)
Электропроводимость,
Магнит. проницаемость
Цветные металлы
10-9
10-8
Ультрафиолет (UV)
Сенсор/
Teхнология
10-7
10-6
Ближний ИКспектр(NIR)
10-5
Инфракрасное изл.(IR)
10-3
10-4
10-2
10-1
1
101
Радиоволны
102
103
104
Технологии оптической сепарации
36
ПРОФ. КАФ. ОБОГАЩЕНИЯ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
36

37. Общий принцип работы оборудования TOMRA

1 Подача материала
2 Скорость конвеера 3
м/с
3 Зона облучения
4
1
3
Зона регистрации
5 Обработка данных
6 Пневмофорсунки
7 Концентрат
8 Хвосты
2
5
4
6
9
9 Система интерфейса
для
централизованного
контроля
7
37
8
ПРОФ. КАФ. ОБОГАЩЕНИЯ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
37

38.

Рентгенолюменесцентная сепарация
Принципиальная схема РЛС
РЛС сепараторы состоят из питателя,
наклонного лотка, блока детектирования
(включающего рентгеновскую трубку,
фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) и
радиометр) и отсекателя (выполненного в
видеповоротной лопасти c соленоидным
приводом).
Применяют при обогащении п. и.,
содержащие минералы,
люминесцирующие в рентгеновских
(алмазосодержащие, шеелитовые,
флюоритовые, цирконовые, апатитовые
сподуменовые идр. руды) или в ультраф
иолетовых лучах (флюоритовые,
шеелитовые и др. руды).
ПРОФ. КАФ. ОБОГАЩЕНИЯ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
38

39.

Принципиальная схема доводки черновых титаноциркониевые
гравитационных концентратов (ильменит-цирконовые пески)
R2+3Al2(SiO4)3
FeO·Fe2O3
Fe3O4
FeTiO3
TiO2
(Ce, La, Nd, Th)[PO4]
ПРОФ. КАФ. ОБОГАЩЕНИЯ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
ZrSiO4
39

40.

Принципиальная схема доводки черновых
титаноциркониевых гравитационных концентратов
FeTiO3
TiO2
Fe2+Al4[SiO4]2O2(OH)2
ZrSiO4
ПРОФ. КАФ. ОБОГАЩЕНИЯ, Д.Т.Н. ИГНАТКИНА В.А.,2019
40