Сырье в химическом производстве (стр. 3 из 6)
Основные показатели ОПИ (%): выход концентратов и хвостов; кондиционное (соответствующее требованиям дальнейших технологических переделов) содержание полезных компонентов и вредных примесей; степень извлечения (или просто извлечение) целевых продуктов в концентрат.
ОПИ существует с древнейших времен как способ извлечения золота путем промывки золотоносных песков и подготовки руд к плавке. Первая в России обогатит. фабрика для извлечения золота была построена на Урале (1760). Описание ряда процессов и методов ОПИ приведено в труде М. В. Ломоносова "Первые основания металлургии или рудных дел" (1763). Его современники И. И. Ползунов, К. Д. Фролов и В. А. Кулибин построили несколько механизированных обогатительных фабрик, оборудованных оригинальными машинами для промывки руд. В 19 в. возникли новые процессы и методы ОПИ Дальнейшее развитие в мире оно получило в первой половине 20 в. До 1917 в России работало всего 20 небольших обогатит. фабрик. Сейчас в СССР функционируют сотни фабрик, перерабатывающих разные руды.
Причины возникновения и развития ОПИ обусловлены тем, что минер. сырье обычно встречается в виде, исключающем возможность его непосредственного использования вследствие недостаточно высокого содержания полезных компонентов или наличия вредных примесей. Так, среднее содержание Р2О5 в фосфоритах составляет 13% по массе, тогда как в получаемой из них фосфоритной муке оно должно быть не менее 20%, а в концентратах, которые необходимы для переработки в фосфорную к-ту,-24-28% при строго регламентированном количестве примесей (не более 2,5% MgO и др.). Наибольшее содержание ценного компонента (в расчете на данный элемент), достигаемое в концентрате, зависит от того, в виде какого химсоединения этот компонент входит в состав обогащаемого. Напр., медные концентраты можно получить более богатыми медью, если они содержат халькозин Cu2S (79,7% Сu), чем в случае халькопирита CuFeS2 (34% Сu) и т.д.
ОПИ осуществляется с помощью ряда последовательных подготовительных, основных и вспомогательных операций. Все эти операции составляют т. наз. схему ОПИ (рис. 1), которая выбирается преимущественно в зависимости от минерального состава сырья и содержания в нем полезных компонентов.
Подготовительные операции (рудоподготовка)
Измельчение.
Измельчение заключается в дроблении природного материала, обычно механическими методами, с получением смеси частиц ценных и ненужных компонентов. Дробление может также дополняться химическим разложением молекул компонентов для освобождения полезных атомов. Выделение, или концентрация, состоит в обособлении полезных частиц одного или нескольких продуктов, называемых концентратами, и исключении ненужных частиц пустой породы (хвостов, или отходов). Частицы, которые не попали ни в концентрат, ни в отходы, называются промежуточным продуктом и обычно требуют дальнейшей переработки.
Рис.1. Схема обогащения минерального сырья.
В большинстве случаев - это основная и часто наиб. энергоемкая операция, предназначенная для разрушения до требуемых размеров сырья, а также для раскрытия взаимно сросшихся агрегатов (зерен) и образования частиц отдельных минералов.
Грубое измельчение, или д р о б л е н и е, крупных кусков руды проводят в щековых, конусных или валковых дробилках; макс. размер кусков 12-18, иногда 2-4 мм.
Дробление. К дроблению относятся механические процессы, посредством которых добытая в руднике порода разбивается до размеров, подходящих для дальнейшего измельчения посредством размалывания. Устройства, которые разбивают добытое в руднике сырье, относятся к первичным дробилкам; дробилки щекового и конусного типов среди них являются основными. Вторичное дробление осуществляется в один, два, реже в три этапа.
Тонкое измельчение, или п о м о л, сырья осуществляют в мельницах стержневых, шаровых или самоизмельчения, при этом макс. размер частиц достигает 0,7-0,04 мм, иногда (напр., при ОПИ сильвинитовых руд) 1 мм. Для получения продуктов размером частиц менее 0,3 мм применяют измельчение в цикле мельница - классификатор. Чтобы "не дробить ничего лишнего" и обеспечить необходимую степень раскрытия структурных компонентов (минералов), дробление и помол сочетают соотв. с грохочением и классификацией гидравлической.
Размалывание. Размалывание представляет собой конечный этап механического отделения полезных минералов от пустой породы. Обычно оно производится в водной среде посредством машин, в которых порода измельчается при помощи чугунных или стальных шаров, кремневой гальки, а также гальки, образующейся из твердых кусков руды или вмещающей породы.
ГРОХОЧЕНИЕ, разделение сыпучих материалов на фракции по размеру или крупности частиц (кусков) просеиванием на грохотах (ситах). Грохотами обычно разделяют зерна, размер которых превышает 3-5 мм; механические классификаторы используются для более тонкой сепарации мокрого материала.
Грохота. Большинство грохотов относится к вибрационному типу. Их главным элементом является сито, пластина с отверстиями или какая-либо другая плоская перфорированная конструкция (обычно устанавливаемая наклонно под углом 20-40?), которой придается вибрация с частотой 500-3600 циклов в минуту.
Грохочение - распространенный технологический процесс в химпромышленности, применяемый в сочетании с дроблением (см. Измельчение), а также как самостоятельная операция. Работа грохота в замкнутом цикле с дробилкой или мельницей обеспечивает повышение их производительности, снижение энергозатрат и получение продукта необходимого качества.
Разделение материала происходит при его движении относительно рабочей поверхности грохота (колосниковые решетки, перфорированные металлические листы - решета, сетки). При этом материал расслаивается - мелкие фракции постепенно проходят сквозь крупные и проваливаются через калибров, отверстия определенных размеров в рабочей поверхности, более крупные частицы остаются на рабочей поверхности и удаляются с нее (т. наз. надрешетный продукт - обозначается цифрой, указывающей размер отверстия со знаком "плюс", напр. + 50 мм); продукт, прошедший через отверстия, наз. подрешетным и обозначается цифрой со знаком "минус". Для уменьшения износа рабочей поверхности Г. проводят чаще всего через набор сит с последовательно уменьшающимися отверстиями. По размеру частиц продукта различают крупное (300-100 мм), среднее (100-25 мм), мелкое (25-5 мм) и тонкое (5-0,5 мм) Г.
Осн. характеристики грохочения.: т. наз. граница разделения фракций, определяемая размером отверстий в ситах; остатки материала на ситах (см. Ситовой анализ) после грохочения.; производительность грохота по исходному материалу и готовому продукту; эффективность - отношение массы подрешетного продукта к массе фракции той же крупности в исходном материале. Показатель качества грохота называется засоренность 3, характеризующая содержание (%) в продукте посторонних фракций
где А0 и А0'-массы пробы соотв. до и после отсева посторонних фракций.
Г. может быть сухим (т.е. происходить в среде воздуха или инертного газа) либо мокрым (материал подается на грохот вместе с водой или др. жидкостью). наиб. распространено сухое Г., поскольку в большинстве процессов используется обезвоженный продукт. Однако для материалов с повышенной влажностью или содержащих комкующие примеси значительно эффективнее, если это допускается технологическим режимом и экономически целесообразно, мокрое Г., которое позволяет одновременно промывать материал и предотвращать пылевыделение.
Различают след. виды грохотов: неподвижные (напр., колосниковые); с движением отдельных элементов рабочей поверхности (напр., с эластичным ситом); подвижные с колебательным (напр., вибрационные, или инерционные), вращательным (напр., барабанные) или волнообразным (напр., спец. инерционные) движением рабочей поверхности; с перемещением материала в струе пульпы. По форме рабочей поверхности грохоты подразделяют на плоские, дуговые, барабанные, многогранные призматические (напр., т. наз. бураты), по расположению - на горизонтальные и наклонные, по числу сит - на одно-, двух- и многоситовые. Преим. применение имеют грохоты с колебательным движением: инерционные со свободными колебаниями - вибрационные, резонансные (частота возмущающих колебаний кратна частоте собственных колебаний системы), самобалансные (см. ниже); гирационные (эксцентриковые) с вынужденными колебаниями короба, сообщаемыми ему через жесткую кинематическую связь. Резонансные грохоты сложны по конструкции, гидрационные вызывают сильную вибрацию опор, которая передается перекрытиям зданий; поэтому указанные типы грохотов постепенно вытесняются более совершенными.
В хим. технологии, напр. в производствах минер. удобрении и хим. средств защиты растений, особенно широко используют высокопроизводительные инерционные грохоты с мех. вибратором, или виброгрохоты (рис. 1). Они просты по конструкции, обеспечивают четкое разделение материалов (в т. ч. склонных к налипанию), удобны в эксплуатации. Корпус грохота в виде горизонтального или наклонного (угол наклона обычно 3-15°) прямоугольного короба с ситом опирается на плиту через упругие связи (напр., металлические пружины или пневматические шины). Вибратор-вал со шкивами, несущим дебалансом (инерц. неуравновешенные грузы), который установлен в подшипниках и приводится в движение через соединительную муфту непосредственно от электродвигателя или через мех. передачу. При вращении дебалансного вала возникают центробежные силы инерции, сообщающие коробу с ситом колебания (напр., с частотой 600 мин-1 и амплитудой 5 мм).