Способ сухого обогащения кварцевых песков

(51) 10 1/00 (2011.01) 07 9/00 (2011.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ исходного кварцевого песка с последующим выведением из процесса магнитных фракций. В процессе аэродинамического обогащения в скоростных потоках и полях(ударных,электрических,ультразвуковых,тепловых,магнитных и других) частицы и зерна материала очищаются,электризуются,раскалываются,шлифуются, дезинтегрируются, сепарируются и радиореабилитируются. Основной принцип, заложенный в схему - это максимально аэродинамическая дезинтеграция и аэродинамическая оттирка поверхности зерен кварца от пленок и эффективная аэродинамическая классификация по классу 100 микрон. Предлагаемый способ позволяет получить чистые и особо чистые, однородные по прочности и классифицированные частицы и зерна кварцевого песка заданной формы с низким содержанием вредных примесей (оксидов железа, алюминия,титана и природных долгоживущих радионуклидов). При этом зерна кварца приобретают полированную, химически активную,поверхность и заданную форму окатанности,преимущественно - шаровую.(72) Кадырбеков Мамадияр АртукбаевичКадырбекова Мухаббат ЗайнитдиновнаЧудновец Александр Владимирович Карнаухов Анатолий АнатольевичБоброва Ольга ВладимировнаКошелченков Леонид Викторович(73) Общество с ограниченной ответственностью Коралайна ИнжинирингТоварищество с ограниченной ответственностью Фирма Дана(54) СПОСОБ СУХОГО ОБОГАЩЕНИЯ КВАРЦЕВЫХ ПЕСКОВ(57) Изобретение относится к технологии обогащения кварцевых песков. Способ обогащения кварцевых песков, взятых из вскрытых шурфов месторождений Рай, Сары-Шокы 2, Жанплес-2 для получения концентрата марки ВС 050-1 и С-070-1 по ГОСТ 22551-77, использует сухую аэродинамическую схему обогащения Изобретение относится к способам обогащения кварцевых песков,использует сухую аэродинамическую схему обогащения исходного кварцевого песка с последующим выведением из процесса магнитных фракций и предназначено для получения концентрата марки ВС-050-1 и С-070-1 по ГОСТ 22551-77. Известны четыре основных, применяемых в промышленности,механических процесса обогащения песков 1. Классификация песков - в процессе которой,формируется не только требуемая в стекловарении рабочая фракция -0,5-0,1 мм, но здесь, же параллельно с удалением фракции -0,1 мм в отходы уходят богатые оксидами металлов глинистые и пелитовые частицы. Последние являются абсорбентами вторичных минералов за счет большой относительной поверхности зерен. 2. Оттирка - направлена на удаление вторичных минеральных образований (пленок) с поверхности кварцевых частиц, за счет трения зерен песка друг о друга. 3. Гравитационное обогащение - основанное на разделение зерен кварца и минералов (тяжелая фракция) из-за различия их удельных весов. 4. Магнитная сепарация - разделение минералов с различной магнитной восприимчивостью. Все эти процессы основаны на мокрой технологии (с применением воды) обогащения песков. Обогащение кварцевых песков с получением стекольных марок ВС 050, ВС 030, ОС-025, ОС-010,осуществляемое по мокрой технологии, включает в себя основные технологические процессы Дезинтеграцию- Сушку готового концентрата. Существует множество различных способов обогащения природных песков, например способ обогащения жильного кварца, известный из патента РФ 2042430, опубликованного 27.08.1995 и включающего дробление песка с последующей магнитной сепарацией, или известный способ обогащения жильного кварца,включающий механическое дробление (кусковой кварц 5010 мм),промывку,нагрев до 1000-1100(разупрочнение), охлаждение (термодробление),ручную разборку, измельчение, рассев на рабочую фракцию, магнитную сепарацию, флотацию,химическую обработку, промывку, фильтрацию,сушку и прокаливание. Недостатками указанных способов является недостаточная эффективность оттирки поверхности частиц, высокая материалоемкость и энергоемкость,высокая изнашиваемость аэродинамических элементов и,как следствие,затирание обогащаемых материалов технологическим железом. Наиболее близким к предложенному способу является патент РФ 2017690, опубликованного 15.08.1994 Способ обогащения жильного кварца,включающий механическое дробление породы,промывку водой,нагрев до 1000-1100,термодробление, измельчение, рассев на рабочую фракцию, магнитную сепарацию, флотацию,химическую обработку, промывку, фильтрацию,сушку и прокаливание. Недостатком указанного способа является недостаточная эффективность удаления из дисперсной массы материала оттртого шлама вследствие налипания оттертых мелких заряженных в процессе оттирки частиц на крупные. Вследствие этого происходит недостаточно эффективная классификация зрен на крупные лгкие и тонкие тяжлые, имеющие одинаковую гравитационную скорость падения,высокая изнашиваемость аэродинамических элементов установки и, как следствие, затирание обогащаемых минералов технологическим железом,сложность при изготовлении и трудоемкость в эксплуатации,большая материалоемкость,энергоемкость,сложность и вредность воздействия электромагнитных,ударных воздействий ультразвуковых полей при эксплуатации. Предлагаемый способ обогащения кварцевых песков, использующий сухую аэродинамическую схему обогащения исходного кварцевого песка,позволяет обогатить кварцевые пески в условиях отсутствия воды в местах расположения карьеров. Предлагаемый способ весьма актуален, так как более 40 обитаемой территории земли имеет острый дефицит воды, а в некоторых местах ее вообще нет. В этих районах находится немалое количество месторождений полезных ископаемых,освоение которых традиционными мокрыми технологиями невозможно из-за недостатка воды,например, в Средней Азии, Австралии, Монголии,Северной Африке и др. Задачей изобретения является повышение эффективности и качества сухого (безводного) обогащения дисперсных материалов, а также расширение функциональных возможностей применения. Технический результат изобретения заключается в повышении эффективности удаления из дисперсной массы материала оттертого шлама. Технологический процесс сухого аэродинамического обогащения состоит из следующих этапов подача исходного сырья на обогатительную фабрику сухая классификация на виброгрохотах отсеивание класса 0,1 (0,8 мм) грохочение для выделения стекольного класса -0,5 - 0,8 мм удаление магнитной фракции на магнитных сепараторах складирование и отгрузка кварцевого концентрата. Исследованиями было установлено, что со всеми слоями пленок, находящимися на поверхности кварцевых частиц, может быть связано до 30 всего содержащегося в песке железа, поэтому от эффективности удаления этой группы примесей в значительной степени зависит качество конечного товарного стекольного продукта. Процесс сухой оттирки заключается в интенсивном перемешивании плотной песчаной аэросмеси, при этом за счет взаимного трения частиц друг о друга происходит отделение пленки вторичных минеральных образований с поверхности зерен кварца. Для сжатия и подачи воздуха в качестве пневмонагнетателей используются воздуходувки центробежного типа. Рабочей средой в нагнетателях служит воздух. К свойствам, определяющим состояния воздуха, относятся- удельный объем. Аэродинамическая установка для сухого обогащения дисперсных материалов работает следующим образом. Дисперсный материал из загрузочного бункера под тяжестью собственной массы через затвор порционно подается в разгонную трубу, где под действием скоростного воздушного потока от пневмонагнетателя частицы материала подхватываются и перемещаются в аэродинамической трубе в плотном турбулентном потоке, где происходит дезинтеграция минералов,интенсивная оттирка поверхности и досушивание частиц. На выходном участке трубы антиэлектростатический электрод снимает заряд с частиц. После этого частицы обогащаемого материала с дозвуковой скоростью влетают в аэродинамическую камеру тонкого центробежного классификатора, где они перемещаются по параболической, как наиболее оптимальной для разделения,траектории,дополнительно оттираются при столкновении друг с другом, досушиваются и классифицируются на тяжлые и лгкие. Более легкие, ультратонкие частички, очищенные с поверхности зрен аэросмеси и аэрозоли под действием скоростного воздушного потока через патрубок поступают в аспирационную систему, а тяжелые, крупные и сухие частицы из выгрузного конуса поступают(при необходимости) на повторную такую же аэродинамическую центробежную классификацию или на дальнейшее разделение по контрастным физическим магнитным,электрическим и гравитационным свойствам соответственно на известные в мире высокоэффективные сухие магнитные, электростатические, трибостатические и гравитационные пневматические сепараторы в любом необходимом сочетании, очердности и последовательности. Преимущество предложенной установки обеспечивается тем,что происходит обесшламливание в присутствии антиэлектростатического электрода, т.е. отделяются очень лгкие налипшие вновь частицы оттртого загрязняющего материала плнок (т.е. шлама) после снятия с них электростатического трибозаряда, от зрен аэросмеси в аспирационную систему) происходит тонкая центробежная классификация и очистка материала - сухое разделение в газообразных средах обесшламленного зернистого потока аэросмеси в сумме полей направленных гравитационных и центробежных сил на различные по крупности классы в зависимости от потребности- также возможно разделение материала по физическим свойствам- на магнитные зрна и немагнитные зрна в различных по напряжнности магнитных полях- на зрна тяжлые и лгкие в различных по силе гравитационных полях- на электрические и неэлектрические зерна в различных по роду и силе электрических полях,- процесс обогащения ведтся в средах различных газовых и газовоздушных агентах по необходимости и потребности, в зависимости от целей и задач. Сравнение результатов обогащения по мокрой технологии (с применением воды) и по новой сухой технологии (без применения воды), разработанной. Для проведения испытаний на обогатимость в лабораторию были представлены представительные пробы кварцевого песка в количестве 6 штук, общей массой около 12 кг. Исследования проводились на следующих объединенных пробах Проба 1 месторождение Сары-Шокы-2,Проба 2 объединенная из 2, 3, 4-месторождение Рай,Проба 3-объединенная из 5, 6-месторождение Жанплес-2. Песок однородный,визуально присутствуют крупные глинистые сростки, мелкие камни. Для анализа проб на обогатимость были проведены следующие тесты Ситовой анализ исходного песка (Размер сит Европейский) Спектральный анализ исходного песка - определение основных оксидов металлов и кремнезема Отмывка песка от глины класса менее 0,5(0,6) мм, с последующим определением основных оксидов металлов и кремнезема(плотность пульпы-70 твердого, время оттирки- 3 минуты, добавление 1,5 мл. 20 ) с последующим определением основных оксидов металлов и кремнезема Гравитационный анализ - разделение песка в тяжелой жидкости бромоформе (плотность 2,9 г/см 3) с выделением легкой и тяжелой фракций с последующим определением основных оксидов металлов и кремнезема Магнитная сепарация на лабораторном электромагнитном сепараторе, градиент поля 1,0 Тл,3 ток-20 Ампер, в три операции одна основная и две перечистки не магнитной фракции. В результате ранее проведнных минералогических исследований был определен общий минеральный состав песков всех проб,который представлен в основном кварцем (91,9998,41). В меньшем количестве содержатся минералы полевых шпатов(0,4-2,9),слюдистоглинистых минералов(0,63-4,4), глауканита и фосфатов. В еще меньшем количестве находится мусковит,кальцит, хлорит, гипс и другие минералы. В таблицах 1,2 и 3 приведены данные ситового анализа объединнных трх проб,представляющих три месторождения кварцевых песков Казахстана. Результаты показывают, что содержание глины в них колеблется от 1,15 до 4,7, которую нужно обязательно удалить процессами дезинтеграции и отмывки. Таблица 1 исходная проба 1 Глина-1,15 Результаты показывают, что из песков месторождения следует удалить классы размером больше 0,5 мм, т.к. содержание их в исходных песках выше требований стекольного ГОСТа 22551 Выход 0,07 2,84 15,40 23,65 29,43 24,42 3,91 0,21 0,05 0,03 100,00 77. Размеры нижних классов и их содержание в песках незначительно и входит в нормы стекольного ГОСТа 22551-77 и следовательно их не обязательно удалять. Таблица 2 исходная проба 2 Глина-4,76 Результаты показывают, что из песков месторождения Рай не обязательно удалять классы 0,00 0,28 0,87 2,23 18,46 61,31 15,18 0,94 0,37 0,35 100,00 размером больше 0,5 мм и меньше 0,1 мм т.к. содержание их в песках незначительно и входит в нормы стекольного ГОСТа 22551-77. Таблица 3 исходная проба 3 Глина-4,7 Результаты показывают, что из песков месторождения Жанплес-2 не обязательно удалять 44,72 45,75 5,31 0,37 0,25 0,20 100 классы размером больше 0,5 мм и меньше 0,1 мм т.к. содержание их в песках незначительно и входит в нормы стекольного ГОСТа 22551-77. исходный Сары-Шокы 2 после отмывки после оттирки после тяжелых минералов исходный -Рай после отмывки после оттирки после тяжелых минералов после магнитной сепарации Жанпле исходный с 2 после отмывки после оттирки после тяжелых минералов после магнитной сепарации Из результатов спектрального анализа проб исходного песка видно, что пробы по содержанию оксидов железа, алюминия и других элементов очень сильно различаются друг от друга. По результатам фазового анализа пробы 1 месторождения Сары-Шокы 2 видно, что пески легкообогатимы Исходный песок без операций обогащения подходит под стекольную марку ВС 070. Применение операции отмывки глины при обогащении песка позволит получить стекольную марку ВС-050, а при добавлении операции оттирки можно получить ещ более высшую стекольную марку ВС-030. Добавление операции гравитационного выделения тяжлых минералов с выходом 99,67 от операции и магнитной сепарации с выходом 99,75 от операции позволит получать самые чистые марки стекольного песка ОВС-20. По результатам фазового анализа пробы 2 месторождения Рай видно,что пески труднообогатимы. Стекольную марку ВС-050 можно будет получить после операций дезинтеграции, отмывки и оттирки. Добавление операции гравитационного выделения тяжлых минералов с выходом 99,82 от операции и магнитной сепарации с выходом 99,97 от операции позволит получить более высокую марку стекольного песка ОВС-030. По результатам фазового анализа месторождения Жанплес 2 3 видно, что пески среднеобогатимы. Применение операции отмывки глины позволит получить стекольную марку песка ВС-070,добавление операции оттирки глинистых и оксидных плнок позволит сразу получить более высокую марку стекольного песка ОВС-030, а гравитационным выделением тяжлых минералов с выходом 99,74 можно получить одну из самых высоких марок стекольного песка ОВС-020. Объектом экспресс-исследований явилось 6 представительных проб кварцевых песков. Экспериментальные исследования проводились в следующей технологической последовательности отбор представительных проб и пробоподготовка- подсушивание пробы кварцевых песков до состояния сегрегации (влажность 2) 5- грохочение кварцевых песков на сите 1,0 мм для удаления крупных частиц и зерен кварца- аэродинамическая очистка частиц и зерен кварца оттиркой- аэродинамическое удаление пылевых и мелких частиц кварцевых песков- выделение стекольного класса песков -0,50,1 мм. Разделение производилось на виброгрохоте- магнитная сепарация на лабораторном барабанном сепараторе (1,5 Тл)- химический анализ состава кварцевых песков после сухого обогащения производился на Содержание оксидов металлов в исходных песках,23 Содержание оксидов металлов в концентрате после мокрого обогащения,23 Ае 2 О 3 Т 2 К 2 О Содержание оксидов металлов в концентрате после сухого обогащения песках,(АЭО) 23 Ае 2 О 3 2 К 2 О Проведенные исследования аэродинамической обогатимости кварцевых песков по сухой технологии месторождений Сары-Шокы 2, Рай,Жанплес 2 показали возможность получения стекольных концентратов высоких марок. Сравнение результатов мокрого и сухого обогащения позволяет сделать прогноз о возможности улучшения качественных показателей по сухому обогащению. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ сухого обогащения кварцевых песков,включающий обработку песка,отличающийся тем, что осуществляют сухую аэродинамическую обработку кварцевого песка с последующим выведением из процесса магнитных фракций,которое обеспечивает очищение,электризацию,раскалывание,шлифование,дезинтеграцию, сепарацию и радиореабилитацию и антиэлектронизацию частиц и зрен кварцевого песка.