Elektryczna obróbka minerałów, separacja elektryczna

Elektryczne wzbogacanie minerałów — oddzielanie cennych składników od skały płonnej, oparte na działaniu pola elektrycznego na ich cząstki różniące się właściwościami elektrofizycznymi. Do wzbogacania stosuje się metody separacji elektrycznej.

Spośród nich najbardziej odpowiednie są metody oparte na różnicach w przewodnictwie elektrycznym, zdolności do uzyskiwania ładunków elektrycznych w wyniku kontaktu i tarcia oraz stałych dielektrycznych rozdzielonych minerałów. Wykorzystanie przewodnictwa jednobiegunowego, piroelektrycznego, piezoelektrycznego i innych zjawisk może być skuteczne tylko w określonych przypadkach.

Wzbogacanie przewodności jest skuteczne, jeśli składniki mieszanki mineralnej znacznie różnią się przewodnictwem.

Charakterystyka możliwości rozdziału elektrycznego minerałów i skał za pomocą przewodnictwa elektrycznego (według N.F. Olofinsky'ego)

1. Dobry przewodnik 2. Półprzewodnik 3.Słabo przewodzący antracyt antymonit diament magnezyt arsenopiryt boksyt albit monacyt galena ruda żelaza burzowego anoryt moskwit hemafit bizmut połysk apatyt nefelin złoto wolframit baddeilit oliwin ilmenit granat (żelazo) baryt hornblenda kowalina gubneryt bastnezyt siarka kolumbit beryl sillimant magnetyt kasyteryt biotyt Spo dumene Magnetic Cinnabar Valostanite Stavro lit Piryt Korund Hipersten Turmalin Piroluzyt Limonit Gpis Fluoryt Piryt Syderyt Granat (lekki) Celestyn (lekkie żelazo) Platyna Smithsonit Kalcyt Scheelit Rutyl Sfaleryt Sól kamienna Spinel Srebro Wolfram Karnalit Epidot Tantalit Fajalit Kwarc Tetraedryt Chromit Cyjanit Tytanomagnetyt Cyrkon (wysoka zawartość żelaza) Ksenotym Chalkozyn Chalkopiryt

Pierwsza i druga grupa są dobrze oddzielone od trzeciej. Członkowie pierwszej grupy są nieco trudniejsi do rozdzielenia niż członkowie drugiej grupy. Praktycznie niemożliwe jest oddzielenie minerałów grupy 2 od grupy 3 lub tej samej grupy na podstawie wyłącznie naturalnych różnic w przewodnictwie elektrycznym.

W tym przypadku stosuje się specjalne przygotowanie materiałów, aby sztucznie zwiększyć różnice w ich przewodności elektrycznej. Najczęstszą metodą przygotowania jest zmiana wilgotności powierzchniowej minerałów.

Głównym czynnikiem decydującym o całkowitym przewodnictwie elektrycznym cząstek minerałów nieprzewodzących i półprzewodzących jest ich przewodnictwo powierzchniowe... Ponieważ powietrze atmosferyczne zawiera więc ilość wilgoci, ta ostatnia zaadsorbowana na powierzchni ziaren, gwałtownie wpływa na wartość ich przewodności elektrycznej.

Dostosowując ilość zaadsorbowanej wilgoci, można kontrolować proces separacji elektrycznej. W takim przypadku możliwe są trzy główne przypadki:

• wewnętrzne przewodności dwóch minerałów w suchym powietrzu są różne (różnią się o dwa rzędy wielkości lub więcej), ale z powodu adsorpcji wilgoci w powietrzu o normalnej wilgotności różnica w przewodnictwie elektrycznym znika;
• minerały mają podobne naturalne przewodnictwo elektryczne, ale ze względu na nierównomierny stopień hydrofobowości ich powierzchni, stworzenia pojawiają się w wilgotnym powietrzu, różnica w przewodnictwie;
• przewodność jest bliska i nie zmienia się wraz ze zmianą wilgotności.

W pierwszym przypadku rozdział elektryczny mieszanki mineralnej należy przeprowadzić w suchym powietrzu lub po wstępnym wysuszeniu. Jednocześnie, aby utrzymać stałą przewodność powierzchniową, przez krótki czas potrzebna jest tylko suchość powierzchni cząstek, ich własna wilgotność wewnętrzna istot nie ma znaczenia.

W drugim przypadku zwilżanie jest potrzebne do zwiększenia przewodności elektrycznej bardziej hydrofilowego minerału. Najlepsze wyniki uzyskuje się, trzymając materiał i uwalniając go w klimatyzowanej atmosferze o optymalnej wilgotności.

W trzecim przypadku konieczna jest sztuczna zmiana stopnia hydrofobowości jednego z minerałów (najskuteczniej - poprzez traktowanie odczynnikiem surfaktantem).

Minerały mogą być traktowane odczynnikami organicznymi selektywnie osadzonymi na ich powierzchni - hydrofobizatorami, odczynnikami nieorganicznymi, które mogą uczynić powierzchnię minerału hydrofilowymi oraz kombinacją tych odczynników (w tym przypadku odczynniki nieorganiczne mogą pełnić rolę regulatorów wpływających na utrwalanie odczynników organicznych).

Przy wyborze schematu uzdatniania surfaktantem wskazane jest skorzystanie z bogatego doświadczenia w flotacji podobnych minerałów. Jeżeli rozdzielona para ma bliskie samoistne przewodnictwo elektryczne i nie ma możliwości selektywnej zmiany stopnia hydrofobowości ich powierzchni poprzez traktowanie środkami powierzchniowo czynnymi, wówczas jako metody przygotowania można zastosować obróbkę chemiczną, termiczną lub napromieniowanie.

Pierwsza polega na tworzeniu się na powierzchni minerałów warstewki nowej substancji — produktu reakcji chemicznej. Przy doborze odczynników do obróbki chemicznej (ciekłej lub gazowej) stosuje się reakcje znane z chemii analitycznej lub mineralogii, charakterystyczne dla tych minerałów: np. do obróbki minerałów krzemianowych - narażenie na działanie fluorowodoru, do otrzymywania siarczków - procesy siarczkowania siarką elementarną, traktowania solami miedzi itp.

Często jest odwrotnie, gdy na powierzchni minerałów w procesie przemian wtórnych pojawiają się warstwy powierzchniowe różnego rodzaju formacji, które przed separacją muszą zostać oczyszczone. Oczyszczanie odbywa się metodami mechanicznymi (rozdrabnianie, szorowanie) lub też metodami chemicznymi.

Podczas obróbki cieplnej różnicę w przewodnictwie elektrycznym można uzyskać dzięki nierównomiernym zmianom przewodnictwa minerałów podczas ogrzewania, podczas wypalania redukcyjnego lub utleniającego oraz poprzez wykorzystanie innych efektów.

Przewodnictwo niektórych minerałów można zmienić za pomocą promieniowania ultrafioletowego, podczerwonego, rentgenowskiego lub radioaktywnego (patrz Rodzaje promieniowania elektromagnetycznego).

Elektryczne wzbogacanie minerałów, oparte na zdolności minerałów do uzyskiwania ładunków elektrycznych o różnym znaku lub wielkości w wyniku kontaktu lub tarcia, jest powszechnie stosowane do oddzielania minerałów o właściwościach półprzewodnikowych lub nieprzewodzących.

Maksymalną różnicę w wielkości ładunków separowanych minerałów uzyskuje się dzięki doborowi materiału, z którym mają one styczność, a także zmianom charakteru ruchu mieszanki mineralnej podczas ładowania (wibracje, intensywne mielenie i separacja).

Właściwości elektryczne powierzchni mineralnych można w szerokim zakresie kontrolować metodami opisanymi powyżej.

Czynności przygotowawcze to najczęściej suszenie materiału, wąska klasyfikacja jego wielkości oraz odpylanie.

W przypadku elektrowzbogacania materiału o wielkości cząstek mniejszej niż 0,15 mm bardzo obiecujący jest proces separacji triboadhezyjnej.

Separacja elektryczna oparta na różnicach w stałej dielektrycznej minerały są szeroko stosowane w praktyce analizy mineralogicznej.

Separatory elektryczne różnych typów i konstrukcji służą do elektrycznego rozdzielania minerałów.

Separatory materiałów sypkich:

• Korona (bęben, komora, rura, taśma, przenośnik, płyta);
• Elektrostatyczne (bęben, komora, taśma, kaskada, płyta);
• Łączone: koronowo-elektrostatyczne, koronowo-magnetyczne, triboadhezyjne (bęben).

Odpylacze:

• Korona (komora z górnym i dolnym zasilaniem, rurowa);
• Łączone: koronowo-elektrostatyczne, koronowo-magnetyczne, triboadhezyjne (komora, dysk, bęben).

Ich wybór zależy od różnicy we właściwościach elektrofizycznych materiałów, które należy oddzielić wielkością ich cząstek, a także od cech składu materiału (kształt cząstek, ciężar właściwy itp.).

Elektryczne wzbogacanie minerałów charakteryzuje się ekonomicznością i wysoką wydajnością procesu, dlatego jest coraz częściej stosowane.

Główne minerały i materiały przetwarzane metodami wzbogacania elektrycznego:

• Szlamy i koncentraty złożone złóż rud — selektywne uszlachetnianie koncentratów i koncentratów złożonych zawierających złoto, platynę, kasyteryt, wolframit, monacyt, cyrkon, rutyl i inne cenne składniki;
• Rudy diamentonośne - wzbogacanie rud i koncentratów pierwotnych, uszlachetnianie koncentratów sypkich, regeneracja odpadów diamentonośnych;
• Rudy tytanomagnetytu — wzbogacanie rud, materiałów pośrednich i odpadów poflotacyjnych;
• Rudy żelaza — wzbogacanie magnetytu i innych rodzajów rud, uzyskiwanie głębokich koncentratów, odpylanie i klasyfikacja różnych produktów przemysłowych;
• Rudy manganu i chromitu — wzbogacanie rud, produktów przemysłowych i odpadów z zakładów przetwórczych, odpylanie i klasyfikacja różnych produktów;
• Rudy cyny i wolframu — wzbogacanie rud, wykańczanie wyrobów niestandardowych;
• Rudy litu — wzbogacanie rud spodumenu, cynwaldytu i lepidolitu;
• Grafit - wzbogacanie rud, rafinacja i klasyfikacja koncentratów niskiej jakości;
• Azbest - wzbogacanie rud, produktów przemysłowych i odpadów z zakładów przetwórczych, odpylanie i klasyfikacja wyrobów;
• Surowce ceramiczne — wzbogacanie, klasyfikacja i odpylanie skał skaleniowych i kwarcowych;
• Kaolin, talk — wzbogacenie i separacja drobnych frakcji;
• Sole — wzbogacanie, klasyfikacja;
• Fosforyny — wzbogacanie, klasyfikacja;
• Węgiel kamienny — wzbogacanie, klasyfikacja i odpylanie drobnych gatunków.