Лабораторные работы по обогащению полезных ископаемых

ГРАВИТАЦИОННЫЙ МЕТОД ОБОГАЩЕНИЯ

ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

Цель работы: Изучение процессов и аппаратов гравитационного обогащения полезных ископаемых, определение плотности, конечной скорости падения зерен в воде и коэффициента равнопадаемости минералов.

Аппаратура, оборудование и материалы:Технические весы; набор гирь; стеклянная измерительная труба; набор минеральных частиц (зерен) разной плотности; секундомер.

Общие сведения

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.

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

– Стокса(при размере частиц d < 0,1 мм)

м/с, (5.1)

где d – размер частиц, м;

dт – плотность частиц, кг/м3;

– Аллена (при размере частиц 0,1 – 2 мм)

(5.2)

– Риттингера (при размере частиц > 2 мм)

(5.3)

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:

(5.4)

при этом d1 > d2.

В соответствии с формулами (5.1 – 5.3) коэффициент равнопадаемости для частиц различной крупности определится из выражений:

– при размере частиц d < 0,1 мм:

(5.5)

– при размере частиц 0,1 < d < 2 мм:

(5.6)

– при размере частиц d > 2 мм:

(5.7)

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 k меньшим единицы:

vст= k×vo (5.8)

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

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

Коэффициент k имеет переменные значения, зависящие от степени разрыхления материала, размера и плотности частиц (для угольных частиц крупностью 2-6 мм kу = 0,18, для породных частиц той же крупности kп= 0,36).

С учетом выражения (5.8) формулы для определения коэффициента равнопадаемости примут вид:

– при размере частиц d < 0,1 мм:

(5.9)

– при размере частиц 0,1 < d < 2 мм:

(5.10)

– при размере частиц d > 0,2 мм:

(5.11)

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

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

В отчете по лабораторной работе должны быть приведены:

Определение процесса грохочения.

Виды операций грохочения.

Определение эффективности грохочения.

Цель работы.

Методика выполнения работы.

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

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

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:

, (3.1)

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:

, (3.2)

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:

iобщ= i1i2…in (3.3)

где n – число стадий дробления.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Целью настоящей работы является 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:

М
еханический встряхиватель с тремя одинаковыми наборами сит (рис. 1.1) и двумя лабораторными мельницами (рис. 3.1). Каждый набор должен быть укомплектован ситами с размерами отверстий 0,50; 0,25; 0,10 и 0,071 мм.

Технические весы с набором разновесов.

Секундомер или часы.

Чашки фарфоровые для взвешивания проб дробимого материала и классов, полученных в результате рассева дробимого и дробленных продуктов.

Совок для отбора проб.

Дробимый материал крупностью 1-0 мм.

МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Отобрать 3 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

Таблица 3.1 – Гранулометрический состав исходного

и дробленых материалов

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).

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

В отчете по лабораторной работе должны быть приведены:

Определение процесса дробления.

Определение степени дробления.

Цель работы.

Методика выполнения работы.

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

Вывод о влиянии времени дробления на степень дробления.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4

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

vo = 545d2(т – 1000) , (4.1)

где vo – скорость свободного падения;

d – размер частиц, м;

т – плотность частиц, кг/м3.

– Аллена (при размере частиц 0,1- 2 мм)

; (4.2)

– Риттингера ( при размере частиц > 2 мм)

. (4.3)

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 :

, (4.4)

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

; (4.5)

– при размере частиц 0,1
; (4.6)

– при размере частиц d > 2 мм:

; (4.7)

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 к меньшим единицы:

vст = kvo (4.8)

Здесь 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
; (4.9)

– при размере частиц 0,1

; (4.10)

– при размере частиц d > 0,2 мм:

; (4.11)

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.

Таблица 4.1 – Определение плотности угля и породы

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.4.2

Таблица 4.2 – Коэффициенты равнопадаемости

ПОРЯДОК РАСЧЕТА

Плотность материала определяют по формуле:

, (4.12)

Среднюю плотность определяют как среднее арифметическое:

. (4.13)

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

Коэффициент равнопадаемости при стесненном падении определяют из условия vст у = 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.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5