Дәріс 4 – Шикізатты байыту

Мазмұны:

1. Қатты шикізатты байыту

2. Сұйық және газ тәріздес шикізатты байыту

1. Құрамында пайдалы компоненттің мөлшері ұлғайып, концентрацияланған шикізатты, оны байыту арқылы алады. Байыту деп минералдық шикізатты алғашқы (мехникалық) өңдеу кезіндегі процестердің жиынтығын атайды, оны жүргізудің мақсаты, пайдалы минералдарды (концентратты) бос тау жынысынан бөліп алу. Байыту әдістері әр алуан және олар қатты, сұйық және газ тәріздес шикізаттар үшін бөлек болады.

Қатты минералды шикізаттар, тау жыныстарының құрамына жекеленген заттар немесе зат қоспалары түрінде кіреді. Қатты шикізаттар үшін, көбінесе, байытудың механикалық әдістері – жайып ыдырату, гүрсілдетіп елеу, гравитациялық бөлу, электромагниттік және электростатикалық айыру және физика химиялық әдіс – флотациялау қолданылады.

Гүрсілдетіп елеу, оны құрамында минералдар бар қатты тау жыныстарын бөліп –айыру үшін қолданылады. Минералдардың қаттылықтары әртүрлі және олар ұнтақталған кезде үлкендігі әр алуан түйіршіктер құрайды. Ұнтақталған шикізатты гүрсілдектер – әртүрлі өлшемді тесіктері бар металл електер арқылы тізбектей өткізгенде, ол белгілі бір минералдармен байытылған фракцияларға бөлінеді.

Гравитациялық байыту (құрғақ және ылғал) әртүрлі тығыздық, формасы, өлшемі бар ұнтақталған материалдардың түйіршіктерінің, сұйық немесе газ ағынында әртүрлі жылдамдықпен төмен түсуіне немесе ортадан тепкіш күштің әсеріне негізделген. Гравитациялық байытудың принципиалды схемасы 1-шісуретте келтірілген.

1 сурет – Ылғал гравитациялық байытудың принциптік схемасы: I, II, III — отырғызылатын камералар; 1— ауыр (ірі түйіршікті) фракцияларды шығару; 2 — орта фракцияны шығару; 3 — жеңіл (ұсақ түйіршікті) фракцияны түсіру

Байытудың гравитациялық әдістеріне айырып тастау, ауыр суспензияларда байыту, концентрациялық столдарда, винттік айырғыштарда және т.б. жатады. Ылғал гравитациялық байыту арқылы минералды бөлудің экономикалық тиімді аппараттарына ортадан тепкіш күш әсеріне негізделген гидроциклон жатады. Гидроциклонның корпусы конустық және цилиндрлік бөліктерден тұрады (2 сурет).

2-ші сурет Гидроциклонның схемасы: 1— орталық (шлам) түтікшесі; 2 — қоршау; 3 — құйылу камерасы; А — бөлінетін суспензияны енгізу; Б — жеңіл фракциялар ағынының шығуы; В — тығыздалған суспензиялардың ауыр фракцияларының шығуы

3-ші сурет. Ауалы айырғыштың схемасы: 1— айнамалы табақша; 2 — вентилятордың қанаты; 3 — сыртқы конус; 4 — ішкі конус

Гидроциклонның өнімділігі аппарат арқылы өтетін пульпаның көлемі арқылы анықталады және келесі эмпирикалық формуламен есептеледі:

мұндағы L- бөлінетін пульпаның көлемдік шығыны,м³/сағ; d_кіру – енгізу түтікшесінің диаметрі, см; d_ш- орталық (шлам) түтікшесінің диаметрі, см; P- кіру түтікшесінің алдындағы артық қысым, кг/см².

Тұндырғыш машиналарда минералдар пульсациялайтын су ағынында бөлінеді.

Ауамен байытуда ылғалдыда сияқты классификаторлар, үстелдер, тұндырғыш машиналар пайдаланады. Жиі ұсақтаудан кейін материалды сұрыптау үшін пайдаланатын ауа айырғыштары қолданылады (3сурет).

Электромагниттік және электростатикалық байыту – шикізат компоненттерінің магнит өткізгіштіктері және электр өткізгіштіктері әртүрлі болатынына негізделген. Бұл әдістерді, магнитсезгіш бөліктерді магниттік емес бөліктерден, электрөткізгіштерді диэлектриктерден бөліп алу үшін қолданады. Мысалы, электромагниттік айырғыш (4-ші сурет).

4-ші сурет. Электромагнитті айырғыштың схемасы.

1- транспортер лентасы; 2-транспортер барабаны; 3-электромагнит; 4, 5-бункерлер.

Электростатикалық айырғыштарда магниттің орнына, электр тоғының түзеткішінің теріс полюсымен жалғасқан электрод орналасқан, ал жұмыс істеу принципі электромагниттік айырғышқа ұқсас.

Флотация – байытудың кең тараған байыту әдісі, әртүрлі сульфид кендерін айыру үшін, апатитті нефелиннен бөлу үшін, таскөмірді байыту үшін және басқа көптеген минералдар үшін қолданылады. Флотация әртүрлі минералдарға судың жұғуы әртүрлі болатынына негізделген.

Табиғи кендердің минералдарының көпшілігі жұққыштығы бойынша бір бірінен айырмашылығы аз. Оларды бөлу үшін, алдымен, тау жынысы компоненттерінің су бойынша жұққыштары әртүрлі болатындай етіп жағдай жасау керек, ол үшін флотация реагенттері деп аталынатын әртүрлі химиялық қосылыстарды қолданады. Олар суға жұққыштықты, сол сияқты қалқыған минерал түйіршіктерінің ауаның көбігіне жабысуын іріктеп көбейтеді немесе азайтады. Жинағыштар (коллекторлар) деп аталатын флотация реагенттері пульпаға енгізілгенде, гидрофобтық адсорбциялық қабат құрып, белгілі бір минералдың бетінде адсорбцияланады. Гидрофобтанған бөлшіктер ауаның түйіршіктеріне жабысып, пульпаның бетіне көтеріліп, пульпаның бетіндегі көбіктің құрамына еніп, сонымен бірге аластатылады. Коллекторлар арқылы адсорбцияланбайтын бөлшектер, атап айтқанда, бос тау жыныстары, пульпаның ішінде қалып, камералық өнім құрайды.

Флотациялық концентратты құрайтын минералданған көбік берік, тығыз және қозғалғыш болуы қажет. Осындай көбік, суспензияның ішіне көбікқұрағыштарды ауаның түйіршіктерінің бетіне адсорбциялық қабықша құрайтын беттік активті заттарды енгізу арқылы алынады.

Флотация процесі флотация машиналарында жүргізіледі. Екі түрлі флотациялық машиналар қолданылады: пульпаны ауамен механикалық араластырумен камералық және пневматикалық араластырумен. Ауалы араластырумен машинада (6 сурет) ұнтақталған жыныс пульпаға енеді де гидрофобты бөлшектерді су бетіне шығаруға арналған ауамен араластырылады. Ортақ жинағыш құбырдан шығатын ауа көпіршіктермен бірге түтіктер арқылы шығады. Көпіршіктер көтеріліп орташа тар бөлімшесінде пульпа мен тығыздығы шеткі бөлімшелердегі сұйықтықтың тығыздығынан төмен болатын көбікті алып кетеді.

Рис.6 – Ауалы араластырумен флотациялық машина: 1- резервуар, 2- бөліктер, 3 – ауалық түтік, 4 – концентрат үшін саңылау.

Термическое обогащение основано на различной плавкости материалов, входящих в смесь. При нагревании легко­плавкие материалы вытекают из породы в жидком виде. Химические способы обогащения основаны на применении реагентов, которые избирательно растворяют одно из веществ, составляющих смесь, или образуют с одним из веществ соединения, легко отделяемые от других при плавлении, испарении, осаждении из раствора и т. п.

Термиялық байыту қатты шикізаттың компоненттерінің балқуы әртүрлі болатындығына негізделген.

Химиялық байыту шикізат компоненттерінің химиялық реагенттермен әрекеттесуі арқылы пайда болатын қосылыстарды тұндыру, буландыру, балқыту және т.б. амалдардың көмегімен бөліп алуға негізделген.

2. Сұйық ерітінділер еріткішті буландырумен, ерітіндіні пайдалы компонентпен жете қанықтыру, қандай бір компоненттердің тұнбаға немесе газ фазасына бөлінуімен концентрленеді. Сұйық қоспаларды бөліп алу үшін сұйықтық экстракция жүргізіледі.

Суды буландыруды жиі минералды тұздар мен сілтілер өндірісінде, түсті металлургияда, және де қиын ұшатын қышқылдарды концентрлеу үшін қолданады. Табиғи ерітінділерді концентрлеу үшін суды буландырады (жазда) немесе мұзға айналдырады. Мұнай өңдеуде, спирттер, эфирлер, анилин және т.б. органикалық өнімдердің өндірісінде дистилляция мен ректификацияны қолданады, сол кезде қоспадан ең құнды компонент буланады, ал сұйық фазада құндылығы шамалы жоғары қайнайтын компоненттер қалады.

Бастапқы және циркуляцияланатын ерітінділерді қатты немесе газ тәрізді компоненттерді еріту арқылы қанықтыру химиялық өндірістерде кең тараған. Сұйықтықтардан зиянды немесе керек емес қоспаларды бөліп алу үшін оларға қоспалармен кристалды тұнбалар түзетін заттар қосады; содан кейін тұнбаларады бөліп алады. Кейде қоспалар коагуляцияны және коллоидты ерітінділердің немесе полимерлердің тұнбаға түсуін туғызады. Сұйықтық экстракция сұйық қоспаның белгілі компоненттерін талғамды ерітуден тұрады. Нәтижесінде екі сұйық фаза алынады: бөліп алынған компоненттердің ерітндісі және қоспаның қалған бөлігі. Бұл әдіс органикалық заттардың технологиясында кеңінен қолданылады.

Газ қоспаларын бөлудің өндірісте кең тараған әдісі сорбция – қоспа компоненттерін, сұйық (абсорбция) немесе қатты (адсорбция) заттармен іріктеп сіңіріп алу процесі. Сіңірілген компоненттерді қайтадан бөліп шығарып алу (десорбция процесі), қыздыру, су буымен өңдеу және т.б. амалдар арқылы жүзеге асырылады. Адсорбциялық әдіске мысал ретінде газ қоспаларын іріктеп бөлу үздіксіз процесі жатады, бұл гиперсорбция деп аталатын әдіс кезінде қозғалмалы адсорбент – активтелген көмір қолданылады.

Өзін-өзі бақылауға арналған сұрақтар:

1. Шикізатты байыту дегеніміз не? Және оны қандай мақсатпен жүргізеді?

2. Шикізатты байытудың қандай әдістері бар?

3. Шикізатты комплексті түрде өңдеудің маңызы мен мақсаты қандай?

Ұсынылған әдебиеттер:

1. Общая химическая технология: в 2-х ч.,/под ред. И.П. Мухленова. М:1984.

2. Кутепов А.М. и др. Общая химическая технология. М:1990.

3. Основы химической технологии/под ред. И.П. Мухленова М:1991.

4. Вольфкович С.И. Общая химическая технология. М: 1959

5. Соколов Р.С. Химическая технология: в 2-х т. М: 2000.