Методы обогащения сырья

В промышленности стремятся применять концентрированное сырье, что позволяет увеличить скорость процесса при его переработке, снизить энергозатраты, использовать различные компоненты сырья в разных производствах.

Минералами являются физически обособленные вещества или смеси веществ, которые существуют в природе.

Известно несколько методов обогащения минерального сырья. В основе методов механического обогащения твердого сырья лежат различные физические и физико-химические свойства минералов, методов химического обогащения — различные химические свойства компонентов сырья, методов термического обогащения — различные температуры плавления отдельных составляющих сырья (последние используются в промышленности сравнительно редко).

При обогащении получают две или более фракций. Фракцию, обогащенную одним компонентом горной породы, называют концентратом. Фракции, состоящие из минералов, не используемых в данном производстве, называют хвостами.

Рассмотрим некоторые способы обогащения, наиболее часто применяемые в промышленности.

Механические способы обогащения твердых материалов включают рассеивание (грохочение), гравитационное разделение, электромагнитную и электростатическую сепарацию, а также флотацию.

Рассеивание материалов по крупности зерен применяют в тех случаях, когда порода состоит из прочных (вязких) и непрочных (хрупких) минералов. Последние измельчаются легче, образуют более мелкую фракцию и при рассеивании проходят через отверстия сита. Рассеивание минерального сырья называется грохочением, а применяемые металлические сита — грохотами. Таким способом проводят обогащение фосфорита.

Гравитационное разделение основано на разной скорости падения частиц различной плотности и размера в потоке жидкости или газа. Этот способ широко применяется для обогащения сырья в производстве силикатных материалов, минеральных солей и в металлургии.

Принципиальная схема мокрого гравитационного обогащения представлена на рис. 3.4. Измельченный материал, перемешанный с водой в смесителе, подается в виде пульпы в отстойник, разделенный вертикальными перегородками на три осадительные камеры. Каждая камера снабжена в нижней части бункером. Самые крупные и тяжелые частицы оседают наиболее быстро в камере /, средние — в камере //, легкие — в камере III. Наиболее мелкие и легкие частицы породы уносятся водой из отстойника.

Электромагнитное обогащение применяется для отделения магнитного материала от немагнитных составляющих. Под действием ыектромагнитного поля меняется траектория движения магнитных частиц и они отделяются от пустой породы.

Флотация (от англ, float — плавать на поверхности) — один из наиболее распространенных способов обогащения, применяемый

1’ис. 3.4. Принципиальная схема мокрого гравитационного обогащения (/, II, III — камеры аппарата)

Рис. 3.5. Влияние смачивания (9 — угол смачивания):

1 — несмачиваемая частица; 2 — смачиваемая частица

в промышленности (например, для отделения апатита от нефелина, разделения на фракции полиметаллических сульфидных руд, обогащения каменного угля и т.д.).

Флотация основана на различной смачиваемости минералов водой. Положение на границе трех фаз: твердое тело — жидкость — воздух, показано на рис. 3.5. Жидкость образует с несмачиваемой частицей / тупой краевой угол 0Ь а со смачиваемой частицей 2 острый угол 02. Силы поверхностного натяжения стремятся выровнять уровень жидкости. В результате этого смачиваемая (гидрофильная) частица погружается в жидкость, а несмачиваемая (гидрофобная) частица выталкивается из жидкости, т.е. остается на поверхности воды.

Через смесь тонко измельченного минерала во флотатор подают воздух. В результате подъема пузырьков на поверхности жидкости образуется слой пены, наполненный частицами гидрофобного минерала. Более смачиваемые частицы остаются в объеме пульпы во взвешенном состоянии и постепенно опускаются на дно.

Для создания благоприятных условий флотации в пульпу вводят флотационные реагенты. Подбирают различные вещества, способные усилить гидрофильность определенных компонентов минерала. Проводя многократную, селективную флотацию сырья, последовательно получают ряд концентратов, содержащих различные компоненты. Под водой остается пустая порода. Расход флотационных реагентов невелик и обычно не превышает 100 г на 1 т обрабатываемого сырья.

Галлургический метод, основанный на различной растворимости отдельных компонентов разделяемой смеси, применяется, например, при извлечении хлорида калия из природного сильвинита. Однако этот метод более сложен и менее экономичен по сравнению с флотацией.

В металлургической промышленности для переработки руд используют пирометаллургический метод, основанный на действии высоких температур, и гидрометаллургический метод. Типовыми разновидностями пирометаллургических процессов являются об-

жиг, плавка и дистилляция. Для гидрометаллургических процессов наиболее характерно выщелачивание отдельных компонентов и осаждение их из растворов.

Химические методы обогащения основаны на применении реагентов, которые избирательно концентрируют одно из веществ, входящих в состав смеси, или на образовании и осаждении новых соединений.

В промышленности широко применяется метод экстракции. Раствор обрабатывают экстрагентом, в который переходит один из компонентов раствора.

Метод образования труднорастворимых соединений широко применяют при очистке сточных вод.