ОБОГАТИТЕЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ.

ГРАВИТАЦИОННЫЕ И ФЛОТАЦИОННЫЕ

МЕТОДЫ

Методические указания

к выполнению лабораторных работ

Для студентов, обучающихся по направлению подготовки

130400.62 – «Горное дело», специализация «ОПИ»

Составители:

С. И. Евдокимов, Р. Н. Максимов

Владикавказ 2014

0

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ГОРНО-МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

(ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)»

Кафедра «Обогащение полезных ископаемых»

ОБОГАТИТЕЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ.

ГРАВИТАЦИОННЫЕ И ФЛОТАЦИОННЫЕ

МЕТОДЫ

Методические указания к выполнению лабораторных работ Для студентов, обучающихся по направлению подготовки 130400.62 – «Горное дело», специализация «ОПИ»

Составители:

С. И. Евдокимов, Р. Н. Максимов Допущено редакционно-издательским советом Северо-Кавказского горно-металлургического института (государственного технологического университета).

Протокол заседания РИСа № 26 от 17.12.2013 г.

Владикавказ УДК 622. ББК 33. Е Рецензент:

Доктор технических наук, профессор Северо-Кавказского горно-металлургического института (государственного технологического университета) Солоденко А. Б.

Е15 Обогатительные процессы. Гравитационные и флотационные методы: Методические указания к выполнению лабораторных работ / Сост.: С. И. Евдокимов, Р. Н. Максимов;

Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет). – Владикавказ:

Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет). Изд-во «Терек», 2014. – 34 с.

УДК 622. ББК 33. Редактор: Иванченко Н. К.

Компьютерная верстка: Куликова М. П.

Составление. ФГБОУ ВПО «Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет)», Евдокимов С. И., Максимов Р. Н., составление, Подписано в печать 01.07.2014. Формат 60х84 1/16. Бумага офсетная. Гарнитура «Таймс». Печать на ризографе. Усл. п.л. 1,98. Уч.-изд. л. 1,18. Тираж 50 экз.

Заказ №. Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет). Издательство «Терек».

Отпечатано в отделе оперативной полиграфии СКГМИ (ГТУ).

362021, г. Владикавказ, ул. Николаева, 44.

ОСНОВНЫЕ ПРАВИЛА ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ

ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

К выполнению лабораторных работ допускаются студенты, прошедшие инструктаж и усвоившие основные правила техники безопасности при работе в лаборатории.

При работе с механизмами следует соблюдать следующие правила техники безопасности.

1. Перед пуском оборудования необходимо предварительно осмотреть его и убедиться в исправности. Неисправное оборудование включать запрещается.

2. Проверить наличие ограждений у вращающихся частей и заземления у электропусковой аппаратуры.

3. Перед пуском оборудования необходимо закрепить съемные части, оповестить всех присутствующих о его включении.

4. Быть внимательным при работе с механизмами.

5. Не распускать концов одежды, головных уборов и волос во избежание попадания их в механизм.

6. Во время работы дробилок запрещается производить осмотр рабочего пространства.

7. Не прикасаться к токоведущим частям электрооборудования.

8. Электропривод должен быть немедленно (аварийно) отключен от сети при:

– несчастном случае с человеком;

– появлении дыма или огня из электродвигателя или его пускорегулирующей аппаратуры;

– сильном снижении числа оборотов электродвигателя, сопровождающимся быстрым его нагревом.

9. По окончании работы следует отключить все источники питания энергии.

10. Соблюдать чистоту на рабочем месте.

СИТОВЫЙ АНАЛИЗ СЫПУЧЕГО МАТЕРИАЛА

И ПОСТРОЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК КРУПНОСТИ

Материалы, с которыми приходится иметь дело при дроблении, измельчении, грохочении и обогащении полезных ископаемых, представляют собой смеси зерен (кусков) минералов различного размера.

Размеры эти колеблются от сотен мм до нескольких мкм. Поскольку куски имеют неправильную форму, то их величина может быть охарактеризована несколькими размерами. Однако для практических целей величину куска желательно характеризовать одним эквивалентным размером, так называемым “диаметром”.

Метод определения размера частицы (куска) выбирается в зависимости от способа измерений и целей, для которых этот диаметр подсчитывается.

При грохочении для массовых определений размера зерна за диаметр зерна принимают размер наименьшего квадратного отверстия, через которое это зерно может проходить. Крупность всей массы сыпучего материала оценивают по содержанию в ней классов определенной крупности, т. е. по ее гранулометрическому составу.

Гранулометрический состав материалов для контроля процессов грохочения, дробления и измельчения на обогатительных фабриках (ОФ) определяют чаще всего посредством ситового анализа.

Рассев сыпучего материала с целью определения его гранулометрического состава называется ситовым анализом. Ситовый анализ заключается в просеивании пробы через стандартный набор сит и в определении процентного содержания остатка на каждом из них по отношению к массе исходной пробы.

Для облегчения просеивания применяют механические устройства (рис. 1.1), в которых закрепленный набор сит совершает вращательное движение с одновременным встряхиванием. Выделение классов при грохочении производят по схеме от “крупного к мелкому” (рис. 1.2).

Результаты ситового анализа заносят в специальную общепринятую таблицу. По данным таблицы ситового анализа строят характеристику крупности.

Рис. 1.1 Механический встряхиватель:

1 – набор сит; 2 – прижимное устройство;

d = 0, d = 0, d = 0, d = 0, Рис. 1.2 Схема определения гранулометрического состава:

а – расположение сит в наборе; б – схема рассева Характеристика крупности – это графическое изображение гранулометрического состава сыпучего материала.

Суммарные характеристики крупности “по +d ” могут быть выпуклыми, вогнутыми и прямолинейными (рис. 1.3). Выпуклая кривая говорит о преобладании в материале крупных зерен, вогнутая – мелких зерен, прямолинейная – о равномерном распределении в материале зерен по крупности. По кривой суммарной характеристики крупности можно определить выход любого класса.

При построении суммарных характеристик крупности в широком диапазоне крупности зерен материала отрезки на оси абсцисс в области мелких классов получаются весьма малого размера, что затрудняет построение и использование характеристик. Чтобы не строить больших графиков, суммарные характеристики строят в системе координат с полулогарифмической или логарифмической шкалой.

Логарифмическая характеристика позволяет в некоторых случаях установить наличие закономерностей распределения в материале зерен по крупности. Для дробленных и измельченных мономинеральных пород логарифмическая характеристика, построенная “по –d ”, большей частью получается прямолинейной. Уравнение прямой линии в логарифмических координатах имеет вид:

где сум – суммарный выход классов мельче отверстий сита, %;

к – коэффициент, равный тангенсу угла наклона прямой;

d – диаметр отверстий сита, мм;

А – отрезок, отсекаемый прямой на оси ординат.

Используя антилогарифмы, уравнение (1.1) можно преобразовать:

Уравнение (1.2) суммарной характеристики, построенной “по-d”, носит название уравнения Годэна–Андреева.

Величина коэффициента к определяет направление и степень изгиба кривой характеристики крупности.

Из уравнения (1.2) следует, что при d = dmax сум = 100 %.

Тогда можно записать:

ЦЕЛЬ РАБОТЫ – освоение методики производства ситового анализа, расчета и оформления его результатов, определение с помощью характеристик крупности выходов заданных классов.

АППАРАТУРА, ПРИСПОСОБЛЕНИЯ, МАТЕРИАЛЫ

Механический встряхиватель с тремя одинаковыми наборами сит.

Каждый набор должен быть укомплектован ситами с размером отверстий 0,50; 0,25; 0,10; 0,071 мм.

Технические весы с набором разновесов.

Секундомер или часы.

Совок для отбора проб.

Чашки фарфоровые для взвешивания проб и полученных в результате рассева классов.

Сыпучий материал крупностью 0–1 мм.

МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Отобрать 3 пробы сыпучего материала по 50 г. Собрать три набора сит для рассева материала от крупного к мелкому на ситах с размерами отверстий 0,50; 0,25; 0,10; 0,071 мм (рис. 1.2). Пробы материала загрузить на верхние сита. Наборы сит установить на механический встряхиватель и закрепить. Включить привод механического встряхивателя (тумблер – в положение “210”). Рассев материала производить в течение 5 минут.

По истечении времени рассева выключить привод механического встряхивателя (тумблер – в положение “0”). Набор сит снять с механического встряхивателя. Произвести взвешивание остатка на каждом сите с точностью до 0,01 г. Определить средний (по 3 пробам) для каждого класса выход (г). Произвести расчет выходов (%), полученных в результате рассева классов, и суммарный выход (%) сверху и снизу.

Результаты расчета занести в табл. 1. Результаты ситового анализа сыпучего материала Класс, мм Рис. 1.3 Суммарная характеристика крупности:

ПОРЯДОК РАСЧЕТА

Средний для проб выход определяют как среднее арифметическое:

здесь mi1, mi2, mi3 – остаток на i-том сите наборов № 1, 2, 3.

Выход класса (%) определяется по формуле:

Определение суммарных выходов сверху и снизу (%) производится в соответствии с выражениями, приведенными в колонках 4 и табл. 1.1.

По данным табл.1.1 построить суммарную характеристику крупности (рис. 1.3) по выходу сверху. По характеристике крупности определить выход класса 0,2–0,4 мм и диаметр максимального зерна в пробе.

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

В отчете по лабораторной работе должны быть приведены: назначение ситового анализа; цель работы; методика выполнения работы;

результаты рассева материала в виде табл.1.1; характеристика крупности (по данным табл.1.1) с помощью которой определить выход класса 0,2–0,4 мм и диаметр максимального зерна в пробе.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССА

ГРОХОЧЕНИЯ

Грохочение – это процесс механического разделения сыпучих материалов на классы крупности кусков (зерен) путем просеивания через одно или несколько сит.

Зерна (куски) материала, размер которых больше размера отверстий сита, остаются при просеивании на нем (надрешетный продукт), а зерна меньших размеров проходят через отверстия сита (подрешетный продукт). Разделение материалов по крупности осуществляют на грохотах.

По технологическому назначению различают четыре вида операций грохочения:

– самостоятельное грохочение – для выделения классов, представляющих собой готовые продукты (сорта); эту операцию также называют механической сортировкой;

– подготовительное грохочение – для разделения перерабатываемого материала на классы крупности, предназначенные для последующей раздельной переработки (например, перед обогащением в тяжелых средах);

– вспомогательное грохочение – применяют в схемах дробления для выделения готового по крупности продукта перед дробилками (предварительное грохочение) и для контроля крупности дробленого продукта (контрольное грохочение);

– обезвоживающее грохочение – для удаления основной массы жидкости, содержащейся в перерабатываемом материале.

Работу грохотов оценивают количественными и качественными показателями. Наиболее существенным количественным показателем работы грохота является удельная производительность, определяемая как производительность единицы площади просеивающей поверхности грохота (т/чм2). Определяющим качественным показателем работы грохота служит эффективность грохочения, характеризующая полноту отсева нижнего класса в процессе грохочения.

Нижний класс – это материал, крупность которого меньше размера отверстий сита грохота.

Эффективность грохочения – выраженное в процентах или долях единицы отношение массы подрешетного продукта к массе нижнего класса в исходном материале. Эффективность грохочения будет равна:

где E – эффективность грохочения, %;

m – масса подрешетного продукта, г;

М – масса нижнего класса в исходном материале, г.

Эффективность грохочения может быть также определена как извлечение нижнего класса в подрешетный продукт:

где – выход подрешетного продукта, %;

b – содержание нижнего класса в подрешетном продукте, %;

а – содержание нижнего класса в исходном материале, %.

Для расчета эффективности грохочения по формуле (2.1) необходимо иметь ситовый анализ исходного материала, а при вычислениях по формуле (2.2) – ситовые анализы исходного материала и подрешетного продукта.

Эффективность грохочения зависит от гранулометрического состава, формы зерен и влажности материала, поступающего на грохочение, конструкции грохота, режима его работы и т. п.

При грохочении сыпучего материала наблюдается общая для всех случаев зависимость эффективности грохочения от продолжительности рассева. В первые промежутки времени эффективность грохочения быстро возрастает, а затем нарастание эффективности замедляется (рис. 2.1).

Зависимость эффективности грохочения от продолжительности рассева носит экспоненциальный характер и может быть выражена уравнением:

где Еt – эффективность грохочения в момент времени t, д.е.;

е – основание натурального логарифма;

t – время рассева, сек;

к, n – параметры грохочения, зависящие от гранулометрической характеристики исходного материала, его влажности, содержания “трудных” зерен, режима работы грохота и т. п.

Рис. 2.1 Зависимость эффективности грохочения ЦЕЛЬ РАБОТЫ – исследование кинетики процесса грохочения. В результате выполнения работы необходимо получить экспериментальные данные, позволяющие вычислить эффективность грохочения на сите с размером отверстий 0,071 мм при времени рассева 5, 10, 20, 40, 90, 180, 300 и 450 сек. считая, что нижний класс полностью просеивается за 600 сек.

АППАРАТУРА, ПРИСПОСОБЛЕНИЯ, МАТЕРИАЛЫ

При выполнении лабораторной работы необходимы следующие аппаратура, приспособления и материалы: механический встряхиватель с тремя одинаковыми наборами сит (см. рис. 1.1) (в каждом наборе должно быть сито с размером отверстий 0,071 мм); технические весы с набором разновесов; секундомер или часы; совок для отбора проб; чашки фарфоровые для взвешивания проб и полученного в результате рассева класса 0–0,071 мм; сыпучий материал крупностью 1–0 мм.

МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Отобрать три пробы сыпучего материала массой по 50 г. Собрать три набора сит таким образом, чтобы над поддоном было расположено сито с размером отверстий 0,071 мм. Загрузить пробы на сита с размером отверстий 0,071 мм. Наборы сит установить на механический встряхиватель и закрепить. Включить привод механического встряхивателя (тумблер – в положение “210”). Первый рассев материала производить в течение 5 с. Произвести взвешивание просеянного через сито с размером отверстий 0,071 мм материала. Взвешенный материал оставить в чашке. Вновь собрать наборы сит, включить привод механического встряхивателя и производить рассев оставшегося на сите с размером отверстий 0,071 мм материала в течение 5 с (суммарное время рассева составит tсум = 5+5 =10 с). Просеявшийся в течение дополнительного времени (5 с) материал добавить к оставленному после первого рассева и произвести взвешивание суммарного продукта. Операции по рассеву сыпучего материала на сите с размером отверстий 0,071 мм повторяют с таким расчетом, чтобы суммарное время последующих рассевов составило: 20, 40, 90, 180, 300, 450 и 600с. Результаты исследований занести в табл. 2.1.

Зависимость эффективности грохочения от времени рассева Время рассева t, с Считая, что за 600 с весь нижний класс, содержащийся в исходном материале, просеялся сквозь сито с размером отверстий 0,071 мм, определить эффективность грохочения для времени рассева 5, 10, 20, 40, 90, 180, 300, 450 и 600 с по формуле 2.1.

По данным табл. 2.1 построить зависимость эффективности грохочения от времени рассева (рис. 2.1)

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

1. В отчете по лабораторной работе должны быть приведены:

2. Определение процесса грохочения.

3. Виды операций грохочения.

4. Определение эффективности грохочения.

5. Цель работы.

6. Методика выполнения работы.

7. Результаты исследований в виде табл. 2.1 и рис. 2.1.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТЕПЕНИ

ДРОБЛЕНИЯ

Дробление (измельчение) – процесс уменьшения размеров кусков (зерен) полезных ископаемых путем разрушения их действием внешних сил, преодолевающих внутренние силы сцепления, связывающие между собой частицы твердого вещества.

На обогатительных фабриках дробление и измельчение являются подготовительными операциями, предназначенными для разъединения (раскрытия) зерен различных минералов, содержащихся в полезном ископаемом в виде сростков. Чем полнее раскрываются (освобождаются один от другого) минералы при дроблении и измельчении, тем успешнее последующее обогащение полезных ископаемых.

Качественной характеристикой процесса дробления (измельчения) является степень дробления (измельчения). Степень дробления (измельчения) показывает во сколько раз уменьшился размер материала при дроблении (измельчении) и определяется как отношение размеров максимальных по крупности кусков материала до и после дробления:

где Dmax – диаметр максимального куска материала, поступающего на дробление, мм;

dmax – диаметр максимального куска дробленного материала, мм.

Для более точного определения степени дробления (измельчения) пользуются средними диаметрами кусков, которые находят с использованием характеристик крупности дробимого и дробленого материалов:

Поскольку достигнуть высоких степеней дробления (измельчения) в одном аппарате (дробилке, мельнице) невозможно, дробление осуществляют последовательно в несколько стадий. Стадией дробления называют часть общего процесса дробления, осуществляемую в одной дробильной машине. При многостадиальном дроблении общая степень дробления iобщ определяется из следующего выражения:

где n – число стадий дробления.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ – определение степени дробления исследуемого материала.

В процессе выполнения работы необходимо с использованием характеристик крупности дробимого и дробленых материалов определить степени дробления по максимальному и среднему размерам зерен. Время дробления материала 1 и 3 мин.

АППАРАТУРА, ПРИСПОСОБЛЕНИЯ, МАТЕРИАЛЫ

При выполнении лабораторной работы необходимы следующие аппаратура, приспособления и материалы: механический встряхиватель с тремя одинаковыми наборами фарфоровые для взвешивания проб дробимого материала и классов, полученных в результате рассева дробимого и Рис. 3.1 Лабораторная дробленных продуктов; совок для отбора мельница: 1 – корпус; проб; дробимый материал крупностью

МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Отобрать три пробы исходного материала массой по 50 г. Загрузить 2 пробы в лабораторные мельницы (по 1 пробе в каждую мельницу). Установить мельницы на платформу механического встряхивателя и закрепить. Включить привод механического встряхивателя (тумблер – в положение "210"). Дробление первой пробы производить в течение 1 мин. По истечении 1 мин встряхиватель выключить (тумблер – в положение "0"). Дробленый материал из одной мельницы выгрузить в фарфоровую чашку № 1. В указанной последовательности произвести включение механического встряхивателя, и вторую пробу дробить в течение еще 2 мин (суммарное время дробления – 3 мин.). Произвести рассев исходного материала (проба III) и продуктов дробления (пробы I–II) на ситах с размерами отверстий 0,50; 0,25; 0,10 и 0,071 мм. Результаты рассева исходного и дробленых материалов занести в табл. 3.1.

Гранулометрический состав исходного и дробленых материалов крупности, + 0, 0,25–0, 0,10–0, 0,071–0, 0–0, Итого Используя характеристики крупности определить максимальный и средний размеры зерен в исследуемых материалах.

Определить степень дробления проб I и II по средним и максимальным размерам зерен.

ПОРЯДОК РАСЧЕТА

При оформлении результатов ситового анализа исходного и дробленых материалов расчеты производить в соответствии с указаниями инструкции к лабораторной работе № 1.

Определение степени дробления производится в соответствии с выражениями (3.1) и (3.2).

Рис. 3.2 Характеристики крупности исходного

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

В отчете по лабораторной работе должны быть приведены:

1. Определение процесса дробления. Определение степени дробления.

2. Цель работы.

3. Методика выполнения работы.

4. Результаты исследований в виде табл. 3.1 и рис. 3.2.

5. Вывод о влиянии времени дробления на степень дробления.

ГРАВИТАЦИОННЫЙ МЕТОД ОБОГАЩЕНИЯ ПОЛЕЗНЫХ

ИСКОПАЕМЫХ

Гравитационный метод обогащения основан на использовании различий в плотностях минералов, подлежащих разделению.

Гравитационные процессы имеют значительное распространение в практике обогащения руд черных, цветных и редких металлов и преобладающее значение при обогащении руд и россыпей благородных металлов, углей и других неметаллических полезных ископаемых.

Гравитационные процессы обогащения в зависимости от разделяющих сред классифицируют на:

– обогащение в тяжелых средах (разделение в суспензиях, имеющих плотность промежуточную между плотностями разделяемых минералов);

– отсадку (разделение минералов по плотности в пульсирующем потоке воды);

– обогащение в поле центробежных сил (разделение минералов по плотности в поле центробежных сил);

– концентрацию на столах (разделение минералов по плотности в тонком слое воды, текущей по наклонной плоскости);

– пневматическое обогащение (разделение минералов по плотности в пульсирующем воздушном потоке).

Гравитационные процессы применяют для обогащения углей широкого диапазона крупности от 0,5 до 300 мм. Наибольшее распространение получили отсадка и обогащение в тяжелых суспензиях.

Пневматическое обогащение по технологической эффективности уступает мокрым процессам и применяется для легкообогатимых материалов крупностью до 75 мм и влажностью до 5 %. Пневматическое обогащение применяют, в основном, в районах с суровым климатом.

При гравитационном обогащении полезных ископаемых на любую частицу, находящуюся в среде, действуют силы: тяжести и выталкивающая.

Определение скорости свободного падения частиц в водной среде может быть произведено по формулам:

– Стокса (при размере частиц d < 0,1 мм) где vo – скорость свободного падения;

т – плотность частиц, кг/м3.

– Аллена (при размере частиц 0,1–2 мм) – Риттингера ( при размере частиц > 2 мм) При этом в обогатительном аппарате нежелательно присутствие так называемых равнопадающих частиц. Равнопадающими называются частицы, имеющие различную плотность, но обладающие одинаковыми конечными скоростями падения в одной и той же среде.

Отношение диаметров равнопадающих частиц называется коэффициентом равнопадаемости (е):

при этом (d1 > d2).

В соответствии с формулами (4.1–4.3) коэффициент равнопадаемости для частиц различной крупности определится из выражений:

– при размере частиц d < 0,1 мм:

– при размере частиц 0,1< d < 2 мм :

– при размере частиц d > 2 мм:

Однако закономерности падения изолированной твердой частицы в неограниченной среде только частично освещают явления, наблюдаемые при процессах обогащения. При массовом движении частиц в обогатительных аппаратах (стесненное падение) возникают дополнительные сопротивления их движению вследствие трения частиц одна об другую и о стенки аппарата, столкновения частиц друг с другом, возникновения восходящих струй жидкости, вытесняемой падающими частицами. Эти дополнительные сопротивления снижают скорость падения частиц в среде. Снижение скорости падения частиц в среде учитывают коэффициентом, меньшим единицы:

где vст – конечная скорость падения частиц в стесненных условиях, м/с ;

vo – конечная скорость свободного падения частиц, м/с.

Коэффициент к имеет переменные значения, зависящие от степени разрыхления материала, размера и плотности частиц (для угольных частиц крупностью 2–6 мм ку = 0,18, для породных частиц той же крупности кп = 0,36).

С учетом выражения (4.8) формулы для определения коэффициента равнопадаемости примут вид:

– при размере частиц d < 0,1 мм:

– при размере частиц 0,1 < d < 2 мм:

– при размере частиц d > 0,2 мм:

ЦЕЛЬ РАБОТЫ – изучение процессов и аппаратов гравитационного обогащения полезных ископаемых; определение плотности и коэффициента равнопадаемости минералов.

АППАРАТУРА, ПРИСПОСОБЛЕНИЯ, МАТЕРИАЛЫ

При определении коэффициента равнопадаемости необходимы следующие аппаратура, приспособления и материалы: аналитические весы с набором разновесов; мерные цилиндры емкостью 250 см3; чашки фарфоровые для взвешивания проб; совок для отбора проб; уголь крупностью 3–6 мм; порода крупностью 3–6 мм.

МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Отобрать по три пробы угля и породы массой по 30–50 г. В мерные цилиндры налить воду до отметки 150 см3. Пробы загрузить в мерные цилиндры и произвести отсчет объемов воды, вытесненных пробами. Результаты взвешиваний и замеров занести в табл. 4.1.

Используя данные табл. 4.1, определить средние плотности угля и породы.

Материал Уголь Используя формулы (4.7) и (4.11), определить коэффициенты равнопадаемости угольных и породных частиц для условий свободного и стесненного падения.

Результаты расчетов занести в табл. 4.

ПОРЯДОК РАСЧЕТА

Плотность материала определяют по формуле:

Среднюю плотность определяют как среднее арифметическое:

Коэффициент равнопадаемости при свободном падении определяют из условия vоу = vоп по формуле (4.7).

Коэффициент равнопадаемости при стесненном падении определяют из условия vсту = vстп по формуле (4.11).

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

В отчете по лабораторной работе должны быть приведены: область применения гравитационного метода обогащения полезных ископаемых; основные процессы гравитационного обогащения полезных ископаемых; цель работы и методика ее выполнения; результаты исследований в виде табл. 4.1 и 4.2.

ФЛОТАЦИОННЫЙ МЕТОД ОБОГАЩЕНИЯ ПОЛЕЗНЫХ

ИСКОПАЕМЫХ

Флотационный метод обогащения полезных ископаемых основан на использовании различий в естественной или создаваемой реагентами смачиваемости минералов. Мерой смачиваемости минералов является краевой угол смачивания. Краевой угол смачивания – это угол, образованный поверхностью раздела двух фаз с третьей. Краевой угол принято измерять через жидкую фазу (рис. 5.1).

Выражение для определения краевого угла смачивания имеет вид:

Экспериментальное определение краевого угла смачивания производят на приборе Ребиндера (рис. 5.2).

Флотируемость минералов объясняют на основе теории гидратных слоев. Гидратный слой состоит из упорядоченных диполей воды, находящихся на границе раздела двух фаз. При большой толщине гидратного слоя поверхность минерала будет гидрофильной, при незначительной толщине гидратного слоя – гидрофобной.

Флотационные реагенты, воздействуя на гидратные слои, уменьшают или увеличивают их толщину и устойчивость, т. е. с помощью флотореагентов избирательно увеличивают гидрофобность флотируемых и гидрофильность нефлотируемых минералов.

Рис. 5.2 Прибор Ребиндера для определения краевого 1 – источник света; 2 – координатный стол;

Наибольшее распространение получила флотация, основанная на использовании различия физико-химических свойств поверхностей различных минералов. После воздействия на них реагентов это проявляется в способности смачиваться водой или прилипать к пузырькам газа (воздуха в водной среде). При флотационном обогащении полезных ископаемых одна часть разделяемого сырья переходит в пенный продукт, другая остается в пульпе (камерный продукт). При извлечении в пенный продукт ценных минералов – флотация прямая, при извлечении в пенный продукт пустой породы – флотация обратная.

В случае пенной флотации через пульпу, содержащую флотореагенты, продувают воздух. Частицы с гидрофобной поверхностью (несмачиваемые или плохо смачиваемые водой) прилипают к пузырькам воздуха и выносятся ими на поверхность. При этом образуется слой минерализованной пены. Частицы, хорошо смачиваемые водой, к пузырька воздуха не прилипают и остаются в объеме пульпы во взвешенном состоянии.

Аппараты, в которых осуществляется флотационный процесс, называются флотационными машинами. Известно много конструкций флотомашин, но все они должны удовлетворять следующим требованиям:

- хорошо аэрировать пульпу;

- обеспечивать равномерное распределение твердых частиц в объеме камеры, не допуская их осаждение на дно;

- работать непрерывно и хорошо поддаваться регулировке.

К числу основных факторов, влияющих на ход флотационного процесса, следует отнести:

1. Минералогический состав. Влияние этого фактора сказывается в том, что одни минералы обладают достаточной природной гидрофобностью и флотируют хорошо; другие минералы недостаточно гидрофобны и флотируют хуже.

2. Гранулометрический состав питания флотации. Для угля оптимальная крупность частиц составляет 0 –0,5 мм.

3. Вкрапленность минералов. Этот фактор обусловливает размер, до которого должно быть измельчено полезное ископаемое перед обогащением.

4. Плотность пульпы (суспензии). Увеличение плотности пульпы ухудшает ее аэрированность и флотируемость крупных частиц, улучшает условия флотации тонких шламов пустой породы, что влечет за собой ухудшение качества концентрата. Уменьшение плотности пульпы также нежелательно, т. к. приводит к снижению производительности флотомашин. Оптимальная плотность угольной пульпы составляет 100–200 г/л.

5. Состав воды. Наличие в воде различных солей изменяет ее рН, что сказывается на флотируемости минералов.

6. Реагентный режим. Избыток реагентов снижает избирательность процесса и качество концентрата, но увеличивает извлечение минералов в пенный продукт.

Недостаток реагента повышает избирательность процесса и качество концентрата, но снижает извлечение минералов в пенный продукт.

7. Конструкция флотомашины обусловливает аэрированность пульпы, равномерность распределения твердых частиц и реагентов в объеме пульпы.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ – изучение флотационного метода обогащения полезных ископаемых, конструкций флотационных машин; экспериментальное определение краевого угла смачивания минералов и исследование флотируемости угольного шлама крупностью 0–0,5 мм.

АППАРАТУРА, ПРИСПОСОБЛЕНИЯ, МАТЕРИАЛЫ

И РЕАГЕНТЫ

При определении краевого угла смачивания минералов и исследовании флотируемости угольного шлама необходимы следующие аппаратура, приспособления, материалы и реагенты: Прибор Ребиндера для определения краевого угла смачивания; шлифы минералов; лабораторная флотомашина механического типа с объемом камеры 500 см3; технические весы с набором разновесов; секундомер или часы; противни для продуктов флотации; совок для отбора проб; угольный шлам крупностью 0–0,5 мм; флотореагенты (собиратель ААР;

вспениватель Т-66).

МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Определение краевого угла смачивания. Взять шлиф минерала – протереть его поверхность фильтровальной бумагой. Установить шлиф на координатном столе прибора Ребиндера. Включить источник света. Нанести каплю воды на поверхность шлифа. Совместить горизонтальную нить измерительного устройства с изображением поверхности шлифа, а вертикальную – подвести к крайней точке границы “жидкость – твердое”.

Поворачивая вертикальную нить измерительного устройства до тех пор пока она не займет положение касательной к контуру капли, измерить величину краевого угла.

Для большей точности произвести 3 –5 измерений краевых углов, нанося каплю воды на различные участки поверхности шлифа. Результаты измерений занести в табл. 5.1.

Уголь Порода Кварц Исследование флотируемости угольного шлама. Отобрать пробу угольного шлама массой 100 г. Приготовить угольную пульпу, для чего смешать навеску угольного шлама с 100 см3 воды (в противне).

Включить флотомашину, предварительно налив в камеру 50 –100 см воды. Загрузить приготовленную пульпу в камеру флотомашины, смыв осадок из противня с помощью промывалки. Пипеткой ввести в пульпу 1 каплю вспенивателя Т-66 и 7 капель собирателя ААР. Выдержать время контакта пульпы с реагентами – 1 мин. Дополнить объем материала в камере до 500 см3 и включить пеносъемник.

Производить съем пенного продукта в течение 2 минут. По мере снижения уровня пульпы в камере (в результате съема пенного продукта) следует подливать воду из промывалки. По окончании процесса флотации (по истечение 2 мин) выключить флотомашину и открыть пробку в дне камеры для выпуска хвостов флотации. Визуально оценить качество продуктов обогащения.

ПОРЯДОК РАСЧЕТА

Среднее значение краевого угла смачивания минералов определяют как среднее арифметическое:

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

В отчете по лабораторной работе должны быть приведены:

1. Теоретические основы процесса флотации.

2. Цель работы и методика ее выполнения.

3. Описание и эскиз прибора Ребиндера для определения краевого угла смачивания.

4. Результаты определения краевых углов смачивания в виде табл. 5.1.

5. Требования, предъявляемые к флотационным машинам.

6. Основные факторы, влияющие на ход флотационного процесса.

ОБЕЗВОЖИВАНИЕ ПРОДУКТОВ ОБОГАЩЕНИЯ,

ОБРАЗОВАНИЕ ШЛАМОВЫХ ВОД И ИХ ОСВЕТЛЕНИЕ

С ПРИМЕНЕНИЕМ ФЛОКУЛЯНТОВ

Обогащение полезных ископаемых в водной среде приводит к получению сильно обводненных продуктов разделения, поэтому перед дальнейшим использованием они должны быть обезвожены.

Обезвоживание – это операция, направленная на снижение содержания влаги в продуктах обогащения. Обезвоживание продуктов обогащения осуществляют путем:

– дренирования (стекание воды под действием собственной массы), осуществляемого в бункерах, на неподвижных грохотах и в элеваторах;

– грохочения (обезвоживание под действием собственной массы воды вибраций сита грохота);

– ценрифугирования (обезвоживание в центробежном поле);

– осаждения в воде и уплотнения осадка (за счет собственной массы минеральных частиц), осуществляемого в различного рода отстойниках (непрерывного или периодического действия);

– осаждения в гидроциклонах (сгущение в центробежном поле);

– фильтрации через пористую перегородку (с помощью вакуума на вакуум-фильтрах или избыточного давления на фильтр-прессах);

– термической сушки в сушилках различной конструкции.

Влажность продуктов обогащения, получаемая в результате применения перечисленных способов обезвоживания, приведена в табл. 6.1.

Основными факторами, определяющими количество влаги, удерживаемой в продуктах обогащения, являются гранулометрический состав и величина поверхности частиц.

При обезвоживании продуктов обогащения получают шламовые воды с большим содержанием в них тонких частиц (шлама), что исключает возможность повторного их использования в обогатительных процессах. Возникает необходимость обработки шламовых вод с целью осаждения из них шлама и осветления воды. Для интенсификации процессов сгущения шламов и осветления воды применяют различные реагенты – флокулянты.

Для флокуляции шламов при сгущении наибольшее применение получили: отечественный флокулянт полиакриламид (ПАА); импортные “Суперфлок“, ““ и другие.

Операция обезвоживания Дренирование в:

Сгущение в:

ПАА – высокомолекулярное соединение, водный раствор которого представляет собой коллоид, обладающий сильным флокулирующим действием. Структурная формула ПАА:

ЦЕЛЬ РАБОТЫ – изучение процессов обезвоживания продуктов обогащения и осветления шламовых вод, экспериментальное исследование процесса осветления шламовых вод с использованием флокулянтов.

В результате выполнения работы необходимо получить данные о влиянии флокулянтов на скорость осветления шламовых вод.

АППАРАТУРА, ПРИСПОСОБЛЕНИЯ, МАТЕРИАЛЫ

При экспериментальном исследовании процесса осветления оборотных вод необходимы следующие аппаратура, приспособления, материалы и реагенты: мерные цилиндры емкостью 1000 см3;

технические весы с разновесами; секундомер; совок для отбора проб;

хвосты (отходы) флотации крупностью 0–0,5 мм; растворы флокулянтов: 0,15 % водный раствор гидролизованного полиакриламида (ПАА); 0,15 % водный раствор флокулянта “Суперфлок“.

МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Отобрать три пробы хвостов флотации массой 20 г каждая. Высыпать пробы хвостов флотации в мерные цилиндры (каждую – в отдельный). Расход применяемых при исследованиях флокулянтов:

– 0,15 % раствор гидролизованного полиакриламида – 4 см3/ л;

– 0,15 % раствор флокулянта “Суперфлок“ – 4 см3/л.

Заполнить мерные цилиндры водой до отметки 1000 см3. В мерном цилиндре вручную с помощью мешалки тщательно перемешать смесь хвостов флотации с водой. После перемешивания смеси установить мерный цилиндр № 1 на ровную площадку и засечь время по секундомеру. С интервалом времени, равном 1 мин, производить измерение высоты осветленного слоя в мерном цилиндре № 1, используя шкалу из миллиметровой бумаги (осветление без флокулянта). В мерный цилиндр № 2 после перемешивания добавить заданное количество одного из флокулянтов и смесь снова перемешать. Измерение высоты осветленного слоя при исследовании влияния на процесс флокулянта производить через каждые 10–15 с (см. табл. 6.2).

Исследования со вторым флокулянтом производить аналогично. Результаты исследований занести в табл. 6.2. Используя экспериментальные данные, определить скорость осветления.

По данным табл. 6.2 построить зависимость высоты осветленного слоя от времени осветления (рис. 6.1).

Рис. 6.1 Зависимости высоты осветленного слоя Влияние флокулянтов на скорость осветления хвостов флотации Время Высота Скорость Высота Скорость Высота Скорость

ПОРЯДОК РАСЧЕТА

Скорость осветления определяют по формуле:

где Vосв – скорость осветления, м/с;

Hi – высота осветленного слоя, мм;

ti – время осветления, с.

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

В отчете по лабораторной работе должны быть приведены:

1. Назначение процессов обезвоживания и их разновидности.

2. Цель работы.

3. Методика проведения экспериментальных исследований по осветлению шламовых вод.

4. Результаты исследований в виде табл. 6.2 и рис. 6.1.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Андреев С. Е., Перов В. А., Зверевич В. В. Дробление, измельчение и грохочение полезных ископаемых: Учебник для вузов. М.: Недра, 1980, 415 с.

2. Абрамов А. А. Флотационные методы обогащения: Учебник для вузов. М.: Недра, 1993.

3. Кармазин В. В., Кармазин В. И. Магнитные и электрические методы обогащения: Учебник для вузов. М.: Недра, 1991.

4. Кравец Б. Н. Специальные и комбинированные методы обогащения: Учебник для вузов. М.: Недра, 1991.

5. Шохин В. Н., Лопатин А. Г. Гравитационные методы обогащения: Учебник для вузов. М.: Недра, 1991.

6. Чуянов Г. Г. Обезвоживание, пылеулавливание и охрана окружающей среды: Учебник для вузов. М.: Недра, 1987.

7. Козин В. З., Тихонов О. Н. Опробование, контроль и автоматизация обогатительных процессов: Учебник для вузов. М.: Недра, 1990.

8. Разумов К. А., Перов В. А. Проектирование обогатительных фабрик: Учебник для вузов. М.: Недра, 1982.

9. Справочник по обогащению руд. Т.1 – 3. М.: Недра, 1993.