Технологические показатели обогащения
Технологические результаты обогащения того или иного полезного ископаемого нельзя оценить при помощи одного какого-либо показателя. Необходимо учитывать несколько основных показателей, характеризующих процесс обогащения в целом. К основным показателям относят: содержание компонента в исходном сырье и продуктах обогащения; выход продуктов обогащения; извлечение компонентов в продукты обогащения.
Содержанием компонента называется отношение массы компонента к массе продукта, в котором он находится. Содержание компонентов обычно определяется химическими анализами и выражается в процентах, долях единицы или для драгоценных металлов в граммах на тонну (г/т). Содержание компонентов принято обозначать греческими буквами: α — содержание в исходной руде; β — содержание в концентрате, промпродукте или отходах (βк, βпп, βотх) соответственно.
Выходом продукта обогащения называется отношение массы полученного продукта к массе переработанного исходного сырья. Выход выражается в процентах или долях единицы и обозначается греческой буквой γ.
Извлечением компонента в продукт обогащения называется отношение массы компонента в продукте к массе того же компонента в исходном полезном ископаемом. Извлечение выражается обычно в процентах или долях единицы и обозначается греческой буквой ε. Извлечение полезного компонента в концентрат характеризует полноту его перехода в этот продукт в процессе обогащения.
Все технологические показатели обогащения взаимосвязаны. Поэтому, зная значения одних, можно расчетным путем получить значения других. Если нам известно содержание полезного компонента в исходном сырье и продуктах обогащения, то можно подсчитать выходы продуктов обогащения, извлечение полезного компонента в концентрат и т.д.
Если обозначим массу исходного сырья Qисх, массу полученных продуктов обогащения концентрата Qк и отходов Qотх, то выход концентрата γк (%) и отходов γотх (%) можно определить по формулам:
γк = 100 Qк / Qисх; γотх = 100 Qотх / Qисх.
Так как сумма выходов конечных продуктов обогащения равна выходу исходного сырья, принимаемому обычно за 100%, можно составить баланс переработанного материала (для концентрата и отходов):
Qисх = Qк + Qотх, или γисх = γк + γотх.
Зная, что γисх = 100% запишем γк + γотх = 100. Суммарная масса ценного компонента в продуктах обогащения должна соответствовать массе его в исходном сырье. Это условие принято называть балансом ценного компонента:
100α = γк βк + γотх βотх, для угля 100А 
= γк А 
+ γотх А 
,
где извлечение полезного компонента в концентрат εк (%) определяется по формуле
εк = γк βк / α, для угля εк = γк (100 – А )/(100 – А ).
Грохочение
Общие сведения
Процесс разделения исходного материала на два или несколько классов имеет общее название — классификация по крупности. Такое разделение может осуществляться двумя основными способами: грохочением и классификацией в водной или воздушной среде.
Грохочением называется процесс разделения кусковых и зернистых материалов на продукты различной крупности, называемые классами, с помощью просеивающих поверхностей с калиброванными отверстиями (колосниковыми решетками, листовыми и проволочными решетами и другими).
В результате грохочения исходный материал разделяется на надрешетный (верхний) продукт, зерна (куски) которого больше размера отверстий просеивающей поверхности, и подрешетный (нижний) продукт, зерна (куски) которого меньше размеров отверстия просеивающей поверхности. Надрешетный продукт называют классом +d (крупнее d), а подрешетный продукт –d (мельче d), где d — размер отверстия сита. При последовательном просеивании материала на n ситах получается n+1 классов крупности от +d1; –d1 +d2; –d2 +d3; и так далее до –dn. Последовательный ряд абсолютных размеров сит, применяемых при грохочении, называется шкалой сит или шкалой грохочения. Постоянное отношение размера отверстий предыдущего сита к размеру отверстий последующего называется модулем шкалы сит. Чаще всего применяются шкалы сит с модулем 2 (100; 50; 25; 13 мм и так далее) и 
, в основании которой принято сито с отверстием размером 0,074 мм.
Грохочение производится на грохотах. Грохот имеет одну или несколько просеивающих поверхностей, установленных в одном или нескольких коробах.
Подготовительное грохочение применяется для разделения материала на несколько классов, предназначенных для последующей раздельной обработки.
Вспомогательное грохочение применяется при дроблении для выделения готового класса из продукта перед его дроблением (предварительным грохочением), для контроля крупности дробленого продукта (поверочное, или контрольное грохочение) и совмещенное, когда обе операции объединяются в одну.
Самостоятельное грохочение применяется для разделения на классы, представляющие собой готовые продукты (такому разделению — сортировке — подвергают железные руды, угли, строительные материалы и так далее).
Избирательное грохочение применяется для обогащения полезных ископаемых при различии в твердости, крепости или форме кусков ценного компонента и пустой породы, в результате чего получаются продукты, различающиеся не только по крупности, но и по содержанию в них ценного компонента.
Обезвоживающее грохочение применяется для удаления основной массы воды или пульпы от зернистых материалов и отделения суспензии от продуктов сепарации в тяжелой среде.
В зависимости от крупности наибольших кусков в исходном питании грохотов и размеров отверстий просеивающих поверхностей различают крупное (максимальный кусок до 1200 мм, размер отверстий от 300 до 100 мм), среднее (максимальный кусок до 350 мм, размер отверстий от 60 до 25 мм), мелкое (максимальный кусок до 75 мм, размер отверстий от 25 до 6 мм) и особо тонкое (размер отверстий до 0,045 мм) грохочение.
Гранулометрический состав
Обрабатываемое на обогатительной фабрике минеральное сырье (руда, горная масса) и получаемые из него продукты обогащения представляют собой смесь зерен неправильной формы различного размера. Распределение зерен по классам крупности характеризует гранулометрический состав исходного сырья и продуктов обогащения.
Для определения гранулометрического состава используют следующие способы:
• измерение крупных кусков по трем взаимно перпендикулярным направлениям;
• ситовый анализ — рассев на наборе сит на классы различной крупности;
• седиментационный анализ — разделение материала по скорости падения частиц различной крупности в водной среде для материала крупностью от 40 (50) до 5 мкм (для более мелких частиц применяют седиментацию в центробежном поле);
| Таблица 7.1. — Результаты ситового анализа | ||||
| Класс, мм | Выход | |||
| Частный | Суммарный, % | |||
| кг | % | «по плюсу» | «по минусу» | |
| 13—25 | ||||
| 6—13 | 11,2 | |||
| 3—6 | 12,8 | |||
| 1—3 | 14,4 | 5S | ||
| 0,5—1 | ||||
| 0—0,5 | 17,6 |
• микроскопический анализ — измерение частиц под микроскопом и классификация их на группы в узких границах определенных размеров (для материалов крупностью от 50 мкм до десятых долей микрометра).
Ситовый анализ заключается в рассеве пробы материала на нескольких ситах с различными стандартными размерами отверстий заданного модуля. После рассева пробы каждый класс крупности взвешивается на технических весах. Выход каждого класса определяется делением массы класса на общую массу пробы.
Для тонкоизмельченного материала применяют мокрое просеивание. Результаты ситового анализа приводятся обычно в виде таблиц или графиков. Для примера в табл. 7.1 приведены результаты ситового анализа пробы полезного ископаемого. По данным ситового анализа строятся в прямоугольной системе координат характеристики крупности (рис. 7.2).
Суммарные выходы «по плюсу» (+) или «по минусу» (–) представляют собой сумму выходов всех классов соответственно крупнее или мельче отверстий данного сита. По данным ситовых анализов (на оси ординат откладывают суммарный выход классов (в процентах), на оси абсцисс — размеры отверстии сит в миллиметрах. На основании суммарных выходов материала крупнее диаметра отверстий сита строится кривая «по плюсу» (1), мельче — «по минусу» (2), Сумма выходов по обеим кривым должна всегда равняться 100 %. Поэтому обе кривые характеристик «по плюсу» и «по минусу» являются зеркальным отражением одна другой. Они всегда пересекаются в точке, соответствующей суммарному выходу 50%. Точка пересечения кривой с осью абсцисс показывает максимальный размер куска в данной пробе. По суммарной характеристике крупности можно определить выход любого класса. Для этого находят на оси абсцисс размер нужного класса. И из этой точки перпендикулярно к оси проводят прямую до пересечения с кривой, откуда проводят параллельную оси абсцисс прямую до ее пересечения с осью ординат. Точка пересечения определяет суммарный выход искомого класса.
Конструкции грохотов
В практике грохочения полезных ископаемых в настоящее время применяют в основном грохоты следующих конструкций: неподвижные — колосниковые, прямоугольные, конические и дуговые; подвижные — механические (барабанные и вибрационные, инерционные и самобалансные). В практике обогащения наибольшее распространение получили вибрационные грохоты, так как они имеют высокую производительность и эффективность грохочения.
Неподвижные грохоты. Представляют собой наклонные решета, собранные из колосников, образующих между собой продольные щели. Размер между колосниками составляет не менее 50 мм, угол наклона при грохочении руд 40–50°; углей — 30–35°. Во время движения более мелкий материал проваливается через щели между колосниками, а надрешетный продукт разгружается в конце решета. Эффективность грохочения неподвижных колосниковых грохотов низкая и обычно изменяется в пределах 50–60%. Применяют их чаще для крупного и реже для среднего грохочения, когда допустима пониженная эффективность грохочения.
Подвижные (механические) грохоты. На углеобогатительных фабриках получили распространение цилиндрические барабанные грохоты (ГЦЛ) с просеивающей поверхностью, выполненной в виде многозаходной спирали, расстояние между витками которой определяет размер кусков подрешетного продукта. Грохоты ГЦЛ применяют в операциях предварительного грохочения при размерах щели спиралей от 50 до 200 мм. К вибрационным грохотам с прямолинейными колебаниями (вибрациями) относят самобалансные грохоты ГСЛ, ГСС и ГСТ или ГИСЛ, ГИСС и ГИСТ (рис. 7.3).
Отличительная их особенность — простота установки и универсальность. ГС — грохот самобалансный, ГИС — грохот инерционный самобалансный, Л, С, Т — соответственно легкого, среднего и тяжелого типов.
Грохот имеет горизонтальный или наклонный короб 1 с одним (или несколькими) ситом 5, подвешенный или установленный на амортизаторах (пружинах) 2. Колебания коробу придает самобалансный вибровозбудитель 4, закрепленный на коробе. Самобалансный вибровозбудитель состоит из корпуса, в котором на двух параллельных валах размещены два цилиндрических зубчатых колеса с равным числом зубьев и одинаковым дебалансом. Благодаря этому валы вращаются с одинаковой частотой в противоположном направлении. Материал, находящийся на сите грохота, энергично подбрасывается и просеивается. Грохоты выпускаются с площадью сит от 7,5 до 21 м2, просеивают материал крупностью до 600 мм. Эффективность грохочения достигает 80–90 %. Самобалансные грохоты легкого типа применяют для грохочения углей, антрацитов и горючих сланцев, обезвоживания продуктов обогащения и т.д. Самобалансные грохоты тяжелого типа с несколькими вибровозбудителями применяют для грохочения руд и горячего агломерата.