Обогащение твердого и концентрирование жидкого и газообразного сырья

Сырьевые материалы подвергают подготовке, связанной, в первую очередь, с обогащением твердого сырья, концентрированием жидкого и газообразного сырья [1, 4, 5].

Обогащение сырья – совокупность физических и физико-химических методов обработки минерального сырья (руды, угля и др.) для удаления пустой породы и повышения содержания основного компонента в концентрате, который в результате химической реакции превращается в целевой продукт. С этой же целью проводят концентрирование жидкого и газообразного сырья.

Если в сырье содержится несколько полезных составляющих, его делят на составные части (фракции), обогащенные тем или иным компонентом и являющиеся сырьем для различных производств.

Методы подготовки сырья зависят от его фазового состояния. Большая группа методов предназначена для обогащения твердых материалов.

Гравитационный метод – разделение, основанное на разной скорости падения частиц разной плотности и крупности в потоке жидкости или газа или на действии центробежной силы (этот метод широко применяется для обогащения сырья в производстве силикатных материалов, минеральных солей и в металлургии).

Электромагнитный метод основан на разделении компонентов по магнитной проницаемости, например отделение магнитного железняка, хромистого железняка, рутила и других магнитно-восприимчивых материалов от пустой породы.

Электростатический метод – это разделение по электрической проводимости (отделение проводящих руд от диэлектрических пород, например гипса, известняка, силикатов и др.).

Флотация является наиболее универсальным и совершенным методом обогащения, применяемым в наибольших масштабах. Методом флотации извлекаются из минерального сырья практически все минералы. Флотация основана на различной смачиваемости минералов водой.

Данный процесс проводят путем пропускания через водную суспензию твердого измельченного материала мелких пузырьков воздуха. За счет действия сил поверхностного натяжения несмачиваемые (гидрофобные) частицы прикрепляются к пузырьку воздуха и всплывают на поверхность, образуя пену. Смачиваемые (гидрофильные) частицы погружаются в жидкость.

Для обеспечения эффективной флотации в суспензию вводят различные флотационные реагенты, усиливающие избирательность и прочность прилипания минеральных частиц к пузырькам воздуха. Основными флотореагентами, изменяющими смачиваемость, являются собиратели или коллекторы. Эти вещества селективно сорбируются на поверхности одних минералов, увеличивая их гидрофобность, и не сорбируются на поверхности других. Также во флотируемую суспензию для увеличения устойчивости пузырьков и образования стабильной пены вводятся пенообразователи.

Рассеивание (грохочение)применяют для разделения твердой породы, содержащей минералы различной прочности и образующей при измельчении зерна разного размера. При последовательном пропускании измельченного сырья через грохоты – металлические сита с отверстиями различных размеров – происходит разделение на фракции, обогащенные определенным минералом.

Термическое обогащение основано на различии в плавкости компонентов сырья.

Химическое обогащение базируется на различии во взаимодействии компонентов сырья с химическими реагентами с последующим выделением образовавшегося соединения осаждением, испарением, плавлением и т. п. Существует также галургический метод обогащения, основанный на различной растворимости.

Жидкости, точнее жидкие растворы, концентрируются выпариванием растворителя, донасыщением раствора полезным компонентом, выделением каких-либо компонентов (примесей) в осадок (кристаллизация) или в газовую фазу (десорбция, испарение примесей). Для разделения жидких смесей используется также жидкостная экстракция.

Выпаривание воды часто применяют в производстве минеральных солей и щелочей, в цветной металлургии, а также для концентрирования труднолетучих кислот (серной, фосфорной, органических). Для концентрирования природных рассолов используют испарение воды (летом) или вымораживание ее в зимнее время. При нефтепереработке, в производстве спиртов, эфиров, анилина и многих других органических продуктов применяют дистилляцию и ректификацию, при которых из смеси испаряется (с последующей конденсацией) наиболее ценный компонент (продукт), а в жидкой фазе остаются менее ценные, высококипящие компоненты (тяжелые углеводороды, вода и т. п.).

Насыщение исходных и циркулирующих растворов растворением в них твердых и газообразных компонентов широко распространено в химических производствах. Например, в содовом производстве донасыщается природный рассол за счет растворения твердой поваренной соли. Донасыщение осуществляется во многих производствах с циркулирующими растворами, например при электролизе раствора поваренной соли, в производстве глинозема и др. Для осаждения из жидкостей примесей к ним добавляют такие вещества, которые с ними реагируют с образованием осадков; затем осадки отделяют. Иногда добавки вызывают коагуляцию и происходит осаждение коллоидных примесей или полимеров. Осаждение примесей из раствора применяется во многих производствах органического синтеза, минеральных солей, соды и т. п. В других случаях из раствора кристаллизуют (осаждают) основной компонент, оставляя примеси в растворе. Так получают в концентрированном виде многие соли; этот метод часто используется в гидрометаллургии для выделения концентратов цветных металлов из полиметаллических руд.

Жидкостная экстракция (или экстрагирование) заключается в избирательном извлечении некоторых компонентов жидкой смеси. В результате получают две жидкие фазы: раствор с экстрагированными компонентами и оставшаяся часть раствора. Этот метод широко применяется в технологии органических веществ.

Газовые смеси разделяют на отдельные компоненты, главным образом, следующими способами:

1) последовательной конденсацией газов при сжатии (компрессии) и понижении температуры;

2) последовательным испарением газов из предварительно сжиженной их смеси;

3) абсорбционно-десорбционным методом;

4) адсорбционно-десорбционным методом.

Дальнейшее совершенствование процессов обогащения сырья связано с решением ряда теоретических вопросов, к числу которых относятся: изучение изменения физических и физико-химических свойств минералов, воды и различных реагентов, а также поверхности раздела воздух – жидкость в результате воздействия на них различных силовых полей и излучений (ядерные и фотонные излучения, магнитные и электрические поля, ультразвук); установление физических характеристик поверхностных слоев минералов; связь этих характеристик с поведением частиц при флотационном, электрическом и других методах обогащения; выяснение физико-химических свойств водных растворов реагентов и особенностей их взаимодействия с минералами, свойств и структуры абсорбционных слоев реагентов; вопросы гидродинамики двух- и трехфазных систем применительно к условиям гравитационного обогащения полезных ископаемых.

Обогащение сырья является одним из важнейших элементов энергосберегающей технологии. Так, например, подготовка сырья для получения ароматических углеводородов (гидроочистка, четкое фракционирование) обеспечивает сокращение энергозатрат на 23%. Существенно снижает энергозатраты подготовка сырья для пиролиза (гидрирование бензинов или газойлей и очистка их от серы и азота).

Поиск по сайту: