книги / Переработка, обогащение и комплексное использование твердых полезных ископаемых. Обогатительные процессы и аппараты

обозначение класса крупности: - а + b означает, что все зерна в нем по размеру меньше (-), чем а, но больше (+), чем Ь.

Разделение материала на классы крупности производят рассевом на ситах (до крупности +0,040 мм), гидравлической (при крупности -0,040 мм) или воздушной (при крупности -0,074 мм) классификацией в восходящих потоках, микроско­ пическим и другими методами.

Для проведения ситового анализа (рассева на ситах) ис­ пользуют стандартные наборы сит. Их модуль, характеризу­ ющий постоянное отношение размеров отверстий двух смеж­ ных сит данного набора, для наиболее широко применяемых сит по ГОСТ 3584— 53 составляет 2УГ0, а для сит по шкале

Тайлера — V2 В угольной промышленности принят модуль

'tfô = 1,259. Крупность продуктов принято выражать в мил­ лиметрах и микронах. Размер отверстий тканых сит часто ха­ рактеризуется числом меш — числом отверстий, приходящих­ ся на один линейный дюйм сетки, т. е. на 25,4 мм.

При гидравлической классификации используют аппарат для дисперсного анализа порошков (АДАП). Аппарат состоит из последовательно соединенных камер различной площади сечения. В каждой камере поддерживается определенная ско­ рость восходящего потока воды. Количество воды Q (мл/мин), необходимое для выноса восходящим потоком минеральных частиц размером меньше d (мм), определяют по формуле: Q = = VS = кd \b - l)S, где V — скорость свободного падения ми­ неральной частицы размером d или скорость восходящего по­ тока воды, см/мин; S — площадь сечения камеры, см2; к — коэффициент, равный 3270 при классификации частиц шаро­ образной формы и 2093 при классификации частиц, по форме промежуточных между шаром и диском; Ô — плотность ми­ неральной частицы, г/см3. В результате анализа получают не­ сколько классов, интервалы крупности которых зависят от расхода воды.

Иногда пользуются седиментационным анализом, осно­ ванным на том, что частицы различного удельного веса и различной крупности, находящиеся в вязкой среде, оседают с

различной скоростью. При этом время отстаивания t, с, не­ обходимое для получения в сливе требуемого класса крупно­ сти, рассчитывают по формуле t = 2,86ц#/(6 - \)d 2 где ц — вязкость воды, Пуаз; Н — высота столба сливаемой суспен­ зии, см; Ô — плотность минерала, г/см3; d — размер частиц минерала, мм.

Воздушную классификацию проводят обычно в аппара­ тах, представляющих собой несколько последовательно сое­ диненных конусов различного размера, через которые проду­ вают воздух. В результате классификации получают несколь­ ко классов крупности: по одному в каждом конусе и один, са­ мый мелкий (-0,010 мм), — в пылеулавливающем мешке.

Результаты гранулометрического анализа представляют по форме, изображенной в табл. 2.1, и графически обычно в виде суммарной характеристики крупности материала «по плюсу» или «по минусу» (рис. 2.1).

При этом по оси абсцисс откладывается размер отверстий сит в миллиметрах в обычном (рис. 2.1, а) или логарифмиче­ ском (рис. 2.1,6) масштабе, а по оси ординат — суммарный ос­ таток на ситах в процентах. По таким кривым можно устано­ вить теоретически возможный выход класса любой крупно­ сти, что необходимо как для определения наиболее рацио­ нального метода переработки полезного ископаемого, так и оценки количественного соотношения сортов или марок воз-

2.2. Технологические свойства м инералов

К технологическим свойствам минералов, используемым при их разделении в процессе обогащения полезных ископае­ мых, относится их плотность, а также механические, спектро­ скопические, радиоспектроскопические, магнитные, электриче­ ские, физико-химические, химические и термохимические свой­ ства. На различии минералов в этих свойствах основаны все из­ вестные к настоящему времени процессы и методы обогащения.

2.2.1. Плотность минералов

Плотность 6 минералов (рис. 2.2) определяется их соста­ вом и строением кристаллической решетки. Как правило, ми­

нералы, содержащие тяжелые металлы, имеют большую плот­ ность. Самая большая плотность наблюдается у самородных элементов: золота, серебра, меди и платины. Плотность мине­ ралов возрастает с увеличением плотности упаковки кристал­ лической решетки: минералы с плотнейшей упаковкой имеют большую плотность по сравнению с минералами цепочечной, ленточной, слоистой и особенно каркасной структур.

Плотность органической массы угля зависит от его приро­ ды, стадии метаморфизма и петрографического состава. Она возрастает с уменьшением выхода летучих веществ и при пере­ ходе от длиннопламенных к тощим углям Донецкого бассейна изменяется от 1160 до 1530 г/см3.

Действительная плотность угля характеризуется значени­ ем его массы, лишенной воздуха и несвязанной воды, в едини­ це объема, а кажущаяся плотность — значением массы пори­ стого (натурального) угля в единице объема. Кажущаяся плот­

ность бк всегда меньше действительной и для каменных углей находится в пределах 1200— 1350 г/см3. Между плотностью уг­ лей и их зольностью существует обычно тесная корреляцион­ ная зависимость.

Плотность минералов и измельченного полезного ископа­ емого определяют с помощью пикнометрического метода или на квадрантных весах И.З. Марголина.

Различия в плотности минералов (рис. 2.2) используют для их разделения при переработке полезных ископаемых грави-

Плотность, г/см3

тационными методами обогащения, которые могут осуществ­ ляться в воде, воздухе, тяжелой жидкости, суспензии или жид­ ком электролите, помещенном в скрещенные электрическое и магнитное поля.

2.2.2. Механпческпе свойства минералов

Механические свойства кристаллов: величина и характер деформации, твердость и упругость — по разным кристалло­ графическим направлениям различны. В одном направлении кристалл может вести себя как пластичный, в другом — как хрупкий.

Характер деформации, особенностью которого является от­ носительное удлинение (или сжатие) кристалла ± е = Д/// при

его растяжении и сжатии, иллюстрирует рис. 2.3, а.

На начальных стадиях растяжения удельное (на единицу площади) напряжение о внутренних сил в кристалле растет примерно пропорционально деформации. Кристалл при этом полностью сохраняет упругие свойства вплоть до напряже­ ния as, называемого пределом упругости. При снятии внешних

Рис. 2.3. Схемы деф орм ации кристаллов (а), трансляционного скольжения

(б), краевой дислокации (в), винтовой дислокации (г) и механического двой никования (д)кристаллов

верхности частиц разных минералов является причиной резких различий минеральных зерен по значению их коэффициен­ та трения, что используется для их разделения в процессах

«обогащение по трению» и «обогащение по трению и форме». Превышение предела упругости кристаллов, обладающих

пластичностью, приводит к образованию наклонных или го­ ризонтальных площадок текучести (см. рис. 2.3, а, участки ВС и ВС'), предваряемых иногда зубом текучести (см. рис. 2.3, а, участок АА'В). Кристалл «течет» без увеличения или при не­ значительном увеличении нагрузки, вызывая необратимую ос­ таточную деформацию (е0ст), называемую пластической. Раз­ рушение кристалла происходит, когда напряжение достиг­ нет предела его прочности.

При пластической деформации кристаллическое состоя­ ние и тип кристаллической структуры минерала сохраняются. Механизм текучести заключается в дискретном смещении (скольжении) тонких кристаллических слоев на несколько по­ рядков кристаллической решетки минерала (рис. 2.3, б).

При незавершенных (несквозных) сдвигах в деформиро­ ванных кристаллах возникают краевые (рис. 2.3, в) и винто­ вые (рис. 2.3, г) дислокации, которые могут передвигаться, ми­ грировать в объеме кристалла. Неоднородность поля внеш­ них напряжений может вызвать деформацию блокованием, а неблагоприятная ориентировка плоскостей скольжения по от­ ношению к действующей силе — пластическую деформацию механического двойникования (рис. 2.3,0).

Твердость определяется типом химических связей между атомами и структурой минерала. Наибольшей твердостью об­ ладают минералы с чисто ковалентной связью (алмаз); несколь­ ко меньшей — минералы со смешанной ковалентно-ионной связью; умеренной — с ионной связью; низкой — с водород­ ными и ван-дер-ваальсовыми связями. В соответствии с этим многие слоистые, водные и молекулярные кристаллы отлича­ ются низкой твердостью. Твердость возрастает с увеличением плотности упаковки атомов и заряда катиона или аниона, об­ разованием каркасной структуры минерала. Точечные дефекты

— вакансии, интерстиционные атомы и микропримеси, ди­ слокации и степень совершенства (блочность) кристаллических индивидов — заметно влияют на микротвердость минералов.