Важное технико-экономическое значение в рациональной переработке
сырья имеет использование концентрированного сырья, обогащенного
полезными компонентами.
Применение концентрированного сырья:
снижает стоимость последующей химической переработки;
снижает стоимость продукта производства и повышает его
качество;
способствует интенсификации технологического процесса и
экономии топлива.
расходы на транспортировку сырья к месту переработки снижаются
пропорционально концентрации ценных компонентов;
позволяет экономично перерабатывать бедные руды.
Концентрированное сырье получают его обогащением. В процессе обогащения отделяют
ценные компоненты от примесей, используя различия в физических,
физико-химических и химических свойствах, а также разделяют на
компоненты сложные смеси, полиметаллические руды. Методы обогащения
разнообразны и принципиально различны для твердого, жидкого и
газообразного сырья.
1) Твердое минеральное сырье входит в состав горных пород в виде
минералов, представляющих собой физически обособленные вещества или
смеси веществ. |Горную породу предварительно измельчают, чтобы
нарушить связь между кристаллами или зернами различных минералов.
Измельченная масса поступает на обогащение, в результате которого
получают концентрат (фракция, обогащенная полезными компонентами) и
пустую породу. |Для твердого сырья чаще всего применяют механические
способы обогащения — рассеивание (грохочение), гравитационное
разделение, электромагнитную и электростатическую сепарацию, а также
физико-химический метод — флотацию. Рассеивание
(грохочение) применяют для разделения твердой породы, содержащей
минералы различной прочности и образующей при измельчении зерна
разной величины. При последовательном пропускании измельченного
сырья через грохоты — металлические сита с отверстиями разных
размеров —происходит разделение на фракции, обогащенные определенным
минералом. Производительность грохота прямо пропорциональна размеру
отверстий сита. Рассеиванием обогащают, например, одну из фосфатных
пород, разделяя ее на фосфоритный концентрат и пустую породу. Гравитационное обогащение
(мокрое и сухое) основано на разной скорости падения частиц
измельченного материала различной плотности и величины в потоке
жидкости или газа или на действии центробежной силы. Чаще всего
проводят мокрое обогащение в потоке воды. Полученная в баке с
мешалкой пульпа — концентрированная взвесь твердой измельченной
породы — полается с потоком воды в отстойник, разделенный
вертикальными перегородками на три осадительные камеры с нижними
бункерами — гидравлический классификатор. В камере I оседают
наиболее крупные и тяжелые куски, средние — в камере II и легкие— в
камере III
К экономичным аппаратам для мокрого гравитационного обогащения,
основанного на действии центробежной силы, относится гидроциклон.
Корпус гидроциклона (рис. 3) имеет'цилиндрическую и коническую
части. Через боковой патрубок по касательной к цилиндрическому
корпусу подается под давлением разделяемая пульпа. При вращении
пульпы тяжелые частицы под действием центробежной силы отбрасываются
к стенкам, уплотняются, движутся по спиральной траектории вниз и
выводятся в нижней части конического корпуса. Взвешенные в жидкости
легкие частицы, передвигаясь во внутреннем спиральном потоке,
поднимаются по шламовому патрубку в камеру слива и удаляются из нее.
Центробежное ускорение в гидроциклонах во много раз выше ускорения
при осаждении частиц, поэтому они дают более высокую
производительность, чем осадительные камеры; соответственно меньше
их габариты.
Принципиальная схема гидроциклонирования: «1» — введение в аппарат
суспензии; «2» — выход твёрдой фазы; «3» — выход осветлённой
жидкости.
Гравитационные способы применяют для обогащения сырья в
производствах минеральных солей, силикатных материалов, в
металлургии а также при обогащении углей. Электромагнитное и
электростатическое обогащение основано на различиях в
магнитной проницаемости или в электрической проводимости компонентов
сырья. Эти способы применяют для разделения магнитовосприимчивых
частей от немагнитных и электропроводящих от диэлектриков.
Разделение осуществляют в электромагнитных и электростатических
сепараторах, имеющих сходный принцип действия. Так, в
электромагнитном сепараторе в барабан ленточного транспорта
вмонтирован электромагнит. Измельченное сырье, проходя над
поверхностью барабана, разделяется: немагнитные частицы падают в
бункер для немагнитной фракции; магнитные частицы задерживаются на
ленте, пока лента не выйдет из поля действия электромагнита, а затем
попадают в соответствующий бункер.
Электростатические сепараторы вместо магнита снабжены электродом,
соединенным с отрицательным полюсом выпрямителя электрического тока. Флотация — широко
распространенный способ обогащения, применяющийся для разделения
полиметаллических сульфидных руд, отделения апатита от нефелина,
обогащения каменных углей и многих других минералов. Флотация
основана на различии в избирательной смачиваемости водой и
прилипании частиц обогащаемого минерала к пузырькам пропускаемого
через пульпу воздуха.
Рис. 6. Флотационная машина с воздушным перемешиванием:
1 — циркуляционная камера; 2 — коллектор воздуха; 3 — воздушные
трубки; 4 — пенный слой; 5 —- желоб для концентрата; 6 — перегородка
Большинство минералов природных рул мало отличаются по смачиваемости
друг от друга. Для их разделения необходимо создать условия
неодинаковой смачиваемости водой отдельных компонентов породы, для
чего применяют разнообразные химические соединения — флотационные
реагенты.
Термическое обогащение
твердого сырья основано на различии в. плавкости компонентов сырья.
Например, нагреванием серосодержащей породы отделяют легкоплавкую
жидкую серу от пустой породы, состоящей из более тугоплавких
известняков, гипса и др. Химическое обогащение
основано на различии во взаимодействии компонентов сырья с
химическими реагентами с последующим выделением образовавшегося
соединения осаждением, испарением, плавлением и т. п. Примером
химического обогащения могут служить восстановительный обжиг медного
колчедана CuFeS2, в результате чего увеличивается концентрация меди
(медный штейн); обжиг для удаления балластных органических примесей,
кристаллизационной воды и пр. Для выделения ценных компонентов из
жидкостей часто применяют экстракцию — избирательное растворение их
в органических растворителях. При последующей регенерации
экстрагента выделяют одновременно и поглощенные вещества.
Газовые смеси разделяют, используя различия компонентов смеси в
температурах кипения, растворимости и других свойствах. Разные
температуры кипения ~дают возможность при сжатии и сильном
охлаждении последовательно конденсировать отдельные компоненты. Так,
из коксового газа получают газообразный водород, последовательно
конденсируя и отделяя содержащиеся в газе углеводороды, оксид
углерода, кислород и азот. В других случаях газовую смесь сжижают и
затем разделяют на компоненты перегонкой в ректификационных
колоннах.
Широкое распространение в промышленности для разделения газовых
смесей находят методы сорбции - избирательное поглощение компонентов
смеси жидкими (абсорбция) или твердыми (адсорбция) вецествами.
В корпусе 1 одноступенчатого имеется распределительная решётка 2,
через которую снизу подаётся газ, приводящий мелкозернистый
адсорбент в состояние кипящего слоя 3. Адсорбент непрерывно
поступает сверху и удаляется через трубу 4 на десорбцию.
