1. Cele i zadania przeróbki

Przeróbka mechaniczna jest to zespół czynności (operacji) mechanicznych i technologicznych, którym poddaje się surową kopalinę użyteczną w celu uzyskania jej przydatności przemysłowej, przez usunięcie z jej składu zanieczyszczeń skałą płonną, zwiększenie koncentracji składnika użytecznego oraz przygotowanie tej kopaliny do określonych procesów technologicznych przetwarzania jej na produkty końcowe.

Ostateczna forma kopaliny użytecznej, przygotowanej przez przeróbkę mechaniczną, jest ustalana warunkami technologicznymi dalszego jej przetwarzania lub bezpośredniego użytkowania.

Operacje przeróbcze

Operacje technologiczne przeróbcze są to czynności wykonywane w odpowiednio dobranej kolejności, na materiale surowym (surowej kopalinie użytecznej) oraz na otrzymanych produktach wzbogacania (produktach procesu przeróbczego), które mają na celu wyodrębnienie z materiału surowego maksymalnej ilości składnika użytecznego.

Operacje przeróbcze dzieli się, ze względu na ich charakter, na:

-       operacje przygotowawcze;

-       operacje główne (zasadnicze):

-      klasyfikacja – klas. mechaniczna (przesiewanie), klas. hydrauliczna, klas. aerodynamiczna,

-       rozdrabnianie,

-      wzbogacanie – wzb. - ręczne, grawitacyjne, flotację, elektromagnetyczne i magnetyczne, elektrostatyczne, chemiczne, biologiczne i inne,

-      odwadnianie,

-      odpylanie,

-      odmulanie,

-      rozmywanie,

-      suszenie,

-      brykietowanie,

-      grudkowanie (peletyzacja),

-      mieszanie,

-      uśrednianie.

Schematyczne przedstawienie celu przeróbki i jej wyników (podstawowe oznaczenia przeróbcze)

ROZDRABNIANIE

Cele rozdrabniania:

1.      Zmniejszenia wymiarów ziarn

2.      Zwiększenie powierzchni swobodnych

3.      Oddzielenie minerałów od siebie (rozdrabnianie selektywne)

 

Procesy rozdrabniania dzielimy na:

1.      Kruszenie – produkt większy od 1 mm

2.      Mielenie

Przeprowadzenie mechanicznego rozdziału mieszaniny minerałów występujących w rudzie możliwe jest po uprzednim rozłamaniu zrostów minerałów kruszcowych z minerałami płonnymi. Rozłam dokonywany jest w operacjach kruszenia i mielenia. Jak daleko ma być prowadzony proces rozdrabniania decyduje wymiar minerałów kruszcowych występujących w rudzie a także przewidywana bądź stosowana technologia wzbogacania. Optymalne mielenie polega na zerwaniu więzi między przylegającymi do siebie minerałami kruszcowymi i płonnymi i otrzymaniu możliwie największej ilości okruchów monomineralnych.

Wskaźniki technologiczne oceny wyników rozdrabniania dzielimy:

−        wskaźniki określające zmianę własności nadawy w trakcie rozdrabniania,

−        wskaźniki oceny produktu rozdrobnionego

−        wskaźniki charakteryzujące proces – wydajność, zużycie energii.

Stopień rozdrabniania (wskaźnik określający zmianę własności nadawy):

Podstawowe działania kruszące: zgniatanie, łamanie, ścieranie, łupanie, ścinanie, udar

Teorie rozdrabniania – są to hipotezy podające relacje pomiędzy pracą rozdrabniania a zmianą stanu materiału sypkiego (zmiana uziarnienia lub powierzchni właściwej)

Teoria Rittingera (teoria powierzchniowa) – cała energia w procesie rozdrabniania zużywana jest na pokonanie sił spójności międzycząsteczkowej. Przy założeniu izotropowości materiału rozdrabnianego praca rozdrabniania jest proporcjonalna do nowo utworzonej powierzchni.

AR – praca wykonana przy wytworzeniu powierzchni S

Ar – praca jednostkowa

Teoria Kicka (teoria objętościowa) – cała energia w procesie rozdrabniania zużywana jest na wytworzenie odkształcenia, przy którym nastąpi przekroczenie naprężenia krytycznego. Zakłada się że naprężenie wzrasta liniowo z odkształceniem aż do naprężenia krytycznego. Z założeń tych wynika że praca rozdrabniania jest proporcjonalna do objętości rozdrabnianego materiału.

AK – praca rozdrabniania

kr – naprężenie krytyczne

E – moduł Younga

V – objętość rozdrabnianego materiału

Teoria Bonda – powstała w wyniku badań nad teorią powierzchniową i objętościową. Teoria ta przyjmuje, że proces rozdrabniania składa się z dwu faz: w pierwszej wywołuje się odkształcenie, doprowadzające do powstania naprężenia krytycznego i następnie w drugiej odpowiedni dodatek energii powoduje zniszczenie sił spójności międzycząsteczkowej.

Wyjaśnia to słuszność teorii Rittingera dla rozdrabniania drobnego (mały udział energii zużytej na deformację w porównaniu z energią zużytą na pokonanie sił spójności) oraz Kicka dla rozdrabniania grubego (konieczność wytwarzania dużych odkształceń przy stosunkowo niewielkiej nowo utworzonej powierzchni)

Wzór na pracę w teorii Bonda:

AB – praca rozdrabniania

Ab – praca jednostkowa

– ziarna 80-cio procentowa produktu i nadawy

Krzywe składu ziarnowego są opisem graficznym zawartości poszczególnych klas ziarnowych. Krzywe składu ziarnowego informują nas więc o uziarnieniu danego materiału i umożliwiają analizę i ocenę przebiegu procesów przeróbczych - rozdrabniania i przesiewania po wykreśleniu krzywych składu dla nadawy oraz produktów tych procesów.

Krzywa całkowa składu ziarnowego:

Całkowa postać:

Analiza sitowa:

Jednym ze sposobów określenia uziarnienia materiału i wyznaczenia krzywych składu ziarnowego jest wykonanie analizy sitowej. Wykonuje się ją na sucho (materiał grubiej uziarniony) bądź mokro (materiał drobny poniżej 0,045 mm). Analizę sitową wykonuje się na odpowiednio dobranym zestawie sit dzięki którym określa się wychody masowe a następnie procentowe dla poszczególnych klas ziarnowych.

PRZESIEWANIE

Stosowane urządzenia klasyfikujące w zależności od uziarnienia nadawy

Proces przesiewania (klasyfikacji mechanicznej) polega na rozdziale mieszaniny ziarn ze względu na ich wielkości przy pomocy urządzeń zwanych przesiewaczami. Przesiewacze mogą być wyposażone w jedno lub więcej sit, w przypadku jednego pokładu uzyskujemy dwie klasy ziarnowe – produkty. Produkt górny jest to produkt pozostały na sicie zaś materiał o wymiarach mniejszych od oczek sita który przez nie przeszedł produktem dolnym

Przesiewanie jest procesem rozdziału ziarn według ich wielkości. Proces ten odbywa się na przesiewaczach.

Skuteczność przesiewania zależy od:

– czynników związanych z konstrukcją i elementami przesiewacza

(kształt i układ otworów sita, materiał z którego wykonane jest sito, współczynnika prześwitu sita, wskaźnika podrzutu, wymiarów pokładu sitowego – obciążenie sita, rodzaju ruchu pokładu sitowego)

– czynników związanych z materiałem przesiewanym

(wilgotności, kształtu ziarn, udziału ziarn trudnych)

Przesiewacze podział:

– przesiewacze rusztowe

– przesiewacze rusztowe wałkowe

– przesiewacze kaskadowe

– przesiewacze wahadłowe

– z napędem sztywnym (mimośrodowe)

– z napędem sprężystym (rezonansowe)

– z napędem bezwładnościowym (rezonansowe i bezwładnościowe)

PRZESIEWANIE - RUCH ZIARNA PO SICIE

Założenia:

− ziarno kuliste o masie m i ciężarze G = m·g,

− powierzchnia sita nachylona do poziomu pod kątem β

− tory ruchu punktów leżą w płaszczyźnie spadku kąta β prostopadłej do powierzchni sita i nachylone są do powierzchni pod kątem α + β = γ

Aby ziarno zostało oderwane od powierzchni sita składowa normalna siły bezwładności musi być większa od składowej normalnej siły ciężkości:

czyli

Skąd

lub

Maksymalna wartość P’ ma miejsce dla maksymalnej wartości a czyli a = S_o⋅ω²

co daje nam wskaźnik podrzutu u₂:

Zakładając skok ziarna na jeden cykl ruchu przesiewacza powinniśmy utrzymywać:

Przebieg lotu ziarna w zależności od wartości wskaźnika podrzutu

Klasyfikacja hydrauliczna

Siła ciężkości:

, ,

Siła wyporu:

, ,

Ciężar pozorny ziarna:

, ,

Siła oporu dynamicznego:

, ,

gdzie:

V – objętość ziarna [m³],

δ_s – gęstość ziarna [kg/m³],

δ_c – gęstość ośrodka [kg/m³],

g – przyspieszenie ziemskie [m/s²],

v – prędkość opadania ziarna [m/s],

d – średnica ziarna o kształcie kuli [m],

ψ – współczynnik oporu zależny od charakteru ruchu ziarna względem cieczy tj. od charakteryzującej dany ruch liczby Reynoldsa

Liczba Reynoldsa wyraża stosunek siły bezwładności do siły tarcia określony wzorem:

gdzie η - współczynnik lepkości dynamicznej [N⋅s/m²]

Końcowa prędkość opadania v w danym ośrodku

Stan równowagi, przy którym przyspieszenie ziarna jest równe zeru:

1. Re < 1 dla ziarn kulistych 0,5÷100 µm

Stokes ruch laminarny:

1. 1 < Re < 1000 dla ziarn kulistych 100÷1000 µm

Allen zakres przejściowy:

1. 10³ < Re < 10⁵ dla ziarn kulistych > 1 mm

Rittinger ruch burzliwy:

W warunkach procesów technologicznych rozdzielczych, jakim jest klasyfikacja, otrzymuje się z materiału nadawy co najmniej dwa produkty, których właściwości są wzajemnie zróżnicowane. W procesie tym zakładamy uzyskanie określonych produktów o założonych właściwościach, w tym przypadku o określonych klasach ziarnowych.

Jednymi z podstawowych wskaźników oceny sprawności przesiewania (klasyfikacji) są:

gdzie:

γ_pd – wychód produktu dolnego, %

a_od – zawartość frakcji drobnej (d - ziarno podziałowe lub wymiar oczka sita) w nadawie, %

a_dd – zawartość frakcji drobnej w produkcie dolnym, %

oraz skuteczność ogólna ws. Hancocka

gdzie:

a_od – zawartość frakcji drobnej (d - ziarno podziałowe lub wymiar oczka sita) w nadawie, %

a_gd – zawartość frakcji drobnej w produkcie górnym, %

a_dd – zawartość frakcji drobnej w produkcie dolnym, %

Aktualnie rozpowszechniły się statystyczne oceny skuteczności, które biorą pod uwagę założenie, że zarówno właściwości materiałów naturalnych jak i przebiegów procesów technologicznych ich przetwarzania mają charakter zmiennych losowych, które dają się opisać przy pomocy funkcji. Analiza tych funkcji pozwala na ocenę procesów technologicznych i umożliwia ich optymalizowanie.

Podstawowymi wskaźnikami statystycznej oceny skuteczności rozdziału w przeróbce surowców mineralnych są:

• przeciętny rozkład gęstości,

• rozproszenie prawdopodobne,

• imperfekcja.

Przeciętny rozkład gęstości x₅₀ jest to wartość odciętej punktu krzywej o rzędnej ½ (50%).

Rozproszenie (odchylenie) prawdopodobne (odchylenie ćwiartkowe) E_p rozkładu prawdopodobieństwa określa się jako ½ różnicy wartości odciętych punktów krzywej, których rzędne wynoszą odpowiednio ¾ (75%) i ¼ (25%) w przypadku krzywej rosnącej. W przypadku krzywej malejącej człony różnicy ulegają wzajemnemu przestawieniu.

Imperfekcję określamy jako iloraz odchylenia prawdopodobnego E_p i przeciętnego rozkładu gęstości X₅₀. Imperfekcja może służyć jako wskaźnik dokładności rozdziału można jej użyć do porównania urządzeń wzbogacających i klasyfikujących.

Krzywe rozdziału

τ (d) = p(d)

Τ (d) = 1 – p(d)

(d – ε; d + ε) ∈ [dmin; dmax]

suma prawdopodobieństw produktu dolnego (przelewu) – p_D oraz górnego (wylewu) – p_G

p_D + p_G = 1

Prawdopodobieństwo przejścia ziarna badanej frakcji:

gdzie:

q_di – wychód masowy i tej klasy w produkcie dolnym

q_oi – wychód masowy i tej klasy w nadawie

_D – % wychód produktu dolnego

a_di – % zawartość i tej klasy w produkcie dolnym

a_oi – % zawartość i tej klasy w nadawie

Krzywa rozdziału τ(x) [%] - wyznaczenie charakterystyk rozdziału

Odchylenie prawdopodobne (odchylenie ćwiartkowe) rozkładu prawdopodobieństwa:

Imperfekcja:

Podział metod wzbogacania surowców mineralnych:

• wzbogacanie ręczne

• wzbogacanie grawitacyjne

• wzbogacanie fizyko-chemiczne - flotacja

• wzbogacanie magnetyczne

• wzbogacanie elektrostatyczne

• wzbogacanie chemiczne

• wzbogacanie biologiczne

• wzbogacanie optyczne

Sposób występowania kopaliny w złożu , jej skupienie, cechy petrograficzne, cechy fizyczne, własności magnetyczne czy elektryczne mają zasadniczy wpływ na rodzaj operacji przeróbczych, jakim należy poddać materiał surowy czy odpad w celu uzyskania wysokowartościowego koncentratu.

Materiał surowy należy zatem przed wzbogacaniem poddać bardzo dokładnym badaniom, w wyniku których opracowuje się dopiero właściwe metody wzbogacania.

Wzbogacanie jest to więc operacja przeróbcza polegająca na wydzieleniu z materiału surowego możliwie czystych ziarn użytecznych, ewentualnie zrostów minerału i możliwie czystych ziarn odpadów.

Proces wzbogacania poprzedzony jest zazwyczaj procesami przygotowawczymi jak np.: rozdrabnianie, przesiewanie.

O wyborze konkretnej metody decydują własności i podatności danego surowca mineralnego na wzbogacanie. Do wyznaczenia podatności służą odpowiednie metody jedną z nich jest zespół krzywych wzbogacalności Henry’ego

Ocena wzbogacalności surowców mineralnych

Znajomość wzbogacalności surowców mineralnych jest ważnym zagadnieniem praktycznym, gdyż stanowi wzorzec możliwości wzbogacania, do którego, należy przybliżać się w warunkach przemysłowych.

Ustalenie wzbogacalności badanych materiałów pozwala określić maksymalne wzbogacenie jakie można osiągnąć w danych warunkach przemysłowych z surowca aktualnie przerabianego, cechującego się daną podatnością na wzbogacenie.

Brak jednoznacznej definicji czy kryteriów wzbogacalności materiałów, gdyż wyznacza się je zawsze dla pewnych warunków. Zaproponowano kilka metod określania wzbogacalności, każda z nich opiera się jednak na innych kryteriach i metodyce, co w konsekwencji dostarcza charakterystycznych tylko im wzbogacalności. Jednoznacznie zdefiniowane są tylko stany i kryteria braku wzbogacania oraz idealnego wzbogacania

Zespół krzywych wzbogacalności (Henry’ego) – dla węgla

Rozdział densymetryczny węgla

Otrzymane w wyniku rozdziału densymetrycznego, frakcje ciężarowe węgla surowego, po ich dokładnym opłukaniu w wodzie o temperaturze około 60°C, osuszeniu w temperaturze pokojowej (około 25°C) w celu usunięcia wilgoci powierzchniowej, waży się i ustala (oblicza się) procentowe ich wychody w stosunku do całości próby. Po ustaleniu wychodów kolejnych frakcji określa się w każdej z nich zawartość popiołu przez spalenie próbki frakcji w piecu muflowym. Obliczone wychody kolejnych frakcji oraz oznaczone w nich zawartości popiołu zestawia się w tabeli obliczeniowej.

W przypadku węgla frakcje najlżejsze są zbiorem ziarn o najniższej zawartości popiołu (ciężar węgla 1,25g/cm³). Im cięższa frakcja to wzrasta zawartość popiołu, ponieważ skała płonna towarzysząca ma ciężar 2,4 do 2,7 g/cm³. Po rozdzieleniu próby na założone frakcje i wysuszeniu ważymy i określamy procentowe wychody w stosunku do całkowitej masy próbki. Po określeniu wychodów przygotowujemy każdą do analizy na zawartość popiołu.

obliczenia

zespół krzywych wzbogacalności węgla - Henry’ego

średnia zawartość popiołu w węglu surowym:

uzysk części palnych w koncentracie: , uzysk popiołu w odpadach:

zawartość popiołu w koncentracie:, zawartość popiołu w odpadach:

WZBOGACANIE GRAWITACYJNE

METODY WZBOGACANIA GRAWITACYJNEGO opierają się na różnicy ciężarów właściwych kopaliny użytecznej i zanieczyszczjącej ją skały płonnej, w przypadku odpadów w różnicy ciężarów właściwych poszczególnych składników wchodzących w skład danego odpadu. Wzbogacanie mechaniczne może być prowadzone w ośrodku wodnym, powietrznym lub w cieczach ciężkich.

CIECZE CIĘŻKIE – ciecze, których ciężar właściwy jest wyższy od ciężaru właściwego wody.

Rozróżniamy ciecze ciężkie:

• właściwe do których zaliczamy wodne roztwory chlorku cynku (ZnCl₂) lub chlorku wapnia (CaCl₂) oraz płynne roztwory związków chemicznych takich jak bromoform (CHBr₃ – 2,98 g/cm³), czterochlorek węgla (CCl₄ – 1,58 g/cm³), itp., których ciężar właściwy obniża się poprzez dodatek takich rozpuszczalników (o niskim ciężarze właściwym) jak spirytus, eter, benzyna, benzen, ksylen. Cieczy ciężkich właściwych używa się wyłącznie do badań laboratoryjnych ze względu na ich wysoką cenę, dużą lepkość, straty w warunkach przemysłowych a także na ich własności trujące i korodujące.

• ciecze zawiesinowe, które są podstawą procesów przemysłowych – jest to mieszanina wody i miałko zmielonego minerału ciężkiego nierozpuszczalnego w wodzie, lecz tworzącego w niej zawiesinę. Minerał ten to obciążnik o ziarnach 0,1 do 0,3 mm. Obciążnikiem mogą być takie minerały jak: piasek kwarcowy, baryt, magnetyt itp.

Gęstość cieczy ciężkiej zawiesinowej:

gdzie:

V – objętość ciała stałego w stosunku do całkowitej objętości cieczy zawiesinowej, %

z – gęstość ciała stałego (obciążnika), g/cm3

Obciążniki:

piasek kwarcowy – 2,6 g/cm3

baryt – 4,3-4,6 g/cm3

magnetyt – 4,9-5,3 g/cm3

żelazo krzem – 6,5-6,8 g/cm3

galena – 7,6 g/cm3

piryt – 5,2 g/cm3

WZBOGACANIE FLOTACYJNE

Flotacja jest jedną z metod wzbogacania stosowaną do rozdziału bardzo drobnych ziarn mineralnych. Metody flotacyjne oparte są na wykorzystaniu różnic we własnościach fizykochemicznych powierzchni surowców mineralnych (minerałów). Własności fizykochemiczne powierzchni surowców mineralnych i skały płonnej jest to zespół zjawisk chemicznych i fizycznych zachodzących na ich powierzchni i wynikających ze stanu energetycznego tej powierzchni oraz związanych z adsorpcją (chemiczną i fizyczną) różnych substancji, zjawiskami zachodzącymi na granicy trzech faz: powierzchnia minerału - woda - powietrze. Fizycznie mierzalnym efektem tych zjawisk jest zwilżalność powierzchni mineralnej jest ona mierzona tzw. kątem zwilżania Θ. Powierzchnia mineralna może być zwilżalna (hydrofilna), i wówczas Θ = 0 lub niezwilżalna wodą (hydrofobowa), gdy Θ >0. Do surowców mineralnych charakteryzujących się wysoką naturalną hydrofobowością (Θ >> 0) należy zaliczyć siarkę rodzimą, grafit, molibdenit.

Proces flotacji przebiega w zawiesinie wodnej drobno zmielonego surowca mineralnego i polega na selektywnym przyczepianiu się rozpraszanych w tej zawiesinie pęcherzyków powietrza do wybranych ziarn mineralnych. Tak powstały agregat - pęcherzyk powietrza i ziarno - jest lżejszy od wody i wypływa na powierzchnię zawiesiny tworząc na jej powierzchni pianę i może zostać zebrany jako produkt pianowy. Flotacja jest stosowana powszechnie do wzbogacania wszelkich surowców mineralnych, w szczególności gdy do wzbogacenia konieczne jest rozdrobienie nadawy do ziaren o wielkości mniejszej od około 0.3-0.1mm z uwagi na optymalny stopień uwolnienia minerału użytecznego. W przypadku wzbogacania węgla z uwagi na niski ciężar właściwy tego surowca uziarnienie ziaren węgli kamiennych może być grubsze nawet powyżej 1mm.

W celu zmiany własności powierzchniowe minerałów stosuje się odpowiednio dobrane substancje chemiczne tj. odczynniki flotacyjne. Odczynniki te wprowadzanie do zawiesiny adsorbując się na powierzchni minerału którego powierzchnia była hydrofilna (zwilżalną przez wodę) modyfikuję ją czyniąc ją hydrofobową (niezwilżalną) umożliwiając przyczepienie się do niej pęcherzyka powietrza.

Operacji flotacji dokonuje się w urządzeniach zwanych flotownikami lub często maszynami flotacyjnymi. Maszyna flotacyjna zbudowana jest z komory (zbiornika), do której wprowadza się zawiesinę i wirnika lub aeratora zanurzonych w zawiesinie. Czynnikiem roboczym we flotacji są pęcherzyki powietrza wprowadzanego do wypełniającej komorę flotacyjną wodnej zawiesiny drobno zmielonej rudy. Powietrze jest wprowadzane ponad dnem komory i dyspergowane (rozpraszane) na drobne pęcherzyki, które unosząc się do góry, zderzają się na swej drodze z ziarnami mineralnymi. Ziarna, które zdołały przyczepić się do pęcherzyków (mogą to być tylko ziarna hydrofobowe), tworzą z pęcherzykiem agregat lżejszy od wody i wypływają wraz z nimi na powierzchnię. Gromadzące się na powierzchni zawiesiny pęcherzyki wraz z cząstkami mineralnymi przyczepionymi do nich, tworzą tzw. pianę flotacyjną, która zwykle w sposób mechaniczny jest zgarniana do rynien (lub koryt) odprowadzających ją do dalszej przeróbki. W celu utrzymania ziaren w stanie rozproszonym w zawiesinie i dyspergowania doprowadzanego do niej powietrza, miesza się ją bądź mechanicznie specjalnej konstrukcji mieszadłem wirnikowym (wirnik maszyny flotacyjnej), bądź samym przepływem powietrza. Powietrze jest wprowadzane do zawiesiny pod ciśnieniem bądź zasysane przez odpowiedniej konstrukcji wirnik tzw. samozasysający. Dyspergowania zassanego powietrza dokonuje obracający się wirnik (maszyny agitacyjne-mechaniczne), natomiast gdy powietrze wprowadzane jest pod ciśnieniem, to może być dyspergowane bądź przepływając przez porowatą przegrodę tzw. aeratora (maszyny pneumatyczne) bądź mechanicznie wskutek ruchu wirnika (maszyny mechaniczno-pneumatyczne).

W celu przeprowadzenia skutecznego rozdziału różnych minerałów metodą flotacji konieczne jest stworzenie odpowiednich warunków fizykochemicznych procesu. Dokonuje się tego przez zastosowanie specjalnych odczynników chemicznych gwarantujących prawidłowy jego przebieg zatem zapewniających wysokie uzyski składnika użytecznego w koncentracie i wysoką jakość koncentratu flotacyjnego. Substancje te nazwano odczynnikami flotacyjnymi i dzieli się na trzy grupy:

Odczynniki zbierające (zbieracze, kolektory), wśród których wyróżniamy zbieracze jonowe (anionowe, kationowe, amfoteryczne) i niejonowe (apolarne). Odczynniki te po wprowadzeniu do zawiesiny flotacyjnej adsorbują się wybiórczo (selektywnie) na powierzchni ziarn tylko wybranych minerałów, hydrofobizując ich powierzchnię i w efekcie umożliwiają ich skuteczne wyniesienie do piany (wyflotowanie). Wybór rodzaju i typu odczynnika zależy od rodzaju i charakteru chemicznego powierzchni minerału. W zależności od warunków fizykochemicznych i rodzaju odczynnika zbieracze mogą adsorbować się na minerale drogą adsorpcji fizycznej lub chemicznej.

Odczynniki pianotwórcze inaczej spieniacze są to związki organiczne, które adsorbują się na granicy rozdziału ciecz-gaz, na ogól obniżają napięcie powierzchniowe na granicy faz woda-powietrze i umożliwiają tworzenie się odpowiednio trwałej i obfitej piany. Z pianą wynoszone są flotujące minerały i mogą być zgarniane z powierzchni zawiesiny jako produkt (koncentrat) pianowy.

Odczynniki modyfikujące (odczynniki regulujące, modyfikatory) stanowią obszerną grupę odczynników przeważnie nieorganicznych, które najogólniej rzecz biorąc, mają za zadanie regulację działania zbieraczy w kierunku polepszenia skuteczności i selektywności flotacji. Wyróżniamy tu np. aktywatory, depresory i regulatory pH.

Układ flotacyjny jest układem bardzo złożonym i wyniki wzbogacania flotacyjnego zależą od bardzo wielu czynników. Czynniki te można sprowadzić do czterech grup związanych z:

własnościami chemicznymi i fizycznymi powierzchni mineralnej, składem i własnościami mineralogicznymi i petrograficznymi kopaliny,

charakterystyką zawiesiny flotacyjnej: pH środowiska, składem jonowym, zagęszczeniem części stałych, temperaturą, składem granulometrycznym,

charakterem dodawanych do zawiesiny odczynników flotacyjnych (rodzaj, ilość, sposób i kolejność ich dozowania, czas kontaktu),

charakterystyką pracy flotowników (maszyn flotacyjnych): wydajność, intensywność mieszania i napowietrzania zawiesiny flotacyjnej, poziom zawiesiny w komorze, sposób odbierania piany, czas flotacji.

Flotacja to separacja typu ciało stałe a ciecz lub ciecz-ciecz. W przeciwieństwie do procesu sedymentacji jest ona stosowana do usuwania cząsteczek zanieczyszczeń o gęstości niższej od tej jaką ma ciecz, w której się one znajdują.

Istnieją trzy typy flotacji: naturalna, wspomagana i wymuszona. 

Naturalna flotacja	Flotacja wspomagana	Flotacja wymuszona
Zachodzi jeśli różnica w gęstości jest naturalnie wystarczająca do zajścia procesu separacji.	Zachodzi kiedy zastosowane są zewnętrzne czynniki w celu promowania separacji cząsteczek, które naturalnie unoszą się na powierzchni.	Zachodzi kiedy gęstość cząsteczek jest sztucznie zmniejszana aby pozwolić cząsteczkom na unoszenie się na powierzchni. Opiera się to na zdolności cząsteczek danego ciała stałego lub cieczy do łączenia się z pęcherzykami gazu (zwykle powietrza) w celu wytworzenia połączenia cząsteczka-gaz o gęstości mniejszej niż ciecz.

Flotacja z powietrzem rozpuszczonym: DAF (Dissolved Air Flotation) jest procesem flotacji wymuszonej z użyciem bardzo drobnych pęcherzyków powietrza lub tzw. « mikropęcherzyków» o wielkości średnicy od 40 do 70 μm.

Mechaniczna flotacja jest to termin używany w przemyśle do określenia zastosowania rozproszonego powietrza w celu wytworzenia pęcherzyków o wielkości średnicy 0.2 do 2 mm.

Warunki zastosowania różnych procesów flotacji w oczyszczaniu ścieków są podsumowane w poniższej tabeli:

Typ flotacji	Zastosowany przepływ powietrza  [Nl.m^-3 wody]	Wielkość pęcherzyków	Nakład mocy na oczyszczany  1 m^3 [Wh.m^-3 ]	Teoretyczny czas retencji [min]	Hydraulic surface loading [mgodz^-1 ]
Wspomagana (usuwanie tłuszczu)	100-400	2-5 mm	5-10	5-15	10-30
Mechaniczna (flotacja piany)	10.000	0.2-2 mm	60-120	4-16
Flotacja z rozpuszczonym powietrzem  (klarowanie)	15-50	40-70 μm	40-80	20-40 (bez flokulacji)	3-10

WZBOGACANIE MAGNETYCZNE

W procesie wzbogacania magnetycznego wykorzystuje się różnice w zachowaniu się substancji w polu magnetycznym. Zachowanie to określa tzw. podatność magnetyczna objętościowa (określana zwykle symbolem χ), która jest bezwymiarowa. Ciała, które są wypychane z pola magnetycznego nazywane diamagnetykami i mają ujemne wartości χ. Substancje paramagnetyczne charakteryzują się dodatnimi wartościami χ, i są wciągane w pole magnetyczne w kierunku zagęszczających się linii sił pola magnetycznego. Silnie magnetyczne substancje, zwane ferromagnetykami, mają nie tylko wysokie wartości χ, ale wartości χ, zależą od stosowanego pola magnetycznego. Do silnie magnetycznych należy żelazo.

Wielkości makroskopowe charakteryzujące stan magnetyczny

1. Względna przenikalność magnetyczna µ_r (stosunek indukcji magnetycznej B w magnetyku do indukcji magnetycznej B_o w próżni):

2. Podatność magnetyczna:

Indukcja magnetyczna w magnetyku jest równa:

Wielkość nosi nazwę magnetyzacji lub namagnesowania i jest liczbowo równa momentowi magnetycznemu jednostki objętości.

Rozróżnia się trzy typy magnetyków w zależności od wielkości i znaku podatności magnetycznej:

Diamagnetyki

Paramagnetyki

Ferromagnetyki oraz

Na cząstkę umieszczoną w polu magnetycznym działa siła magnetyczna F_mag, której wartość w kierunku osi X opisana jest równaniem:

F_mag = HdH/dx

gdzie:

χ - podatność magnetyczna objętościowa (bezwymiarowa) H - natężenie pola magnetycznego (A/m) dH/dx zmienność pola po odległości μo - przenikalność magnetyczna próżni, 4Π10^-7 Vs/Am m - masa ziarna

Podatność magnetyczna wybranych minerałów χ_w= χ/ρ

Minerał	Skład chemiczny	χ (cm^3/g)
kwarc	SiO2	-6,2*10^-6
kalcyt	CaCO3	-4,8*10^-6
sfaleryt	ZnS	-3,27*10^-6
piryt	FeS2	3,77*10^-6
hematyt	Fe2O3	258,74*10^-6
getyt	FeOOH	326,56*10^-6
syderyt	FeCO3	1230,88*10^-6

PROCESY ODWADNIANIA

SITO ŁUKOWE

Sito łukowe znajduje zastosowanie w procesach: filtracji, odwadniania, odmulania, separacji itp.
Wydajność jednego sita łukowego zależy od prześwitu i typu drutu profilowego (np. dla szczeliny S=1mm, wydajność wynosi pomiędzy 75-110 m3/h*m2).

Hydrocyklon

Wirówka

1. Cylinder
2. Śruba zębata
3. Materiał wprowadzany
4. Dystrybutor
5. Przestrzeń w cylindrze
6. Osadzony materiał
7. Poziom cieczy
8. Strefa schnięcia
9. Oczyszczona ciecz
10. Progi do dostosowania

Zagęszczanie

ZAGĘSZCZANIE – zagęszczacze z wkładami lamelowymi

www.metso.com

ZAGĘSZCZANIE – zagęszczacze (klarowniki) spiralne

www.metso.com

FILTRACJA - FILTR PRÓŻŃIOWY

FILTRACJA - CIŚNIENIOWA

Prasa filtracyjna taśmowa (www.dwteng.com)

1. wlot osadu
2. sekcja odwadniania wstępnego
3. system płukania taśmy
4. rura przelewowa odprowadzająca odciek
5. rolki napędowe
6. rolki prasujące
7. rolki prowadzące taśmę
8. rolki napinające taśmę
9. wylot filtratu
10. taca filtratu (opcjonalna)

FILTRACJA CIŚNIENIOWA - PRASA LAROX (www.larox.fi)

SUSZENIE TERMICZNE

Suszarki (www.makrum.pl)

Suszarki parowe

www.metso.com

Urządzenie Holo-Flite® - procesor termiczny produkowane przez Metso Minerals jest pośrednim wymiennikiem ciepła wykorzystującym pustą przestrzeń zwoju ślimaka do podgrzewania, chłodzenia lub osuszania materiałów sypkich, placków filtracyjnych, past lub szlamów.

KONTROLA PROCESU PRZERÓBKI SUROWCÓW MINERALNYCH

Metody statystyczne pozwalają w sposób obrazowy przedstawić proces oraz określić granice przy których należy reagować, żeby proces nie wymknął się spod kontroli. Stosowanie metod statystycznych wbrew pozorom nie musi być uciążliwe i trudne w organizacji.

Kontrola procesu przeróbki surowców mineralnych można podzielić na elementy:

•Kontrola parametrów wzbogacanego materiału:

- skład ziarnowy

- zawartość składnika użytecznego

- wilgotność

•Kontrola parametrów procesowych:

- parametry urządzeń np. temperatura łożysk, pobór energii elektrycznej

- parametry procesu np. pH, gęstość zawiesiny, poziom w urządzeniu, przepływ

Informacje o składzie ziarnowym materiału są ważne w odniesieniu zarówno do surowca kierowanego do procesów przeróbki, powstających w nich produktów końcowych, a także w odniesieniu do strumieni międzyoperacyjnych.

Dla przeróbczych procesów rozdrabniania i klasyfikacji skład ziarnowy jest podstawowym wskaźnikiem ich oceny.

Urządzenia pomiarowe składu ziarnowego najczęściej oparte są na wykorzystaniu jednej z następujących metod:

•pomiar lepkości mętów,

•sedymentacja ziaren w zawiesinie,

•dyfrakcja światła w zawiesinie,

•fotoelektryczne przeszukiwanie przestrzeni,

•pochłanianie ultradźwięków,

•pochłanianie strumienia laserowego,

•segregacja ziaren w polu odśrodkowym,

•pomiar naprężeń w pręcie pod wpływem uderzających weń ziaren,

•bezpośredni pomiar ziaren maksymalnych,

•uproszczoną analizę sitowa.

Granulometr MultipointTM PSM-400 firmy AUTOMETRICS umożliwia wykonanie ciągłego pomiaru wielkości ziaren wybranych klas ziarnowych w zawiesinie, jak również określenie w niej zawartości części stałych. Jest przeznaczony do stosowania w instalacjach technologicznych, jest szeroko rozpowszechniony w przemyśle mineralnym jako standardowy granulometr działający w czasie rzeczywistym w układach mielenia i klasyfikacji.

Sposób pomiaru oparty jest na zjawisku absorpcji ultradźwięków w zawiesinie i wykorzystaniu jej do określenia wielkości ziaren i zawartości części stałych w zawiesinie. Ustrój pomiarowy granulometru składa się z dwu modułów głowic: nadajnik – odbiornik ultradźwięków o różnych częstotliwościach. Moduł na górze celi pomiarowej pracuje na niższych częstotliwościach – głowice mają większy rozstaw, natomiast dolna para głowic pracuje na wyższych częstotliwościach, a odstęp miedzy głowicami jest mniejszy

Granulometr PSI – 200

firmy OUTOKUMPU, jest urządzeniem do ciągłego pomiaru wielkości cząstek, oraz ich zawartości w zawiesinie. Zastosowano w nim technikę bezpośredniego pomiaru ziaren. W odróżnieniu od ultradźwiękowych mierników wielkości cząstek, w urządzeniu tym nie występują wymagające szczególnej konserwacji eliminatory powietrza. Urządzenie znalazło szerokie zastosowanie w przemyśle metali kolorowych, żelaza, surowców mineralnych i cementowym.

W trakcie przepływu próbki zawiesiny przez przetwornik rozmiaru cząstek, największe, losowo wybrane ziarna, są mierzone przez posuwisto zwrotny czujnik szczękowy z ceramiczną końcówką, który przekształca pomiar na sygnał elektryczny. Przetwornik jest okresowo przemywany wodą i automatycznie realizowane jest w tym elemencie sprawdzanie zera.

Wynik, oparty na 30...400 ostatnich pomiarach wykonywanych z częstotliwością sekundową, jest aktualizowany i wyświetlany raz na minutę.

Określenie składu ziarnowego produktu oparte jest na założeniu istnienia rozkładu normalnego wielkości ziaren w produkcie. Wykorzystując to założenie, na podstawie określonego na drodze bezpośrednich pomiarów rozkładu ziaren maksymalnych w opomiarowanym strumieniu, obliczany jest skład ziarnowy dla pełnego zakresu wielkości ziaren w tym strumieniu.

Krzywe składu ziarnowego ziaren maksymalnych oraz wszystkich ziaren są podstawą do określenia wychodów określonych ziaren przedstawianych jako wynik pomiaru.

Granulometr PSI – 500 firmy OUTOKUMPU

Granulometr przeznaczonym jest do ciągłego pomiaru wielkości cząstek w urządzeniach przemysłowych. W odróżnieniu od modelu PSI – 200, zastosowano w nim metodę rozpraszania wiązki laserowej. Urządzenie nie wymaga zewnętrznej kalibracji. PSI – 500 może być wykorzystywany do:

•kontroli uziarnienia w zagęszczaczach,

•monitorowania składu ziarnowego podsadzek górniczych,

•kontroli jakości (m. in. składu ziarnowego) produktów przemysłu mineralnego.

Analizator wielkości cząstek PAR-TECTM firmy LASENTEC

w odróżnieniu od wcześniej opisanych: PSI i PSM, jest sondą pomiarową, która wprowadzana do medium bezpośrednio mierzy ziarna w strumieniach technologicznych (w zbiornikach reaktorów, rząpiach rurociągach, krystalizatorach itp.). Różnorodność oferowanych przez firmę modeli sond pozwala na ich zastosowanie w wielu dziedzinach przemysłu: górniczym, chemicznym, farmaceutycznym, celulozowo-papierniczym, spożywczym, biotechnologii.

ANALIZATORY PIERWISTKÓW

COURIER 6SL

Pomiar parametrów jakościowych węgla:

1.Pomiar absorbcji promieniowania gamma

2.Pomiar rozproszenia promieniowania gamma

3.Pomiar promieniowania naturalnego

POPIOŁOMIERZE – ALFA (EMAG)

ALFA-05/2E to najnowsze rozwiązanie popiołomierza radiometrycznego o prostej i łatwej do zabudowy konstrukcji, który umożliwia ciągły pomiar zawartości popiołu w węglu o granulacji 0-80 mm, m.in. w przypadku, gdy węgiel o różnej jakości ułożony jest na taśmie warstwowo.

Zastosowana w tym urządzeniu metoda pomiarowa, bezstykowa, oparta jest na zjawisku pochłaniania nisko i średnioenergetycznego promieniowania gamma.

Popiołomierz ALFA-05/2E przystosowany jest do wykorzystania w systemach sterowania, wizualizacji oraz w systemach dyspozytorskich.

Popiołomierz RODOS jest nowoczesnym, w pełni bezpiecznym urządzeniem przeznaczonym do ciągłego pomiaru zawartości popiołu w węglu kamiennym, brunatnym, lignitach oraz odpadach transportowanych przenośnikiem taśmowym. W skład popiołomierza RODOS wchodzi waga taśmociągowa, co umożliwia jego stosowane do kontroli jakościowo - ilościowej:

•urobku surowego

• nadawy na zakład przeróbczy

• odpadów

• węgla transportowanego z kopalni bezpośrednio do elektrowni

Urządzenie umożliwia także ocenę kaloryczności węgla.

W popiołomierzu RODOS zastosowano metodę pomiaru opartą na korelacyjnej zależności między zawartością popiołu w węglu a jego naturalną promieniotwórczością gamma.

EKONOMICZNA OCENA PROCESÓW PRZERÓBKI SUROWCÓW MINERALNYCH

„EKONOMIKA - nauka o zależnościach ekonomicznych zachodzących między poszczególnymi czynnikami potrzebnymi do wytwarzania dóbr i świadczenia usług oraz o zasadach organizacji pracy i zarządzania w przedsiębiorstwach”

Do oceny ekonomicznej zakładu przeróbczego potrzebne są:

- cena produktu końcowego

- koszt wytworzenia produktu końcowego

Czynniki te decydują o wysokości zysku i rentowności

Kryterium oceny efektów ekonomicznych powinno obejmować wzajemne zależności parametrów technologicznych i ekonomicznych całokształtu rozpatrywanych procesów i umożliwiać określenie najwyższej, możliwej do osiągnięcia w danych warunkach rentowności

Podział kosztów własnych procesów wzbogacania można dokonać biorąc pod uwagę:

1.Treść ekonomiczną

2.Rolę poszczególnych składników w procesie produkcyjnym

3.Potrzeby planowania produkcji i księgowości

KOSZTY – Podział podstawowy

1.Koszty pracy i płac

2.Koszty produkcyjne i koszty ogólne (produkcyjne: koszty prowadzenie procesu technologicznego – surowce materiały, paliwa, energia zaś ogólne to: koszty ogólnej obsługi i kierowania procesem )

3.Koszty bezpośrednie i koszty pośrednie (bezpośrednie możemy odnieść bezpośrednio do kosztów produkcji, pośrednie odnosi się do wydziału lub całego przedsiębiorstwa i obciąża nimi zgodnie z ustalonymi regułami poszczególne układu (obiekty) kalkulacyjne

4.Koszty proste i koszty złożone (koszty proste nie podlegają podziałowi na bardziej elementarne składniki, koszty złożone można poddać dalszemu podziałowi

5. Koszty na okres czasu (kwartał, rok) i koszty przerobu surowca [Mg] lub wytworzenia koncentratu lub metalu w koncentracie:

6. Koszty zmienne i stałe