1. Процесс мокрой гравитационной обогатительной переработки минералов асбестового типа, характеризуется тем, что:

(i) он применим к обогащению различных видов асбестовых руд, включая хризотиловый асбест (белый асбест), бруцитовый асбест, волокнистый сепиолитовый асбест, амфиболовый асбест и т. п.;

(ii) процесс включает в себя: замачивание и пропитывание асбестовых руд водой в качестве рабочей среды, с последующим мокрым дроблением, измельчением, расщеплением на волокна и разрыхлением, а затем отделение различных сортов асбестовых волокон, игольчатых волокон, пустой породы, и минерального шлама (асбестовой пыли) с помощью различных методов мокрой гравитационной концентрации, после чего следует операция тонкого расщепления для полного разрыхления и, наконец, обезвоживание и удаление шлама путем прессовой фильтрации с целью получения высококачественных изделий из асбестовых волокон;

(iii) условия технологического процесса следующие: pH технологической воды, используемой на обогатительной фабрике, составляет 6,5–7,5, при этом pH пульпы для дробления и измельчения с целью извлечения составляет 7–9, pH высококонцентрированной асбестовой пульпы — 7–10, а pH обратной воды — 7–8; соотношение «твердое вещество к жидкости» (по массе) для грубого дробления и разволокнивания составляет 1:0,1–0,5; для среднего дробления и разволокнивания/разрыхления — 1:0,5–3; для тонкого дробления и разволокнивания/разрыхления — 1:2–5; для измельчения и раскрытия — 1:2–5; для грубого измельчения — 1:10–40; для очистки — 1:10–50; для промывки — 1:8–15; концентрация подаваемого материала для операции тонкого расщепления составляет соотношение «твердое вещество к жидкости» 1:6–18 (все соотношения указаны по массе); для обезвоживания и удаления шлама из очищенных волокон применяется метод прессовой фильтрации, при этом влажность обезвоженного продукта составляет 16–25% (по массе), а содержание пыли и шлама с размером частиц –200 меш составляет 4–36% (по массе влаги, регулируется в соответствии с требованиями к качеству для различных марок изделий из асбестовых волокон);

(iv) метод, описанный в настоящем патенте, также применим к вторичной переработке промышленных асбестовых волокон, полученных сухим способом из руды (на обогатительных фабриках), или сырого кускового асбеста, используемого в качестве сырья на заводах по производству асбестовых изделий;

(v) метод, описанный в настоящем патенте, также применим к мокрому извлечению коротких асбестовых волокон из отходов асбестовой переработки, полученных сухим способом.

2. Способ по пункту 1 формулы изобретения, при котором вода, используемая на этапах мокрого измельчения, дробления, раскрытия, мокрого разделения и мокрого тонкого разделения волокон, может представлять собой пресную воду (pH = 6,5–7,5) или рециркулируемую воду (pH = 7–10).

3. Способ согласно пункту 1 формулы изобретения, характеризуется тем, что В воду, используемую при проведении операций мокрого измельчения, дробления, разволокнивания, раскрытия, мокрого разделения и мокрого тонкого дробления, могут добавляться щелочные неорганические соединения, щелочность которых регулируется в диапазоне pH 7–14, при этом оптимальное рабочее значение pH составляет 7–10.

4. Способ согласно пункту 1 формулы изобретения, характеризуется тем, что неорганические щелочные соединения для регулирования pH технологической воды выбираются из одного или нескольких следующих веществ, используемых по отдельности или в сочетании: гидроксид натрия, известковая вода (Ca(OH)₂), карбонат натрия, бикарбонат натрия, силикат натрия, гексаметафосфат натрия и триполифосфат натрия, при этом дозировка регулируется таким образом, чтобы поддерживать рабочий pH в пределах 7–14, предпочтительно 8–10.

5. Способ согласно пункту 1 формулы изобретения, характеризуется тем, что потребление воды на каждом этапе дробления, измельчения, расщепления и разрыхления постепенно увеличивается по мере увеличения удельной поверхности руды, при этом соотношение «твердое вещество к жидкости» (по массе) составляет 1:0,1–0,5 для грубого дробления/расщепления, 1:0,5–3 — при среднем дроблении, 1:2–5 — при тонком дроблении и 1:0,5–6 — при измельчении.

6. Способ согласно пункту 1 формулы изобретения, характеризуется тем, что Расход воды при черновой и чистой обработке постепенно увеличивается в зависимости от требуемой степени очистки, при этом соотношение «твердое вещество к жидкости» (по массе) составляет 1:10–40 для черновой обработки, 1:10–50 для чистой обработки и 1:8–15 для промывки.

7. Способ согласно пункту 1 формулы изобретения, характеризуется тем, что Концентрация целлюлозы для операции тонкого разделения составляет 5–16% (массовая концентрация твердых веществ), а количество циклов циркуляции при тонком разделении — 1–4 раза (циркуляция «насос-рефинер») или 10–30 минут (циркуляция в разбивающем резервуаре).

8. Способ согласно пункту 1 формулы изобретения, характеризуется тем, что Обезвоживание и удаление шлама из очищенного асбестового волокна осуществляются в ходе одной операции, а в качестве оборудования для этой операции используется отжимной фильтр, выполняющий как функции зачерпывания, так и фильтрации, технические характеристики которого следующие:

(i) подача целлюлозы методом боковой подачи;

(ii) завершение первого этапа обезвоживания и удаления шлама методом гребневого просеивания на роторном грохоте;

(iii) завершение второго этапа обезвоживания и удаления шлама путем прессования между прессовальным валом и вращающимся ситом;

(iv) перенос пульпы с вращающегося сита на войлок и завершение третьего этапа обезвоживания посредством вакуумной фильтрации при перемещении войлока;

(v) транспортировка войлока, насыщенного волокнами, в секцию прижимных валков и завершение обезвоживания на четвёртом этапе посредством отжима с помощью намоточного барабана для готовой продукции;

(vi) перемещение окончательно обезвоженных волокон на намоточный барабан для готовой продукции и считывание продукта скребком, при этом содержание влаги в продукте составляет 16–25% (по массе).

9. Способ согласно пункту 8 формулы изобретения, характеризуется тем, что Технические характеристики оборудования для обезвоживания и удаления шлама с помощью сжимающего фильтра следующие:

(i) концентрация сырьевой массы при подаче потоком составляет 0,5–4,01 TP3T (массовая концентрация твердого вещества);

(ii) ротационный ситовой блок имеет диаметр φ500–1200 мм, размер ячейки наружного сита 80–200 меш и 1–5 сит на одну машину; междуосье между прессовым валом и вращающимся ситом составляет 80–160 мм; ширина войлока составляет 700–1200 мм (длина зависит от количества сит); линейная скорость войлока и вращающегося сита составляет 20–50 м/мин; степень вакуума составляет 100–420 мм рт. ст.; диаметр прижимного валка составляет φ300–450 мм.

10. Способ согласно пункту 8 формулы изобретения, характеризуется тем, что Процесс отжимной фильтрации и отжимной фильтр в равной степени применимы к процессам обезвоживания и удаления шлама при обогащении различных металлических и неметаллических руд, а также угля; область применения и характеристики следующие: размер частиц сырья –2,0–0 мм (предпочтительно –0,5–0 мм), концентрация твердых частиц в пульпе 0,5–6% (предпочтительно 0,5–3%), размер частиц удаляемого шлама –200 меш или –325 меш; конечный обезвоженный и очищенный от шлама продукт имеет содержание влаги 6–25%, причем 15–25% для когезивных минеральных продуктов и 6–15% для некогезивных минеральных продуктов (по массе).

Процесс мокрого гравитационного обогащения минералов асбестового типа

Настоящее изобретение относится к способу обогащения минералов асбестового типа.

Минералы асбестового типа относятся к классу природных минеральных волокон, обладающих волокнистой структурой и способностью к прядению. К ним относятся, в частности: хризотиловый асбест (белый асбест), амфиболовый асбест (крокидолит, амозит), антофиллитовый асбест; бруситовый асбест — сепиолит (волокнистый сепиолит) и палигорскит и др. Эти минералы, образуясь в природе, перемешиваются или цементируются с породными минералами и встречаются в виде относительно плотных рудных агрегатов. Чтобы их можно было использовать, их необходимо подвергнуть обработке, включающей дробление, измельчение, освобождение (фибризацию), раскрытие, разрыхление, сортировку и удаление примесей, с целью отделения ценных асбестовых минералов.

Как отечественные, так и международные традиционные процессы обогащения асбеста являются сухими. То есть руда сначала нагревается и сушится, затем подвергается сухому дроблению и поэтапному измельчению для освобождения волокон, после чего следует поэтапная пневматическая классификация (отделение с помощью всасывания) и сухое просеивание с использованием воздуха в качестве среды для получения различных сортов товарных волокон. К типичному оборудованию для сухого процесса относятся: ротационные сушилки, щековые дробилки, ударные дробилки, молотковые дробилки с вертикальным валом, краевые дробилки, самоцентрирующиеся вибрационные грохоты, плоские вибрационные грохоты, плоские гирационные грохоты, барабаны для отсасывания волокон, грохоты с коническим углом наклона, квадратные плоскостные грохоты, противоточные грохоты, барабаны для осаждения волокон, пылеулавливающие камеры, и т. д.

Однако сухое отделение минералов асбестового типа имеет четыре серьезных недостатка:

1. В ходе всех процессов сухого измельчения, разволокнивания, раскрытия и сухой сепарации образуется большое количество пыли, состоящей преимущественно из коротких асбестовых волокон (асбестовая пыль). В тяжелых случаях асбестовая пыль распространяется не только внутри завода, но и за пределами его территории. Это является одной из основных причин развития асбестоза.

Если концентрация асбестовой пыли в воздухе превышает допустимый предел безопасности (от 2 до 0,5 волокон/мл, т. е. более 2 или 0,5 волокон на миллилитр), это представляет определенную угрозу для здоровья. При вдыхании в легкие она постепенно накапливается и вызывает асбестоз, воздействуя на организм посредством растворения, проникновения, миграции и отложения; некоторые волокна попадают в пищевод, желудок и кишечник, тогда как большинство выводится из организма. Основным фактором, влияющим на здоровье человека, является физическое (механическое) раздражение, вызываемое игольчатыми волокнами (недостаточно освободившимися твёрдыми структурными волокнами), которые могут вызывать патологические изменения в живых клетках. У небольшой части (1–2%) пациентов с асбестозом может развиться рак вследствие совокупного воздействия других факторов (например, курения или одновременного воздействия определённого органического химического сырья).

Среди различных видов асбестовых волокон крокидолит считается наиболее канцерогенным. Помимо сильного механического раздражающего воздействия, этому может способствовать и его высокая адсорбционная активность. Напротив, хризотиловый асбест, который в настоящее время широко используется, гораздо безопаснее; бруситовый асбест легче растворяется слабыми кислотами в организме человека, и на сегодняшний день не зарегистрировано ни одного случая рака, связанного с ним. Тем не менее опасность, связанная с асбестовой пылью (асбестоз), остается проблемой, которую нельзя игнорировать.

В настоящем изобретении используется процесс полностью влажного разделения в водной среде, что позволяет принципиально устранить опасность, связанную с асбестовой пылью.

2. При сухом способе переработки руда должна оставаться сухой. В процессе сушки (при температуре 200–400 °C) руда и содержащиеся в ней асбестовые волокна теряют адсорбированную воду и временно теряют часть своей структурной воды, что снижает прочность волокон и делает их несколько хрупкими. В результате при операциях по освобождению и раскрыванию волокна легко ломаются и укорачиваются, образуя новую асбестовую пыль. Это значительно снижает долю волокон средней и большой длины, а также общий выход волокон, что ухудшает качество и эксплуатационные характеристики.

Настоящее изобретение обеспечивает выделение и отделение веществ в водной среде. Вода обладает проникающими и селективными выделяющими свойствами, что позволяет в максимальной степени сохранить исходное качество и эксплуатационные характеристики волокон, а также значительно повысить степень извлечения.

3. При сухом сепарации в качестве рабочей среды используется воздух. Ввиду очень низкой плотности воздуха эффективность сепарации, оцениваемая по теории гравитационной концентрации, оказывается весьма низкой. В то же время песчинки, увлечённые разрыхлёнными волокнами, трудно удалить, а высокая адсорбционная способность асбестовых волокон приводит к прилипанию большого количества пыли к поверхности волокон, что ведёт к повышенному содержанию пыли в продукте и ухудшению его качества.

В настоящем изобретении в качестве среды используется вода. Плотность воды равна 1, что обеспечивает гораздо более высокую эффективность сепарации и позволяет легко вымывать песчаные примеси. Кроме того, вода обладает хорошим промывочным эффектом, позволяющим удалять пыль, адсорбированную на поверхности волокон, благодаря чему качество продукции явно превосходит качество, получаемое при использовании сухих технологий.

4. Чтобы максимально преодолеть вышеуказанные недостатки, современные обогатительные фабрики сухого типа должны использовать очень сложные технологические схемы, включающие многоступенчатое дробление, измельчение, расщепление волокон и поэтапное разделение, а также сложные системы пылеудаления и рекуперации волокон. Это приводит к усложнению технологических процессов, высоким инвестициям, длительным срокам строительства, высоким затратам на переработку и управление, а также высокому энергопотреблению. В то же время в хвостах по-прежнему теряется большое количество коротких волокон.

В настоящем изобретении используется метод гравитационной обогатительной обработки на водной основе. Благодаря высокой эффективности сепарации и большой производственной мощности удается значительно сократить инвестиции и эксплуатационные расходы, а также снизить энергопотребление; кроме того, из хвостов удается максимально эффективно извлечь короткие волокна.

В китайской патентной заявке (№ 97112703.4) предлагается “процесс модификации асбеста методом мокрой флотации”. Это отличается от настоящего изобретения. В указанном патенте используется флотация (пенная флотация). Фундаментальное отличие флотации от гравитационной концентрации заключается в том, что флотация требует добавления органических флотационных реагентов (одного или нескольких поверхностно-активных веществ). В указанном изобретении в качестве реагентов используются диоктилсульфосукцинат натрия (т. е. быстродействующий пенообразователь T), обладающий хорошими пенообразующими, проникающими и собирающими свойствами в отношении волокон, либо поверхностно-активные вещества на основе полиоксиэтиленовых эфиров жирных спиртов и т. д. Хотя этот метод позволяет эффективно выводить волокна асбеста на поверхность воды (пенная флотация) для их эффективного отделения, он имеет ряд недостатков: ① «Rapid Penetrant T» эффективен только для определённых типов хризотила с высоким содержанием магния (Mg²⁺) и не обладает избирательной способностью к сбору многих других типов хризотила или других асбестоподобных минералов, в то время как полиоксиэтиленовые эфиры жирных спиртов имеют ещё более низкие сборочные и пенообразующие свойства; ② Добавление различных поверхностно-активных веществ приводит к загрязнению пульпы органическими активными веществами, что препятствует повторному использованию возвратной воды и вызывает загрязнение окружающей среды; ③ Накопление пены в пульпе ухудшает эффективность сепарации и вспомогательных операций; ④ Добавление пеногасителей (например, кремнийорганических пеногасителей или сульфата алюминия, как указано в патенте 97112703.4) повышает пеногасящую способность в оборотной воде, что приводит к частичной деактивации добавленных поверхностно-активных веществ; ⑤ Добавление поверхностно-активных веществ и пеногасителей значительно повышает затраты; ⑥ Асбестовые волокна, адсорбировавшие большое количество поверхностно-активных веществ и пеногасителей, демонстрируют заметное увеличение водопоглощения и вязкости, что значительно затрудняет обезвоживание конечного концентрата, при этом в указанном патенте не указано, какой специальный метод (или технологию) обезвоживания следует использовать.

Таким образом, цель настоящего изобретения заключается в устранении различных недостатков сухих технологических процессов и создании новой технологии, позволяющей осуществлять полностью мокрый технологический процесс, свободный от пыли и токсичного загрязнения, начиная с сырой руды, и обеспечивающий высокую степень извлечения, высокое качество продукции, низкие инвестиции и низкую себестоимость. Кроме того, данная технология принципиально отличается от метода мокрой флотации с использованием поверхностно-активных веществ.

Настоящее изобретение применимо не только к различным обогатительным фабрикам асбестовой руды, но и к операциям вторичной переработки (цехам по производству сырого волокна) на заводах по производству асбестовых изделий, где требуется дальнейшее улучшение качества (удаление песка, удаление пыли и дополнительное разрыхление волокон) промышленного асбеста, что позволяет полностью устранить вторичное загрязнение, вызванное повторной переработкой сырого асбеста на таких предприятиях. Оно также подходит для извлечения коротких асбестовых волокон из хвостов, отбраковываемых на предприятиях сухого процесса. Кроме того, данный процесс создает благоприятные условия для химической или поверхностно-химической модификации асбестовых волокон (включая модификацию для высокоэффективного и безопасного использования). Настоящее изобретение подробно описывается ниже со ссылкой на фиг. 1 и 2.

Асбестосодержащая сырая руда, добытая на шахте, сначала подвергается грубому просеиванию для удаления крупных кусков пустой породы (гангы), а затем поступает на обогатительную фабрику, где начинается процесс мокрого обогащения.

1. Руда, поступающая на завод (как правило, с размером фракций от –400 до 0 мм, в зависимости от свойств руды и производительности), немедленно замачивается или опрыскивается водой (операция ①). В условиях, когда вода проникла в зазоры между волокнами и пустой породой, для высвобождения волокон используются методы мокрого дробления или измельчения (операции ②, ③, ⑤ и ⑥). В настоящем патенте используется мокрое дробление и высвобождение, начиная с момента поступления руды на завод. Это отличается не только от сухих технологических процессов по переработке асбеста, но и от методов обогащения различных металлических руд, угля или других неметаллических минералов. На таких предприятиях грубое, среднее и мелкое дробление, как правило, также являются сухими операциями; только на этапах измельчения и обогащения могут применяться мокрые процессы. Оборудование для мокрого дробления и измельчения может представлять собой стандартное оборудование, допускающее добавление воды, например модифицированные щековые дробилки, ударные дробилки, молотковые дробилки, валковые дробилки и т. п., либо галечные мельницы (автогенные мельницы), шаровые мельницы или стержневые мельницы.

Потребление воды при дроблении и измельчении зависит от размера частиц руды (который определяет удельную поверхность и водопоглощающую способность) и обусловлено необходимостью обеспечения хороших антиадгезионных свойств и сыпучести. Как правило, расход воды (соотношение руда:вода по массе) при грубом дроблении составляет 1:0,1–0,5; при среднем дроблении — 1:0,5–3; при тонком дроблении — 1:2–5; при измельчении — около 1:2–3. Также может применяться автогенное (галечное) измельчение, сочетающее грубое, среднее и мелкое дробление, при этом подходящим является соотношение 1:2–5. Все соотношения указаны по массе.

2. Вся технологическая вода может представлять собой обычную пресную воду (операция ⑳) или воду, возвращаемую из замкнутого контура рециркуляции (операция ④). В качестве свежей подпиточной воды может использоваться речная вода, колодезная вода, вода из горных источников и т. д., но морскую воду использовать не следует (поскольку она содержит высокую концентрацию ионов хлорида, что негативно сказывается на коррозионной стойкости асбестовых изделий). Особых требований к жесткости воды не предъявляется (хотя мягкая вода предпочтительнее), а pH должен быть нейтральным (pH = 6,5–7,5).
3. В технологическую воду (свежую и возвратную) также может добавляться небольшое количество щелочных неорганических соединений или неорганических солей, таких как гидроксид натрия (NaOH), известковая вода (Ca(OH)₂), карбонат натрия (Na₂CO₃), бикарбонат натрия (NaHCO₃) или неорганические диспергаторы на основе фосфатов. Дозировка подбирается таким образом, чтобы pH водной среды становился слабощелочным (pH = 8–14, оптимальное значение pH = 8,0–9,0), однако использование поверхностно-активных веществ не требуется. Наилучшим моментом для добавления неорганического щелочного реагента является этап введения его в высококонцентрированную суспензию очищенного концентрата после мокрой очистки и сгущения (операции ⑱⑩).

Использование слабощелочного водного раствора в большей степени способствует проникновению воды и избирательному высвобождению асбестовых волокон по сравнению с нейтральной водой, что позволяет защитить волокна средней и большой длины от повреждения в процессе высвобождения. Механизм заключается в том, что щелочная вода богата группами OH⁻, которые обладают лучшей способностью проникать между слоями волокон, разбухать и раскалывать волокна. Между тем все кристаллы асбестовых волокон представляют собой гидратированные минералы, богатые структурной водой (группами OH⁻). Однако из-за различий в местных металлогенных геологических условиях на некоторых месторождениях гидратация в процессе минерализации может быть недостаточной, что приводит к дефициту групп OH⁻, неполной кристаллизации и недостаточной прочности волокон. Проникновение групп OH⁻ способствует повышению прочностных характеристик асбестовых волокон.

4. После выполнения вышеуказанных этапов 1, 2 и 3 большая часть ценных асбестовых волокон в руде оказывается разрыхленной (отделенной от пучков волокон) и может затем подвергаться поэтапной мокрой сепарации (отделению волокон от пустой породы).

Влажная сепарация — это процесс гравитационной концентрации, осуществляемый в водной среде при более высоком содержании воды и более низкой плотности целлюлозной массы. Цель использования низкой плотности заключается в том, чтобы обеспечить освободившимся волокнистым скоплениям достаточное пространство для расширения и поддержания в взвешенном состоянии. Массовая концентрация твердых веществ составляет 1–6%, оптимально — 2–4%.

При гравитационной обогатительной обработке легкость отделения полезных минералов от пустой породы в основном определяется двумя факторами: ① разницей в плотности между полезным минералом и пустой породой — чем больше эта разница, тем легче происходит отделение; ② разница между плотностью сепарационной среды и плотностями полезного минерала или пустой породы — чем меньше эта разница, тем выше способность среды удерживать отделяемый материал в взвешенном состоянии, и, следовательно, тем легче происходит отделение.

В асбестовых рудах плотность нераскрытого асбеста (комков) составляет 2,50–2,54 г/см³, а пустой породы — 2,60–2,64 г/см³, что чрезвычайно затрудняет их разделение. Однако после раскрытия асбестовые волокна увеличиваются в объеме, а их кажущаяся плотность снижается (до примерно 0,3–1,1 г/см³, в зависимости от свойств руды), что облегчает их отделение. В то же время плотность водной среды намного выше, чем у воздуха, а это означает, что вода обладает значительно большей способностью удерживать взвешенные распушенные асбестовые волокна, чем воздух. Таким образом, в воде асбест становится очень легко отделяемым минералом. В этом заключается основной принцип, лежащий в основе более высокой эффективности мокрого отделения по сравнению с сухим.

5. Для грубой очистки асбестовых волокон (удаления песка и примесей) подходят различные гравитационные концентраторы, в которых поток пульпы позволяет удерживать волокна во взвешенном состоянии под действием механических, центробежных или гравитационных сил (операции ④⑦⑧). В качестве примеров можно привести: шлюзы, промывочные лотки, гидроциклоны, центробежные концентраторы, а также воронки для сгущения с медленным перемешиванием, резервуары с перемешиванием и т. д. Могут также использоваться веерообразные шлюзы и спиральные концентраторы. Концентрация пульпы для грубой очистки составляет 2–%, оптимально 3–5% (массовая концентрация твердого вещества).
6. Принцип метода очистки асбестовых волокон (удаление мелкого песка и классификация продукта) аналогичен описанному в пункте 5. Однако, поскольку требуется более высокая эффективность отделения мелких фракций, а волокна необходимо отдельно классифицировать по длине на длинные, средне-длинные, средне-короткие, короткие и игольчатые волокна с твёрдой структурой, в основном используются различные устройства для концентрации с пленочным потоком, такие как многослойные или однослойные встряхивающие столы (пескоотделительные или шламоотделительные), многослойные наклонные столы, ленточные шлюзы и веерообразные шлюзы. Также могут применяться гидроциклоны малого диаметра (Φ25–Φ125). Концентрация пульпы для очистки составляет 1–6%, оптимально 2–3% (Операция ⑩①). Для повышения выхода ценных компонентов хвосты, полученные при грубой или чистой обогатительной обработке, могут подвергаться повторной очистке с помощью очистного оборудования (Операция ⑨).
7. Минералы пустой породы, полученные в процессе грубого измельчения или очистки, могут подвергаться дальнейшему мокрому измельчению, главным образом за счет истирания и освобождения, с целью дополнительного извлечения коротких волокон и очистки хвостов. Например, можно использовать боковые дробилки, дисковые или галечные мельницы, шаровые/стержневые мельницы, гидропульперы и т. д. Пульпа после дальнейшего разволокнения отделяется в соответствии с пунктами 5 и 6.
8. Очищенный асбестовый концентрат требует дальнейшего сгущения (операции ⑫⑬). Сгущение может осуществляться методом гравитационного осаждения или центробежного осаждения. К основному оборудованию для сгущения относятся: сгустительные воронки, сгустители, отстойники (бассейны) или сгустители с боковым давлением и т. д. Перелив из уплотнителя возвращается в качестве обратной воды. Концентрация пульпы в нижнем потоке должна достигать 5–16%, оптимально 8–12%, для дальнейшего разрыхления и глубокого расщепления волокон.
9. Теоретически волокна асбеста можно раскалывать в направлении, параллельном оси, до очень малого диаметра, при этом они сохраняют хорошую прочность и эластичность. Например, диаметр отдельного волокна хризотила составляет всего около 0,002–0,003 мкм, что не имеет аналогов среди других искусственных минеральных волокон (или искусственных органических волокон). При условии сохранения высокого соотношения длины к ширине уменьшение диаметра волокна до очень тонких размеров увеличивает удельную поверхность, что значительно повышает его способность адсорбировать неорганические или органические полимерные вяжущие при использовании. Это является важным условием для полного использования армирующих свойств асбеста в различных композитных материалах.

При сухом разделении очень сложно добиться глубокого расщепления волокон, тогда как при влажных процессах, особенно при высокой плотности целлюлозы, глубокое расщепление достигается без труда при сохранении высокого удлинения волокон. В то же время данная операция также обеспечивает теоретическое и практическое обоснование для полного использования коротких асбестовых волокон.

10. Метод глубокого расщепления (глубокой переработки волокон) заключается в следующем: в условиях высокой плотности целлюлозной массы (6–18%, оптимально 8–12%) волокна располагаются и перемещаются в параллельном направлении, подвергаясь трению и истиранию как между собой, так и о измельчающие тела, что обеспечивает их раскрытие и расщепление. Используемое оборудование включает: рефинеры для высококонсистентной массы, насосы для густой суспензии, дисковые рефинеры или краевые рефинеры и т. д. Также могут использоваться высокоскоростные избиватели или гидропульперы (операции ①⑤). Признаком того, что достигнуто глубокое расщепление при сохранении высокого коэффициента удлинения волокон, является то, что при постоянной плотности целлюлозы её консистенция увеличивается в несколько раз, а объемная рыхлость взвеси и удельная поверхность значительно возрастают.

Возьмём в качестве примера хризотиловые волокна средней и короткой длины класса 5–50: до глубокого дробления объемная сыпучесть составляет 120–150 мл/5 г, удельная поверхность — 60–90 дм²/г; после глубокого раскалывания объемная плотность составляет 200–300 мл/5 г, удельная поверхность — >150 дм²/г.

11. Асбестовые волокна после очистки или дальнейшего глубокого расщепления, содержащие воду и минеральный шлам (волокнистую пыль), должны подвергаться обезвоживанию и удалению шлама. Обезвоживание и удаление минерального шлама (называемого “пылью” в сухих процессах) осуществляются в ходе одной операции. В качестве оборудования используется “машина для обезвоживания фильтр-прессового типа” (далее — “отжимной фильтр”), впервые изобретённая в данном патенте. Поскольку асбестовые волокна являются одним из лучших уплотнительных материалов (для воды, нефти или газа), а также поскольку при влажных технологических процессах волокна обладают высокой водопоглощающей способностью, разбухают и содержат мелкую минеральную шламовую суспензию (пыль), традиционные методы обезвоживания минеральных материалов не могут быть реализованы в промышленных масштабах (например, различные фильтры, напорные фильтры, центробежные обезвоживающие машины, обезвоживающие грохоты или сгустители). Эти традиционные устройства для обезвоживания имеют очень низкую эффективность обезвоживания асбеста, содержание влаги в обезвоженном продукте часто превышает 200–300%, а обеспечить непрерывную работу затруднительно. Это было одной из ключевых причин, по которой мокрая обогатительная обработка асбеста долгое время не могла быть внедрена в промышленность.

Технология обезвоживания и удаления шлама, основанная на методе прессового фильтра, описанная в настоящем изобретении, полностью решает эту проблему. Ключом к её успеху является то, что волокнистая целлюлоза, содержащая воду и шлам, на протяжении всего основного процесса обезвоживания постоянно находится в виде чрезвычайно тонкого слоя (Q = 0,10–0,5 мм). При этом с помощью вращающегося сита с ячейками (80–200 меш), размер которых подобран для удаления минерального шлама (волокнистой пыли) требуемого размера частиц, сначала производится просеивание и отжим большого количества воды и шлама, а затем тонкий слой массы вакуумно всасывается и фильтруется на войлоке. Поскольку слой материала на войлоке никогда не утолщается, эффективность обезвоживания остается высокой, непрерывной и стабильной. Путем изменения концентрации подаваемой целлюлозы, скорости движения войлока и уровня вакуума в вакуумной коробке можно свободно регулировать производительность и качество удаления воды и шлама.

12. Ниже приводится описание технологического процесса и оборудования, в котором используется отжимной фильтр для обезвоживания и удаления шлама, со ссылкой на рисунок 2:

Пульпа, подлежащая обезвоживанию и удалению шлама, самотеком поступает в боковой питающий желоб (часть 1), который подает пульпу на верхнюю часть вращающегося сита (концентрация пульпы на входе 0,5–4,01 TP3T, оптимально 1,5–3,01 TP3T по весу твердого вещества). Пульпа проходит через вращающийся ситовой барабан (часть 2) с диаметром барабана φ500–1200 мм, внешней сеткой сита 80–200 меш, количество барабанов на одну машину составляет 1–5 шт. После предварительного просеивания для удаления слизи и воды целлюлозная масса проходит через войлок (часть 5) и прессовальный валок (часть 3) для дальнейшего отжима, обезвоживания и удаления слизи. Затем сгущенный хлопковый материал переносится на войлок и транспортируется вперед в виде тонкого слоя (7) толщиной 0,10–0,4 мм через поворотный вал (часть 4). Во время транспортировки он подвергается дальнейшему обезвоживанию путем отсасывания через вакуумную фильтрационную коробку (часть 8) (степень вакуума 100–420 мм рт. ст.), а затем подаётся в секцию прижимного вала (деталь 9), где подвергается четвёртому обезвоживанию путём сжатия между прижимным валом (φ300–450 мм) и намоточным барабаном готовой продукции (деталь 10). Наконец, полусухой хлопковый материал после обезвоживания и удаления слизи переносится на намоточный барабан готовой продукции и соскабливается скребком (деталь 11) для получения конечного продукта в виде плит или хлопьев. Конечный продукт имеет влажность 16–25% (масса сухих веществ %).

13. В соответствии с содержанием и методами, описанными в пунктах 11 и 12, метод и оборудование сжатно-фильтрующего типа, описанные в настоящем изобретении, также применимы к операциям обезвоживания и удаления шлама при мокрой обогатительной переработке других металлических или неметаллических полезных ископаемых и угля, за исключением мокрых процессов переработки асбеста.
14. Поскольку крупнейшие потребители асбестовых изделий (производственные предприятия) применяют технологию мокрой переработки (например, 70–75% для асбестоцементных изделий, другие — для влажных асбестовых текстильных изделий, а также влажных фрикционных, уплотнительных и теплоизоляционных материалов), обезвоженный асбест можно продавать в качестве коммерческого асбеста. Пользователям достаточно лишь ненадолго замочить его в воде или перемешать для полного рассеивания. Если пользователю требуется рыхлый, сухой, не содержащий воды асбестовый продукт, его можно подвергнуть дальнейшей обработке с помощью традиционных методов сушки и сухого разрыхления. Однако, независимо от того, идет ли речь о влажных или сухих продуктах, пользователям, как правило, не требуется проводить вторичную обработку.
15. Сточные воды, содержащие шлам, образующиеся в процессе обезвоживания и удаления шлама, направляются в отстойник (операция ⑰) (или в сгуститель, отстойный конус). Перелив повторно используется в качестве циркуляционной воды, а отстой может периодически сбрасываться или подвергаться дальнейшему сгущению для использования в качестве сырья для комплексного использования хвостов.
16. Поскольку запатентованная технология обеспечивает замкнутый цикл рециркуляции технологической воды, обогатительной фабрике требуется очень небольшой объем подпитки свежей водой. Основные потери воды составляют: ① вода, уносимая асбестовым продуктом (около 20% продукта); ② вода, теряемая при сбросе концентрированного шлама (около 30–50% от массы сухого шлама); ③ вода, свободно испаряющаяся в атмосферу при открытых технологических процессах и вспомогательных операциях (около 1–4% от общего количества руды); ④ санитарная вода предприятия (0,5–1% от количества руды). Таким образом, любой рудник (обогатительная фабрика), способный обеспечить подачу пресной воды в объеме 20–40% от пропускной способности сырой руды, подходит для внедрения процесса мокрого обогащения асбеста.
17. Согласно пунктам 1–16 настоящего патентного описания, настоящее изобретение позволяет получить следующие преимущества:

① Повышение коэффициента извлечения: исходя из содержания асбеста в сырой руде (содержание волокон размером +0,3 мм), принятого за 100% (по результатам определения содержания по традиционному сухому методу с контролем по стандарту влажного просеивания), общий выход при влажном способе (+0,30 мм) составляет >150–200%, тогда как при использовании той же руды с применением сухого способа общий выход (+0,30 мм) составляет 70–80%; при этом извлечение волокон средней и большой длины при влажном способе на 6–20% выше, чем при сухом способе.

② Повышение качества продукции: в соответствии со стандартом качества на асбест, отсортированный механическим способом (GB8071‑87), при условии, что содержание основных волокон (+1,18 мм) в продукции одного и того же сорта, испытанной мокрым методом, соответствует данному сорту, содержание основных волокон размером +1,18 мм в продукции, полученной мокрым способом, несколько выше, чем в продукции, полученной сухим способом, в то время как содержание пыли размером –0,075 мм снижается на 20–50%.

③ Сравнение инвестиций: при одинаковых показателях содержания и качества сырой руды инвестиции в обогатительную фабрику с мокрым способом обогащения на 20–50% ниже, чем в фабрику с сухим способом обогащения.

④ Сравнение производственных затрат: при одинаковом содержании и качестве сырой руды затраты на мокрую обогатительную обработку на 20–30% ниже, чем затраты на сухую обогатительную обработку.

Ниже приведены примеры реализации настоящего изобретения:

Пример 1: Процесс гравитационной обогатительной переработки хризотилового асбеста (белого асбеста) с использованием влажной технологии

1. Содержание сырой руды: 6,21 ТП3Т, размер фракции сырой руды: –350–0 мм, влажность сырой руды: 4,21 ТП3Т.
2. Грубое дробление и измельчение до волокнистого состояния: щековая дробилка (600×400), расход воды (руда:вода) 1:0,8, степень измельчения 1:3 (размер продукта <150 мм), pH суспензии 7–8, открытый цикл.
3. Среднее дробление и разволокнение/раскрытие: ударная дробилка (однороторная, φ500×400), степень измельчения 1:8–10, размер продукта <20 мм, волокна средней и большой длины в основном разволокнены, pH 7–8, открытый цикл.
4. Мелкое дробление и измельчение/разволокнение/разрыхление: галечная мельница (с краевым ротором) (φ1200×2500), замкнутый контур со спиральным классификатором, коэффициент заполнения 35%, руда:вода = 1:3,5, перелив спирального классификатора дополняется водой (1:8), pH 7–8.
5. Грубое измельчение (и промывка): промывочная ванна диаметром 2,5 м, соотношение руда:вода = 1:8–10, перелив направляется на очистку, песчаный продукт — на промывку или возвращается на тонкое измельчение; pH 7–7,5.
6. Работы по очистке:
   ① Гидроциклон (φ125 мм, α20°, тангенциальная скорость на входе 22 м/с);
   ② Пескоотделительный вибрационный стол (тип 6-S) (4520×1825) для переработки перелива циклона, отделения волокон средней и большой длины, коротких волокон, мелких коротких волокон и игольчатых волокон, а также отбраковки песчаных отходов;
   ③ Вибрационный стол для шлама (малый, 450×900), предназначенный для переработки оттока из циклона, извлечения средне-коротких волокон из хвостов и отбраковки песчаных хвостов.
7. Осаждение концентрата: конус осаждения φ2,5 м, α30°, скорость вращения мешалки 3 об/мин, добавление NaOH для повышения pH до 9,0. Перелив возвращается в резервуар с водой, концентрат нижнего потока 9,5% направляется на дальнейшую переработку (глубокое разделение/разделение).
8. Глубокая переработка концентрата: насос для густой суспензии, одноцикловый режим — два раза; насос для густой суспензии + дисковый рефинер в комбинированном цикле — два раза (концентрация пульпы 9,51 TP3T, pH 7,5–8,5).
9. Обезвоживание и удаление шлама на прессовом фильтре: установка с тремя барабанами, войлок типа 1092, концентрация подаваемой массы 2,81 TP3T, степень вакуума 320 мм рт. ст., линейная скорость войлока 38 м/мин, влажность обезвоженного продукта 18,31 TP3T. Производительность (в сухом весе) 3,5 т/смена·машина.
10. 20% влажного продукта, в соответствии с требованиями заказчика, было высушено и разрыхлено с помощью сушилки с цепными пластинами (с нагревом теплоносителем, 80–120 °C), а затем с помощью воздушного разрыхлителя закрытого типа для получения сухого продукта.
11. Технологическая вода рециркулировалась в замкнутом контуре; общая концентрация обратной воды составляла 0,06% (массовое соотношение) (pH 7–8); осадок из нижнего потока отстойника использовался для комплексного утилизирования или частично сбрасывался.
12. Масса концентрата и коэффициент извлечения в описанном выше технологическом процессе соответствуют количественным и качественным показателям, указанным в пункте 17① и ②.

Пример 2: Процесс мокрой гравитационной обогатительной переработки волокнистого бруситового асбеста

1. Содержание сырой руды в сырье: 7,5%, размер частиц –300–0 мм, влажность 4,8%.
2. Грубое измельчение и разволокнение проводили так же, как в примере 1, однако предварительно добавили щелочной раствор для доведения pH до 8–8,5.
3. Среднее дробление и разволокнение/раскрытие проводились так же, как в примере 1, однако расход воды был увеличен до соотношения 1:3,2 (массовое соотношение руды к воде); pH = 8–8,5.
4. Для мелкого дробления и размола использовалась вальцовая дробилка, степень измельчения 1:4, соотношение руда:вода = 1:4; pH = 8,3.
5. Фракция размером +1 мм, полученная при черновой и чистой обогатительной переработке, подвергалась повторной переработке с использованием мокрой валковой мельницы для раздробления и повторного разделения; соотношение руда:вода составляло 1:2–3; фракция размером –1 мм отбраковывалась.
6. Предварительная очистка осуществлялась с помощью гидроциклонов (Φ250 мм, α35°, тангенциальная скорость на входе 25 м/с) в двух ступенях.
7. Очистка бывших в употреблении пескоотделительных столов; условия такие же, как в примере 1.
8. Для сгущения концентрата использовался сгуститель (диаметр 12 м, с центральным приводом, pH снова доводился до 8,5); переливная вода повторно использовалась.
9. Подтекающий поток из сгустителя (концентрация 8–10%) направлялся на глубокую переработку с мелким измельчением с использованием шламового насоса и дискового рефинера (рефинера для высококонсистентной массы) с двукратной циркуляцией для измельчения.
10. Обезвоживание и удаление шлама — так же, как в примере 1; обработка возвратной воды и шлама также такая же, как в примере 1.

Пример 3: Влажная переработка асбестовых волокон, произведенных промышленным способом методом сухой технологии

1. Поступившие в поставку мешки с волокном вторсырьевого происхождения вскрывали и помещали в конический резервуар, который можно было соединить со шламовым насосом или насосом для шлама высокой плотности для обеспечения циркуляции в 1–2 раза.
2. Затем для полного раскрытия и разрыхления материала использовалась комбинация насоса для густой суспензии и дискового измельчителя, с которой материал пропускали дважды.
3. Для одной черновой обработки использовался гидроциклон (Φ250, α20°, скорость на входе 20–25 м/с).
4. Затем перелив циклона был очищен один раз с помощью гидроциклона малого диаметра (Φ125, α20°, скорость на входе 25 м/с).
5. Если волокно предназначалось для производства текстильных изделий из асбеста и высококачественных уплотнительных материалов, его можно было дополнительно очистить на встряхивающем столе, как в примере 1, для удаления игольчатых волокон и мелкого песка.
6. Циклонный отстой (хвосты) можно либо сразу отбрасывать, либо подвергать дальнейшей переработке на вибрационном столе для шлама (песка) с целью извлечения игольчатых волокон.
7. Очищенная волокнистая масса после глубокой переработки и очистки была сгущена, как в примере 1; концентрация нижнего потока составляла 8–12%.
8. Если продукт, очищенный от песка, также требовал тщательной очистки от шлама, использовался сгуститель с боковым давлением (для обезвоживания). После обезвоживания и удаления шлама концентрация целлюлозы составляла 30–50% (масса твердого вещества %), что позволяло напрямую использовать её в мокрых технологических процессах различных производственных линий без дополнительного обезвоживания.

Пример 4: Извлечение коротких волокон из асбестосодержащих отходов завода, работающего по сухому технологическому процессу

1. Хвосты (–20 мм) извлекались из хвостохранилища (площадки) традиционным способом и транспортировались на обогатительную фабрику с помощью мокрых шлюзов и спиральных конвейеров.
2. Для грубой сепарации свободных волокон и вторичных свободных волокон, образовавшихся в результате выветривания при хранении, использовался спиральный классификатор или промывочная ванна (соотношение руда:вода = 1:5).
3. Полученный в спиральной пескодробилке продукт далее измельчался с помощью валковой дробилки и боковой дробилки.
4. Освобожденный от волокон песок направлялся в гидроциклон большого диаметра (D = 500 мм или D = 300 мм) для грубой очистки (α = 30°, тангенциальная скорость на входе 6–20 м/с).
5. Отходы из циклонного перелива направлялись на пескоотделительную вибрационную мешницу для первичной очистки, а затем — на шламоотделительную вибрационную мешницу для вторичной очистки.
6. Продукт циклонного отделения песка направлялся в галечную мельницу для тонкого измельчения и освобождения от примесей при плотности измельчения 28%, коэффициенте заполнения 25% и контроле размера частиц на выходе –0,5 мм > 80%.
7. Измельченный продукт направлялся на мокрый магнитный сепаратор низкой интенсивности (барабанного или ленточного типа) для удаления магнитных минералов, таких как магнетит и хромит (составляющих 3–8%).
8. Немагнитные минералы направлялись в гидроциклон для повторного разделения и на вибрационный стол для очистки шлама, в результате чего получались асбестовые волокна средней и короткой длины, а также ультракороткие волокна размером –200 меш, наряду с конечным отходом в виде хвостов.