Politechnika Wrocławska Wydział Geoinżynierii, Górnictwa i Geologii Rok akademicki 2016/2017

Transkrypt

1 Laboratorium Przeróbki Kopalin i Odpadów Politechnika Wrocławska Wydział Geoinżynierii, Górnictwa i Geologii Rok akademicki 2016/2017 Prowadzący: dr inż. Tomasz Ratajczak tomasz.ratajczak@pwr.wroc.pl Wykłady prowadzone są w oparciu o prezentacje do wykładów autorskich dr. hab. inż. Andrzeja Łuszczkiewicza, prof. nadzw.

2 Kalendarz akademicki 2016/2017 Semestr letni Egzamin: I termin: r. (sala A5), II termin (poprawkowy): r. godz. 10:00-12:00 (sala A5), budynek Geocentrum Wykłady Konsultacje: niedziela: 10:00 11:00, poniedziałek: 10:45-11:15 (Legnica), środa 10:00-12:00, czwartek 10:00-11:00

3 Właściwości magnetyczne substancji Rozdział minerałów w polu magnetycznym Separatory magnetyczne Przewodnictwo minerałów Separatory elektryczne Właściwości optyczne ( makroskopowe ) minerałów Zasada działania separatora optycznego (Wykład 5)

4 WŁAŚCIWOŚCI MAGNETYCZNE SUBSTANCJI Wszystkie ciała materialne w przyrodzie posiadają właściwości magnetyczne wynikające z ich budowy fizycznej. Właściwości magnetyczne ciał są wynikiem ich budowy atomowej - zależą głównie od struktury ich zewnętrznych powłok elektronowych, a w niewielkim stopniu (~2%) od budowy jądra atomu.

5 A w przypadku minerałów Właściwości magnetyczne minerału są wypadkową właściwości magnetycznych pierwiastków chemicznych, z których zbudowany jest minerał. Właściwości magnetyczne pierwiastka wynikają z budowy jego atomu, a głównie ze struktury jego zewnętrznej powłoki elektronowej i są opisywane tzw. wypadkowym momentem magnetycznym*. Silnie zależą od temperatury. *Moment magnetyczny jest to suma wektorowa momentu orbitalnego i spinowego elektronów.

6 A w przypadku minerałów W polu magnetycznym ziarna mineralne zachowują się w różny sposób zależnie od ich właściwości fizycznych, a głównie od ich właściwości magnetycznych. Separacją magnetyczną lub wzbogacaniem magnetycznym nazywamy rozdział ziarn przy wykorzystaniu różnic we właściwościach magnetycznych minerałów. Rozdział ten polega na przyciąganiu lub odpychaniu ziarn minerałów (zależnie od ich właściwości magnetycznych) w przestrzeni oddziaływania pola magnetycznego. Magnetyczne właściwości ciał stałych, w tym także i minerałów charakteryzuje się wielkością zwaną podatnością magnetyczną. Prof. dr hab. inż. Andrzej Łuszczkiewicz, Przeróbka Kopalin 2 (Technologie przeróbki surowców mineralnych). Wykład autorski 2015/2016. WYKŁAD 7

7 Zasada separacji magnetycznej Linie sił pola magnetycznego Drzymała J., Podstawy Mineralurgii. Oficyna Wydawnicza Politechn.Wrocł. 2001

8 Orientacyjne zakresy stosowalności różnych metod separacji 1 m 10 m 100 m 1000 m 1cm 10cm Rozpuszczalność Kolor, postać Wielkość ziarn Klasyfikacja hydrauliczna Sortowanie (przebieranie) Mokre Przesiewanie Suche Gęstość (ciecze ciężkie) Hydrocyklony Separatory głębokie Separatory płytkie Gęstość i wielkość ziarn Stoły szlamowe os. promieniowe Osadazarki Hydrocyklony (węgiel) Stoły koncentracyjne węgiel (rudy) Stoły powietrzne (węgiel) Separatory strumieniowo-zwojowe Płuczki strumieniowe, stożki Reicherta Separator Bartles-Mozley Sep. taśmowy Bartles Separatory wirówkowe węgiel Flokulacja selektywna Flotacja (węgiel) właściwości powierzchniowe Mokra separacja magnetyczna LI Mokra separacja magnetyczna HI (wysokie natężenie) Sucha separacja magnetyczna LI Separacja elektryczna podatność magnetyczna Wychwytywanie Przewodnictwo elektrycz Wielkość ziarna, m

9 Jeżeli w polu tym umieścimy ziarno ciała stałego, to powstająca indukcja magnetyczna będzie inna niż w próżni i wyniesie: B H gdzie: - względna przenikalność magnetyczna ziarna, [Vs/(Am)], lub [H/m] (henr/metr) B - indukcja magnetyczna w ziarnie, [ T ](tesla), [Vs/m 2 ], [HA/m 2 ] indukcja magnetyczna wewnątrz ciała równa jest natężeniu pola magnetycznego poza ciałem, pomnożonemu przez współczynnik przenikalności magnetycznej materiału Powstająca indukcja magnetyczna B zależy zarówno od pola magnetycznego H, jak i namagnesowania M. Opisuje to zależnością: B = 0 (H + M) = B M gdzie udział próżni udział ziarna M - namagnesowanie (magnetyzacja), A/m

10 Wektor indukcji magnetycznej B, w obecności ziarna w polu magnetycznym, jest różny od wektora indukcji w próżni B o. Krotność przyrostu indukcji magnetycznej wynosi: B B B M B 0 - nazwano objętościową podatnością magnetyczną (bezwymiarowa) gdzie:, 0 - względna przenikalność magnetyczna ziarna, próżni, [Vs/(Am)] lub [H/m] (henr/metr) B, B 0 - indukcja magnetyczna w ziarnie, w próżni, [T](tesla), [Vs/m 2 ], [HA/m 2 ] M - namagnesowanie (magnetyzacja), A/m (jednostka indukcji magnetycznej w układzie CGS)

11 B = B H, H = M (magnetyzacja) W praktyce używa się wielkości zwanej podatnością magnetyczną właściwą definiowaną następującą formułą: χ w,m 3 /kg gdzie jest gęstością substancji w kg/m 3. Istnieją 3 różne pojęcia podatności magnetycznej: objętościowa (, bezwymiarowa), właściwa masowa ( w, m 3 /kg, cm 3 /g) właściwa molowa ( M, m 3 /kmol, otrzymuje się przez pomnożenie podatności właściwej w przez masę molową w kg/kmol).

12 gdzie : F dh H, dl dh dl gradient pola F- siła działająca na ziarno w odległości l H natężenie pola magnetycznego Energia magnetyczna jednostki ciała namagnesowanego, umieszczonego w polu magnetycznym o natężeniu H: 1 2 H 0 2 Siła działająca na jednostkę objętości ziarna równa jest gradientowi gęstości energii ze znakiem ujemnym: f 1 2 grad 0 H 2

13 Składowa l tej siły: 1 2 dh 0 dl 2 f l Z obu wzorów wynika, że aby na ziarno zadziałała siła magnetyczna, w przestrzeni roboczej separatora musi istnieć niejednorodne pole magnetyczne (wtedy grad H 2 0) Ten warunek determinuje kształt nabiegunników separatora magnetycznego

14 Wills B.A., Mineral processing technology. Pergamon Press 1983

15 SUBSTANCJE (ciała materialne) + (>0) (<0) PARAMAGNETYKI DIAMAGNETYKI

16 Podatność magnetyczna w układzie jednostek SI ma inną wartość liczbową w układzie cgs w SI [m 3 /kg] = w cgs [cm 3 /g] Fizyka dzieli ciała stałe, w tym także i minerały na 2 grupy: diamagnetyki ( < 0) i paramagnetyki ( > 0). Paramagnetyki dzielą się na 4 podgrupy: paramagnetyki właściwe, =const antyferromagnetyki ferrimagnetyki = f(h) ferromagnetyki

17 Diamagnetyki ( < 0), - mają moment magnetyczny równy zeru kwarc SiO 2 korund Al 2 O 3 kalcyt CaCO 3 dolomit CaCO 3. MgCO 3 magnezyt MgCO 3 baryt BaSO 4 sfaleryt ZnS galena PbS chalkozyn Cu 2 S cyrkon ZrSiO 4 rutyl TiO 2 anhydryt CaSO 4 gips CaSO 4. 2H 2 O ortoklaz (skaleń potasowy) K[AlSi 3 O 8 ] albit (skaleń sodowy) Na[AlSi 3 O 8 ]

18 Podatności magnetyczne minerałów diamagnetycznych ( < 0) Minerał Wzór chemiczny w (m 3 kg -l ) 10-9 Baddeleyit ZrO 2-1,4 Baryt BaSO 4-3,8 Kalcyt CaCO 3-45,2 Fluoryt CaF 2-7,9 Litargit PbO -1,6 Magnezyt MgCO 3-6,4 Molibdenit MoS 2-7,2 Kwarc SiO 2-5,7 Korund Al 2 O 3-5,9 Sfaleryt ZnS -3,3 Cerusyt PbCO 3-23,9 Mimetezyt Pb 5 [Cl(AsO 4 ) 3 ] -21,4 Apatyt Ca 5 [PO 4 ] 3 (F,Cl) -3,27 Svoboda J. Magnetic methods for the treatment of minerals, Elsevier Science Publisher, Amsterdam 1987

19 Wszystkie paramagnetyki mają moment magnetyczny >0 i > 0 Paramagnetyki właściwe: Minerał Wzór chemiczny w, (m 3 kg -l ) 10-9 Anataz TiO Azbest chryzotylowy Mg 6 [(OH) 8 Si ] Bornit Cu 2 FeS Kasyteryt SnO Chalkopiryt CuFeS Piryt FeS 2 1,3 41,0 Dolomit CaMg(CO 3 ) Goethyt FeOOH Hausmanit Mn 3 O Ilmenit FeO TiO Hematyt Fe 2 O Malachit Cu 2 [(OH) 2 CO 3 ] Monacyt (Ce,La,...)PO Rutyl TiO Syderyt FeCO Wolframit (Mn,Fe)WO Svoboda J. Magnetic methods for the treatment of minerals, Elsevier Science Publisher, Amsterdam 1987

20 Przykładowo, podatność magnetyczna bornitu w temperaturze pokojowej zmierzona przez różnych badaczy waha się w granicach: 8, , m 3 /kg Antyferromagnetyki = f(h), hematyt -Fe 2 O 3 ilmenit FeTiO 3 syderyt FeCO 3 monacyt (Ln)PO 4 turmalin Na(Mg,Fe,Li,Al) 3 Al 6 [Si 6 O 18 (BO 3 )(OH,F) 4 ] piroluzyt MnO 2. Ferrimagnetyki = f(h) magnetyt Fe 3 O 4 =(FeO Fe 2 O 3 ) maghemit -Fe 2 O 3 tytanomagnetyt st. r-r 2FeO TiO 2 - FeO Fe 2 O 3 pirotyn, troilit FeS kubanit CuFe 2 S 3

21 Ferromagnetyki, = f(h), żelazo rodzime żelazo-platyna żelazo-nikiel wytworzone przez człowieka stopy żelaza (stal, żeliwo), niklu, kobaltu, neodymu, samaru, prazeodymu Ferromagnetyki wykazują namagnesowanie nawet bez zewnętrznego pola magnetycznego. Ich namagnesowanie jest kilka rzędów większe od innych paramagnetyków. Namagnesowanie to wynika ze spontanicznego równoległego ustawiania się momentów magnetycznych elektronów. Powyżej pewnej temperatury, zwanej temperaturą Curie obszary spontanicznego namagnesowania ulegają destrukcji i ciało staje się właściwym paramagnetykiem Prof. dr hab. inż. Andrzej Łuszczkiewicz, Przeróbka Kopalin 2 (Technologie przeróbki surowców mineralnych). Wykład autorski 2015/2016. WYKŁAD 7

22 Podział substancji magnetycznych w zależności od zachowania się w polu magnetycznym Drzymała J., Podstawy Mineralurgii. Oficyna Wydawnicza Politechn.Wrocł. 2001

23 Separatory magnetyczne Nadawa <75µm na mokro ziarna słabo magnetyczne ziarna silnie magnetyczne HGM S (High gradient magnetic separators) separatory z polem magnetycznym o wysokim gradiencie HGMS LIM S (Low intensity magnetic separators) separatory bębnowe o niskiej intensywności pola magnetycznego (małe H)

24 Separatory magnetyczne Nadawa >75 m na mokro na sucho ziarna słabo magnetyczne ziarna silnie magnetyczne ziarna słabo magnetyczne ziarna silnie magnetyczne HGMS LIMS bębnowe HIMS, IRMS OGMS, HGMS IDS LIMS bębnowe cross-belt HIMS/LIMS high intensity magnetic separator (pole o wysokiej lub niskiej intensywności) IRMS inuced magnetic roll (indukcyjny rolkowy) OGMS open gradient magnetic separator (z otwartym gradientem w separatorach nadprzewodzących) HGMS high gradient magnetic separator (pole o wysokim gradiencie) IDS separacja w izodynamicznym polu magnetycznym (np. Frantza, o stałej wartości H dh/dl)

25 LIMS Zasada działania separatora bębnowego o niskiej intensywności pola magnetycznego, do separacji na sucho Kelly E.G., Spottiswood D.J., Introduction to mineral processing. J.Wiley& Sons, N.Jork 1985

26 Siły działające na ziarna dia- i paramagnetyczne w polu magnetycznym dia- para- F m = V w H grad H w podatność magnetyczna właściwa V objętość ziarna F m siła magnetyczna F g siła grawitacji F d, F a siły związane z wielkością, kształtem i gęstością ziarna oraz lepkością ośrodka (ciekłego d lub powietrznego a ) Basics in mineral processing. Metso Minerals 2003

27 Zasada działania separatorów bębnowych (LIMS) LIMS na mokro Gradient 0,01-0,03T do 50 mm od powierzchni bębna LIMS na sucho Gradient 0,01-0,03T do 50mm od powierzchni bębna F m siła magnetyczna F g siła grawitacji F d, F a siły związane z wielkością, kształtem i gęstością ziarna oraz lepkością ośrodka (ciekłego d lub powietrznego a ) F c siła związana z wielkością i gęstością ziarna oraz prędkością obrotową bębna Basics in mineral processing. Metso Minerals 2003

28 Separator bębnowy (LIMS) Wet low intensity drum magnetic separator, 2007 Outotec Oyj

29 Zasada działania separatorów bębnowych (LIMS) Nadawa Magnesy stałe nieruchome Średnice bębna: 1200mm, długość mm uziarnienie nadawy: do 3 mm Produkt magnetyczny Separator magnetyczny bębnowy z niskim natężeniem pola magnetycznego (LIMS) Kelly E.G., Spottiswood D.J., Introduction to mineral processing. J.Wiley& Sons, N.Jork 1985

30 Zasada działania separatorów bębnowych (LIMS) Rare-earth roll magnetic separators, 2007 Outotec Oyj

31 Zasada działania separatorów bębnowych (LIMS) Średnice bębna: 1200mm, długość od 0,6 do 3,6 m max. uziarnienie nadawy: do 6-20 mm Basics in mineral processing. Metso Minerals 2003

32 Zasada działania separatora bębnowego (LIMS) dwustopniowego Basics in mineral processing. Metso Minerals 2003

33 Układ technologiczny czterostopniowego wzbogacania rud takonitowych (LIMS) Laskowski J., Łuszczkiewicz A., 1989, Przeróbka kopalin. Wzbogacanie surowców mineralnych, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej

34 Zasada działania separatora rolkowo-taśmowego (HIMS) Rare-earth roll magnetic separators, 2007 Outotec Oyj

35 LIMS Wills B.A., Mineral processing technology. Pergamon Press 1983

36 LIMS Wills B.A., Mineral processing technology. Pergamon Press 1983

37 Typowym przedstawicielem rodziny separatorów HGMS jest separator Jonesa. Zmienność pola magnetycznego osiąga się dzięki wypełnieniu magnetykiem przestrzeni między biegunami magnesu lub elektromagnesu. Wypełnieniem może być wełna metalowa lub wkłady metalowe o specjalnie wymodelowanych kształtach, co ma zapewnić duże dh/dx, czyli silne zakrzywienie linii sił pola magnetycznego. Drzymała, 2009

38 Zasada działania separatorów matrycowych HGSM Pola magnetyczne w strefie separacji (w matrycy): 0, T Uziarnienie nadawy w zależności od rodzaju matrycy od <1mm do < 0,007mm Kelly E.G., Spottiswood D.J., Introduction to mineral processing. J.Wiley& Sons, N.Jork 1985

39 Zasada działania separatora karuzelowego (WHIMS) Drzymała J., Podstawy Mineralurgii. Oficyna Wydawnicza Politechn.Wrocł. 2001

40 WHIMS Горная энциклопедия в пяти томах. том 1 4, Издательство Советская энциклопедия, Москва )

41 HGMS filtracja magnetyczna Pola magnetyczne w strefie separacji (w matrycy): 0, T Uziarnienie nadawy < 0,01mm, ciśnienie strumienia nadawy do 100 bar Basics in mineral processing. Metso Minerals 2003

42 IRMS Wills B.A., Mineral processing technology. Pergamon Press 1983

43 IDMS Sparator izodynamiczny typu Frantz Rdzeń Uzwojenie magnesu Rynienka zsypowa Svoboda J. Magnetic methods for the treatment of minerals, Elsevier Science Publisher, Amsterdam 1987

44 Zasada działania separatora nadprzewodnikowego (Superconducting Magnetic Separator SCMS) HGMS - Bardzo wysokie H do 10T, - Praca ciągła (prąd krążący), - Bardzo drobne ziarna Wills B.A., Mineral processing technology. Pergamon Press 1983

45 WYSOKOGRADIENTOWA SEPARACJA MAGNETYCZNA Z UŻYCIEM MAGNESÓW NADPRZEWODZĄCYCH stanowi jedno z najbardziej zaawansowanych rozwiązań w przeróbce surowców mineralnych. Najważniejszą technologicznie cechą takich procesów jest niska energochłonność i niewielka masa urządzeń oraz możliwość wydzielania słabo magnetycznych cząstek o rozmiarach <1 m, niedostępnych dla żadnych innych fizycznych metod separacji. W praktyce wysokogradientowe separatory matrycowe z magnesami nadprzewodzącymi zastosowano do wzbogacania takonitowych rud żelaza (separacja hematytu, goethytu, limonitu), koncentrowania minerałów paramagnetycznych (wolframit, chromit, ilmenit), usuwania zanieczyszczeń barwiących w z kaolinów. Pracujące instalacje przemysłowe generują pole o indukcji 5 T.

46 Separatory nadprzewodnikowe CARPCO SMS Outotec Cryofilter Outotec (USA) Inc.Minerals Processing, Physical Separationwww.outotec.com

47

48 Separacja elektryczna jest metodą rozdziału wykorzystującą różnice we właściwościach elektrycznych minerałów, na które składają się przede wszystkim przewodnictwo elektryczne, przenikalność dielektryczna i efekt tryboelektryczny (elektryzacji przez tarcie). Miarą przewodnictwa elektrycznego jest : oporność właściwa r ( ), [ m], lub przewodność właściwa =1/r, [S m -1 ] (simens/metr) W zależności od wartości przewodności i budowy elektronowej substancje, w tym i minerały, dzielą się na: przewodniki, r = m półprzewodniki, r = m dielektryki (izolatory), r = m

49 Przewodnictwo elektryczne wybranych minerałów Dobrze przewodzące Półprzewodniki Antracyt Antymonit Kwarc Arsenopiryt Wolframit Skalenie Galena Granaty żelaziste Baryt Grafit Kaolinit Gips Złoto rodzime Kasyteryt Kalcyt Srebro rodzime Korund Halit Ilmenit Sfaleryt Magnezyt Magnetyt Smitsonit Monacyt Hematyt Fajalit Muskowit Piryt Chromit Oliwin Nieprzewodzące Chalkozyn Cyrkon żelazisty Siarka rodzima Chalkopiryt Syderyt Turmalin Kowelin Boksyt Fluoryt Molibdenit Scheelit Олофинский Н.Ф., Электрические методы oбогащения. Иэдат. Недра, Москва 1970

50 Minerał Rząd wielkości oporu ziaren d=1mm, Przenikalność dielektryczna Apatyt > ,8 8,0 Arsenopiryt <10 6 >81,0 Baryt > ,0 12,0 Cerusyt >10 7 2,3 Chalkopiryt <10 6 >81,0 Chalkozyn <10 6 >81,0 Diament > ,5 Galena <10 6 >81,0 Gips > ,0 11,6 Hematyt < ,0 Ilmenit <10 6 >33,7<81,0 Kwarc > ,2 5,0 Magnetyt <10 6 >33,7<81,0 Molibdenit <10 6 >81,0 Piryt <10 6 >33,7<81,0 Skaleń > ,8 Srebro rodzime <10 6 >81,0 Złoto rodzime 10 6 >81,0 Właściwości elektryczne wybranych minerałów Олофинский Н.Ф., Электрические методы oбогащения. Иэдат. Недра, Москва 1970

51 W metodzie tej warunkiem rozdziału jest obecność pola elektrycznego, do którego trafiają naładowane elektrycznie cząstki (ziarna) rozdzielanej mieszaniny. Ładunki elektryczne są źródłem siły działającej na ziarno w polu elektrycznym. Jednorodne pole elektryczne nie wywołuje żadnego działania na cząstki nie posiadające ładunku. W silnie niejednorodnym polu elektrycznym cząstki z różną przenikalnością dielektryczną otrzymują ładunki o różnej wielkości. Dla zaistnienia rozdziału, różnice w masach ziaren nie mogą przekraczać wartości 10%, a w przenikalności dielektrycznej muszą się różnić co najmniej o 100%.

52 Orientacyjne zakresy stosowalności różnych metod separacji 1 m 10 m 100 m 1000 m 1cm 10cm Rozpuszczalność Kolor, postać Wielkość ziarn Klasyfikacja hydrauliczna Sortowanie (przebieranie) Mokre Przesiewanie Suche Gęstość (ciecze ciężkie) Hydrocyklony Separatory głębokie Separatory płytkie Gęstość i wielkość ziarn Stoły szlamowe os. promieniowe Osadazarki Hydrocyklony (węgiel) Stoły koncentracyjne węgiel (rudy) Stoły powietrzne (węgiel) Separatory strumieniowo-zwojowe Płuczki strumieniowe, stożki Reicherta Separator Bartles-Mozley Sep. taśmowy Bartles Separatory wirówkowe węgiel Flokulacja selektywna Flotacja (węgiel) właściwości powierzchniowe Mokra separacja magnetyczna LI Mokra separacja magnetyczna HI (wysokie natężenie) Sucha separacja magnetyczna LI Separacja elektryczna podatność magnetyczna Wychwytywanie Przewodnictwo elektrycz Wielkość ziarna, m

53 SEPARACJA ELEKTRYCZNA elektrostatyczna koronowa dielektryczna adhezyjna kombinowana koronowoelektrostatyczna koronowomagnetyczna trybo-adhezyjna tryboelektryczna Барский Л.А. Основы минералургии. Издат. Наука, Москва 1984

54 Zasada działania separacji elektrycznej Separacja elektryczna polega na rozdziale ziarn w polu elektrycznym według rodzaju i wielkości ładunku elektrostatycznego na ich powierzchni. Siła F el działająca na cząstkę w polu elektrycznym: F el = Q t E = A q E A - powierzchnia, cm 2 q - ładunek powierzchniowy,c/cm 2 E - pole elektryczne, V/m Drzymała J., Podstawy Mineralurgii. Oficyna Wydawnicza Politechn.Wrocł. 2001

55 Separacja dielektryczna polega na rozdziale ziarn w ośrodku elektrycznie nieprzewodzącym (powietrze lub nieprzewodząca ciecz) bez wcześniejszego naładowania rozdzielanych cząstek (ziarn).

56 Siłę działającą na ziarno opisuje równanie Coulomba, które wg Nussbauma ma postać: F el Q Q 4 h Q, Q t - ładunki elektryczne - źródło pola 0 - przenikalność dielektryczna próżni h - odległość pomiędzy ładunkami 0 t 2 Siła grawitacji działająca na ziarno: F g - gęstość ziarna d - średnica ziarna g - przyspieszenie ziemskie d 3 g 6 (Drzymała J., Podstawy Mineralurgii. Oficyna Wydawnicza Politechn.Wrocł. 2001)

57 Ładunek elektryczny ( C) zależy od czasu: t Q0exp( ) Q Qt 0 exp( t 0 ) Q 0 ładunek elektryczny w chwili powstania (t = 0) Q t ładunek elektryczny w danej chwili t t czas od chwili powstania ładunku tzw. czas relaksacji przewodność (S m 1 ), stała dielektryczna ziarna (bezwymiarowa), 0 przenikalność dielektryczna próżni (8, A s -1 m 1 ). Substancje o dużym przewodnictwie, np. metale i inne przewodzące substancje tracą zatem ładunek elektryczny z upływem czasu. Wpływ wilgotności: log = a + b c a, b stałe c wilgotność względna powietrza

58 Nadawa Sposoby elektryzacji przez: - tarcie (tryboelektryzacja) - jonizację - indukcję - kontakt - inne Nadawa nadawa pole elektryczne ziarna przewodzące + ziarna nieprzewodzące Koncentrat Odpad ziarna przewodzące ziarna nieprzewodzące Elektryzacja przez tarcie Elektryzacja przez jonizację (wyładowanie koronujące) Elektryzacja przez kontakt z elektrodą przewodzącą Drzymała J., Podstawy Mineralurgii. Oficyna Wydawnicza Politechn.Wrocł. 2001

59 Separator elektryczny koronowy (ulotowy) Kelly E.G., Spottiswood D.J., Introduction to mineral processing. J.Wiley& Sons, N.Jork 1985

60 Zasada działania separatora elektrostatycznego Олофинский Н.Ф., Электрические методы oбогащения. Иэдат. Недра, Москва 1970

61 Separator elektryczny koronowo-elektrostatyczny Kelly E.G., Spottiswood D.J., Introduction to mineral processing. J.Wiley& Sons, N.Jork 1985

62 Zasada działania separatorów tryboelektrycznych Олофинский Н.Ф., Электрические методы oбогащения. Иэдат. Недра, Москва 1970

63 NIEPRZEWODZĄCE, PRZYLEGAJĄCE DO BĘBNA PRZEWODZĄCE, ODRZUCANE OD BĘBNA apatyt cyanit brookit limonit baddeleyit magnezyt kasyteryt magnetyt+ baryt monacyt chromit+ manganit+ bastnaesyt kwarc kolumbit+ piryt beryl scheelit diament* rutyl celestyn sepentyn+ fluoryt stibnit korund sfaleryt* galena tantalit+ skaleń spinel złoto tungstyt granat staurolit+ grafit wolframit+ gips* turnmalin+ hematyt+ hornblenda+ cyrkon ilmenit *właściwości tych minerałów są zmienne + minerały podatne na separację magnetyczną

64 Electrostatic Corona Separator Model: ESCI (Active Width: 1500mm Three-stage type) NMI Nippon Magnetics, Inc.

65 Wills B.A., Mineral processing technology. Pergamon Press 1983

66 Oprócz procesów wzbogacania separacja elektryczna znalazła zastosowanie do oczyszczania (odpylania) gazów odprowadzanych z różnych procesów technologicznych. Urządzenia nazywane są wówczas elektrofiltrami. Proces elektro-odpylania skuteczny jest w 50-98% w zależności od właściwości cząstek pyłu (parametry elektryczne, rozmiar, gęstość) i prędkości strumienia. Konstrukcja elektrofiltrów zależy od tego czy wychwytywane pyły zawierają cząstki tylko nieprzewodzące, czy przewodzące i nieprzewodzące.

67 Zasada działania elektrofiltra cylindrycznego (pyły nieprzewodzące) Elektrofiltr do oczyszczania gazów i wzbogacania materiałów pylistych Олофинский Н.Ф., Электрические методы oбогащения. Иэдат. Недра, Москва 1970

68 Rozdział koncentratów minerałów ciężkich wydzielonych z pospolitych surowców okruchowych (piasków)

69 Właściwości magnetyczne i elektryczne minerałów ciężkich z piasków minerał Gęstość d, 10 3 kg/m 3 Podatność magnetyczna właściwa, m 3 kg Przenikalność dielektryczna, Farad/m ilmenit FeTiO 3 4,50 5, ,7 81,0 rutyl TiO 2 4,20 4, ,0 173,0 cyrkon Zr[SiO 4 ] 4,67-2,44-2,14 8,6 12,0 monacyt (Ln,Y)[PO 4 ] 4,80 5, ,0 ksenotym Y[PO 4 ] 4,40 5, b.d./np granaty Fe 3 Al 2 [SiO 4 ] 3 4, ,0 kwarc SiO 2 2,65-5,7 4,5 6,0 b.d. brak danych NP - nieprzewodzący

70 Układ technologiczny wydzielania i rozdziału koncentratów minerałów ciężkich z kruszyw naturalnych nadawa (urobek ze złoża) frakcja przewodząca koncentrat rutylu koncentrat złota piasek koncentrat grawitacyjny frakcje niemagnetyczne Separacja elektryczna klasyfikacja Wzbogacanie grawitacyjne Separacja magnetyczna n.n.p. Separacja magnetyczna w.n.p. koncentrat cyrkonu f.n. f.p. koncentrat ilmenitu Separacja elektryczna żwir, zanieczyszczenia piasek kwarcowy, granaty frakcja magnetyczna produkt magnetytowy i tytanomagnetytowy frakcja magnetyczna frakca nieprzewodząca koncentrat monacytu Łuszczkiewicz 2002

71 Drzymała J. Podstawy mineralurgii. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2001 Blaschke Z. i inni, Górnictwo Cz.V. Zarys technologii procesów przeróbczych, Skrypt AGH, Kraków, 1983 Kelly E.G., Spottiswood D.J., Introduction to mineral processing. J.Wiley& Sons, N.Jork 1985 Svoboda J. Magnetic methods for the treatment of minerals, Developments in mineral processing, Vol. 8, D.W. Fuerstenau (adv. ed.), Elsevier Science Publisher, Amsterdam Олофинский Н.Ф., Электрические методы oбогащения. Издательство Недра, Москва Literatura pomocnicza Łuszczkiewicz A., Poznawcze i technologiczne aspekty występowania minerałów ciężkich w surowcach okruchowych. Prace Naukowe Instytutu Górnictwa Politechniki Wrocławskiej, Monografie Nr 36. Wrocław 2002

72

73 Proces separacji optycznej oparty jest na rozpoznawaniu różnic we właściwościach fizycznych rozdzielanego materiału, takich jak: - kolor (adsorpcja światła widzialnego), - adsorpcja określonego promieniowania, - przewodnictwo cieplne, - emisja określonego promieniowania W strumieniu przepływającego materiału system optyczny rozpoznaje ziarna o określonych cechach optycznych i przy pomocy strumienia sprężonego powietrza wydmuchuje te ziarna ze strumienia Separatory optyczne wyposażone są systemy komputerowe umożliwiając wprowadzanie modyfikacji parametrów procesu w trakcie użytkowania. W warunkach przemysłowych stosowana może być separacja wielostopniowa. Separatory optyczne budowane są wówczas jako urządzenia, w których można uzyskać kilka frakcji materiału o różnych stopniach właściwości fizycznych.

74 Zasada separacji optycznej (Photometric Sorting, Sensor Based Sorting) 1. Strumień nadawy 2. Taśmociąg (~3 m/s) 3. Sensor rodzaju ziarn 4. Kamera skanująca 5. Przetwarzanie danych procesowych 6. Dysze sprężonego powietrza 7. Strumień 1 produktu 8. Strumień 2 produktu 9. Centrum sterujące Harbeck H., 2009

75 Zasada działania separatora optycznego

76 Zasada działania separatora optycznego Źródło promieniawania Strumień rozdzielanego materiału Strefa i strumień sprężonego powietrza Strefa czujnika promieniowania identyfikującego Dysze sprężonego powietrza RHEWUM DataSort S

77 Zasada działania separatora optycznego Czujniki promieniowania Comex AS Leaflets

78 Przykłady produktów separacji optycznej Comex AS Leaflets 2012

79 Przykłady produktów separacji optycznej Zwietrzałe (utlenione) minerały miedzi charakteryzują się niebieskim i niebieskozielonym kolorem (malachit, azuryt). Ziarna utlenionej rudy nie zawierające miedzi nie maja tego koloru. Jest to podstawa separacji optycznej Moritz, 2008

80 Widok zbioru ziarn w różnym promieniowaniu Światło widzialne Podczerwień Podczerwień Ultrafiolet Specifications for OSX-1000: Advantages over competitors: Particle size: mm Multi-parameter sorting Capacity: t/h Sorting efficiency up to 99 % Std. size: L (7.1 m), H (2.5 m), W (1.7 m) Comex AS Leaflets 2012

81 Widok (skan) rudy miedzi z ZWR Lubin. W świetle widzialnym możliwa jest identyfikacja ziarn programem rozpoznawania obrazów

82 Proponowane rozwiązania dla rudy miedzi z LGOM

83 Literatura cytowana Comex AS. 2012, Sorting solutions. OSX separator series. Comex leaflets, Commodas Mining GmbH, 2008/08 GB, Innovation in global mining, Moritz M., 2008, Pre-Concentration with Sensor Based Sorters. Presentation of Commodas Mining GmbH, Wedel/Hamburg. Society of Mining Professors 2008, May 18th, 2008, AACHEN, Germany Wills B.A., Mineral processing technology. Elsevier 2006 Harbeck H., 2009, Introducing Commodas and UltraSort, Commodas Mining GmbH