Ультразвук в обогащении

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Федеральное государственное автономное образовательное

учреждение высшего профессионального образования

«Сибирский федеральный университет»

Институт цветных металлов и материаловедения

Кафедра Обогащение полезных ископаемых

Реферат

«Ультразвук в обогащении»

Красноярск 2015

1.Ультразвук

Ультразвук - это упругие колебания и волны частотой 15-20кГц. Нижняя граница его начинается на пороге слышимого звука, верхняя граница обусловлена физической природой упругих волн, которые могут распространяться в материальной среде. Уникальные свойства ультразвуковых волн применяются в самых разных технических областях:

строительство;

металлургия;

медицина;

пищевая и химическая промышленность.

В частности, в Подмосковье при добыче гравия применялся ультразвук для отделения глинистых частиц. Эффект превзошел все ожидания - кроме 100% отделения глины значительно поднялась производительность моечного отделения. В Англии перерабатываются старые газеты в чистую бумагу на ультразвуковых установках. Наконец всем известные стиральные машинки с ультразвуком.

Излучатели ультразвука можно разделить на две группы:

Преобразующие генераторы, колебания в которых возбуждаются из-за наличия препятствий на пути жидкости или газа. Водяные и воздушные излучатели дают относительно дешевую ультразвуковую энергию на частотах 30-40 кГц при интенсивности до 5 Вт/см. Преимущество этих излучателей в простоте конструкции и эксплуатации, возможность развивать мощность до десятков кВт.

Электроакустические преобразователи - они превращают электрическое напряжение в механическое колебание твердых тел, которые излучают в среду акустические волны. Этот тип представлен пьезоэлектрическими и магнитострикционными преобразователями, причем последние после открытия гигантской магнитострикции редкоземельных соединений получили широкое распространение.

Недостаток преобразователей - низкая мощность и высокая цена.

2.Ультразвук в обогащении

Некоторые руды бедны ценными компонентами и не могут без обогащения быть сырьем для химических и металлургических заводов. В измельченной руде обычно содержится один-два % металла, а в обогащенной - в десять, а то и в двадцать раз больше. Сотрудники Института обогащения и металлургии Академии наук Казахской ССР разработали ультразвуковой способ обогащения руд цветных металлов. Суть его в том, что под воздействием ультразвуковых колебаний мельчайшие капельки химических реагентов - собирателей - обволакивают частицы полезных минералов, делая их несмачиваемыми, вместе с пузырьками воздуха они постепенно всплывают на поверхность. Верхний слой пульпы снимают и, пропустив через фильтры, направляют на металлургический завод для выплавки металла.

Ультразвуковой метод обогащения руд можно использовать не только при выплавке цветных металлов. Перспективы применения ультразвука в процессах обогащения довольно заманчивы. Известно, что механизация добычи угля при общем положительном эффекте приводит к некоторым отрицательным последствиям, в частности много угля крошится, превращается в пыль. Вот и возникла необходимость в ее обогащении, чтобы не допустить расточительного отношения к ценнейшему природному топливу.

Существуют два способа обогащения - флотационный и ультразвуковой. Преимущество второго в том, что он экономически более выгоден. В его основе лежит явление коагуляции, сам способ так и называется - обогащение способом избирательной коагуляции. Ультразвуковые колебания вызывают коагуляцию, то есть слипание или укрупнение угольных зерен, в то время как зерна пустой породы не слипаются, а следовательно, и не увеличиваются в размерах. На специальных решетчатых приспособлениях отделяют уголь от породы.

Для интенсификации процессов обогащения минерального сырья, переработки некондиционных и забалансовых руд, руд с тонкой вкрапленностью ценных компонентов перспективны способы активации, основанные на физических воздействиях.

Перспективным способом является акустическая (ультразвуковая) обработка, применением которой достигается повышение эффективности процессов эмульгирования веществ, диспергирования, очистки поверхностей, дегазации, экстрагирования, измельчения и многих других.

При прохождении ультразвука через жидкие и жидко-дисперсные среды возникает явление кавитации и ряд сопутствующих эффектов - радиационное давление, электрические разряды, микротечения и т.д. Благодаря вышеперечисленным явлениям достигается интенсификация технологических процессов в ультразвуковом поле.

Учитывая затраты на образование ультразвука, применение его в технологиях обогащения может быть оправдано лишь для обработки богатых продуктов с малым выходом и для ценных компонентов, имеющих высокую стоимость. Несмотря на многочисленные исследования, начатые еще в первой половине двадцатого века, ультразвуковая технология не получила в тот период широкого распространения ввиду отсутствия возможности обрабатывать большие объемы сред, сложности и высокой стоимости генераторов и излучателей ультразвука, недостаточной изученности процессов, происходящих под воздействием ультразвука.

3.Обзор литературы

Авторами проведены исследования по изучению влияния ультразвуковой обработки черновых золотосодержащих концентратов перед цианированием.

Определено, что при цианировании исходного продукта извлечение золота в раствор составило 88,4%, ультразвуковая обработка в течении 20 минут способствует значительному повышению извлечения золота в раствор, получен прирост извлечения 8,2%. При этом уменьшилось содержание золота в хвостах цианирования.

Использование ультразвука в технологии флотации связано с рядом специфических явлений, сопровождающихся распространением ультразвуковых колебаний в жидких средах. Среди этих явлений главное -- кавитация. Она выражается в появлении в жидкости газовых пузырьков (полостей), в которых, как считают, происходят электрические разряды, ионизация молекул и атомов, повышение давления (до нескольких тысяч атмосфер) и температуры (на сотни градусов). Установлено, что газовые (кавитационные) пузырьки легче образуются на границе жидкого с твердым, энергично воздействуя на поверхность последнего. Ультразвуковая обработка позволяет очищать поверхность рудных частиц от всевозможных минеральных покрытий.

В [ Кириллов О.Д. К вопросу о возможности применения ультразвука в процессах обогащения полезных ископаемых // Физика и физико-химический анализ: Сб. тр. МИЦМИЗ. 1957. №30. Вып. 1.] была показана возможность ультразвуковой очистки минералов от оксидов железа.

В [ Акопова К.С. и др. Влияние предварительной ультразвуковой обработки минералов титано-циркониевых песков на процесс их флотации // Применение ультразвука в машиностроении: Сб. докл на 4-й ежегод. науч.-техн. конф. М., 1963.] описана технология очистки от них кварцевых стекольных песков. Механическая оттирка песков не обеспечивала достаточно полного удаления оксидов, хотя проводилась в течение 30--40 мин. Применяя ультразвук частотой 20 кГц с интенсивностью 3 Вт/см2, удалось сократить длительность обработки до 2--5 мин и значительно полнее удалить оксиды. Использование ультразвука при флотации золотосодержащих руд с целью снятия с поверхности золота покрытий, например, из гидроксидов железа, может быть перспективным направлением. Как известно, гидроксиды железа на поверхности золота появляются вследствие их отложения из циркулирующего в зоне окисления рудного месторождения раствора или вследствие окисления контактирующих с золотом железосодержащих сульфидов или карбонатов. В ряде случаев в зоне окисления имеется вторичное золото, образующее с гидроксидами железа тесное взаимное прорастание. В обоих случаях гидроксиды представляют механические образования, не очень прочно связанные с золотом. В связи с этим можно предположить, что они сравнительно легко могут быть удалены с поверхности металла с помощью ультразвука.

Помимо очистки минералов от покровных образований, ультразвук способен диспергировать их, причем разные минералы (или породы) в разной степени. В первую очередь диспергируются глауконит и другие минералы осадочного происхождения [ Шутов В.Д., Кац М.Я., Баранов В.В. Применение ультразвука при минералогическом анализе осадочных пород // Изв. АН СССР. Сер. геологическая. 1961. № 4.]. Такая способность ультразвука может служить основой использования его для раскрытия сростков и агрегатов, содержащих золото. Как известно, из сульфидных минералов в срастании с золотом встречаются пирит, арсенопирит, пирротин, халькопирит и др., из несульфидных -- чаще всего кварц, а также оксиды железа, барит, карбонатные минералы, углистые сланцы.

Некоторое количество мелкого золота при измельчении руд до обычной для фабрик крупности не вскрывается и остается заключенным в минералах. Использовав различие эрозионною воздействия ультразвука по отношению к отдельным минералам, можно рассчитать, а в отдельных случаях и определить экспериментально необходимое время для проведения дезинтеграции пород методом селективного разрушения «слабого» компонента. При этом предварительно необходимо максимально измельчать породу для наиболее полного обнажения стыков между минеральными зернами и образования микротрещин. Освобождение (или вскрытие) золота из сростков и агрегатов позволит извлечь его последующей флотацией. По-видимому, вскрытие золота таким способом экономически будет оправдано лишь в ограниченных случаях.

Ультразвуковая обработка пульпы нередко значительно повышает флотируемость минералов и позволяет сократить расход реагентов-собирателей. В процессе ультразвуковой обработки происходит диспергирование минералов с поверхности, причем получаемые в этом случае тонкодисперсные продукты резко отличаются по своему составу от исходных минералов. Снятие с поверхностного слоя покрытий ведет к появлению активных участков с некомпенсированными связями, что является одной из причин улучшения флотируемости обработанных ультразвуком минералов.

Активирующее действие ультразвука подробно изучено при флотации титано-циркониевых песков [ Акопова К.С. и др. Влияние предварительной ультразвуковой обработки минералов титано-циркониевых песков на процесс их флотации // Применение ультразвука в машиностроении: Сб. докл на 4-й ежегод. науч.-техн. конф. М., 1963]. Установлено, что действие в течение 1--3 мин ультразвука частотой 20 кГц с интенсивностью 3,8 Вт/см2 резко активирует флотацию ряда минералов таловым маслом. Извлечение в пенный продукт увеличивается, %: циркона -- с 18,6 до 98,9; рутила -- с 3 до 97,5; ильменита -- с 0 до 94 и ставролита -- с 0 до 90. Одновременно снижается расход собирателя в 3--15 раз.

В.А. Глембоцким и др. установлено, что предварительная ультразвуковая обработка стибнита и киновари увеличивает скорость их флотации, а также позволяет снизить расход ксантогената.

Заключение

Анализ литературных данных позволяет наметить следующие наиболее целесообразные пути использования ультразвука при обогащении руд:

ультразвуковая обработка золотосодержащих флотационных концентратов и промпродуктов перед их перечистками с целью подавления сопутствующих золоту минералов;

ультразвуковая очистка золота от минеральных покрытий, в частности, гидроксидов железа. Такая операция, по-видимому, будет оправдана, прежде всего, для богатых золотом продуктов.

Очевидно, перечисленные направления заслуживают первоочередных исследований. ультразвук обогащение руда цианирование

Размещено на Allbest.ru