1 500 1 http://romeka.rgf.rs/files/original/Udzbenici/DK_Priprema_mineralnih_sirovina/DK_Priprema_mineralnih_sirovina.2.pdf 349b419ff60a8b05ed1e9553a1ad7865 PDF Text Text ПРИПРЕМА МИНЕРАЛНИХ СИРОВИНА Динко Н. КНЕЖЕВИЋ Рударско-геолошки факултет Универзитета у Београду Београд, 2001. Доцент др Динко Н. КНЕЖЕВИЋ, дипл. инж. руд Припрема минералних сировина Прво издање Стални универзитетски уџбеник према решењу Наставно-научног већа Рударско-геолошког факултета Универзитета у Београду бр. 6/2001 Уџбеник је штампан уз помоћ Министарства просвете и спорта Републике Србије. Издавач: Рударско-геолошки факултет Универзитета у Београду, Ђушина 7 За издавача: Декан проф. др Ђорђе Михајловић Рецензенти: Проф. др Славен Деушић Проф. др Надежда Ћалић Техничка припрема: Александра Томашевић, дипл. инж. руд. Штампа: ЕЛВОД-ПРИНТ, Лазаревац CIP Каталогизација у публикацији Народна библиотека Србије, Београд 622.7(075.8) КНЕЖЕВИЂ, Динко Н. Припрема минералних сировина / Динко Н. Кнежевић. [1. издање]. Београд : Рударско-геолошки факултет Универзитета, 2001 (Лазаревац : Елвод). VIII, 199 стр. : граф. прикази, табеле ; 24 cm Тираж 300. Библиографија: стр. 191-194. Регистар. ISBN 86-7352-069-X а) Руде Припрема ИД-93504268 Тираж: 300 примерака ISBN 86-7352-069-X © Сва права задржава аутор Предговор Ова књига је написана према програму истоименог предмета по којем овај курс слушају студенти VII и VIII семестра Смера за подземну и Смера за површинску експлоатацију лежишта минералних сировина на Рударско – геолошком факултету у Београду. Њен циљ је да омогући упознавање са основним појмовима и терминима, односно да помогне у бољем разумевању улоге, задатака, процеса, феномена и специфичности припреме минералних сировина. Првенствено је намењена студентима рударства којима припрема минералних сировина није основна делатност, а могу је, као уводно или допунско штиво користити и студенти са других смерова, односно као својеврсни подсетник рударским инжењерима. Обрађивана тематика је веома широка, па се није могло залазити дубље у обради појединих питања. Међутим, уложен је труд да и оно што је дато само у наговештају буде довољно подстицајно за даља истраживања и изучавања. При обради компликованих процеса тежило се максимално могућем упрошћавању како би текст био разумљив и прихватљив, разуме се водећи при томе рачуна о одржавању стручног и научног нивоа. Давани су примери из светске литературе, но где год је то било могуће дати су примери и искуства са домаћих постројења. Као изврстан предложак за писање ове књиге послужио је претходни уџбеник проф. др Мире Манојловић-Гифинг, који је под истим насловом 1985. године објавио Рударско–геолошки факултет. Током писања извршене су потребне допуне и скраћења, односно унесене су иновације које су остварене у протеклом периоду. Ускостручна терминологија у српском језику није уједначена тако да су коришћени термини који се уобичајено користе на Катедри за припрему минералних сировина београдског факултета. При писању и припреми ове књиге помоћ и подршку су ми пружиле многе колеге, пријатељи и моја породица и на томе сам им захвалан. Посебну захвалност дугујем ревидентима проф. др Славену Деушићу и проф. др Надежди Ћалић на пажљиво прочитаном тексту и корисним примедбама и сугестијама. Госпођица Александра Томашевић је савесно и предано нацртала цртеже и сложила текст, а многе колеге и пријатељи су спонзорисањем и донацијама допринели да се књига штампа, па им на томе захваљујем. Сигурно је да текст није идеалан, па ћу са посебном пажњом и захвалношћу проучити све добронамерне примедбе које ми читаоци ове књиге упуте. Београд, 2001. године Аутор Садржај 1. Увод 3 1.1. Место и улога припреме минералних сировина4 1.2. Минералне сировине као предмет рада припреме минералних сировина6 1.2.1. Врсте минералних сировина 6 1.2.2. Компоненте минералне сировине 6 1.2.3. Квалитет минералних сировина 7 1.3. Процеси у припреми минералних сировина8 1.4. Kарактеристике минералних сировина 10 1.4.1. Узорак и узорковање 10 1.4.2. Основне карактеристике минералних сировина 14 1.5. Приказивање процеса припреме минералних сировина 20 2. Уситњавање 25 2.1. Теоријске основе уситњавања 26 2.2. Дробљење минералних сировина 30 2.2.1. Чељусне дробилице 32 2.2.1.1. Чељусна дробилица са две распоне плоче 32 2.2.1.2. Чељусна дробилица са једном распоном плочом 33 2.2.1.3. Технолошке шеме са чељусним дробилицама 34 2.2.2. Конусне дробилице 35 2.2.2.1. Кружна дробилица 35 2.2.2.2. Технолошке шеме са кружним дробилицама 37 2.2.2.3. Стандардне конусне дробилице 38 2.2.2.4. Краткоконусне дробилице 41 2.2.3. Ударне дробилице 42 2.2.4. Дробилице са ваљцима 44 2.2.5. Дробљење у копу 46 2.2.5.1. Могућа технолошка решења 46 2.2.5.2. Припрема материјала за транспорт тракама 47 2.2.5.3. Елементи система за уситњавање минералних сировина унутар копа 48 2.2.5.4. Лоцирање дробиличног постројења 51 2.2.5.5. Портабл постројења 52 2.2.6. Дробљење у јами 52 2.3. Просејавање минералних сировина 54 2.3.1. Просевна површина 54 2.3.2. Ефикасност просејавања 55 2.3.3. Уређаји за просејавање 57 2.3.3.1. Решетке 57 2.3.3.2. Сита 59 2.4. Шеме технолошког процеса дробљења и просејавања 63 2.5. Млевење минералних сировина 65 2.5.1. Уређаји за млевење 66 2.5.2. Режим рада млинова 67 2.5.3. Млинови са шипкама 68 2.5.4. Млинови са куглама 69 2.5.5. Аутогено и полуаутогено млевење 70 2.5.6. Суво млевење 73 2.5.7. Остале врсте млинова 73 2.5.8. Мељућа тела 74 2.6. Класирање 75 2.6.1. Мокро класирање 76 2.6.1.1. Класирање гравитацијским таложењем у води 76 2.6.2. Класирање под дејством центрифугалне силе 78 2.6.3. Суво класирање 80 2.6.4. Кружна шаржа 81 2.7. Шеме млевења и класирања 82 2.7.1. Шеме млевења у млиновима са страним мељућим телима 82 2.7.2. Шеме аутогеног и полуаутогеног млевења и класирања 83 2.7.3. Шеме домељавања 84 2.8. Потрошња енергије при уситњавању 84 2.9. Аутоматизација у процесу уситњавања 86 2.9.1. Аутоматизација дробљења и просејавања 86 2.9.2. Аутоматизација млевења и класирања 86 3. Концентрација 89 3.1. Производи у припреми минералних сировина 90 3.2. Биланс концентрације 92 3.2.1. Товарни биланс 93 3.2.2. Технолошки биланс 95 3.2.3. Разлике између товарног и технолошког биланса 96 3.2.4. Степен концентрације и редукције 97 3.3. Флотацијска концентрација 97 3.3.1. Флотацијска пулпа 98 3.3.1.1. Фазе флотацијске пулпе 98 3.3.1.2. Међуфазе флотацијске пулпе 99 3.3.2. Флотацијски реагенси 100 3.3.3. Стадијуми флотацијске концентрације 104 3.3.4. Фазе процеса флотирања 104 3.3.5. Шеме флотирања 106 3.3.6. Уређаји за флотацијску концентрацију 109 3.3.6.1. Кондиционери 110 3.3.6.2. Флотацијске машине 111 3.3.6.2.1. Механичке флотацијске машине 112 3.3.6.2.2. Пнеуматско-механичке флотацијске машине 114 3.3.6.2.3. Пнеуматске флотацијске машине 116 3.3.6.3. Атриционе машине 118 3.3.6.4. Додавачи реагенаса 118 3.3.7. Технолошке шеме флотацијске концентрације 119 3.4. Гравитацијска концентрација 120 3.4.1. Критеријум концентрације 122 3.4.2. Плива – тоне анализа 123 3.4.3. Гравитацијска концентрација у води 126 3.4.3.1. Гравитацијска концентрација крупних класа у води 126 3.4.3.1.1. Машине таложнице 126 3.4.3.2. Гравитацијска концентрација ситних класа у води 128 3.4.3.2.1. Столови 130 3.4.3.2.2. Корита 133 3.4.3.3. Технолошке шеме гравитацијске концентрације у води 135 3.4.4. Гравитацијска концентрација у флуиду ваздух 136 3.4.5. Гравитацијска концентрација у тешкој средини 137 3.4.5.1. Суспензија 137 3.4.5.2. Гравитацијска концентрација у тешкој средини под дејством силе гравитације 139 3.4.5.3. Гравитацијска концентрација у тешкој средини под дејством центрифугалне силе 141 3.4.5.4. Технолошке шеме гравитацијске концентрације у тешкој средини 142 3.5. Магнетска концентрација 144 3.5.1. Магнетско поље 145 3.5.2. Магнетске особине минерала 147 3.5.3. Припрема минералних сировина за магнетску концентрацију 149 3.5.4. Уређаји за магнетску концентрацију 150 3.5.4.1. Суви нискоинтензивни магнетски концентратори 151 3.5.4.2. Мокри нискоинтензивни магнетски концентратори 152 3.5.4.3. Високоинтензивни магнетски концентратори 153 3.5.5. Технолошке шеме 156 3.6. Остале методе концентрације 157 3.6.1. Електрична концентрација 157 3.6.2. Хемијски процеси концентрације (лужење) 158 3.6.3. Специјалне методе концентрације 164 3.7. Контрола и регулација процеса концентрације 165 3.7.1. Контрола и регулација процеса флотацијске концентрације 165 3.7.2. Контрола и регулација процеса гравитацијске концентрације 166 3.7.3. Контрола и регулација процеса магнетске концентрације 166 4. Одводњавање производа концентрације 167 4.1. Дренирање 167 4.2. Згушњавање 168 4.2.1. Згушњавање под дејством Земљине силе теже 168 4.2.2. Уређаји за згушњавање 170 4.2.3. Згушњавање под дејством центрифугалне силе 172 4.3. Филтрирање 172 4.3.1. Уређаји за филтрирање 173 4.4. Сушење 176 4.5. Технолошке шеме одводњавања 177 5. Ускладиштење производа концентрације 181 5.1. Складиштење концентрата 181 5.2. Депоновање јаловине 181 5.2.1. Намене и задаци јаловишта 182 5.2.2. Врсте јаловишта 183 5.2.3. Методе надградње ободних насипа 184 6. Утицај процеса припреме минералних сировина на радну и животну средину 187 6.1. Утицај уситњавања на радну и животну средину 187 6.2. Утицај концентрације, одводњавања и складиштења производа на радну и животну средину 190 Литература 191 Индекс појмова 195 ПРИПРЕМА МИНЕРАЛНИХ СИРОВИНА 1. УВОД Већина минералних сировина која се добија савременим методама рударске експлоатације не испуњава услове за даљу металуршку, хемијску или неку другу прераду, односно није погодна за непосредно коришћење. Разлози за то могу бити: - ниско учешће корисне компоненте, - високо учешће штетне компоненте, и/или - неодговарајуће физичко-механичке карактеристике. Ниско учешће корисне и високо учешће штетне компоненте (или компонената) у минералној сировини може бити последица стања у самом лежишту (нпр. светска лежишта бакра најчешће имају садржај бакра испод 2%, а металуршка прерада захтева минимално учешће од 6% бакра), а може бити последица примене робусне механизације високог капацитета која има такве карактеристике да је неекономично »прескакање« интерслојне јаловине дебљине више десетина центиметара (карактеристично нарочито за експлоатацију лигнита). Неодговарајуће физичко-механичке карактеристике минералне сировине могу бити последица рударске експлоатације (велика крупноћа, велики распон крупноћа) или неке од фаза прераде (сувише ситно, влажно и сл.). Скуп процеса којим се квалитет и физичко-механичке карактеристике минералне сировине доводе до нивоа који захтева тржиште или наредни прерађивач у технолошком ланцу назива се једним именом припрема минералних сировина (скраћено ПМС). Процеси припреме минералних сировина су веома разноврсни и условљени су како карактеристикама минералне сировине тако и захтевима тржишта. Процеси који се користе у припреми минералних сировина омогућују следеће: - концентрацију корисних минералних компонената у производе који се даље могу економично или економичније прерађивати (нпр. флотацијска концентрација минерала бакра), - раздвајање више корисних минералних компонената у засебне производе подесне за даљу економичну прераду (нпр. раздвајање минерала олова од минерала цинка флотацијском концентрацијом), - извајање некорисних и штетних минералних компонената и примеса из минералних сировина тако да су оне подесне за даљу употребу и економичну прераду (нпр. издвајање минерала арсена из руда олова и цинка), - повећање минералне сировинске базе увођењем у индустријску прераду неквалитетних, сиромашних и веома комплексних минералних сировина (нпр. у данашњим условима рентабилно се прерађују руде бакра код којих је учешће корисне компоненте испод 0,3%), - класирање минералних сировина по физичким особинама као претходну радњу за употребу ван постројења за припрему минералних сировина (нпр. просејавање кречњака за путоградњу), - прилагођавање физичких карактеристика минералних сировина за даљу употребу или прераду ван постројења за припрему минералних сировина (нпр. уситњавање кречњака), - одвајање чврсте и течне фазе (нпр. пречишћавање отпадних вода). Процеси припреме минералних сировина, као техничке дисциплине, су засновани на фундаменталним и примењеним резултатима механике, физике, хемије, физичке хемије, хидраулике, пнеуматике и др. 1.1. МЕСТО И УЛОГА ПРИПРЕМЕ МИНЕРАЛНИХ СИРОВИНА Припрема минералних сировина није независна техничка дисциплина већ своје процесе базира на сазнањима добијеним при геолошким истражним радовима и рударској експлоатацији, а многи детаљи самог процеса прераде су условљени захтевима каснијег корисника (карактеристично за металуршку прераду концентрата обојених метала и за неке неметаличне минералне сировине), односно тржишта (карактеристично за угаљ и неке неметале). У технолошком низу коришћења минералних сировина, који започиње геолошким истражним радовима, а завршава металуршком или хемијском прерадом постоји вишеструко преплитање и вишеструко усклађивање расположивих и потребних карактеристика сировина и производа, у разним фазама процеса прераде. Графички приказ технолошке повезаности геологије, рударства, металургије/неорганске технологије и економије са припремом минералних сировина дато је на слици 1.1. Геологија положај лежишта, резерве, петрографски састав, дубина лежишта угао залегања, хидролошка ситуација итд. експлоатационе резерве, трошкови експлоатације могућност валоризације, трошкови прераде количина корисне ископине, хемијски састав, минерални састав, механичке карактеристике Рударство метода прераде, тех. искоришћење, трошкови прераде ПРИПРЕМА МИНЕРАЛНИХ СИРОВИНА прихватљиви трошкови експлоатације петрографски, хемијски и минералошки састав по деловима лежишта, крупноћа, динамика експлоатације, трошкови експлоатације трошкови експлоатације Економија трошкови прераде прихватљиви трошкови прераде прихватљива цена цена цена Берза/тржиште цена Крајњи корисник Слика 1.1. Повезаност припреме минералних сировина са геологијом, рударством, металургијом/хемијском технологијом и економијом За припрему минералних сировина као резултат геолошких истражних радова битна су следећа сазнања: - укупна количина корисне минералне сировине (исказано као геолошке резерве), - хемијски, минерални и петрографски састав минералних сировина (укупно за цело лежиште и по деловима – у хоризонталној и вертикалној равни), Место и улога припреме минералних сировина - физичко-механичке карактеристике минералних сировина »in situ« (укупно за цело лежиште и по деловима – у хоризонталној и вертикалној равни) итд. На бази тих резултата уз обезбеђење испитивања одговарајућег броја репрезентативних узорака по карактеристичним деловима лежишта могуће је проценити могућност валоризације корисне минералне сировине уз грубо дефинисање технолошког процеса прераде. Тек после оваквих сазнања има смисла наставити разраду лежишта са аспекта рударске експлоатације. Укључивањем рударских стручњака врши се оконтурење лежишта, његова подела, разрађује се технологија и динамика експлоатације тако да инжењеру припреме минералних сировина стоје на располагању подаци везани за хемијски, минерални и петрографски састав, односно физичко-механичке карактеристике ископане минералне сировине, разврстано по деловима лежишта чија је експлоатација временски дефинисана. На бази ових података и испитивања на репрезентативним узорцима врши се дефинисање процеса припреме минералних сировина и билансирање концентрације (дефинисање количине и квалитета свих производа који ће се добити). Ови подаци омогућују дефинисање потребне опреме и трошковa експлоатације. На бази ових трошкова, трошкова геолошких истраживања, рударске експлоатације, експропријације земљишта, снабдевањем нормативима сагледавају се економски параметри и утврђује колико је експлоатације лежишта економична и исплатива. Како производи припреме минералних сировина иду директно на тржиште или у даљу прераду то се при конципирању технолошког процеса прераде уважавају њихови захтеви (минимално учешће корисне компоненете, максимално учешће штетних компонената, крупноћа, влажност, динамика испоруке и друге специфичне карактеристике). Тако се процесима припреме врши заокруживање рударског производа и сагледава могућност и услови изласка на тржиште. Када се лежиште отвори и рудник формира као радна организација не завршава се сарадња и координација геолога, рудара, економиста, металурга и осталих корисника са инжењерима припреме минералних сировина. Измене карактеристика минералне сировине, као и њихова просторна неуједначеност унутар једног лежишта су нормалне појаве па је за успешну валоризацију корисне минералне сировине неопходно благовремено познавање карактеристика минералне сировине која ће се прерађивати у наредном периоду (обично се то мери данима или недељама, а код великих измена потребно је познавање измењених карактеристика више месеци пре експлоатације). Располагање са таквим сазнањима омогућава да се: - процес експлоатације прилагоди променама (извршиће се хомогенизација минералне сировине променом динамике експлоатације или другачијим распоредом откопних машина, извршиће се разблажење минералне сировине експлоатацијом дела лежишта које је, појединачно гледано, третирано као ванбилансно, неће се експлоатисати део лежишта које је билансирано да се не би реметио успостављени процес, део лежишта ће се откопати и селективно одложити да би се користио у неком другом периоду и сл.), - процес припреме минералних сировина прилагоди променама (измениће се режим уситњавања, промениће се реагенсни режим, увешће се додатна опрема, увешће се претконцентрација, упростиће се технолошки процес, извршиће се промена методе концентрације итд.). Другим речима, правовременим познавањем карактеристика минералне сировине која ће доћи у постројење за припрему минералних сировина могуће је изнаћи повољно решење за превазилажење већине техничко-технолошких проблема. Услов за то је координирана сарадња и уважавање специфичности свих фаза процеса прераде. Зато се често каже да суштински припрема минералних сировина почиње већ на лежишту, а да рударска експлоатација завршава на крају процеса припреме минералних сировина. 1.2. МИНЕРАЛНЕ СИРОВИНЕ КАО ПРЕДМЕТ РАДА ПРИПРЕМЕ МИНЕРАЛНИХ СИРОВИНА Минералне сировине су природне минералне материје органског и неорганског порекла. Када се расположивим процесима и технологијама могу економично валоризовати тада се говори о к о рисним минералним сировинама. Обично, када се каже минерална сировина мисли се на корисне минералне сировине. 1.2.1. Врсте минералних сировина Према индустријској применљивости минералне сировине се деле на: - сагорљиве, - металичне, - неметаличне, и - хидроминералне. Сагорљиве минералне сировине представљају изворе за добијање енергије. Мећу сагорљиве минералне сировине спадају угаљ, нафта, земни гас и уљни шкриљци. Сагорљиве минералне сировине су често полазна компонента за издвајање органских производа различите намене. Металичне минералне сировине су носиоци метала. У зависности од карактеристика метала који се добијају врши се и подела минералних сировина на: руде црних метала (Fe, Ti, Cr, Mn), руде ретких метал (W, Mo, Sn, Co, Hg итд.), руде лаких метала (Al, Li, Be, Mg), руде обојених метала (Cu, Pb, Zn, Sb, Ni), руде племенитих метала (Au, Ag, Pt, Os, Ir), руде радиоактивних метала (U, Ra, Th), руде расејаних елемената (Sc, Ga, Rb, Ge, Cd итд.) и руде елемената ретке земље (La, Ce, Pr, Nd итд.). Неметаличне минералне сировине су руде и стене које се експлоатишу и припремају за различите сврхе. Најчешће представљају сировине за хемијску индустрију, индустрију ђубрива, за керамичку и опекарску индустрију, индустрију ватросталних материјала, за добијање абразива, као пуниоци, топитељи итд. Металичне и неметаличне минералне сировине називају се и рудама. Хидроминералне сировине су пијаће, техничке, бањске, минералне и нафтне воде. 1.2.2. Компоненте минералне сировине Компоненте од којих је сачињена минерална сировина деле се на: - основне корисне компоненте, - пратеће корисне компоненте и примесе, - некорисне компоненте, и - штетне компоненте и примесе. Основна корисна компонента представља минерале носиоце хемијских елемената због којих се минерална сировина експлоатише и валоризује. Основна минерална компонента у рудама бакра су минерали бакра, у рудама хрома минерали хрома, у рудама гвожђа минерали гвожђа итд. Обично минералне сировине из једног лежишта имају само једну основну корисну компоненту, мада није реткост да се појаве две или три основне компоненте. Најчешћи пример су руде олова и цинка у којима се као основна компонента појављују минерали олова и минерали цинка, односно руде бакра, олова и цинка где се минерали сва три елемента појављују као основне корисне компоненте. Пратеће корисне компоненте и примесе се јављају у парагенези са основним. Њихово издвајање не би било економски оправдано да нема основне корисне компоненте, но када се корисна компонента већ издваја оправдано је издвојити и све пратеће корисне компоненте Минералне сировине као предмет рада припреме минералних сировина и примесе чиме рад постројења постаје економичнији и исплативији (дакле, повећавају цену ископане рудне масе). На пример, уобичајене корисне компоненте и примесе у рудама обојених метала су молибден, злато, сребро, платина и др. Пратеће компоненте и примесе се најчешће издвајају у један концентрат заједно са основном корисном компонентом па се њихово међусобно раздвајање врши накнадно у металуршким постројењима (нпр. племенити метали из концентрата обојених метала), мада има случајева да се њихова селекција обавља процесима припреме минералних сировина (нпр. концентрат молибдена се флотацијском концентрацијом одваја од концентрата бакра). Када је учешће пратећих корисних минерала или самородних метала значајније тада се говори о пратећим корисним компонентама, а када је садржај мали о примесама. Наведена подела на основне и пратеће компоненте и примесе је релативна и развојем лежишта или отварањем различитих лежишта на истом локалитету могућа је измена тако да основна корисна компонента постане пратећа, односно да компонента постане примеса и обрнуто (нпр. рудник »Сува Руда« код Рашке у којем су, у тридесетогодишњој историји, основна компонента били минерали гвожђа, потом бакра и, данас, олова и цинка). Некорисне компоненте су минерали основне масе у којој је дошло до орудњења, чије издвајање није исплативо или не постоји одговарајућа технологија за економично издвајање из ископане минералне сировине. Некорисне компоненте пролазе кроз целокупни процес припреме минералних сировина (уситњавање, класирање, концентрација), мањи део се процесима припреме минералних сировина не може селективно одвојити од корисне компоненте већ се заједно са корисном компоненетом издваја у облику концентрата (потом се у металуршким постројењима одваја од корисних компонената), док се највећи део (измењених физичко-механичких карактеристика) издваја у облику јаловине. Онога тренутка када се постигну захтевани или стандардом дефинисани квалитети концентрата (тзв. кондициони концентрат) присуство некорисне компоненте не угрожава концентрат као робу која се износи на тржиште (мада је исплативије да њихов удео буде што мањи). Савремени процеси припреме минералних сировина теже потпуној селекцији и издвајању свих минералних примеса у засебне производе који се могу продати на тржишту развојем тзв. безотпадних технологија. Наведена технологија је оживела на више постројења на којима се прерађују неметаличне минералне сировине (нпр. на руднику »Фелдспат« у Бујановцу издвајају се кондициони концентрати фелдспата, лискуна и кварца, а јалова компонента, масено практично занемарљива, сачињена од онечишћених минерала основне корисне компоненте и алумосиликата се користи као насипни материјал у грађевинској индустрији чиме је извршена потпуна валоризација улазне минералне сировине). Штетне компоненте и примесе прате претходне компоненте, али је њихово присуство штетно јер смањују обим примене или потпуно онемогућавају примену корисних компонената. Класичан пример чини појава арсена и живе који су пожељни само као основна корисна компонента, а у свим другим случајевима њихов удео је веома строго лимитиран јер, као штетне компоненте и примесе обезвређују концентрат неке друге корисне компоненте. Код угљева корисну компоненту чини сагорљиви (органски) део, пратећих корисних компонената, по правилу, нема, некорисну компоненту чине све несагорљиве (неорганске) материје које се у процесу сагоревања издвајају као пепео, док се као штетне примесе (веома ретко се могу дефинисати као компоненте) појављују минерали носиоци, у првом реду, сумпора и азота. 1.2.3. Квалитет минералних сировина Квалитет минералних сировина се мери: - садржајем корисне или корисних компонената, - садржајем пратећих корисних компонената и примеса, - обликом (хемијским и минералошким) у којем се корисне и пратеће компоненте и примесе појављују, и - учешћем штетних компонената и примеса у минералној сировину. Код већине минералних сировина квалитет се изражава у процентима (%), маси корисне примесе по маси минералне сировине (g/t) или у милионитим деловима (ppm). Разуме се, када је учешће корисне компоненте значајније, изражава се у процентима (нпр. руде бакра, олова, цинка, гвожђа, разних неметала и сл.), а када се јавља у примесама у g/t или ppm (нпр. злато, сребро, платина, молибден, уранијум и сл.). Квалитет угљева се исказује преко: - топлотне моћи (kJ/kg), - садржаја пепела (%), и - учешће загађујућих материја, у првом реду оксида сумпора и азота (%). 1.3. ПРОЦЕСИ У ПРИПРЕМИ МИНЕРАЛНИХ СИРОВИНА Процеси у припреми минералних сировина се деле у три групе: главни, припремни и помоћни. Њих прате и процеси производног опслуживања. Главни процеси обухватају процесе у којима се добија најмање један производ кондиционог квалитета. У припреми минералних сировина то су процеси концентрације корисних компонената из ровне минералне сировине, односно представљају оне процесе због којих је постројење и направљено. У зависности од карактеристика минералне сировине примењују се различити поступци концентрације, приказани у табели 1.1. Табела 1.1. Поступци концентрације Поступак концентрације Особина корисних минерала Флотацијска Физичко-хемијске особине површинског слоја Гравитацијска Густина и брзина кретања кроз средину Магнетска Магнетски сусцептибилитет Електростатичка Електрична проводљивост Лужење Растворљивост Специјалне методе Боја, сјај, облик, крупноћа, радиоактивност и др. Припремни процеси обухватају процесе у којима се минерална сировина припрема за главне процесе. Најчешће је то процес уситњавања минералне сировине (дробљење и млевење), класирање, одмуљивање итд. Помоћни процеси обухватају процесе помоћу којих се повећава квалитет концентрата или се квалитет доводи на задани ниво. Обично су то процеси одводњавања, окрупњавања или уситњавања. Процеси производног опслуживања обезбеђују континуитет и стабилност процеса припреме минералних сировина. То су општи технолошки процеси који нису карактеристични само за ПМС: транспорт, снабдевање водом, електричном енергијом, ваздухом и реагенсима, аутоматизација, вођење и контрола процеса, отпрашивање, одржавање и сл. Наведена подела је релативна и у зависности од минералне сировине, примењених процеса и захтева тржишта. Један те исти процес се може класификовати у све три групе. На пример, процес просејавања је припремни за гравитацијску, магнетску и неке друге методе концентрације, главни када се процес своди на раздвајање по крупноћи, а помоћни када прати процес дробљења. Шематски приказ процеса, могућих алтернатива у избору поступка концентрације и редоследа примене процеса у припреми минералних сировина дат је на слици 1.2. Процеси у припреми минералних сировина Ровна руда Дробљење (вишестепено) Просејавање Млевење (суво или мокро) Директна употреба Сортимани Концентрација Физичко-хемијске методе Физичке методе Гравитацијска Магнетска Сепарација у води Високо интензивна Мокра Дубока вода Танки слој воде Сува Јаловина Концентрат Депоновање Згушњавање Чврсто Филтрирање Чврсто Вода Сушење Коришћење Третирање Враћање у процес Коришћење Окрупњавање Термичко третирање Слика 1.2. Шематски приказ процеса, алтернатива у избору поступка концентрације и редоследа примене процеса у ПМС 1.4. KАРАКТЕРИСТИКЕ МИНЕРАЛНИХ СИРОВИНА Да би се могао дефинисати и контролисати процес припреме минералних сировина неопходно је проучити, дефинисати и пратити карактеристике минералних сировина и производа припрема. Да би се то урадило неопходно је узети одговарајући (репрезентативни) узорак и одредити потребне карактеристике. 1.4.1. Узорак и узорковање Сва испитивања се обављају на средњем репрезентативном узорку (кад год се у ПМС говори о узорку мисли се на средњи репрезентативни узорак, без обзира да ли је то посебно наглашено). Средњи репрезентативни узорак представља мању количину минералне сировине, узету по одређеним (устаљеним или стандардизованим) правилима из веће количине тако да садржи све компоненте (и у истом међусобном односу) и има исте физичко механичке карактеристике као и минерална сировина из које је узорак узет. Узорци се узимају у различите сврхе. Када лежиште још није отворено узимају се узорци да би се сагледале карактеристике минералне сировине и утврдила могућност економичне валоризације корисних компонената. Када је експлоатација започела узимају се узорци из делова који ће се експлоатисати наредних дана или недеља да би се сагледале евентуалне промене како би се процес прилагодио минералној сировини која ће се скоро прерађивати. Када је минерална сировина дошла до постројења и процес припреме започео узимају се узорци ради контроле успешности процеса. Узорковање представља скуп (устаљених или стандардизованих) поступака на узимању и обради узорака. Узорковање треба планирати. При томе посебно треба дефинисати место и начин узорковања, количину узорка и начин обраде узорка. Место узорковања може бити различито: лежиште, јама, коп, склад, бункер, транспортна средства, поједине машине унутар постројења за припрему, јаловиште итд. Место са којег ће се узорак узети зависи од разлога узорковања, односно од радова који ће се на узорцима обавити. Увек се бирају лако приступачна и безбедна места или се предузимају посебне мере да се обезбеди приступачност и безбедност онога ко врши узорковање. Начин узорковања зависи од места узимања и стања минералне сировине. Из компактне масе у лежишту, јами или копу узорци се узимају из бушотине, поткопа или неке друге рударске просторије која већ постоји или се посебно гради ради узорковања. Узорци се узимају језгровањем бушотине, браздом, тачкасто итд. Уситњена сува (или влажна) минерална сировина се узоркује браздом или тачкасто са гомиле, транспортера или бункера, односно засецањем млаза са транспортне траке. Минерална сировина у облику суспензије (хидромешавине, пулпе) се узоркује пресецањем млаза, обично на пресипним местима. За узорковање постоје посебно урађени узимачи прилагођени стању минералне сировине (суво, суспензија) и њеним физичким карактеристикама (крупноћа, везаност и сл.). Изглед неколико узимача узорака дат је на слици 1.3. Слика 1.3. Узимачи узорака Количина узорка зависи од карактеристика минералне сировине која се узоркује (минимална количина) и карактера и обима испитивања (потребна количина). Минимална количина узорка је она количина која обезбеђује репрезентативност целокупне масе из које је узорак узет. Зависи од садржаја корисне компоненте, начина минерализације и крупноће минералне сировине. Многи истраживачи (Ричард, Чечот, Везин, Дејмонд, Халфердал и др.) су се бавили утврђивањем најповољнијег начина за одређивање минималне количине узорка која обезбеђује потребну репрезентативност. У припреми минералних сировина, за узорковање металичних минералних сировина, најширу примену је нашао образац Ричарда и Чечота: где је: Qmin минимална количина узорка, kg dmax средњи пречник најкрупнијих комада у узорку, mm k коефицијент. Вредност коефицијента k зависи од садржаја корисне компоненте, начина орудњења и крупноће зрна. Креће се од 0,16 до 24. Вредности се бирају из табеле 1.2. Табела 1.2. Вредности коефицијента k из обрасца Ричард-Чечота Карактериске минералне сировине Коефицијента k Садржај корисне компоненте Минерализација Величина зрна Граничне вредности Средња вредност Веома сиромашна Веома равномерна Микроскопсака до субмикроскопска Сиромашна Мање или више равномерна Веома ситна 0,4 ч 1,5 1,0 Средње богата Мање или више равномерна Ситна 1,5 ч 3,0 1,8 Средње богата Мање или више неравномерна Средња 3 ч 6 4,5 Богата Неравномерна Крупна 6 ч 15 10 Веома богата Веома неравномерна Веома крупна 16 ч 24 20 Као што се види одређивање вредности коефицијента k носи у себи значајну субјективност. Суштински се полази од равномерности орудњења које представља основни елемент за одређивање минималне масе узорка. Када су у питању неметаличне минералне сировине и угаљ минимална количина узорка се најчешће одређује по обрасцу Дејмонда и Халфердала: где је: Qmin минимална количина узорка, kg k коефицијент који зависи од природе сировине и потребне тачности узорковања, d средњи пречник најкрупнијих комада, mm α степен који зависи од величине узорка и хомогености материјала. Вредности коефицијената k и степена α су дате у табели 1.3. Табела 1.3. Вредности коефицијената k и степена α из једначине Дејмонд-Халфердала Карактеристике сировине Коефицијент k Степен α За узорке мале масе За индустријске узорке Веома равномерна минерализација Равномерна минерализација Неравномерна минерализација Потребна количина узорка зависи од врсте (лабораторијска, полуиндустријска, индустријска) и обима испитивања. Обично се за хемијске и минералошке анализе, одређивање густине и специфичне површине узимају узорци масе од око 100 g, за анализу гранулометријског састава, садржаја влаге и запреминску масу од 1000 g. За остала лабораторијска испитивања узимају се узорци масе од 1000 или више грама. За полуиндустријска испитивања се узимају узорци чија маса не може да буде испод 30 тона, док се индустријска испитивања раде више дана на индустријској инсталацији на којој се преради (зависно од процеса и величине постројења) и више хиљада тона минералне сировине. Обично је потребна количина узорка неупоредиво већа од минималне прорачунате по Ричард-Чечотовом или неком другом обрасцу. Ако се узорковање обавља исправно то репрезентативност расте са повећањем масе узорка. Обрада узорка подразумева скуп поступака на уситњавању и скраћивању узорка ради узимања узорака мање масе за поједина испитивања уз стално задржавање репрезентативности. Скраћивање узорка се обавља постепено уз повремено уситњавање ради задржавања репрезентативности. Скраћивање се може обављати ручно или механички помоћу раздељивача различите изведбе. Избор начина скраћивања зависи од величине и намене узорка. Већи узорци се обично скраћују уз помоћ механичких раздељивача. На исти начин се скраћују и узорци које је потребно брзо припремити за анализу (нпр. узорци за одређивање влаге, узорци за одређивање активне материје у кречу итд.). Мањи узорци и узорци чија припрема треба да буде прецизна (за хемијске и минералошке анализе) обично се скраћују ручно. Неколико механичких раздељивача је приказано на слици 1.4. прихват узорка вибрациона хранилица 16-то канални раздељивач посуда за узорке електромотор Слика 1.4. Механички раздељивачи Ручно скраћивање се обавља поступком четвртања и квадратним (зове се још и »шах«) пољима. Шема механичке обраде узорка је приказана на слици 1.5. узорак 100-150 mm чељусна дробилица сито отвора 30mm +30mm -30mm сито отвора 10mm +10mm конусна дробилица -10mm четвртање резерва 1/2 скраћивање узорка 1/2 сито отвора 2mm +2mm -2mm конусна дробилица узорковање Слика 1.5. Шема (план) механичке обраде узорка За ручно скраћивање потребно је припремити чисту и равну подлогу (најбоље бетонску или металну), лопату за хомогенизацију узорка, кочић за центрирање купе, равњачу за превођење купе у погачу, крстачу за четвртање, летву за исцртавање поља и лопатицу за узимање појединачних узорака. Узорак се хомогенизује пребацивањем са једне купе на другу. Након неколико пребацивања купа се развлачи у погачу кружног облика и равномерне дебљине. Помоћу крстаче погача се дели на четири једнака дела. Две насупротне четвртине се одбацују (остављају се као резерва), а преостале две се скупљају у купу и поступак се понавља. Сагласно плану обраде узорка, а ради задржавања репрезентативности, након неколико скраћивања врши се уситњавање узорка. Када се узорак четвртањем скрати на потребну величину (количину, масу) врши се скраћивање методом квадратних поља (или методом »шах поља«) ради узимања мањих узорака за појединачна испитивања. Скраћивање методом »шах поља« започиње хомогенизацијом и развлачењем купе у погачу као у претходном поступку. Погача (пожељно је да буде што мање дебљине испод 10 cm) се не дели на четири дела већ се на погачи исцрта квадратна мрежа (величина поља зависи од величине погаче и потребног броја узорака). Појединачни узорци се узимају из сваког или сваког другог квадратног поља, помоћу лопатице, по целој дебљини погаче. 1.4.2. Основне карактеристике минералних сировина Основне карактеристике које се одређују, практично на сваком узорку, су садржај влаге, хемијски састав, минерални састав, крупноћа и густина. Поред тога, а зависно од циља и постављених задатака одређују се и друге карактеристике: тврдина, чврстоћа, дробљивост, време млевења, радни индекс, магнетичност, брзина таложења, растворљивост, флотабилност итд. Садржај влаге се одређује ради процене могућности коришћења неких процеса и машина (чекићна дробилица, све пнеуматске машине), ради прилагођавања облика и карактеристика бункера расположивој количини влаге, ради прорачуна и модификације друге опреме (сита, траке), односно ради предузимања додатних мера уклањања влаге када то услови тржишта захтевају (сушење концентрата). Садржај влаге је потребно познавати и при билансирању процеса. Према стандардима на минералним сировинама се одређује укупна влага. Укупна влага представља збир грубе и хигроскопне влаге. Груба влага се одређује одмах по узимању узорка сушењем у затвореној просторији у којој је температура 20°, а релативна влажност 50%. Време сушења се одређује повременим пробним мерењем масе сушеног узорка све док се не утврди да између два мерења нема промене масе (тзв. сушење до константне масе). Тада се количина влаге прорачунава по обрасцу: где је: W садржај влаге, % Q1 маса узорка пре сушења, kg (g) Q2 маса узорка после сушења, kg (g) Хигроскопна влага се одређује сушењем у лабораторијској сушари на температури од 105°. Сушење траје до утврђивања константне масе, а потом се по обрасцу (1.3.) одређује садржај хигроскопне влаге. Садржај влаге се уобичајено исказује у процентима. Грубу влагу обично одређује лице које узима узорке, док се хигроскопна влага одређује од стране стручног лица у лабораторији. Хемијски састав се одређује на узорцима минералне сировине пре припреме, на производима концентрације и у току неких процеса припреме. Хемијском анализом се одређује квалитет минералне сировине, дефинише потреба припреме и употребна вредност појединих производа. Разликују се комплетна и делимична хемијска анализа. Комплетна хемијска анализа подразумева одређивање свих садржаних елемената и једињења, укључујући и губитке при жарењу узорка. Збир елемената који чине комплетну хемијску анализу је 100 % (у пракси, због тачности сваке анализе понаособ, обично износи око 100%). Због компликованости и цене израде комплетна хемијска анализа се ради ретко и то по правилу на улазној минералној сировини. Делимична хемијска анализа подразумева одређивање само неких елемената или једињења. По правилу, анализирају се елементи и једињења који потичу од корисних и штетних минерала из минералне сировине (нпр. на рудама бакра: бакар укупни и оксидни, садржај злата и сребра, на рудама олова и цинка: олово, цинк, често бакар и арсен, злато и сребро итд.). Делимична хемијска анализа се ради на сменским, дневним, месечним и годишњим узорцима производа концентрације и служи за контролу успешности процеса припреме. На угљу се раде елементарне и техничке анализе. Елементарна анализа угља подразумева одређивање садржаја угљеника, водоника, азота, кисеоника, сумпора и фосфора у сагорљивом (органском) делу угљене масе и тзв. силикатнa анализа на несагорљивом (неорганском) делу. Техничка анализа угља подразумева одређивање садржаја влаге (грубе и хигроскопне), испарљивих материја (волатила), сагорљивог дела, C-fix, топлотне моћи и пепела. Сабирање елемената који чине техничку анализу добија се 100 %. У табели 1.4. дат је пример свих наведених врста хемијских анализа. Табела 1.4. Хемијске анализе Све врсте хемијских анализа изводе стручно оспособљени радници (инжењери и техничари) хемијске струке. Делимичне хемијске анализе се обично обављају у рудничким лабораторијама, а комплетне хемијске анализе у посебно оспособљеним институтима и лабораторијама. Минерални састав подразумева одређивање свих минерала који изграђују минералну сировину. При томе се утврђују минерали носиоци корисних, штетних и јалових компонената и њихови међусобни односи. Минерални састав се одређује макроскопски и микроскопски. За микроскопско одређивање минералног састава израђују се посебни рудни и петрографски препарати ради испитивања у одбијеној и пропуштеној светлости. Минералози за тачно дијагностицирање минералног састава поред микроскопа користе и рендгенске, спектралне, диференцијалнотермичке и друге анализе. Кроз испитивања минералози треба да дефинишу структурно-текстурне карактеристике минералне сировине. У првом реду је битно да се одреди величина и облик минерала (посебно корисних) у агрегату, начин срастања корисних и јалових минерала, врста и стање везивне масе итд. Минерални састав се обавезно одређује у периоду испитивања могућности и услова валоризације корисних компонената из неког лежишта. Након почетка експлоатације минерални састав се одређује повремено или када се уоче проблеми у процесу концентрације. Крупноћа минералне сировине која долази у постројење за припрему је, једним делом, последица врсте минералне сировине и услова настајања у лежишту, а другим процеса минирања, откопавања и транспорта. Доласком у постројење за припрему пролази кроз процесе који стално подразумевају додатно смањење крупноће ради потпуног отварања минералне сировине. Откопана минерална сировина има комаде и блокове чија величина премашује 1500 mm. Разуме се, учешће тих комада није масено доминантно, али се не могу занемарити јер опрема за примарно дробљење мора бити прилагођена да може прихватити комаде те величине. Утврђивањем дистрибуције зрна по крупноћи добија се гранулометријски састав анализиране минералне сировине. Одређивање гранулометријског састава врши се на више начина у зависности од крупноће појединих зрна (табела 1.5.). Табела 1.5. Начини одређивање гранулометријског састава Крупноћа, mm Начин одређивање гранулометријског састава >100 Мерење средњег пречника или појединих димензија комада 5 ч 100 Просејавање на нестандардизованим ситима 0,037 ч 5 Просејавање на стандардизованим ситима < 0,037 Седиментација, елутријација, микроскопски, ласерски Дефинисање крупноће комада крупнијих од 100 mm практично се своди на одређивање средњег пречника најкрупнијих комада у узорку. Директним мерењем средњег пречника утврђује се крупноћа минералних зрна сферичног облика. Отпуцала и примарно издробљена зрна чешће имају неправилан, угласт или коцкаст облик па се средњи пречник зрна одређује мерењем две или три карактеристичне димензије и прорачунавањем по обрасцима за аритметичку (1.4.) и/или геометријску (1.5.) средину: где је: dsr средњи пречник зрна, mm (m) a, b, c димензије по појединим осама, mm (m) Одређивање крупноће зрна ситнијих од 10 mm, а крупнијих од 5 mm се обавља просејавањем на ситима, али облик, величина, светла површина и међусобни односи између тих сита нису стандардизовани. Та сита се често називају обична или грађевинска. Мада није прописано, због лакоће израде, најчешће имају квадратни облик, рам сита је дрвени, а мрежа је метална квадратних (плетена жица) или округлих отвора (перфорисани лим). За одређивање гранулометријског састава зрна ситнијих од 5 mm и крупнијих од 0,074 mm, односно 0,037 mm користе се лабораторијска сита. Лабораторијска сита су стандардизована, а сви битни параметри код тих сита су прецизно утврђени. Имају металне рамове округлог облика, а просевна површина је израђена од плетене мреже са квадратним отворима. Величина сита, дебљина жице и број отвора је дефинисан у зависности од стандарда. Израђују се у серијама са јасно дефинисаним кораком повећања или смањења величине отвора између суседних сита у серији. Лабораторијска сита се израђују по више различитих стандарда, а у припреми минералних сировина се најчешће користе сита израђена по систему Тајлера (Tyler), за металичне и неметаличне минералне сировине, и немачком DIN стандарду, за угаљ. Серија сита направљена по тим стандардима је дата у табели 1.6. Основно сито Тајлерове серије сита је сито величине отвора од 0,074 mm. Код овог сита на дужини од 25,4 mm има 200 отвора. По Тајлеру сита се класификују на основну и допунску серију. Табела 1.6. Стандардне серије лабораторијских сита по Тајлеру и DIN-у Број и величина отвора на суседним ситима основне серије се добија множењем или дељењем са (1,41)1, а код допунске са (1,189). Немачки, DIN стандарди, имају више серија сита. Ови стандарди су прихваћени и пренесени у више земаља, па је и JUS серија лабораторијских сита базирана на тим стандардима. Серији сита по француским стандардима (AFNOR) је идентична серија сита по DIN 4188. Просејавање на нестандардним ситима се увек обавља ручно, док се просејавање на стандардним ситима може обављати ручно или механички. Ручно просејавање се обавља тако што се узорак просејава најпре кроз сито са највећим отворима. Производ који остане на ситу се мери, а 1) На пример: прво веће сито (број 150, односно са 150 отвора на дужини од 25,4 mm) има отворе величине 2 = 0,104 mm, а прво мање (број 270, односно са 270 отвора на дужини од 25,4 mm) има отворевеличине 0,074 / 2 = 0,104 mm. производ који прође кроз отворе се просејава кроз наредно сито из серије и тако редом. Механичко просејавање се обавља на посебним уређајима (различите конструкције) тако што се у погон рам серија сита довод воде сакупљање воде најгорње сито (које има највеће отворе) сипа узорак, потом се сложи одређени број сита у серију, тако да свако доње сито има мању величину отвора, и стави у апарат у којем се остварује вибрације довољне да побуде кретање материјала и његово просејавање. Време просејавања код ручног просејавање се одређује визуелно (престаје када више нема проласка ситнијих зрна кроз мрежу), а код механичког се одређује искуствено или се итерацијом одређује на посебно издвојеном узорку. Код механичког просејавања по завршетку се врши контролно ручно просејавање одсева сваког од сита. Изглед једног од апарата за механичко просејавање је приказан на слици 1.6. У оба случаја просејавање може бити Слика 1.6. Апарат за механичко просејавање: а) суво, б) мокро суво и мокро. Мокрим просејавањем се добијају тачнији резултати. Ако се не користи читава серија сита тада се избор сита на којима ће се обавити анализа гранулометријског састава базира на искуству истраживача. Суштински је задана само величина сита са највећим отворима. Наиме, просејавање треба обавити на ситу на којем ће остати највише 5% анализиране масе. На овај начин је могуће дефинисати тзв. горњу граничну крупноћу (ггк) узорка која, по дефиницији, представља величину отвора сита на којем остаје 5% просејаване масе. При просејавању се увек добијају два производа. Материјал који остане на ситу, јер су зрна крупнија од отвора, назива се надрешетни производ или одсев, а који прође кроз отворе подрешетни производ или просев. По завршетку просејавања увек се вагањем одређује маса одсева. Изузетак је само последње сито у серији код којег се мери и маса просева како би се сабирањем добила маса целокупног узорка. Материјал који прође кроз сито са већим отворима и задржи се на наредном ситу са мањим отворима представља класу крупноће. Класа крупноће се означава на следећи начин: -0,104+ 0,074 mm. Овакво представљање значи да су сва зрна прошла кроз сито са отвором од 0,104 mm (ознака -) и да су се задржала на ситу са отвором од 0,074 mm (ознака +). Дакле, крупноћа тако издвојених зрна је између 0,074 и 0,104 mm. Класа крупноће се може представити и на друге начине. На пример: +0,208 mm или –0,074 mm. У првом случају значи да су сва зрна крупнија од 0,208 mm, а у другом да су ситнија од 0,074 mm мада се не зна тачна крупноћа тих зрна. Често се последња класа крупноће означава са –0,074+0 mm што значи да су сва зрна ситнија од 0,074 mm, али се стварна расподела испод те крупноће не зна. Гранулометријски састав се представља двојака табеларно и графички. Табеларни начин приказивања дат је на примеру приказаном у табели 1.7. Графичко приказивање гранулометријског састава је прикладније и чешће. За приказивање се обично користи дијаграм са семи-логаритамском поделом. На апсцису се, у логаритамској подели, уносе величине отвора коришћених сита, а на ординату, у нормалној подели, масе. На бази табеларних података (као у табели 1.7.) уцртавају се три криве: директна крива, кумулативна крива одсева и кумулативна крива просева. Директна крива приказује масену заступљеност сваке класе крупноће понаособ, односно представља хистограм из којег се могу видети међусобни масени односи по класама крупноће. Табела 1.7. Табеларни приказ гранулометријског састава На слици 1.7. дат је графички начин приказивања гранулометријског састава. При цртању су коришћени подаци дати у табели 1.7. Слика 1.7. Графички начин приказивања гранулометријског састава Резултати добијени просејавањем користе се и за одређивање средњег пречника зрна у узорку. То се може вршити на више начина. Аритметички се одређује по обрасцу: где је: dsr средњи пречник зрна, mm di величина отвора i-тог сита у серији, mm di+1 величина отвора наредног сита у серији, mm Mi маса минералне сировине у i-тој класи крупноће, % Средњи пречник зрна графички се добија на пресецишту кумулативне криве одсева и просева, односно на пресецишту било које од ове две криве са линијом која представља 50 % масе (слика 1.7.). Са графика се лако очитава горња гранична крупноћа (ггк) повлачењем линије паралелне са апсцисом од ознаке 5% на ординати до пресецишта са кривом одсева, или од ознаке за 95% масе на ординати до пресецишта са кривом просева. Горња гранична крупноћа се означава и са d95. За одређивање Бондовог радног индекса (Wi) потребно је познавати параметар d80. Овај параметар се очитава коришћењем криве просева тако што се из тачке 80%, са ординате, повуче права паралелна са апсцисом до пресека са кривом просева, а одатле се спусти нормала до апсцисе и очита величина отвора сита кроз коју прође 80% просејаване масе. Одређивање гранулометријског састава код зрна ситнијих од 0,037 mm је компликованије и обавља се по посебним стандардизованим методама и на посебној опреми. Густина минералне сировине представља масу јединице запремине. Зависи од компонената и њихове густине. Одрећује се у пикнометрима различите конструкције на потпуно уситњеном узорку и по стандардизованим методама. 1.5. ПРИКАЗИВАЊЕ ПРОЦЕСА ПРИПРЕМЕ МИНЕРАЛНИХ СИРОВИНА Ради прегледности процеси припреме минералних сировина се приказују шемама. Основна подела шема је на: - квалитативне, и - квантитативне. Квалитативне шеме показују само примењене процесе, односно машине и уређаје и дају ток кретања маса унутар процеса. Улаз I Дробљење Просејавање II Дробљење Просејавање III Дробљење Млевење у млину са шипкама Класирање Млевење у млину са куглама Ка флотацији Слика 1.8. Писана шема процеса уситњавања и класирања Квантитативне шеме показују примењене процесе, односно машине и уређаје, дају ток кретања маса између делова процеса, односно машина и уређаја, приказују основне карактеристике основних машина и уређаја, те дају основне податке о количинама (масама) и квалитету производа у појединим фазама процеса. Посебан вид квантитативних шема су шеме кретања маса у којима се квантитативно приказује ток маса у целокупном процесу, али се не дају подаци о машинама и уређајима. У зависности од начина приказивања процеса шеме могу бити писане и цртане. Писане шеме приказују само процесе, а ток маса се приказује стрелицама. На слици 1.8. приказана је писана шема процеса уситњавања и класирања руде. Цртане шеме (или шеме са симболима) се одликују тиме што приказују примењене машине и уређаје, а свака машина и уређај се представља посебним симболом. Постоје два типа цртаних шема. У једном се посебно назначавају процеси и машине за одговарајући процес. Код овог типа цртаних шема транспортни токови се приказују стрелицама. Овај тип шема се назива табеларним, а због своје прегледности, најчешће се користи у школама. Шема процеса уситњавања и класирања руде приказана на слици 1.8. преведена у цртану шему дата је на слици 1.9. дробљење просејавање млевење класирање улаз сито сито млин са шипкама млин са куглама ка флотацији Слика 1.9. Цртана шема (табеларна) процеса уситњавања и класирања Други тип цртане шеме даје симболе за сваку машину и уређај, али не врши класификацију машина по процесима. Истовремено се на шему уцртавају транспортна средства и друга опрема из процеса производног опслуживања. Ово су најкомплексније шеме процеса и уобичајено се користе при пројектовању. Шема уситњавања дата на сликама 1.8. и 1.9. приказана у наведеној форми дата је на слици 1.10. дизалица отпрашивач кружна дробилица звездасти додавач отворени склад вибро сито бункер бункер чланкасти додавач трансп. трака магнетни одвајач гвожђа трачна вага стандардна конусна дробилица дизалица кратко конусна дробилица ка флотацији склад издробљене руде тракасти додавач млин са шипкама вода млин са куглама муљна пумпа Слика 1.10. Цртана шема (други тип) процеса уситњавања и класирања Слика 1.11. Квантитативна цртана шема процеса уситњавања Упоредо са уцртавањем симбола врши се и уписивања позиција. Сваки уређај и машина добија бројну ознаку како би се лакше препознавала с обзиром да постоји више машина исте врсте и типа. Позиције су најчешће двоцифрени и троцифрени бројеви. Ради лакшег распознавања сваки део процеса има своју групу позиција (нпр. дробљење креће од 100, млевење од 200, концентрација од 400 итд.). На слици 1.11. дата је квантитативна шема процеса приказаног на претходним сликама. Код квантитативних шема расположиви простор је мали па се дају само најосновније карактеристике за основне машине и уређаје (врста, тип, величина, капацитет, снага електромотора и сл.). Шема кретања маса, у форми писане и цртане шеме, дата је на сликама 1.12. и 1.13. Улаз Слика 1.12. Шема кретања маса процеса уситњавања допуна писане шеме Слика 1.13. Шема кретања маса процеса уситњавања допуна цртане шеме Шеме кретања маса дају неопходне податке о количинама минералне сировине и воде које се појављују на свакој машини. На тај начин је могуће димензионисати сваку машину и пратити њен рад. Подаци потребни за израду шеме кретања маса делом се добијају при технолошким испитивањима, односно, снимањем параметара процеса, а делом се усвајају сагласно карактеристикама машина и потребама процеса прераде. Комплетна шема кретања маса даје следеће податке: масена расподела чврстог у процентима и t/h, количину воде и мешавине воде и руде, односно пулпе у m3/h, масени удео чврстог у процентима, густину чврстог и хидромешавине (пулпе) у kg/m3 и ггк минералне сировине у делу шеме уситњавања. У неким случајевима црта се шема на којој се приказују само објекти и/или делови процеса. Типичан пример је шема развода повратне воде по деловима процеса, дата на слици 1.14. Улаз Резервоар повратне воде Дробљење Млевење Флотирање К Ј Згушњавање Јаловиште Повратна вода Филтрирање Депонована јаловина К Повратна вода Слика 1.14. Шеме по објектима или деловима процеса Симболи који се срећу на шемама процеса припреме минералних сировина нису стандардизовани већ се у зависности од инспирације и могућности аутора срећу различити симболи. 2. УСИТЊАВАЊЕ Рударским откопавањем добија се минерална сировина чија максимална крупноћа достиже 1.000 до 1.500 mm, када је у питање експлоатација површинским путем, односно 400 до 800 mm, када је у питању подземна експлоатација. Минералне сировине наведене крупноће нису подесне за даље коришћење, руковање, транспорт или прераду из два основна разлога: - сувише су крупне да би се могле користити као готови производи у било којој грани привреде, и - ретко у природи постоје тако велики комади сачињени само (или претежно) од корисне минералне супстанце чија концентрација задовољава захтеве металургије, хемијске технологије или неке друге гране привреде. И у једном и у другом случају решење се налази у поступку уситњавања ископане (ровне) минералне сировине. Разлози за уситњавање су, дакле, различити. У првом случају, то је само смањење крупноће до оне коју тржиште захтева (нпр. угаљ испод 120 mm, за широку употребу, односно испод 30 mm за сагоревање у термоелектранама, кречњак испод 32 mm за коришћење у путоградњи, односно испод 1 mm за коришћење као пунило, итд.), а у другом случају, до крупноће на којој долази до ослобађања минерала природних веза између појединих корисних и корисних и некорисних минерала (у овом случају уситњавање може да буде до крупноће од 50–100 mm, када су у питању богате руде магнетичних минерала, али и до неколико микрометара када су у питању сиромашне руде обојених метала). Како се ретко налази минерална сировина коју не треба уситњавати, било из једног било из другог разлога, (изузеци су нека расипна лежишта) то уситњавање руде постаје веома значајно и присутно на готово сваком постројењу за ПМС. У случају када уситњавање има за циљ само смањење крупноће полазне минералне сировине до неке мање величине, сагласно томе, назива се уситњавање . У случају када приоритетни циљ процеса није једноставно смањење крупноће, већ раскидање природних веза унутар агрегата тај феномен се назива отварање минералне сировине . У првом случају уситњавање представља главни процес јер производ уситњавања има цену и износи се на тржиште и продаје, а у другом случају уситњавање је само припремни процес за поступак концентрације из којег тек треба да се валоризује корисни део који може да се изнесе на тржиште. Уситњавање ради смањења крупноће је карактеристично за мономинералне и богате (у овом тренутку то су угаљ, неке неметаличне минералне сировине, неке руде гвожђа, нека лежишта боксита), а уситњавање ради отварања за полиминералне, мање богате и сиромашне минералне сировине. Карактеристике машина и уређаја који се користе за уситњавање, у првом реду, те жеља да се, ради смањења трошкова прераде, постепеним уситњавањем континуално издваја довољно уситњени део минералне сировине условила је да се уситњавање врши у више фаза, односно у више степени. Генерално се дели у два степена: - уситњавање дробљењем, и - уситњавање млевењем. Процес уситњавања започиње дробљењем. Крупноћу најкрупнијих комада руде на улазу у ПМС диктирају услови експлоатације и крећу се до 1.500 mm, а излазну крупноћу услови дробљења и она се креће од 12 до 30 mm, реже од 4 до 5 mm. Ако остварене крупноће нису довољне издробљена руда се подвргава млевењу. Млевење започиње са крупноћама од 12 до 30 mm, а постиже се смањење крупноће до једног микрометра или мање. Зависно од крупноће минералне сировине на улазу и на излазу из процесa дробљења и млевења извршена је, условна, подела дата у табели 2.1. Табела 2.1. Подела дробљења и млевења према крупноћи на улазу и излазу из процеса Процес Подела Крупноћа на улазу, mm Крупноћа на излазу, mm Дробљење Крупно 1,000 ч 1,500 250 ч 350 Средње 250 ч 350 20 ч 75 Ситно 20 ч 75 5 ч 30 Млевење Грубо 5 ч 30 0,04 ч 0,1 Фино 0,04 ч 0,1 0,001 ч 0,015 Колоидно < 0,1 < 0,0001 Однос пречника највећих комада минералне сировине пре уситњавања према пречнику најкрупнијих комада уситњене минералне сировине назива се степен уситњавања (»n«). Пре примарног дробљења пречник највећих комада се одређује њиховим појединачним издвајањем из масе, мерењем и прерачунавањем по обрасцима (поглaвље 1, стр. 16). После примарног дробљења пречник најкрупнијих комада се очитава као горња гранична крупноћа (ггк) са дијаграма у који је уцртан гранулометријски састав. Било да се ради о простом смањењу крупноће или отварању потребно је утрошити енергију да се разбију силе које минерални агрегат држи у чврстом и компактном стању. Процес разбијања тих сила започео је бушачко-минерским радовима и откопавањем на руднику, а наставља се дробљењем и млевењем на постројењима за припрему минералних сировина. За почетно уситњавање на руднику утрошена је извесна енергија и средства, а додатна енергија и средства се троше у процесима дробљења и млевења. Процењује се да се у свету више од 5 % произведене енергије троши на уситњавање минералних сировина при чему у процесу прераде сиромашних минералних сировина уситњавање носи више од 50 % укупно утрошене енергије. Зависно од локалних цена трошкови уситњавања (укључују потрошњу енергије и челика) сиромашних минералних сировина (нпр. руде обојених метала) могу да учествују са више од 80 % у укупним трошковима припреме. Разуме се са смањењем улазне е, односно са жељом да се добије ситнији производ на излазу потрошња енергије и трошкови прераде експоненцијално расту. Да би се трошкови уситњавања смањили на најмању могућу меру упоредо са вишестепеним дробљењем и млевењем врши се парцијално издвајање довољно уситњене сировине, односно зрна. То издвајање се врши процесима класирања. Класирање прати уситњавање на свим савременим постројењима за припрему минералних сировина. Дробљење прати класирање на ситима и решеткама (просејавање), а млевење механичко, хидрауличко или пнеуматичко класирање на различитим машинама и уређајима. 2.1. ТЕОРИJСКЕ ОСНОВЕ УСИТЊАВАЊА Уситњавање се врши деловањем спољашњих сила на комаде минералне сировине. Када спољашње силе надвладају силе кохезије унутар комада на који делују долази до кидања веза и до уситњавања по равнима најмање отпорности. То су обично равни срастања минерала различите тврдине, потом прслине, пукотине и другим дефекти унутар компактне структуре неког комада. Те прслине и деформације су делом последица настанка минералне сировине, а делом су последица процеса минирања, откопавања и транспортовања. Дакле, уситњавање се одвија у две фазе. У првој настају или се проширују пукотине или прслине (суштински микропукотине и микропрслине), а у другој долази до кидања веза по равнима срастања. Комад се уситњава под дејством сила: притиска, цепања, савијања, удара и трења. Нема ни једне машине за уситњавање која користи само једну од наведених сила већ се увек ради о вишеструком дејству, некад истовремено, а некад у различитим зонама и деловима радног дела машине. Ипак, код сваке од машина се, као одлучујућа, издваја једна сила и зависно од тога врши се избор појединих машина за поједине фазе процеса. Шематски приказ деловања појединих сила дат је на слици 2.1. Слика 2.1. Деловање поjединих сила на комад при уситњавању: а б) притисак, в) цепање, г) савијање, д е) удар, ж) трење Сила притиска настаје међусобним приближавањем двеју радних површина (могу бити равне, таласасте или назубљене) између којих се налази укљештен комад руде. До уситњавања ће доћи када сила притиска надвлада силу унутрашњег отпора минералне сировине. Сила притиска се не може заобићи ни код једне врсте машине за уситњавање, а нарочито је значајна за рад чељусне, конусне и дробилица са ваљцима. У млиновима са шипкама, куглама и пебловима само делимично, и подређено, доприноси уситњавању. У економском погледу притисак је најефикаснији (и најчешће коришћени) начин уситњавања. Сила цепања настаје када се између две насупротне ослоне тачке делује силом притиска на комаде руде. Концентрисани притисак ће довести до цепања комада. Овакав начин уситњавања најкарактеристичнији је за дробилице са назубљеним ваљцима. Да би дошло до уситњавања савијањем на комад с једне стране треба деловати у две, а с друге стране у једној ослоној тачци. То ће условити савијање и смањење крупноће када сила савијања надвлада еластичност минералног комада. Дробилице са назубљеним ваљцима су машине које највише користе овај вид уситњавања меких и жилавих минералних сировина. Сила удара је динамичка и настаје као последица сударања радних тела појединих машина и минералних комада, односно међусобног сударања комада руде. Сила удара је доминантна код ударних и дробилица са чекићима, те код млевења у млиновима са шипкама, куглама и пебловима, односно код аутогеног млевења. Сила трења настаје клизањем комада руде по радној површини или радне површине по комаду, односно при међусобном контакту комада руде који се уситњавају. Трење није примарна сила уситњавања ни у једној машини, али се његово позитивно деловање не може спречити нити занемарити. Трење нарочито интензивно прати деловање силе притиска и у машинама где је то најзначајнији начин уситњавања улога трења је значајна. У економском погледу трење је најмање ефикасан начин уситњавања. При избору врсте машине која ће користити за уситњавање важно је усагласити карактеристике минералне сировине за начином уситњавања, односно са силом која ће најефикасније деловати. За уситњавање тврдих минералних сировина најцелисходније је коришћење машина које користе притисак и удар, а за уситњавање меких и жилавих цепање и савијање. Изналажење законитости уситњавања суштински се своди на утврђивање зависности између количине утрошене енергије и гранулометријског састава производа уситњавања. Зависност потрошње енергије од степена уситњавања дата је диференцијалном једначином, закон Чарлса (Charles) која има следећи облик: где је: Е – корисно утрошена енергија за уситњавање чврстих материјала до одређене финоће, x – пречник честица у производу уситњавања, n – експонент којим се одређује законитост процеса уситњавања, К – коефицијент пропорционалности. Ако се у наведеној једначини експонент n замени бројним вредностима (2, 1 и 1,5) након интеграљења добију се основни закони уситњавања (Ритингеров, Киков и Бондов): закон Ритингера: E= K ⋅ 1 − 1 x2 x1 закон Кика: Ритингер (Rittinger) је свој закон засновао на претпоставци да је енергија потребна за уситњавање пропорционална енергији слободних површина, а рад на уситњавању новонасталим, слободним, површинама. Из обрасца за енергију (2.2.) очигледно је да је утрошена енергија обрнуто пропорционална разлици величине честица после (x2) и пре (x1) уситњавања. Закон Ритингера је применљив код уситњавања млевењем са високим степеном уситњавања. У том случају се највећи део енергије троши на стварање нових површина. Кик (Kick) је рад потребан да би се произвела аналогна промена у конфигурацији тела, геометријски слична и истог технолошког стања, дефинисао као пропорционалан запреминама или масама ових тела. Тај рад зависи само од степена смањења крупноће комада, али не и од полазне величине. Киков закон се може применити на крупно дробљење са малим степеном уситњавања када је енергија која се троши на стварање нових површина занемарљива у односу на укупну енергију која се троши. Односно, Кик узима у обзир само рад на еластичним деформацијама комада минералне сировине која се уситњава. Процес еластичних деформација зрна карактерише се стварањем нових пукотина и прслина унутар зрна до чијег уситњавања не долази. У погледу стварања нових површина нема разлике између процеса деформације и процеса стварања нових површина, али је са аспекта смањења крупноће рад на деформацијама некористан. Користан рад је само стварање нових површина. Међутим, са повећањем броја пукотина и прслина при раду деформације (при тзв. граничној запреминској концентрацији пукотина) долази до уситњавања. Дакле, рад деформације је неопходна (и почетна) фаза уситњавања. Закони Ритингера и Кика нису практично применљиви већ се, углавном, користе за описивање механизма уситњавања. Међутим, закон Бонда (Bond) је плод експерименталног рада и веома често се користи за дефинисање отпора који уситњавању пружа нека минерална сировина. Бондов закон каже да је укупан користан рад који приликом уситњавања адсорбује одређена маса хомогено уситњаног материјала обрнуто пропорционалан квадратном корену пречника зрна производа. Овај закон, практично, обухвата област средњег и ситног дробљења и крупног и средње финог млевења. Према теорији Бонда енергија потребна за уситњавање једне тоне руде може се дефинисати тзв. радним индексом (или Бондовим радним индексом). Вредности за неке минералне сировине су дате у табели 2.2. Табела 2.2. Бондов радни индекс за неке минералне сировине Три, основна, закона уситњавања нису међусобно контрадикторна и сваки од њих има свој домен. На дијаграму приказаном на слици 2.2. види се домен сваког од наведених закона. мало познато подручје млевења Слика 2.2. Домен применљивости појединих закона уситњавања Из наведног дијаграма се види да закон Кика важи за област дробљења (за крупноће изнад 10 mm), закон Ритингера за област финог млевења (крупноћа испод 0,5 mm), а закон Бонда за област средњег дробљења и крупног млевења (крупноће од 0,5 до 10 mm). Дати дијаграм показује и зависност потрошње енергије и крупноће на коју се минерална сировина уситњава. 2.2. ДРОБЉЕЊЕ МИНЕРАЛНИХ СИРОВИНА Дробљење је процес уситњавања минералних сировина са максималне почетне крупноће од 1.000 до 1.500 mm до минималних 4 до 5 mm. Уређаји за дробљење називају се дробилице. Подела дробилица може се извршити на више начина: према крупноћи улазне и излазне минералне сировине, према месту у процеса дробљења, према конструктивним елементима уређаја и особинама минералне сировине за коју се намењене итд. Повезивањем свих напред наведених елемената настала је класификација дата у табели 2.3. Табела 2.3. Класификација дробилица Према крупноћи Према месту у процесу Према конструктивним елементима Према особинама минералне сировине Дробилице за крупно дробљење Дробилице за примарно дробљење Чељусне дробилице Дробилице за тврде руде Кружне дробилице Ударне дробилице Дробилице за меке и умерено меке руде Дробилице са назубљеним ваљцима Дробилице за меке и жилаве сировине Дробилице за средње дробљење Дробилице за секундарно дробљење Чељусне дробилице Дробилице за тврде руде Конусне дробилице Дробилице са ваљцима Ударне дробилице Дробилице за меке и умерено меке руде Чекићне дробилице Дробилице са назубљеним ваљцима Дробилице за меке и жилаве сировине Дробилице за ситно дробљење Дробилице за терцијарно дробљење Чељусне дробилице Дробилице за тврде руде Краткоконусне дробилице Дробилице са ваљцима Ударне дробилице Дробилице за меке и умерено меке руде Чекићне дробилице Дробилице са назубљеним ваљцима Дробилице за меке и жилаве сировине Избор најподесније дробилице за примарно дробљење зависи, најчешће, од три основна параметра тврдине минералне сировине која се дроби, потребног капацитета и од крупноће комада на улазу. Могући избор је приказан у табелама 2.4., 2.5. и 2.6. Евидентно је да се за примарно дробљење чврстих стена примењују кружне и чељусне, умерено чврстих ударне, а меканих дробилице са ваљцима (назубљеним). За велике капацитете одговарају кружне и дробилице са ваљцима. Комаде екстремне величине могу примити кружне, ударне и дробилице са назубљеним ваљцима, а нешто мање улазне отворе имају чељусне дробилице. Избор дробилица за секундарно дробљење је шири. За тврде минералне сировине то су чељусне, конусне и дробилице са (глатким) ваљцима, за умерено тврде чељусне (са једном и две распоне плоче), ударне, чекићне и са ваљцима, а за меке дробилице са назубљеним ваљцима (са једним или два ваљка). Избор између чељусне и конусне је комплексан јер улазна крупноћа и капацитет више нису тако различити. За терцијарно дробљење користе се исте дробилице као и за секундарно. Само је конусна дробилица посебно модификована тако што је стандардна верзија преправљена у тзв. краткоконусну ради ситнијег дробљења. Код осталих дробилица само се врши корекција величине (због капацитета и улазне крупноће) улазног и излазног отвора (ради крупноће). Избор дробилице, поред врсте минералне сировине, зависи од типа дробилица у претходна два степена, цене, традиције итд. Табела 2.4. Применљивост појединих врста дробилица за примарно дробљење у зависности од притисне чврстоће минералне сировине Група стена Типични представници Чврстоћа на притисак, MPa Дробилица Кружна Чељусна Ударна са ваљцима Екстремно чврсте стене Базалти, дијабази, диорити, сијенити, габри, гнајс, перидотити, андезити, кварцити Врло чврсте стене Гранодиорити, гранити, сијенити, габри, дацити, андезити, брече, тврди кречњаци, доломити, кварцити, конгломерати Чврсте стене Пешчари, умерено тврди кречњаци, травертини, руде гвожђа, руде бакра, тврди лигнит, фосфати, гипс, мермери Умерено чврсте стене Мекани кречњаци, травертини, угаљ, боксит, глина, со, гипс 12,5 ч 50 Умерено меке стене Лигнит, глина, чврсти лапорци 5 ч 12,5 Меке стене Глиновити пешчари, лапоровите глине, туфитичне глине, креда Врло меке стене Глиновити пешчари, трошни кречњаци, глиновити лапорци Напомена: - – препоручена употреба, - – могуће, али није препоручљиво. Табела 2.5. Применљивост појединих врста дробилица за примарно дробљење у зависности од улазне крупноће минералне сировине Крупноћа на улазу, mm Дробилица кружна чељусна ударна са ваљцима Напомена: - – препоручена употреба, - – могуће, али није препоручљиво. Табела 2.6. Применљивост појединих врста дробилица за примарно дробљење у зависности од потребног јединичног капацитета дробилице Капацитет, t/h Дробилица кружна чељусна ударна са ваљцима Напомена: - – препоручена употреба, - – могуће, али није препоручљиво. Док се прва три степена дробљења обављају на суво, четврти степен (квартарно дробљење) обавља се суво и мокро. Квартарно дробљење није често, али због боље енергетске искористивости дробилица у односу на млинове и правила да дробљењем треба обезбедити максимално уситњавање развијени су системи сувог и мокрог квартарног дробљења. Класичне дробилице свој максимум остварују кроз три степена, али осавремењене краткоконусне дробилице сувим поступком (»Гирадиск« дробилице) и мокрим дробљењем (снабдевене системом за спирање довољно уситњених зрна) успевају да замене млин са шипкама. 2.2.1. Чељусне дробилице Прва чељусна дробилица је патентирана 1858. г. и данас се сматра најуниверзалнијом дробилицом која је, поред припреме минералних сировина, нашла примену у грађевинарству, металургији, хемијској, цементној и другим гранама индустрије. Користе се за примарно и секундарно, односно крупно и средње дробљење тврдих (сувих, влажних, глиновитих, абразивних) минералних сировина. На тржишту се појавило више типова и варијанти чељусних дробилица, а најширу примену су доживеле дробилице типа »Блејк« (»Blake«) и »Доџ« (»Dodge«). Чешће се среће дробилица типа »Блејк«, а израђује се у два модела са једном и са две распоне плоче. Добре стране чељусних дробилица су компактна и једноставна конструкција, малe димензије и маса, те прихватљива цена коштања и експлоатације. Лоше стране су неуједначен гранулометријски састав издробљеног материјала, наизменични рад на дробљењу и пражњењу материјала и потреба континуираног и контролисаног храњења (обично се решава уградњом мањег прихватног бункера и посебног додавача). 2.2.1.1. Чељусна дробилица са две распоне плоче Чељусна дробилица са две распоне плоче користи се за примарно дробљење чврстих минералних сировина, најчешће на постројењима капацитета до 1.000 t/h са максималном величином појединих комада до 1.200 mm (пожељније је да ггк не прелази 800 mm). Теоријски се степен уситњавања разматра у распону од 2 до 8, а у практичном раду најчешће се креће од 3 до 5. На слици 2.3. дат је пресек чељусне дробилице са две распоне плоче. бочни зид осовина непокретна чељуст замајац ексцентар покретна чељуст кућиште вертикална полуга затезна шипка облоге распоне плоче Слика 2.3. Чељусна дробилица са две распоне плоче типа »Блејк« Основни делови чељусне дробилице са две распоне плоче су: - кућиште, које даје компактност уређају и преко којега се дробилица повезује са темељем - непокретна чељуст, која са покретном чељусти и два бочна зида чини радну зону дробилице, - осовина на коју се веша покретна чељуст, - ексцентрично вратило, на коју се везани замајац, ексцентар и вертикална полуга, - две распоне плоче преко којих се енергија, потребна за клаћење и дробљење, пренешена од мотора преко замајца, ексцентра и вертикалне осовине предаје покретној чељусти, - систем клинова за регулацију отвора дробилице, и - погонска група. Делови који долазе у додир са минералном сировином (радна зона) се облажу антиабразивним облогама. Дробљење чељусне дробилице са две распоне плоче базира се на притискању комада који се нађу у простору који формирају непокретна и покретна чељуст (са бочним зидовима). Дробљење се обавља приближавањем покретне чељусти ка непокретној, а пражњење њеним удаљавањем (криволинијско кретање). Тако, ова дробилица има радни или пуни ход (приближавање чељусти) када се минерална сировина дроби и празан ход (удаљавање чељусти) када се минерална сировина празни. У конструктивном погледу приближавање и удаљавање чељусти је разрешено преко ексцентра и распоних плоча (како је то приказано на слици 2.4.) који цели поступак чине једноставним тако да се ова дробилица другим именом назива »дробилица са једноставним кретањем чељусти«. Слика 2.4. Шематски приказ рада чељусне дробилице са две распоне плоче Наизменичност радног и празног хода условљава велике разлике у оптерећењу погонског механизма па је веза између погонске осовине и електромотора изведена преко замајца који »акумулише« вишак енергије када дробилица има празан ход и враћа је при пуном ходу. Уколико у дробилицу упадне неки метални комад који се не може издробити доћи ће до преоптерећења, а хаварија ће бити спречена ломљењем једне од распоних плоча. 2.2.1.2. Чељусна дробилица са једном распоном плочом Чељусна дробилица са једном распоном плочом користе се за примарно и секундарно дробљење чврстих и умерено чврстих минералних сировина, на постројењима мањег капацитета. На слици 2.5. дат је шематски приказ чељусне дробилице са једном распоном плочом. улаз непокретна плоча облоге издробљени материјал замајац ексцентрично вратило кућиште затезна шипка распона плоча покретна чељуст Слика 2.5. Чељусна дробилица са једном распоном плочом Основни делови чељусне дробилице са једном распоном плочом су: - кућиште, који уређају даје компактност и преко којег се врши темељење дробилице, - непокретна чељуст, која са покретном чељусти и два бочна зида чини радну зону дробилице, - ексцентрично вратило на коју је обешена покретна чељуст и наглављен замајац, - распона плоча на коју се својим доњим делом наслања покретна чељуст, - систем клинова за регулацију отвора дробилице, и - погонска група. Слика 2.6. Шематски приказ механизма клаћења покретне чељусти код чељусне дробилице са једном распоном плочом Дробљење се, као и код дробилице са две распоне плоче, обавља приближавањем покретне чељуст непокретној (користан рад), а пражњење њеним удаљавањем (празан ход). Разлика је у механизму који обезбеђује приближавање и који доприноси настанку сила дробљења. Како је покретна чељуст директно навучена на главу ексцентра то она, у вертикалној равни, врши таква клаћења да стално затвара елиптичну путању (слика 2.6.). При томе распона плоча учествује у директном преношењу енергије и клаћењу покретне чељусти јер представља ослонац покретне чељусти. Затворено елиптично кретање покретне чељусти производи две силе – силу притиска и силу трења. Ово доприноси бољем коришћењу енергије (за 20ч30%у односу на дробилицу са две распоне плоче), али сила трења није подесна за дробљење веома тврдих материјала (а сила притиска је мања него код дробилице са две распоне плоче). 2.2.1.3. Технолошке шеме са чељусним дробилицама Чељусне дробилице захтевају континуално и равномерно храњење те, сагласно томе, не могу се пунити директно из камиона или дампера. По правилу, коришћење чељусне дробилице, за примарно дробљење, подразумева систем (приказан на слици 2.7.) у који су укључени: - стационарна решетка на улазу у прихватни бункер, отвори се прилагођавају максималним комадима које дробилица може да прихвати, - прихватни бункер, релативно малог капацитета 3ч10 m3, бункер ровне руде са решетком систем отпрашивања чланкасти додавач решетка чељусна дробилица хауба транспортна трака чељусна дробилица транспортна трака Слика 2.7. Технолошка шема коришћења чељусне дробилице - уређај за пражњење бункера, - тракасти (или чланкасти) додавач ради транспорта руде од бункера до сита , - решетка или сито (стационарно или погоњено) ради издваја довољно уситњених зрна, - сипка, - чељусна дробилица, - систем за отпрашивање, и - транспортна трака за одношење издробљеног материјала. Ако се чељусна дробилица користи и за секундарно и терцијарно дробљење, а при томе се не врши складиштење примарно издробљене руде већ је кретање руде континуално онда није неопходна (мада је препоручљивa) уградња прихватних бункера испред сваке дробилице, а сита се постављају сагласно потребама. 2.2.2. Конусне дробилице Конусне дробилице се примењују за свe степене дробљења тврдих минералних сировина. За примарно се користе кружне, за секундарно стандардне конусне, а за терцијарно краткоконусне дробилице. За квартарно дробљење се, , користе модификоване краткоконусне дробилице (»гирадиск« дробилице за суво и »waterflush« за мокро). Заједничка особина свих конусних дробилица је постојање два конуса, једног унутар другог. Унутрашњи конус је покретан, а врх конуса је окренут навише, а спољашњи конус је непокретан са врхом окренутим наниже. Типичне пропорције конуса код различитих врста конусних дробилица су дате у табели 2.7. Табела 2.7. Пропорције конуса Врста дробилице Однос висинe и пречникa покретног конуса Однос конусне и паралелне зоне у зони дробљења Кружна 1:1 до 2:1 1:0 Конусна 1:3 2/3:1/3 Краткоконусна 1:3 1/3:2/3 Добре стране конусних дробилица су велики јединични капацитет (и до 10.000 t/h), могућност дробљења комада крупноће и изнад 1.500 mm, директно прихватање минералне сировине из дампера или камиона, већи специфични капацитет (2 ч 3 пута већи од капацитета чељусних дробилица), мања специфична потрошња енергије и равномернији гранулометријски састав него код, конкурентских, чељусних дробилица. Лоше особине су компликована конструкција, велике димензије и маса, компликовано одржавање (због неприступачност свих делова) и висока цена коштања. 2.2.2.1. Кружна дробилица Намењена је за крупно или примарно дробљење чврстих, веома чврстих и екстремно чврстих минералних сировина. Крупноћа руде на улазу може да буде и изнад 1.500 mm, а производ дробљења је ретко испод 300 mm. Шематски приказ пресека кроз кружну дробилицу је дат на слици 2.8. Основни делови кружне дробилице су: - радно вратило на коју је навучен покретни конус, - непокретни конус који заједно са покретним чини радни (дробећи) простор дробилице, - ексцентар са чауром преко којег се обезбеђује кружно кретање покретног конуса, - траверза која даје компактност целом уређају и на којој се врши горње учвршћење радне осовине, - систем за регулацију отвора за пражњење, и - погонски склоп. траверза облоге покретни конус радно вратило непокретни конус погонско вратило чаура са ексцентром Слика 2.8. Кружна дробилица, пресек Радно вратило је у горњем делу везана за траверзу, а у доњем делу је смештена у ексцентарску чауру. Енергија добијена од погонске групе се предаје радном вратилу на који је навучен покретни конус. Кретање конуса је кружно, а ексцентар обезбеђује да се увек једним делом приближава непокретном конусу, а другим удаљава од њега. При приближавању се обавља дробљење, а при удаљавању пражњење минералне сировине чија крупноћа је мања од успостављеног отвора дробилице. Дробљење се примарно обавља захваљујући сили притиска која делује на минералну сировину која се нађе између два конуса. Степен уситњавања кружних дробилица је 3 до 5, мада се понекад улазна крупноћа може смањити и до 8 пута. Регулација степена дробљења обавља се променом величине излазног отвора. Промена, односно регулација излазног отвора врши се подизањем или спуштањем вратила у тачки учвршћења (слика 2.9.). Код савремених кружних дробилица регулација отвора се обавља хидраулички. Слика 2.9. Регулација отвора пражњења код кружних дробилица Систем за регулацију отвора се користи и као заштитини систем у случају да у радну зону дробилице упадне неки већи, метални, комад који не може да прође кроз успостављени отвор за пражњење. У случају да између конуса уће метални комад који не може да се уситни доћи ће до прекомерног повећања притиска на доњем крају конуса (у чаури) што ће се пренети на хидрауличко уље па ће се аутоматски отворити тзв. сигурносни вентил чијим отварањем ће уље из чауре истећи, вратило са конусом ће се спустити и погонски електромотор ће се искључити. Спуштањем вратила повећаће се излазни отвор што ће омогућити пролазак металног комада, односно, ако метални комад не буде могао да прође на други начин ће се уклонити из радног простора дробилице. 2.2.2.2. Технолошке шеме са кружним дробилицама Технолошке шеме дробљења кружним дробилицам су релативно једноставне. Наиме, кружне дробилице дозвољавају директно истресање минералне сировине из камиона или дампера у дробилицу. При темељењу и монтажи дробилице увек се изнад траверзе оставља одређени мањи простор у који транспортовани материјал упада и гравитацијски се спушта у радни простор дробилице. Издробљени материјал слободно испада из дробилице у прихватни бункер, односно на чланкасти (најчешће) или тракасти додавач (транспортер) који га износи из зоне дробљења до транспортера који га односи на отворени склад или у други степен дробљења. На слици 2.10. дат је пресек кроз постројење за примерно дробљење у којем је монтирана кружна дробилица. кружна дробилица бункер издробљене руде додавач транспортна трака Слика 2.10. Постројење за примарно дробљење са директним истресањем руде из дампера у кружну дробилицу У случајевима када конфигурација терена не омогућава долазак дампера директно до дробилице врши се доградња система увођењем прихватног бункера (у који се врши пражњење руде из дампера) и чланкастог додавача (преко којег се храни дробилица). На слици 2.11. дат је приказ једног таквог система. Да би се смањила абразија или оштећење додавача који прихвата издробљену руду систем се може надопунити прихватним бункером (мале запремине) који обезбеђује да издробљени материјал пада са мале висине и континуално (слика 2.11.). стационарна решетка бункер чланкасти додавач покретна решетка кружна дробилица Слика 2.11. Постројење за примарно дробљење са системом за храњење кружне дробилице 2.2.2.3. Стандардне конусне дробилице Стандардне конусне дробилице се користе за секундарно дробљење. Простор за дробљење формирају два конуса, спољни непокретни и унутрашњи покретни. Простор за дробљење се дели у две зоне. Горња зона је конусна (слично као код кружне дробилице), а у доњој конуси су паралелни. У горњој зони се обавља крупно, а у доњој ситно дробљење. Односи између ових зона су дати у табели 2.7. Максималне улазне крупноће у стандардну конусну дробилицу су око 300 mm, а уобичајени степен уситњавања је 3 до 5. тањираста хранилица вратило тело дробилице непокретни конус опруге покретни конус погонско вратило чаура ексцентра Слика 2.12. Конусна дробилица типа »Сајмонс« (»Symons») У зависности од начина регулисања отвора за пражњење разликују се дробилице са механичком (тзв. »Сајмонс« дробилице) и хидрауличком (тзв. »Хајдрокон« дробилице) регулацијом. Основни делови конусних »Сајмонс« дробилица (слика 2.12.) су: - вратило на које је навучен покретни конус, - непокретни конус, - чаура ексцентра, - тело дробилице које је преко навоја повезано са непокретним конусом, - заштитне опруге које повезују горњи и доњи део дробилице и штите дробилицу од прекомерног повећања притиска у зони дробљења и лома, - тањираста хранилица, и - погонска група. Окретањем ексцентра вратило описује две конусне површине при чему се конус клати приближавајући се и удаљавајући од непокретног конуса. У зони приближавања врши се дробљење силом притиска, а у зони удаљавања пражњење. Процес дробљења и пражњења је континуалан. Регулација отвора за пражњење се обавља преко навоја, а развлачењем опруга, у случају прекомерног повећања притиска у простору за дробљење, привремено се повећава отвор за пражњење кроз који испадају метални комади, односно комади које дробилица не може да уситни. Принцип заштите дробилице од лома услед надоласка металних (тврдих) комада у простор дробљења је приказан на слици 2.13. Слика 2.13. Начин заштите дробилице од лома За ефикасан рад конусне дробилице важно је обезбедити континуално храњење минералном сировином. То се постиже двојако: уградњом прихватног бункера испред сваке дробилице и коришћењем тањирасте хранилице која се испоручује као саставни део дробилице. Типична диспозиција »Сајмонс« стандардне дробилице за секундарно дробљење приказана је на слици 2.14. Стандардна »Сајмонс« дробилица најчешће ради у отвореном циклусу, а ради повећања капацитета, односно ради смањења прекомерног уситњавања пре дробилице се постављају сита. Одсев сита се преко тањирасте хранилице усмерава у простор за дробљење. Када крупноћа комада буде ситнија од утврђеног отвора за пражњење слободно испада из дробилице на траку која издробљени материјал води даље у процес прераде. Просев сита директно пада на траку на којој се придружује производу дробљења стандардне конусне дробилице. додавач чељусна дробилица решетка конусна дробилица додавач Слика 2.14. Типична диспозиција Сајмонс стандардне дробилице Хајдрокон (»Hydrocone«) дробилице се по технологији дробљења битно не разликују од Сајмонс дробилица, али им је конструкција различита. Регулација отвора за пражњење се обавља хидраулички, а заштита од лома услед наиласка тврдих, металних, комада је такође хидрауличка (принципијелно идентична заштити као код кружних дробилица). Изглед Хајдрокон дробилице и начин заштите од лома су приказани на сликама 2.15. и 2.16. тањираста хранилица непокретни конус вратило покретни конус тело дробилице погонско вратило чаура Слика 2.15. Изглед »Хајдрокон« (»Hydrocone«) дробилице Слика 2.16. Заштита Хајдрокон дробилице од лома У диспозиционом погледу нема битних разлика између Сајмонс и Хајдрокон дробилица. 2.2.2.4. Краткоконусне дробилице Краткоконусне дробилице се користе за ситно (терцијарно) дробљење чврстих до екстремно чврстих минералних сировина. Улаз у процес дробљења не треба да буде изнад 75 mm, а излаз из дробилице се креће од 12,5 до 25 mm. Принцип рада је идентичан дробљењу у стандардним конусним дробилицама. Разлика је у односу између непокретног и покретног конуса и дужини конусне и паралелне зоне коју ови конуси формирају. Превладавање паралелне зоне омогућава ситније дробљење. Изглед краткоконусне дробилице типа »Сајмонс« приказано је на слици 2.17. тањираста хранилица покретни конус вратило непокретни конус опруге погонско вратило чаура Слика 2.17. Изглед краткоконусне дробилице типа »Сајмонс« 2.2.3. Ударне дробилице Ударне дробилице се користе за сва три степена дробљења, мада се чешће користе за секундарно и терцијарно дробљење. Користе се за дробљење меких минералних сировина (отпорност на притисак 5 ч 100 MPa) и угља. Дробљење се врши силом удара. Улазна крупноћа се обично креће од 600 до 800 mm, мада могу прихватати и комаде величине до 1.500 mm. Деле се у две групе: - роторне дробилице (слика 2.18.), често се називају »ударне« дробилице, – са једним ротором (слика 2.18.а), – са два ротора (слика 2.18.б), – са покретним одбојним плочама (слика 2.18.в) - чекићне дробилице (слика 2.19.), често се називају »чекићари«. – са једним ротором (слика 2.19.а), и – са два ротора (слика 2.19.б.). а) одбојници б) кућиште вратило ротор одбојници ротор кућиште ланци ротор кућиште вратило в) дробеће тело покретна одбојна плоча ротор кућиште вратило Слика 2.18. Изглед ударне дробилице: а) са једним ротором, б) са два ротора, в) са покретним одбојним плочама Основни делови ударних дробилица су: - кућиште дробилице, ојачано са унутрашње стране заштитним облогама тзв. одбојницима, - вратило, на које је навучен масивни ротор, израђују се дробилице са једним и са два ротора, на роторе се учвршћују дробећа (ударна) тела, - ланци, на улазу у дробилицу ради спречавања излетања комада ван дробилице при ударању, - погонска група. а) б) вратило ротор ротор ротор одбојници решетка решетка чекићи решетка Слика 2.19. Изглед чекићне дробилице: а) са једни ротором, б) са два ротора Дробећа тела, односно ударни елементи могу имати различит облик (слика 2.20.) и величину, а на ротор могу бити стабилно учвршћени или посредно преко амортизера (карактеристично за роторне или ударне дробилице), односно могу бити флексибилни (карактеристично за чекићну дробилицу). Слика 2.20. Ударни елементи Простор за дробљење је целокупни простор, унутар кућишта, између одбојника и ротора. Дробљење се врши тако што дробећи елементи, који се окрећу заједно са ротором (брзина обртања је 700 до 1.500 min-1), захватају (ударају) минералну сировину која се нађе у простору за дробљење и одбацују је на одбојнике. Услед тих удара минерална сировина се уситњава. Зависно од крупноће и тврдине комад може бити више пута захваћен и одбачен. Када се крупноћа смањи испод величине зазора слободно испадају из дробилице на траку која их даље одводи из процеса. Код чекићне дробилице на излазној страни се уграђује решетка са величином отвора који процес захтева. Оваква конструкција омогућава да се сваки комад захвати (удари) више пута и да дробилицу напусти тек када буде ситнији од отвора на решетки. Степен дробљења роторних дробилица је веома висок од 5 до 50, а регулише се брзином обртања ротора, зазором између ротора и одбојника или величином отвора решетке. Роторне дробилице захтевају равномерно и континуално храњење (преко одговарајућих хранилица), а минерална сировина која се дроби треба да буде сува (учешће влаге испод 4 %) са минималним учешћем глиновитих састојака. Проблем дробљења минералних сировина са високим учешћем глине решава се применом дробилица са покретним одбојним плочама (слика 2.18.в). Принцип рада ових дробилица идентичан је раду других ударних дробилица. Разлика је једино што су одбојне плоче покретне (слично чланкастом транспортеру или додавачу). При дробљењу захваћени глиновити материјал се одбацује ка одбојним плочама на које се лепи, али га покретни део износи из простора за дробљење при чему се материјал на превоју око бубња ломи и отпада. Раде се дробилице са једном и са две покретне плоче. Као посебан тип ударних дробилица јављају се ударно-чељусне дробилице, приказане на слици 2.21. улаз непокретна чељуст кућиште полуге ексцентрично вратило полуга сигурносна опруга осовина облога покретна чељуст навртка за подешавање величине зрна Слика 2.21. Ударно-чељусна дробилица Код ових дробилица је комбинован рад, најпре чељусне, а потом ударне дробилице. Ударни ефекат се остварује конструкцијом простора за дробљење и системом покретања чељусти. Фазе дробљења и пражњења су приказане на слици 2.22. Слика 2.22. Дробљење и пражњење ударно-чељусне дробилице по фазама Употребљавају се за примарно и секундарно дробљење. Ударно-чељусне дробилице се користе за материјале који се тешко дробе (различите легуре, синтеровани материјали, аноде итд.), односно за дробљење веома чврстих минералних сировина (гранит, базалт, дијабаз итд.). 2.2.4. Дробилице са ваљцима Израђују се у два основна типа: - дробилице са глатким ваљцима (слика 2.23.), и - дробилице са назубљеним ваљцима (слика 2.24.). опруге за регулацију величине отвора ваљак облога вратило кућиште Слика 2.23. Изглед дробилице са глатким ваљцима а) назубљени ваљак вратило непокретна б) плоча кућиште Слика 2.24. Изглед дробилице са назубљеним ваљцима: а) са једним ваљком, б) са два ваљка Дробилице са глатким ваљцима се користе за средње (секундарно) и ситно (терцијарно) дробљење. Дробљење се обавља силом притиска. Користе се за дробљење умерено чврстих руда. Добра особина ових дробилица је да дају мало ситнежи, а лоша да им је капацитет релативно мали и захтевају уградњу хранилице. Основни елементи дробилица са два ваљка су: - два ваљка који се окрећу приближно истом брзином један према другом, - вратило са лежиштима на које је наглављен један ваљак, - помично вратило које се услед силе настале између ваљака, а преко уграђених опруга може померати у хоризонталној равни, и - погонска група, независно за сваки ваљак. Материјал слободно упада између ваљака који га захватају, и притиском (реће цепањем) дробе. Издробљени материјал слободно испада из дробилице на траку која га одводи даље у процес прераде. Регулација отвора за пражњење врши се преко опруга и помичног вратила, односно ваљка. Исти систем се користи и у случају да у простор за дробљење упадне неки тврђи метални комад. Дробилице са назубљеним ваљцима се углавном користе за дробљење угљева, откривке са рудника угља и шљаке из угља. Користе се у свим деловима процеса дробљења – за примарно, секундарно и терцијарно дробљење. Последњих година су значајну примену нашле на мобилним постројењима за дробљење угља и његове откривке. Дробљење се обавља деловањем силе цепања и савијања. Израђују се са једним и са два назубљена ваљка. Код дробилица са једним ваљком простор за дробљење се формира између назубљеног ваљка и непокретне плоче. За успешно дробљење пречник глатких ваљака треба да је 14-20 пута већи од комада који се дробе, док код назубљених тај однос треба да је минимално 2 пута. 2.2.5. Дробљење у копу Савремено светско рударство је још 1954. г. прихватило концепт дробљења откопане минералне сировине (корисне и некорисне) директно унутар копа. Прва семи-мобилна (користи се и израз полупокретна) дробилична постројења су примењене на коповима кречњака које је карактерисао релативно мали капацитет (испод 1.000 t/h), експлоатација лако дробиве минералне сировине и могућност вишечасовних (чак и вишедневних) застоја због одржавања дробилица или транспортера. Управо је проблем великих капацитета и потреба непрекидног рада током године (365 дана по 24 часа) одуговлачила примену сличних система на великим рудницима (капацитета изнад 50.000 t/d), на пример бакра или угља. Но, очигледне технолошке предности, профит и развој савремених дробилица, трака и опреме за њихово премештање су довеле да је седамдесетих година дробљење унутар копа и транспорт издробљеног материјала тракама постао уобичајени начин рада са рудом и откривком и на великим површинским коповима. Предности које носи замена класичног камионског транспорта транспортом издробљеног материјала тракама су: мања инвестициона улагања, мањи трошкови набавке резервних делова и одржавања, мања специфична потрошња енергије, релативна независност у односу на цену и прибављање нафте и њених деривата, смањење радне снаге, могућност аутоматизације процеса, мањи трошкови израде и одржавања рудничких саобраћајница и мање загађење околине, првенствено прашином и издувним гасовима. Када се ради о откривци тада се као (озбиљна) мана узима неопходност уситњавања (до крупноће од 250 mm када су траке уже од 800 mm, односно испод 350 mm када су траке веће ширине) што код камионског транспорта није неопходно. Када се ради о корисној минералној сировини онда је дробљење неопходна припремна фаза у процесу концентрације тако да дислоцирање дробиличног постројења унутар копа нема посебне технолошке недостатке. Поред тога као мана, у оба случаја, се узима мања флексибилност система дробљења и транспорта тракама у односу на камионски транспорт без дробљења. 2.2.5.1. Могућа технолошка решења Развој технологије дробљења унутар копа довео је до развоја више врста постројења. Данас се разликују следеће врсте: - мобилна дробилична постројења постројење континуално прати развој копа и померање багера, а померање се обезбеђује гусеницама, точковима или хидрауличким стопама који су саставни део постројења; као посебна подгрупа издвајају се портабл дробилична постројења која се одликују малим димензијама и капацитетом што им омогућава транспорт по јавним путевима уз брзо и јефтино премештање са локације на локацију, - семи-мобилна дробилична постројења постројење се периодично помера у зависности од напредовања радова на копу, а померање комплетног или делова постројења се обавља гусеницама, точковима или хидрауличким стопама који нису саставни део постројења већ се пре померања прикључују постројењу; као посебна подгрупа издвајају се преносива дробилична постројења која се од семи-мобилних разликују само по начину премештања зато што се ова постројења пре премештања демонтирају, потом се транспортују различитим превозним средствима па се поново монтирају на новој локацији. У односу на систем дробљења могућа су следећа технолошка решења: - камионски транспорт откопаног материјала до стационарне дробилице смештене ван контура копа, дробљење и транспорт тракама до постројења за прераду или до одлагалишта, - камионски транспорт откопаног материјала до семи-мобилног дробиличног постројења смештеног унутар копа, дробљење и транспорт тракама до постројења за прераду или до одлагалишта, - директно пуњење мобилног (користи се и израз покретног) дробиличног постројења откопаним материјалом, дробљење и транспорт тракама до постројења за прераду или до одлагалишта. У првом случају се, практично, ради о класичним технолошким решењима, а положај стационарне дробилице на потезу од ивице копа до постројења или до одлагалишта је променљив и бира се на бази више параметара. Други случај, коришћење семи-мобилног дробиличног постројења, подразумева његово приближавање што је могуће ближе месту откопавања и повремено премештање сагласно развоју копа. Премештање се врши како би камионски транспорт (као скупљи) био што краћи, а као разумљиво време премештања (с обзиром на организационе и економске проблеме при премештању) сматра се период од 12 до 24 месеца. Добра страна оваквог рада јесте задржавање потребне флексибилности на копу јер у случају квара на дробилици или систему за транспорт тракама могуће је наставити рад коришћењем камионског транспорта, а лоша страна је управо даља зависност од камионског транспорта, цене нафте и поремећаја на тржишту нафте. Трећи случај, коришћење мобилног дробиличног постројења, подразумева његово стално померање сагласно померању багера. Овде се период премештања мери данима. Лоша страна је смањење флексибилности целокупног система експлоатације минералне сировине због велике повезаности и условљености багера, дробилице и транспортне траке. Добра особина је потпуно избацивање камионског транспорта уз осетне уштеде и повољнији однос према окружењу. Савремена светска пракса показује да се на великим рудницима метала предност даје семимобилним, а на рудницима неметаличних минералних сировина и на рудницима угља мобилним дробиличним постројењима. 2.2.5.2. Припрема материјала за транспорт тракама За транспортовање тракама материјал се може припремити на три начина: - одвајањем (преко решетке) комада екстремне крупноће, - дробљењем са претходним просејавањем, и - дробљењем целокупне минералне сировине. Први начин, одвајање комада екстремне крупноће , подразумева да сва минерална сировина пре траке прелази преко стационарне (ређе покретне) решетке. Минерална сировина која је ситнија од отвора решетке пада директно на траку која је одводи ван копа. Комади који се издвоје као надрешетни производ се одвајају (обично одређеним нагибом саме решетке), потом се додатно минирају и враћају на траку или се повремено транспортују камионима ван копа. Одвајање комада екстремне крупноће на решетки је најмање поуздан начин припреме и може се практиковати само на коповима устаљених геотехничких карактеристика који, уз то, имају брижљиво планиране и изведене бушачко минерске радове тако да је количина крупније минералне сировина занемарљиво мала. Дробљење са претходним просејавањем подразумева да целокупна маса преће преко решетке и/или сита како би се одвојила класа која је већ довољно ситна да може да се утовара на траку. Класа која се издваја као надрешетни производ се уводи у дробилицу те се после дробљења на траци меша са претходно издвојеним материјалом или се транспортује посебним транспортером. Овај начин обезбеђења потребне крупноће материјала се користи када је количина уситњеног материјала (минирањем, откопавањем) изнад 30%, а пожељно га је спровести јер се повећава капацитет дробилице која се не оптерећује са већ уситњеним материјалом. Шематски приказ оваквог начина припреме минералне сировине приказан је на слици 2.25. Дробљење целокупне масе је најчешће примењиван систем. Целокупна откопана маса се шаље у дробилицу у којој се комади који су крупнији од отвора дробилице уситњавају, а ситнији пропадају или се (непотребно) додатно уситњавају. Овај начин је организационо простији јер не познаје процес просејавања, али је економски неповољнији јер захтева дробилицу већег капацитета и има већу потрошњу норматива. Шематски приказ овога система је дат на слици 2.26. Слика 2.25. Систем са претходним просејавањем Слика 2.26.Систем дробљења целокупне масе пре транспорта и извоза из копа 2.2.5.3. Елементи система за уситњавање минералних сировина унутар копа Конструктивни технолошки елементи који чине мобилно и семи-мобилно дробилично постројење су дати у табели 2.8. Табела 2.8. Конструктивни елементи мобилних и семи-мобилних постројења Намена Мобилно постројење Семи-мобилно постројење Прихват откопаног материјала Бункер Бункер Изравнавање капацитета камиона и дробилице Бункер Равномерно дозирање дробилице Додавач Додавач Опрема за просејавање Обично нема Понекад има Уређај за уситњавање Дробилица Дробилица Прихват издробљеног материјала - Бункер Повезивање са магистралним транспортером Трака Трака Разбијање вангабаритних комада Понекад Хидраулички чекић Отпрашивање Најчешће има Има отпрашивач Уређај за премештање постројења Саставни део постројења Ван постројења Просторија за смештај електроопреме Нема Да Просторија за раднике Нема Да Прихватни бункер. Без обзира да ли примењена дробилица захтева посебне бункере за храњење њихова изградња се практикује како се при најкраћим застојима не би реметио камионски транспорт, како би се разрешио проблем неусклађености капацитета камиона и дробилице, односно, да би се обезбедила добра запуњеност дробилице. Капацитет бункера зависи од капацитета рудника, односно капацитета багера и дробилице. Обично се узима да бункер треба да има запремину довољну да прихватити руду из 2-3 дампера, код семи-мобилних постројења, односно 2-3 кашике багера или утоваривача, код мобилних постројења. То показује да се преко овога бункера може премостити само краткотрајни прекид рада (од 5 до 10 минута) дробилице, камиона, утоваривача или багера. На почетку су прихватни бункери имали мале запремине, али последњих година се уочава тенденција повећања њихове запремине, разуме се код семи-мобилних постројења. Повећање запремине доприноси повећању поузданости целог постројења и омогућава усклађивање капацитета камиона и дробилице. Прихватни бункери могу бити израђени од метала (увек код мобилних постројења), бетона или се могу изградити у природној стени. Када се за израду користе метал или бетон врши се облагање дна и ивица антиабразивним облогама (специјални челици, гума, пластичне масе) како би се спречила њихова хаварија услед истресања комада велике крупноће, масе и неправилног облика директно на материјал од којег је бункер изграђен. Када се бункер укопава у природну стену облагање није неопходно. Додавач. Изградњом прихватног бункера потребно је обезбедити и његово пражњење, односно потребно је обезбедити равномерно пуњење дробилице преко неког додавача или хранилице. Код мобилних постројења додавач се, по правилу поставља под нагибом (до 30°), док се код семи-мобилних може поставити хоризонтално и под нагибом, у зависности од конфигурације система. Различити типови додавача се могу користити, но најчешће се примењује чланкасти. Чланкастим додавачима се даје предност због њихове робусне конструкције и могућности прихватања великих комада који падају директно из камиона. Ширина додавача се бира у зависности од капацитета и очекиване величине највећих комада и обично не прелази 3000 mm. Дужина додавача је условљена конфигурацијом система и по правилу се тежи да буде минимална (код мобилних испод 15 m, а код семи-мобилних испод 30 m) уз обезбеђење максималног нагиба (до 30°). Дробилица. Дробилица је централни елеменат система за уситњавање и њеном избору се посвећује посебна пажња. Избор врсте је зависан у првом реду од геомеханичких карактеристика материјала који се уситњава, потребног капацитета и величине најкрупнијих комада који се могу појавити на улазу. Када се уситњава корисна минерална сировина тада је важан параметар и излазна крупноћа, што код уситњавања откривке није случај (важно је да задовољи услове даљег транспорта тракама). Код кречњака на почетку су углавном коришћене чекићне дробилице, како због капацитета тако и због могућности добијања ситног производа (-30+0 mm и више). Повећањем капацитета и повећањем крупноће излазног производа опредељење као коришћењу ударних и чељусних дробилица постаје евидентно те се може констатовати да се код кречњака развој креће у правцу коришћења ударних и чељусних дробилица. Код металичних руда (руде гвожђа, бакра, златоносне руде и сл.), геомеханичке карактеристике и капацитети условљавају употребу кружних дробилица. Код неметаличних минералних сировина најчешће се срећу чељусне и ударне дробилице. Код уситњавања откривке са рудника угља предност добијају дробилице са назубљеним ваљцима. На избор врсте дробилице која ће се применити веома мали утицај има то да ли се ради о мобилном или семи-мобилном постројењу. Прихватни бункер. На семи-мобилним постројењима, посебно када се дробљење обавља у кружним дробилицама (одликују се великом висином), практикује се изградња прихватног бункера за издробљену минералну сировину. Овај бункер има првенствену намену да спречи падања релативно великих комада (-350 mm) директно на траку, а тек потом да представља резервни акумулациони простор. Запремина бункера обично обезбеђује акумулирање минералне сировине из 2 дампера. Везни транспортер. Издробљена минерална сировина се по правилу не додаје директно на магистралну транспортну траку која издробљени производ износи са копа већ то чини преко тзв. траке за убрзавање. На овај начин се решава проблем велике неусклађености између брзине чланкастог додавача и магистралног транспортера. Трака за убрзавање је мале дужине (10–20 m), шира је од магистралне и има мању брзину кретања, али је њена брзина знатно већа од брзине чланкастог транспортера. Уређај за разбијање вангабаритних комада. Упркос пажњи при минирању и откопавању могуће је да у дробилицу доћу комади крупноће изнад дозвољене. У тим случајевима да не би дошло до заглаве и оштећења дробилице потребно је те комаде разбити на лицу места и на тај начин омогућити њихово уситњавање и пролазак кроз дробилицу. За то се користе посебни »хидраулички чекићи« који чине саставни део постројења за дробљење. Отпрашивање. При истовару минералне сировине из камиона или дампера, односно при дробљењу и претовару издваја се ситна прашина која се лако разноси по околини. Да би се заштитила рудничка средина семи-мобилна постројења имају и система за обарање те прашине. То може бити класични систем за отпрашивање као и код стационарних дробилица унутар постројења за ПМС или систем за квашење минералне сировине која се дроби. Остало. Семи-мобилна постројења имају и додатну изграђене просторије за смештај електроопреме и радника. Код мобилних постројења електроопрема се монтира на конструкцију, а смештај радника се обезбеђује ван самог постројења. У неким случајевима семи-мобилна постројења прате и отворени складови за привремено складиштење већих количина минералне сировине, а обе врсте постројења решетке и сита ради претходног просејавања. дробилица везни транспортер додавач магистрални транспортер прихватни бункер Слика 2.27. Типично мобилно дробилично постројење Премештање постројења. Премешатње постројења се може вршити на више начина – гусеницама, гумираним точовима испуњеним ваздухом, точковима који се крећу на шинама, самоходним хидрауличим стопама итд. Избор зависи од случаја до случаја (геомеханичке карактеристике подине, располагање са одређеном опремом на руднику, уклапање са потребом премештања друге опреме, цена уређаја и тсл.) мада се примећује тенденција коришћења гусеница за транспорт већих постројења, односно ваздухом испуњених гумираних точкова код постројења за уситњавање кречњака. Типично мобилно дробилично постројење је приказано на слици 2.27., а семимобилног на слици 2.28. прихватни бункер додавач сито дробилица бункер трака Слика 2.28. Типично семи-мобилно дробилично постројење 2.2.5.4. Лоцирање дробиличног постројења Када се говори о мобилном дробиличном систему тада је његова локација условљена локацијом багера који обезбеђује минералну сировину која се дроби. При томе, треба имати у виду да на траси треба оставити пролазе који ће омогућити транспорт унутар копа и претовар остале опреме и механизације (нпр. бушачко-минерске опреме, радника и сл.). Локација семимобилног дробиличног постројења је, обично, плод детаљних студирања за конкретне услове сваког копа. Код лоцирања дробиличног постројења треба водити рачуна о: растојању између фронта откопавања и постројења, развоју копа, траси пута, обиму грађевинских радова на темељењу дробилице и могућностима формирања прихватних бункера у природном терену. Растојање између фронта откопавања и постројења за дробљење треба да буде што мање. Тежи се да на почетку дробилично постројење буде непосредно уз фронт откопавања како би одмицањем фронта откопавања постојећа локација била што дуже прихватљива. Удаљеност дробиличног постројења од места минирања није посебно проблематична јер је пракса показала да је већ удаљеност багера сигурна, па самим тим дробилично постројење није угрожено. Када се откопавање минералне сировине врши на више места тада се дробилично постројење поставља централно у односу на места откопавања. Дробилично постројење (посматрано у комплету са транспортерима) не треба да ремети развој копа (посматрано не само са аспекта откопавања, већ и са аспекта одлагања откривке, одводњавања, снабдевања енергијом и сл.), те локацију треба уклопити у планове развоја копа. Односно, у планове развоја копа треба уклопити и предвидети и будуће локације семи-мобилне дробилице. Поред тога, конструкција дробиличног постројења треба да буде што компактнија како би заузело што мање простора и тиме додатно умањили негативни утицај на развој копа. Дробилично постројење треба лоцирати тако да камионски траспорт до дробилица буде по путу који је хоризонталан, односно да транспорт натовареног камиона или дампера буде само низбрдо, а празног узбрдо. Дробилице које се користе за примарно дробљење траже масивне темеље како би се умириле вибрације и удари које оне производе. Озбиљни темељи захтевају да буду изграђени на терену повољних геомеханичких и хидротехничких карактеристика при чему је свака обрада терена скупа и тешко прихватљива. Како рад дробилице не би реметио транспорт камионима систем се пројектује тако да на почетку има мали прихватни бункер (и отворени склад) у који дампери истресају минералну сировину без обзира на стање дробилице. Најповољнија варијанта је када се ови бункери изграде (претежно рударском механизацијом и технологијом) у природном терену, те кад год је могуће треба таквом начину изградње дати предност у односу на металне или бетонске прихватне бункере. 2.2.5.5. Портабл постројења Организовање континуалног дробљења непосредно у зони откопавања руде је организационо компликован посао. Посебно је компликовано премештање дробиличних постројења због крупне силуете и велике масе. Због тога су развијена тзв. портабл постројења. Ради се о постројењима, која у технолошком смислу, имају све објекте као и мобилна постројења, али је јединични капацитет дробилице (а тиме и све пратеће опреме) најмање двоструко нижи. Због тога су спољни габарити и маса знатно мањи. Поред тога, као посебна предност истиче се повећање флексибилности експлоатације и прераде руде. Наиме, испадом једне дробилице, или постројења, рад копа се наставља са преосталом опремом и смањеним капацитетом. Шема портабл постројења за дробљење руде дата је на слици 2.29. пријемни бункер одвајач гвожђа резервоар за гориво чељусна дробилица погон трака решетка Слика 2.29. Портабл постројење 2.2.6. Дробљење у јами Лакши извоз минералне сировине из јаме условио је да се већ десетлећима срећу и техничка решења код којих се минерална сировина уситњава у јами непосредно уз место откопавања. Најчешће се ради само о примарном дробљењу при којем се минерална сировина своди на крупноће испод 300 mm. Дробилично постројење се лоцира на једном од хоризоната, а избор зависи од развоја јаме јер се бира хоризонт који ће у најдужем временском периоду обезбеђивати најкраћи транспорт до дробилице. По правилу, дробилично постројење смештено у јами има следеће елементе: - прихватни бункер, израђен у природној стени у простору између два хоризонта, - додавач, којим се минерална сировина додаје у дробилицу, - дробилицу, - прихватни транспортер, чланкасти или тракасти, којим се минерална сировина одводи из простора где је лоцирана дробилица до бункера издробљене руде, и - бункере издробљене руде, у којима се временски кратко складишти издробљена минерална сировина пре њеног извоза на површину. На слици 2.30. дата је шема дробиличног постројења смештеног у јами са уобичајеним елементима. бункер са решетком дробилица извозно постројење реверзибилна трака бункер издробљене руде транспортна трака Слика 2.30. Шема дробиличног постројења смештеног у јами са основним елементима На слици 2.31. дата је шема једног рудника са два положаја за дробилично постројења. локација дробилице -815 хоризонт -890 -930 локација дробилице хоризонт хоризонт будућа локација дробилице -1175 дно окна -1215 Слика 2.31. Шема рудника са положајем дробиличних постројења Прво постројење је смештено на вишем хоризонту и извоз издробљене руде се обавља вертикалним извозним постројењем, а друго постројење је спуштено на доњи хоризонт и извоз се врши тракастим транспортерима под великим нагибом до горњег хоризонта, потом вертикалним извозним постројењем. Сагласно развоју јаме врши се премештање дробиличног постројења на нову, повољнију, локацију. 2.3. ПРОСЕЈАВАЊЕ МИНЕРАЛНИХ СИРОВИНА Просејавање је процес расподеле сипког и зрнастог материјала по класама крупноће. Обавља се пропуштањем минералне сировине преко одређених просевних површина, тако да ситнији материјал пролази кроз отворе и издваја се као просев, а крупнији се задржава на просевној површини као одсев. У припреми минералних сировина просејавање се третира као вид класирања. Сагласно подели на главне, припремне и помоћне процесе у припреми минералних сировина просејавање је процес који се сврстава у све три категорије. Најчешће је помоћни, јер пратећи процес дробљења омогућава правовремено издвајање довољно уситњених зрна и контролу горње граничне крупноће. У процесу дробљења просејавање се појављује као претходно и контролно. Као што му само име каже, претходно просејавање претходи дробљењу са задатком да се из материјала који се дроби издвоји класа крупноће ситнија од отвора дробилице кроз коју се материјал пропушта. На тај начин се повећава капацитет, спречава преуситњавање минералне сировине и смањују трошкови уситњавања. Претходно дробљење понекад може имати и сасвим супротни задатак издвајање комада који су крупнији од величине пријемног отвора дробилице (нарочито карактеристично за чељусну, ударну и дробилицу са чекићима), чиме се спречава њена заглава и оштећење. Контролно просејавање се обавља при раду са дробилицом у затвореном циклусу. Омогућава контролу горње граничне крупноће материјала који је прошао кроз дробилицу, односно обезбеђује постепено издвајање издробљеног материјала ради спречавања преуситњавања, одржавања пројектованог капацитета дробилице и снижавање трошкова дробљења. Као помоћни процес просејавање се користи и у процесима одмуљивања и одводњавања, односно у процесу гравитацијске концентрације када се на ситима врши откапавање суспензије. Просејавање као припремни процес прати гравитацијску, магнетску, радиометријску и електростатичку концентрацију јер обезбеђује расподелу материјала по крупноћи пре почетка концентрације, а сагласно потребама и захтевима процеса и уређаја који се користе за концентрацију. Као главни процес просејавање се среће на рудницима угља при добијању сортимана, те код неметаличних минералних сировина где се раздвајањем минералне сировине по класама крупноће (кречњак, серпентин) или издвајањем само одређених класа крупноће (лискун, азбест, гранат, фосфат) добијају тржишни производи. У зависности од крупноће минералне сировине која се просејава и отвора на просевној површини просејавање може бити крупно (отвори 60-300 mm), средње (25-60 mm), ситно (4-25 mm) и веома ситно (4 mm). Најчешће се у процесима припреме минералних сировина примењује крупно и средње, нешто ређе ситно, а доста ретко веома ситно просејавање. Разлог за то су проблеми који прате смањење крупноће минералне сировине и отвора просевне површине (мања ефикасност, зачепљавање просевне површине, проблематично храњење сита у монослоју, оштећења мреже, трошкови просејавања итд.). 2.3.1. Просевна површина Просевна површина представља радни део уређаја за просејавање. Наиме, минерална сировина се доводи на просевну површину, на којој се обавља раздвајање зрна која су ситнија од отвора на просевној површини, која се издвајају као подрешетни производ или просев и зрна која прелазе преко целе површине и издвајају се као надрешетни производ или одсев. Отвори на просевној површини могу бити формирани од међусобно паралелних шипки (решетке), од перфорисаног лима, гуме или пластике, односно могу се формирати различитим начинима плетења челичне или легиране жице (мреже). Избор материјала за просевну површину зависи, у највећој мери, од карактеристика минералне сировине која се просејава. Проблем абразије је успешно решен увођењем просевних површина израђених од пластике (епоксид, полиетилен) и гумирањем металних просевних површина. Како се просевна површина не троши равномерно, по целој ширини и дужини, то је уведена израда просевних површина од више мањих сегмената који се једноставно и брзо монтирају. Отвори на просевној површини представљају тзв. »светли« део просевне површине. Пошто се просејавање врши кроз те отворе пожељно је да површина светлих отвора у односу на укупну просевну површину буде што већа. Отвори на просевној површини могу имати различите облике (кружне, елипсасте, квадратне, правоугаоне), а њихов међусобни распоред може бити паралелан, смакнут, дијагоналан итд. На слици 2.32. приказани су различити облици и распоред отвора на просевној површини. Слика 2.32. Различити облици и распоред отвора на просевној површини Избор облика отвора зависи од њихове величине, постављених захтева, карактеристика минералне сировине која се просејава и од карактеристика сита на који се просевна површина монтира. За крупно просејавање се углавном користе паралелно постављене шипке, за средње и ситно перфорисане површине, а за ситно и веома ситно плетене мреже. За изузетно ситно просејавање користе се и просевне површине формиране од посебно профилисаних и спојених челичних ламела. 2.3.2. Ефикасност просејавања Ефикасност (или краће, ефекат) просејавања представља однос стварно просејане количине производа (просева) и укупне количине исте класе крупноће у улазном материјалу. Ефекат просејавања се одређује за ону класу крупноће која одговара отвору сита на којем се врши просејавање (нпр. на ситу отвора 25 mm ефекат просејавања се одређује за класу -25+0 mm, а на ситу са отворима од 10 mm за класу –10+0 mm). Ефекат просејавања се може одредити на два начина. Први, физички тежи и ређе коришћени, начин јесте мерењем масе производа просејавања (улаз, просев) и одређивањем масеног учешћа посматране класе крупноће у улазу. У овом случају се ефекат просејавања прорачунава по обрасцу: где је: ε ефекат просејавања, % Qp – маса минералне сировине у просеву, t (kg) Q – маса минералне сировине на улазу, t (kg) u – учешће посматране класе крупноће у улазу, % Други, лакши и чешћи, начин одређивања ефекта просејавања врши се анализом репрезентативних узорака узетих из улаза и одсева. Сматра се да су сва зрна у просеву ситнија од отвора сита (мада код зрна игличастог, плочастог и правоугаоног облика то не мора бити тако), те се тај производ не анализира него се усваја да је 100 %. Сваки од узетих узорака се пажљиво просејава на лабораторијским ситима како би се одредило процентуално учешће одређиване класе. Потом се врши прорачунавање по обрасцу: где је: ε ефекат просејавања, % p – учешће зрна посматране класе крупноће у просеву, % (100 %) u – учешће зрна посматране класе крупноће у улазу, % o – учешће зрна посматране класе крупноће у одсеву, % Ако се у обрасцу 2.6. учешће зрна посматране класе крупноће у просеву »p« посматра као концентрат (јер, суштински, представља циљ целог посла) и означи са малим словом »к«, а одсев »о« као јаловина и означи са малим словом »ј«, улаз се и даље посматра и обележава исто, добиће се образац који има исти облик као образац за израчунавање искоришћење минералне сировине у поступку концентрације (видите поглавље 3.2.): Ово даје за право да се ефикасност просејавања тумачи и као искоришћење посматране класе крупноће. Пример: На ситу отвора 10 mm је извршено просејавање 80 t руде. Учешће класе -10+0 mm било је 50%. Као просев је издвојено 34,5 t, а као одсев 45,5 t руде. Учешће класе –10+0 mm у одсеву било је 12,9 %. Израчунајте ефекат просејавања. I начин: Q = 80 t, Qp = 34,5 t,u= 50 %, следи Ефикасност просејавања зависи од карактеристика минералне сировине која се просејава и од карактеристика уређаја на којима се обавља просејавање. Од карактеристика материјала најважнији су гранулометријски састав, облик зрна, количина »критичних« зрна, влажност материјала, учешће глине итд. Највећи ефекат просејавања се постиже када је крупноћа минералне сировине приближно једнака величини отвора на ситу. Међутим, ако се на ситу малих отвора појави већа количина крупних зрна доћи ће до смањења броја отвора на просевној површини што ће довести до смањења капацитета сита, односно до смањења ефикасности просејавања. Облик зрна зависи од кристалографских и минералошкиг особина минералне сировине. Најлакше се просејавају зрна сферичног и квадратног облика, док се зрна плочастог и игличастог облика теже просејавају. Под називом »критична« зрна подразумевају се она зрна чија величина је веома блиска величина отвора сита или решетке. Због тога се таква зрна често заглаве у отворе просевне површине смањујући њен »светли« део. Са повећањем учешћа критичних зрна повећавају се и проблеми, односно смањује се учинак и ефикасност просејавања. Влажност минералне сировине битно смањује ефикасност просејавања јер се ситна зрна (који су главни носиоци влаге) слепљују међусобно и са крупнијим зрнима при чему непотребно остају у одсеву. Поред тога, влажна зрна затварају отворе на просевној површини чиме се смањује капацитет сита. Утицај влаге је нарочито значајан када се обавља ситно и веома ситно просејавање. Учешће влаге до 4% се може толерисати. Дијаграм дат на слици 2.33. приказује зависност између влажно- 80 сти и ефекта просејавања за различите величине отвора сита. 60 Од карактеристика уређаја на ефикасност просејавања најзначајније утичу 40 величина отвора, облик отвора, начин просејавања (суво, мокро), начин покретања товара на просевној површини (без покретања, вибрацијама, осцилацијама, ротацијом), начина довођења материјала на просевну површину, нагиб сита итд. Већу ефикасност имају уређаји код којих је величина отвора усаглашена са гранулометријским саставом материјала који се просејава и уређаји код којих је Влага, % Слика 2.33. Зависност ефекта просејавања од влажности минералне сировине за различите величине отвора сита облик отвора усаглашен са обликом минералних зрна. Мокро просејавање је ефикасније од сувог, као што је сваки облик покретања материјала ефикаснији од просејавања на стационарном уређају. Довођењем зрна у монослоју по целој ширини сита може знатно да повећа ефикасност процеса. 2.3.3. Уређаји за просејавање Уређаји за просејавање се могу поделити на више начина: - према начину формирања просевне површине (решетке и сита), - према облику просевне површине (равна, лучна, бубњаста могу бити цилиндрична и конична, и призматична), - према броју просевних површина на једном раму (са једном, са две и са више просевних површина), - зависно од тога да ли имају неки погон или не (стационарна или сита без погона и покретна сита), - према начину деловања на просевну површину (вибрациона или вибро, клатна, резонантна и ротациона), - према хоризонталној равни (равна или хоризонтална, закривљена и нагнута). На постројењима за припрему минералних сировина често се примењују решетке и сита, са једном или две равне просевне површине (повремено и лучна и бубњаста), обично под нагибом, са погоном и без погона, а вибро и клатна чешће него ротациона сита. 2.3.3.1. Решетке Разликују се два типа решетки: стационарне (или непокретне) и покретне. Стационарне решетке су конструктивно најједноставнији уређаји за просејавање. Израђују се од низа профилисаних шипки (шина) које се монтирају паралелно једна уз другу. Правац пружања шипки је једнак правцу кретања минералне сировине. Нормално на те шипке се, на одређеном растојању, постављају попречне шине, не ради формирања просевне површине, већ ради обезбеђења статичке стабилности и компактности решетке. Шипке се причвршћују за попречне шине (заваривањем, завртњевима), а ради одржања жељеног отвора између шипки се убацују метални комади или цеви одређене дужине. У припреми минералних сировина решетке се по правилу срећу пре примарног дробљења са циљем да спрече улазак у дробилицу комада који су већи од улазног отвора дробилице или да одвоје већ довољно уситњену минералну сировину. Обично се товар из камиона или дампера истреса директно на решетку. С обзиром на крупноћу (и до 1.500 mm) и абразивност недробљене минералне сировине конструкција решетки је веома робусна. Шипке се израђују од легираних челика. Изглед стационарне решетке је приказан на слици 2.34. Растојање између шипки даје отвор решетке. Уобичајено су отвори код решетки изнад 50 mm, а достижу и преко 300 mm. Да би се спречило заглављивање »критичних« зрна (односно комада) решетке се израђују од профилисаних шипки (неки од чешће коришћених профила шипки су приказани на слици 2.35.). Из истих разлога се повећава растојање између шипки посматрано у правцу кретања минералне сировине низ решетку. Да би се спречило заглављивање решетке се постављају и на конзоле. Односно, учвршћује се само један крај решетке, док други слободно вибрира и тако, под утицајем материјала који се истреса и пада низ решетку, растреса материјал и спречава заглаве. рам просевна површина шипка Слика 2.34. Стационарна решетка Слика 2.35. Профили шипки Решетке се најчешће постављају под нагибом који варира од 35 до 60° (у зависности од врсте минералне сировине, њене крупноће и влажности). Нагиб може бити у смеру кретања материјала низ решеку, односно може бити бочни. Ради спречавања расипања материјала са стационарне решетке по боковима се могу поставити странице, мада то није чест случај.Ширина решетки је најмање три пута већа од најкрупнијих комада који се очекују да доћу на решетку, односно не треба да буде мања од ширине камиона, дампера или вагона из којега се минерална сировина истреса на решетку. Однос дужине и ширине је променљив, али обично је изнад 2:1. Добре стране стационарних решетки су једноставна конструкција, једноставан надзор, одсуство погонског механизма и утрошка енергије, ниска цена коштања, једноставно и јефтино одржавање, а лоше ниска ефикасност просејавања (ретко прелази 70 %), низак специфични капацитет (око 60 t/m2) и релативно честе заглаве »критичним« зрнима (комадима). погон рам просевна површина Слика 2.36. Покретна решетка Покретне решетке се израђују од ваљака, различитог профила, који се наглављују на вратило. Вратило је спојено са рамом. Сваки од ваљака се окреће око свог вратила. Уместо ваљака на вратило могу бити наглављени и специјални прстенови који се окрећу око свог вратила. На слици 2.36. је приказана покретна решетка. Окретање може бити последица погона, преко одговарајућег мотора, а може бити последица кретања материјала низ просевну површину решетке. Како кретање материјала у сваком случају обезбеђује ротацију ваљака или прстенова то се они постављају управно на правац кретања материјала. Поред ових, израђују се и вибро решетке чији принцип рада је идентичан раду вибро сита. Растојање између ваљака представља отвор покретне решетке. У технолошком процесу место покретне решетке је идентично месту на које се монтирају непокретне. Добре стране покретних решетки су што отвори могу бити мањи, заглављивање је ретко, имају већи специфични капацитет од стационарних (и преко 250 t/m2), а ефекат просејавања иде и до 90%. Лоше особине су хабање ваљака или прстенова, одржавање је компликованије него код стационарних, а због погона троши се енергија. 2.3.3.2. Сита Једно од основних уређаја, који се користи у готово свим постројењима за припрему минералних сировина, јесте сито. У зависности од врсте минералне сировине и њених карактеристика, те од потреба самог процеса примењују се различите врсте сита. Најширу примену на рудницима метала и неметала нашла су вибрациона или вибро сита, на постројењима за чишћење угља резонантна и клатна. У случајевима када се сита користе за одводњавање користе се лучна, а за прање песка и шљунка ротациона сита. На савременим постројењима за припрему минералних сировина само лучна сита немају погон (стационарна су), док сви остали типови имају погонски механизам који побуђује и преноси одређену врсту покрета (вибрације, клаћења, осцилације, ротацију) на просевну површину. У конструктивном погледу сва сита имају следеће делове: - рам (који носи просевну површину, даје компактност уређају и спречава расипање материјала са бочних страна), - просевну површину, једну или више, (преко које пролази минерална сировина и где се фактички врши просејавање), - постоље (на које је ослоњен или о које се веша рам сита), и - погонски механизам (преко којег се остварују и преносе кретње на рам или просевну површину, а самим тим и материјала који се просејава). Сита се користе за суво и мокро просејавање. Генерално се може констатовати да се крупно просејавање може успешно обављати сувим и мокрим поступком, док за средње и посебно ситно и веома ситно просејавање треба користити воду. Већи ефекат и капацитет просејавања имају сита код којих се просејавање врши мокрим него сита код којих се просејавање врши сувим путем. Због тога се, кад год то технолошки процес припреме дозвољава, просејавање на ситима обавља мокрим путем. Због спречавања подизања и разношења прашине сита за суво просејавање се прекривају хаубама за отпрашивање. Велика мана сувог просејавања јесте зачепљавање отвора када се у грађи минералне сировине појаве алумосиликати и глине, а влажност се повећа изнад 4%. Предности сувог просејавања су што нема трошкова за обезбеђење воде и нема потребе да се врши одмуљивање подрешетног производа. Поред тога број просевних површина на једном раму, при сувом просејавању, није ограничен (иде и до шест). Кад присуство воде не смета технолошком процесу, односно кад год је дозвољено квашење минералне сировине просејавање се обавља мокрим путем. Минерална сировина се на сито додаје у сувом стању или оквашена (сем код лучног и најчешће код бубњастог сита) док се вода, кроз млазнице под притиском, доводи изнад просевне површине. Створена водена завеса, практично, »пере« минералну сировину, чисти отворе на просевној површини и ефикасно односи размуљену глину и зрна ситнија од отвора просевне површине. Млазнице су распоређене у више линија, а њихов распоред је управан на правац кретања материјала низ просевну површину. Код сита код којег је на једном раму монтирано више просевних површина вода се доводи само на најгорњу просевну површину. На једном раму може бити монтирано више просевних површина различите величине отвора. Распоред просевних површина може бити по »вертикали« (једна изнад друге) и по »хоризонтали« (једна иза друге). У првом случаја, просевна површина на коју најпре долази минерална сировина има највеће отворе, а потом свака следећа мање, до последње код које су отвори најмањи. Код распореда просевних површина по вертикали надрешетни производ сваке просевне површине се прихвата и преко косе сипке се одводи и наредни уређај или део склада или бункера. Само се код најдоње просевне површине прихвата и одводи и подрешетни производ. Код распореда просевних површина по хоризонтали први сегменат има најситније отворе, а последњи најкрупније. Прихвата се и одводи подрешетни производ сваког сегмента, а само се код последњег (најдоњег) сегмента прихватају надрешетни и подрешетни производ. Вертикални распоред је подеснији за суво, а хоризонтални за мокро просејавање (под директним дејством воде из млазница налазе се све класе минералне сировине). Шематски приказ сита са вертикално (једна изнад друге) и хоризонтално (једна иза друге) постављеним просевним површинама дат је на слици 2.37. Слика 2.37. Шематски изглед сита са више просевних површина: а) вертикално, б) хоризонтално постављене просевне површине са различитом величином отвора Свако сито даје најмање два производа. Број производа зависи од броја просевних површина тако што се на »n« просевних површина издваја »n+1« производ. Вибрациона сита (чешће се користи скраћени израз вибросита) су данас највише производе и користе. Изглед вибросита са две просевне површине приказан је на слици 2.38. систем вешања систем ослањања рам просевна површина Слика 2.38. Вибрационо сито: а) стојеће, б) висеће Примену су нашла за просејавање металичних и неметаличних минералних сировина, мокрим и сувим путем. Посебним системима се обезбеђује висока фреквенција (600–3000 min-1)и мала амплитуда вибрирања (2–5 mm), претежно у вертикалној равни, што узрокује добро растресање материјала по целој просевној површини уз позитивне ефекте на зачепљење отвора. Обезбеђење вибрација се постиже на више начина – механички (преко назубљеног точка, преко ексцентра и неуравнотеженим замајцем) и електромагнетски (преко електровибратора). На слици 2.39. приказани су најчешћи начини обезбеђења вибрација. Слика 2.39. Шематски приказ уређаја за изазивање вибрација: а) назубљеним точком, б) ексцентром, в) неуравнотеженим замајцем, г) електровибратором Вибросита се преко јаких опруга постављају на темеље или се вешају. Постављају се под нагибом у правцу кретања минералне сировине. Угао нагиба зависи од карактеристика минералне сировине и креће се од 25 до 30°. Отвори на просевним површинама вибросита су обично мањи од 40 mm, а ради спречавања хабања и пробијања мреже не препоручује се довођење зрна крупнијих од 120 mm. У случајевима када се то не може спречити на исти рам се монтирају две мреже. Горња тзв. заштитна мрежа која има мању »светлу« површину (најчешће су отвори формирани перфорацијом табле лима веће дебљине) и има приоритетни задатак да спречи падање комада велике крупноће на просевну површину. Просев заштитне мреже иде на другу мрежу чији отвори одговарају захтевима технолошког процеса. Вибросита постижу ефикасност просејавања и изнад 90 %. Клатна и резонантна сита се највише користе на постројењима за прање и класирање угља. Код клатних сита клаћење се постиже преко ексцентра који делује директно на рам сита, изазивајући његово поступно повратно кретање. Број клаћења је 60 – 800 min-1, а дужина хода је 10 – 250 mm. Клаћење се претежно обавља у хоризонталној равни. У првом тренутку рам и минерална сировина која се налази на просевној површини крећу напред, у истом смеру, да би потом рам (због деловања ексцентра) променио смер и кренуо уназад док материјал, који због крупноће остаје на просевној површини, услед инерције наставља даље кретање без промене смера. У тренутку када би, услед отпора, кретање материјала на мрежи стало смер клаћење рама се поново подудара са смером кретања материјала те се његов транспорт и просејавање наставља, и тако редом. Клатна сита се постављају хоризонтално или под малим нагибом (до 15°). На један рам се поставља једна или две просевне површине. Ефекат просејавања код клатних сита износи до 80 %. Резонантна сита представљају усавршену верзију клатних. Код резонантних сита на једном раму се налазе две просевне површине које осцилују са фазном разликом у супротним смеровима. Клаћење једне просевне површине преноси се на другу (преко еластичних спојева). Јаче осцилације и начин преношења доприноси уштеди енергије и већем ефекту посејавања (изнад 80 %) него код клатних сита. Постављају се под нагибом од 15 до 25°. Ротациона сита се највише користе за класирање песка и шљунка те за прање минералних сировина које садрже велики проценат глине. Углавном се користе за мокро просејавање. Изглед ротационог сита је приказан на слици 2.40. Израђују се у две верзије као цилиндрична (чешће) и као конусна. Цилиндрична сита се постављају под малим нагибом (4–5°), а конусна без нагиба. Слика 2.40. Ротационо сито Ротационо сито, у суштини, чини цилиндар на којем су направљени отвори за просејавање. Цилиндар је причвршћен за два (или више) носећа прстена који се ослањају на ваљке. Ваљци се налазе на носећем раму, повезани су са мотором и преко њих се обезбеђује окретање сита. Основна предност ових сита је једноставна конструкција што омогућава свакој боље опремљеној радионици да их производи, а мане су им мали ефекат просејавања и специфични капацитет, отвори се лако запушавају, гломазни су и током просејавања (услед тумбања) долази до уситњавања материјала. улаз улазна комора Лучна сита се користе за ситно и веома ситно мокро просејавање, откапавање суспензије, одмуљивање и одводњавање. Минерална сировина се на ово сито увек доводи у облику хидромешавине. рам просев просевна површина одсев Слика 2.41. Лучно сито Изглед лучног сита је приказан на слици 2.41. Лучна сита немају погон, а просевна површина је изведена лучно (отуда им и име). Мешавина ситног материјала и воде (може да просејава и при високом учешћу чврстог) се на просевну површину додаје на врху сита тангенцијално, а лучни облик просевне површине и посебно изведени профил отвора обезбеђује да ситна зрна и највећи део воде пролазе кроз отворе и издвајају се у облику хидромешавине као просев, док крупна зрна прелазе преко целокупне просевне површине и издвајају се као влажни одсев. Банана сита су савремена сита која се одликују константном закошеношћу просевне површине (отуда им и име). Развијена су као сита за просејавање угљева при чему је ток материјала бржи него код класичних сита са равном просевном површином. Код првих банана сита просевна површина сита била је издељена у три зоне. У првој зони угао закошења био је 30 до 35°, у другој 20 до 25°, а у последњој трећој 10 до 15°. Сагласно закошењу мењала се и брзина проласка материјала преко просевне површине од 3-4 m/s у првој зони до 0,5-0,8 m/s у трећој. Широм применом банана сита су додатно унапређења увођењем више зона при чему је разлика у углу закошења између зона са око 10° смањена на 3,5 до 5°. Ова измена је смањила хабање просевне површине и висину сита. Истовремено је и примена проширена на многе неметаличне минералне сировине крупноће од 1 до 30 mm. Данас се банана сита користе за суво и мокро просејавање, а на исти рам се уграђује једна, две или више просевних површина. На слици 2.42. дат је изглед банана сита. зона 1 зона 2 дужина сита Шеме технолошког процеса дробљења и просеJавања зона 3 Слика 2.42. Банана сито 2.4. ШЕМЕ ТЕХНОЛОШКОГ ПРОЦЕСА ДРОБЉЕЊА И ПРОСЕJАВАЊА Процеси дробљења и просејавања могу се применити потпуно одвојено тако што ће се нека минерална сировина уситнити без контроле добијеног производа или ће се минерална сировина расејати на одређене класе крупноће без претходног уситњавања. То су тзв. отворени токови или циклуси и они нису карактеристични за процесе у припреми минералних сировина. Дробљење (као главни) и просејавање (као помоћни процес) се најчешће међусобно прате, односно раде у тзв. затвореном циклусу. У зависности од дела процеса и примењене опреме међусобно деловање може бити различито: - дробљење са претходним просејавањем, карактеристично за примарно дробљење, односно за примену чељусних дробилица, - дробљење са контролним просејавањем, карактеристично за циклус двостепеног и тростепеног дробљења на великим рудницима металичних минералних сировина, односно за све делове процеса на малим рудницима (посебно неметала). Дробљење са претходним просејавањем се среће кроз више шема: - просејавање (обично на решеткама) ради издвајања довољно уситњеног материјала пре проласка кроз дробилицу, слика 2.43.а, - просејавање (решетка) пре привременог складиштења и дробљења материјала ради издвајања вангабаритних комада (комада који су већи од отвора дробилице), слика 2.43.б, - просејавање (решетка) пре привременог складиштења и дробљења ради издвајања вангабаритних комада и већ довољно уситњеног материјала, слика 2.43.в. Дробљење са контролним просејавањем може да буде решено на више начина: - једностепено дробљење са контролним просејавањем, - двостепено или тростепено дробљење са једним контролним просејавањем, слика, - двостепено или тростепено дробљење са двостепеним контролним просејавањем. Могуће су и друге комбинације, као на пример: просејавање иза сваке дробилице како би се одвојила довољно уситњена минерална сировина уз затварање циклуса у последњем степeну дробљења, потом просејавање после другог и трећег степена дробљења на истом ситу (или више сита са истoм величином отвора) код којег је величина отвора прилагођена потребној крупноћи после завршетка дробљења, повезивање претходног и контролног просејавања, расејавање издробљеног производа на више сита ради добијања више производа различите крупноће итд. а) улаз бункер б) улаз бункер решетка додавач решетка додавач дробилица транспортна трака дробилица на отворени склад транспортна трака на отворени склад улаз в) бункер решетка додавач сито транспортна трака дробилица на отворени склад Слика 2.43. Шема дробљења са претходним просејавањем На слици 2.44. дата је шема дробљења и просејавања која обухвата претходно и контролно просејавање. кружна дробилица сито бункер додавачи краткоконусне дробилице отворени склад конусна сито дробилица бункер издробљене руде Слика 2.44. Шеме дробљења са контролним просејавањем На наведеној шеми битно је уочити следеће: - иза примарног дробљења треба формирати отворени склад или бункер за смештај примарно издробљене руде (запремина довољна за смештај руде која се добија вишедневним радом копа) како би се пребродио несклад у коришћењу радног времена између примарног дробљења, које ради када ради коп или рудник, и осталих делова постројења за припрему минералних сировина, - пре сваког уређаја (сита или дробилице) треба уградити прихватни бункер мале запремине (складиштење временски ограничено на 10 до 30 минута) ради обезбеђења равномерног и континуалног храњења сваког уређаја понаособ, - ради ефикаснијег коришћења простора и грађевинских објеката и смањења инвестиционих трошкова, те ради лакше организације надзора над радом појединих уређаја треба извршити груписање уређаја истоветне намене (нпр. дробилице треба лоцирати у истом одељењу једну поред друге), - дефинитивно издробљену руду треба ускладиштити у одговарајући бункер (запремина треба да омогући складиштење руде потребне за рад уређаја у наредном циклусу у више смена) како би се разрешио проблем различитог коришћења радног времена између секундарног и терцијалног дробљења (обично раде две смене на дан) и млевења (обично ради три смене на дан). Увођењем процеса аутогеног (или полуаутогеног) млевења примарно издробљене руде просејавање није неопходно, а увођењем мокрог дробљења као терцијалног или квартарог просејавање треба обавити пре увођења воде у циклус дробљења. 2.5. МЛЕВЕЊЕ МИНЕРАЛНИХ СИРОВИНА Млевење представља наставак процеса уситњавања који је започет дробљењем. Циљ млевења је потпуно отварање минералне сировине, односно потпуно раскидање природних веза између јалових и корисних минералних сировина. Улаз у процес млевења је различит у зависности од шеме која се примењује. Код шема млевења које подразумевају двостепено млевење издробљеног производа улазна крупноћа се креће до 25 (ређе 40) mm, код шема, које подразумевају једностепено млевење (у млину са куглама) улазна крупноћа је испод 12,5 mm, а код аутогеног (или полуаутогеног) млевења улазна крупноћа у процес је око 300 mm. Када се иза млина за аутогено млевење процес уситњавања наставља у млина са куглама или са пебловима улазна крупноћа треба да буде испод 2 mm, а код домељавања испод 0,210 mm. Излазне крупноће зависе од улазних крупноћа и потреба процеса прераде, али се обично крећу од неколико микрометара до неколико десетина микрометара. Изузетак је микронизирајуће млевење код којег је улазна крупноћа реда неколико милиметара, а излазна варира од делова микрометра (< 1 μm) до неколико микрометара (< 10 μm). Млевење се може обављати сувим (реће) и мокрим поступком. Мокри поступак је ефикаснији и кад год карактеристике минералне сировине или процеса који следи то дозвољавају млевење се обавља мокрим путем. Као средства за млевење могу се користити мељућа тела (шипке, кугле, »пеблови«), односно може се обављати без »страних« мељућих тела тако што се млевење врши међусобним сударањем и уситњавањем комада који се мељу (тзв. аутогено млевење). Посебан вид млевења представља полуаутогено млевење код којег се поред самоуситњавања у млин убацује и мања количина мељућих тела (кугли) који потпомажу процес уситњавања. Млевење се може обављати у једном или више степени. Савремено млевење тежи да се у једном степену (са ефикасним класирањем) и у једној машини заврши целокупни процес. Нешто старије, али и даље често сретане шеме млевења предвиђају двостепено млевење. Двостепено млевење се може обављати комбиновањем млевења у млиновима са шипкама (I степен) и млиновима са куглама (II степен), али се срећу и шеме по којима се у првом степену обавља аутогено или полуаутогено млевење, а у другом млевење у млину са куглама. Припрема минералних сировина познају и тзв. домељавање. Ту се не ради о класичном трећем степену млевења зато што се домељавању подвргава само део минералне сировине. Обично се том накнадном млевењу (отуд и име домељавање) подвргава груби концентрат (пре пречишћавања) или међупроизвод ради повећања ефикасности процеса концентрације. Млевење је у основи припремни процес за даљу концентрацију и изузетно ретко представља главни процес. Као што дробљење прати просејавање тако и млевење прати класирање. Избор шеме млевења и класирања и уређаја за класирање је шири него када је у питању дробљење и просејавање. 2.5.1. Уређаји за млевење Млевење се обавља у уређајима који се називају млинови. У зависности од облика млинови се деле на: - цилиндричне или бубњасте, и - цилиндрично-коничне. У зависности од брзине ротирања млинови могу бити: - спороходни или обртни, - брзоходни или вибрациони, и - брзоходни или центрифугални. На бази разлике у коришћењу мељућих тела познате су следеће врсте млинова: - млинови са мељућим телима, - полуаутогени млинови, и - аутогени млинови. У погледу коришћења мељућих тела извршена је подела на млинове: - са шипкама, - са куглама, и - са пебловима. У погледу начина пражњења производа млевења деле се на млинове: - са слободним бочним пражњењем, - са пражњењем кроз решетку или дијафрагму, - са централним пражњењем. Припрема минералних сировина најчешће користи обртне, спороходне млинове. Млевење се обавља са мељућим телима, али и без њих. У конструктивном погледу сви млинови имају исте основне делове (слика 2.45.). Разуме се у изради има великих разлика. Основни делови су: - цилиндрични омотач, израђен од челичног лима, унутар којег се налазе мељућа тела и минерална сировина која се меље, - предњи и задњи блок, који са цилиндричним омотачем затварају конструкцију млина и на којима се налазе рукавци за храњење и пражњење млина, - хранилица на улазном рукавцу, - заштитне облоге, којима се облаже унутрашња страна млина, и - погонска група (електромотор, редуктор итд). хранилица погонски зупчаник цилиндрични омотач погоњени зупчаник задњи блок рукавац ротационо сито погонско вратило Слика 2.45. Изглед млина Унутар цилиндричног омотача налазе се мељућа тела и минерална сировина која се меље (код мокрог млевења и вода). У међупростору мељућих тела налази се минерална сировина. Преко погонске групе остварује се обртање млина, а заједно са цилиндричним омотачем обрћу се мељућа тела и минерална сировина. Успостављањем потребне брзине обртања унутар млина долази до сударања и трљања између мељућих тела и минералне сировине, односно између појединих минералних зрна. То међусобно дејство условљава одговарајуће смањење крупноће. Континуалним храњењем и обртањем млина постиже се стално померање уситњене минералне сировине ка излазном отвору. Код сувог млевења усисни вентилатор потпомаже пражњење довољно уситњених зрна, док се код мокрог млевења пражњење врши преливањем преко излазног рукавца или проласком довољно уситњених зрна кроз решетку која се налази покрај излазног блока (код млина са куглама и пебловима). При слободном преливању кроз централни излазни отвор минерална сировина одлази на ротационо сито (тзв. »тромел« сито) које чини саставни излазни део млина и које се обрће заједно са млином. Довољно уситњена зрна, као просев, падају у сандук муљне пумпе или у канал који их води на класирање, а крупнија зрна (мећу њима се налазе и преуситњене кугле и пеблови) се као одсев издвајају и најчешће одбацују. Масени удео чврсте фазе у процесу млевења варира, али се обично креће од 50 до 80 % . Однос дужине (L) и пречника (D) млина варира у зависности од врсте и намене млина. У табели 2.9. дати су односи за најчешће коришћене млинове. Табела 2.9. Односи дужине (L) и пречника (D) различитих врста млинова Врста млина Однос дужине (L) и пречника (D) млина Млин са шипкама 1,3:1 2,1:1 Млина са куглама 1:1 2,5:1 Млин са пебловима 1:1 2,5:1 Млин за аутогено млевење 1:1 1:3 Млин за полуаутогено млевење 1:1 1:3 2.5.2. Режим рада млинова Мељућа тела и минерална сировина која се меље заузимају 40-50 % запремине млина. Обртањем млина започиње обртање и материјала са којим је млин напуњен. Анализе су показале да се, приликом тог обртања, материјал »лепи« за унутрашњу страну омотача млина и да се »пење« уза њ. Уколико је брзина обртања велика материјал ће се распоредити по унутрашњој страни омотача и тако прилепљен ће се обртати заједно са млином. При таквом обртању (практично се ради о центрифугирању) не врши се никакав корисни рад па се он не може ни дозволити. Брзина обртања при којој материјал из центрифугирања прелази у брзину која омогућује одвајање товара од омотача и падање на дно млина назива се критична брзина обртања млина .У односу на пречник млина критична брзина се може изразити једначином: где је: nk критична брзина обртаја млина, min D пречник млина, m Када брзина износи 85% од критичне материјал ће се »пењати« ка зениту млина, неће га досећи, али ће достигнута висина бити довољна да материјал слободно падне (по приближно параболичној путањи) на дно и при томе, услед силе удара, изврши користан рад (уколико удари у минералну сировину, а не у неку куглу). Такав режим рада млина назива се катарактни и карактерише рад млинова са куглама, пебловима и млинова за аутогено и полуаутогено млевење. Уколико се смањивање брзине и даље настави тако да она буде око 50 % од критичне »пењање« материјала неће бити тако интензивно нити ће се створити простор за слободно падање а) б) Слика 2.46. Режими рада млина, а) каскадни, б) катарактни већ ће се материјал из горњих слојева прекотрљавати преко материјала који је испод. При томе ће се услед притиска и трења вршити корисни рад (уситњавање). Такав режим рада млина назива се каскадни и карактеристичан је за рад млинова са шипкама, а код осталих млинови најчешће при сувом млевењу. На слици 2.46. дата је шема режима рада млина. 2.5.3. Млинови са шипкама Млинови који млевење обављају помоћу шипки користе се за грубо млевење. Улазна крупноћа варира од 12 до 25 mm (реће до 40 mm), а излазна од 1 до 5 mm. Производ млина са шипкама готово никад не представља крајњи (тражени, жељени) производ уситњавања, већ после њега обично следи млевење у млину са куглама. Слика 2.47. Пресек кроз млин напуњен шипкама На слици 2.47. приказан је пресек кроз млин напуњен шипкама. Однос дужине (L) и пречника (D) млина са шипкама варира од 1,3:1 до 2,1:1. Практично, млинови са шипкама се никада не израђују тако да пречник буде већи од дужине зато што би такав однос условио укрштање и прекомерно ломљење шипака и донео проблеме са уситњавањем. Квалитет шипки ограничава дужину млинова са шипкама до 6,8 m. Пуњење млина шипкама креће се до 40 % укупне запремине. Млевење у овом млину обавља се искључиво мокрим путем, а млин је најчешће прва машина у којој се формира хидромешавина. Масени удео минералних зрна у хидромешавини износи 60 до 70 %. Млевење у млину са шипкама се обезбеђује силом удара и трљањем између шипки и минералне сировине, односно између појединих минералних зрна. Ударно дејство мељућих тела је слабије него код млинова са куглама. Практично, млин са шипкама увек ради у каскадном режиму. Пражњење млина са шипкама може бити: - слободним преливањем (слика 2.48.а), - периферно на крају млина (слика 2.48.б), и - периферно на средини омотача (слика 2.48.в). а) б) в) Слика 2.48. Начини пражњења млина са шипкама: а) слободним преливањем, б) периферно на крају млина, в) периферно на средини омотача Заштита унутрашње стране цилиндричног омотача и предњег и задњег блока од абразивног трошења обезбеђује се посебно уграђеним облогама. Облоге се израђују од легираних челика. Облоге се завртњевима причвршћују за омотач млина. Израђују се са равним или таласастим профилом. Посебним антиабразивним облогама се штите и унутрашње стране рукаваца. Ради заштите класификатора од упада поломљених или истрошених шипки на излазу из млина може се уградити посебно ротационо сито (»тромел«). Млин са шипкама има хранилицу на улазном рукавцу млина. Најчешће је то спирална хранилица или цев. 2.5.4. Млинови са куглама Млинови који млевење обављају помоћу кугли користе се за фино уситњавање минералних сировина. Улазна крупноћа варира од 5 до 15 mm, а излазна иде и до 1 микрометра. Било да се користи у комбинацији са млином са шипкама, после аутогеног млевења или самостално производ млина са куглама представља крајњи (тражени, жељени) производ уситњавања. Изглед млина са куглама је дат на слици 2.49. а) б) Слика 2.49. Изглед млина са куглама: а) млин са пражњењем преливањем, б) млин са пражњењем кроз дијафрагму Унутар цилиндричног омотача налазе се кугле (као мељућа тела) и минерална сировина која се меље. Пуњење млина куглама креће се од 40 до 45 % укупне запремине. Млинови са пражњењем кроз решетку пуне се до 50% укупне запремине. Масени удео минералних зрна у пулпи износи 60 до 80 %. Млинови са куглама у погледу места пражњења се израђују у две верзије: - слободно пражњење преливањем преко преливног прага, и - принудно пражњење кроз решетку или дијафрагму. На слици 2.49. дата је фотографија излазног блока млина са слободним преливањем (2.49.а) и млина који се празни кроз решетку или дијафрагму (2.49.б). Заштита унутрашње стране цилиндричног омотача, предњег и задњег блока и рукаваца од абразивног трошења обезбеђује се посебно уграђеним облогама. Облоге се израђују од легираних челика, гуме (значајно смањује буку) или од тврдих минералних сировина (тамо где је непожељна гвоздена прашина). Облоге се завртњевима причвршћују за омотач млина. Уобичајено се израђују са таласатим профилом. Таласати профил потпомаже издизање материјала у млину па облоге поред заштитне улоге имају и улогу подизача (лифтера) минералне сировине. Изглед неких од облика облога је дат на слици 2.50. Слика 2.50. Облога млинова са куглама Млин са куглама захтева уградњу посебних хранилица на улазном рукавцу млина. Најчешће су у примени спирална и бубњаста хранилица. Хранилице се обрћу заједно са млином. Код млина са спиралном хранилицом на улазу постоји и пријемни сандук у који се додаје свежа минерална сировина, минерална сировина из кружне шарже и вода. Окретањем спирална хранилица захвата материјал из прихватног сандука и уноси га у млин. Спиралне хранилице су подесне када млин ради у затвореном циклусу са спиралним (механичким) класификатором. Код бубњасте хранилице материјал се додаје у централни део хранилице одакле се системом преграда и жљебова уводи у млин. Бубњаста хранилица је подесна за храњење млинова који раде у затвореном циклусу са батеријом хидроциклона. У истим ситуацијама користе се и цевасте хранилице. На слици 2.51. дат је приказ најчешће коришћених хранилица. а) б) в) Слика 2.51. Хранилице за млинове: а) спирална, б) бубњаста, в) цеваста 2.5.5. Аутогено и полуаутогено млевење Процес аутогеног млевења је одавно познат (први патенти су пријављени крајем деветнаестог и почетком двадесетог века, а прве индустријске пробе су изведене тридесетих година двадесетог века) и спорадично је примењиван до седамдестих година када је примена нагло порасла. На слици 2.52. дат је дијаграм из којег се види тренд пораста инсталисане снаге (а тиме и коришћења) млинова за аутогено и полуаутогено млевење. Слика 2.52. Кумулативни приказ инсталисане снаге млинова за аутогено млевење у другој половини 20. века У примени предњаче рударски најразвијеније земље САД, Русија, Јужноафричка унија, Канада итд. Од минералних сировина млинови за аутогено и полуаутогено млевење су најпре употребљени на златоносним рудама, а данас се најчешће срећу на погонима за уситњавање руда гвожђа, бакра и злата. Развој аутогеног млевења иде у два правца. Први, и данас значајнији, је правац развоја обртних цилиндричних млинова код којих се уситњавање врши механички сударањем и трљањем комада руде. Ови млинови се називају и млинови мале брзине зато што је брзина кретања материјала у млину испод 10 m/s. Други правац јесте развој струјних млинова за самомлевење. Код ове врсте млевење се врши у струји ваздуха или прегрејане паре, а брзина кретања ваздуха или прегрејане паре која носи ситна зрна креће се изнад 100 m/s. Због тога се ови млинови називају и млиновима велике брзине. На слици 2.53. дата је шема обртног (механичког) и струјног млина за аутогено млевење. а) улаз подизачи руде б) улаз излаз излаз в) пријемна комора улаз комора за млевење дизна ејектор Слика 2.53. Млинови за аутогено млевење: а) механички суво, б) механички мокро, в)струјни У припреми минералних сировина, данас, неупоредиво већи значај имају обртни, цилиндрични млинови те се овај текст односи на ту врсту млинова. Данас је светска индустрија способна да произведе млинове пречника од око 11 m, које покрећу електромотори снаге до 15 МW и који могу дневно да уситне до 100.000 тона руде. Аутогено млевење представља процес уситњавања минералне сировине сударањем и трљањем комада исте минералне сировине. Отуда се сам процес назива и самомлевење, пошто се као мељућа не користе страна тела. Сличан је и процес полуаутогеног млевења. Код њега се млевење обавља узајамним дејством комада минералне сировине, али се ради бржег и ефикаснијег обезбеђења ситних класа додаје и извесна количина челичних кугли (5–10 % запремине млина). Може да се обавља у флиуду вода (мокро) и флуиду ваздух (суво). Развој самог процеса и опреме текао је паралелно тако да је данас развијена опрема за оба начина млевења. Први млинови за суво млевење били су направљени од стране канадске фирме »Aerofall« па се и данас често та врста млинова зове »аерофол млинови«. Из истих разлога се млинови за мокро млевење називају »каскад« (по »Hardinge Cascade Мill«, који дефакто нису били први, али су се први наметнули). При аутогеном (и полуаутогеном) млевењу у једној машини се обавља средње и фино дробљење и грубо и фино млевење. Улазна крупноћа у обртни млин за аутогено и полуаутогено млевење креће се од 250 до 350 mm (практично, производ примарног дробљења), с тим што максимална величина појединих комада не треба да прелази 500 до 600 mm (ограничено, у првом реду, величином улазног отвора). Пожељно је да учешће класе –350+100 mm буде 30 до 35 %. Излазна крупноћа из млина за мокро млевење је између 0,2 и 0,5 mm, а из млина за суво млевење треба да буде испод 6 mm (због ефикасности пнеуматског изношења самлевених зрна). Савремени млинови за аутогено (и полуаутогено) млевење су способни да процес уситњавања заврше у једном степену, али се као ефикаснија показала шема по којем се завршно уситњавање обавља у млиновима са куглама. Млинови за аутогено млевење (и полуаутогено, такође) раде у затвореном циклусу са класификаторима. С обзиром, да из млина могу да излазе и крупни комади руде (и изнад 50 mm) први степен класирања обично се обавља на ситима, док се просев сита шаље на хидроциклонирање или у механичке класификаторе. Пуњење млинова минералном сировином не треба да буде изнад 30 % јер се тада највеће искоришћење обртањем створене кинетичка енергија комада. Пражњење аутогених млинова се, по правилу, обавља кроз решетку. У погледу односа дужине (L) и пречника (D) млинови за аутогено млевење се битно разликују од класичних. Први млинови за аутогено млевење су раћени у односу L:D = 1:3, док савремени млинови за мокро аутогено млевење најчешће имају однос 1:2 до 1:2,5. Савремени млинови за суво млевење имају однос дужине и пречника од 1:2 до 1:4. Да би процес млевења био ефикаснији са унутрашње стране млина уграђују се подизачи (тзв. лифтери) који захватају комаде руде и подижу их како би повећали ударно дејство. Како улаз у аутогено млевење чини примарно издробљена руда то је материјал који се једновремено налази у млину веома разноврстан по крупноћи. То условљава сегрегацију материјала по крупноћи у самом млину па подизачи лакше захватају ситнија зрна и подижу их на већу висину па се та зрна првенствено уситњавају ударом у катарактном режиму кретања материјала. Истовремено крупнија зрна је теже захватити и подићи што условљава њихово кратко подизање и падање у каскадном режиму. Тако се у једном млину истовремено обавља кретање мељућег материјала у оба режима – комбиновани режим млевења (брзина обртања је око 80% од критичне брзине). Графички приказ наведене сегрегације и различитог режима уситњавања зрна различите крупноће приказан је на слици 2.54. катарактна зона каскадна зона зона дробљења Слика 2.54. Режим млевења зрна различите крупноће у млину за аутогено млевење У конструктивном погледу млинови за аутогено млевење сачињени су од истих делова као и класични, али је сваки део прилагођен димензијама, облику и потребама таквих млинова. У односу на класично млевење аутогено и полуаутогено млевење је инвестиционо јефтиније (нема улагања у секундарно и терцијарно дробљење са просејавањем) и потрошња челика је мања (нема страних мељућих тела). Основна лоша страна аутогеног млевења је повећана потрошња енергије (и до 40%). 2.5.6. Суво млевење Суво млевење се може обављати у млиновима са куглама, пебловима и у млиновима за аутогено и полуаутогено млевење. Практично, само се млевење у млиновима са шипкама не обавља на суво. У односу на мокро млевење суво има предност јер је потрошња челика (за мељућа тела и облоге), односно облога (када нису од челика) мања. У свему осталом суво млевење је лошије: захтева суву минералну сировину на улазу (учешће влаге испод 4 %), већа је потрошња енергије, има компликован и скуп систем пражњења млина и отпрашивања, класирање је мање ефикасно итд. Ово је и разлог да се суво млевење користи само онда када квашење минералне сировине није дозвољено или су трошкови сушења мокрог производа велики. У конструктивном погледу млинови за суво млевење се битно не разликују од млинова за мокро млевење. Битна разлика је само у начину пражњења самлевеног производа. Уместо слободног централног преливања пражњење се врши исисавањем уз помоћ ваздуха који се обезбеђује преко одговарајућег вентилатора. Цели систем пражњења је релативно компликован јер се ваздушни потпритисак користи и као улазни притисак у класификатор, како је то приказано на слици 2.55. Други начин пражњења је периферно пражњење када уситњена минерална зрна слободно (уз помоћ центривентилатор циклон спирални транспортер млин циклон бункер фуглане и силе гравитације) испадају из млина. 2.5.7. Остале врсте млинова Слика 2.55. Изглед инсталације за суво млевење и класирање Поред наведених, у припреми минералних сировина се срећу и друге врсте млинова. То су, у првом реду, цилиндрично-конични и вертикални млинови. Цилиндрично-конични или Хардингов млин приказан је на слици 2.56. цилиндрични део млина конични део млина улаз излаз Слика 2.56. Цилиндрично-конични (Хардингов) млин Ова врста млинова користи кугле или »пеблове« као мељућа тела, a намењен је за фино млевење. Слика 2.57. Изглед вертикалног млина Цилиндрично–конични млин је подељен у две зоне. У првој зони омотач има цилиндрични, а у другој конични облик. Овакав облик млина обезбеђује природну сегрегацију кугли по крупноћи. Наиме, у цилиндричном делу млина, где је периферна брзина највећа, концентришу се најкрупније, а у коничном делу најситније кугле. Како минерална сировина најпре пролази кроз цилиндрични део то сегрегација кугли обезбеђује да се у цилиндричној зони успешно уситњавају крупнија, а у коничној ситнија зрна. Цилиндрично-конични млинови су нашли примену за млевење руда олова и цинка и код сувог млевења неметаличних минералних сировина. Вертикални млинови (користи се и израз торањски млин) се користе за фино и ултрафино млевење. Улазна крупноћа треба да је испод 6 mm, што омогућава да крупноћа на излазу буде испод 0,074 mm. Користи се за суво и мокро млевење. Вертикални млинови су патент јапанца Кавабате из педестих година двадесетог века и током протеклих педесетак година појавили су се у више верзија. Вертикални млин је приказан на слици 2.57. Као што му само име каже основни положај ових млинова је вертикалан. Кроз централни део млина постављена је непрекидна спирала која обезбеђује мешање и сталну турбуленцију унутар млина. Минерална сировина се додају на врху млина. Као мељуће тело користе се кугле које се у стању потпуне турбуленције сударају са минералном сировином и уситњавају је на путу до дна млина. Спирала уситњена зрна лакше издиже и празни у горњем делу млина. Ради заштите од абразије унутрашња страна млина је обложена антиабразивним облогама. Предности вертикалних у односу на хоризонтално постављене млинове су: мањи инвестициони и оперативни трошкови, боље енергетско искоришћење, заузимају мање простора, лакше се темеље, стварају мању буку, дају уједначен гранулометријски састав итд. 2.5.8. Мељућа тела Млевење се обавља посредством сила удара и трења које настају сударањем и трљањем између мељућих тела и минералне сировине. Као мељућа тела користе се шипке, кугле, »пеблови« и сама минерална сировина. Шипке се користе за грубо млевење. Израђују се од легираних челика. Дужина им је 100 до 200 mm краћа од дужине млина, а пречник варира од 40 до 100 mm. Шипке треба да имају већи пречник што је улазна крупноћа већа и што је минерална сировина тврђа. Шипке минералну сировину уситњавају силом удара при падању у каскадном режиму рада млина. Због величине улазних комада у млин и величине шипки производ млевења има равномеран гранулометријски састав и, по правилу, нема сувише ситно измлевеног материјала. Кугле се користе за фино млевење у млиновима са куглама и у млиновима за полуаутогено млевење. Израђују се од легираних челика. Пречник им варира од 30 до 120 mm. Ситније кугле дају финији производ, а крупније грубљи. Како се кугле троше (хабају) током млевења то се, по правилу, у млин додају само крупне кугле. Квалитетно израђене кугле треба да се полако и равномерно троше тако да када испадну из млина, као истрошене, имају пречник испод 16 mm и, релативно, сферичан облик на којем се може уочити најмање 8-12 површина. Кугле које испадају у облику неправилних делића, расцепљене по половини, квадратног облика и сл. указују на лош квалитет израде. Пеблови се користе за млевење оних минералних сировина код којих се не сме дозволити загађење гвозденом прашином (талк, фелдспат, каолин), а не смета му загађење силицијумом. У почетку су се као »пеблови« користили бирани комади шљунка, а касније се прешло на тврду силикатну руду (»силекс« кугле) која се после откопавања и ручног (грубог) обликовања убацује у спороходне бубњасте млинове на дораду кугличног облика. Уобичајене величине комада силикатне руде су од 30 до 70 mm. Као мељућа тела могу се користити и кугле израђене од керамике, гранита и сл. Минерална сировина се као мељуће тело користи за тзв. аутогено и полуаутогено млевење. Ради се о комадима дробљене минералне сировине крупноће 250 до 350 mm. Пошто се као мељуће тело користи минерална сировина која се истовремено и уситњава то је примена ових мељућих тела економична и погодна јер нема додатног загађења гвожђеном или силикатном прашином. 2.6. КЛАСИРАЊЕ Класирање је процес сортирања материјала по класама, заснован на различитој брзини падања зрна различите крупноће и густине у флуиду вода или ваздух. Класирање може бити помоћни, припремни и главни процес. Најчешће је помоћни процес који прати млевење, па се као такав увек прилагођава начину млевења. Када се млевење обавља у флуиду вода тада се примењује хидрауличко класирања, односно када се минерална сировина меље на суво примењује се суви процес класирања (пнеуматско класирање). Класирање обавезно прати завршни стадијум млевења, а ако се почетно млевење обавља у млиновима са шипкама класирање се увек не примењује. При вишестадијалном млевењу могуће је применити једностадијално класирање обједињених производа. Класирање је помоћни процес и у процесу одмуљивања и одводњавања. Међутим, када се класирање користи за одмуљивање минералне сировине која се шаље на концентрацију (гравитацијску, магнетску, флотацијску) тада се може разматрати и као припремни процес. Класирање као главни процес се примењује за издвајање фракције потребних карактеристика за израду ободних насипа на јаловиштима. Ако се одвоји просејавање, као специфични вид класирања крупнозрног материјала, онда се може констатовати да се класирање обавља на минералним сировинама крупноће испод 5 mm, најчешће испод 2 mm. Доња граница при којој се класирање користи није дефинисана и креће се до нивоа до којег иде и млевење (испод 1 микрометра). Класирање се може обављати таложењем производа млевења у гравитационом пољу или под дејством центрифугалне силе. У првом случају се користе уређаји који обезбеђују довољну површину, а у другом довољну силу да се раздвајање обави. Због тога су гравитацијски класификатори димензионално већи, а центрифугални захтевају примену одговарајућих уређаја за храњење, односно за давање почетног убрзања материјалу који се класира. У процесу класирања који прати млевење издвајају се два производа: - песак класирања или крупнији производ који је потребно додатно уситњавати, и - прелив или ситнији производ који је довољно уситњен тако да га је потребно издвојити из процеса уситњавања и упутити даље у процес (најчешће је то процес концентрације). 2.6.1. Мокро класирање Мокро класирање се обавља у флуиду вода и прати процесе мокрог млевења. Обавља се гравитацијским таложењем у механичким класификаторима различите изведбе (класификатор са чанком, са грабуљама, са скрепером, спирални класификатор итд.) и центрифугалним класирањем у хидроциклонима и центрифугама. 2.6.1.1. Класирање гравитацијским таложењем у води Таложење у води обавља се константном брзином која је, првенствено, условљена крупноћом и густином материјала. У почетку зрна падају са извесним убрзањем, али се због отпора средине брзина устаљује и постаје константна. Та брзина се назива коначна брзина падања или брзина таложења. Брзина таложења се може практично измерити за сваку конкретну сировину, али се може и прорачунати по (углавном) емпиријским обрасцима разних аутора. У припреми минералних сировина најширу примену су нашли обрасци Стокса (Stokes) за најситнија зрна, Алена (Allen) за зрна средње крупноће и Ритингера (Rittinger) за најкрупнија зрна. Наведени обрасци имају следећи облик: - Образаc Стокса (за d < 0,12 mm): - Образац Алена (за d = 0,12 ч 1,55 mm): - Образац Ритингера (za d > 1,55 mm): где је: vs – коначна брзина падања или брзина таложења, m/s γ – густина минералне сировине, kg/m3 γо– густина течне фазе (воде), kg/m d – пречник зрна, mm μ – вискозитет флуида (воде), kg/ms Условљеност брзине таложења не само крупноћом (као код просејавања) већ и густином минералне сировине доприноси да се у преливној фракцији нађу не само ситна зрна, већ и крупна зрна мале густине, а у песку поред крупних зрна и зрна средње крупноће, а велике густине. Другим речима, оштрина одвајања је ниска. За мокро класирање производа млевења слободним таложењем користе се механички, а мећу њима најчешће спирални класификатор . Изглед спиралног класификатора дат је на слици 2.58. Основни делови спиралног класификатора су: - корито дефинисане дужине, ширине и нагиба, - спирала која потискује крупнији материјал нагоре и празни га као песак, - преливни праг променљиве висине преко којег се издваја прелив, - погонска група. Корито има полукружни облик, а израђује се најчешће од челичног лима. Ширина му зависи од потребног капацитета тако што шире корито обезбеђује већи капацитет. Од дужине зависи садржај влаге у песку и уобичајено износи 1,5 до 2 метра изнад воденог огледала. Величина воденог огледала зависи од нагиба тако што је огледало (практично простор за таложење) веће што је нагиб мањи. Уобичајено је нагиб испод 16°. Корито на дну има подигнуте стране ради обезбеђења простора за почетно таложење. а) б) регулатор нивоа погон спирала ниво пулпе прелив пражњење песка улаз корито Спирала има задатак да континуално уклања крупна, исталожена, зрна и да их преко канала поново врати у млин. Бесконачна спирала је причвршћена на вратило преко којег се врши улежишћење и покретање. У односу на положај спирале у кориту позната су два типа спиралних класификатора: подигнути и потопљени. Код подигнутог типа спирала је само делимично потопљена, а код потопљеног спирала је у доњем делу корита потпуно испод нивоа хидромешавине. Потопљена спирала се користи када се тражи фино млевење. Израђују се класификатори са једном (најчешће), две или три (најређе) спирале у истом кориту. Преливни праг се налази на дну спиралног класификатора. Његова висина је променљива у зависности од потреба процеса даље прераде. Нижи ниво значи грубљи прелив, а виши финији. Производ млевења (мливо) се додаје у доњој трећини класификатора. Ради успешнијег класирања на улазу у класификатор се додаје и вода ради разређења хидромешавине. У зони таложења на зрно делује хоризонтална сила услед струјања хидромешавине и вертикална сила гравитације. У зависности од крупноће и густине зрна падају различитим брзинама образујући у кориту класификатора четири карактеристичне зоне (слика 2.59.). прелив зона разређене хидромешавине постељица зона исталоженог материјала <16O зона "живог песка" На дну се налази најгушћа зона непокретног песка (»постељица«) која представља заштитни слој против хабања корита. Изнад њега је нешто ређа зона исталоженог најкрупнијег и најгушћег материјала који спирала захвата и враћа назад у процес млевења. Трећа је зона густе пулпе или зона живог песка у којој се врши прегруписавање зрна. Део зрна из ове зоне ће се вратити у процес млевења преко песка, а део ће, као прелив, отићи даље на прераду. Најгорња и највећа је зона разређене пулпе или зона прелива у којој се налазе најситнија и зрна најмање густине разређена у води која их износи преливањем преко прага. Спирални класификатор је нашао најширу примену на постројењима која имају мањи капацитет, а најзначајнија је његова примена на постројењима за припрему руда олова и цинка. Због димензија и малог јединичног капацитета нису погодни за примену на постројењима за припрему руда бакра. 2.6.2. Класирање под дејством центрифугалне силе Центрифугална сила2 је вишеструко већа од силе гравитације па је класирање брже и захтева мање таложног простора. Принцип класирања базира се на раздвајању по маси (која је последица крупноће и густине) под утицајем центрифугалне силе. преливна цев улаз цилиндрични део конични део вртложна цев отвор за пражњење песка За мокро класирање под утицајем центрифугалне силе користе се хидроциклони (чешће) и центрифуге. Принципијелна разлика у њиховом раду је што код хидроциклона ротира хидромешавина, а код центрифуге сам уређај. Хидроциклон, приказан на слици 2.60., је једноставан цилиндрично–конични уређај вишеструке намене. Основни делови хидроциклона су: - цилиндрични део, - конични део, ради неуједначеног хабања и мањих трошкова при замени израђен је из више сегмената, - улазна цев, има правоугаони попречни пресек (однос висине и ширине варира од 2:1 до 4:1), - вртложна цев, смештена унутар цилиндричног дела, на њу се наставља преливна цев, Слика 2.60. Хидроциклон - одзрачна цев, и - отвор за пражњење песка. Хидроциклон се израђује од челичног лима или пластике. Савремени хидроциклони се израђују са антиабразивним облогама (најчешће нека од пластичних маса). Цилиндрични део дефинише величину хидроциклона (пречник цилиндричног дела је ознака за величину хидроциклона), а његова величина је променљива у зависности од потребног каа) пацитета. Однос висине и ширине је различит, код мањих хидроциклона висина је већа од пречника, а код већих је обрнуто. Конусни део има различиту дужину у зависности од угла коничности. Најчешће је угао коничности 20°, али се израђују и хидроциклони са мањим углом (15°, 10°, <10°). Генерално се узима да се хидроциклони са углом коничности од Слика 2.61. Увођење материјала у хидроциклон: а) спирално, б) тангенцијално 20° користе за класирање, а са мањим углом за одмуљивање. Улазни отвор је код старијих хидроциклона тангенцијално постављен у односу на цилиндрични део, а код савремених спирално (слика 2.61.). Овакав облик потпомаже сеграгацију материјала већ на улазу. Вртложна цев има задатак да прихвати флуид и зрна концентрисана у централном делу хидроциклона. Наставак (спољни део) вртложне цеви чини преливна цев. Како се режим рада m ⋅ v2 2) Центрифугална сила: Fc = r . Сила гравитације: Fg = m ⋅ g хидроциклона не би реметио преливна цев треба да има већи пречник од вртложне. Ради спречавања сифонског ефекта (систем натеге) излазни крај преливне цеви треба да буде постављен изнад нивоа улаза. Уколико се то не може постићи потребно је на превоју уградити одзрачну цев. Отвор за пражњење крупније и гушће фракције (песак хидроциклона) налази се на дну коничног дела и због највеће изложености хабању израђује се од отпорнијих материјала. Најчешће је то мека гума. Мада је, с техничке тачке гледања, хидроциклон једноставан уређај, без иједног покретног дела, његово технолошко функционисање је веома комплексно и условљено бројним параметрима. Фактори који битно утичу на рад и резултате рада хидроциклона могу се сврстати у четири групе: - параметри који дефинишу уређај (пречник цилиндричног дела, висина цилиндричног дела, угао улазног отвора, положај улазног отвора, позиција осовине улазног отвора, угао конусног дела, величина отвора за песак, пречник вртложне цеви и дужина вртложне цеви) - параметри који дефинишу флуид (густина, вискозитет, улазни притисак, капацитет на улазу, капацитет песка) - параметри који дефинишу чврста зрна (густина, концентрација на улазу, гранулометријски састав на улазу, горња гранична крупноћа на улазу, концентрација песка, крупноћа раслојавања, ефекат класирања, прецизност класирања) и - остали параметри (убрзање Земљина теже). Хидроциклон тражи да се хидромешавина одређене густине (за ефикасније класирање боља је ређа хидромешавина) доводи на улаз под притиском (варира од 0,3 бара код великих, до 3 бара код малих хидроциклона). Спирални облик улазне цеви потпомаже да хидроциклон одмах у цилиндричном делу започне своју кружну путању. Под утицајем центрифугалне силе долази до раздвајања материјала по маси тако да се зрна веће масе концентришу непосредно уз омотач, а зрна мање масе се задржавају у централном делу. Конични облик хидроциклона и континуални наилазак нове хидромешавине условљава релативно брзо кружно спуштање крупнијих зрна ка излазном отвору за песак. Кружно кретање условљава и кружни излазак (у облику кишобрана, слика 2.62.) тако да у централном делу отвора за песак нема материјала. Како у хидроциклону влада потпритисак то ће кроз централни део отвора за песак доћи до усисавања ваздуха и стварања »ваздушног стуба« у централној зони хидроциклона. Тај »ваздушни стуб« се кроз вртложну цев креће ка преливном отвору и при томе износи воду и зрна концентрисана у централној зони хидроциклона. отвор за песак сувише мали добро димензионисан отвор за песак отвор за песак сувише велики Слика 2.62. Пражњење песка хидроциклона Ефикасност класирања код хидроциклона креће се од 50 до 70 %. Ефикасност опада са величином хидроциклона тако да се тежи коришћењу хидроциклона мањег пречника (уобичајено од 350 до 660 mm). Финоћа прелива (као производа који иде даље на концентрацију, јер се песак враћа на поновно млевење) може се регулисати променом улазног притиска (већи притисак даје финији прелив), променом густине хидромешавине на улазу или променом величине и односа величина појединих отвора на хидроциклону. Слика 2.63. Батерија хидроциклона На постројењима са великим капацитетом (10.000 t на дан и више) хидроциклони су углавном потпуно заменили механичке класификаторе. Разлог за то су мале димензије и лако уклапање у диспозициону шему, уз незнатно слабију ефикасност. При тим великим капацитетима један хидроциклон не би могао да обави класирање целокупне масе па се хидроциклони уклапају у тзв. батерије. Батерија хидроциклона чини скуп од 2 до 12 хидроциклона (ретко их има више), уобичајено кружног распореда са заједничком улазном комором и обједињеним прикупљањем и одвођењем прелива, односно песка. Изглед батерије хидроциклона дат је на слици 2.63. Батерија се тако формира да један или два хидроциклона буду у резерви, а остали да истовремено раде. Овакав радни режим обезбеђују затварачи који се постављају између улазне коморе и сваког од хидроциклона. Ти затварачи омогућавају и аутоматизацију рада хидроциклонске батерије. 2.6.3. Суво класирање Суво млевење прати суво класирање које се обавља под дејством центрифугалне силе. Успешна примена овог класирања подразумева да је минерална сировина сува (влажност испод 4%). Ефикасност сувог класирања је релативно ниска јер ретко прелази 40 %. На постројењима за припрему минералних сировина за суво класирање се најчешће користе пнеуматски циклони и центрифугални ваздушни класификатори (чешће). улаз обртна плоча лопатице вентилатора унутрашњи конус регулационе лопатице отвор за пражњење ситних класа отвор за пражњење крупних класа Слика 2.64. Центрифугални ваздушни класификатор Пнеуматски циклон ради на истом принципу као и хидроциклон. Уместо муљне пумпе, која се користи за обезбеђивање довољног улазног притиска код хидроциклона, код пнеуматског циклона се користе компресори или вентилатори. Центрифугални ваздушни класификатор је приказан на слици 2.64. Центрифугални ваздушни класификатор се састоји из две цилиндрично-конусне коморе – спољашња се користи за пражњење ситније класе, а унутрашња за пражњење крупнијег материјала. Унутар унутрашњег конуса налази се обртна плоча на којој су учвршћене лопатице вентилатора. Материјал се доводи на централни део плоче. Обртањем плоче и дејством вентилатора долази до одвајања материјала по маси. Крупна и густа зрна остају у унутрашњем конусу и празне се кроз посебни отвор. Ситна и зрна мање густине услед усисног дејства вентилатора доспевају у спољашњи конус и празне се. Део зрна који не спада ни у једну групу вентилатор усисава и пребацује у спољашњу комору, али се та зрна задржавају поред зида унутрашње коморе што условљава да поново буду усисана кроз регулационе лопатице и враћена у унутрашњу комору. Ова зрна, средње крупноће и масе, се најчешће издваја кроз отвор на унутрашњем конусу, односно са крупнијом класом. Регулација класирања се обавља променом брзине обртања обртне плоче, променом притиска вентилатора и регулисањем величине отвора помоћу регулационих лопатица. 2.6.4. Кружна шаржа Млевење, као завршни степен уситњавања, има задатак да потпуно уситни производ према захтевима даље прераде. Због тога се млевење комбинује са класирањем како би се довољно уситњена зрна правовремено издвојила и упутила у процес (најчешће) концентрације. Затворени циклус млина и класификатора одликује се појавом тзв. кружне шарже . Довољно уситњена зрна се у класификатору издвајају и шаљу даље у процес, а недовољно уситњена зрна се враћају назад у процес млевења. Та недовољно уситњена маса ће кружити у затвореном циклусу млин – класификатор све док се и последње зрно не уситни на потребну величину формирајући на тај начин кружну шаржу. Кружна шаржа представља однос масе песка класификатора и масе свеже руде на улазу у млин и, процентуално, се може изразити као: где је: C кружна шаржа, % P – маса песка класификатора, t/h Q – маса свеже руде на улазу у млин, t/h Односно, масено се може прорачунати на следећи начин: Преко шеме дате на слици 2.65. маса кружне шарже се може прорачунати и на следећи начин: где је: k – садржај одређене класе крупноће у преливу класификатора, % u – садржај одређене класе крупноће на улазу класификатора, % j – садржај одређене класе крупноће у песку класификатора, %. Из последњег обрасца је евидентно да се процентуални удео кружне шарже може прорачунати и по обрасцу: У односу на улазну количину свеже минералне сировине кружна шаржа је 2 улаз Слика 2.65. Шема затвореног циклуса млин–класификатор до 7 пута већа. Односно, да би се довољно уситнило свако зрно треба просечно да прође кроз млин 2 до 7 пута. С обзиром да се највећи део енергије (преко 99 %) троши на обртање млина и мељућих тела то се за додатно млевење садржаја кружне шарже практично не троши додатна енергија. 2.7. ШЕМЕ МЛЕВЕЊА И КЛАСИРАЊА У припреми минералних сировина млевење и класирање се стално прате и заједно чине јединствени технолошки процес. У пракси је развијено више технолошких шема млевења и класирања. Класичне шеме подразумевају коришћење млинова са страним мељућим телима (шипке, кугле, пеблови), а савремене аутогено и полуаутогено млевење. Као специфичне издвајају се шеме домељавања. Технолошки процес се може обављати на суво и са водом (мокро). Како је мокро уситњавање и класирање чешће приказане су само шеме мокрог млевења и хидрауличког класирања. 2.7.1. Шеме млевења у млиновима са страним мељућим телима Најзначајније технолошке шеме класичног млевења и класирања су следеће: - двостадијално млевење (млевење у млину са шипкама и са куглама) са двостадијалним класирањем, - двостадијално млевење (млевење у млину са шипкама и са куглама) са заједничким, једностадијалним, класирањем, - једностадијално млевење (млин са куглама) са једностадијалним класирањем. на концентрацију хидроциклон хидроциклон вода вода улаз вода млин са шипкама млин са куглама пумпа пумпа Слика 2.66. Шеме двостадијалног млевења и класирања Шеме млевења и класирања Двостадијално млевење са двостадијалним класирањем може бити решено са претходним класирањем (класирање претходи млевењу), односно са контролним класирањем (класирање се обавља после млевења). На слици 2.66. приказана је шема двостадијалног млевења и класирања. Двостадијално млевење са једностадијалним класирањем је често примењивана шема рада. На слици 2.67. дати су примери оваквог начина уситњавања. Први случај (слика 2.67.а) где се као класификатор користи хидроциклон је карактеристичан за постројења на којима се уситњава руда бакра, а други случај (слика 2.67.б) где се за класирање користи спирални класификатор је карактеристичан за постројења где се уситњава руда олова и цинка. а) прелив на концентрацију б) песак улаз вода улаз вода вода прелив Слика 2.67. Шеме двостадијалног млевења са једностадијалним класирањем: а) систем млин – хидроциклон, б) систем млин – спирални класификатор На слици 2.68. дат је приказ технолошке шеме једностадијалног млевења са једностадијалним класирањем. Технолошке шеме које подразумевају двостадијално класирање са једностадијалним млевењем нису карактеристичне за припрему минералних сировина и појављују се само код уситњавања неких специфичних минералних сировина. За све шеме је карактеристично да се хидромешавина формира у првом стадију(-) улаз вода му млевења, те да се додатне количине воде додају пре класирања. Треба знати да је процес млевења одвојен од дробљења уградњом бункера за ситно издробљену руду. Додавањем воде, односно започињањем млевења, процес даље тече континуално и без прекидања. Овакав режим рада показује да је радно време млевења и процеса који иза њега следе (обично процес концентрације) идентично те да постоји уска повезаност и зависност између тих процеса. Слика 2.68. Шема једностадијалног млевења са класирањем 2.7.2. Шеме аутогеног и полуаутогеног млевења и класирања Шеме аутогеног и полуаутогеног млевења разликују се од претходних пре свега у односу на процес дробљења. Наиме, аутогено и полуаутогено млевење не захтева фино уситњену сировину на улазу те се сагласно томе процес млевења надовезује на примарно дробљење. Само млевење се обавља у једном (реће) или два стадијума (други стадијум је обично у млину са куглама). На слици 2.69. дата је интегрална шема уситњавања са применом аутогеног (идентична је шема при полуаутогеном млевењу) млевења уз класирање у хидроциклону. Као што се са дате шеме види процес уситњавања је упрошћен и смањен је број уређаја и машина. Процес дробљења је отворен, а процес млевења ради у затвореном циклусу са класирањем. Да би класирање било ефикасније производ млина за аутогено млевење се најпре просејава, при чему одсев сита представља кружну шаржу у односу на млин за аутогено млевење. Млин са куглама даје дефинитивни производ и ради у затвореном циклусу са хидроциклоном. улаз кружна дробилица сито хидроциклон на концентрацију отворени склад млин за аутогено млевење млин са куглама транспортна трака пумпа пумпа Слика 2.69. Интегрална шема уситњавања и класирања са аутогеним млевењем 2.7.3. Шеме домељавања У технолошком смислу домељавање је специфичан процес зато што му се подвргава масено смањена количина минералне сировине која је већ прошла кроз први стадијум концентрације. Готово искључиво прати флотацијску концентрацију, а примењује се на основном концентрату. Да би се избегло преуситњавање (премељавање) претходи му класирање. Домељавање се обавља у млиновима са куглама, односно пебловима где то минерална сировина захтева. На слици 2.70. дат је пример шеме домељавања грубог флотацијског концентрата са претходним класирањем у хидроциклону. на пречишћавање хидроциклон основно флотирање основни концентрат јаловина млин са куглама пумпа Слика 2.70. Технолошка шема домељавања грубог концентрата бакра 2.8. ПОТРОШЊА ЕНЕРГИJЕ ПРИ УСИТЊАВАЊУ Уситњавање је енергетски веома неповољан процес зато што је енергетска ефикасност савремених машина за уситњавање изразито ниска. Поређење утрошка енергије у процесима уситњавања са утрошеном енергијом у целокупном процесу прераде руде показује најмању ефикасност машина за уситњавање (исказано преко специфичне потрошње енергије, kWh/t). Резултати добијени снимањем на постројењу за прераду бакра дати су у табели 2.10. Потрошња енергије при уситњавању Табела 2.10. Специфична потрошња енергије при преради руде бакра Процес Специфична потрошња енергије kWh/t % Уситњавање 10,90 74,15 Транспорт производа класирања 1,04 7,07 Флотирање 2,15 14,63 Одводњавање 0,11 0,75 Одлагање јаловине 0,50 3,40 Укупно 14,70 100,00 Разуме се неко друго постројење би дало другачије резултате, али генерални закључак по којем је уситњавање највећи енергетски »расипник« је евидентно. Дробљење је енергетски исплативије од млевења, а то се лако уочава поређењем података приказаних у табели 2.11. Табела 2.11. Искоришћење енергије у неким машинама за уситњавање Машина Материјал који је уситњаван Корисно утрошена енергија, Дробилица са ваљцима Кварц 87,8 Ударна дробилица велике брзине Кварц 31,8 Дробилица са чекићима Гипс 20,9 Трокоморни млин са куглама Угаљ 5,6 Струјни млин Глиница 0,7 Практична истраживања су показала да потрошња енергије у великој мери зависи од технолошке шеме уситњавања. Из резултата приказаних у табели 2.12. може се видети колико се специфична потрошња енергије повећава ако се не успостави прави однос између дробљења и млевења. Табела 2.12. Специфична потрошња енергије за различите шеме уситњавања минералне сировине са Бондовим радним индексом од 15,1 до 15,6 Шема уситњавања Производ дробљења, mm Производ млевења, mm Специфична потрошња енергије +0,147, % -0,010, % kWh/t индекс Фино дробљење – средње млевење 6,35 32 9,0 5,63 52,9 Фино дробљење – фино млевење 6,35 24 9,5 8,44 79,3 Средње дробљење – фино млевење 12,70 17 10,3 9,23 86,7 Грубо дробљење – грубо млевење 16,80 33 7,0 9,90 93,0 Грубо дробљење – средње млевење 22,22 26 7,6 10,64 100,0 Посебно је ниско енергетско искоришћење код цилиндричних млинова. Анализе показују да је често корисно употребљена енергија у односу на укупно утрошену енергију испод 0,01%. Губици енергије су разноврсни. Мерења на индустријском млину показала су следећу расподелу енергије, табела 2.13. Дакле, 85 % унете енергије се троши на загревање цилиндра млина, средине и сировине која се меље, а свега 0,6 % унете енергије се корисно троши на стварање нових површина (уситњавање). Табела 2.13. Расподела енергије при млевењу у млину са куглама Утрошак енергије Расподела, % Корисно утрошена енергија 0,6 Енергија утрошена при трансформацији електричне енергије у кинетичку енергију кугли Енергија утрошена на загревање (топлотни губици) укупно: 85,0 Расподела топлотних губитака Загревање цилиндра 6,4 Загревање средине 31,0 Загревање сировине 47,6 Остали губици 2,1 2.9. АУТОМАТИЗАЦИJА У ПРОЦЕСУ УСИТЊАВАЊА Уситњавање је инвестиционо и експлоатационо најскупљи процес у циклусу припреме минералних сировина те се аутоматизацијом може компензовати део трошкова и цена уситњавања учинити прихватљивијом. Сматра се да скупи процеси, као што је уситњавање, могу да компензују аутоматизацију највишег обима и нивоа. 2.9.1. Аутоматизација дробљења и просејавања Циљне функције овог дела процеса су што ситније издробљена минерална сировина, оптимално искоришћење уграђене опреме уз што мање трошкове. Испуњење ових циљних функција подразумева следећа мерења и регулације: - ниво минералне сировине у бункеру испред дробилице, - ниво минералне сировине у бункеру иза дробилице, - ниво минералне сировине у бункеру испред сита, - ниво минералне сировине у бункеру иза сита, - брзина додавача, - оптерећење мотора дробилице, - положај конуса код конусних дробилица, - притисак уља у систему за подмазивање итд. Може се приметити да се у процесу дробљења и просејавања аутоматизација своди на заштиту саме машине, те да се не предвиђа никакав начин аутоматске регулације и контроле величине издробљених зрна или целокупног гранулометријског састава (то се обавља ручном регулацијом отвора на машинама или уградњом просевне површине са одређеном величином отвора). Разлог за то је свакако велика крупноћа минералне сировине која не омогућава неку софистициранију регулацију. 2.9.2. Аутоматизација млевења и класирања Циљне функције овог дела процеса су што бољи квалитет (крупноћа и уједначеност) производа млевења, максимално искоришћење капацитета уграђене опреме уз минималне трошкове. Мерења и регулације код двостепеног уситњавања, у млиновима са шипкама и куглама, са једностепеним класирањем подразумева следећа мерења и регулације: - брзина додавача испред млина са шипкама, - маса минералне сировине на улазу у млин са шипкама, - количина воде која се додаје у млин са шипкама, млин са куглама и сандук хидроциклонске пумпе, - ниво пулпе у сандуку хидроциклонске пумпе, - количина, густина и притисак пулпе на улазу у хидроциклон, Аутоматизација у процесу уситњавања - гранулометријски састав, количина и густина прелива хидроциклона, - оптерећење електромотора веће снаге (на млиновима и пумпи), - број обртаја муљне пумпе итд. Како је крајњи производ процеса млевења и класирања прелив класификатора то се комплетан систем регулације подвргава његовом квалитету. Код прелива се мере основни подаци (крупноћа, количина и удео чврсте фазе) и зависно од добијених вредности врши се кориговање процеса. Мерење наведених параметара омогућују савремени мерни уређаји названи ПСМ (акроним енглеских речи »particle size monitor«). Корекција подразумева проверу и корекцију улазног притиска и удео чврсте фазе на улазу у хидроциклон, а измене се врше преко варијатора броја обртаја муљне пумпе, односно додавањем или смањењем количине воде (преко регулационог вентила на доводној цеви за воду) која се додаје у сандук муљне пумпе. Систем аутоматске регулације се стара да удео чврсте фазе у млиновима буде у задатим границама (преко ваге која мери количину свеже додате руде и мерача протока воде на цевоводу за воду), потом да маса прелива хидроциклона (добија се прерачунавањем на бази познавања количине пулпе, удела чврсте фазе и густине минералне сировине) буде једнака маси свеже руде на улазу, да се потрошња воде налази у задатим границама (преко мерача протока), да кружна шаржа буде у задатим границама итд. Слика 2.71. Процесно инструментални дијаграм процеса млевења и класирања Заштитне (мерење температуре и оптерећења електромотора итд.) и блокадне функције (одржавање свих пројектних параметара – количина руде на улазу, потрошња воде, ниво пулпе у сандуку муљне пумпе, број обртаја муљне пумпе, притисак на заптивању итд. у унапред заданим границама) везане за опрему и процес се подразумевају. Типичан процесно инструментални дијаграм је приказан на слици 2.71. Као што се може видети аутоматска регулација процеса млевења и класирања је много софистициранија него код дробљења и не бави се само заштитом машина већ се обавља и регулација основних параметара. То је могуће због рада са ситном минералном сировином у облику пулпе, коришћења одговарајуће опреме (са погоном) и због успостављања корелација између појединих параметара и рада опреме. Примена неке друге технолошке шеме млевења и класирања захтева другачију конфигурацију система мерења, регулације и управљања, а детаљи се разрађују кроз пројектну документацију. 3. КОНЦЕНТРАЦИJА Раздвајање минерала исте врсте из полиминералног агрегата назива се кон центрација (често се користи и израз сепарација). Раздвајање се базира на разликама у физичким и физичко-хемијским особинама појединих минерала. Најчешће коришћене особине су различита квашљивост, различита брзина кретања кроз неку средину, густина, магнетска сусцептибилност, електрична проводљивост, радиоактивност, боја, сјај, чврстоћа, луминисценција итд. У зависности од особине коришћене за раздвајање појединих минерала развили су се и посебни поступци концентрације. У светској пракси најширу примену имају: - флотацијска концентрација (користи особине површинског слоја минерала, односно различиту квашљивост природну или реагенсима припремљену – површинског слоја различитих минерала) - гравитацијска концентрација (користи разлику у густини и у брзини кретања – услед различите густине, крупноће и облика зрна појединих минерала кроз неку средину), и - магнетска концентрација (користи разлике у магнетској сусцептибилности – осетљивости под дејством магнетског поља појединих минерала). Поред побројаних, примењују се и други поступци концентрације. Електростатичка (или електрична) концентрација се базира на разликама у електричној проводљивости, лужење се базира на различитој растворљивости, радиометријска концентрација на различитој радиоактивности. Разлике у боји се користе за ручно одабирања корисних минералних састојака, а разлике у чврстоћи за селективно уситњавање и просејавање итд. Уобичајени скупни назив за ове поступке концентрације је специјалне методе концентрације. Избор поступка концентрације зависи не само од различитости појединих особина већ и од структурних карактеристика минералне сировине (најважнија је степен уситњености) и економичности појединог поступка концентрације. Не постоји теоријски разрађено правило по којем се поједине минералне сировине концентришу на строго дефинисани начин, али је дугогодишња пракса довела до основних усмерења када је у питању избор поступка концентрације. Тако се сулфидни минерали обојених метала (бакра, олова, цинка) издвајају флотацијском методом, минерали црних метала, посебно гвожђа и титана, магнетском, а хрома и мангана, гравитацијском методом. Гравитацијска концентрација се примењује и за концентрисање неких минерала гвожђа и титана. За концентрацију лаких метала (посебно магнезијума и алуминијума) се користи гравитацијска концентрација. За издвајање злата, сребра, платине, бизмута и других »тешких« метала из расипних лежишта користи се углавном гравитацијска концентрација, док се исти минерали када се појаве као пратеће компоненте у неким другим минералним сировинама (нарочито уз сулфиде обојених метала) издвајају флотацијским путем. Неметаличне минералне сировине се најчешће концентришу гравитацијском или неком од специјалних метода концентрације. Ради чишћења неметаличне минералне сировине од штетних састојака користе се магнетска и флотацијска концентрација. Чишћење мање квалитетних угљева се најчешће обавља гравитацијски или неком од специјалних метода концентрације, док се антрацит и камени угаљ концентришу и флотацијским поступком. У зависности од карактеристика сваке минералне сировине, прихватљивих трошкова прераде, често и традиције, бира се један (понекад и више њих) поступак, разрађује се и примењује за концентрацију корисних од корисних или корисних од некорисних минерала. Концентрисање корисних, односно раздвајање корисних од некорисних минерала је циљ сваког процеса припреме минералних сировина, те се сагласно томе концентрација практично увек разматра као главни процес. Условима концентрације се подређују и прилагођавају сви припремни и помоћни процеси. Од успешности концентрације зависи економичност целокупног процеса припреме. Ако се у процесу концентрације не постигну захтевани резултати (у погледу квалитета концентрата и његовог искоришћења) компромитују се сви процеси који су му претходили или су га опслуживали. У супротном, припремни и помоћни процеси показују своју сврсисходност и ваљаност. За све методе концентрације је карактеристично да им претходи двострука припрема: - минералне сировине, и - средине у којој се врши концентрација. Припрема минералне сировине по правилу подразумева њено отварање. Потребни степен отварања зависи од структурно-текстурних карактеристика минералне сировине и захтева опреме и процеса који се користи за концентрацију. Поред уситњавања (отварања) врше се и друге промене минералне сировине – пржење, промена квашљивости, демагнетизација итд. Припрема средине у којој се врши раздвајање зависи од примењеног поступка. Припрема може бити једноставна и подразумевати само коришћење одговарајућих машина (као што је случај код гравитацијске методе у флуиду вода), може подразумевати формирање одређеног стања средине (као што је случај са формирањем магнетског и електричног поља код магнетске и електричне методе концентрације), а може бити скупа и компликована када тражи прилагођавање pH вредности средине, смањење површинског напона, увођење гасовите фазе, формирање пене итд. и то у дугом ланцу коришћењем више различитих машина (флотацијска концентрација). Што је припрема дужа и што тражи ангажовање више машина то је метода скупља и компликованија. Сагласно томе, најкомпликованија је флотацијска концентрација јер захтева далекосежно уситњавање и вишеструко класирање и промене карактеристика површинског слоја код минералне сировине и дуготрајно, осетљиво и скупо прилагођавање средине захтевима процеса. Као најпростије издвајају се специјалне методе (ручно одабирање, луминисценција итд.), а од шире коришћених метода то су гравитацијска концентрација у води и магнетска концентрација (посебно сува). 3.1. ПРОИЗВОДИ У ПРИПРЕМИ МИНЕРАЛНИХ СИРОВИНА Проучавањем процеса који прате припрему минералних сировина, од уласка минералне сировине у погон до изласка из погона, уочиће се да ту има више производа. Сви ти производи су терминолошки одређени и дефинисани. Код металичних и неметаличних минералних сировина то су: улаз, концентрат, међупроизвод и јаловина. Код угљева терминологија је нешто промењена те се као производи препознавају: ровни угаљ, чист угаљ, међупроизвод и јаловина. Улаз (уобичајено се на шемама означава великим словом У) представља минералну сировину која као производ рударске експлоатације долази у постројење за припрему минералних сировина. У неким посебним случајевима »улаз« представља минералну сировину која је прошла један степен прераде и која долази на додатну прераду или издвајање друге корисне минералне сировине. Могло би се рећи да се као »улаз« посматра минерална сировина на почетку сваког процеса или дела процеса, односно минерална сировина на челу или улазном делу сваке машине. Улаз у постројење за чишћење угља назива се ровни угаљ (на шемама се обележава великим словима РУ). Производи у припреми минералних сировина Концентрат (уобичајено се на шемама означава великим словом К, а када се издваја више концентрата тада се додаје и симбол која означава његову врсту, нпр. концентрат минерала бакра се означава са K/Cu, концентрат барита са К/BaSO4 итд.) представља производ поједине фазе или целокупног процеса концентрације у коме је садржај корисне компоненте повећан, а садржај штетних компонената и примеса снижен. У зависности од фазе процеса концентрације разликују се груби, контролни, пречишћени и дефинитивни концентрат. Груби концентрат (на шемама се означава великим словима ГК) представља производ прве фазе или грубе концентрације. Одликује се повећаним садржајем корисне компоненте и снижењем садржаја штетних примеса, али не представља тржишни производ јер свеукупним квалитетом не задовољава прописане услове. У процесима лужења обогаћени раствор има улогу грубог концентрата. Контролни концентрат (на шемама се означава великим словима КК) представља производ контролне концентрације која се спроводи ради повећања искоришћења корисне минералне сировине. Контролни концентрат има садржај корисних компонената приближно једнак садржају на улазу. Уобичајено се издваја у процесу флотацијске концентрације. Пречишћени концентрат представља производ процеса пречишћавања грубог концентрата. Учешће корисне компоненте је високо и са сваким степеном пречишћавања се приближава захтевима стандарда или тржишта, док учешће штетних примеса стално опада. Дефинитивни концентрат представља коначни производ процеса концентрације, односно производ завршног степена пречишћавања, код којег је учешће корисне и штетних компонената усаглашен са захтевима стандарда и/или тржишта. Дефинитивни концентрат представља тржишни и берзански производ. Када није посебно назначено онда се под изразом »концентрат« мисли на дефинитивни концентрат. Корисни производ у процесу чишћења угља назива се чист угаљ (на шемама се обележава великим словима ЧУ). Карактерише се повећањем топлотне моћи и снижењем учешћа пепела (неорганске и несагориве компоненте) и сумпора (компоненте штетне по окружење). Међупроизвод (на шемама се означава са М и МП) представља производ у којем је садржај корисне компоненте нижи него у концентрату, а виши него у улазу. Не одбацује се већ се после додатног уситњавања или освежавања поново враћа у процес концентрације. Јаловина (уобичајено се на шемама означава великим словом Ј) представља некорисни производ процеса концентрације у којем је учешће корисних компонената изразито ниско у односу на улаз, а учешће штетних и некорисних компонената изнад садржаја на улазу. Поред побројаних, као производи у процесу концентрације издвајају се и: оток концентрације, муљ, прашина, лака и тешка фракција, магнетична и немагнетична фракција, сортимани итд. Оток концентрације представља производ једне фазе процеса концентрације у којем је садржај једне корисне компоненте (која је у тој фази процеса издвајана) минималан, а друге висок и индустријски интересантан. Због тога се оток концентрације шаље у други циклус концентрације. Уобичајено прати процес флотацијске концентрације. Муљ представља најситније класе крупноће, уобичајено испод 10 или 20 микрометара, помешане са водом, из којих се уобичајеним методама припреме минералних сировина не могу економично издвојити корисне компоненте. Најчешће се, као некористан, спаја са јаловином и издваја из процеса, мада се може посебно складиштити ради концентрисања корисних компонената неким другим поступком. У процесу прања муљ се издваја као некорисни производ (јаловина). У процесима суве концентрације улогу муља има прашина (или прах). Лака и тешка (ΔЛ и ΔТ) фракција се издвајају у процесу гравитацијске концентрације. Лака (ΔЛ) фракција има мању брзину падања кроз неку средину или мању густину од фракције која се назива тешка (ΔТ). У зависности од минералних сировина као корисна компонента може бити лака (нпр. при чишћењу угља) и тешка фракција (нпр. при концентрацији магнезита). Магнетична и немагнетична фракције (М и НМ) се издвајају у процесу магнетске концентрације. Магнетична фракција има већу магнетску сусцептибилност и када се нађе под дејством магнетског поља издваја се, док немагнетична фракција нема или има мању магнетску сусцептибилност и не реагује када се нађе у магнетском пољу. У зависности од минералних сировина корисна компонента може бити магнетична (уобичајено при магнетској концентрацији, као основном процесу концентрације) и немагнетична фракција (уобичајено при пречишћавању када се магнетска концентрација користи као помоћни процес). Сортимани су производ просејавања ровног или чистог угља ради раздвајања на стандардизоване класе крупноће. Сортимани неких врста угљева приказани су у табели 3.1. Табела 3.1. Сортимани угљева према ЈУС-стандарду Назив сортимана Крупноћа сортимана у зависности од врсте угља, mm Мрко-лигнитски Мрки Камени Сушени Комад +120 +60 +60 +60 Коцка -120+40 -60+40 -60+30 -60+30 Орах -40+20 -40+15 -30+15 -30+12 Грах -20+10 -15+5 -15+5 -12+5 Ситан -10+0 -5+0 -5+0 Гриз -10+5 -5+3 -5+3 Прах -5+0 -3+0 -3+0 -5+0 3.2. БИЛАНС КОНЦЕНТРАЦИЈЕ Ради праћења успешности (технолошке и економске) процеса припреме минералних сировина израђују се биланси концентрације. Технолошки показатељи који се обухватају билансирањем су: - масено искоришћење или масена расподела производа концентрације, - квалитет производа концентрације или садржај корисних и штетних компонената у појединим производима, - искоришћење или расподела метала или минерала по производима концентрације (означава се великим латиничним словом »I«, а индекс »K« или »J« означава да ли се ради о концентрату или јаловини), - степен концентрације или однос садржаја корисне компоненте у концентрату и улазу (означава се са »nk«), и - степен редукције или смањење масе у процесу концентрације (означава се са »nr«). У зависности од полазних података на основу којих се рачуна биланс концентрације разликују се две врсте биланса – товарни и технолошки. Товарни биланс се ради на бази познавања стварних маса производа концентрације, док се технолошки (назива се и теоријски) биланс ради на бази познавања садржаја корисне компоненте у производима концентрације. При приказивању биланса масе се означавају великим латиничним словима (»U« улаз, »K« концентрат и »J« – јаловина), а садржај корисне компоненте у производима малим латиничним словима (»u« – садржај корисне компоненте у улазу, »k« – садржај корисне компоненте у концентрату и »j« садржај корисне компоненте у јаловини). Како се билансирање најчешће врши у постројењима за концентрацију металичних минералних сировина то се биланс често назива »метал биланс«. 3.2.1. Товарни биланс Масено искоришћење представља однос масе концентрата или јаловине и масе улаза. Изражава се у процентима. Масено искоришћење концентрата је: где је: MK – масено искоришћење концентрата, % K – маса концентрата, t U – маса улаза, t Масено искоришћење јаловине је: где је: MJ – масено искоришћење јаловине, % J – маса јаловине, t U – маса улаза, t Дакле, маса улаза је једнака збиру масе концентрата и масе јаловине: где је: MU маса улаза, t/h или % Када се издваја више концентрата образац има облик: Пример: На постројењу за припрему минералних сировина преради се у једној смени 8.192 t суве руде бакра и при томе се добије 171 t концентрата. Израчунајте масено искоришћење. Најпре треба израчунати количину јаловине: MЈ = MU − MK = 8192 − 171 = 8021 t 171 Масено искоришћење концентрата износи: MK = 8192 ⋅ 100 = 2,087 % 8021 Масено искоришћење јаловине износи: MJ = 8192 ⋅ 100 = 97,913 % Добијени резултати се могу показати и табеларно (табела 3.2.) Табела 3.2. Табеларни приказ масеног искоришћења Производ Маса производа, М (t) Масено искоришћење, М (%) Улаз U 8192 100,00 Концентрат K 171 2,087 Јаловина J 8021 97,913 *Масе производа које су мерене су посебно означене Квалитет производа концентрације се одређује хемијском анализом на репрезентативном узорку. Начини одређивања појединих компонената су стандардизовани. Садржај корисних и штетних компонената се исказује у процентима, сем племенитих метала и радиоактивних примеса који се исказују у g/t или у ppm (parce per milion). Садржај примеса се исказује у ppm и g/t. Садржај компонената и примеса у улазу зависи искључиво од минералне сировина, услова њеног формирања и експлоатације. Њихов садржај у концентрату зависи од успешности вођења процеса припреме и усклађености услова припреме са природним карактеристикама минералне сировине. По правилу, учешће корисних компонената је високо и износи изнад 90% од могућег, прерачунато на минерал, док је учешће корисних примеса ниже. Учешће јалових компонената и штетних примеса је смањено. У јаловини је садржај корисних компонената и примеса битно смањен и, у економском погледу, треба да је занемарљив док је учешће јалових минерала и штетних примеса повећан у односу на улаз. Искоришћење или расподела по производима концентрације представља процентуалну заступљеност анализиране компоненте по производима концентрације. Искоришћење се израчунава из заступљености неке компоненте у неком од производа концентрације у односу на заступљеност у улазу. Та заступљеност се може исказати у масеним јединцима (t, kg, g) или у процентима. Било да се маса производа исказује у масеним јединицама или процентима искоришћење се увек исказује у процентима. Обрасци за прорачун искоришћења имају следећи облик: где је: IК – искоришћење концентрата, % k – садржај анализиране компоненте у концентрату, % u – садржај анализиране компоненте у улазу, % j – садржај анализиране компоненте у јаловини, % IJ – искоришћење јаловине, % Пример: На постројењу за припрему минералних сировина прерађује се у једној смени 8.192 t суве руде бакра са учешћем бакра од 0,51 % и при томе се добије 171 t концентрата са садржајем бакра од 21,9 % и 8.021 t јаловине са 0,054 % бакра. Израчунајте расподелу метала. Најпре треба израчунати количину метала (бакра) у појединим производима: Дакле, од 41,78 t бакра која је у анализираној смени прошла кроз постројење 37,45 t је преведено у концентрат, а 4,33 t је отишло на јаловиште као јаловина (дакле, изгубљено). Искоришћење концентрата износи: Сабрано искоришћење концентрата и јаловине треба да буде равно улазу, дакле 100%: На бази датих образаца може се прорачунати расподела, и то: Ако се масе прерађене руде и добијених концентрата и јаловине преведу у проценте тада се коришћењем образаца (3.5.) може израчунати расподела. На истом примеру то изгледа овако: - улаз се усваја да износи 100,00 % - у концентрат се од улазних 8.192 t превело 171 t, што у процентима износи 2,087 % - у јаловину је од улазних 8.192 t отишло 8.021 t, што у процентима износи 97,913% - искоришћење концентрата износи: - искоришћење јаловине износи: Резултати претходних прорачуна се могу табеларно приказати (табела 3.3.) Табела 3.3. Сређени резултати израчунавања биланса Производ Маса, М Садржај метала, Cu (%) Искоришћење Улаз 8.192 100,00 0,51 100,00 Концентрат 171 2,087 21,9 89,64 Јаловина 8.021 97,913 0,054 10,36 Напомена: посебно су означени познати подаци 3.2.2. Технолошки биланс Технолошки или теоријски биланс концентрације ради се када нису познате масе појединих производа. Прорачун се врши на бази познавања квалитета свих производа концентрације. Како је у практичном раду тешко често одређивати масу појединих производа то се технолошки биланс чешће израчунава него товарни. Технолошки биланс се уобичајено израчунава за сваку смену (сменски), сваки дан (дневни) и месец (месечни биланс). За брзу и свакодневну контролу процеса концентрације и потребне корекције користе се резултати добијени теоријским билансом. Односно, технолошки биланс даје активне податке који се могу користити за исправке и контролу процеса, док товарни биланс само констатује давно завршено стање. До образаца за прорачун биланса концентрације долази се полазећи од основних поставки: - маса на улазу је једнака маси производа (концентрат + јаловина), и - улазна количина корисне компоненте једнака је збиру количине која се издваја као концентрат и јаловина. Исказано преко образаца претходне поставке имају следећи облик: Множењем прве једначине са (–j) и сабирањем тако сређене једначине са другом једначином добије се: Знајући да однос масе концентрата и јаловине даје масено искоришћење концентрата претходна једначина се може написати у облику: То јест, масено искоришћење је: Претходно је утврђено да је искоришћење једнако: Пример: На постројењу за припрему минералних сировина прерађивана је руда бакра која је у улазу имала 0,51% бакра. Добијен је концентрат са 21,9% бакра и јаловина са 0,054%. Израчунајте биланс концентрације. Масена расподела износи: Искоришћење концентрата је: Добијени резултати се могу приказати табеларно, како је то дато у табели 3.4. Табела 3.4. Сређени резултати израчунавања биланса Производ Маса (%) Квалитет (%) Искоришћење (%) Улаз 100,00 0,51 100,00 Концентрат 2,087 21,9 89,63 Јаловина 97,913 0,054 10,37 *Напомена: посебно су означени познати подаци 3.2.3. Разлике између товарног и технолошког биланса Као што се из приказаних примера видело нема разлике између резултата који се добијају израчунавањем товарног и технолошког биланса. Међутим, у пракси увек постоји разлика која се испољава тако да су резултати добијени технолошким билансом обично повољнији (бољи) од резултата које даје товарни биланс. За такво практично стање постоји више разлога: - тачност уређаја којима се мери маса производа (ваге), - променљивост влажности, - грешке при узорковању, - тачност хемијских анализа, - губици у процесу одводњавања, - губици током складиштења, и - губици у току транспорта. Тачност мерних уређаја за одређивање масе производа је у границама ±1%. Дакле, када су потпуно исправни постоји реална шанса да доЂе до неслагања добијених резултата. У пракси се обично мере улазна маса (трачним вагама на улазу у млинску секцију) и маса концентрата која се испоручује купцу (колским вагама на излазу из складишта концентрата). Размимоилажење ових вага у степену тачности може бити различито (када су потпуно исправне од 0 до 2%). Грешка, дакле, може бити позитивна (у корист товарног биланса) и негативна (у корист теоријског биланса). Влага може проузроковати значајна неслагања између резултата товарног и теоријског биланса. Поготово су та неслагања велика јер теоријски не познаје ставку »влага«, а товарни познаје јер се сва прорачунавања врше »на суву материју«, односно након одузимања влаге од вагама утврђене масе. И у овом случају грешка може бити позитивна и негативна. Грешке у узорковању могу условити различите податке, а разлике могу бити на штету или у корист оба биланса. Тачност хемијских анализа је стандардима прописана. Пошто ни једна метода није идеална и не даје апсолутно тачне резултате тачност хемијских анализа може бити узрок неслагања товарног и теоријског биланса. Резултат хемијских анализа може узроковати грешку у плусу и минусу. Технолошки биланс се базира на узорцима који су добијени током процеса концентрације. Подразумева се да нема губитака у процесу одводњавања, складиштења и транспорта. Товарни биланс, пак, даје масу производа након што прође све наведене процесе. У свим тим додатним процесима могући су, мањи или већи, губици концентрата довољни да изазову мимоилажење добијених резултата. Ваља запазити да се сви губици увек негативно одражавају на товарни биланс и показују лошије резултате него технолошки. При изради годишњих товарних биланса количина концентрата се одређује на бази проданих количина које су детаљно мерене и верификоване, али се врши и процена концентрата који се налази у згушњивачима и на складишту. Комбиновањем егзактно утврђених и искуствено процењених маса могућа су значајна размимоилажења. У пракси се тежи да технолошки и товарни биланси буду приближно једнаки (унутар 1-2 %). Како се доходак и профит остварују само на бази количине продате корисне компоненте то се као меродаван третира товарни биланс. 3.2.4. Степен концентрације и редукције Степен концентрације представља однос садржаја корисне супстанце у концентрату и улазу. Према подацима датим у табели 3.3. степен концентрације износи: Степен редукције представља однос маса или масеног искоришћења концентрата у односу на улаз и за случај приказан у табели 3.3. износи: Из приказаних резултата се види да су код сиромашних минералних сировина, какве су данас руде бакра, степен концентрације и редукције веома високи. Код богатих минералних сировина (руде гвожђа, неметали и сл.) наведени степени знају бити веома ниски (испод 2-3). 3.3. ФЛОТАЦИЈСКА КОНЦЕНТРАЦИЈА У односу на масу минералних сировина која се годишње преради у постројењима за припрему минералних сировина флотацијска концентрација је најзаступљенија метода концентрације. У свету се годишње флотацијским путем прерађује неколико милијарди тона руде. Убедљиво се највише прерађују руда бакра чија економичност, већ одавно, почива на преради великих количина сиромашне руде флотацијским путем. Дневни капацитети појединих флотација бакра премашили су 100.000 тона. После руда бакра флотацијска концентрација се највише користи за прераду руда олова и цинка, те квалитетних врста угља. Флотацијска концентрација се заснива на различитим физичко – хемијским карактеристикама површине минерала. Основна разлика која се користи за флотацијско раздвајање јесте квашљивост, односно неквашљивост појединих минерала. У контакту минералног зрна и воде практично сва зрна се мање или више квасе. Међутим, стабилност и структура хидратног омотача зависи од природе минералних зрна, односно од некомпензованости електростатичких сила или хемијских веза на површини зрна. На површинама минерала у којима преовлађују незасићене јонске или атомске везе хидратни омотачи су стабилни што ове површине чини изразито квашљивим (»хидрофилним«), док на површинама са молекуларном везом у кристалној решетки електростатичке силе привлачења су слабе у односу на међусобне силе привлачења дипола воде што доприноси да је хидратни омотач нестабилан па су такве површине неквашљиве (»хидрофобне«). Историјски гледано, флотацијска концентрација је у свом развоју прошла кроз три важне фазе: - уљаста флотација , заснива се на феномену да се нека зрна у води боље »квасе« уљима од других, при чему су капљице уља могле да изнесу само она зрна која су била »оквашена« уљем, - слојна флотација , заснива се на феномену да неки металични минерали, у мирном танком слоју воде, остају на површини, - пенаста флотација , заснована је на увођењу ваздушних мехурића који приањају за неоквашена минерална зрна и износе их на површину, овај вид флотацијске концентрације откривен је 1902. године, а унапређен, патентиран и индустријски примењен 1906. године и данас је једини индустријски интересантан. Услови за примену флотацијске концентрације односе се на следеће: - постојање разлике у квашљивости површинског слоја између корисних и некорисних минералних зрна, - припремљеност минералне сировине, исказана кроз ослобађање корисних минерала и успостављање селективне квашљивости између различитих минерала, - припремљеност флуида и уређаја у којем се флотирање обавља да постигнуту селективност валоризују и омогуће раздвајање корисних од некорисних минералних сировина. Управо напред наведени услови припреме флотацијске концентрације условљавају високу цену коштања прераде. Основну ставку у цени производње флотацијског концентрата чине трошкови уситњавања до постизања потпуног отварања и крупноће коју ваздушни мехурићи могу да изнесу на површину флотацијске машине. Велики утицај отварања минералне сировине доводи до тога да се почетак флотацијске концентрације разматра од фазе млевења. 3.3.1. Флотацијска пулпа Флотацијска пулпа је комплексан вишефазни систем сачињен од чврсте, течне и гасовите фазе и флотацијских реагенаса3. Наведене фазе образују међуфазне површине (чврсто-течно, чврстогасовито, течно-гасовито и чврсто-течно-гасовито). Флотацијска концентрација се, практично, одвија на границама међуфаза. 3.3.1.1. Фазе флотацијске пулпе Чврста фаза у флотацијској пулпи је уситњена минерална сировина. Ова фаза је хемијски, физички и физичко-хемијски веома хетерогена и захтева детаљно студирања сваке сировине. Течна фаза у флотацијској пулпи је индустријска вода. По правилу, вода је богата јонима натријума, калијума, калцијума, магнезијума, сулфатима итд. Учешће јона зависи од природних карактеристика терена кроз који вода протиче. Обрада индустријске воде пре уласка у процес флотацијске концентрације по правилу се не практикује. 3) У пракси припреме минералних сировина се усталило да се израз "пулпа" користи за сваку мешавину воде и минералне сировине. Вода је изразито поларна, структуирана течност високе диелектричне константе и високог површинског напона. Вода директно утиче на процес флотацијске концентрације, јер се не понаша као неутрални флуид у којем се концентрација одвија (као нпр. код гравитацијске и магнетске концентрације) већ деловањем на чврсту фазу (раствара присутне минерале и утиче на њихов хемијски састав) и флотацијске реагенсе (који дисосују, хидролизују и растварају се) мења њихове особине делујући на успешност процеса флотирања. Гасовита фаза у флотацијској пулпи је (атмосферски) ваздух диспергован по флотацијској ћелији у облику ваздушних мехурића. 3.3.1.2. Међуфазе флотацијске пулпе На границама чврсте, течне и гасовите фазе образују се граничне површине или међуфазе. Међуфазе карактерише слободна површинска енергија или површински напон условљен мањом или већом некомпензованошћу молекулских сила на граници фаза, односно неједнаким привлачењем молекула површинског слоја од стране фаза које се додирују (слика 3.1.). Радијус деловања међумолекулских сила је мали па је површинска енергија локализована у танком слоју чија дебљина ретко прелази димензије молекула. Састав пограничног слоја је различит од састава додирујућих фаза. Међуфаза чврсто-течно образује се као последица међусобног деловања површине минерала са водом и материјама раствореним у води. Први степен молекуларне интеракције минерала и воде је хидратација или квашење чврсте површине водом. Хидратација настаје када је енергија интеракције површине чврсте фазе са молекулима воде (адхезија) већа од интеракције самих молекула воде (кохезија). Интензивније се хидратишу поларне површине, а мање аполарне површине и материје са аполарном симетричном структуром (угљеници и угљоводоници). фаза I фаза II Слика 3.1. Међумолекуларне силе и расподела слободне енергије у међуфази Хидрофилни или квашљиви минерали поседују јаке незасићене електростатичке силе настале раскидањем јаких веза (јонска, ковалентна, метална). Њихова енергија хидратације је велика, а површински напон у међуфази је мали. Због тога се површине интензивно квасе (хидратишу) и на њима се образује хидратни омотач чије димензије ваздушни мехурићи не могу да пробију што условљава да овакви минерали спонтано не граде комплекс минерално зрно – ваздушни мехурић. Изразито хидрофилне површине а) имају силикати, алумосиликати, оксиди, карбонати и већина сулфидних минера- б) ла. Хидрофобна или неквашљива површина минерала поседује аполарне молекулске везе које слабо привлаче диполе молекула воде. Њихова енергија хидратације је мала, а површински напон велики тако да је квашење површина незнатно. То условљава лако Слика 3.2. Хидратни омотач: а) код хидрофилне површине минерала, б) код хидрофобне површине минерала припијање ваздушних мехурића и стварање комплекса минерално зрно – ваздушни мехурић. Изразито хидрофобну површину имају елементарни сумпор, графит, талк, молибденит, камени угаљ и угљоводоници. Шематски приказ хидратног омотача хидрофилних и хидрофобних зрна приказан је на слици 3.2. Како је мали број природно хидрофобних минерала неопходно је додавањем реагенаса извршити измене на граници чврсто – течне фазе како би се и природно хидрофилна зрна могла флотирати. Међуфаза течно-гасовито се карактерише изразито високим површинским напоном на границама фаза услед изразите поларности воде и аполарности ваздуха. Високи површински напон условљава напетост површине пулпе и спречава испливавање и задржавање комплекса минерално зрно ваздушни мехурић у пени. Високи површински напон делује и на дисперзност ваздушних мехурића у пулпи тако што смањује хидратисаност и величину површине ваздушних мехурића условљавајући њихово срастање. Овакве појаве на граници међуфазе течно – гасовито спречава спонтано флотирање минералних зрна и условљава коришћење посебних реагенаса који мењају напон на граници ове међуфазе. Трофазни контакт се остварује при образовању контакта минерално зрно – ваздушни мехурић у флотацијској пулпи. Контакт се представља кружном линијом додира трију фаза. Линија додира трију фаза назива се периметар квашења, а условљен је површинским енергијама међуфаза. Вектори изазваних сила су течно гасовито управни на линију трофазног контакта, односно тангенцијални у одређеним међуфазама. На слици 3.3. дат је шематски приказ трофазног контакта. При уравнотежењу међуфазних површинских напона, код трофазног контакта, образује се угао квашења или Слика 3.3. Шематски приказ трофазног контакта (периметар квашења) и угао квашења угао додира чија величина зависи од хидрофобности површине чврсте фазе. Што је површина хидрофобнија, односно што је површински напон на граници чврсте и течне фазе већи, већи је и угао квашења и обрнуто. Што је угао квашења већи минерал се лакше флотира. Природно хидрофобни (и флотабилни) минерали имају угао квашења изнад 50° (камени угаљ 60–90°, елементарни сумпор 75–85°, графит 55–75°, талк 52–69°, парафин 132°). 3.3.2. Флотацијски реагенси Флотацијски реагенси су органска и неорганска једињења која се додају у флотацијску пулпу ради измене карактеристика међуфаза и прилагођавања потребама процеса флотирања. Према намени коју имају у процесу флотирања флотацијски реагенси се деле у три основне групе: - колектори, - модификатори, и - пенушачи. Експлицитно уврштавање неког реагенса у једну од три групе није увек могуће. Наиме, неки од реагенаса могу се сврстати у две групе. На пример, неки дитиофосфати могу истовремено да делују као колектори и као пенушачи. Када се говори о значају реагенаса за процес флотацијске концентрације обично се издвајају колектори, као најзначајнији, мада нема успешног процеса флотирања без примене одговарајућих реагенаса из све три групе. Колектори су органска једињења која имају способност да се адсорбују на површине природно хидрофобних минерала, односно да адсорбујући се на површине хидрофилних минерала смањују њихову квашљивост и омогућавају припијање тих минерала уз ваздушни мехурић. Колектори се деле у више група, како је то приказано на слици 3.4. колектори јонски или хетерополарни нејонски или аполарни катјонски анјонски са сумпором аполарна уља амини и њихове соли квартерне соли амонијума сулфхидрилни оксхидрилни карбоксилни сулфоксилни Слика 3.4. Основна класификација колектора Као нејонски или аполарни колектори користе се различити угљоводоници који се добијају прерадом нафте (керозин, петролеј, разна уља итд.). Као аполарни колектор користи се и нафта. Колектори овога типа се не растварају у води па се у флотацијску пулпу додају у облику емулзија. Фино емулговане капљице приањају само уз аполарне површине минерала који су природно хидрофобни. Истовремено се око ваздушних мехурића прави фина опна од капљица аполарних колектора па при судару минералног зрна и ваздушног мехурића долази до срастања (коалесценције) и образовања комплекса минерално зрно – ваздушни мехурић. Потрошња аполарних колектора се креће у границама од 300 до 2.000 g/t прерађене руде. Хетеропарни или јонски колектори су различита органска једињења која поред аполарне имају и поларну групу. Поларна група је активни део молекула, а аполарна неактивни (неки угљоводонични радикал). Поларна група се адсорбује на површини минерала и од ње зависи селективност и јачина учвршћења на површини минерала. Хетеропарни колектори се деле на анјонске (при дисоцијацији колектора угљоводонични радикал чини саставни део анјона) и катјонске (угљоводонични радикал чини саставни део катјона). Анјонски колектори су органски производи киселина (угљене, фосфорне, сумпорне итд.) и у зависности од активне киселинске групе деле се на сулфхидрилне и оксхидрилне. Сулфхидрилни имају сулфхидрилну (-SH, -SNa, -SK), а оксхидрилни оксхидрилну групу (-OH, -ONa, -OK). Када је колектор хетерополарна органска киселина катјон је водоник (H), а када је колектор со базе катјони су натријум (Na) или калијум (K). Сулфхидрилни колектори користе се највише за флотирање сулфидних минерала и сулфидизованих оксидних минерала обојених метала. Најширу примену су нашли колектори типа ксантата и дитиофосфата. Оксхидрилни колектори се употребљавају за флотирање оксидних, карбонатних, сулфатних, силикатних и других минерала. Најширу примену су нашле масне киселине и сапуни масних киселина. Од свих у светској индустријској пракси највише се користе колектори типа ксантата. Врло често се у истом циклусу флотирања користи више врста колектора. Потрошња хетерополарних колектора креће се од 25 до 100 g/t. Модификатори су органска и неорганска једињења која регулишу састав флотацијске пулпе, односно мењају флотабилност минерала омогућавајући потребну селективност. Оваква улога модификатора условљава да се они додају пре колектора (у млин или кондиционер). Подела модификатора је приказана на слици 3.5. модификатори неоргански органски полимери киселине базе соли високомолекуларни нејонски анјонски катјонски амфотерни Слика 3.5. Основна класификација модификатора Од киселина најширу примену имају сумпорна, сумпораста, хлороводонична, фосфорна и др., од база натријум-хидроксид и калцијум-хидроксид, соли натријума и калијума, а од високомолекуларних једињења (полимера) штирак и карбоксиметилцелулоза. Према улози у процесу флотирања модификатори се деле на: - регулаторе pH вредности пулпе, - активаторе, и - деприматоре. Често се у групу модификатора сврставају и дисперзори и флокуланти. Ради се о реагенсима који се ређе користе у флотацијској концентрацији, а више у неким другим процесима (избистравање, згушњавање и сл.). Подела реагенаса из групе модификатора на регулаторе pH вредности, активаторе и деприматоре је релативна јер се, на пример, изменом pH вредности пулпе врши активирање или депримирање неких минерала, док се исти реагенси користе као активатори и деприматори (на једну минералну сировину или минерал делују као активатори, а на другу као деприматори). Типичан пример је натријум-сулфид (Na2S) који при флотирању олова депримира минерал галенит, а активира церузит. Реагенси из групе регулатора pH вредности користе се при флотирању, практично, свих минерала и минералних агрегата. Регулатори pH вредности пулпе треба да регулишу учешће јона водоника и хидроксида како би пулпа имала кисели или базични карактер. На нашим просторима за смањење pH вредности најчешће се користе сумпорна киселина, а за повећање креч. Потрошња регулатора pH вредности креће се у границама од 250 до 2.500 g/t. Активирање је процес оспособљавања површина минерала (променом хемијских и електрохемијских карактеристика површина минерала) за причвршћавање колектора и образовање мешовитог јонско-молекуларног адсорпционог слоја колектора на површинама минерала. Активирање може бити двојако: - активирање свежих зрна за непосредну реакцију површина минерала са колекторима, и - активирање депримираних површина минерала за реакцију са колекторима. У првом случају активира се површина свеже ослобођених (ровних) минерала које улазе у први циклус флотацијске концентрације, а у другом активирању се подвргавају минерали који су претходно (у првом циклусу флотирања) депримирани тако да их, пре уласка у други циклус селективног флотирања, треба активирати, односно оспособити за реаговање са колекторима. Насупрот активирању стоји депримирање . Задатак деприматора је да спречи учвршћавање колектора на површини минерала. Разликује се два случаја: - депримирање површине минерала пре колектирања, и - депримирање површине минерала после колектирања. У првом случају ради се о депримирању свеже ослобођених минерала пре почетка првог циклуса флотирања, а у другом случају о депримирању минерала који се већ прошли кроз један циклус флотирања, те је пре другог циклуса флотирања, због селективности, неопходно депримирати минерале који су у првом циклусу колектирани и чије издвајање је завршено. Потрошња модификатора креће се од 50 до 2.500 g/t. Пенушачи су површински активне материје које се уводе у пулпу да би: - смањили површински напон на граници међуфазе течно-гасовито (практично, површина пулпе) ради лакше стабилизације пене и спречавања пуцања ваздушних мехурића који износе колектирана минерална зрна на површину пулпе, - обезбедили стварање ситних, сферичних и чврстих мехурића који обједињени чине стабилну флотацијску пену на површини пулпе. Да би се неко једињење користило као пенушач треба да има следећа својства: да буде органска материја чији су молекули хетерополарни, те да има један или више угљоводоничних радикала везаних за једну поларну групу, да имају растворљивост у води од 0,02 до 0,5 %, да не јонизује и да су јефтини. Постоји велики број природних и синтетичких пенушача, који се на тржишту појављују под различитим трговачким именима. Данас најширу примену имају борово уље, еукалиптусово уље, крезилна киселина, сапуни, мешавине алифатичних алкохола, естри итд. Потрошња пенушача креће се од 15 до 100 g/t. Постоји и посебна група реагенаса антипенушача . Они се користе за разбијање пене и, обично се, додају у процесу згушњавања. Развој хемије и нових флотацијских реагенаса високе селективности знатно је унапредио процес флотирања. Основна данашња тежња води ка смањењу трошкова за набавку и примену реагенаса. У том циљу, отварају се фабрике реагенаса непосредно уз велика постројења за флотирање (најчешће су то постројења за припрему руда бакра). На тим погонима се припремају посебне мешавине реагенаса (из све три групе) прилагођене потребама баш тог, јединог, потрошача. Предност оваквог начина рада огледа се у максималном коришћењу могућности хемије да припремом »посебних« мешавина реагенаса (карактеристике тих мешавина су прилагођене потребама одређене минералне сировине) повећа искоришћење корисне минералне сировине и при томе смањи издвајања за реагенсе (избегава се процес сушења код реагенаса који се на тржиште пласирају у прашкастом облику, нема трошкова амбалажирања, смањују се трошкови транспорта, претовара, складиштења итд.). Додавање флотацијских реагенаса започиње са процесом млевења. По правилу, у млин се додаје регулатор pH вредности, ако је за процес флотирања потребно обезбедити базну средину (pH>8). Најчешће је то комадни креч који се уситњава заједно са рудом. Када је потребна кисела средина (pH<6) избегава се додавање киселина у фази млевења већ се то ради у кондиционерима (опремљени са киселоотпорним облогама) у које се уводи самлевена руда. Понекад се у млин додају и други реагенси из групе модификатора и, реће, колектора. На путу до флотацијских машина самлевена минерална сировина обично пролази кроз кондиционере у којима се врши додавање реагенаса. Обично су то реагенси из групе модификатора и колектори. На улазу у флотацијске ћелије за основно флотирање додају се колектор(и) и пенушач. По потреби исти реагенси се могу додавати и у поједине ћелије у флотацијском низу. Исто се може чинити и у циклусу контролног флотирања. У пречишћавању се додају реагенси из све три групе, обично знатно мање количине него у основном флотирању. Када се врши домељавање регулација pH вредности може да се обави у том млину. Код полиметаличних минералних сировина после сваког циклуса врши се кондиционирање пулпе како би се освежиле површине за наредни циклус флотирања, односно како би се додавањем активатора припремила површина за колектирање другог минерала. Места додавања и количина сваког реагенса одређује се искуствено и експериментално. 3.3.3. Стадијуми флотацијске концентрације Флотацијска концентрација се одвија кроз пет фаза – стадијума. 1. Стадијум – стварање пулпе. Флотацијска концентрација фактички започиње у процесу млевења и класирања. Упоредо са уситњавањем и парцијалним издвајањем довољно уситњених зрна додаје се вода, као флуид у којем се млевење и класирање одвија, и флотацијски реагенси (најчешће из групе модификатора – регулатори pH средине). Прелив класификатора, као крајњи продукт процеса млевења и класирања, представља улазни производ у флотацију. Удео зрна у тако формираној пулпе је променљив у зависности од улазне концентрације, могућности класификатора и потреба флотације. Уобичајено, масени удео минералних зрна варира од 24 до 30 %, понекад и изнад 40%. У овом стадијуму успешним се сматра формирање пулпе са потребним односом чврсто течно и зрнима уситњеним до потребне крупноће. Крупноћа зависи од минералне сировине и њених структурнотекстурних карактеристика, но, генерално се усваја да металичне минералне сировине треба да буду уситњене испод 0,2 mm, док угаљ може имати крупноћу и изнад 1 mm. 2. Стадијум – кондиционирање пулпе. Кондиционирањем се пулпа припрема за колектирање минерала. То се ради интензивним мешањем и додавањем реагенаса (најчешће из групе модификатора – регулатори pH вредности, деприматори, активатори) потребних за селективну или колективну хидрофобизацију минерала. Други стадијум практично започиње у млину са стварањем пулпе, наставља се у класификатору, али се најинтензивније одвија у кондиционеру. Кондиционирање се сматра успешним када се добије хомогена пулпа у којој је свако предвиђено зрно припремљено за колектирање које следи. 3. Стадијум – колектирање минерала. У овом стадијуму врши се припрема минерала за селективно прихватање ваздушног мехурића. Тај процес се назива хидрофобизација, а постиже се додавањем реагенаса из групе колектора. Колектори се адсорбују на површину зрна чинећи је неквашљивом. Трећи стадијум се уобичајено одвија унутар флотацијске машине (понекад започиње у кондиционеру и, врло ретко, у млину). Успешним се сматра селективна хидрофобизација највећег дела жељених минерала (изнад 95 %). 4. Стадијум – аерација пулпе. У овом стадијуму у флотацијску пулпу се уводи ваздух у облику ваздушних мехурића и врши његово припијање уз колектирана минерална зрна. Аерација се обавља искључиво у флотацијским машинама. Успешним се сматра увођење довољних количина ваздушних мехурића потребне величине који се равномерно диспергују по целој запремини флотацијске машине и који се припију уз максимално могући број колектираних зрна (изнад 95%). 5. Стадијум – левитација комплекса »минерално зрно – ваздушни мехурић«. Левитација представља акт издизања комплекса »минерално зрно – ваздушни мехурић« на површину суда и стварање минерализоване пене. Стварање минерализоване пене је условљено додавањем реагенаса из групе пенушача. Обавља се искључиво у флотацијским машинама. Завршни стадијум левитације представља одвођење минерализоване пене из флотацијске машине (слободним преливањем или механичким скидањем помоћу лопатица). Успешним се сматра издизање и одвођење максимално могућег броја зрна жељене минералне сировине (изнад 95%). 3.3.4. Фазе процеса флотирања Лабораторијски огледи и практична искуства су показала да се једнократним проласком кондиционираног прелива класификатора кроз флотацијске ћелије (без обзира на њихов број и величину) не може добити дефинитивни концентрат кондиционог квалитета, нити се може добити јаловина задовољавајуће очишћена од корисних минерала. Због тога је неопходно процес водити у више фаза, при чему додатном третирању треба подврћи и корисни и некорисни производ. Током додатног флотирања мењају се параметри процеса (удео чврстог, pH вредност пулпе, количина реагенаса итд.). Процес започиње грубим флотирањем, а надопуњује се контролним флотирањем отока и пречишћавањем концентрата грубог флотирања. При томе се издвајају груби, контролни, пречишћени и дефинитивни концентрат. Шематски приказ делова процеса флотирања дат је на слици 3.6. Грубо флотирање представља процес иницијалног проласка кондиционираног прелива класификатора кроз низ флотацијских ћелија. Кроз ову фазу пролази целокупна минерална сировина. Од реагенаса у овој фази процеса додају се колектор (често само преостали део јер је део већ додан у кондиционер) и пенушач (по први пут). У овом делу започиње додавање гасовите фазе. Циљ грубог флотирања је да се издвоје сва ослобођена и максимални број сраслих минерала, те да се полазна маса значајно смањи (потребни степен редукције се експериментално и искуствено одређује за сваку минералну сировину понаособ). Није циљ грубог флотирања постизање концентрата кондиционог квалитета. У издвојеном грубом концентрату учешће корисне минералне сировине повећано је 2 до 10 пута у односу на улаз, а маса смањена 2 до 20 пута. У овом делу процеса не издваја се ни један дефинитивни производ. Маса која се не издвоји у концентрат (оток флотирања) пролази кроз флотацијске ћелије и иде на контролно флотирање. улаз грубо флотирање контролно флотирање јаловина или оток првог циклуса флотирања груби концентрат оток грубог флотирања контролни концентрат прво пречишћавање концентрат првог пречишћавања друго пречишћавање оток другог пречишћавања дефинитивни концентрат Слика 3.6. Шема фазa процеса флотирања Контролно флотирање представља наставак флотирања отока грубог флотирања. Пулпа пролази кроз додатни број флотацијских ћелија у које се обично не додају флотацијски реагенси (понекад се додаје мања количина колектора и пенушача). Удео чврсте фазе у пулпи је незнатно смањен. Циљ контролног флотирања је максимално снижавање учешћа корисне компоненте у отоку. Контролни концентрат не представља дефинитивни производ већ се он враћа на чело грубог флотирања. Квалитет контролног флотирања је приближно једнак квалитету улаза, а маса је приближно једнака или нешто већа од масе грубог концентрата. У појединим случајевима врши се више контролних флотирања (2 или 3). Концентрат другог враћа се на чело првог контролног флотирања, а концентрат трећег на чело другог контролног флотирања. Током контролног флотирања издваја се оток флотирања као дефинитивни производ једног циклуса флотирања (код полиминералне сировине), односно јаловина (код мономинералне сировине). Грубо и контролно флотирање, као јединствени циклус, назива се заједничким именом основно флотирање . Пречишћавање представља наставак флотирања грубог концентрата. Циљ пречишћавања је добијање дефинитивног концентрата кондиционог квалитета. Да би се то постигло потребно је смањити масу грубог концентрата смањењем учешћа јалових минерала. Ради тога се груби концентрат додатно уситњава (домељавање), разређује и пропушта кроз низ флотацијских ћелија. Током пречишћавања додаје се мања количина флотацијских реагенаса. По правилу, то су регулатор pH вредности и мање количине колектора и пенушача. Број пречишћавања зависи од минералне сировине и креће се од 2 (руде олова и цинка) до 14 (руде молибдена). Оток првог пречишћавања се враћа на чело грубог флотирања (понекад и у неку другу ћелију), оток другог на чело првог пречишћавања и тако редом. Концентрат последњег пречишћавања представља дефинитивни производ циклуса флотацијске концентрације. 3.3.5. Шеме флотирања До шеме флотацијске концентрације долази се после дуготрајних и детаљних испитивања услова за сваку конкретну минералну сировину. У светској и домаћој индустријској пракси забележено је више шема по којима се минералне сировине флотирају. У зависности од учешћа и флотабилности корисне и некорисне минералне сировине флотирање може бити: - директно флотирање, и - обрнуто флотирање. Директно флотирање подразумева флотирање корисних минералних зрна која су претходно колектирана. У шеми директне флотације концентрат представља корисни, а оток јалови прозвод. Директно флотирање се примењује код полиминералних и сиромашних мономинералних сировина. Примењује се и код богатих мономинералних сировина у случају да је корисна супстанца флотабилнија од јаловине. На слици 3.7. дат је пример директне флотација. Насупрот директе стоји обрнута флотација . Код обрнуте флотације колектирају се и у минерализованој пени издвајају некорисни (јалови) минерали и нечистоће, док се корисни минерали издвајају као оток. Обрнута флотација се примењује код богатих мономинералних сировина код којих се флотацијским путем, практично, врши чишћење минералне сировине од некорисних или штетних примеса. Класичан пример обрнуте флотације представља уклањање минерала, носиоца нечистоћа (минерали носиоци гвожђа, алуминијума, калцијума итд.) из кварцног песка. На слици 3.8. дата је типична, упрошћена, шема обрнуте флотације. Слика 3.7. Шема директне флотације Слика 3.8. Шема обрнуте флотације У зависности од структурно-текстурних карактеристика минералне сировине, броја и учешће корисних супстанци и захтева тржишта директно флотирање се може обављати: - селективно, - колективно, - колективно-селективно, - као независно флотирање песка и муља, - као флотирање са домељавањем, - флотирање у самосталној флотацијској машини. Процес који обухвата издвајање једне корисне компоненте назива се циклус флотирања . При колективном флотирању увек се ради о једном циклусу, док остале шеме могу имати више циклуса. Селективно флотирање је вид директне флотације и подразумева селективно издвајање корисних минерала из полиминералне сировине. Ово је најчешће примењивани процес. Флотирање се одвија тако да се најпре селективно колектира један корисни минерал, а депримира други, да би се после издвајања првог концентрата активирао и колектирао други минерал. Процес је примењив код полиминералних сировина једноставних структурно-текстурних карактеристика код којих корисни минерали имају различите флотацијске особине. Редослед издвајања појединих минерала одређује се експериментално, мада се поштује принцип по којем се најпре издваја минерал који се лакше флотира. При томе се води рачуна да активирање депримираног минерала буде могуће и економски исплативо. Ово је посебно важно када је цена концентрата који се накнадно издваја већа од концентрата који се издваја први (типичан случај је издвајања најпре јефтинијег концентрата олова, а потом скоро двоструко скупљег концентрата цинка). На слици 3.9. дата је типична, упрошћена, шема селективне флотације руде олова и цинка. Слика 3.9. Шема селективног флотирања Колективно флотирање подразумева заједничко (колективно) колектирање и флотирање свих корисних минерала. Оваква шема флотирања је подесна за сиромашне руде сложених структурно-текстурних карактеристика код којих су корисне компоненте интимно срасле те је њихово селективно раздвајање из целокупне масе флотирањем неекономично. Колективни концентрати могу бити дефинитивни јер постоје металуршки процеси прилагођени преради колективних концентрата. Издвојени колективни концентрат, чија маса је вишеструко смањена, могуће је у следећем кораку раздвојити у засебне концентрате. Тај начин флотирања назива се колективно-селективно флотирање . На слици 3.10. дата је типична шема колективно-селективног флотирања. Независно флотирање песка и муља примењује се код флотирања минералних сировина са високим учешћем глине при чему се корисни минерали налазе у тој најситнијој, глиновитој, класи. Успешно флотирање подразумева претходно класирање и раздвајање производа млевења на две класе – крупнију (песак) и ситнију (муљ). Флотација се организује тако да ради паралелно у посебним секцијама и са различим параметрима процеса (удео чврстог, реагенсни режим, време флотирања итд.). Крајњи производи могу се спајати, али не морају. Спајање концентрата се врши ради упросечавања квалитета, под условом да спојени концентрат и даље испуњава услове и захтеве тржишта. Спајање јаловина избегава се јер јаловина из циклуса песка може корисно да се употреби за израду насипа на јаловишту, док јаловина из циклуса муља не може имати такву намену (због крупноће, минералног састава и геотехничких карактеристика). Понекад, због лоших економских прилика и непостојања два транспорта система за јаловину врши се спајање, упркос лошијим геотехничким карактеристикама обједињене јаловине. На слици 3.11. дата је упрошћена, типична, шема појединачног флотирања песка и муља. Слика 3.11. Шема флотирања песка и муља Флотирање са домељавањем грубог концентрата је пракса многих рудника, посебно бакра. Примењује се на сиромашним минералним сировинама код којих се у преливу класификатора налази много сраслих зрна. Ти сраслаци применом одговарајућег режима флотирања могу се издвојити у груби концентрат, али њихово превођење у дефинитивни концентрат без додатног уситњавања и освежавања може бити проблематично, а када се и преведу онда утичу на смањење квалитета концентрата. Због тога се груби концентрат (масено веома подређен у односу на улаз) домељава и класира и, тек потом, усмерава на пречишћавање. На слици 3.12. дата је упрошћена, типична, шема флотирања са домељавањем. Слика 3.12. Шема флотирања са домељавањем Посебна шема флотирања у самосталној флотацијској машини примењује се код полиметаличних минералних сировина са великом разликом у отпорности на уситњавање (типичан пример је уситњавање галенита и сфалерита). У овом случају песак класификатора пре враћања у млин на додатно уситњавање иде на флотирање у самосталну машину (обично је то краћи низ флотацијских ћелија). У овој машини се издваја крупнозрни концентрат чиме се спречава његово преуситњавање, односно повећава се искоришћење. На слици 3.13. дата је типична шема флотирања у самосталној флотацијској машини пре којег се обавља двостепено класирања, најпре грубо у механичком класификатору, а потом фино у хидроциклону. механички класификатор на основно флотирање муљна у пумпа млин са куглама оток самосталне флотацијске машине хидроциклон самостална флотацијска машина дефинитивни концентрат Слика 3.13. Шема флотирања у самосталној флотацијској машини 3.3.6. Уређаји за флотацијску концентрацију За флотирање минералних сировина користе се следеће групе уређаја: - кондиционери, - флотацијске машине, - атриционе машине, и - додавачи реагенаса. 3.3.6.1. Кондиционери У процесу флотацијске концентрације кондиционери се срећу пре почетка готово сваког циклуса флотирања (код флотирања мономинералних сировина кондиционер се не користи увек). Намењени су за мешање пулпе са реагенсима (најчешће из групе модификатора). Димензионишу се према количини пулпе и потребном времену да се изврши дисперзија додатих реагенаса и да дође до потребне реакције. Време кондиционирања обично износи 10 до 30 минута, сем у посебним случајевима (какви су нпр. флотирање руда молибдена) када може да буде и дуже од 60 минута. У конструктивном погледу кондиционери су релативно једноставни уређаји. На слици 3.14. дат је шематски приказ најчешће коришћених кондиционера. погон излаз цев улаз цилиндрични суд мешач Слика 3.14. Шематски приказ кондиционера Основни делови типичног кондиционера су: - цилиндрични суд, направљен од метала, пластике, бетона или дрвета, најчешће са равним дном, однос између пречника и висине иде од 1:1 до 1:1,5, на суду се налазе улазни и излазни отвор за пулпу, положај улазног отвора зависи од конструкције мешача, оба отвора могу бити на врху, односно улаз може бити у доњој половини, а излаз на врху, - мешач, за одржавање суспензије (пулпе) у стабилном стању и мешање реагенаса са уситњеном минералном сировином, мешач се најчешће ставља у посебну цев, која може бити перфорисана, у коју се доводи и пулпа тако да пада директно на радни део мешача (назива се и импелер) што доприноси успешнијем раду, импелер мешача може имати различит облик (слика 3.15.) у зависности од услова мешања, а поставља се у доњој трећини суда, пречник импелера је обично 1/4 до 1/3 пречника суда, - погонска група. Кондиционери се користе и за растварање и привремено складиштење флотацијских реагенаса. Слика 3.15. Различити облици радног дела (импелера) мешача 3.3.6.2. Флотацијске машине Флотацијске машине су централни уређаји у процесу флотирања, односно уређаји у којима се остварује основни акт флотацијске концентрације. Дакле, унутар флотацијских машина се, по правилу, врши колектирање минерала, аерација пулпе и левитација комплекса минерално зрно – ваздушни мехурић. Управо из ове намене проистичу и карактеристике које добра флотацијска машина треба да има: - у хидродинамичком погледу, треба да све честице држи у суспендованом стању на свим нивоима и деловима ћелије одржавајући пулпу у тзв. стабилном стању, при чему пролазак пулпе кроз машину и одношење минерализоване пене треба да буде континуално и слободно, - у аерацијском погледу, треба да обезбеди потпуну дисперзију довољне количине (1,6 – 6 m3/m3 min) ваздушних мехурића потребне величине (2 mm) по целој машини, - у механичком погледу, треба да буде робусна, отпорна на абразивно и корозивно дејство пулпе и реагенаса, са могућношћу једноставне регулације протока и нивоа пулпе у ћелијама. У односу на облик суда у којем се врши флотирање флотацијске машине се деле на коритасте, коморне и колонске. Код коритастих флотацијских машина , као што им само име каже, суд има облик корита, које је (најчешће) издељено попречним преградама формирајући тако ћелије при чему свака ћелија има свој механизам за стабилизацију и аерацију пулпе. Проток пулпе кроз корито је слободан. Код коморних флотацијских машина комора је издељена у више ћелија које чине низ. Течење пулпе кроз коморе може бити слободно и принудно. Колонске флотацијске машине (скраћено »колоне«) представљају вертикални суд унутар којег се стабилизација и аерација врши посебним инјекторским системом убацивања ваздуха. Колоне се не деле на ћелије, а једна колона може да мења више десетина ћелија. У односну на начин обезбеђења потребних хидродинамичких и аерацијских ефеката флотацијске машине се могу поделити на: - механичке флотацијске машине , код којих се стабилност пулпе и аерација обезбеђују механички преко посебно изведеног блок-импелера; зову се и флотацијске машине са усисавањем ваздуха јер се аерација обезбеђује слободним усисавањем ваздуха захваљујући потпритиску који у ћелији ствара блок-импелер, - пнеуматско-механичке (или пнеумомеханичке) флотацијске машине , код којих се стабилност пулпе одржава механичким мешањем (преко импелера), а аерација удувавањем компримованог ваздуха, ниског притиска, путем дуваљки, - пнеуматске флотацијске машине , код којих се стабилност и аерација пулпе обезбеђује удувавањем компримованог ваздуха, ниског притиска. У пракси далеко ширу примену су нашле механичке и пнеуматско-механичке, од чисто пнеуматских флотацијских машина. Машине са усисавањем ваздуха (механичке) су, историјски гледано, старије, а проблем којем типу машина дати предност разматра се од појаве првих машина са удувавањем ваздуха (пнеуматско-механичке). Као предности машина са удувавањем истичу се могућност изградње ћелија веће запремине, могућност регулисања количине ваздуха, мања потрошња енергије и брже флотирање, а као мане неопходност коришћења дуваљки (које због свог бучног рада захтевају смештај у посебну звучно изоловану просторију) и већа инвестициона улагања у целокупни систем. Мане машина са удувавањем третирају се као предности машина са усисавањем и обрнуто. Када се флотирање обавља у машинама мале запремине предност се даје машинама са усисавањем, а када су потребне машине велике запремине предност се даје машинама са удувавањем. Како је основна тенденција развоја флотацијских машина везана за повећање запремине (данас се раде машине са запремином од 200 m3) то је евидентно да је будућност машина са удувавањем јаснија. Пнеуматске флотацијске машине, у свом изворном облику, данас се ретко користе, али је последњих двадесетак година дошло до појаве нове врсте пнеуматских машина, тзв. колона, које су нашле примену на великим постројењима која прерађују полиминералне сировине (посебно у циклусу пречишћавања руда бакра и молибдена). 3.3.6.2.1. Механичке флотацијске машине Код механичких флотацијских машина стабилност и аерација пулпе се обављају механички преко тзв. блок-импелера, који је смештен у централни део флотацијске ћелије. Блок-импелер се састоји из непокретног (статор) и покретног (импелер) дела. Вратило на којем се налази ротор је смештено у ширу цев кроз коју се при врху ћелије усисава ваздух и у коју се при дну уводи пулпа. Обртањем импелера меша се пулпа и кроз посебне отворе у блок-импелеру избацује у ћелију. Радом импелера у простору испод статора ствара се потпритисак довољан да изазове усисавање ваздуха. Ваздух пролази кроз блок-импелер где се разбија на ситне мехуриће и заједно са пулпом одлази у ћелију. Најширу примену нашле су механичке флотацијске машине америчких фирми »Денвер« (»Denver«), »Вемко-Фагергрин« (»Wemco-Fagergren«), нeмачке »Хумболд« (»Humboldt«), шведске »Сала« (»Sala«), руске »Механобр« итд. Запремина појединих ћелија иде до 30 m3, односно у екстремним случајевима до 85 m3. Механичке флотацијске машине фабрике Денвер носе ознаку »Суб-А« (»Denver Sub-A«) па се називају и субаерацијске. Пресек кроз једну ћелију флотацијске машине »Денвер Суб-А« дат је на слици 3.16. усисна цев за ваздух довод пулпе из претходне ћелије флотацијска ћелија блок импелер одвод пулпе у наредну ћелију Слика 3.16. Пресек кроз једну ћелију флотацијске машине »Денвер Суб-А« Слика 3.17. Изглед блок-импелера флотацијске машине »Денвер Суб-А« Флотацијска машина »Денвер Суб-А« спада у групу коморних, а састоји се од више ћелија квадратног попречног пресека. Свака ћелија је снабдевена блок-импелером плочастог облика. Изглед блок-импелера је дат на слици 3.17. С обзиром да се пулпа из претходне ћелије додава кроз цев директно на блокимпелер, при чему континуалном протоку доприноси и потпритисак који се ту ствара, могуће је више ћелија повезати на истом нивоу. Скидање пене може бит само са једне стране (карактеристично за машине мање запремине), односно са обе стране. Скидање пене може бити преливањем или принудно преко посебно уграђених лопатастих скидача. Скинута минерализована пена се преко посебних корита одводи у напојни сандук муљне пумпе која обогаћену пулпу шаље даље у процес прераде. Ради заштите од абразије и корозије оквашени делови машине се израђују од специјалних легираних челика и облажу посебним (најчешће гуменим) облогама. Механичка флотацијска машина »Вемко-Фагергрин« спада у групу коритастих. Течење пулпе кроз корито иде по дну које је посебно обликовано (има трапезни попречни пресек, са краћом страном на дну). Корито одређене дужине је попречним преградама издељено на посебне ћелије (подела на ћелије није неопходна). На слици 3.18. дат је шематски приказ флотацијске машине »Вемко-Фагергрин«. погон аератор минерализована вода ток ваздуха лажно дно ротор Слика 3.18. Шематски приказ флотацијске машине »Вемко-Фагергрин« Свака ћелија има независни блок-импелер. Облик блок-импелера је кавезаст. На слици 3.19. дата је фотографија блок-импелера. статор импелер Слика 3.19. Изглед аератора флотацијске машине »Вемко-Фагергрин« Блок-импелер машине »Вемко-Фагергрин« назива се и аератор. Као и код машина »Денвер« блок-импелер се састоји од статора и импелера. Конструкција је релативно једноставна јер су оба дела компактни одливци. Оваква конструкција се назива »1+1«. Ради заштите од абразије оба дела су гумирана. Скидање минерализоване пене обично се обавља са обе стране уз помоћ лопатица. 3.3.6.2.2. Пнеуматско-механичке флотацијске машине Пнеуматско-механичке флотацијске машине се одликују стабилизацијом пулпе механичким путем (преко импелера) и удувавањем ваздуха пнеуматским машинама (дуваљкама). Удувавање ваздуха врши се дуваљкама под малим притиском (око 0,3 bar). Из постројења дуваљки ваздух се доводи централним цевоводом из којег се одвајају цеви мањег пречника до сваке ћелије. У ћелију се ваздух уводи у централно постављену вертикалну цев (кроз коју пролази и вратило импелера) која га води и усмерава на импелер. Дисперзија удуваног ваздуха обавља се деловањем импелера и статора, слично као код машина са усисавањем ваздуха. Најширу примену се доживеле пнеуматско-механичке машине америчке фирме »Денвер«, машине типа »Д-Р«, и »Аџитер« (»Agiteir«), машине финске фирме »Оутокумпу«, шведске »Сведала« и руске »Механобр«. Капацитет пнеумомеханичких флотацијских машина данас иде и до 200 m3. Шематски приказ машине »Денвер Д-Р« дат је на слици 3.20. довод ваздуха преграда између ћелија минерализована пена ћелија блок импелер Слика 3.20. Шематски приказ пнеуматско-механичке флотацијске машине »Денвер Д-Р«. »Денвер Д-Р« су коморне флотацијске машине, које се обично слажу у низ од више ћелија и на постројењу каскадно монтирају (слика 3.21.). улаз у машину погон механизам довод ваздуха концентрат концентрат Слика 3.21. Каскадно постављене флотацијске машине »Денвер Д-Р« Руска флотацијска машина »ФПР«, шематски приказана на слици 3.22., ради на сличном принципу. Дисперзија ваздуха се врши импелером кроз кавезасти статор. Шведска фирма »Сведала« је развила флотацијску машину из серије RCS (»Reactor Cell System«) капацитета од 5 до 200 m3. Шематски приказ ове машине је дат на слици 3.23. цев за довод ваздуха колектор за ваздух погон лопатице за скидање пене регулатор преливног нивоа диспергатор засун за регулацију отока Слика 3.22. Пресек кроз флотацијску машину »ФПР« цев за довод ваздуха погон канал за прихватање минерализоване пене цев за одвођење минерализоване пене блок импелер комора за одвођење отока Слика 3.23. Пресек кроз флотацијску машину RCS (»Сведала«, Шведска) 3.3.6.2.3. Пнеуматске флотацијске машине Пнеуматске флотацијске машине се одликују коришћењем компримованог ваздуха не само за аерацију већ и за стабилизацију флотацијске пулпе унутар ћелије. Конвенционални типови пнеуматских флотацијских машина имају корито или ћелију унутар које се кроз порозно дно или преко ерлифта (аерлифт) убацује компримовани ваздух. Такве су машине типа Келоу (»Callow«), машина са порозним дном и Форестер (»Forrester«), ерлифтна машина. На слици 3.24. дата је шема пнеуматске флотацијске машине »Келоу«. улаз регулатор нивоа перфорисано дно ваздух оток Слика 3.24. Шема пнеуматске флотацијске машине »Келоу« Келоу флотацијска машина је коритастог типа. Дубина корита расте у правцу тока пулпе. Дно је перфорисано, а отвори су прекривени филтер платном које пропушта ваздух, али спречава пролазак пулпе у супротном смеру. Ваздух обезбеђује одржавање минералних зрна у флуидном стању што обезбеђује слободан ток низ корито и поспешује сударање минералних зрна са мехурићима ваздуха. Минерализована пена слободно прелива из машине док се оток флотирања испушта на најнижој тачки машине. За разлику од пнеуматских машина конвенционалне изведбе последњих двадесетак година су се појавиле пнеуматске машине посебне, колонске, изведбе. Шематски приказ флотацијске колоне дат је на слици 3.25. улаз ваздух спирна вода концентрат зона пречишћавања зона колектирања Суд у којем се флотирање обавља је вертикална цев чија је висина око 10 пута већа од пречника (мада се најчешће раде са кружним попречним пресеком појављују се и колоне са квадратним попречним пресеком). Висина савремених колона премашује 15 m. Пулпа се уводи у горњој трећини висине колоне и, због дејства силе гравитације, зрна имају правац кретања надоле. У доњем делу колоне постављају се инјектори кроз које се удувавају ваздушни мехурићи. У овом противточном кретању долази до остваривања елементарног акта флотације, односно долази до приањања колектираних минералних зрна уз ваздушне мехуриће. Ваздух из јаловине носи захваћена зрна у горњи део колоне – зону пречишћавања. У том делу се додаје спирна вода која има одлучујућу улогу у пречишћавању минерализоване пене. Употреба спирне воде омогућава добијање висококвалитетних концентрата и представља основну предност колона у односу на класичне флотацијске машине. Спирна воде се дели на воду која из машине излази са концентратом и на воду чији је ток усмерен на доле кроз зону пене и зону колектирања. Ова вода врши пречишћавање унутар колоне пре него што честице ношене ваздухом испливају на површину. Овакво деловање спирне воде доводи до разбијања (прскања) ваздушних мехурића тако да се честице враћају из зоне пречишћавања у зону колектирања што повећава селективност, али смањује капацитет флотацијске машине. Слика 3.25. Шема флотацијске колоне Познате су и изведбе колонских флотацијских машина код којих се спирна вода не користи, односно машине код којих постоје и механички мешачи који додатно потпомажу стабилизацију пулпе. Генерално је прихваћено да колоне могу да дају висококвалитетне концентрате, али је искоришћење које се остварује у овим машинама ниско (у поређењу са класичним механичким и пнеумо-механичким машинама мање и до 50%). 3.3.6.3. Атриционе машине Атриционе машине су специфичне машине које се користе у процесу флотирања полиминералних сировина ради освежавања површина претходно депримираних минерала. Освежавање површина минерала се врши механички трљањем зрна о зрно и сударањем зрна са мешачем. Због тога атрициона машина има специфичан мешач сачињен од два пропелерна мешача постављена један насупрот другог на истом вратилу. Изглед атриционе машине је приказан на слици 3.26. погон улаз ток кретања пулпе мешач излаз Слика 3.26. Атрициона машина Атриционе машине су нарочито нашле примену на постројењима где се селективно раздвајају минерали бакра и молибдена. 3.3.6.4. Додавачи реагенаса Реагенси се набављају у комадима, у прашкастом стању, као раствори и емулзије. У зависности од стања и места додавања користе се различити уређаји. За додавање реагенаса у облику комада или праха, који се најчешће додају заједно са минералном сировином у млин, користе се тракасти додавачи . Ради дозирања потребних количина у једници времена тракасти додавачи су снабдевени регулаторима брзине кретања траке. За додавање реагенаса у облику раствора или емулзије користе се различите врсте додавача. Најчешће су то додавачи са чашицама приказани на слици 3.27. Регулација количине доданог реагенса обавља се променом брзине окретања точка који носи чашице. Поред додавача са чашицама срећу се и други типови различите изведбе. Када се додају веће количине реагенса у облику раствора (нпр. кречно млеко) тада се додавање и регулација врши преко регулационог засуна који се монтира на кружни цевовод кроз који стално струји раствор. Слика 3.27. Додавач реагенаса са чашицама 3.3.7. Технолошке шеме флотацијске концентрације Флотацијска концентрација се данас примењује за валоризацију многих сировина. Најчешће су то руде обојених метала (бакар, олово, цинк, молибден итд.), потом ретких и црних метала, многих неметала и квалитетнијих угљева. За сиромашне сулфидне руде обојених метала флотација је једини поступак који, данас, обезбеђује економичну валоризацију. Ејгелсова (Eigeles) класификацијa, према природној и условљеној флотабилности, минерала дата је у табели 3.5. Табела 3.5. Класификација минерала по флотабилности, према Ејгелсу Група Минерали Карактеристични минерали Флотацијска својства I Аполарни – природно хидрофобни минерали Елементарни сумпор, графит, молибден, талк и камени угаљ Природно хидрофобни минерали који врло лако флотирају аполарним колекторима. Тешко се депримирају II Самородни метали и сулфидни минерали обојених метала Злато, сребро, платина, бакар, халкопирит, халкозин, галенит, сфалерит Лако флотирају са сулфхидрилним колекторима III Оксидни минерали обојених метала Церузит, англезит, смитсонит, азурит, малахит Не поседују природну хидрофобност, па флотирају само после сулфидизације IV Минерали соли земноалкалних метала и карбоната црних метала Апатит, флуорит, фосфорит, барит, калцит, шелит, сидерит, родохрозит Флотирају са оксхидрилним колекторима V Оксидни минерали гвожђа, мангана и калаја Магнетит, магхемит, хематит, гетит, пиролузит, псиломелан, каситерит Флотирају са оксхидрилним колекторима, али слабије него минерали из претходне групе VI Кварц и силикатни минерали Фелдспати, берилијум, сподумен, нефелин, силиманит Флотирају са анјонско-оксхидрилним и катјонским колекторима VII Минерали растворљивих соли у води Силвин, карналит, кухињска со Флотирају са оксхидрилним колекторима из засићених раствора Најширу примену флотацијска концентрација је нашла за концентрацију минерала из прве три (посебно прве две) групе. Минерали сврстани у последње две групе се ретко валоризују флотацијском концентрацијом. Процес флотацијске концентрације подразумева кондиционирање уситњене и класиране минералне сировине, грубо и контролно флотирање, домељавање и класирање, вишестепено пречишћавање, дозирање реагенаса, аутоматску контролу процеса и узорковање ради израде биланса концентрације. Разуме се, све побројане активности не морају увек да се примењују, а могу се и допунити са вишестепеним кондиционирањем, вишестепеним контролним флотирањем, атрицијом, одмуљивањем итд. Детаљна технолошка шема добија се лабораторијским и полуиндустријским испитивањима. Програм испитивања ради се на бази искуства при раду са сличним минералним сировинама. Кад год је могуће резултате испитивања пре дефинисања технолошке шеме и почетка пројектовања треба проверити на некој индустријској инсталацији. Ни једна технолошка шема није трајна и, мање или веће, измене, упрошћавања и допуне се раде током целог периода експлоатације. Разлог за промене шеме процеса може бити условљен променама улазне минералне сировине, али се може изводити у склопу модернизације опреме или усавршавања флотацијског процеса. На слици 3.28. дата је типична технолошка шема флотирања порфирске руде бакра. Процес почиње млевењем јер се у млину формира пулпа и започиње додавање флотацијских реагенаса. После класирања у батерији хидроциклона (коришћење хидроциклона је типично за флотирање руда бакра) прелив се уводи у циклус грубог флотирања. Када се флотира мономинерална сировина није реткост да се кондицонирање прелива хидроциклона прескаче. Оток грубог флотирања наставља флотирање у склопу контролног флотирања. Оток контролног флотирања представља јаловину и упућује се на јаловиште. На нашим просторима, на којима није изражен проблем снабдевања индустријском водом, јаловине се не згушњава у згушњивачима већ се упућује директно на јаловиште. Концентрат контролног се враћа на чело грубог флотирања. Груби концентрат бакра се (обично) шаље на домељавање. Млин за домељавање ради у затвореном циклусу са хидроциклоном. Прелив хидроциклона се подвргава троструком пречишћавању до издвајања дефинитивног производа – концентрат тржишног квалитета. Концентрат се даље упућује на одводњавање и металуршку прераду. у оток/јаловина хидроциклон пумпа K/Cu млин са куглама пумпа пумпа Слика 3.28. Технолошка шема флотирања порфирске руде бакра У процесу прераде порфирске руде бакра у којем се издваја само концентрат бакра у млин се додаје креч (CaO) ради подизања pH вредности од природне (5–7) вредности до базичне (9–10). Контрола pH вредности врши се на улазу у флотацију. У случају да је pH вредност нижа од потребне повећава се количина креча, односно ако је виша смањује се. Уколико се пре флотирања обавља кондиционирања регулацију pH вредности могуће је обавити у кондиционеру. У прву ћелију циклуса грубог флотирања додају се колектор (најчешће неки од ксантата) и пенушач. Даље, у току процеса врши се, по потреби, додавање неког од реагенаса. Када су у питању полиметаличне минералне сировине процес флотирања је комплекснији. Типичан пример селективне флотацијске концентрације олова, бакра и цинка из полиметаличне руде приказан је на слици 3.29. 3.4. ГРАВИТАЦИЈСКА КОНЦЕНТРАЦИЈА Гравитацијска концентрација представља најстарију методу концентрације јер је била позната и примењивана пре више од 2.000 година. Током свог историјског развоја пролазила је кроз различите периоде у којима је била занемаривана или јако примењивана. Данас је, поново, често примењивана метода концентрације и, вероватно, највише постројења користи гравитацијску концентрацију за раздвајање корисних од некорисних минерала. Гравитацијска концентрација се заснива на разликама у правцу и брзини кретања минералног зрна кроз флуид (концентрација у флуиду вода и ваздух), односно на разликама у густини (концентрација у тешкој средини). У неким разматрањима и флотацијска концентрација се разматра као специфична врста гравитацијске концентрације. Основна предност гравитацијске концентрације лежи у релативно једноставној и јефтиној припреми флуида у којем се концентрација одвија (када је у питању вода припреме флуида практично и нема) и минералне сировине која се третира (могуће је успешно концентрисати комаде величине и преко 100 mm). Као ограничавајуће сматрају се следеће карактеристике: спирални млин са куглама класификатор пумпа кондиционер контролно флотирање олова оток циклуса олова грубо флотирање олова пречишћавање пумпа кондиционер контролно флотирање бакра K/Pb грубо флотирање бакра оток циклуса бакра грубо флотирање цинка пречишћавање раздвајање цинка и пирхотина јаловина K/Cu пумпа K/Zn кондиционер Слика 3.29. Шема флотацијске концентрације полиметаличне минералне сировине - разлика у густинама између минералних сировина треба да буде изнад 100 kg/m3, - структурно-текстурне везе између различитих минерала треба да буду слабе тако да се отварање врши лако, - пожељно је да орудњење буде крупнозрно јер метода не даје најбоље резултате код минералних сировина које је потребно далекосежно уситњавати, - неопходно је обавити класирање (понекад у веома уске класе крупноће) пре процеса концентрације. Дакле, гравитацијска концентрација се примењује на класираној, дробљеној (понекад и на грубо млевеној) минералној сировини код које је таквим отварањем могуће раздвојити корисне од некорисних минералних сировина, при чему разлика у густинама између ослобођених корисних и некорисних минерала треба да буде што већа. Гравитацијска концентрација се највише користи за концентрацију злата, сребра, платине, граната, циркона, хематита, магнетита и других тешким минерала из расипних лежишта. Потом, за концентрацију руда гвожђа, хрома, магнезијума итд. Широку примену је нашла за концентрацију и чишћење неметаличних минералних сировина (магнезит, кварцни песак итд.) од различитих примеса и при чишћењу, посебно млађих, угљева (лигнит и мрки). Гравитацијском концентрацијом се издвајају два или три производа. Када се издвајају два производа називају се тешка (или делта тешко -ΔТ) и лака (или делта лако -ΔЛ) фракција. У зависности од минералне сировине која је третирана концентрат, односно јаловина могу бити једна или друга фракција. Код металичних и неметаличних минералних сировина обично тешка фракција представља концентрат, док код угља корисни производ представља лаку фракцију. Када се издвајају три производа тада се поред тешке и лаке фракције издваја и међупроизвод. Међупроизвод се не може сврстати ни у једну фракцију и пре поновног враћања у процес потребно га је дорадити (најчешће додатно уситнити). 3.4.1. Критеријум концентрације Основна подела гравитацијске концентрације изведена је према флуиду у којем се раздвајање обавља, и то: - гравитацијска концентрација у води, - гравитацијска концентрација у ваздуху или пнеуматска концентрација, и - гравитацијска концентрација у тешкој средини. Избор флуида зависи од карактеристика минералне сировина која се третира. Основни критеријум који се користи код опредељења да ли користити воду, односно ваздух или тешку средину јесте критеријум концентрације. Критеријум концентрације дефинише минималну разлику у густинама тешке и лаке фракције у односу на густину флуида. Израчунава се по обрасцу: где је: ξ – критеријум концентрације, бездимензиони број ΔT – густина тешке фракције, kg/m ΔL – густина лаке фракције, kg/m Δ – густина флуида (вода 1000 kg/m3, ваздух 1,23 kg/m3), kg/m3 Када је вредност критеријума концентрације изнад 1,25 (ξ>1,25) могућа је концентрација у било којем флуиду, а када је испод 1,25 (ξ<1,25) тада је концентрација могућа само у тешкој средини. Опредељење између воде и ваздуха, као флуида у којем се концентрација обавља, зависи од влажности минералне сировине, могућих неповољних последица услед квашења минералне сировине, односно од захтева крајњег потрошача. По правилу, због бољих технолошких резултата, предност се даје води као флуиду за концентрацију. Могућности и очекивани ефекти примене гравитацијске концентрације најбоље се одређују практичним испитивањима по тзв. »плива-тоне« анализи (скраћено »П-Т анализа«). 3.4.2. Плива – тоне анализа Плива – тоне или скраћено П-Т анализа је начин да се у лабораторијским условима утврде могућности и услови раслојавања минералних зрна по густини. Обавља се у тешким течностима. Тешким се сматрају течности које имају густину већу од густине воде. Таложењем минералне сировине у тешкој течности доћи ће до раслојавања тако што ће сва зрна која имају густину мању или приближно једнаку густини течности да пливају, а сва зрна која имају густину већу од густине течности ће да потону (исталоже се на дну посуде у којој се таложење обавља). Тешке течности су органскe течности или раствори неорганских једињења, а за П-Т анализу се најчешће користе течности дате у табели 3.6. Табела 3.6. Тешке течности и њихове основне карактеристике Назив течности Хемијска формула Максимална густина, kg/m3 Бромоформ CHBr3 2.850 Тетраброметан CHBr3 CHBr2 3.000 Метиленјодид CH2J2 3.300 Талијумформијат или Клеричи течност Бизмутхлорид BiCl3 4.750 Мешањем течности са алкохолом могуће је формирати течности различитих (разуме се, мањих) густина. Течност се бира у зависности од густине минералне сировине која се анализира тако што се узима течност чија густина је најприближнију максимално потребној густини. Пре потапања минералне сировине у тешку течност минералну сировину је потребно класирати на више ужих класа крупноће. Свака класа крупноће се посебно потапа и анализира. Плива-тоне анализа се обично обавља сукцесивним потапањем минералне сировине у више судова у којима се налази формирана тешка течност. Густина тешке течности се разликује од суда до суда, а корак повећања, односно смањења густине се унапред задаје и, обично, износи 100 kg/m3. Потапање је могуће вршити у течности са растућим густинама (најпре се минерална сировина потапа у течност са најмањом густином, а потом са сваким следећим кораком густина течности расте), односно са опадајућом густином (најпре се минерална сировина потапа у течност са највећом густином, а потом са сваким следећим кораком густина течности се смањује). У првом случају, као дефинитивни производ се издвајају сва зрна која су испливала на површину суда и, самим тим, имају густину мању од густине течности у суду. Остала зрна која су пливала по дубини суда у којем се течност налази (зрна која имају густину приближно једнаку густини тешке течности) и зрна која су потонула на дно суда прихватају се и пребацују у други суд у којем се налази течност веће густине. Овакав поступак се понавља све док сав узорак не прођћу кроз течности свих густина. Зрна која пливају по дубини суда и која се исталоже на дно суда са највећом густином представљају фракцију која има густину већи од највеће густине течности која је употребљена за оглед. Шема извођења плива-тоне анализе је дата на слици 3.30. Фракција која плива издваја се, као дефинитивни производ, из суда, врши се откапавање тешке течности адсорбоване на површини зрна, потом прање издвојених зрна у води, сушење, мерење и анализирање сваке фракције понаособ. Исти поступак се изводи и на фракцији која тоне, а која је добијена у суду са највећом густином. Процедура извођења опита са опадајућом густином течности је идентична претходно описаној, с тим што се у овом случају у сваком суду издваја, као дефинитивни производ, фракција која тоне, док се фракција која плива шаље на потапање у наредни суд са мањом густином. суд са перфорисаним дном основни суд Слика 3.30. Шема извођења плива-тоне анализе Руде које се уобичајено концентришу гравитацијски, односно металичне минералне сировине код којих се гравитација користи за претконцентрацију подвргавају се плива-тоне анализи. Због већих густина корисне (магнетит, барит, галенит, сфалерит итд.) од некорисне минералне сировине (кварц, серпентин, кречњак, глине итд.) раслојавање се најчешће врши у бромоформу. Густине на којима започиње раслојавање су обично изнад 2.200–2.400 kg/m3 (због издвајања глиновитих састојака), а завршетак је обично на 2.700 kg/m3 (због издвајања комада кварца, кречњака, серпентина итд.). Процедура извођења анализе је идентична напред приказаној, а после раздвајања на лаку и тешку фракцију, њиховог откапавања, прања, сушења и мерења издвајају се узорци за одређивање хемијског састава на свакој фракцији понаособ. Процедура плива-тоне анализе на угљу идентична је напред описаној, али се начин приказивања и коришћења добијених резулатат разликује у односу на металичну и неметаличну минералну сировину (руду). Плива-тоне анализа на угљу обично започиње са густинама од 1100– 1300 kg/m3 и иде до 1800, односно 1900 kg/m3. Као тешка течност се користи раствор цинк-хлорида (ZnCl ). Код угља се на свакој фракцији поред масе одређује садржај пепела. Пепео представља несагориви (неоргански део) остатак. Квалитетнији угљеви, веће топлотне моћи, имају нижи садржај пепела, а млаћи и лошији угљеви виши. Проблеми које са собом носи појава киселих киша условљавају да се последњих десетлећа посебна пажња посвећује учешћу сумпора у сировинама које се сагоревају. Угаљ је један од носилаца сагоривог сумпора. Садржај сумпора у угљу варира од лежишта до лежишта, али зависи и од врсте угља. По правилу, квалитетнији угљеви имају виши садржај сумпора. Чишћењем угља могуће је издвојити велики (или највећи) део сумпора садржаног у ровном угљу па се због тога производи П-Т анализе анализирају и на учешће сумпора у свакој фракцији понаособ. Графичко приказивање је могуће вршити на више начина, но најширу примену доживело је приказивање по методу који су развили Хенри (Henry) и Рајнхард (Reinhardt). Метод графичког приказивања по Хенри-Рајнхарду (слика 3.31.) предвиђа цртање четири криве: - Крива 1. крива граничних слојева, - Крива 2. крива средњег садржаја пепела у фракцијама које пливају, - Крива 3. крива средњег садржаја пепела у фракцијама које тону, и - Крива 4. крива густина раслојавања. Криве чишћења угља по Хенри-Рајнхарду (или Х-Р криве) уцртавају се у квадратни дијаграм са нормалном поделом. На доњу апсцису се наноси садржај пепела у процентима, а на ординату масено учешће појединих фракција. На левој ординату нумерисање иде одозго надоле, а на десној одоздо нагоре. На горњу апсцису се наноси густина раствора, с тим да подела не почиње од почетка већ се (са нормалном поделом) бира део дијаграма где има највише слободног простора. Густина раслојавања, kg/m3 1. крива граничних слојева 20 2. крива средњег садржаја пепела у фракцијама које пливају 10 3. крива средњег садржаја пепела у фракцијама које тону 4. крива густине раслојавања Пепео, p (%) Слика 3.31. Криве чишћења угља по Хенри-Рајнхарду Крива граничних слојева омогућава да се изврши процена могућности чишћења неког ровног угља. Што је крива граничних слојева стрмија и што је релативно хоризонтални део краћи то се лакше и боље чисти (слика 3.32.а). Када је крива граничних слојева благо нагнута тада је чишћење тог угља компликовано и тешко, а издвајање међупроизвода је неопходно (слика 3.32.б). Пепео, % Слика 3.32. Криве граничних слојева: а) угаљ који се лако чисти, б) угаљ који се тешко чисти Крива средњег садржаја пепела у фракцији која плива користи се за очитавање масеног удела и садржаја пепела у чистом угљу и међупроизводу. Крива средњег садржаја пепела у фракцији која тоне користи се за очитавање масеног удела и средњег садржаја пепела у јаловини. Крива густина раслојавања се користи за очитавање густине раствора на којој се могу добити производи потребног квалитета. Након исцртавања свих кривих могуће је билансирати чишћење угља за различите услове. Билансирање се може обавити за два случаја: - задаје се масено учешће чистог угља, а остали параметри се очитавају, и - задаје се квалитет (учешће пепела) чистог угља, док се остали параметри очитавају. Хенри-Рајнхардове криве омогућавају израду биланса са два (чист угаљ, јаловина) и са три (чист угаљ, међупроизвод и јаловина) производа. 3.4.3. Гравитацијска концентрација у води Услов за примену воде као флуида за гравитацијско раздвајање јесте да критеријум концентрације буде изнад 1,25. Даља испитивања су показала да успешност гравитацијске концентрације у води зависи и од крупноће минералне сировине. Експериментално утврђени однос између критеријума концентрације и крупноће дат је у табели 3.7. Табела 3.7. Однос између критеријума концентрације и крупноће Крупноћа, mm Критеријум концентрације Дакле, види се да што је минерална сировина ситнија разлика у привидним густинама треба да буде већа. У зависности од крупноће минералне сировине примењују се различити принципи гравитацијског раздвајања и различита опрема. Због тога је основна подела гравитацијске концентрације у флуиду вода изведена на бази крупноће минералне сировине која се третира: - гравитацијска концентрација крупних класа, и - гравитацијска концентрација ситних класа. 3.4.3.1. Гравитацијска концентрација крупних класа у води Као крупне класе обично се разматрају зрна крупнија од 3 mm (код металичних и неметаличних минералних сировина), односно 10 mm (код угљева). Гравитацијска концентрација крупних класа у води може се изводити у дубокој води (корита различитих конструкција) и у вертикалној струји воде (машине таложнице). Савремена припрема минералних сировина предност даје машинама таложницама. 3.4.3.1.1. Машине таложнице Процес концентрације минералних компонената из крупних класа се одвија прегруписавањем зрна различите густине у слојеве тако да се у доњем делу концентришу зрна веће, а у горњем мање густине. Вертикално струјање воде (у облику пулсација), које остварују машине таложнице, омогућава успешније раздвајање и сегрегацију минералних зрна (тзв. отварање товара). Да би раздвајање било успешније неопходно је минералну сировину припремити класирањем на бази коефицијента једнакопадајућих зрна. Шематски приказ фазног раслојавања зрна исте крупноће и различите густине у машини таложници дат је на слици 3.33. почетно стање разбијени товар стање после прегруписавања Процес раздвајања зрна различите густине одвија се тако што струја воде пулсирањем навише разбија »товар« који се налази у радном делу маΔТ шине остављајући, потом, у одређеном ΔЛ (кратком) временском периоду могућност минералним зрнима да се (услед различите брзине падања и дејства воде наниже) прегрупишу по густини. Овакво дејство се понавља више пута чиме се прегруписавање зрна врши постепено и у више фаза. У завршној фази минерална зрна веће густине ће се наћи на дну (на решетки) радног одељења, док ће се зрна мање густине груписати у горњим слојевима одакле ће их струја воде спирати и односити из машине. Слика 3.33. Раздвајање зрна исте крупноће и различите густине у машини таложници Притисак и брзина кретања воде навише треба да буде такви да омогуће покретање најкрупнијих зрна, односно зрна који имају највећу масу. Број (60 до 330 min-1) и амплитуда (до 160 mm) пулсација зависи од карактеристика минералне сировине (»товара«). У зависности од начина остваривања пулсација водене струје машине таложнице се деле на: - клипне машине таложнице, слика 3.34. - машине таложнице са дијафрагмом 3.35. и - пуслирајуће машине таложнице 3.36. вратило са ексцентром I улаз сандук за воду Δт I клипно одељење радно одељење Δл вода М сандук за воду Δл Δт Δл клипно одељење радно одељење пражњење зрна ситнијих од отвора решетке Δт М Слика 3.34. Клипна машина таложница а) б) ексцентар дијафрагма радно одељење сандук за воду пражњење зрна ситнијих од отвора решетке Слика 3.35. Машина таложница са дијафрагмом Без обзира на начин на који се пулсације остварују машине таложнице чине следећи основни делови: - радно одељење, плитка кутија са решеткастим дном. Ако се врши концентрација ситних класа на дно радног одељења поставља се "вештачка постељица« коју сачињавају челичне куглице или минерална зрна радно одељење ваздух ваздух вода веће густине и већег пречника које спречавају пропадање ситних зрна у сандук за воду, радно одељење обично има две или више комора, минерална сировина се у радно одељење доводи преко одговарајућег жљеба, док се одвођење лаке фракције врши преливањем преко преливног прага, односно тешке фракције преко одговарајућих пражњење сандук за воду цеви и засуна, Слика 3.36. Пулсирајућа машина таложница - сандук за воду, доњи, конусни део машине у којем се налази вода преко које се делује на радно одељење и унутар којег се скупљају зрна ситнија од отвора решетке, на дну сандука налази се отвор за пражњење зрна који прођу кроз решетку, - механизам за стварање пулсација, пулсације се могу изазивати механички деловањем клипа или дијафрагме, које се покрећу преко ексцентра, или пнеуматски периодичним изазивањем пулсација компримованим ваздухом, и - погонски механизам. Концентрација крупних класа у машинама таложницама је релативно јефтина и једноставна, мада се успешни резултати могу очекивати само код минералних сировина код којих се дробљењем може обавити ослобађање минерала. То је и разлог што се најчешће користе за концентрацију различитих врста угљева (мрких, камених), мада се користе и за концентрацију руда гвожђа, хрома, племенитих метала, волфрама итд. Успешно се користе и у процесу претконцентрације за издвајање крупнозрне јаловине. С обзиром да нису погодне за класирање ситних класа уобичајено се у истом постројењу за гравитацијску концентрацију поред машина таложница срећу и други уређаји који обезбеђују потпуну валоризацију. 3.4.3.2. Гравитацијска концентрација ситних класа у води Под »ситним класама« подразумевају се класе –3+0,2 mm, код металичних и неметаличних минералних сировина, односно –10+0,5 mm, код угљева. Дакле, успешно спровођење концентрације тражи претходно одмуљивање. У зависности од минералне сировине могуће је при одмуљивању одстрањивати честице неке друге (веће или мање) крупноће. Муљ се обично одбацује као јаловина, мада се зависно од садржаја може подвргнути процесу концентрације неким другим поступком или на неком другом уређају за гравитацијску концентрацију. Једна од карактеристика (често се третира као неповољност) гравитацијске концентрације јесте потреба класирања минералне сировине пре започињања процеса концентрације ситних класа. Класирање је условљено неједнаким степеном уситњавања различитих минералних сировина (идентична ситуација се среће и код расипних лежишта која се обично додатно не уситњавају). У дробљеној минералној сировини се са зрнима велике крупноће и мале густине (јаловина) појављују и зрна мале крупноће и велике густине (корисна минерална сировина) при чему брзина њиховог падања кроз флуид може бити приближно једнака па у фази концентрације неће доћи до њиховог раздвајања. Да би се ово избегло прибегава се претходном класирању, а као основа служи коефицијент једнакопадајућих зрна: где је: ε коефицијент једнакопадајућих зрна, бездимензиони број dL пречник зрна мање густине, mm dT пречник зрна веће густине, mm ΔT густина зрна веће густине, kg/m ΔL густина зрна мање густине, kg/m Δ' густина флуида, kg/m3 Дакле, исте коначне брзине падања имаће зрна чија пречник је обрнуто пропорционалан разлици густина зрна и флуида у којем се кретање обавља. Уколико су пречници зрна исти брзина падања ће зависити од густине зрна (зрна веће густине падаће брже од зрна мање густине), а ако су пречници различити брзина падања ће зависити од пречника или густине (зрно мањег пречника и веће густине може падати брже од зрна већег пречника и мање густине). Ако треба раздвојити зрна галенита (густина 7.500 kg/m3) од зрна кварца (густина 2.650 kg/m3) при падању у релативно реткој воденој средини (густина флуида 1.000 kg/m3) применом обрасца 3.16. добиће се следеће вредности коефицијента једнакопадајућих зрна: Галенит – кварц ε = 7.500 − 1.000 = 3,94 Дакле, једнаком брзином ће падати зрна галенита пречника 1 mm и зрна кварца пречника готово 4 (3,94) mm. Ако се иста мешавина нађе у условима стешњеног падања код којег је густина флуида 1.500 kg/m3 (вредност усвојена за прорачуне) ситуација ће бити следећа: Галенит – кварц ε = 7.500 − 1.500 = 5,22 У овом случају ће једнаком брзином падати зрна кварца пречника 5,22 mm и галенита пречника 1 mm. Дакле, што је флуид гушћи то је коефицијент једнакопадајућих зрна већи. Понашање зрна различите крупноће и густине Чечот је представио дијаграмом датим на слици 3.37. Из Чечеотовог дијаграма се може уочити да ће једнаком брзином падати зрна веће густине и малог пречника и зрна мање густине и великог пречника, односно брзина падања зрна мале густине биће мања од зрна велике густине ако су им пречници исти. За класирање минералне сировине пре гравитацијске концентрације најчешће се користи хидраулички класификатор Фаренвалд (»Fahrenwald«). Шематски изглед класификатора Фаренвалд приказан је на слици 3.38. Слика 3.37. Чечотов дијаграм класирања материјала Слика 3.38. Хидраулички класификатор Фаренвалд Класификатор Фаренвалд чини корито издељено на више комора. Свака комора има перфорисано »лажно« дно кроз које се додаје вода и кроз који се празни издвојена класа. Смер додавања воде је супротан смеру падања зрна у комори. Дакле, ради се о противструјном уређају за класирање. Брзина воде се прилагођава коначној брзини падања минералних зрна и различита је у свакој комори. За регулацију брзине воде користе се посебни вентили (свака комора има независни прикључак на воду и независни регулациони вентил). У првој комори је брзина највећа и онда редом опада. У првој комори се издвајају најкрупнија, а у последњој најситнија зрна. Честице која се не издвоје у некој од комора одвајају се на крају класификатора као муљ. Производ сваке коморе упућује се на концентрацију, најчешће на клатне столове, док се муљ одбацује или се упућује на класирање у уређаје прилагођене за концентрацију минералних зрна из муља (стационарни столови, столови превртачи, спирални концентратор, центрифугални концентратори итд.). Гравитацијска концентрација ситних класа у флуиду вода обавља се у танком воденом слоју и хоризонталној воденој струји. Развијено је много уређаја за гравитацијску концентрацију ситних класа, а њихова општа подела је на столове и корита. Од столова познати су клатни, стационарни, обртни и превртачи, а од корита спирале, слуси и ванери. У припреми минералних сировина најширу примену су нашли клатни столови и спирални концентратори. 3.4.3.2.1. Столови Клатни столови су често коришћени уређаји за концентрацију ситних класа. Одликују се једноставним и јефтиним радом (један радник може успешно да контролише рад око 50 столова) и могућношћу визуелне контроле процеса концентрације. Као неповољност се истиче потреба обезбеђења велике површине за смештај столова, односно имају мали капацитет по јединици површине. Да би се овај проблем ублажио раде се клатни столови код којих се више (2 или 3) плоча поставља једна изнад друге уз коришћење само једног механизма. Шематски изглед најчешће коришћеног клатног стола Вилфли (»Wilfley«) приказан је на слици 3.39. погон летвице (рифле) механизам за извођење клаћења улаз дистрибуција спирне воде Слика 3.39. Клатни сто Вилфли Основни делови клатних столова су: - плоча, правоугаоног (сто фирме Бaчart, »Butchart«), ромбоидног (Дајстер, »Deister«), трапезног (Вилфли, Плејт-О, »Plat-O«) и сферичног (клатни сто за муљ Дајстер) облика; плоче се израђују од дрвета или пластичних маса; дрвени столови се, ради заштите од абразије, прекривају пластичном прекривком (линолеум и сл.); плоче могу бити глатке и прекривене летвицама (рифле); летвице могу да покривају само део површине стола или целу површину, а усмерење летвица може бити различито (у правцу дуже осе стола, косо, мешовито итд.), - механизам за изазивање клаћења, код најчешће примењиваног клатног стола "Вилфли", по принципу рада подсећа на механизам код чељусне дробилице са две распоне плоче, обезбеђује асиметрично (почетак кретања напред минималном брзином, а завршетак максималном и обрнуто при повратном кретању) кретање стола у равни дуже осе; савремени клатни столови омогућавају регулацију броја и амплитуду клаћења плоче стола, - цев (или канал) за додавање спирне воде, смештена је на ободу дуже стране стола; могућа је регулацију количине и правца деловања спирне воде која се додаје по целој дужини стола; дебљина слоја спирне воде је минимална и само неколико милиметара прелази висине летвица, - комора за храњење стола мешавином воде и уситњене минералне сировине, смештена је непосредно уз цев за довођење спирне воде у горњем углу плоче стола; масени удео чврстих зрна креће се од 15 до 40%, - систем за регулацију нагиба стола; омогућава хоризонтални или благонагнути пложај плоче стола (< 10%) са усмерењем нагиба ка месту пражњењу, регулација се обавља ручно и могуће је обављати у време рада стола, - систем за прихват производа концентрације чине корита у које се прихватају издвојени производи (тешка фракција, лака фракција и међупроизвод) и одводе даље из процеса, и - погонски механизам. Концентрација минералних сировина на клатним столовима се постиже узајамним деловањем силе инерције (изазвана деловањем механизма за клаћење), трења (изазвана кретањем зрна по плочи и између летвица, међусобним сударањем итд.) и силе спирне воде. На крупнија и зрна веће густине примарно је дејство сила инерције и трења, док на зрна мање густине примарно делује спирна вода. Векторски приказ деловања основних сила на зрна различите густине и величине дат је на слици 3.40. додавање хидромешавине смер деловања спирне воде зона издвајања међупроизвода зона издвајања Δл Слика 3.40. Кретање минералних зрна по плочи клатног стола у зависности од густине и крупноће зрна Евидентно је да ће се зрна веће густине празнити на краћој (левој) страни плоче стола, док ће се лака фракција празнити насупрот места додавања хидромешавине и спирне воде. У углу, дијагонално насупрот места додавања хидромешавине, најчешће се издваја међупроизвод. Спирна вода, практично, преноси муљевиту фракцију (ако одмуљивање није успешно обављено) и зрна мале густине преко летвица између којих се задржава тешка фракција. Режим кретања спирне воде између летвица је турбулентан. Турбулентни режим између летвица је потребан због бољег отварања и стратификације зрна по густини. Стратификација зрна између летвица приказана је на слици 3.41. Стационарни столови се користе за концентрацију најситнијих класа. Да би концентрација била успешнија столови се постављају под нагибом. Плоче стационарних столова су посебно обложене. За облагање се користе различите тканине, најпознатија је Кордирој (»Cordurоy«). Кордирој је ребраста тканина сачињена од густих, крутих и танких кончића. Пропуштањем минералне сировине, у облику хидромешавине са малим уделом чврсте фазе, тешка зрна се задржавају унутар тканине. Када се тканина напуни зрнима прекида се храњење тог стола и тканина се скида да би се њен садржај испрао. После испирања тешка фракција се одводњава и даље припрема, а тканина се поново враћа на сто. Кордирој тканина се највише користи за концентрацију ситних зрна злата. I Улаз II Почетак раслојавања III На крају раслојавања Слика 3.41. Стратификација зрна између летвица Поред ове тканине користе се и посебне пластичне облоге израђене у облику танких влакана који имају исту немену као и Кордирој тканине. За концентрацију дијаманата такође се користе стационарни столови, али се они премазују посебним мастима. Пропуштањем хидромешавине преко стола дијаманти се задржавају у масти, а примесе ношене водом одлазе у јаловину. Стационарни столови су инвестиционо јефтини уређаји, а експлоатациони трошкови су ниски, но добре резултате постижу само код минералних сировина велике густине па се готово искључиво користе за њихову концентрацију. Столови превртачи се могу сврстати у групу стационарних столова јер се од њих разликују само по начину пражњења. Наиме, столови превртачи (најпознатији су столови фирме Бакмен, »Buckman«) су начињени од 4–5 стационарних плоча постављених под малим нагибом (слика 3.42). а) б) Слика 3.42. Сто превртач, тип Бакмен: а) фаза концентрације, б) фаза пражњења На плочи су направљена посебна удубљења или је прекривена храпавим линолеумом. Хидромешавина са малим уделом чврсте фазе се пропушта преко плоча, тешка зрна упадају у удубљења и ту се задржавају док лакша зрна ношена водом одлазе са стола. Када се удубљења испуне минералном сировином прекида се храњење, а нагиб столова се повећава толико да »ухваћена« зрна почињу гравитацијски да се празне. Пражњење стола потпомаже вода која испира минерална зрна из удубљења. Столови превртачи се користе за концентрацију најситнијих, муљевитих, класа и често се срећу у комбинацији са осталом опремом за гравитацијску концентрацију. Обртни столови се данас ретко користе. Ради се о више округлих конусних плоча, постављених једна изнад друге, које се обрћу малом брзином (1 min-1). На минералну сировину, тако поред нагиба плоче и спирне воде делује и сила ротирања. Лоше особине обртних столова су велика потрошња воде, отежана контрола процеса и отежано и компликовано одржавање. 3.4.3.2.2. Корита Од свих врста корита која су развијена за гравитацијску концентрацију ситних класа најширу примену су доживели спирални концентратори . Најпознатији међу њима је спирални концентратор Хамфри (»Humphreys«). Хамфријев спирални концентратор је посебно профилисано корито обавијено око осовине (цевовод релативно малог пречника) у облику спирале. Осовина има двоструку функцију – носи спиралу и служи као транспортна цев за прихватање и прикупљање тешке фракције дуж целе висине спирале. Хамфријев концентратор има пет потпуних спирала, а ради ефикаснијег коришћења простора на једну осовини може бити прикачено више спирала. Шема спиралног концентратора је приказана на слици 3.43., а фотографија једне батерије спирала на слици 3.44. Минерална сировина се са водом доводи у комору смештену на врху спирале. Комора обично има дистрибутивну улогу јер спирални концентратори раде у батерији. Уместо дистрибутивне коморе могу се користити и дистрибутивни вентили. Хидромешавина се из коморе слободно спушта низ спиралу. Посебан облик спирале (слика 3.45.) доприноси да на минерална зрна поред силе гравитације и трења делује и центрифугална сила. Међутим, величина центрифугалне силе је мања од силе гравитације тако да се у кориту дешава раздвајање зрна супротно од раздвајања у хидроциклону. Наиме, превладавање силе гравитације доприноси да се тешка зрна концентришу ближе осовини, док се вода и зрна мање густине концентришу по рубовима спирале. Слика 3.43. Шематски изглед спиралног концентратора Слика 3.44. Батерија спиралних концентратора На месту где се издваја тешка фракција на спирали су остављени отвори чија величина и угао захватање може ручно да се регулише. Гуменим цревима ти отвори су повезани са осовином и кроз њу се тешка фракција транспортује ка кориту које је прихвата и одводи даље. Бољем раздвајању и испирању хидромешавине доприноси спирна вода која се доводи бочно (из централне зоне спирале) преко посебно урађених »ножева«. На слици 3.46., дат је шематски приказ кретања зрна лаке и тешке фракције по попречном пресеку спирале. спирна вода Слика 3.45. Пресек кроз корито спиралног концентратора Спирални концентратор обично даје два производа – тешка и лака фракција, мада се по потреби може издвојити и међупроизвод. Као међупроизвод се обично издваја тешка фракција која се појављује на задњој или на задње две спирале. У инвестиционом и експлоатационом погледу спирални класификатори су јефтини уређаји чије опслуживање је једноставно. Један радник може да успешно опслужује и контролише рад око 100 спирала. Спирални концентратори нису посебно осетљиви на промене елемената хидромешавине. Лоша страна спиралних концентратора је што не могу обезбедити високо искоришћење и висок квалитет концентрата. Слика 3.46. Шематски приказ кретања зрна лаке и тешке фракције по попречном пресеку спирале Спирале се користе за концентрацију ситних класа, нарочито злата из расипних лежишта. По правилу, на спиралним концентраторима се третирају минералне сировине велике густине (минерали гвожЏа, титана, хрома итд.) Слуси и ванери се данас ретко користе. Ради се о релативно дугим нагнутим коритима преко којих се пропушта хидромешавина. Удубљења у коритима омогућавају задржавање тешких зрна која се дисконтинуално празне. Посебан тип корита чине рео-апарати код којих се у кориту, на одређеном растојању, налазе посебне коморе кроз које се додаје вода за испирање, односно хидрауличко класирање. Зрна чија густина је већа од притиска воде упадаће у коморе одакле ће се одводити као тешка фракција. Рео апарати се најчешће користе за чишћење угља. На слици 3.47. дат је шематски приказ рео-апарата. а) б) корито пражњење Δт довод воде рео-апарат пражњење Δт пражњење Слика 3.47. Шематски приказ рео-апарата: а) корито са рео-апаратима, б) детаљ рео-апарата Проблем гравитацијског издвајања најситнијих класа разрешава се коришћењем посебних уређаја који за концентрацију користе центрифугалну силу која је за више oд 300 пута већа од силе гравитације. То су центрифугални класификатори различите изведбе (руски концентратор типа ГШ-12М, канадски концентратор »Нелсон« (»Knelson«) и »Фалкон« (»Falcon«) итд. 3.4.3.3. Технолошке шеме гравитацијске концентрације у води Шеме гравитацијске концентрације могу бити релативно просте и обухватати само ситне класе, односно само крупне уз примену само једне врсте уређаја. Такве шеме се срећу најчешће на постројењима за припрему неметаличних минералних сировина. Једна од таквих шема је приказана на слици 3.48. и односи се на чишћење кварцног песка. у класификатор вода сито за мокро просејавање на депонију вода под притиском хидроциклон прелив прелив додавач ситне класе сандук муљне пумпе таложник муља пумпа крупне класе Слика 3.48. Шема гравитацијске концентрације кварцног песка На слици 3.49. дата је шема концентрације барита у машинама таложницама. бункер повртана вода у процес додавачи пумпа ΔТ машина таложница концентрат ΔЛ пумпа јаловиште спирални класификатор јаловина Слика 3.49. Шема концентрације барита у машинама таложницама Чишћење угља у флуиду вода гравитацијским методама најчешће подразумева класирање на крупне и ситне класе, па потом концентрација крупних класа у машинама таложницама и ситних у коритима, спиралама или столовима. Једна таква шема је приказана на слици 3.50. повратна вода бункер додавачи хидроциклон сито на јаловиште машина таложница Слика 3.50. Шема гравитацијске концентрације угља у води 3.4.4. Гравитацијска концентрација у флуиду ваздух Када се као флуид у којем се врши раздвајање корисних од корисних, односно корисних од некорисних минералних компонената користи ваздух тада се концентрација назива пнеуматском. Поред коришћења компримованог ваздуха, као радне средине, пнеуматску концентрацију карактерише: - низак критеријум концентрације (услед мале густине ваздуха – 1,23 kg/m3 на температури од 15°, при атмосферском притиску од 1 bar), - потреба сушења минералне сировине пре процеса концентрације (максимално дозвољена влажност је 4–5 %), - потреба класирања минералне сировине у веома уске класе крупноће. Ове карактеристике условљавају да је оштрина одвајања ниска, а трошкови прераде високи па се пнеуматска концентрација обавља само када минерална сировина има такве карактеристике да је не треба квасити, односно када се концентрација обавља на постројењу лоцираном у изразито аридном крају. За концентрацију крупних класа користе се уређаји названи пнеуматски столови, а за концентрацију ситних класа пнеуматске машине таложнице. Као крупне класе сматрају се зрна крупнија од 10 mm , а као ситне ситнија од 10 mm. Крупноћа се обично лимитира на око 25 mm због проблема који се јављају при флуидизацији крупних класа и због појаве великих међупростора који условљавају непотребно губљење ваздуха. На слици 3.51. шематски је приказана пнеуматска машина таложница са комплетном инсталација за снабдевање ваздухом и за отпрашивање. Концентрација се врши у вертикалној ваздушној струји, односно у флуидизационом слоју. Ради повећања ефикасности концентрације обезбеђене су пулсације доданог ваздуха. Концентрација на клатним столовима се врши на покретној, а у машинама таложницама на непокретној перфорисаној површини. Перфорисана површина је под нагибом како би се потпомогло слободно течење материјала од улаза ка излазу. Исту намену имају и вибрације код пнеуматских столова. Ради спречавања губљења најситнијих класа и спречавања аерозагађења радног простора машине су оклопљене и током процеса концентрације врши се њихово континуално отпрашивање. При концентрацији угља издвојена прашина представља користан производ (чист угаљ) који се може сагоревати у термоелектранама. бункер ровног угља хауба за отпрашивање циклон Δл међупроизвод Δт вентилатор Слика 3.51. Шематски изглед пнеуматске машине таложнице са инсталацијом за снабдевање ваздухом и отпрашивање Пнеуматска концентрација се углавном користи за концентрацију квалитетнијих угљева, најчешће каменог. Користи се и за концентрацију декарбонизованих магнезита који се не могу концентрисати у флуиду вода јер би дошло до непожељне хемијске реакције. 3.4.5. Гравитацијска концентрација у тешкој средини Гравитацијска концентрација у тешким срединама базира се на раздвајању минералне сировине на фракцију која плива и фракцију која тоне, при чему је густина тешке средине незнатно већа од лаке фракције, а мања од тешке. Зрна која имају густину мању од густине средине пливају, а која имају већу густину тону. Под појмом тешка средина подразумева се флуид чија је густина већа од густине воде. Као тешка средина користе се органске течности (видети табелу 3.6.), водени раствори неорганских соли (цинк-хлорид, калцијум-хлорид итд.) и псеудотечности – суспензије. Водени раствори неорганских соли су се користили у почетку развоја ове методе (крај XIX и почетак XX века), а коришћење органских течности је било доста дуже. Данас се органске течности и водени раствори неорганских соли углавном користе само при лабораторијским испитивањима, а у индустријским условима се срећу искључиво суспензије. Гравитацијска концентрација у тешкој средини се дели на: - гравитацијску концентрацију крупних класа под дејством силе гравитације, и - гравитацијску концентрацију ситних класа под дејством центрифугалне силе. Као крупне класе разматрају се крупноће изнад 6 mm, код угљева изнад 10 mm (ггк иде и до 500 mm), а као ситне класе –6+0,5 mm. Минералну сировину пре концентрације треба класирати по крупноћи, мада класирање нема значај као код класирања у води. 3.4.5.1. Суспензија Суспензија је двофазни систем, у коме течну фазу чини вода, а чврсту природни ситнозрни минерали (глина, кварцни песак итд.), уситњени минерали обично веће густине (барит, магнетит, галенит итд.), легуре (феросилицијум) или метали (олово). Чврста фаза у суспензији назива се суспензоид . Избор суспензоида зависи од потребне густине суспензије, могућности и услова регенерације, услова набавке и цене. За чишћење угљева највише се користи кварцни песак (даје задовољавајућу густину суспензије – до 1.800 kg/m3, јефтин је, најчешће се налази у откривци на угљенокоповима), а за концентрацију металичних и неметаличних минералних сировина феросилицијум (учешће гвожђа 85-90 %, а силицијума 10-15%), магнетит и галенит. Ови суспензоиди су знатно скупљи од кварцног песка, али могу да формирају стабилну суспензију густине изнад 2.500 kg/m3 (феросилицијум – 3.500-3.800 kg/m3, галенит – до 3.800 kg/m3, магнетит до 2.550 kg/m3) што је неопходно за концентрацију руда. Повољност коришћења ових суспензоида лежи у њиховој лакој регенерације (феросилицијум и магнетит – магнетском концентрацијом, галенит – флотацијском) чиме се економски ефекти знатно поправљају. Потрошња суспензоида, после регенерације, креће се од 100 до 750 g/t прераћене руде. Јефтини суспензоиди (глина, кварцни песак) се не регенеришу јер трошкови регенерације могу бити већи од цене самог суспензоида. Основне особине суспензије су: густина, вискозитет и стабилност. Густина суспензије зависи од густине суспензоида и његовог удела у суспензији. Зависно од потребне густине врши се избор суспензоида и одређује његов удео. Максимално могућа густина суспензије је равна половини густине суспензоида. Густина суспензије се може израчунати преко обрасца: где је: Δ" густина суспензије, kg/m3 γs густина суспензоида, kg/m Cm масени удео суспензоида у суспензији, % Експериментално је утврћено да је суспензија стабилна када је масено учешће суспензоида у границама од 70-80%. Вискозитет суспензије се разликује од вискозитета воде јер се поред унутрашњег трења слојева воде појављује међусобно трење честица суспензоида и трење између слојева воде и честица суспензоида. На вискозитет суспензије највише утиче удео суспензоида и његова крупноћа. Вискозитет расте са повећањем удела суспензоида и смањењем његове крупноће (крупноћа суспензоида треба да буде 100 % -0,5 mm када се користи суспензоид мале густине, односно 100 % -0,150 mm када се користи суспензоид веће густине). При малом уделу суспензоида (испод 40 %) вискозитет је мали и одржавање стабилности суспензије је тешко. При екстремном уделу, која прелази 80 %, суспензија губи карактеристике течности (висок вискозитет, слаба покретљивост) и није подесна за концентрацију. За смањење вискозитета, односно повећање покретљивости суспензије могу се додавати глине или неке хемијске супстанце. Стабилност суспензије је особина суспензије да има идентичну густину и удео суспензоида у свим деловима и нивоима суда у којем се налази. Разликује се статичка (у фази мировања) и динамичка (у фази кретања) стабилност. Статичку стабилност је много теже одржавати па је због тога већина машина снабдевена уређајима (мешачи различите конструкције) за одржавање турбулентног режима. Као додатно средство за одржавање стабилности суспензије додају се глине и пептизатори (натријум-силикат, натријум-триполифосфат итд.). Разуме се, стабилност суспензије се најефикасније регулише успостављањем оптималног удела суспензоида. Регенерација суспензоида је карактеристична за све процесе гравитацијске концентрације сем када се користе јефтини суспензоиди (глина, кварцни песак). Регенерацији суспензоида претходе две операције – откапавање суспензије која се износи заједно са комадима и зрнима минералне сировине и прање минералне сировине после откапавања. Откапавање и прање се врши на обе фракције. Откапавање се врши на ситима (обично вибрационим и под нагибом) чији отвори су мањи од крупноће минералне сировине. Откапана суспензија треба да има исте карактеристике као и суспензија у суду тако да се она, најчешће, враћа директно у суд за концентрацију. Суспензија скупљена после прања има смањен удео суспензоида (због додавања воде) тако да су поремећене карактеристике суспензије и она се не може директно вратити у суд у којем се врши концентрација. Због тога се суспензија после прања шаље на регенерацију. Регенерација се обавља методама припреме минералних сировина, а избор се врши у зависности од карактеристика самог суспензоида. 3.4.5.2. Гравитацијска концентрација у тeшкој средини под дејством силе гравитације Развијено је више уређаја за гравитацијску концентрацију класа под дејством силе гравитације. Подела је изведена по облику суда у којем се раслојавање обавља, па се деле на конусне, бубњасте и коритасте. Конусни концентратори се одликују раслојавањем у суспензији велике дубине. Ради одржавања стабилности суспензије конусни концентратори су снабдевени мешачима. Минерална сировина се додаје у конусни суд одозго. Раслојавање тече релативно брзо, тако што зрна мање густине испливавају, а веће густине тону и празне се кроз конусни део суда. Пражњење лакше фракције преливањем је решење примењено на готово свим уређајима. Мећутим, пражњење теже фракције је изведено на више начина. На често коришћеном конусном концентратору фабрике Вемко (»Wemco«), приказаном на слици 3.52., пражњење тешке фракције је решено преко цеви назване »лабудов врат« уз помоћ компримованог ваздуха. На сличан начин је решено и пражњење тешке фракције на конусном концентратору фабрике Хумболд. У мешач суспензија вода ΔТ ΔЛ суд за концентрацију сито за откапавање сито за прање компримовани ваздух на регенерацију суспензоида Слика 3.52. Шематски изглед конусног концентратора Вемко (»Wemco«) На конусним концентраторима које су произвеле фирме Бас Самбр (»Basse Sambre«) и Шанс (»Chance«) пражњење се врши преко вентила који се повремено отварају под притиском исталоженог материјала. Тромпов (»Tromp«) концентратор и концентратор Барвојс (»Barwoys«) пражњење тешке фракције обављају преко посебно изведених механичких елеватора. Бубњасти концентратори се карактеришу постојањем обртног бубња у којем се налази суспензија и у који се додаје минерална сировина. Зрна мање густине од густине суспензије испливавају и преливањем се издвајају. Зрна која тону захватају подизачи (лифтери), који се налазе са унутрашње стране бубња, издижу из суспензије и непосредно пре достизања зенита испадају из лифтера на косу сипку преко које се износе из бубња. Лифтери су перфорисани како би се мање суспензије износило из бубња, а посебним гуменим завесама се спречава захватање зрна који пливају ка ободу бубња. Производи добијени концентрацијом у бубњастом концентратору шаљу се на откапавање и прање као и производи осталих концентратора са тешком средином. У пракси је најширу примену доживео концентратор фабрике Вемко приказан на слици 3.53. подизач канал за прихват ΔЛ канал за прихват ΔТ ΔТ ΔЛ улаз суспензија ΔТ ΔЛ Слика 3.53. Шема бубњастог концентратора Вемко За бубњасте концентраторе је карактеристично да се стабилност суспензије одржава окретањем самог бубња тако да посебни мешачи и узбуркивачи нису потребни. Бубњасти концентратори се користе за претконцентрацију минералних сировина, мада се срећу и на постројењима за чишћење угља. Коритасте концентраторе прави више фабрика са сопственим конструктивним решењима. Најширу примену су нашли концентратори Друбој (»Drewboy«), приказан на слици 3.54., Бас Самбр, приказан на слици 3.55., и ОCC (»Ore and Chemical Corporation«), приказан на слици 3.56. пражњење Δт улаз пражњење Δл корито Слика 3.54. Шема коритастог концентратора Друбој U суспензија Δ" U Δл спирала Δт спирала Слика 3.55. Шема бубњастог концентратора Бас самбр гранично сито лаке фракције прелив лаке фракције погонска осовина сипка улаза граничник ниво суспензије нож за пражњење тешке фракције преливни праг тешке фракције канал за тешку фракцију сипка за пражњење тешке фракције Слика 3.56. Шема бубњастог концентратора ОCC Заједничко за све ове концентраторе је постојање коритастог суда у којем се врши раслојавање. Пражњење лакше фракције се обавља преливањем, док се пражњење тешке фракције врши преко цилиндричног елеватора (Друбој), спиралног транспортера (Бас Самбр), односно посебно конструисане кашике (ОCC). Концентратор Друбој се најчешће користи за чишћење угљева, а остала два за концентрацију металичних (минерали антимона, хрома итд.) и неметаличних (магнезити) минералних сировина. За коритасте концентраторе је карактеристично да је систем за извлачење тешке фракције искоришћен и за стабилизацију суспензије. Поступак са производима после напуштања корита је идентичан претходно описаном. 3.4.5.3. Гравитацијска концентрација у тeшкој средини под дејством центрифугалне силе Коришћењем центрифугалне силе за гравитацијску концентрацију у тешкој средини повећава се ефикасност концентрације минералних сировина мање крупноће чије третирање у уређајима који користе само силу гравитације не даје најбоље резултате. Од уређаја најширу примену су нашли хидроциклони и цевасти концентратори. Слика 3.57. Хидроциклони Турпинсон: а) појединачно, б) батерија Хидроциклон ради на истом принципу на којем и када је у питању флуид вода. Извесна разлика се огледа у томе што током концентрације долази не само до раслојавања минералних зрна већ и суспензоида. При томе, у централном делу хидроциклона концентрише се лакша фракција и разрећена суспензија, а у бочним деловима тешка фракција и згуснута суспензија. Хидроциклони се углавном користе за чишћење угљева, а многи произвоћачи су изменили делове и елементе хидроциклона (начин увођења у хидроциклон, однос цилиндричног и коничног дела, угао коничности итд.) прилагођавајући их потребама чишћења одређених врста угља. Посебна врста хидроциклона су хидроциклони Турпинсон (»Turpinson«). Хидроциклон Турпинсон, приказан на слици 3.57., представља цев (дакле, немају конични део као класични хидроциклони) чиме је отклоњена могућност заглављивања отвора за пражњење ΔТ фракције, у коју се пулпа уводи тангенцијаулаз пражњење ΔТ лно под одређеним притиском. После раслојавања минералне сировине и суспензије тешка фракција се одваја као песак, а лака као прелив. Турпинсон хидроциклони углавном раде у батеријама од по 6 до 8 циклона. пражњење ΔЛ улаз суспензије Посебну врсту цевастих концентратора представља DWP ( »Dyna whirpool« ) концентратор , приказан на слици 3.58. У DWP концентратор минерална сировина се доводи аксијално одозго, а суспензија тангенцијално у доњем делу уређаја. При овом противточном кретању долази до раслојавања на тешку и лаку фракцију при чему се тешка фракција празни тангенцијално при врху уређаја, а лака кроз централни део цеви на дну уређаја. DWP концентратор је погодан за концентрацију руда Слика 3.58. Шема DWP (»Dyna whirpool«) концентратора крупноће –50+0,3 mm, посебно када се захтева високи капацитет. 3.4.5.4. Технолошке шеме гравитацијске концентрације у тешкој средини Технолошки процес гравитацијске концентрације у тешкој средини, по правилу, подразумева следеће радње: - одмуљивање минералне сировине, - припрему суспензије, - концентрацију, - откапавање суспензије, - испирање производа концентрације, - регенерацију суспензоида. На ово се надовезују депоновање муља, избистравање воде и сл. Типична технолошка шема која обједињује највећи део побројаних радњи приказана је на слици 3.59. На слици 3.60. приказана је једна од могућих шема чишћења угља у тешкој средини по тзв. Парнаби (Parnaby) поступку. Парнаби поступак је специфичан по томе што се чишћење угља врши у флуиду (суспензији) првенствено сачињеној од глиновитих честица које уобичајено прате угљеве. улаз бубњасти концентратор сита за откапавање и прање суспензије (+) сито (+) Δт (-) спирални класификатор (-) (-) (+) Δл магнетски сепаратор демагнетизатор пумпа за суспензију пумпа за воду Слика 3.59. Типична шема гравитацијске концентрације у тешкој средини улаз хидроциклон сито сито за одводњавање бубањ (-) (+) сито за одводњавање прелив пумпа отпадна вода пумпа чист угаљ Слика 3.60. Шема чишћења угља (лигнита) у тешкој средини по Парнаби поступку 3.5. МАГНЕТСКА КОНЦЕНТРАЦИJА Магнетска концентрација (често се назива и магнетска сепарација) се заснива на различитом понашању минерала када се уведу у магнетско поље. Ова појава омогућава раздвајање минералних зрна по магнетским особинама, односно довела је до развоја ефикасне методе концентрације. Магнетска концентрација се користи за: - раздвајање корисних магнетичних минерала од немагнетичних минерала јаловине (руде гвожђа, мангана и хрома), - чишћење неметаличних минералних сировина издвајањем магнетичних минерала као нечистоћа, - издвајање минерала који после магнетизирајућег пржења попримају особине магнетичних (сидерит, хематит), - издвајање комада гвожђа, као страних и непожељних предмета, из минералне сировине ради заштите машина и уређаја од хаварије, и - регенерацију суспензоида који су магнетични (феросилицијум, магнетит). Магнетска концентрација се обавља у флуиду ваздух и вода. Сува магнетска концентрација се обавља на минералним сировинама код којих је учешће влаге испод5%и на зрнима крупноће изнад 3 mm. Мокра магнетска концентрација се обавља на зрнима ситнијим од 3 mm . Удео чврстих зрна у пулпи износи око 20 %, масено. Високо градијентна мокра магнетска концентрација најчешће подразумева да сва зрна буду ситнија од 1 mm. Магнетска концентрација се дели и на: - магнетску концентрацију јакомагнетичних минерала, и - магнетску концентрацију слабомагнетичних минерала. Јако магнетични минерали се концентришу у магнетским сепараторима који су снабдевени перманентним и електромагнетима, у ваздушној и воденој средини. Слабомагнетични минерали се концентришу у пољу високог магнетског интензитета у »класичним« концентраторима који су снабдевени електромагнетима или у високоинтензивним (високоградијентним) матричним концентраторима. Дејвис (Daves) је извршио поделу минерала, према релативној магнетној привлачности у односу на гвожђе, на јакомагнетичне, слабомагнетичне и практично немагнетичне минерале. У табели 3.8. дата је релативна магнетска привлачност неких минерала из све три групе. Табела 3.8. Дејвисова подела минерала према релативној магнетској привлачности Јакомагнетични минерали Слабомагнетични минерали Практично немагнетични минерали гвожђе 100,00 сидерит 1,82 гранат 0,40 магнетит 40,18 хематит 1,32 кварц 0,37 франклинит 35,38 циркон 1,01 рутил 0,37 илменит 24,70 лимонит 0,89 церузит 0,30 пирхотин 6,69 корунд 0,84 пирит 0,23 биотит 3,21 пиролузит 0,71 сфалерит 0,23 манганит 0,52 калцит 0,03 Према специфичној магнетној осетљивости минерали су подељени у четири групе приказане у табели 3.9. Табела 3.9. Подела минерала према специфичној магнетској осетљивости Група Специфична магнетска осетљивост, m3/kg Јачина магнетског поља у којем се издвајају, kA/m Типични представници Јако магнетични минерали -3 > 10 < 120 Магнетит, франклинит, пирхотин Средње магнетични минерали -5 -3 10 10 120 800 Хематит, гранат, волфрамит Слабо магнетични минерали -6 -5 10 10 800 1600 Лимонит, доломит, биотит Практично немагнетични минерали -6 < 10 > 1600 Кварц, калцит, фелдспат, циркон, рутил Ове поделе користе израз »практично немагнетични минерали« уместо израза »немагнетични минерали« зато што је развој савремених концентратора померио границу »магнетичности« и »немагнетичности« тако да се у савременим високоинтензивним магнетским сепараторима могу концентрисати и минерали који су донедавно сматрани “немагнетичним”. Процењује се да ће се тај развој интензивирати чиме ће коришћење наведеног израза постати још оправданије. 3.5.1. Магнетско поље Магнетско поље је простор у којем делују магнетске силе, а представља се магнетским линијама сила. Магнетско поље може бити спољашње и унутрашње. Спољашње магнетско поље се формира између магнетских полова. Деловањем спољашњег магнетског поља долази до намагнетисања материје и формирања унутрашњег магнетског поља . Основне карактеристике магнетског поља су: - густина магнетског тока или флукс (Φ), - густина магнетског тока кроз једницу површине или магнетска индукција (B), - јачина, интензитет или напон магнетског поља (H), - сила магнетског поља (F), и - магнетска сила (Fmag). Густина магнетског тока или флукс ( ) представља укупан број магнетских линија сила између магнетских полова посматрано управно на замишљену раван. Магнетска индукција (B) представља магнетски флукс по јединици површине. Јединица за магнетску индукцију је тесла (Т). Тесла је индукција у коме се на сваки метар проводника нормалног на поље кроз које се простире струја од 1 ампера делује силом од једног њутна (T = N m ⋅ A). Јачина (користе се и изрази напон и интензитет) магнетског поља (H) представља силу којом магнетско поље делује на јединицу магнетске масе смештену унутар поља. Јединица за јачину магнетског поља је A/m и представља јачину поља која се образује дуж круга обима 1 m са јачином струје од 1 A. Однос између јачине магнетског поља и индукције може се изразити преко обрасца: Дакле, јачина директно зависи од магнетске индукције и обрнуто пропорционално од магнетске константе (ηо) и магнетске пермеабилности средине (η). Према јачини магнетског поља у различитим тачкама разликује се хомогено и нехо могено магнетско поље . Код хомогеног магнетског поља јачина је идентична у свакој тачки (исказано по величини и смеру магнетских линија силе, које су међусобно паралелне), док је код нехомогеног јачина различита (исказано по величини и смеру магнетских линија сила). Промене јачине нехомогеног магнетског поља у одређеном правцу (x) изражава се преко градијента магнетског поља: Шематски приказ хомогеног и нехомогеног магнетског поља је приказан на слици 3.61. Сила магнетског поља (F) је сила којом нехомогено магнетско поље делује на зрно са јединичним специфичним магнетским сусцептибилитетом. Јединица за силу магнетског поља је A2/m3. Слика 3.61. Шематски приказ магнетског поља: а) хомогено, б) нехомогено Магнетска сила (F mag) је сила која делује на материје унутар нехомогеног магнетског поља. Од силе магнетског поља разликује се за утицај магнетске константе (ηо) и специфичну магнетску сусцептибилност материје (κо). Јединица за магнетску силу је N/kg. Код нехомогеног магнетског поља магнетне линије сила могу да конвергирају или дивергирају између полова. За магнетску концентрацију је битно да магнетско поље буде нехомогено, односно да магнетске линије сила конвергирају. У том случају магнетско поље има усмерену магнетску силу (Fmag) што доприноси раздвајању магнетичних од немагнетичних минерала. Конвергентна магнетска поља могу бити сложена у тзв. отворени и затворени магнетски систем. Отворени магнетски систем чини низ наизменично постављених магнетних полова распорећених по равној или цилиндричној површини. На слици 3.62. дат је шематски приказ распореда магнетских полова у отвореном магнетском систему. Слика 3.62. Шематски приказ отвореног магнетског система; а) равна површина (транспортне траке), б) цилиндрична површина (бубањ) Јачина магнетског поља која се може обезбедити отвореним системом је мања него код затвореног система те је то разлог да се отворени магнетски системи користе код концентратора за концентрацију јако магнетичних минерала. Затворени магнетски систем чине два насупрот постављена магнета са разноименим половима. Ради обезбеђења нехомогеног магнетског поља један од полова (реће оба) је назубљен, зашиљен или таласаст. Шематски приказ затвореног магнетског система са различитом обрадом полова дат је на слици 3.63. Слика 3.63. Шематски приказ затвореног магнетског система Затворени магнетски системи се најчешће примењују код концентратора који магнете постављају изнад и испод равне површине, мада се користи и на цилиндричним концентраторима. Јачина магнетског поља које се остварује затвореним магнетским системима је знатно већа него код отвореног па се користе за концентрацију слабо магнетичних минерала. Раздвајање минерала у магнетском пољу у зависности од начина довођења минералне сировине може бити са задржавањем (нарочито карактеристично за бубњасте концентраторе) и извлачењем (нарочито карактеристично за тракасте концентраторе). Задржавање подразумева довођење минералне сировине изнад магнетског поља (на бубањ), а извлачење довођење минералне сировине испод магнетског поља. Први вид је карактеристичан за крупнозрну минералну сировину, а други за ситнозрну. 3.5.2. Магнетске особине минерала Магнетска концентрација се базира на разликама у понашању минерала када се уведу у магнетско поље захваљујући томе што се различите материје различито понашају. У зависности од понашања материје када се унесе у магнетско поље извршена је подела на дијамагнетике и парамагнетике. Дијамагнетици су материје код којих су сви магнетски моменти компензовани тако да у спољашњем магнетском пољу образују унутрашње магнетско поље истог смера. Тиме се врши разрећење магнетских линија силе и смањење јачине магнетског поља. Магнетски сусцептибилитет дијамагнетика је негативан. Уношењем дијамагнетика у магнетско поље доћи ће до њиховог одбијања од присутних магнета. Парамагнетици поседују некомпензоване магнетске моменте. Ван магнетског поља парамагнетици и дијамагнетици се понашају на истоветан начин услед хаотичне оријентације магнетских момената. Уношењем парамагнетика у спољашње магнетско поље доћи ће до формирања унутрашњег магнетског поља код којег је оријентација супротна од смера спољашњег поља. Парамагнетици појачавају спољашње магнетско поље јер врше скупљање магнетских линија силе. Магнетски сусцептибилитет парамагнетика је позитиван. Уношењем парамагнетика у нехомогено магнетско поље доћи ће до њиховог кретања у правцу појачања поља, односно до привлачења од стране магнета. На слици 3.64. дат је шематски приказ понашања дијамагнетика и парамагнетика у спољашњем магнетском пољу. Слика 3.64. Шема понашања минерала у магнетном пољу а) дијамагнетик, б) парамагнетик Феромагнетици су посебна група парамагнетика чији атоми имају неколико неспарених спин магнетских момената. Ове групе атома образују елементарне запремине спонтано намагнетисане до засићења домени. Магнетски домени су хаотично распорећени и у одсуству спољашњег магнетског поља материја не показује магнетска својства. Мећутим, уношењем у спољашње магнетско поље врло брзо долази до њихове оријентације уз образовање јаког унутрашњег магнетског поља. За раздвајање минералних сировина магнетском концентрацијом битне су следеће особине минерала: - магнетски сусцептибилитет или магнетска осетљивост, - магнетска пермеабилност или магнетска пропустљивост, - магнетска индукција или намагнетисање, - реманентни магнетизам, и - коерцитивна сила. Магнетски сусцептибилност или осетљивост је особина минерала да промени сопствену јачину намагнетисања под дејством спољашњег магнетског поља. Дијамагнетици имају негативан сусцептибилитет зато што под дејством спољашњег магнетског поља крећу у правцу смањења јачине магнетског поља, док парамагнетици имају позитиван сусцептибилитет јер се померају у правцу повећања јачине магнетског поља. Магнетски сусцептибилитет поред концентрације феромагнетичне компоненте зависи и од крупноће зрна који се наћу у магнетском пољу. Што је крупноћа већа већи је сусцептибилитет и обрнуто. Магнетска пермеабилност или пропустљивост је способност материјала в да под дејством магнетског поља измени сопствену индукцију. Дијамагнетици имају релативну б г пермеабилност негативну (испод јединице), парамагнетици позитивну (1,00002), док је релативна пермеабилност феромагнетика неколико д десетина до стотина хиљада пута већа. Магнетска индукција или намагнетисање представља јачину магнетског поља у материји која се наће под дејством спо- а љашњег магнетског поља. Зависи од јачине спољашњег магнетског поља, али и од »предисторије« материје. Намагнетисање иде поступно и графички се може приказати преко криве почетног намагнетисања приказане на слици 3.65. 0 Hа Hб Hв Јачина магнетског поља, H, (A/m) Слика 3.65. Крива почетног намагнетисања На кривој почетног намагнетисања разликују се три зоне: - зона почетног намагнетисања или зона релеја (0-а) - средишњи део криве намагнетисања (а-б), и - завршни део или зона засићења (б-в). Почетни и завршни део намагнетисања је реверзибилан, док у средишњем делу долази до смањења намагнетисања, али не и до његовог нестанка (крива б-д). Реманентни магнетизам представља особину феромагнетика да после проласка кроз магнетично поље задрже извесно намагнетисање (зона о-д на слици 3.65.). Реманентни или заостали магнетизам је последица одступања криве намагнетисања од криве размагнетисања. Одступање кривих намагнетисања и размагнетисања назива се магнетским хистерезисом. На слици 3.66. приказане су хистерезисне петље. Уношењем феромагнетика у магнетско поље долази до почетне поларизације (крива 0-А). Смањењем јачине магнетског поља (H) до нуле појавиће се реманентни магнетизам (крива A-Br). Променом смера магнетског поља нестаће магнетизма (крива Br-Hc), а за потпуно размагнетисање потребна је коерцитивна сила (крива Hc-D). Под дејством коерцитивне силе тело се намагнетише, али у супротном смеру. Поновним искључивањем магнетског поља појавиће се реманентни магнетизам (крива D-Br), а поновном променом смера магнетског поља јачина коерцитивне силе ће пасти на нулу (крива Br-Hc), односно појавиће се намагнетисање (крива Hc-A). Понављањем поступка крива намагнетисања прелази у петљу хистерезиса. Слика 3.66. Хистерезисне петље: а) хистерезис намагнетсиања, б) крива магнетске индукције у процесу демагнетисања Реманентни магнетизам и коерцитивна сила се ретко користе за магнетску концентрацију јер би због потребе обезбеђења променљивог магнетског поља уређаји били сложенији и мање продуктивни. 3.5.3. Припрема минералних сировина за магнетску концентрацију Као и сви процеси концентрације тако и магнетска концентрација захтева одређену припрему минералне сировине пре концентрације. Основни припремни процеси значајни за магнетску концентрацију су: уситњавање и класирање, отпрашивање, одмуљивање, сушење и магнетизирајуће пржење. Уситњавање и класирање има за циљ отварање минералне сировине и издвајање довољно уситњених зрна из процеса уситњавања и усмеравање на концентрацију. Специфичност магнетске концентрације огледа се о могућности концентрације дробљене сировине у поступку суве магнетске концентрације (крупноћа може варирати од 3 до 100 mm), односно млевене поступком мокре магнетске сепарације. При томе је значајно да крупноћа не утиче на резултате колико магнетски сусцептибилитет. Ипак, најбољи резултати се постижу када се у магнетском пољу наћу магнетична зрна приближно једнаког сусцептибилитета, односно када се наћу зрна код којих је разлика у магнетском сусцептибилитету велика. Отпрашивање и одмуљивање су процеси уклањања најситнијих честица пре сувог, односно мокрог процеса магнетске концентрације. Најситније честице се лепе на површину крупнијих зрна и смањују њихову магнетску осетљивост па се њиховим уклањањем побољшавају резултати концентрације. Крупноћа зрна које отпрашивањем, односно одмуљивањем треба одстранити није прецизно одређена, но често се као непожељна третирају зрна ситнија од 0,074 mm. У зависности од учешћа магнетичних минерала производ издвојен отпрашивањем и одмуљивањем може се посебно третирати. Код високоградијентне магнетске концентрације сва зрна, која се у облику хидромешавине уводе у матрицу, обично су ситнија од 1 mm, мада се често као услов поставља да крупноћа зрна буде и испод 0,050 mm. Дакле, код ових концентратора одмуљивања минералне сировине се не ради. Сушење је процес који претходи третирању минералне сировине сувим поступком. Сушење се предузима ради смањења дејства капиларних сила између зрна различите магнетске осетљивости јер присуство влаге не слаби магнетско поље нити силу привлачења. Магнетизирајуће пржење је специфичан процес термичког третирања слабомагнетичних минералних сировина ради њиховог превођења у јакомагнетични облик. Примењује се најчешће на минералима гвожђа хематиту, сидериту и лимониту. Редукционо пржење хематита обавља се на температурама од 650 до 950°C у присуству угљенмоноксида, водоника или угља. При томе се хематит преводи у јакомагнетични магнетит. У оксидационој атмосфери пржи се сидерит на температури од 500 до 750°C. Сви наведени процеси припреме за магнетску концентрацију су скупи. Због тога их треба свести на најмању могућу меру. У пракси се отварање и класирање обавезно обављају, отпрашивање се постиже одбацивањем најситније класе (-3+0 mm) на ситима, одмуљивање у хидроциклонима или хидрауличком класификатору, док се сушење и магнетизирајуће пржење ређе практикују. 3.5.4. Уређаји за магнетску концентрацију Магнетска концентрација се обавља на магнетским концентраторима (користи се и израз сепаратори). Магнетске концентраторе, у ширем смислу, сачињавају концентратор, трансформаторско-исправљачка јединица и контролна јединица. Сам концентратор у себи обједињује: - хранилицу (тракаста, вибро, цевовод, канал, тањир и сл.) за равномерно увођење минералне сировине у магнетско поље; ради регулације капацитета рад хранилице је усклаћен са радом уређаја за транспорт минералне сировине кроз магнетско поље, - уређај за транспорт минералне сировине кроз магнетско поље; може бити различитог облика (бубњасти, траксти, ваљкасти итд.) у зависности од конструкције концентратора; преко њега се регулише капацитет концентратора, - радну зону концентратора; чини је нехомогено конвергентно магнетско поље унутар којег се уводи минерална сировина и врши раздвајање на магнетичну и немагнетичну фракцију, - уређај за изношење производа магнетске концентрације из магнетског поља концентратора; конструктивно може бити тракасти, бубњасти, ваљкасти, у облику дискова, цевовода итд.; начин изношења производа је усаглашен са начином провођења минералне сировине кроз магнетско поље. Трансформаторско исправљачка јединица има задатак да обезбеђује једносмерну електричну енергију неопходну за функционисање електромагнета, док се преко контролне јединице врши контрола и регулација капацитета концентратора, јачине магнетског поља итд. У зависности од средине у којој се врши концентрација постоје суви и мокри магнетски концентратори. Зависно од магнетске осетљивости минералне сировине која се третира постоје магнетски концентратори за јакомагнетичне минерале и магнетски концентратори за слабомагнетичне минерале. Концентрација јакомагнетичних минералних сировина, у концентраторима ниског интензитета, је релативно јефтина, што се не може рећи и за концентрацију слабомагнетичних минералних сировина у високоградијентним магнетским концентраторима. Високу цену набавке високоградијентних концентратора и високе трошкове експлоатације (према подацима произвоћача при јачини магнетског поља од 1,7 Т троши се 2,3 kWh електричне енергије по тони прераћене руде) прати и, најчешће, ниска цена добијеног концентрата. Тако развој и ширење високоградијентне магнетске концентрације није условљено само техничким већ и економским проблемима. 3.5.4.1. Суви нискоинтензивни магнетски концентратори За концентрацију јакомагнетичних минерала користе се нискоинтензивни концентратори са отвореним магнетским системима. Најчешће су то бубњасти и тракасто-бубњасти магнетски концентратори. Концентратори за јакомагнетичне минерале снабдевени су са перманентним и електромагнетима. Концентратори који раде са перманентним магнетима су једноставније конструкције и немају трансформаторско – исправљачку и контролну јединицу. Суви бубњасти нискоинтензивни магнетски сепаратори користе се за концентрацију минералних сировина ситнијих од 20 mm. Могу бити са једним или више бубњева. Код сувих сепаратора са једним бубњем издвајају се два (магнетична и немагнетична фракција), а са више бубњева три (магнетична и немагнетична фракција и међупроизвод) производа. Основни део ових концентратора је бубњасти омотач од дијамагнетичног материјала унутар којег су смештени стационарни вишеполни магнети. Магнети покривају око половине обима бубња. Изглед магнетског концентратора са једним, два и три бубња је приказан на слици 3.67. Слика 3.67. Суви бубњасти магнетски концентратор: а) са једним бубњем, б) са два бубња, в) са три бубња Минерална сировина се преко вибро хранилице додаје директно на бубањ у зони деловања магнета. Магнетична фракција се лепи за плашт бубња, а немагнетична, под дејством центрифугалне силе, прелази преко бубња и пада у канал за немагнетичну фракцију. Ротирањем бубња магнетична зрна се износе из зоне дејства магнета што доприноси да се одлепљују од плашта и падају у канал за магнетичну фракцију. Брзина ротирање бубња је 1-6 m/s тако да највећи део магнетичних минерала има времена да се услед дејства магнетског поља залепи за плашт бубња. Да би резултати били задовољавајући неопходно је обезбедити храњење у монослоју. Код концентратора са два бубња горњи (или први на који се додаје минерална сировина) се обрће мањом брзином, тако да се на њему издваја дефинитивна јаловина. Магнетична фракција се упућује на доњи бубањ који се обрће већом брзином како би се пречистила магнетична фракција. На другом бубњу се издваја магнетична фракција (као концентрат) и међупроизвод који се враћа у процес уситњавања и на поновну концентрацију. Могућ је и другачији распоред, тако се најпре, на првом бубњу, издвоји магнетична фракција, а потом, на другом међупроизвод и немагнетична фракција. Код концентратора са три бубња горњи пар бубњева може да се обрће већом брзином и има магнетско поље мање јачине. Минерална сировина преко хранилице пада на горње бубњеве који је уносе у магнетско поље. На плашт бубња се лепи магнетична фракција док немагнетична и слабомагнетична зрна падају на трећи (доњи) бубањ. На доњем бубњу се раздвајају међупроизвод и немагнетична фракција. Немагнетична фракција се одваја као јаловина, док се међупроизвод шаље на додатно уситњавање и поновну концентрацију. Могућа је и конфигурација по којој се горњи бубањ обрће мањом, а доња два већом брзином, односно конфигурација у којој се сва три бубња обрћу различитим брзинама. У зависности од конфигурације мења се и редослед издвајања дефинитивних производа. Суви тракасто-бубњасти нискоинтензивни магнетски концентрато ри се користе за концентрацију крупних комада (-300 mm), односно за издвајање богате магнетичне руде одмах после примарног или секундарног дробљења. Стационарни магнети се постављају унутар ротирајућег бубња преко кога прелази транспортна трака, са наизменичним распоредом полова при чему њихова конфигурација може бити управна на смер кретања траке или у смеру кретања траке. Минерална сировина се додаје на почетку транспортне траке која служи као хранилица и средство за транспорт минералне сировине кроз магнетско поље. Брзина кретања траке обично варира од 0,5 до 2,5 m/s. 3.5.4.2. Мокри нискоинтензивни магнетски концентратори У мокрим магнетским концентраторима ниског интензитета концентрише се минерална сировина крупноће –3+0 mm (чешће –3+0,050 mm). Ови концентратори раде са отвореним магнетским системом, а по облику су обично бубњасти. Мокри бубњасти нискоинтензивни магнетски концентратори се израћују са једним бубњем, а комбиновањем више јединица може се добити конфигурација са више бубњева сагласно захтевима процеса концентрације. У зависности од конструкције, могу издвајати два или три производа. По правилу, мокри магнетски концентратори издвајају и муљ (као прелив из корита у које се минерална сировина уводи). Основни делови мокрих бубњастих концентратора ниског интензитета су бубањ, систем магнета (перманентних или електромагнета), корито, улазни канал, канали за прикупљање производа концентрације, механички и хидраулички скидачи материјала са плашта бубња и погонска група. Шематски приказ мокрог магнетског концентратора ниског интензитета је дат на слици 3.68. бубањ погон улаз спреј чистач бубња корито за магнетичну фракцију корито магнети немагнетична фракција Слика 3.68. Мокри магнетски концентратор ниског интензитета Бубањ је уроњен у корито у које се додаје пулпа са масеним уделом чврсте фазе од око 20%. Бубањ се обично израћује од нерћајућег челика и облаже гумом или полиуретаном. Унутар бубња су смештени стационарни магнети тако да испуњавају најмање половину обима бубња. Преко улазног канала, по целој ширини бубња, хидромешавина се додаје у корито у којем се налази бубањ. Магнетична зрна се лепе за плашт бубња који их ротирањем износи из корита и ван дејства магнета. Када ослаби дејство магнета зрна се одлепљују (одлепљивање се потпомаже деловањем механичког чистача бубња и прскањем воде) и падају у канал за магнетичну фракцију. Немагнетична зрна падају на дно канала одакле се одводе у канал за немагнетичну фракцију. У зависности од смера кретања пулпе у односу на смер обртања бубња разликују се проточни (слика 3.69.а), противточни (слика 3.69.б) и полупротивточни магнетски концентратори (слика 3.69.в). Слика 3.69. Мокри бубњасти магнетски концентратори: а) проточни, б) противточни, в) полупротивточни 3.5.4.3. Високоинтензивни магнетски концентратори За концентрацију слабомагнетичних минерала користе се високоградијентни или високоинтензивни магнетски концентратори . Ови концентратори користе затворене магнетске системе, а као магнети се користе електромагнети. Као високоинтензивни магнетски концентратори срећу се »класични« концентратори (тракасти, с дисковима, ваљкасти) и матрични концентратори, који су новије конструкције. Савремени високоинтензивни магнетски концентратори постижу јачину магнетског поља до 2 Т. Постизање већих јачина је онемогућено поларизационим могућностима гвожђа. Високоградијентни или високоинтензивни концентратори користе се за концентрацију слабомагнетичних минералних сировина ситнијих од 3 mm (матрични често раде са сировинама ситнијим од 0,050 mm). Матрица представља мноштво уметака високе индуктивности и ниске коерцитивне силе између којих се у јако магнетичном пољу индукује јако нехомогено поље. Као умеци за израду матрица користи се нерћајући феромагнетски челик у облику челичне вуне, мреже, кугли и сл. Матрица се уноси у магнетско поље чиме се повећава јачина магнетног поља и проширује домен примене агнетске концентрације. Шематски приказ места матрице и принцип раздвајања зрна унутар матричног магнетског поља приказан је на слици 3.70. Елеменат матрице Немагнетична зрна (НМ) Магнетична зрна (М) НМ М Слика 3.70. Матрица у магнетном пољу и принцип раздвајања: а) концентрација, б) испирање На тржишту има више врста високо градијентних концентратора, а најширу примену имају концентратори ћонс ( »Jones«), Боксмаг Рапид (»Boxmag Rapid«), Сала (»Sala«) и др. На слици 3.71. дата је шема мокрог високо градијентног концентратора Сала . улаз вода за испирање матрица вода за испирање прстен магнетска глава станица за испирање немагнетична фракција магнетична фракција Слика 3.71. Шема мокрог високоградијентног магнетског концентратора »Sala« Високоинтензивни магнетски концентратор »Сала« користи матрицу израћену од нерћајућег феромагнетског челика формирану у облику мреже или вуне. Матрица је смештена у карусел ослоњен на водеће ваљке који га носе кроз магнетске главе у којима се врши раздвајање магнетичне од немагнетичне фракције. Магнетична фракција се истискује из матрице у станици за испирање. Поред матричних високоградијентних концентратора за концентрацију слабомагнетичних минералних сировина користе се и ваљкасти, тракасти и концентратори са дисковима . На слици 3.72. дата је слика и шема сувог високоградијентног ваљкастог магнетског концентратора Боксмаг Рапид . прихватни бункер помични пол први ваљак други ваљак помични пол магнетично немагнетично б) фиксни пол раздељивач фиксни пол раздељивач Слика 3.72. Суви високоградијентни магнетски сепаратор »Боксмаг Рапид«: а) шема рада, б) спољни изглед Минерална сировина (пожељно је да да пре третирања у високоградијентном магнетском концентратору проће кроз концентратор ниског интензитета како би се одвојили јако магнетични минерали) се додаје у прихватни сандук одакле се вибро хранилицом доводи на ваљак који је смештен унутар магнетског поља. Ваљак се обрће и износи магнетична зрна која се хватају за плашт, док немагнетична зрна слободно падају на други ваљак. На другом ваљку се врши додатна концентрација по истом принципу. У зависности од врсте минералне сировине и магнетског сусцептибилитета на концентратору је могуће регулисати јачину магнетског поља, брзину обртања ваљака, положај разделне сипке, растојање између помичног пола и ваљака итд. Тракасти магнетски концентратор Ветерил ( »Wetheryll« ) је приказан на слици 3.73. Слика 3.73. Шема тракастог магнетског концентратора Ветерил Минерална сировина се преко вибро хранилице додаје у монослоју на траку. Трака минералну сировину проводи кроз три магнетска поља. Интензитет магнетског поља расте од првог до трећег, тако да се у првом пољу издвајају минерали најјачег сусцептибилитета, а у последњем најслабијег. Изношење магнетичних фракција из магнетног поља решено је преко транспортних трака које стоје управно у односу на основну траку. Немагнетична фракција која је прошла кроз све три магнетска система улаз улаз магнетична фракција издваја се на крају транспортне траке. Магнетски концентратор са дисковима, фирме Рапид ( »Ra pid« ) је приказан на слици 3.74. HM Преко вибро хранилице минерална сировина се уводи на траку преко које се транспортује кроз више магнетских поља. У зависности од магнетског сусцептибилитета магнети захватају магнетичHM на зрна, која се лепе за ротирајуће дискове преко којих излазе из магнетског поља и празне се у канал за магнетичну фракцију. Незахваћена зрна се, као неСлика 3.74. Шема магнетског концентратора са дисковима, тип Рапид магнетична фракција празне на крају траке. 3.5.5. Технолошке шеме Технолошка шема комплексне прераде минералне сировине на сувим бубњастим магнетским концентраторима ниског интензитета уз вишеструко пречишћавање је приказана на слици 3.75. После сувог аутогеног млевења и класирања (на ситима) целокупна маса прелази преко првог магнетског концентратора са три бубња. Брзина обртања сваког од три бубња је различита, а издвајају се три производа: дефинитивни концентрат, јаловина и међупроизвод. Међупроизвод се упућује на додатно уситњавање (млин са куглама) и пречишћавање у магнетском концентратору са два бубња. Први бубањ има мању, а други већу брзину обртања. На првом се издваја дефинитивна јаловина, а на другом концентрат и међупроизвод. Међупроизвод се у затвореном циклусу враћа назад на млевење. суво млевење магнетски концентратор немагнетична фракција магнетична фракција магнетски концентратор међупроизвод немагнетична фракција магнетична фракција Слика 3.75. Шема суве магнетске сепарације на бубњастим концентраторима ниског интензитета Магнетска концентрација на сувим тракасто-бубњастим концентраторима је приказана на слици 3.76. чељусна дробилица сито (+) магнетски сепаратор (-) магнетична фракција конусна дробилица магнетски сепаратор магнетски сепаратор немагнетична фракција међупроизвод Слика 3.76. Шема суве магнетске концентрације на тракасто–бубњастим концентраторима ниског интензитета Као што се види на концентрацију долази минерална сировина после секундарног дробљења. У првом степену одваја се крупнозрна богата руда, а остала иде на терцијарно дробљење и поновно третирање на магнетским концентраторима. 3.6. ОСТАЛЕ МЕТОДЕ КОНЦЕНТРАЦИJЕ 3.6.1. Електрична концентрација Електрична концентрација се заснива на различитим електричним карактеристикама минералних компонената након увођења у електрично поље. Карактеристике на којима се базирају електричне методе концентрације су: електропроводљивост (најчешће), дијаелектрична пермитивност, потом трибоелектрични, пироелектрични и пијезоелектрични ефекат. Електрична концентрација се користи за концентрацију зрнастих (сипких) сировина чија крупноћа не прелази 3 mm. Пошто прашина смањује електропроводљивост уобичајено се минерална сировина пре електричне концентрације отпрашује тако да се концентрацији подвргава класа –3+0,050 mm. Ради постизања бољих резултата минерална сировина се понекад подвргава хемијској обради. Ради се о третирању минералне сировине одређеним реагенсима како би се постигла селективна квашљивост (као код флотацијске концентрације) и тиме смањила или повећала површинска електропроводљивост. Електрична концентрација најширу примену налази код неметаличних минералних сировина (фелдспат, кварц, воластонит, лискун, апатит, фосфорит итд). Према електропроводљивости све материје се деле на проводнике, полупроводнике и дијаелектрике. Проводници су материје са металном хемијском везом. Носиоци наелектрисања су електрони који се слободно крећу око позитивних јона. Проводници су углавном метали и међу минералним сировинама (сем самородних метала), практично, нема проводника. Полупроводници су материје са ковалентном везом између атома. Носиоци наелектрисања су електрони који су напустили своја места у хемијској вези. Мећу минералним сировинама има полупроводника. Најбољи су антрацит, арсенопирит, галенит, графит, злато, илменит, хематит, халкопирит и др. Дијаелектрици су материје са јонским типом хемијске везе. Носиоци наелектрисања су јони, и само изузетно електрони. Дијаелектрици су практично непроводници (изолатори). Већина минералних сировина може се сврстати у ову групу. Као што је за магнетску концентрацију неопходно успостављање магнетског поља тако је за електричну концентрацију неопходно успостављање електричног поља. Електрично поље представља простор у којем се испољава деловање електричних сила на наелектрисана тела. Електрично поље може бити отворено и затворено. Отворено електрично поље се образује са једном електродом, а затворено између две разноимено наелектрисане електроде. Затворено електрично поље може бити хомогено и нехомогено. Хомогено магнетско поље се остварује између плочастих електрода, а нехомогено између електрода од којих је најмање једна сферична. На слици 3.77. је шематски приказано отворено и затворено електрично поље. У зависности од врсте електричног поља и наелектрисања електрична концентрација се дели на: - електростатичку концентрацију, - корона концентрацију, и - корона-електростатичку концентрацију. Електростатичка концентрација се заснива на разлици у електропроводљивости минерала при контактном (додир са електродом високог напона) или комбинованом наелектрисању (додиром и индукцијом). При електростатичкој концентрацији минерала знак наелектрисања полупроводника је исти као наелектрисање електроде, док се дијаелектрици наелектришу супротним знаком. Овакво наелектрисање доводи до одбијања полупроводника од електроде и припијања дијаелектрика. Овај вид електричне концентрације се најчешће примењује за издвајање дијамагнетика из полупроводничке минералне сировине. Слика 3.77. Шематски приказ електричног поља: а) отворено поље, б) затворено поље, нехомогено, в) затворено поље, хомогено Корона концентрација или концентрација са корона електродом се заснива на електропроводљивости минерала при уношењу у нехомогено електрично поље у којем се јавља корона ефекат. Корона ефекат се остварује између зашиљене електроде високог напона (корона електрода) и уземљене електроде веће површине (одлагајућа електрода). Од короне ка уземљеној електроди креће се ток негативних јона гаса који се апсорбује на површини минерала дајући им негативно наелектрисање. Добри проводници у контакту са уземљеном електродом предају јој наелектрисање и постају неутрални или позитивни, полупроводници извесно време задржавају наелектрисање, а дијаелектрици поларизују. У зависности од брзине и начина измене наелектрисања у контакту са уземљеном електродом долази до различитог кретања и тиме до раздвајања минерала. Концентрација са корона електродом се најчешће користи за раздвајање минерала полупроводника. Корона–електростатичка концентрација се заснива на наелектрисању минерала пражњењем корона електроде и издвајању минерала у нехомогеном електростатичком пољу. У зависности од врсте електричне концентрације конструисани су и електрични концентратори. На слици 3.78. шематски је приказан принцип рада концентратора са електростатичком електродом, са корона електродом и комбиновано са корона и електростатичком електродом. -непроводник -проводник Слика 3.78. Принцип рада електричних концентратора: а) електростатички, б)коронарни, в) коронарно електростатички 3.6.2. Хемијски процеси концентрације (лужење) Лужење је један од хемијских процеса концентрације. Хемијски или хидрометалуршки процеси концентрације базирају се на разликама у агрегатном стању корисних и некорисних минералних сировина. Да би се ова разлика постигла минерална сировина се подвргава растварању или загрејавању. Превођење корисних минерала у раствор (течно стање) назива се лужење, а у гас сублимација. Са практичног аспекта растварање корисних минералних сировина је далеко значајније. Лужење је процес селективног растварања одређених минерала у воденим растворима киселина, база или соли. Користи се за валоризацију многих минералних сировина комплексног минералног и хемијског састава у којима је, најчешће, учешће корисних компонената ниско. Најширу примену је нашло у валоризацији руда бакра и урана, потом руда племенитих и ретких метала и неких неметала. Колики је значај лужења у савременом светском рударству најбоље се сагледава из чињенице да се последњих година више од 1/3 светске производње бакра добија лужењем. Селективно растварање или лужење не користи се увек као самостални процес већ се може комбиновати и са другим процесима припреме минералних сировина (најчешће са флотацијском концентрацијом). Селективно растварање је могуће обавити двојако: - растварање пратећих (јалових) компонената, и - растварање корисних минералних компонената. У првом случају, који се знатно ређе примењује, растварају се јалове компоненте (које су у облику карбоната, силиката, алумината итд.), а заостала чврста компоненте представља корисни производ. Економску оправданост овај вид растварања постиже само код лужења јако богатих минералних сировина, односно може се применити у случајевима у којима се пратећа, јалова, компонента много брже и лакше раствара од корисне. У другом случају, који се најчешће подразумева када се говори о лужењу, у раствор се преводе корисне компоненте. У ову групу спада и раздвајање двеју или више корисних компонената селективним растварањем. Пример оваквог рада јесте раздвајање колективног флотацијског концентрата бакра, олова и цинка или издвајање арсена из концентрата цинка итд. Процеси растварања се деле на »обичне« или физичке и на хемијске процесе. Код физичког растварања растворена минерална сировина не мења свој хемијски састав и накнадним упаравањем или кристализацијом може се вратити у првобитно стање. У савременој рударској пракси физичко растварање се ређе среће, а подвргавају му се најчешће минерали у облику хлорида и сулфата. Типичан пример физичког растварања представља бушотинска експлоатација кухињске соли при којој се кухињска со преводи у водени раствор, износи у таквом стању на површину и, потом, упаравањем или кристализацијом враћа у првобитно стање. Процеси хемијског растварања су комплекснији, долази до хетерогених хемијских реакција између чврсте фазе (минерална сировина – минерал, самородни метал) и растварача (водени раствор киселине, базе или соли) после чега се минерална сировина физичким путем не може вратити у првобитно стање. Хемијско растварање може да буде хемијска реакција замене, редокс-реакција и реакција са образовањем комплекса. Хемијска реакција замене је карактеристична за растварање силикатног минерала бакра – хризоколе: Редокс-реакција прати излуживање урана: Образовање комплекса је карактеристично за лужење самородних метала. Типичан пример је цијанизација (као растварач користи се цијаниди) самородног злата: У зависности од минералне сировине, њеног минералног и хемијског састава бира се најподеснији начин растварања. Да би се минерална сировина подвргла лужењу треба да постоји разлика у растворљивости корисне и некорисне минералне компоненте, односно пратећа, јалова, сировина треба да има минималан степен растварања. Уколико је пратећа сировина растворљива (карбонати, сулфати, алуминати итд.) долазиће до онечишћења раствора, колмирања (затварања) међупростора кроз које струји растварач, прекомерне потрошње растварача и других проблема. Целокупни процес лужења изводи се у више фаза: - припрема за растварање (подразумева припрему сировине и простора за растварање), - селективно растварање, - одвајање чврсте од течне фазе, - превођење компонената из раствора у друге погодне облике, - регенерација хемијских реагенаса. Растварање (лужење) минералне сировине може се изводити на два начина: перколационо и агитационо. Перколационо лужење је процес код којег раствор растварача пролази кроз слојеве минералне сировине која је у стању мировања. Може се изводити »in situ« (на лицу места), на гомили (односно, на одлагалиштима) и у посебним резервоарима. Примењује се за валоризацију сиромашних минералних сировина, давно одложене ванбилансне руде (тзв. халде) и руде која је после примене неког од процеса припреме као јаловина одложена на јаловишту. Перколационо лужење се карактерише релативно једноставним и јефтиним припремним радовима на самој сировини. Наиме, врши се растварање крупнозрне минералне сировине која се не уситњава (када се врши лужење »in situ«), која се уситњава минирањем и понекад дроби у примарној дробилици (када се врши лужење »на гомили«), односно која се дроби (када се лужење врши у резервоарима). Перколационо лужење »in situ« врши се на лежишту, односно на делу лежишта које се претходно не експлоатише нити се минерална сировина посебно припрема. Припрема за овај вид перколационог лужења обухвата изградњу бушотина кроз које се убацује раствор, изградњу система за дренирање и прихватање обогаћеног раствора, односно система за хидротехничку изолацију простора који се лужи. Растварач (кисели или базни водени раствор) се полако креће кроз слојеве лежишта и утицај човека на брзину кретања кроз руду је минималан (повремено се може вршити растресање масе минирањем). Раствор се прихвата дренажним системом и у зависности од концентрације корисне компоненте враћа назад у бушотине или иде на даљу прераду. Велики проблем лужења »in situ« представља губитак обогаћеног раствора, односно загађење околине тим раствором. Оваква ситуација условљава да се »in situ« најчешће луже повлатни слојеви у којима се налазе ванбилансне резерве, потом заштитни стубови и делова лежишта чија класична експлоатација (откопавање) је комплексна или, из различитих разлога, неекономична. Комбиновањем класичног подземног откопавања, које подразумева израду и опремање подземних просторија и објеката различите намене, и лужења лакше и економски повољније се обезбеђује дренирање и прихватање обогаћеног раствора, смањује његово растурање по околини што има позитивне ефекте на производњу и околину. На слици 3.79. шематски је приказано лужење »in situ«. резервоар за растварач резервоар за растварач постројење постројење распрскавање раствора рудно тело перфорисане цеви пумпа рудно тело бушотина за ињектирање перфорисане цеви пумпа Слика 3.79. Шематски приказ »in situ« лужења отпуцане масе Перколационо лужење »на гомили« подразумева експлоатацију минералне сировине, понекад њено примарно дробљење и одлагање на посебно припремљену подлогу. Због реалне могућности да дође до загађења околине раствором који се користи за излуживање хидроизоловању терена на којем се врши лужење посвећује се посебна пажња. Припрема терена најчешће подразумева следеће активности: - каптирање постојећих подземних и површинских вода и њихово извођење из контура простора за лужење, - потпуно чишћење (уклањање дрвећа, пањева, великих стена), равнање и уваљавање терена, као подлоге будућег одлагалишта, - разастирање пластичне фолије (данас се ретко користи глина, асфалт и бетон, већ се користе фолије израћене од полиетилена високе густине – HDPE, дебљине 1,5 до 2,5 mm, ширине траке до 10 m и дужине до 100 m) по изравнатом терену, - наношење заштитног слоја шљунка дебљине 200 до 500 mm на фолију (предност се даје шљунку због заобљености и не постојања јасно изражених ивица као код дробљеног материјала) ради заштите фолије од физичког оштећења при проласку дампера или истресању руде (због смањења трошкова понекад се најпре, директно на фолију, наноси тањи слој шљунка, а потом се преко њега одлаже слој дробљене минералне сировине), - израда цевног дренажног система изнад фолије (најчешће се уклапа са заштитним слојем шљунка) ради прихватања обогаћеног раствора и извођења из контура одлагалишта, и - израда ободног насипа мале висине и дренажних канала са спољној косине ради оконтурења одлагалишта и спречавања губитка раствора (унутрашња косина ободног насипа се облаже фолијом као и дно одлагалишта). Изглед слојевито постављене заштите терена на којем се врши лужење »на гомили« је приказан на слици 3.80., а на слици 3.81. је дата фотографија формирања »гомиле« на припремљеном терену. Једнострука облога глина фолија Двострука облога фолија глина фолија дренажа глина Трострука облога фолија глина дренажа глина фолија дренажа фолија глина Слика 3.80. Заштита терена на којем се одлаже минерална сировина која се лужи На припремљени терен се наноси минерална сировина (најчешће камионима и дамперима) која је предвиђена за лужење. Због брзине проласка раствора кроз одложену масу и повећања ефикасности излуживања одлагање се врши у слојевима дебљине 10 до 30 m у тзв. паралелном »прстастом« распореду, приказаном на слици 3.82. Слика 3.81. Формирање »гомиле« ваздух Слика 3.82. Одлагање минералне сировине у облику паралелних прстију Одложени материјал се буши, до дубине 3–4 m, ради минирања и додатног растресања површинског слоја који је сабијен проласком камиона и друге механизације. По тако формираном одлагалишту врши се развођење цевовода и монтажа прскача за довођење и дистрибуцију раствора. Да би се повећало искоришћење на одлагалишту се буше и дубоке бушотине кроз које се инјектира раствор. Перколационо лужење »у резервоарима« ређе се примењује, а састоји се у одлагању минералне сировине у посебно припремљене резервоаре (најчешће бетонске), натапање раствором и одвођење обогаћеног раствора. Након што се сва расположива корисна компонента излужи прави се нови резервоар или се празни претходни па се у њега поново доводи свежа минерална сировина. Сви видови перколационог лужења теку споро (због спорог кретања раствора и мировања минералне сировине) и третирање може да траје годинама. Агитационо лужење је процес растварања минералне сировине у којем се стално врши мешање и кретање минералне сировине и раствора. То се може обављати под нормалним притиском и на температури околине у уређајима који се називају агитатори, односно може се обављати под повишеним притиском и на повишеним температурама у аутоклавама. Стално мешање захтева прилагођавање крупноће минералне сировине могућностима мешача па се агитационом лужењу подвргава минерална сировина ситнија од 0,3 mm. Врло често је то производ флотацијске концентрације (концентрат, када се врши раздвајање корисних компоненти, односно јаловина, када се врши раздвајање оксидних, силикатних или сулфатних корисних минерала који се нису могли валоризовати у процесу флотирања). Пошто је агитационо лужење динамички процес који се обавља у посебно припремљеним судовима (најчешће металним судовима снабдевеним одговарајућим облогом) упркос испирању пре напуштања процеса, са еколошког аспекта, је најделикатнији процес одлагања чврсте, јалове компоненте. Да би се спречило загађење околине, у овом случају је губитак корисне супстанце кроз обогаћени раствор занемарљив, јаловишта треба хидроизоловати по принципима који се много не разликују од хидроизолације терена на којем се врши перколационо лужење »на гомили«. Трајање процеса агитационог растварања се мери часовима. Да би се процес оксидације и растварања корисне минералне супстанце убрзао, повећао степен излуживања и смањила потрошња киселине користе се и одговарајуће бактерије које учествују у тзв. бактериолошком лужењу . Трећа фаза процеса лужења јесте фаза одвајања чврсте од течне фазе . Када је у питању перколационо лужење основни процес раздвајања је дренирање, док се код агитационог примењују процеси згушњавања (у хидроциклонима и згушњивачима) и филтрирања. Када је чврста (нерастворна) компонента јалова процес се завршава њеним испирањем како би се концентрација заосталог раствора учинила минималном. Наредна фаза процеса лужења јесте превођење растворене компоненте у други облик . Када је растворена јаловина тада је третирање раствора базирано на еколошким захтевима, како би утицај депонованог раствора на околину био минималан. Када се у облику раствора издваја корисна компонента тада у овој фази треба на најефикаснији и најјефтинији начин издвојити корисну компоненту. За издвајање корисних компонената користе се следећи поступци: кристализација, превођење корисних компонената у нерастворне талоге, различити видови сорпције и електролиза. Процес лужења се, практично, завршава регенерацијом растварача не само ради његовог поновног коришћења већ и ради заштите околине. Комплетна технолошка шема агитационог лужења руде злата цијанидима и издвајање електролизом је приказана на слици 3.83. муљна пумпа хидроциклон узимач узорка сито бункер додавач муљна пумпа додавач хидробункер муљна пумпа аутогени млин екстракција злата млин са куглама смер кретања угља смер кретања пулпе цијанидно лужење преаерација згушњивач циклон сито јамски засип муљна пумпа агитатори електролиза агитатори реекстракција злата пречишћавање отпадне воде јаловиште агитатори згушњивач муљна пумпа Аu полуга регенерација угља у процес екстракције Слика 3.83. Шема агитационог лужења и електролизе злата Приказани процес обухвата: - допрему, складиштење, уситњавање и класирање минералне сировине, - агитационо лужење злата цијанидима, - издвајање злата из цијанидног раствора помоћу активног угља, - реекстракцију злата активним угљем и регенерацију активног угља, - електролитичко таложење злата из обогаћеног цијанидног раствора, - третирање јаловине. Примарно издробљена руда се допрема на постројење где се додатно уситњава у аутогеном и млину са куглама. После класирања прелив хидроциклона се згушњава. Песак згушњивача најпре пролази кроз два агитатора у којима се врши регулација pH вредности (10-11) и аерација (обогаћивање кисеоником). Потом, целокупна хидромешавина пролази кроз више каскадно постављених агитатора у којима се врши растварање злата цијанидом. Издвајање злата се врши адсорпцијом на честицама активног угља. То се обавља у више каскадно постављених агитатора. Свежи активни угаљ се додаје у последњи агитатор тако да је кретање пулпе и активног угља противточно. Издвојени угаљ се након просејавања и киселинског испирања шаље у колону на реекстракцију (десорпцију) злата. Раствор реекстракције је обогаћен златом и упућује се у електролизу на електролитичко таложење злата из цијанидног раствора. Активни угаљ се после регенерације враћа у процес, а јаловина се одлаже на јаловиште. Агитационо лужење траје око 6 часова, колико и десорпција злата у колони. 3.6.3. Специјалне методе концентрације Група поступака за концентрацију минералних сировина базираних на специфичним својствима минерала (боја, сјај, чврстоћа, крупноћа, еластичност, радиоактивност исл.) који нису нашли посебно велику примену или се примењују само на одређеним минералним сировинама (економски обично мање значајним) назива се специјалним методама концентрације. Специјалне методе концентрације сем што користе неку веома специфичну особину одређене минералне сировине одликују се једноставношћу и релативно ниским трошковима прераде. У специјалне методе концентрације спадају: ручно одабирање, прање минералне сировине као метода концентрације минералних сировина са повећаним садржајем алумината, селективно уситњавање, просејавање и класирање као метод концентрације, радиометријске методе, фотометријске методе концентрације итд. Ручно одабирање спада међу најједноставније методе концентрације. Заснива на јасно видљивим разликама у боји, сјају или облику између корисних и некорисних минералних сировина. Примењује се на богатим минералним сировинама. Концентрација се може обављати уклањањем јалових комада (комади лапорца код чишћења лигнита) или издвајањем корисних (издвајање комада азурита, уочљиво светлоплаве боје, из руде бакра). Ручно одабирање се врши са равних трака, које се крећу малом брзином, или жљебова, кроз које се руда креће споро. За ручно одабирање пожељно је да минерална сировина има већу крупноћу (и преко 100 mm) и да буде опрана, односно да на површини комада нема глиновитих или других наслага. Радници се распорећују поред транспортног средства и ручно уклањају комаде, који им се после субјективне процене, учине подесним. Прање минералне сировине може бити припремни део процес прераде минералне сировине гравитацијском или магнетском методом, али може бити и самостална метода концентрације. Као самостална метода концентрације најчешће се користи код богатих руда гвожђа и неких неметаличних минералних сировина (кварцни песак, шљунак итд.). Прање се може користити и као метода чишћења угља, обично лигнита, ради уклањања пескова из подине или повлате који су слабим атхезионим силама везани за површину угља. Прање се може обављати на ситима и механичким класификаторима, када се истовремено врши и класирање, и у посебно направљеним бубњевима за прање. Просејавање и класирање су процеси који прате уситњавање минералних сировина, али се срећу и као самосталне методе концентрације одређених минералних сировина. Најчешће су то руде азбеста, лискун, глина, угљеви и сл. Код угљева се просејавањем издвајају сортимани који се међусобно не разликују само по крупноћи већ и по топлотној вредности, садржају пепела и волатила, применљивости итд. Просејавање и класирање је често примењиван процес код припреме грађевинских материјала (песак, шљунак, дробљени кречњак и сл.). Просејавање се обавља на ситима, различитог облика, а класирање у хидроциклонима и механичким класификиторима. Као користан производ може се издвајати крупнија класа (код угља, шљунка итд.) или ситнија (код глина). Селективно уситњавање као метода се базира на различитом отпору уситњавању различитих минералних компонената. Најкарактеристичнија је примена код концентрације руда хризотил азбеста, лапоровитих угљева, разних пешчара и наноса, граната и лискуна, руда гвожђа итд. Селективно уситњавање се врши у ударним дробилицама и млиновима различите изведбе. Селективно уситњавање, по правилу, прати класирање на неком од уобичајених уређаја за класирање. Радиометријске методе концентрације заснивају се на разликама у интензитету емисије и апсорпције неког зрачења. Емисионе методе концентрације су засноване на одређивању интензитета зрачења минерала, а апсорпционе на одређивању степена слабљења пропуштеног зрачења кроз минерал. Индустријску примену имају емисионе методе, и то: ауторадиометријске, луминисцентне и фотометријске. Ауторадиометријске методе користе гама (γ) зрачење, а користе се за концентрацију руда урана и торијума. Луминисцентне ме тоде се заснивају на побуђивању луминисценције (светлење тела на други начин, а не услед усијаности) минерала деловањем гама или ултравиолетних зрачења. Користе се за концентрацију шелита, флуорита, дијаманата и сл. Фотометријске (или оптичке) методе се заснивају на разлици у коефицијенту расејане или одбијене светлости од комада руде. Користе се за концентрацију неметаличних минералних сировина (барит, гипс, магнезит, калцит идр.). 3.7. КОНТРОЛА И РЕГУЛАЦИЈА ПРОЦЕСА КОНЦЕНТРАЦИJЕ Да би се процес концентрације минералних сировина водио у задатим параметрима, те да би се квантитативно и квалитативно добили предвиђени производи, савремена постројења су допуњена уређајима и програмима који омогућавају аутоматску контролу и управљање процесом. Увођење аутоматске контроле и регулације започиње мерењем основних и најзначајнијих параметара, а потом се, у сагласности са добијеним вредностима, врши корекција на ниво који је задат. Аутоматска контрола и регулација највише се примењује на постројењима за флотацијску концентрацију, мада се управља и другим поступцима концентрације. 3.7.1. Контрола и регулација процеса флотацијске концентрације Циљне функције флотирања су максимално искоришћење корисних компонената уз обезбеђење концентрата кондиционог квалитета и минималну потрошњу флотацијских реагенаса и енергије. Контрола и регулација процеса флотацијске концентрације наставља се на контролу и регулацију из процеса уситњавања (млевења). Из процеса млевења добија се флотацијска пулпа са заданим учешћем чврсте компоненте, минерална сировина је довољно отворена, а pH вредност се креће у заданом опсегу. Све се то контролише преко уређаја који се зове ПСМ (акроним од енглеских речи »particle size monitor«). На улазу у процес флотирања регулација и контрола се настављају тако што се прати: - ниво флотацијске пулпе у флотацијским ћелијама, - количина ваздуха која се додаје у флотацијску ћелију, - утрошак флотацијских реагенаса по заданим местима додавања, - pH вредност пулпе у неким ћелијама, - учешће заданих компонената (најчешће су то корисне и штетне) на улазу, у концентрату и јаловини, итд. Ниво пулпе у флотацијским ћелијама се контролише преко различитих мерача (капацитивних, ултразвучних, масеним итд.), а регулација се врши отварањем или затварањем вентила на доводу пулпе у ћелије или на вентилима и пропустима којима се пулпа усмерава из једне ћелије у другу. Количина ваздуха и утрошак флотацијских реагенаса се контролише преко различитих мерача протока, а регулација се обавља преко регулационих вентила. Контрола и регулација процеса концентрациJе Базичност, односно киселост пулпе се контролише пехаметрима различите изведбе, а регулација се обавља додатним отварањем или затварањем регулационог вентила на цевоводу којим се кречно млеко или нека киселина доводи у ћелију. Садржај заданих компонената на улазу, у концентрату и јаловини обавља се у два корака. У првом се врши узорковање (најчешће аутоматским узоркивачима), а у другом кораку се у лабораторији одређује учешће заданих компонената. Контрола квалитета производа обавља се и континуално и без посебног узорковања различитим »on-line« анализаторима. На бази добијених података врши се билансирање и контрола процеса концентрације. Поред наведених, уводе се и одређене заштитне и блокадне активности. Најчешће се то односи на оптерећење и температуру намотаја код електромотора (посебно код дуваљки, муљних пумпи и кондиционера), ниво кречног млека (и других флотацијских реагенаса) у кондиционеру из којег се врши дистрибуција итд. Може се приметити да је обим контрола и регулација мањи него код млевења чиме се још једном потврћује пресудни утицај фазе финог отварања минералне сировине на технолошке резултате и саму економичност припреме. 3.7.2. Контрола и регулација процеса гравитацијске концентрације Циљне функције гравитацијске концентрације су максимално искоришћење корисних компонената уз обезбеђење концентрата кондиционог квалитета и минималну потрошњу воде, ваздуха и енергије, када је у питању концентрација у води и ваздуху, односно суспензоида и енергије када је у питању гравитацијска концентрација у тешкој средини. Контрола и управљање започиње у процесу уситњавања и класирања како би се на улазу у процес гравитацијске концентрације добила припремљена минерална сировина. Посебно се води рачуна о контроли и регулацији у фази класирања као неопходној предрадњи за гравитацијску концентрацију у флуидима вода и ваздух. При концентрацији у флуиду вода и ваздух поред регулације потрошње флуида врши се контрола и регулација рада појединих машина. Најчешће се регулише рад машина таложница. Контрола и регулација подразумева управљање бројем и амплитудама пулсација уз континуалне промене у зависности од крупноће улазне минералне сировине, потом регулацију протока минералне сировине кроз машину, регулацију пражњења производа итд. Регулација процеса концентрације ситних класа крупноће у флуиду вода своди се на регулацију удела чврстог на улазу у процес и регулацију и дистрибуцију протока кроз уређаје. Када је у питању контрола и регулација рада постројења за концентрацију у тешкој средини тежиште се пребацује на одржавање густине и вискозитета тешке средине у заданим границама, потом регулација нивоа у уређају за концентрацију, односно резервоару у којем се скупља регенерисана суспензија, регулација капацитета уређаја итд. 3.7.3. Контрола и регулација процеса магнетске концентрације Циљне функције магнетске концентрације су максимално искоришћење корисних компонената уз обезбеђење концентрата кондиционог квалитета и минималну потрошњу енергије. Аутоматска контрола и регулација започиње у фази уситњавања и класирања како би се на улазу добила минерална сировина потребних карактеристика. То прати и регулацију густине пулпе на улазу у магнетски концентратор. У самом концентратору најчешће се регулише брзина проласка материјала кроз магнетско поље променом броја обртаја на електромотору који покреће траку или бубањ. Понекад се врши и регулација јачине магнетског поља у зависности од магнетске осетљивости минералне сировине на улазу. На већим постројењима обезбеђује се регулација нивоа у резервоарима из којих се магнетски концентратори снабдевају пулпом, односно регулише се и дистрибуција по технолошким линијама. 4. ОДВОДЊАВАЊЕ ПРОИЗВОДА КОНЦЕНТРАЦИJЕ Одводњавање је процес раздвајања чврсте од течне фазе. Обавља се из више разлога: - ради добијања кондиционог концентрата, односно угља захтеване влажности, - ради смањења транспортних трошкова, - ради обезбеђења захтеваних услова на улазу у део неког процеса, - ради уштеде индустријске воде која се у више циклуса враћа у процес прераде, - ради обезбеђивања стабилности на јаловиштима, - ради издвајања загађене воде и њеног пречишћавања пре испуштања у окружење, итд. Одводњавање се најчешће сврстава у помоћне процесе у припреми минералних сировина, мада понекад може да буде и припремни процес (припрема минералне сировине за пнеуматске процесе коцентрације, за дробљење у чекићној дробилици, за окрупњавање и сл.). У зависности од гранулометријског састава, количине и вредности минералне сировине, те почетног и дозвољеног (или потребног) учешћа влаге у производу процес се обавља у више фаза: дренирање, згушњавање, филтрирање и сушење. 4.1. ДРЕНИРАЊЕ Дренирање (у ПМС се често користи и израз откапавање) је поступак природног филтрирања воде кроз слободни простор између зрна. Пошто се ради о спонтаном раздвајању течне од чврсте фазе дренирање ускладиштене или одложене минералне сировине се не може спречити. Односно, посебном обрадом подлоге и страна склада или депоније може се спречити отицање слободне воде, али ће под дејством силе гравитације доћи до њеног концентрисања у доњим деловима. Сагласно овоме, дренирање се третира као најјефтинији и најпожељнији вид уклањања воде из минералне сировине. Ефекат дренирања зависи, у првом реду, од крупноће минералне сировине и међупростора (једном речју порозности минералне сировине). На успешност дренирања утичу и површински напон воде, квашљивост минералне сировине, почетна влажност, обрада подлоге, динамика одвођења издвојене воде итд. Један од основних проблема који прати дренирање јесте време потребно да се почетна влага (која обично није ограничена) сведе на најмању могућу меру (често износи и изнад 15 %). Због тога се углавном обавља на крупнозрној ровној и/или примарно издробљеној руди, ровном угљу, неким неметалима (нпр. шљунак, песак) и на јаловини. Крупноћа корисне минералне сировине која се подвргава дренирању треба да буде што већа (теоријски изнад 0,5 mm), док се некорисна минерална сировина дренира на јаловиштима без обзира на крупноћу (време дренирања, практично, није ограничено). Дренирањем се уклања груба влага. Обавља се у статичким и динамичким условима. Статичко дренирање се обавља на складовима, гомилама, бункерима, ситима и на јаловиштима, а динамичко на ситима, транспортним тракама, чланкастим транспортерима, елеваторима итд. Динамичко дренирање је ефикасније од статичког, али тражи ангажовање одређене опреме, коришћење енергије и континуалну контролу процеса што условљава повећање трошкова. Као специфичан вид дренирања при гравитацијској концентрацији у тешкој средини примењује се откапавање суспензије на ситима. 4.2. ЗГУШЊАВАЊЕ Згушњавање представља почетну фазу одводњавања ситнозрних производа припреме минералних сировина. Удео чврсте фазе на улазу може бити различит (обично од 20 до 30 %Ч), док је учешће чврсте фазе у згуснутом производу од 40 до 60 %Ч (при општим разматрањима се усваја 50 %Ч). Задатак згушњавања је добијање згуснутог производа (песак) са максималним учешћем чврсте фазе, при чему добијање потпуно избистрене воде (прелив) није услов. Обично преливна вода није потпуно избистрена и у њој се налазе суспендоване честице (до 0,5 g/dm3).3 Згушњавање се најчешће примењује на: - концентрату (најчешће из процеса флотацијске концентрације), као предрадња фази филтрирања, - флотацијској јаловини, ради издвајања воде која се враћа у процес припреме (тзв. повратна вода), - флотацијској јаловини, ради издвајања муља који може битно да поремети геомеханичке карактеристике материјала од којег се раде ободни насипи на јаловишту, - ровној минералној сировини на улазу у процес припреме, ради одмуљивања, и - неизлуженој сировини у процесу лужења, ради одвајања раствора. Згушњавање се може обављати под дејством силе Земљине теже (гравитацијско или слободно таложење) и под дејством центрифугалне силе. Слободно таложење се обавља у таложницима, радијалним и ламеларним згушњивачима, док се згушњавање под дејством центрифугалне силе обавља у хидроциклонима и центрифугама. 4.2.1. Згушњавање под дејством Земљине силе теже Теоријска разматрања везана за згушњавање под дејством Земљине силе теже базирају се на законима кретања зрна кроз флуид. Механизам згушњавања најбоље се може описати праћењем појава које се дешавају при дисконтинуалном таложењу зрна из неке суспензије у стакленој посуди (обично је то мензура). Уочене појаве се графички могу приказати исцртавањем специфичних зона у цилиндричном суду (како је то приказано на слици 4.1.) или очитавањем висине стуба исталоженог материјала у суду у функцији времена таложења и уцртавањем добијених вредности у t-H дијаграм (како је то урађено на слици 4.2.). На слици 4.1. приказано је пет карактеристичних ситуација које се уочавају при слободном дисконтинуалном таложењу. При томе су у суду издвојене четири карактеристичне зоне. Зона А представља део посуде у којем се налази избистрена вода. Зона Б представља зону униформне концентрације зрна. Тај униформни удео чврстих зрна у суспензије је карактеристичан за почетак таложења и током целог процеса се величина ове зоне равномерно смањује. Зона В је најкомплекснија зона са променљивим уделом чврсте фазе, уочљивом појавом канала кроз које се вода креће увис, односно кроз које се истиснута вода из зоне Г креће ка зони Б и А. Зона Г представља зону у којој се налази згуснути материјал. 3) Процес сличан згушњавању јесте процес избистравања. Код њега је основни циљ добијање бистрог прелива, а не згуснутог песка. Слика 4.1. Таложење зрна из суспензије у стакленом суду На почетку (слика 4.1.а) удео чврсте фазе у суспензији је униформан што значи да суспензија у целокупној посуди има карактеристике зоне Б. Под дејством Земљине силе теже долази до слободног падања (таложења) зрна. Претпоставља се да брзина таложења релативно брзо постаје константна и да почиње да одговара условима стешњеног таложења. Већ у следећој фази (слика 4.1.б) уочавају се све четири зоне мада зона Б и даље доминира. Даљим таложењем (слика 4.1.в) долази до повећања зона А (посебно) и Г на рачун смањења зоне Б. У свим овим фазама нема потпуно јасне границе између зона, посебно између зона Г и Б јер се између њих налази прелазна зона В кроз коју се зрна крећу надоле, а истиснута вода нагоре. У четвртој фази (слика 4.1.г) нестаје зоне Б, а зона В дели зону згуснутог материјала (зона Г) и зону избистрене воде (зона А). Ова фаза практично представља критичну фазу таложења јер процес даље тече успореније уз оштрије разграничавање између зона А и Г. Продужавањем таложења (понекад се то мери часовима и данима) губи се зона В и уочава се оштра граница између исталоженог материјала и избистрене воде (слика 4.1.д). Описане појаве се могу приказати у t-H (t – време таложења, H – висина стуба исталоженог материјала) дијаграму приказаном A на слици 4.2. У почетку таложења брзина падања зрна је већа и крива има стрмији облик (што је брзина већа крива је стрмија). Продужењем таложења облик криве се постепено мења из Б праве у закривљену линију, да би за релативно кратко време поново прешла у облик В Г праве која се асимптотски приближава апсциси. Тачка, или тачније речено подручје, где се крива ломи представља критичну тачку таложења у којој се зона Б потпуно губи, а између зона А и Г се налази зона В. Од висине зоне В зависи дужина кривине између два, релативно, права дела криве приO tkr Време таложења,t (min) Слика 4.2. Дијаграм таложења зрна из суспензије казане на слици 4.2. После достизања критичне тачке таложења брзина таложења се знатно смањује те се за практична разматрања узима да је таложење исплативо само до тог времена односно да се у уређајима за згушњавање може економично постићи само густина која се оствари до те тачке. Интензивирање таложења може се обавити агрегацијом зрна. Агрегација представља процес образовања пахуља (агрегата) које имају већу брзину таложења и обезбеђују таложење и зрна колоидне величине чиме се добива бистрији прелив. Агрегација се може постићи коагулацијом и флокулацијом. Коагулација се остварује смањењем површинског наелектрисања минералних зрна која се таложе. Као коагуланти користе се електролити. Најефикаснији су вишевалентни катјони калцијума, гвожђа, алуминијума итд. за коагулацију зрна чија је површина негативно наеле2ктрисана, односно анјони киселина (SO4) за позитивно наелектрисане површине. Флокулација се може остварити хидрофобизацијом површина минералних зрна додавањем одговарајућих реагенаса и везивањем зрна са високомолекуларним полимерима. Агрегација хидрофобизацијом се постиже додавањем реагенаса из групе колектора. Реагенси смањују енергију хидратације минералног зрна чиме се смањује сила међумолекуларног привлачења воде и површине минерала, а повећава сила привлачења између појединих зрна који тако формирају агрегат – флокулу. Флокулација са високомолекуларним полимерима се остварује образовањем »мостова« полимера између зрна. Као полимери најчешће се користе полиакриламиди и штирак. 4.2.2. Уређаји за згушњавање За згушњавање под дејством Земљине силе теже користе се таложници и згушњивачи. Таложници су бетонски, пластични, метални, дрвени или земљани базени различите величине и облика у које се дисконтинуално доводи пулпа. Минерална зрна се таложе и падају на дно, а избистрена вода прелива (на супротној страни од улаза) и одводи се даље у процес. Када се таложник напуни исталоженим зрнима празни се (помоћу утоваривача, булдозера, ручно) и, потом, поново наставља рад. Да би се таложење поспешило, односно транспортни пут пулпе повећао, унутар таложника се уграђују вертикалне препреке чија висина је равна висини преливног прага, а дужина сваке од препрека је нешто већа од половине ширине таложног базена. Због дисконтинуалности рада обично се за исту намену користе два или више таложника. За континуално згушњавање користе се згушњивачи. Деле се на радијалне и ламеларне. Радијални згушњивачи су цилиндрични плитки резервоари. Величина згушњивача (изражена пречником цилиндричног резервоара) достиже до 150 m, мада се чешће срећу згушњивачи величине од 30 до 120 m. Висина згушњивача је несразмерна њиховом пречнику и креће се од 2,5 m до 5 m (овај однос је последица чињенице да је брзина таложења функционално зависна од површине, а не од запремине суда). Због таквих димензија згушњивачи се обично налазе на отвореном, највећим делом укопани у земљу. Изглед радијалног згушњивача дат је на слици 4.3. а) жљеб за преливну воду резервоар погон улаз б) улазна комора грабуље згуснути производ (песак) избистрена вода-прелив Слика 4.3. Радијални згушњивач: а) шема, б) фотографија згушњивача у фази монтаже Основни делови радијалог згушњивача су: - резервоар, израђен од бетона или метала (обично када је пречник испод 10 m), дно је у континуалном нагибу ка центру (угао нагиба је испод 15°) уз нагло повећање нагиба на централном месту пражњења, - вратило, на које се каче грабуље са лопатицама, грабуље се окрећу веома малом брзином (3 до 10 обртаја на час) како не би стварале турбуленцију у реметиле ламинарни режим струјања који влада у згушњивачу, а лопатице су тако усмерене да згуснути производ стално усмеравају ка централном делу где се песак згушњивача празни, - улазна комора са доводним цевоводом или каналом, - жљеб за прихват и одвођење избистрене воде, - отвор за пражњење згуснутог производа, и - погонска група (мотор, редуктор, пренос). Хидромешавина се уводи у центар згушњивача. Режим струјања хидромешавине на улазу треба да буде ламинаран. На путу ка периферији долази до раздвајања воде и минералних зрна. Вода прелива преко посебно уређеног преливног прага у радијални жљеб и одводи се даље у процес. Унутар резервоара се стварају зоне идентичне зонама приказаним на слици 4.1. Згуснути производ се захваљујући нагибу дна и дејству грабуља и лопатица стално усмерава ка центру где се налази отвор за пражњење. Песак слободно излази из згушњивача у канал или цев преко које се даље транспортује. Понекад се на месту пражњења монтира муљна пумпа (центрифуглана или са дијафрагмом) која прихвата песак и даље га транспортује. Погон грабуља згушњивача може бити централни (обично код згушњивача величине испод 40 m) и периферни. Да не би дошло до заглављивања грабуља, услед прекомерног повећања густине у згуснутој зони, код мањих згушњивача (испод 40 m) уграђују се посебни уређаји за издизање грабуља. Код згушњивача већег пречника чешће се уграђују алармни уређаји него аутоматски подизачи грабуља. Поред ових класичних радијалних згушњивача познати су и згушњивачи за брзо таложење или згушњивачи високог капацитета . Код ових згушњивача пулпа се уводи одоздо (слика 4.4.а) испод посебног диска, односно одозго у посебно уређену комору за мешање (слика 4.4.б). Ови згушњивачи имају мање пречнике и обично се таложење поспешује додавањем реагенаса за агрегацију. а) жљеб за преливну погон ротациони диск б) цев за увођење флокуланата погон грабуља погон мешача улазна цев мешач воду лопатице грабуље улаз избистрена вода-прелив згуснути производ (песак) канал за преливну воду ниво течности грабуље згуснути производ (песак) нагнуте таложне плоче Слика 4.4. Радијални згушњивачи високог капацитета: а) тип »Envira-cler«, б) тип »Eimco« Основни проблем везан за инсталисање и рад радијалних згушњивача везан је за њихове димензије, односно велику површину коју заузимају. Да би се тај проблем ублажио направљени су тзв. ламеларни згушњивачи (слика 4.5.). Ламеларни згушњивач чини слог од више плоча (ламела) постављених једна изнад друге под нагибом који је увек изнад 45°. Пулпа се додаје бочно у средишњи део згушњивача и равномерно се распоређује на све ламеле. Таложењем се раздвајају вода (задржава се у горњим слојевима) која прелива и одлази даље у процес и минерална зрна која се таложе и полаганим кретањем низ ламеле долазе у доњи део згушњивача где се празне као згуснути производ (песак). Предност ламеларног згушњивача у односу на класични радијални је што заузима мањи простор и инвестиционо је јефтинији, а недостаци су отежана контрола рада тако да производи (песак и прелив) немају устаљен квалитет и већа потреба за ангажовањем радне снаге. канали за преливну воду улазна комора избистрена вода (прелив) ламеле улаз згуснути производ Слика 4.5. Ламеларни згушњивач 4.2.3. Згушњавање под дејством центрифугалне силе Згушњавање под дејством центрифугалне силе обавља се углавном у хидроциклонима и центрифугама. Принцип рада хидроциклона згушњивача је идентичан раду хидроциклона – класификатора. Разлика је једино у углу нагиба коничног дела. Када се хидроциклон користи за згушњавање тај нагиб је обично 10 до 12°. Предност хидроциклона је што заузима мали простор и има велики капацитет, а мана му је што даје прелив са високим учешћем чврстих честица. Због тога прелив хидроциклона треба додатно таложити да би се вода могла поново користити. У односу на класичне згушњиваче у хидроциклону се може остварити и већа густина песка (и до 80 % Ч), али квалитет прелива опада са повећањем густине песка. Хидроциклони као згушњивачи су највећу примену нашли на јаловиштима. Ту се користе за издвајање муља (као прелив) из јаловине од које се праве ободни насипи, односно за згушњавање зрна до густине погодне за формирање ободних насипа потребне геометрије. За разлику од хидроциклона у којима се минерална сировина, односно хидромешавина, креће под дејством центрифугалне силе у стационарном суду код центрифуга дејство центрифугалне силе се постиже обртањем саме центрифуге. Центрифуговање се користи за згушњавање минералних сировина (најчешће угља) које су ситније од 1 mm, које при том треба свести на влажност реда 8-10%и за одводњавање муља у процесу пречишћавања отпадних вода. Због високих инвестиционих трошкова и трошкова одржавања центрифуга нема велику примену на постројењима за припрему минералних сировина те се користе само када ни један други уређај не може дати потребне резултате. 4.3. ФИЛТРИРАЊЕ Филтрирање је фаза раздвајања чврсте и течне фазе принудним кретањем воде кроз филтрирајућу површину. Кретање воде је условљено разликом у притисцима с различитих страна филтрирајуће површине (слика 4.6.). При наведеном кретању, кроз филтрирајућу површину (филтер платно) пролази вода, док се минерална зрна лепе формирајући тзв. кек или колач. Филтрирању обично претходи згушњавање тако да је улазна концентрација чврсте фазе у пулпа која се филтрира од 40 до 60 % Ч (исказано масено). При филтрирању сва слободна вода се уклања тако да исфилтрирани производ садржи само влагу чији удео варира од 8 до 14, ређе до 20 %. У односу на претходне фазе одводњавања филтрирање је скупље и компликованије тако да се углавном филтрирају концентрати. 4.3.1. Уређаји за филтрирање Слика 4.6. Принципијелна шема филтрирања У зависности да ли се разлика у притисцима остварује стварањем вакуума испод или притиска изнад филтрирајуће површине разликују се вакуум филтери и филтер пресе. Вакуум филтери раде континуално, док филтер пресе раде дисконтинуално. На постројењима за припрему минералних сировина чешће се срећу вакуум филтери. Од вакуум филтера разликују се бубњасти, са дисковима и тракасти филтери. Бубњасти филтер је приказан на слици 4.7. а) б) бубањ расподелна глава погон корито кућиште мешач Слика 4.7. Бубњасти филтер: а) фотографија спољашњег изгледа, б) основне компоненте Бубњасти филтер је израђен од следећих делова: - бубањ, израђен од легура отпорних на агресивно дејство филтрата, на којем се налазе жљебови за филтрат, - мрежа која обавија бубањ и на коју се поставља филтер платно, - корито у које се доводи згуснута пулпа и кроз који пролази бубањ, - уређај за спречавање таложења пулпе у кориту , - расподелна глава (или комбиновани вентил) у којој се врши расподела ваздуха и прихват воде, - гумени нож за скидање кека са филтер платна, и - погонска група. У корито филтера се додаје пулпа. Бубањ је скоро до половине уроњен у корито и окреће се веома малом брзином. Током рада на бубњу се разликују три зоне (слика 4.8.). Зона I је унутар корита и представља зону у којој долази до усисавања филтрата и лепљења чврсте фазе (услед вакуума) на филтер платно, зона II почиње изласком бубња из корита и у овој зони долази до одводњавања, односно усисавања воде из захваћеног кека и зона III која је најкраћа и налази се насупрот улаза пулпе у корито и представља зону у којој се обезводњени кек скида са филтер платна и у којој се врши продувавање отвора на платну. У зонама I и II влада потпритисак (вакуум), док се у зони III остварује натпритисак потребан за продувавање отвора на филтер платну и потпомагање одлепљивања кека. Оваква расподела се остварује преко расподелне главе. Дакле, рад вакуум филтера опслужују вакуум пумпа и компресор. бубањ II жљебови за филтрат мрежа (перфорисани лим) филтер платно сектори расподелна компр. ваздух III у кек гумени нож за скидање кека глава цев за одвод филтрата прелив пулпе I уређај за спречавање таложења пулпе филтрат Слика 4.8. Зоне на бубњастом филтеру Диск филтер (приказан на слици 4.9.) ради на истом принципу као и бубњасти. Разлика је једино у облику филтрирајуће површине. Уместо бубња филтрирајућа површина је издељена у више дискова. Филтрирање се врши са бочних страна што за исту дужину корита дају већу површину филтрирања него код бубњастих филтера. диск погон корито Слика 4.9. Диск филтер Бубњасти филтери постижу нешто нижи садржај влаге у кеку него диск филтери, а с обзиром да су им и оперативни трошкови нешто ниже тенденција је у већем коришћењу бубњастих од диск филтера. Деведестих година посебан напредак у техници филтрирања представља увођење керамичких диск филтера. Одликују се по томе што се уместо филтер платна користе керамички дискови са пречником пора 1,5и2 mm. Филтрирање се одвија захваљујући капиларним силама. Керамички филтери смањују потрошњу енергије за око 6 пута, потрошњу ваздуха и до 10 пута, могу да раде са крупнијим концентратима него тракасте филтер пресе (60% 0,074 mm), а количину влаге у концентрату смањују испод6-8% (зависно од карактеристика концентрата). Еколошки су повољнији јер је комплетан систем компактан и оклопљен па се ниво аерозагађења и буке смањује. За филтрирање крупнозрних материјала (ггк 4 mm) користе се хоризонтални тракасти вакуум филтери. Тракасти вакуум филтер сачињава бесконачна трака са каналима преко којих се филтрат одводи у посебне коморе. Од филтера који користе притисак за истискивање течности највише се користе цилиндричне и тракасте филтер пресе. Цилиндричне филтер пресе се користе за филтрирање тешкофилтрирајућих материјала, као што су глине, ситне честице угља, преципитирани калцијум-карбонат и сл. Састоје се из кућишта цилиндричног облика, пречника 1 до 2 m, и система за остваривање притиска. Технолошки процес има три фазе. Прва фаза је фаза пуњења цилиндра пулпом, друга фаза је фаза филтрирања и трећа фаза пражњења кека. Савремене цилиндричне пресе имају, централно постављене, вертикалне, перфорисане цеви на које се ставља филтер платно. Око њих се скупља кек, а кроз филтер платно и отворе се одводи филтрат. Централна цев је тако обликована да служи и као затварач цилиндра. На слици 4.10. приказана је једна од таквих преса. а) б) в) Слика 4.10. Цилиндрична филтер преса – фазе филтрирања: а) пуњење цилиндра пулпом, б)филтрирање, в)пражњење кека Након пуњења цилиндра пулпом, започиње филтрирање довођењем ваздуха под високим притиском (100 – 140 bar). Ваздух се доводи на мембрану која усмерава и лепи кек за вертикалну перфорисану цев. Филтрат се издваја кроз вертикалну цев, а кек остаје налепљен. У трећој фази долази до растерећења притиска, мембрана се враћа на почетни положај, уз зид цилиндра, а централна цев се спушта тако да се кек слободно празни. Пражњење потпомажу и ваздушне пулсације. С овим се један циклус завршава и повлачењем централне цеви у почетни положај преса је спремна за нови циклус. Квалитет филтрирања зависи од оствареног притиска и времена задржавања материјала који се филтрира у преси. На пример, при филтрирању финих угљених честица количина влаге после филтрирања варира од 19 до 29 %, код глина варира од 16 до 32 % итд. Последњих двадесетак година на постројењима за припрему минералних сировина чешће се срећу тракасте филтер пресе. Тракасте филтер пресе раде дисконтинуално, односно у циклусима. Трајање једног циклуса је око 10 минута, а састоји се из четири фазе. Шематски приказ фаза дат је на слици 4.11. Прва фаза је фаза пуњења током које се све коморе (16 комада) пуне пулпом. Током пуњења гране и напојна црева се испирају водом како би се спречило њихово запушавање. Друга фаза је фаза пресовања или цећења материјала у коморама. У простор између филтерске плоче и гумене дијафрагме уводи се вода под притиском. Систем довођења воде ради у затвореном циклусу. Филтрат (издвојена вода) пролази кроз филтер платно и решетке и враћа се у згушњивач. Трећа фаза је фаза ваздушног сушења. У коморе се, под притиском од око 5 bar, удувава компримовани ваздух којим се чврста фаза суши. Четврта и завршна фаза је фаза пражњења чврсте фазе. Пражњење се обавља преко непрекидне траке која се обострано празни и преко које се кек одводи у сипке и даље на складиште филтрираног материјала. фаза пуњења пулпом фаза пресовања фаза ваздушног сушења фаза пражњења кека Слика 4.11. Шематски приказ фаза једног циклуса филтрирања у филтер преси Основна предност коришћења филтер преса јесте добијање производа са мањим учешћем влаге него при филтрирању у вакуум филтерима. У савременим филтер пресама количина влаге се смањује на 6 до 10 %. Поред тога, могуће је филтрирање пулпе с малим уделом чврсте компоненте. Лоше стране су: висока осетљивост на крупноћу улазног материјала (практично, треба да буде 100% 0,074 mm), јер при доласку крупнијег материјала долази до кривљења плоча коморе, мањи капацитет (20-30 %) услед дисконтинуалног рада и потреба коришћења компримованог ваздуха. Упркос свему, на постројењима код којих се издвојени концентрат транспортује на већу даљину филтер пресе су се показале економичним и прихватљивим. 4.4. СУШЕЊЕ Сушење је термички процес раздвајања чврсте и течне фазе. Механичким путем учешће влаге може се свести на минимално 8 до 14 % (центрифуговање, филтрирање). Даље смањење влаге изискује употребу топлоте како би се испаравањем садржај влаге смањио на око 4 %. Сушење угљева је специфично јер је учешће влаге на улазу у процес и излазу знатно веће него код металичних и неметаличних минералних сировина. Код угљева сушењем и издвајањем влаге се повећава топлотна вредност. Коришћење топлоте знатно поскупљује процес одводњавања тако да се сушење практикује само на високовредним концентратима и у случајевима када присутна влага онемогућава даљи пласман концентрата. Сушење металичних и неметаличних минерални сировина и камених угљева се врши загрејаним гасовима. У зависности од односа минералне сировина и гасова сушење може бити директно, индиректно и комбиновано. Код директног сушења постоји директан контакт гасова и минералне сировине, док код индиректног између материјала и гасова постоји нека преграда тако да се сушење обавља кондукцијом. Комбиновани процес представља мешавину претходна два јер се сушење у једном делу врши директним контактом, а у другом кроз преграду. Смер кретања загрејаних гасова и минералне сировине може бити такав да се крећу у истом или супротном смеру. Код истог смера кретања најтоплији гасови се мешају са највлажнијом миТехнолошке шеме одводњавања нералном сировином, док се код противточног струјања најтоплији гасови мешају са најсувљом сировином тако да је хлађење гасова и сушење постепено. Сушење може бити континуално и дисконтинуално. У односу на тип сушаре сушење може бити у ротационој сушари, сушари са флуидизационим слојем, спреј сушари, етажној сушари итд. У припреми минералних сировина најширу примену са нашле хоризонталне ротационе сушаре (слика 4.12.) код којих је контакт загрејаних гасова и минералне сировине директан, а рад на сушењу континуалан. a) ваздух улаз ложиште гасови б) сушени производ подизачи Слика 4.12. Ротациона сушара: а) подужни изглед, б) пресек Сушење лигнитских и мрких угљева не врши се загрејаним гасовима јер би површинско сушење условило скупљање, пуцање и уситњавање угља чиме би му вредност опадала. Због тога се млађи угљеви суше дубински, засићеном воденом паром у аутоклавама под притиском по тзв. Флајснеровом ( Fleissner ) поступку . Током сушења долази до равномерног и потпуног загревања угља по дубини што производи и равномерно скупљање целог комада и не доводи до круњења и уситњавања. Технолошка шема сушења лигнита по поступку Флајснера дата је на слици 4.13. Сушење по Флајснеровом поступку је дисконтинуално, а група од 4 или више аутоклава чини технолошку јединицу. Свако постројење ради са више јединица (групе аутоклава су сложене у парове) како би се обезбедило економично руковање са засићеном паром и загрејаном водом. Сушење започиње пуњењем аутоклава угљем. Мада није услов уобичајено се користи чишћени угаљ крупноће –150+30 mm. Загревање угља у аутоклавама је постепено и започиње преливањем водом из суседног аутоклава, потом се врши прегревање угља паром из аутоклава у којем је процес сушења већ завршен. Претходне фазе трају 50 минута. Тек после тога долази до третирања угља свежом воденом паром са температуром од 250 – 300° и под притиском од 25 до 30 bar. Третирање свежом засићеном воденом паром траје 60 минута. После тога долази до лаганог растерећења у аутоклавама тако што се најпре током 20 минута врши отпуштање паре која се користи за загревање угља у аутоклавама у којима процес тек започиње. Потом се наредних 20 минута врши отпуштање кондензата и одвођење воде у резервоаре за кондензат, тзв. бидоне. Укључујући и 10-минутно пражњење циклус сушења траје 160 минута. После пражњења угаљ иде на досушивање загрејаним ваздухом температуре око 100° и просејавање у сортимане. У зависности од постројења параметри водене паре и време трајања појединих фаза може бити различито. 4.5. ТЕХНОЛОШКЕ ШЕМЕ ОДВОДЊАВАЊА Шема процеса одводњавања производа флотацијске концентрације приказана је на слици 4.14. Приказаном технолошком шемом je обухваћено згушњавање у радијалним згушњивачима , филтрирање згуснутог производа у вакуум филтеру и дренирање јаловине на јаловишту. Лако се уочава да је процес одводњавања концентрата компликованији и да се изводи у више фаза. Одводњавање јаловине се одвија на јаловишту из више разлога, а најбитнији су обезбеђење стабилности јаловишта и избистравање технолошке воде ради њеног поновног коришћења у процесу прераде. Било да се одводњава концентрат, било јаловина издвојена избистрена вода се враћа у процес што доноси позитивне еколошке и финансијске ефекте. влажан угаљ бункер за угаљ свежа пара пара из суседног аутоклава ка отпадни вода димњаку пара + СО2 гасови аутоклава отпрашивач циклон вода ка суседном аутоклаву вода из суседног бидона ваздух пара ка траци сушеног угља бидон пара отпадни гасови бункер за досушивања грејач резервоар сушени угаљ кондензат ка класирници Слика 4.13. Технолошка шема сушења угља по Флајснеровом поступку концентрат раздељивач згушњивач у резервоар повратне воде кондиционер пулпа ваздух вода кек пумпе пумпе јаловина бубњасти филтер кек дуваљка рисивер дуваљка вакуум пумпа хидроциклон јаловиште дренажа складиште концентрата утоваривач пумпа пумпа таложник Слика 4.14. Принципијелна шема одводњавања производа флотацијске концентрације 5. УСКЛАДИШТЕЊЕ ПРОИЗВОДА КОНЦЕНТРАЦИЈЕ Издвајањем производа постоји потреба да се они привремено (краткотајно) или трајно ускладиште. Односно, концентрат се на постројењима за припрему минералних сировина складишти привремено, а јаловина трајно. Проблем ускладиштења концентрата своди се на његову заштиту од расипања, док се проблем складиштења јаловине своди на заштиту околине од разношења депонованог материјала по околини и обезбеђење стабилности јаловишта у природном окружењу. 5.1. СКЛАДИШТЕЊЕ КОНЦЕНТРАТА Концентрат се краткотрајно складишти у зависности од уговорене динамике испоруке кориснику. По правилу, време складиштења се мери данима. Када су металуршка постројења удаљена од постројења за ПМС и када се транспорт врши маршрутним возовима време складиштења концентрата на постројењу за ПМС може бити и дуже (неколико недеља). За сва складиштења концентрата важе следећа правила: - складишти се у затвореним грађевинским објектима у којима је заштићен од деловања атмосферилија, - складишти се концентрат са минималним учешћем влаге (после сушења, филтрирања или центрифуговања), - концентрате треба складиштити у амбалажи у којој ће се и транспортовати, - уколико је складиштење неопходно обезбедити у зимском периоду температура просторије треба да буде изнад нуле. Уколико непланирано дође до дужег застоја у транспорту тако да концентрат нема где да се исправно складишти повољније је процес припреме (и експлоатације руде) обуставити него добијени концентрат неодговарајуће складиштити. Складиштење чистог и сушеног угља је специфично утолико што треба водити рачуна о могућности самозапаљења па увек треба предузимати превентивне мере (квашење, сабијање и сл.). 5.2. ДЕПОНОВАЊЕ ЈАЛОВИНЕ Јаловина представља отпадни производ из процеса припреме минералних сировина који, у време прераде, нема комерцијалну нити употребну вредност. Као дефинитивни производ процеса припреме треба је континуално издвајати и, потом, безбедно депоновати уз минималне трошкове. Простор на којем се јаловина депонује треба уредити тако да не угрози остале објекте или околину. У односу на масе на улазу количина јаловине може бити незнатна свега неколико процената (карактеристично за прераду неметаличних минералних сировина и квалитетније угљеве) или може бити приближно једнака маси улаза (карактеристично код припреме руда обојених метала). Квалитативне карактеристике јаловине се исказују преко гранулометријског, хемијског и минералног састава, густине, влажности, водопропустљивости и одређених геомеханичких параметара, као што су угао унутрашњег трења, кохезија, стишљивост, носивост итд. По правилу, процеси припреме минералних сировина се не прилагођавају јаловини па је за њено депоновање неопходно процес депоновања прилагодити датим (и обично, неизмењивим) карактеристикама јаловине. По крупноћи јаловина може бити крупнозрна (карактеристично за поступке суве магнетске концентрације, за гравитацијску концентрацију, неке специјалне методе концентрације и сл.) и ситнозрна (карактеристично за све мокре поступке припреме, посебно за флотацијску концентрацију). У односу на учешће влаге/воде јаловина може бити сува, влажна или у облику хидромешавине и пулпе. Сува јаловина прати суве поступке концентрације, а влажна мокре поступке код којих се пре депоновања сировина оцеђује (као нпр. код гравитацијске концентрације у тешкој средини). Поступке мокре магнетске и гравитацијске концентрације прати јаловина у облику хидромешавине док је пулпа карактеристична за јаловину која се издваја на крају процеса флотацијске концентрације. Удео чврсте минералне сировине у хидромешавини, односно пулпи може бити различит. У хемијском и минералном погледу јаловина може бити веома слична улазној минералној сировини (код постројења у којима се прерађују руде обојених метала), односно може се од улаза битно разликовати (карактеристично за неметале, угаљ и сл.). Простор на којем се депонује јаловина назива се одлагалиште (када се ту депонује крупнозрна и сува јаловина) и јаловиште (обично се односи на ситнозрну, хидраулички депоновану јаловину). 5.2.1. Намене и задаци јаловишта Јаловиште представља технолошки уређени рударски објекат који има вишеструке намене. Обично служи за: - трајно депоновање јаловине, - привремено складиштење, до растварања, реагенаса и потпуно избистравање технолошких вода које се, потом, као повратне воде користе у процесу припреме, - повремено акумулисање додатних количина технолошке воде како би се омогућио рад постројења у време неповољне хидролошке ситуације. Основни задаци које треба да испуни добро пројектовано и изведено јаловиште су: - у односу на масе, треба да има довољну запремину за смештај свих издвојених количина у предвиђеном периоду експлоатације, - у односу на карактеристике јаловине, треба да има довољно велику површину за потпуно избистравање воде, - у односу на систем за снабдевање повратном водом, треба да има довољно слободног простора за акумулисање потребне количине повратне воде, потребног квалитета, - у односу на рудник, изградња и експлоатација треба да буде у економски подношљивим границама, - у односу на објекте у окружењу, не сме да угрожава њихов рад и развој, - у односу на околину, треба да је потпуно стабилно, у геотехничком и еколошком погледу. 5.2.2. Врсте јаловишта Сагласно намени, степену изграђености, начину експлоaтације и окружењу постоји више подела јаловишта. Прва подела је на привремена и трајна јаловишта. Привремена јаловишта се граде у периодима када постројење стартује, пре него што се јаловиште изгради са намером да се преко привременог јаловишта премости временска неусклађеност. Трајна јаловишта су објекти у које се смешта сва јаловина из једног постројења или, код дуговечнијих постројења, депоновање на једном простору траје најмање 15 година. У погледу уређености јаловишта се деле на неуређена и (потпуно) уређена. Неуређена јаловишта обично представљају привремена јаловишта код којих се јаловина временски кратко депонује на неуређени простор. Уређена јаловишта имају јасно дефинисан и довољан простор (површински и запремински), имају дефинисану технологију изградње, имају одговарајући дренажни систем, односно систем за евакуацију слободне воде из јаловишта и њен прихват итд. Мада се, и данас, могу сусрести привремена и неуређена јаловишта законски је дозвољена експлоатација само уређених јаловишта. У погледу стања јаловине која се депонује јаловишта могу бити сува и хидрауличка (мокра). Сува јаловишта (зову се и одлагалишта) обично служе за депоновање крупнозрне јаловине (изнад 5 mm). Хидрауличка (мокра) јаловишта служе за депоновање фино уситњене (обично млевене) јаловине која се хидраулички транспортује од постројења до места депоновања. У погледу уклапања у рељеф околине разликују се равничарска, брдско-планинска, јаловишта у удубљењима и јаловишта испод површине воде. Равничарска јаловишта се формирају на равним теренима при чему се ободни насипи морају формирати са све четири стране. Када се јаловишта формирају у усецима, кланцима или брдским удубљењима код којих се ободни насипи изграђују са једне или две стране говори се о брдско-планинском типу јаловишта. Трећи тип јаловишта се формира при депоновању јаловине у удубљењима, која могу бити природна или удубљења настала људским активностима (јаме, делови активних копова, напуштени копови и сл.). Код ових јаловишта нема потребе за изградњом ободних насипа јер оконтурење простора за депоновање чине стране удубљења. Јаловишта испод површине воде представљају просторе за депоновање унутар језера или мора па нема ободних насипа, а надградња иде само до достизања безбедног нивоа воде. На слици 5.1. шематски су приказани наведени типови јаловишта. Слика 5.1. Шематски приказ различитих типова јаловишта: а) равничарски, б) брдско-планински, в) у удубљењу, г) јаловиште испод воде У погледу врсте материјала од којих се изграђују ободни насипи врши се подела на јаловишта са ободним насипима изграђеним од материјала из позајмишта (класичне насуте бране) и јаловишта са ободним насипима изграђеним од материјала који се депонује у јаловишту. Материјал из позајмишта представља материјал одговарајућих геотехничких карактеристика који се обезбеђује из рудника, каменолома или из водотокова (једним именом позајмиште) који су, обично, у непосредној близини јаловишта. Материјал из позајмишта је потребно ископати, издробити (не увек), понекад опрати и транспортовати до јаловишта при чему тако изграђен насип смањује акумулациони простор за запремину ободних насипа. Насипи изграђени од материјала из позајмишта могу се одмах изградити до пуне висине, а могу се градити фазно, сагласно напредовању јаловишта увис. Уобичајено се ови насипи граде са водонепропусним језгром што дозвољава директно наслањање воде и муља на унутрашњу косину насипа. Јаловишта код којих се ободни насип изграђује од материјала који се истовремено и депонује обично захтевају класирање и издвајање одговарајуће фракције погодне за израду ободног насипа (одговарајућих физичких и геомеханичких карактеристика). Овако формирани ободни насипи не смањују акумулациони простор јаловишта јер се за израду не користи »страни« материјал. Насипи изграђени од јаловине обично немају водонепропусно језгро, сем у иницијалној и заштитној брани. Надградња се најчешће обавља хидроциклонирањем јаловине, а могућа је и спиготирањем и слободним истицањем. 5.2.3. Методе надградње ободних насипа Надградња јаловишта могућа је наступном (или узводном), одступном (или низводном) и методом централне линије. Када се јаловишта надграђују наступном методом тада се оса ободних насипа помера ка центру јаловишта, док се код одступне методе оса насипа стално удаљава од центра јаловишта. При надградњи методом централне линије оса ободних насипа увек остаје једнако удаљена од центра јаловишта. На слици 5.2. шематски су приказана јаловишта чија надградња се обавља наступном (а), одступном (б) и методом централне линије (в). а) насип (песак хидроциклона) иницијални насипи будући насипи б) завршна ножица будући насипи насип (песак хидроциклона) прелив хидроциклона дренажа прелив хидроциклона колектор дренажни тепих иницијални насип в) будући насипи централна линија насип (песак хидроциклона) прелив хидроциклона дренажни тепих иницијални насип колектор Слика 5.2. Методе надградње ободних насипа јаловишта: a) наступна метода, б) одступна метода, в) метода централне линије Надградња наступном (или узводном) методом може се остварити ако се претходно изради иницијални насип од материјала из позајмишта. Иницијални насип може да буде са водонепропусним језгром, односно може да буде водопропустан слично као и насип изграђен класирањем јаловине у хидроциклону. Иницијални насип има двојаку улогу: представља ослонац будућег насипа и омогућава почетно формирање акумулационог простора. Надградња иницијалног насипа може бити од различитих материјала (од саме јаловине или од материјала из позајмишта) и различитим методама (песком хидроциклона, изливањем некласиране јаловине, грађевинском механизацијом итд.). Надградња се одвија у етажама висине од 3 до 5 m. У свим случајевима свака наредна етажа се формира на претходно депонованој јаловини. У томе лежи основна мана ове методе надградње јер се сваки наредни насип формира на муљевитом материјалу слабе носивости и слабих геомеханичких карактеристика. Такво стање лимитира висину јаловишта формираних овом методом на 25 до 30 m. То је обично мала висина која захтева заузимање великих поА ободни насип акумулациони простор акумулациони простор А вршина па се често проблем код брдско-планинских јаловишта решава у каскадном распореду више брана мање висине како је то шематски приказано на слици 5.3. Предност наступне методе су: - потребно је мање крупнозрног материјала за израду насипа, - не тражи израду заштитног насипа, - израда насипа је једноставнија и економичнија. Супротно од наступне је одступна (или низводизохипсе терена) метода надградње. Формирање насипа овом методом претпоставља израду иницијалног и заштитног насипа. Улога иницијалног насипа је да обезбеди почетно формирање акумулационог простора за депоновање јаловине, а заштитна брана преузима улогу ослонца за будући насип. Простор између ова два насипа представља темељни простор будуће бране троугаоног попречног пресека. Надградња се може вршити од јаловине или материјала из позајмишта, а надградња је могућа хидроциклонирањем јаловине или наношењем и ваљањем материјала из позајмишта у слојевима одређене дебљине. Израда насипа слободним истицањем јаловине кроз спиготе је отежана и не практикује се. Надградња се врши у етажама висине 3 до 5 m. Код ове методе надградње ножица сваке наредне етаже се мањим делом ослања на природно тле, а већим делом на дренирану спољну косину претходних етажа. Ово условљава да критични клизни кругови пролазе кроз хомоген, оцећен и стабилизован материјал. Пресек А-А акумулациони простор ободни насип Слика 5.3. Каскадни распоред више брана формираних наступном методом Предности наступне методе су: - дозвољава знатно вишу надградњу (и преко 200 m), - надградњом се стално повећава акумулациони простор, - могућа је етапна изградња дренажног система, - могућа је корекција геометрије насипа током изградње. Негативне особине ове методологије су: - захтева издвајање знатно веће количине материјала за изградњу насипа па се не може применити код рудника који врше далекосежно уситњавање минералне сировине нити код рудника који део материјала користе за хидрозасип, - експлоатациони трошкови су већи с обзиром да је потребно стално ангажовање на нивелисању низводне косине која стално мења положај и нагиб. Трећа, метода централне линије се најређе користи, а суштински представља прелаз између претходне две. Надградња по овој методи се готово искључиво ради од јаловине хидроциклонирањем или нагуравањем крупнијих, претходно депонованих, фракција грађевинском механизацијом. Изградња се обавља у етажама. За примену ове методе потребно је претходно изградити иницијални и заштитини насип. Намена ових насипа је идентична намени као код одступне методе. 6. УТИЦАЈ ПРОЦЕСА ПРИПРЕМЕ МИНЕРАЛНИХ СИРОВИНА НА РАДНУ И ЖИВОТНУ СРЕДИНУ Процеси уситњавања, концентрације, одводњавања и складиштења производа могу озбиљно да угрозе радну и животну средину. У зависности од фазе процеса загађење доминантно условљава лебдећа прашина (у фази уситњавања и складиштења) и отпадна вода (концентрација, одводњавање и складиштење). Да би се негативан утицај умањио предузимају се различите мере, од промене и надградње технолошког поступка, избора повољнијих реагенаса до пречишћавања излазних гасова и воде. 6.1. УТИЦАЈ УСИТЊАВАЊА НА РАДНУ И ЖИВОТНУ СРЕДИНУ Процеси уситњавања, класирања и транспорта могу имати неповољан утицај на окружење, на радну и животну средину. Он се, у првом реду, исказује као загађење лебдећом минералном прашином и угрожавање буком и вибрацијама. Издвајање и таложење лебдеће прашине прати све »суве« делове процеса уситњавања. То су, у првом реду дробљење, које се готово увек изводи на суво, потом просејавање, које се често обавља на суво, транспорт издробљених производа транспортним тракама, чланкастим транспортерима и косим сипкама, те суви процеси млевења и класирања, који се, истина, ређе користе. Могло би се закључити да угрожавање радне, а код отворених постројења и животне средине, честицама лебдеће прашине углавном потиче из процеса дробљења, просејавања и транспорта од примарне дробилице до бункера издробљене руде. Да би се угрожавање свело на најмању могућу меру потребно је предузимати мере заштите које обухватају следеће поступке: - спречавање издвајања прашине при раду машина и претовару минералне сировине, и - спречавање подизања наталожене прашине. Заштита радне средине од негативног дејства лебдеће прашине подразумева комплексан систем мера које полазе од пројектовања и избора опрема па све до успостављања система технолошке дисциплине и одговорности сваког учесника у процесу уситњавања. Техничке мере које доприносе заштити су: - избор диспозиционе и технолошке шеме са минималним бројем пресипних места, - избор опреме (дробилице, сита, траке) која омогућава потпуну херметизацију, - покривање отворених складова уситњене минералне сировине, - отпрашивање затворених бункера уситњене руде, - квашење уситњене минералне сировине одложене на непокривеном простору, - аутоматизација технолошког процеса како би се радник што краће задржавао у просторијама у којима је аерозагађење најинтензивније, - стално и правовремено уклањање наталожене прашине са машина, подова, пролаза, стаза за опслуживање, зидова итд. вакуум чистачима или мокрим поступком (прањем). Да би се концентрација лебдеће прашине одржавала испод максимално дозвољене (МДК) у постројења где се врши уситњавање уграђују се аспирациони системи. Шема типичног аспирационог система је приказана на слици 6.1. пречишћени гас филтер цевовод вентилатор пресисно место одсисна хауба транспортна трака Слика 6.1. Шема типичног аспирационог система Сваки аспирациони систем се састоји од: - одсисне хаубе, монтиране изнад места издвајања прашине, - цевовода, са одговарајућом арматуром, којим се повезују одсисне хаубе и филтер, - филтера или отпрашивача, у којем се обара захваћена прашина, и - вентилатора, који обезбеђује усисни потпритисак и транспорт минералне прашине до филтера. Више одсисних места се повезује у тзв. систем отпрашивања, како је то приказано на слици 6.2. бункер пречишћени ваздух цевовод одсисна хауба сита отпрашивач дробилице Слика 6.2. Шема аспирационог система отпрашивања у погону дробљења и просејавања УтицаЈ уситњавања на радну и животну средину За отпрашивање се може користи више уређаја. За крупнијих честице и у случајевима када се не захтева висока ефикасност користе се циклони, када се обарају ситне честице са релативном високим степеном ефикасности, а утицај влаге није битан користе се мокри скрабери, када је ситне честице потребно оборити са високим степеном ефикасности и потом их валоризовати као корисну сировину тада се користе врећасти филтери. Када је потребна врло висока ефикасност при обарању ситних честица са великим протоком ваздуха тада се користе електростатички преципитатори (електрофилтери). Разуме се цена уређаја и система расте са повећањем степена ефикасности и смањењем крупноће честица које се захватају. На постројењима за уситњавање минералних сировина најширу примену су нашли отпрашивачи типа мокрих скрабера тзв. ротоклони. Скрабер ради тако да се ваздух са усисаном прашином на путу од места издвајања до вентилатора проводе кроз слој воде. При томе, захваћене честице минералне прашине остају у води, а чисти ваздух се избацује у атмосферу. Оквашена прашина се празни у облику муља и депонује у припремљени простор где »трајно« остаје, док се вода после избистравања враћа поново у процес. Када су у питању постројења која обухватају само уситњавања и класирање (нпр. каменоломи) тада се обично користе суви филтери, а оборена прашина се на тржишту валоризује као пунило. Уклањање наталожене прашине је могуће сувим, мокрим и комбинованим путем. Суви системи подразумевају пнеуматско усисавање. Чишћење се обавља тзв. вакуум чистачима. Вакуум чистачи могу бити стационарни (разведена мрежа са заједничким сабирним бункером) и мобилни (сваки чистач има свој сабирни резервоар). Изводи се када конструкција или уграђена опрема не дозвољава квашење, односно када се жели на релативно чист начин уклонити прашина. Усисана прашина је у сувом стању и може се даље валоризовати. Добра страна оваквог начина чишћења је што се избегавају проблеми са избистравањем и третирањем воде, а лоша страна је релативно слабији ефекти чишћења са скупљом опремом. Мокри начин чишћења наталожене прашине подразумева спирање под млазом техничке воде и прикупљање формираног муља системом техничке канализације. Тако формирана смеша се може одвести у технолошки процес на прераду (ако се ради о корисној минералној сировини и ако нема загађујућих материја које могу компромитовати технолошки процес прераде) или у депонију на таложење и избистравање. Муљ се може одвести и у систем за пречишћавање вода, али то није чест случај. Примена мокрог начина уклањања наталожене прашине се може обављати код погодне конструкције објекта (бетонска зграда) код које су енергетски каблови заштићени и када се располаже са довољним количинама воде под притиском. Овај начин уклањања прашине је ефикаснији и простији, али се јавља проблем руковања са формираним муљем. Валоризација прашине из муља се ретко врши. Комбиновани начин подразумева чишћење дела постројења сувим, а дела мокрим поступком. Примењује се код постројења код којих се не располаже за довољним количинама воде и на објектима који само делимично дозвољавају примену мокрог начина чишћења. Проблем буке и вибрација је карактеристичан за постројења на којима се обавља уситњавање. Главни извори су основне машине за уситњавање дробилице и млинови. Заштита се састоји у добром темељењу ових машина (битно за смањење вибрација), примени гумених облога у млиновима, континуалном храњењу машина минералним сировинама и раду са оптималним капацитетом (најинтензивнија је бука када се млинови обрћу без присуства довољних количина минералне сировине која нормално облаже мељућа тела и смањује буку), аутоматизацији процеса (како би се радници кратко задржавали у сектору тих машина) итд. Ако овакве мере не дају добре резултате приступа се примени појединачних заштитих средстава. Утицај уситњавања на животну средину је незнатан када се процес одвија у затвореном простору, а може бити веома неповољан када се одвија на отвореном (нпр. каменоломи). Аерозагађење је најуочљивије и најинтензивније. Поред мера које се предузимају за заштиту радне средине додатно се врши садња растиња и озелењавање (зелени заштитни појас), асфалтирају се саобраћајнице, пршћу се депоније и складови итд. 6.2. УТИЦАЈ КОНЦЕНТРАЦИЈЕ, ОДВОДЊАВАЊА И СКЛАДИШТЕЊА ПРОИЗВОДА НА РАДНУ И ЖИВОТНУ СРЕДИНУ Процеси концентрације могу имати вишеструки неповољни утицај на радну и животну средину. Код сувих процеса најупечатљивије се издваја загађење лебдећом минералном прашином, а код морих загађење површинских и подземних вода. Код флотацијских постројења, као специфично, среће се хемијско загађења као последица коришћења флотацијских реагенаса, а код радиометријских метода концентрације могуће је угрожавање здравља запосленог особља услед радијације. Лужење је у еколошком смислу веома осетљиво јер неконтролисано губљење раствора може угрозити ширу околину. Угрожавање буком и вибрацијама се ретко појављује код процеса концентрације. Издвајање и таложење лебдеће прашине прати све суве процеса, у првом реду гравитацијску и магнетску концентрација. Да би се угрожавање свело на најмању могућу меру потребно је предузимати мере заштите које су у принципу идентичне мерама заштите као код уситњавања. Код мокрих процеса какви су флотацијска, гравитацијска и магнетска концентрација проблем загађења радне средине своди се на проливање хидромешавине и пулпе по постројењу и на негативно дејство флотацијских реагенаса, који често имају непријатан мирис, могу бити отровни, запаљиви, агресивни и слично. То је и разлог да се њихово складиштење и припрема најчешће обавља у посебној (физички издвојеној и технички наменски уређеној) просторији како би у постројење за концентрацију стигли у еколошки безбедном облику. У односу на животну средину концентрација исказује негативно деловање углавном преко својих производа, односно преко некорисног производа (јаловина). Негативни утицај се огледа било преко огромних маса које се издвајају и депонују, преко далекосежне уситњености (због потребе потпуног отварања) и могућности растурања индустријске (загађене) воде по околини. И овде је флотацијска концентрација најизразитији загађивач – највеће масе, најситнија сировина и пулпа загађена раствореним флотацијским реагенсима. Мере заштите се усмеравају на место депоновања јаловине и простор који га окружује. Када су у питању масе мере заштите се своде на правилно димензионисање величине и избор подесне локације јаловишта, проблем ситних честица, њиховог доспевања у околне воде или развејавања након исушивања решава се држањем таложног језера максимално дозвољене величине, прскањем откривених делова, формирањем биопокривача на насипима, уградњом одговарајућих дренажних система и тсл. Проблем загађених вода се решава избором мање токсичних и опасних реагенаса, вишедневним задржавањем индустријске воде у јаловишту (до потпуног растварања флотацијских реагенаса) пре повратка у процес, односно пре испуштања у околне водотоке, затварањем циклуса воде тако да се максималне количине воде поново користе у процесу прераде (као повратна вода) итд. Светска искуства показују да је предузимањем одговараућих мера превенције и заштите могуће утицај на околину одржавати у прихватљивим границама. Стална техничка контрола и оскултација представљају посебан вид мера потребних за одржавање загађења околине у подношљивим границама. Као посебан еколошки проблем издваја се перколационо лужење минералних сировина. Наиме, током тог вида лужења могуће је да дође до губљења раствора по околном простору и подземљу при чему би се еколошка равнотежа битно пореметила. Разуме се губитак раствора значи и губитак корисне минералне сировине, па економски и еколошки аспекти имају исти предзнак. Због свега тога се предузимају опсежне мере хидроизолације простора на којем се лужење обавља. Поред тога предузимају се и мере сталне контроле нивоа и квалитета подземних, односно стања и квалитета површинских вода из окружења. Агитационо лужење се обавља у уређајима и у затвореним просторијама па је држање раствора и његових токова под контролом лакше. Међутим, нерастворни део је неопходно депоновати негде у околини, па проблем загађења заосталим раствором и уситњеном минералном сировином остаје. Суштински и овде је потребно применити мере за хидроизолацију депоније и мере контроле стања околних вода. Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Уџбеници Alternative Title An alternative name for the resource. The distinction between titles and alternative titles is application-specific. Udzbenici Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Provenance A statement of any changes in ownership and custody of the resource since its creation that are significant for its authenticity, integrity, and interpretation. The statement may include a description of any changes successive custodians made to the resource. Уџбеници Mediator An entity that mediates access to the resource and for whom the resource is intended or useful. In an educational context, a mediator might be a parent, teacher, teaching assistant, or care-giver. Томашевић Александра Title A name given to the resource Припрема минералних сировина Alternative Title An alternative name for the resource. The distinction between titles and alternative titles is application-specific. DK_Priprema mineralnih sirovina Subject The topic of the resource припрема минералних сировина узорак узроковање уситњавање дробљење чељусна дробилица конусна дробилица кружна дробилица конусна дробилица краткоконусна дробилица ударна дробилица дробилица са ваљцима дробилично постројење просејавање решетка сито млевење уређаји за млевење класирање мокро класирање суво класирање кружна шаржа концентрација флотацијска концентрација гравитацијска концентрација магнетска концентрација електрична концентрација лужење одводњавање дренирање згушњавање филтрирање сушење депоновање јаловиште ободни насип радна средина животна средина Description An account of the resource Ова књига је написана према програму истоименог предмета по којем овај курс слушају студенти VII и VIII семестра Смера за подземну и Смера за површинску експлоатацију лежишта минералних сировина на Рударско – геолошком факултету у Београду. Циљ ове књиге је да омогући упознавање са основним појмовима и терминима, односно да помогне у бољем разумевању улоге, задатака, процеса, феномена и специфичности припреме минералних сировина. Првенствено је намењена студентима рударства којима припрема минералних сировина није основна делатност, а могу је, као уводно или допунско штиво користити и студенти са других смерова, односно као својеврсни подсетник рударским инжењерима. Обрађивана тематика је веома широка, па се није залазило дубље у обраду појединих питања. Међутим, уложен је труд да и оно што је дато само у наговештају буде довољно подстицајно за даља истраживања и изучавања. При обради компликованих процеса тежило се максимално могућем упрошћавању како би текст био разумљив и прихватљив, разуме се водећи при томе рачуна о одржавању стручног и научног нивоа. Давани су примери из светске литературе, но где год је то било могуће дати су примери и искуства са домаћих постројења. Као изврстан предложак за писање ове књиге послужио је претходни уџбеник проф. др Мире Манојловић-Гифинг, који је под истим насловом 1985. године објавио Рударско–геолошки факултет. Током писања извршене су потребне допуне и скраћења, односно унесене су иновације које су остварене у протеклом периоду. Ускостручна терминологија у српском језику није уједначена тако да су коришћени термини који се уобичајено користе на Катедри за припрему минералних сировина београдског факултета. Creator An entity primarily responsible for making the resource Кнежевић Динко Publisher An entity responsible for making the resource available Рударско-геолошки факултет Универзитета у Београду Date A point or period of time associated with an event in the lifecycle of the resource 2001 Format The file format, physical medium, or dimensions of the resource application/pdf Language A language of the resource српски Type The nature or genre of the resource text Identifier An unambiguous reference to the resource within a given context AT-42704-0117 гравитацијска концентрација депоновање дренирање дробилица са ваљцима дробилично постројење дробљење електрична концентрација животна средина згушњавање јаловиште класирање конусна дробилица концентрација краткоконусна дробилица кружна дробилица кружна шаржа лужење магнетска концентрација млевење мокро класирање ободни насип одводњавање припрема минералних сировина просејавање радна средина решетка сито суво класирање сушење ударна дробилица узорак узроковање уређаји за млевење уситњавање филтрирање флотацијска концентрација чељусна дробилица