Методы подготовки сырьевых материалов

Технологический процесс практически каждого производства начинается с подготовки сырьевых материалов, и подготовительные операции являются схожими для технологий многих производств. Подготовка сырья направлена на расширение сырьевой базы производства за счёт использования сырья с невысоким содержанием основного компонента; на более производительное использование оборудования и снижение энергоёмкости производства, повышение качества продукции за счёт исключения посторонних веществ из производственного процесса.

Одним из распространённых способов подготовки сырья является его измельчение. Измельчение материала осуществляют путём разрушения его первоначальной структуры различными воздействиями: раздавливанием, раскалыванием, истиранием, ударом.

В зависимости от размеров кусков материала существует следующая классификация процессов измельчения твёрдых материалов: 1. крупное дробление (до измельчения – 1500-300 мм; после – 300-100); 2. среднее дробление (до – 300-100; после – 50-10); 3. мелкое дробление (до – 50-10; после – 10-2); 4. тонкое измельчение (до – 10-2; после – 2- 0,75); 5. сверхтонкое измельчение (до – 2-0,75; после – 0,075-0,0075мм).

Дробление сырьевых материалов производится в специальных дробильных установках. По конструкции и принципу работы различают следующие типы дробилок: 1. щековые дробилки – раздавливание материала происходит между неподвижной и подвижной щеками в результате периодического нажатия; они широко применяются при подготовке сырья в различных отраслях пром-ти; 2. валковые дробилки – раздавливание материала происходит между двумя валками, вращающимися навстречу друг другу; 3. конусные дробилки – раздавливание материала происходит между двумя конусами при сближении поверхностей неподвижного усечённого конуса и вращающегося внутреннего конуса; процесс измельчения происходит непрерывно; 4. молотковые дробилки – дробление материала в результате ударов по нему; отличаются высокой производительностью и применяются главным образом для измельчения хрупких материалов умеренной твёрдости (известняк, каменный уголь).

В результате крупного дробления получают продукт с верхним пределом крупности 100-200 мм, при среднем дроблении – 20-40 мм, при мелком – 3-10 мм. Основными факторами, определяющими выбор схемы дробления сырьевых материалов, являются их физические свойства, размеры частиц, поступающих на измельчение. Процесс дробления хар-ся степенью измельчения. Степень измельчения материала определяется отношением поперечника наибольших кусков материала, поступающего в данную дробилку, к максимальному поперечнику раздробленных в ней кусков.

Сортировка сыпучих материалов по крупности частиц осуществляется их просеиванием (грохочением). Грохочение осуществляется для разделения угля, руды, для выделения из материала частиц определённой крупности. Грохоты бывают нескольких видов: 1. неподвижные грохоты (колосниковые, дуговые, конические) – состоят из неподвижной просеивающей поверхности и установки для её крепления; 2. подвижные грохоты (барабанные, качающиеся, вибрационные) – состоят из одной или нескольких просеивающих поверхностей (сит). Эффективность просеивания зависит от: крупности и формы частиц исходного материала и его нагрузки на грохот, типа грохота, размера и формы отверстий сита, его длины и угла наклона.

Технология обогащения включает процессы, в которых происходит разделение минералов без изменения их хим. состава, структуры или агрегатного состояния. Важность обогащения определяется тем, что многие технологические процессы основаны на переработке обогащённых полезными компонентами продуктов – концентратов. В результате обогащения получается два основных продукта: концентрат и хвосты. Обогащение хар-ся двумя показателями: содержанием в концентрате полезного компонента и его извлечением (в %).

Флотация – процесс разделения мелких твёрдых частиц, основанный на различии их в смачиваемости водой: гидрофобные частицы - плохо смачиваемые водой, гидрофобные – хорошо. Технология применяется для очистки жидкости от примесей, ускорения отстаивания жидкости, разделения смесей. Аппараты флотации: плёночной и пенной флотации. Для очистки воды и извлечения компонентов из разбавленных растворов используется метод ионной флотации.

При наличии в полезном ископаемом загрязняющих примесей используют промывку (мокрый способ на обогащение). Используется при производстве керамики, некоторых стройматериалов. Затем материалы подвергаются обезвоживанию.

Для тонкого и сверхтонкого измельчения применяются мельницы различных конструкций. Барабанные представляют собой вращающиеся в горизонтальной плоскости цилиндрические барабаны, внутри которых находятся мелющие тела. В шаровых барабанных мельницах в качестве мелющих тел используются металлич. шары и цилиндры. Материал загружают в мельницу вместе с мелющими телами. Измельчение производят по сухому или по мокрому способу. В роликовых и валковых мельницах одновременно мелют и сушат сырьё. Применяют также мельницы струйного помола, планетарные, струйные и вихревые мельницы.

Эффективным приёмом улучшения качества измельчения материалов является использование жидких сред помола (вода, спирты, кетоны), а также добавок поверхностно активных веществ.

Для оценки качества измельчения используют такие показатели, как: тонина помола (средний размер частиц), удельная поверхность материала, активность порошков.

Измельчение материалов, не обладающих большой прочностью, осуществляется разрезанием или срезанием частиц в окружающей среде. Измельчение может производиться с использованием механического, теплового, электрического воздействия, взрыва.

Сушка – процесс, предназначенный для удаления влаги из твёрдых, жидких или газообразных продуктов. Для этого необходимо разрушить связь воды с материалом. Различают химическую, физико-химическую и физико-механическую связи влаги с материалом. В каждой группе различают химическую, адсорбционную, осмотическую и капиллярную связи. Цель сушки – сохранение физико-химических свойств материалов, обеспечение сохранности материалов на продолжительный период, исключение перевозки балласта, регулирование кол-ва влаги, необходимого для осуществления процесса. Вначале удаляется свободная влага, затем слабосвязанная и удерживаемая адсорбционная. Процесс сушки прекращается при достижении равновесного влагосодержания. По способу подвода тепла сушки бывают: конвективные (высушиваемый материал омывается потоком нагретого сушильного агента), контактные (контакт высушиваемого материала с нагреваемой поверхностью), сублимационные (удаление влаги в замороженном состоянии под вакуумом), высокочастотные (удаление влаги под воздействием электрического поля), радиационные (под действием инфракрасного излучения). Барабанные сушилки применяют для обработки мелкокусковых и сыпучих материалов (азотные удобрения), пневматические – для сушки зернистых материалов (угля), распылительные – для жидких веществ повышенной вязкости (молоко, кровь), ленточные – для сыпучих и волокнистых материалов (полимеры).

Фильтрование – процесс отделения твёрдых частиц от жидкости или газа при помощи фильтровальных перегородок, которые пропускают жидкость/газ, но задерживают твёрдые частицы.

Отстаивание – медленное расслоение жидкой дисперсной системы (суспензии, эмульсии, пены); часто происходит укрупнение частиц в результате коагуляции. Применяется для очистки жидкости от грубо дисперсных механических примесей в спец. аппаратах (отстойниках).

Разделение жидких неоднородных материалов производится центрифугированием. Может производиться по принципам отстаивания или фильтрования.

Перемешивание – процесс смешения нескольких компонентов для получения продукта требуемой однородности, от которой зависит качество конечной продукции. Для получения смеси жидких и твёрдых компонентов применяют лопастные мешалки. В шнековых и валковых смесителях перемешивание происходит путём перемещения потока материала в ёмкости смесителя. Сыпучие и порошковые материалы перемешивают в гравитационных смесителях с вращающимся барабаном (биконические, V-образные, «пьяная бочка»).