Файл: Сырьевая база и подготовка материалов к металлургическому переделу.doc

1 – пески; 2 – пульпа; 3 – слив

Рисунок 5.8 – Спиральный классификатор

Камерный классификатор (рис.5.9) состоит из нескольких (3-10) камер пирамидальной формы, в которых осаждаются крупные частички с постепенным уменьшением их размеров (от 3 до 0,2 мм).



1 – камера; 2 – мешалки; 3 – привод мешалки

Рисунок 5.9 – Камерный классификатор

Уплотнению слоя осевших частиц препятствуют вращающиеся мешалки; восходящие потоки воды, подаваемой в каждую камеру через пустотелые оси мешалок, улучшают качество классификации.

Гидроциклоны используются для разделения наиболее мелких частиц материала. В результате подвода питания по касательной к корпусу (рис.5.10) поток пульпы приобретает вращательное движение.



1 – центробежная сила; 2 – сила инерции; 3 – корпус; 4 – пульпопровод; 5 – центральный отводящий патрубок

Рисунок 5.10 – Схема гидроциклона

В результате вращения появляется центробежная сила mv²_o/R, перпендикулярная направлению движения потока. Под действием этой силы и происходит выделение крупных частичек, траектория движения которых представляют раскручивающуюся спираль. Чем крупнее частички, тем больше центробежной силе они подвергаются, тем быстрее достигают стенок циклона, после чего частички тормозятся, спускаются вниз и удаляются через специальный затвор. Поток жидкости, содержащий во взвешенном состоянии мелкие частички, примерно на середине циклона поворачивается вверх и выходит из него через центральный патрубок. Повышая скорость движения потока и снижая радиус циклона, удается достигать высоких значений центробежного ускорения, во много раз превышающего ускорение силы тяжести. Благодаря этому интенсифицируется процесс выделения крупных частиц при одновременном уменьшении размеров аппарата.

6 ОБОГАЩЕНИЕ

Обогащением руд называется операция, увеличивающая содержание железа (марганца или любого другого элемента), или снижающая содержание вредных примесей в руде за счет удаления максимально возможного количества пустой породы. Обогащение позволяет существенно повысить содержание железа в шихте доменных печей, улучшить условия восстановления железа, уменьшить выход шлака, улучшая тем самым ход печи и снижая расход кокса при возрастающей производительности.

---

Установлено, что в средних условиях плавки повышение содержания железа в шихте на 1 % позволяет увеличить производительность печи на 2-2,5% при снижении удельного расхода кокса на 2-2,5 %.

В настоящее время в Украине подвергается обогащению 90-95 % всей добываемой руды. Получаемые на обогатительных фабриках концентраты содержат до 65-68 % железа.

В процессе обогащения исходная (сырая) руда разделяется на концентрат – продукт с максимально возможным для определенных условий обогащения содержанием железа, и хвосты – материал, не

содержащий железа или содержащий минимальное его количество. Иногда в ходе обогащения присутствует циркулирующая нагрузка – промежуточный продукт.

Количественно-качественная характеристика руд и флюсов в результате обогащения изменяется по следующим закономерностям, вытекающим из постоянства баланса металлов, (%)





где  – выход концентрата, %;

 – содержание полезного компонента соответственно в исходной руде, в концентрате и хвостах;

 – степень извлечения полезных компонентов в концентрат;

Е – эффективность обогащения;

 – содержание полезного элемента в минерале;

к_о – коэффициент обогащения, показывающий во сколько раз содержание железа в концентрате больше, чем в исходной руде.

При обогащении Криворожских руд с получением концентрата, содержащего 64-66 % железа,  = 0,35-45;  = 0,75-0,9; Е = 0,52-0,7; к_о = 1,6-1,8.

Содержание полезных компонентов в рудах и флюсах при обогащении повышается до уровня, обеспечивающего минимальные затраты на производство чугуна. Такая глубина обогащения является оптимальной.

Для обогащения железных руд применяют преимущественно магнитные, гравитационные и флотационные методы обогащения. Они базируются на физико-химических свойствах рудных и нерудных минералов, в первую очередь учитываются магнитная восприимчивость, плотность и смачиваемость.

Плотность различных минералов (т/м³)

Магнетит - 4,9-5,2 Мартит – 4,8-5,3

Гематит – 4,9-5,3 Сидерит – 3,7-3,9

---

Магнезит 2,9-3,1 Кальцит – 2,6-2,8

Кварц – 2,65

Относительно простым методом обогащения, дающим вполне удовлетворительные результаты для руд с песчаной и глинистой пустой породой, является промывка. Обогащению промывкой подвергаются обычно бурые железняки, мартиты, ряд марганцевых руд, а иногда известняки. Промывку руд производят в скрубберах, корытных наклонных мойках, бичевых промывочных машинах, вибрационных мойках, бутарах.

Наиболее распространенными машинами являются бутары – вращающиеся барабанные грохоты цилиндрической, конической или пирамидальной формы с перфорированной поверхностью. Отличие их от обычных барабанных грохотов состоит в том, что внутрь бутары подается вода (5-6 т/т руды), под действием которой происходит размывание пустой породы и ее удаление через отверстия в боковой поверхности барабана. Крупные куски промытой руды удаляются через разгрузочный конец. Вследствие невысокой эффективности обогащения (содержание железа увеличивается на 2-6 %), промывка является обычно подготовительным этапом перед более совершенными методами обогащения.

Гравитационные методы обогащения основаны на различии плотности минералов пустой породы и железосодержащих минералов (плотность которых почти в два раза больше).

К статическим методам гравитационного обогащения относят обогащение в тяжелых суспензиях. Принцип этого способа заключается в том, что раздробленная до необходимой крупности руда помещается в жидкость, плотность которой имеет промежуточное значение между плотностью оксида железа и плотностью пустой породы. В такой жидкости более легкая пустая порода всплывает, а более тяжелые оксиды железа тонут. В качестве такой жидкости с плотностью около 3 г/см³ используют суспензию – взвесь тяжелого тонкоизмельченного материала в воде. В качестве суспензаторов применяют ферросилиций (6,5-6,8 г/см³), магнетит крупностью до 0,15 мм (4,6-5,2 г/см³), окалину (5,0-5,4 г/см³), гематит (4,9-5,3 г/см³).

К недостаткам обогащения в тяжелых суспензиях относят большие потери суспензатора (0,4-0,5 кг/т руды), нестабильность суспензии и невозможность обогащения мелких руд крупностью до 3 мм. Поэтому этот способ широкого распространения не нашел.

Суспензионные сепараторы бывают конусными, барабанными (для крупных руд), гидроциклонными и вихревыми гидроциклонными (для мелких руд).



Рисунок 6.1 – Схемы отсадочных машин

---

Динамические методы гравитационного обогащения, как и классификация, основаны на различии скоростей движения в жидкости твердых частиц различной массы. Для успешного обогащения необходимо, чтобы измельченная руда была разделена на ряд фракций с определенным соотношением максимальных и минимальных частичек в каждой (крупностью от 3 до 35 мм). Широкое распространение получили методы гравитационного обогащения на сотрясательных столах и отсадкой.

При обогащении отсадкой слой руды, расположенный на решетке, пронизывается выходящим потоком воды, скорость которого должна быть больше скорости падения частиц. Через некоторое время происходит расслоение руды: внизу сосредоточиваются тяжелые (богатые железом) частички, а вверху - легкие (хвосты). Наиболее распространенным типом отсадочных машин является диафрагмовая машина с неподвижным решетом.

Обогащение на сотрясательных столах происходит за счет различной кинетической энергии частиц различной плотности.

На наклонную поверхность стола размерами – шириной 1,5- 2,5 м, длиной 4-6 м, покрытую волнистой резиной, с боку поступает руда. За счет возвратно-поступательного движения стола происходит перераспределение материала по плотности (содержанию железа).




Рисунок 6.2 – Схема работы сотрясательных столов

Гравитационными способами обогащаются немагнитные или слабомагнитные руды крупностью 2-6 мм.

Обогащение методом флотации основано на различии в поверхностных свойствах. В частности способности смачиваться жидкостью зерен полезных минералов и частиц пустой породы.

М инералы, хорошо смачивающиеся водой, называются гидрофильными, плохо смачивающиеся – гидрофобными. Если небольшое количество жидкости (воды) поместить на поверхность твердой фазы, то на гидрофильной поверхности жидкость растекается (рис. 6.3, а), а на гидрофобной собирается в виде капли сферической формы (рис.6.3, а). Характер взаимодействия гидрофильных и гидрофобных тел с водой и газом внешне выглядит по-иному, если твердое тело и небольшой объем газа поместить в жидкость (рис. 6.3, б). Вода легко замещает на твердой гидрофильной поверхности газовый пузырек; на гидрофобной поверхности, наоборот, газовый пузырек закреплен значительно прочнее.

Рисунок 6.3 – Схема взаимодействия гидрофильных (1) и гидрофобных (2) материалов с водой (3) и

---

воздухом (4)

Количественно мера смачиваемости может характеризоваться величиной краевого угла  – угла, образованного плоской поверхностью твердой фазы и плоскостью, касательной к поверхности жидкости на границе существования всех трех фаз. К гидрофильным принято относить такие материалы, для которых   90^о; для гидрофобных материалов   90^о. Способность тел смачиваться водой определяется в первую очередь природой материала или точнее – типом кристаллической решетки минерала.

Принципиально процесс флотации – разделение хорошо и плохо смачиваемых жидкостью частиц – осуществляется следующим образом. В емкость с водой, через которую непрерывно пропускают мелкие пузырьки воздуха, загружают дробленную руду. Во время осаждения частички руды сталкиваются с поднимающимися пузырьками воздуха. В соответствии с характером взаимодействия фаз (см. рис. 6.3, б) воздушные пузырьки «прилипают» к гидрофобным частичками и поднимают их на поверхность жидкости. Частички же, хорошо смачиваемые водой, не взаимодействуют с пузырьками воздуха и осаждаются на дно бака-сепаратора.

С целью усиления различия смачиваемости отдельных минералов и для улучшения других условий процесса обогащения флотацией производят не в чистой воде, а в воде со специальными веществами-реагентами.

В качестве флотационных реагентов применяют галловые, олеиновые или ветлужное масло, остатки жирных кислот, окисленный керосин и др.

Флотационная механическая машина (рис. 6.4) представляет собой камеру 1 объемом  2 м³. При вращении импеллера 2 происходит интенсивное перемешивание в жидкости минеральных частичек и пузырьков воздуха; кроме того, в зоне вращения мешалки создается разрежение, под действием которого в машину засасываются воздух 3 и пульпа 4. Разделение минералов руды происходит в средней части камеры, где гидрофобные частички соединяются с пузырьками воздуха и поднимаются вверх. Минерализованная пена вращающимися лопастями 5 перебрасывается через сливную перегородку в желоб. Осевшие частички удаляются из машины через отверстие в стенке камеры 6.



Рисунок 6.4 – Схема флотационной машины с механическим перемешиванием

Как видно из рассмотренного, удаление пустой породы из руд и получение концентратов глубокого обогащения (с высоким содержанием железа) требует применения разнообразных устройств (дробилок, мельниц, грохотов, классификаторов, обогатительных установок, устройств для обезвоживания) и значительного расхода энергии на эти процессы. Схемы современных дробильно-обогатительных фабрик весьма сложны и определяются в основном свойствами перерабатываемой конкретной руды.

---