opis, analiza i ocena procesu separacji
DESCRIPTION
Opis, analiza i ocena procesu separacji. Istota procesu separacji. Elementy charakteryzowania procesu separacji. SKŁADNIKI. OPIS. OPIS. SKŁADNIKI. CECHY. OPIS. Składniki mają różne cechy. -nazwę -ilość -jakość -cenę -cechę (główna) dzięki której następuje separacja - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Opis, analiza i ocena procesu
separacji
Istota procesu separacjiNADAWA
PRODUKT B
PRODUKT A siły porządkujące
siły rozdzielające
cechaskładnik
Elementy charakteryzowania procesu separacji
wyniki separacji
cecha główna
analiza ocena
opis
nadawa
(si³y porz¹dkuj¹cesi³y mieszaj¹ce oraz inne si³y)
si³y separuj¹ce
inne si³y
produkt B
produkt A
sk³adniki
zirano frakcjaanalityczna
si³y wewnêtrzne
minera³
pierwiastek chemiczny
frakcjarzeczywista
grupa
inne
OPISSKŁADNIKI
(nadawa)sk³adnik wyjœciowy
sk³adnik g³ówny
sk³adnik pierwotny
sk³adnik wtórny
sk³adnik elementarny
(produkt)
(frakcja rzeczywista)
( frakcja analityczna)
(grupa)
(minera³) (ziarno mineralne)
(pierwiastek chemiczny)
SKŁADNIKI OPIS
Składniki mają różne cechy-nazwę
-ilość
-jakość
-cenę
-cechę (główna) dzięki której następuje separacja
-cechy tworzące cechę główną
-czas przemieszczania się
-siły separujące działające na składnik
-siły porządkujące działające na składnik
-inne (temperatura. ciśnienie, wartość monetarną itp.)
CECHY OPIS
d c gu
Re, kształt ziarna
parametryseparatora
inne
Cecha główna i parametry od niej zależne
Opis separacji
materiał
separator otoczenie
cecha główna
Składniki i ich cechy tworzą układ fraktalo-podobny Opis separacji
cecha
typ
sk³adnik
iloœæ parametr g³ówny
neutralne p.inne p.
pod-sk³adnik( jakoœæ)
pierwiastki chemiczne
typ
iloœæ parametr g³ówny
neutralne p.inne p.
pod-sk³adnik( jakoœæ)
składnik + cechy + pole
dają siły separacji
siła + przestrzeń + czas
dają stratyfikację ziarn
stratyfikacja + siły dzielące
dają PRODUKTY
OPIS
- +
Feed
Adjustable splitter
Concentrate
x
y-q/m
Vx=0.5qEelm-1t
Tailing
Normal distribution of mineral A
Normaldistribution of mineral B
+q/m
=-1(2)-0.5 e-((q/m)-a) 2/(22) d(q/m)
(q/m)K
K
x/y2=0.5(q/m)E elVy
Recovery:
Cechy składnika można pogrupować na rodziny Analiza separacji
cecha g³ówna*
wartoϾ liczbowa przypisana liczba inne
objêtoœæ masaciê¿arpopulacjainne
typ
nazwasymbolinne
Cechy sk³adnika
* oparta o parametry zale¿ne na ni¹ siê sk³adaj¹ce
iloœæ jakość(ilość pod-składnika)
inne(czas, cena,wartoœci si³)
zawartoœæ %u³amek masowy inne
K0MBINATORYKA
Kombinacje bez powtórzeń
iloœć
jakoϾ
cecha główna
typ
kombinacja n elementów po k elementów
)!(!
!
knk
n
k
nC k
n
64
24
!2!2
!4
2
4
k
nC
6 kombinacji
Analiza separacjiBiorąc pod uwagę
cztery grupy
Ich kombinacje daję różne sposoby
analizy
Sposoby analizy wyników separacji
wzbogacanie klasyfikacja sortowanie
jakoϾ=f(iloϾ)
iloœæ=f(cechag³ówna)
jakoœæ=f(cecha g³owna)
iloœć=f(nazwa)
jakoϾ=f(nazwa)
cecha =f(nazwa)
rozdzia³ na produkty(opróbowanie
porciowani)*dystrybucja opisowy
iloœć
jakoϾ
cecha główna
typ
Rodzaje analizy uk³adów separacji
wzbogacanie klasyfikacja sortowanie opis
iloϾ-jakoϾ
ilość-cecha główna
jakość-cechagłowna
iloϾ-typ
jakoϾ-typ
cecha-typ
rozdzia³porcjowanie opróbowanie
UP DI
dystrybucja
CL DESO SP
XY
others
na przykład wzbogacanie
8 niewiadomych a 5 równań
zatem 3 parametry są niezbędne (gdy skład nadawy jest stały, wtedy wystarczą 2 parametry)
1, 1, 1, 1, 2, 2, 2, 2
100%1 = 11+ 21 (1) 1 + 2 = 100% (2) 1+ 2 = 100% (3) 1 + 2 = 100% (4) 1 + 2 = 100% (5)
Dlaczego dwa parametry?
Tabela 2.1. Główne parametry (cechy) najważniejszych procesów separacji stosowanych w mineralurgii
Produkt technologiczny
Dominujący sposób opisu separacji
Procesy separacji* Główna cecha
zmieniona nadawa rozdrabianie energia powierzchniowa i moduł Younga
klasyfikacja przesiewanie (klasyfikacja mechaniczna)
rozmiar ziarn
klasyfikacja klasyfikacja w mediach (hydrauliczna i powietrzna)
prędkość opadania
wzbogacanie separacja w cieczach ciężkich gęstość ziarna
wzbogacanie separacja w cienkiej strudze cieczy
stratyfikacja (gęstość, wielkość, tarcie ziarn)
wzbogacanie flotacja hydrofobowość
wzbogacanie flokulacja adsorpcja
wzbogacanie koagulacja wskaźnik stabilności
wzbogacanie aglomeracja olejowa akwaolejofilność i o
wzbogacanie separacja magnetyczna podatność magnetyczna
wzbogacanie separacja dielektryczne stała dielektryczna
wzbogacanie separacja elektryczna ładunek elektryczny
wzbogacanie separacja w prądach wirowych przewodnictwo elektryczne
rozdział
(separacja faz) odwadnianie
przepływ wody w kapilarach
rozdział suszenie lotność cieczy
ruda
nadawa
koncentrat
produkt rynkowy
NADAWA
SEPARACJA
Produkt A Produkt B Produkt C
const
A B C
WZBOGACANIE
1, 2 = składniki
ilość – jakość
WZBOGACANIA I JEGO BILANS
N megagramów nadawy = K megagramów koncentratu + O megagramów odpadu
N = K + O. (2.3)
Aby wyrazić bilans masowy w procentach, dzielimy obie strony równania przez N i jednocześniemnożymy przez 100%. Otrzymamy wtedy
%100%100%100N
O
N
K
N
N . (2.4)
Wszystkie trzy człony równania są wychodami i oznacza się je zwykle grecką literą , czyli
%100%100 N
N, %100
N
K= K, %100
N
O = O. Równanie (2.4), określające bilans masowy produktów
wzbogacania, można zatem zapisać także jako sumę wychodów poszczególnych produktów wzboga-cania. Suma wychodów wszystkich produktów wzbogacania daje nadawę, której wychód jest równy100%, czyli
K + O = N = 100%. (2.5)
WYCHÓD ()
WZBOGACANIA I JEGO BILANS
ZAWARTOŚĆ
jest to udział rozpatrywanego elementu (składnika, frakcji, ziarna) w danym produkcie lub nadawie, najczęściej w %
– zawartość rozpatrywanego składnika w nadawie, %, – zawartość rozpatrywanego składnika w koncentracie, %, – zawartość rozpatrywanego składnika w łączonych produktach, %,
– zawartość rozpatrywanego składnika w odpadach, %.
Stosuje się symbole
W oparciu o parametry , oraz wyprowadzić można
nieskończenie wiele innych parametrów Najpopularniejsze z nich to:
Uzysk:
Współczynnik wzbogacenia:
Uzysk skumulowany
nadawiewskladnikazawartoscprodukciewskladnika zawartosc
k
nadawiewskladnikazawartoscprodukciewskladnika zawartosc
K
ProduktWychód
Mg/dobę
Wychód
%
Zawartość%
(%) × (%)Współczynnikwzbogacenia
k = /
Uzysk (%)/
KoncentratK
172 20,14 60,40 (= ) 1216,456 3,92 79,0
Odpad O 682 79,86 4,045 (= ) 323,034 0,26 21,0
Nadawa N 854 100,00 15,395 (= )1539,490
(1216,456+323,034)1 100,0
Typowy bilans separacji
Sposób obliczania zawartości składnika
użytecznego w nadawie
(%) ()/100%
Produkt
Wychód
produktu
(Mg)
Wychód
produktu
(%)
Wychód
produktu
(%)
Zawartość
MeSO4
(%)
%%
()%%
=()/ %
Współcz. wzbogac.K = /
Uzysk MeSO4
=/, %
UzyskMeSO4 = K, %
Koncentrat K1 103 12,06 12,06 81,7 985,30 985,30 81,70 5,305 63,98 63,98
Koncentrat K2 69 8,08 20,14 28,6 231,09 1216,39 60,40 3,922 15,01 78,99
Półprodukt P1 189 22,13 42,27 7,0 154,91 1371,30 32,44 2,106 10,06 89,05
Półprodukt P2 238 27,87 70,14 5,48 152,73 1524,03 21,73 1,411 9,92 98,97
Odpad O
255 29,86 29,86 0,52 15,53 15,53 0,52 0,0338 1,01 1,01
Nadawa N (obliczona)
854 100,00 100,00 = = 15,4
1540 1539,56 15,40 1 100,0099,98~100
Nadawa oznaczona: = np. 15,65
Bilans dla separacji wieloproduktowej
Produkt Wychód produktu (Mg)
Wychód produktu (%)
Wychód produktu (%)
Zawartość MeSO4
(%) ()
= ()/
%
Współcz. wzbogac. K = /
Uzysk MeSO4
=/, %
Uzysk MeSO4 = K, %
Koncentrat K1 103 12,06 12,06 81,7 985,30 985,30 81,70 5,305 64,00 64,00
Koncentrat K2 69 8,08 20,14 28,6 231,09 1216,39 60,40 3,922 15,01 79,01
Półprodukt P1 189 22,13 42,27 7,0 154,91 1371,30 32,44 2,106 10,06 89,07
Półprodukt P2 238 27,87 70,14 5,48 152,73 1524,03 21,73 1,411 9,92 98,99
Odpad O 255 29,86 100,00 0,52 15,53 1539,56 15,40 1 1,01 100,00
Nadawa N
(obliczona) 854 100,00 100,00
15,40
100,00
Nadawa oznaczona: = np. 15,65
Uwaga: Gruba kreska oznacza, że najpierw liczy się lewą stronę bilansu do tej kreski, a po obliczeniu dokonuje się dalszych obliczeń. oznacza zawartość MeSO4 w produktach kumulowanych.
Produkt Wychód produktu (Mg)
Wychód produktu
(%)
Wychód produktu (%)
Zawartość MeSO4
(%) ()
= ()/
%
Współcz. wzbogac. K = /
Uzysk MeSO4
=/, %
Uzysk MeSO4 = K, %
Koncentrat K1 103 12,06 12,06 81,7 985,30 985,30 81,70 5,305 64,00 64,00
Koncentrat K2 69 8,08 20,14 28,6 231,09 1216,39 60,40 3,922 15,01 79,01
Półprodukt P1 189 22,13 42,27 7,0 154,91 1371,30 32,44 2,106 10,06 89,07
Półprodukt P2 238 27,87 70,14 5,48 152,73 1524,03 21,73 1,411 9,92 98,99
Odpad O 255 29,86 100,00 0,52 15,53 1539,56 15,40 1 1,01 100,00
Nadawa N
(obliczona) 854 100,00 100,00
15,40
100,00
Nadawa oznaczona: = np. 15,65
Uwaga: Gruba kreska oznacza, że najpierw liczy się lewą stronę bilansu do tej kreski, a po obliczeniu dokonuje się dalszych obliczeń. oznacza zawartość MeSO4 w produktach kumulowanych.
nieskończona liczba wskaźników, np. K,
nieskończona liczba dwuparametrowych krzywych
wzbogacania
podstawowa krzywa wzbogacania – krzywa Henry’ego = f(), =const
= stałe
Najważniejsze krzywe wzbogacania
Henry’ego = f()
Halbicha = f ()Mayera = f()
inne: Della, Halla, Stępińskiego, Fuerstenaua, …
0 20 40 60 80 100, %
0
20
40
60
80
100
,
%idealne mieszanie
bra
k w
zbo
ga
ca
nia
rzeczywiste wzbogacanie
m = /
idealne wzbogacanie
Henry’ego
0 20 40 60 80 100 (lub lub)
0
20
40
60
80
100
n /2
n–1, %
0
20
40
60
80
100
,
%
linia idealnego wzbogacania
linia braku wzbogacania
Rodzina krzywych Henry’ego
krzywa Mayera
0 20 40 60 80 100
wychód skumulowany, , %
0
20
40
60
80
100
uzys
k sk
umul
owan
y,
,
%
brak w
zbog
acan
ia
idealne wzbogacanie
*
Krzywa Halbicha
0 20 40 60 80 100
zawartość składnika użytecznego w koncentracie
0
20
40
60
80
100
uzys
k s
kum
ulo
wa
ny,
,
%
idealne wzbogacanie
, %
linia
bra
ku
wz
bog
acan
ia
krzywa Fuerstenaua
0 20 40 60 80 100
(popiołu w odpadzie )
0
20
40
60
80
100 (w
ęg
la w
ko
nc
en
tra
cie
)
idealne wzbogacanie
F = (89/89)
brak wzbogacania
Upgrading (quality versus quantity)
Henry 3D plot
0 20 40 60 80 100
content,, %
0
20
40
60
80
100
yiel
d,
, %
idea
l up
grad
ing
no s
epar
atio
n
ideal upgrading
(remixing)
Henry 2D plot
real upgrading ( 1)
0 20 40 60 80 100
recovery, (remaining components in tailing), %
0
20
40
60
80
100
reco
very
, (c
on
sid
ere
d c
om
po
ne
nt
in c
on
ce
ntr
ate
), %
ideal upgrading (remixing)
variable
no upgrading
ide
al u
pg
rad
ing
Fuerstenau 2D plot real upgrading
-insensitive upgrading curve)
e.g. Fuerstenaua upgrading curve)
Why Fuerstenaua’s upgrading curve
0 20 40 60 80 100
recovery, (remaining components in tailing), %
0
20
40
60
80
100
reco
very
,(c
on
sid
ere
d c
om
po
ne
nt
in c
on
ce
ntr
ate
), %
ideal upgrading (remixing)
variable
ide
al u
pg
rad
ing
Fuerstenau 2D plot
-universal
- insensitive
-easy to use mathematical eqs
-low self-similarity (provide real R2)
-allows comparison of different comp.
-and more
Wskaźniki wzbogacania
Na podstawie dowolnej krzywej można wyznaczy wielkości zwane wskaźnikiem, selektywnością, efektywnością, liczbą,
faktorem, indykatorem, itd.
Na przykład:
wskaźnik Fuerstenaua
wskaźnik Hancocka
itp.
0 20 40 60 80 100
wychód skumulowany, , %
0
20
40
60
80
100
uzys
k sk
umul
owan
y,
, %
brak
wzb
ogac
ania
A
B
wskaŸnik Hancocka
0 20 40 60 80 100
(popiołu w odpadzie )
0
20
40
60
80
100
(w
ęg
la w
ko
nc
en
tra
cie
)
idealne wzbogacanie
F = (89/89)
brak wzbogacania
)(
)(
)(100
)(
100
i
ir
i
irS
Wskaźnik selektywności S
0 20 40 60 80 100
wychód skumulowany, , %
0
20
40
60
80
100
uzys
k sk
umulo
wan
y,
,
%
=
100
r
i
Jednakże wbrew temu co można spotkać w literaturze i praktyce, jeżeli są stosowane pojedynczo, nie mają one żadnej wartości, natomiast użyte wraz innymi wskaźnikami, dają nowe krzywe wzbogacania, np. krzywa Fincha
I
nie
F= 70/70
tak
krzywa Fincha
2,c, %0 20 40 60 80 100
Ha
nc
oc
k p
ara
me
ter,
%
(
c -
c )
0
20
40
60
80
100
Idea
l upg
radin
g
No upgradingReal u
pgrading
tak
Czy jednak można charakteryzować proces za pomocą jednego parametru?
Można,pod warunkiem, że wyniki wzbogacania opisuje równanie matematyczne o jednym parametrze
dopasowywalnym, który można nazwać selektywności.
1,c= a (100-2,t)/( a-2,t)
0
20
40
60
80
100
0 20 40 60 80 1002,t
1,c a = 1000
a = -20
a = 150
0<a<100 equation not defined, -∞≤c≤0 upgrading in tailing100≤ a ≤+∞ (upgrading in concentrate)
a=100, 0 ideal upgrading, a = ± ∞ no upgrading
0
20
40
60
80
100
0 20 40 60 80 100
2,t
1
,c
b = 0.6
b = 1.0
b = 2.0
1,c = (100-2,t )b/100(b -1)
b≥0, 0≤b≤1 upgrading in concentrate1≤b≤∞ upgrading in tailing
b=1 no upgrading, b=0, ∞ ideal upgrading
1,c=(100c -2,tc )/100(c -1)
2,t
0 20 40 60 80 100
1,c0
20
40
60
80
100c = 4
c = 1
c = 0.4
c≥0, 0≤c≤1 upgrading in tailing 1≤c≤∞ upgrading in concentrate
c = 1 no upgrading, c= 0, ∞ ideal upgrading
Krzywe wzbogacania Fuerstenaua oparte są o kinetykę flotacji
0 20 40 60 80 100
czas flotacji, t, min
0
20
40
60
80
100
uzy
sk k
um
ulo
wan
y sk
lad
nik
a,
1,k,
%
0 20 40 60 80 100
uzysk kumulowany skladnika, 2,k, %
0
20
40
60
80
100
uzy
sk k
um
ulo
wan
y sk
lad
nik
a,
1,1,
%
skladnik 1
ide
aln
e w
zbo
ga
ca
nie
idealne mieszanie
0 20 40 60 80 100
czas flotacji, t, min
0
20
40
60
80
100
uzy
sk k
um
ulo
wan
y sk
lad
nik
a,
2,k,
%
skladnik 2
krzywa Fuerstenaua
Krzywa Fuerstenaua obrazująca wyniki flotacji wynika wprost z kinetyki flotacji składników nadawy
wpływ separatora
wzbogacanie
wzbogacalność
innewpływy
wpływ rudy
idealne wzbogacanie
(pełne uwolnienie)
I ideał (liczba)
dwie liczby
funkcja
;
krzywe podstawowe
wskaźniki
WZBOGACANIE
stopień
fizy
ka
mec
hani
ka
inne
opi
sy
= f () lub = f ) lub f)
opis
analiza
x1
c
x2
x3 x4
ocena
Podsumowanie
ph
ysic
s
mec
hani
cs
othe
r app
roac
hes
delineation
analysis
x1
c
x2
x3 x4
evaluation
total theoretical delineation
total empirical delineation
splitting force
other forces
ordering force
feature
mechanism
results
parameters, balance, elements (variable, plot, equation)
etc. vs. no and ideal separation E, P, I, .......
ph
ysic
s
mec
hani
cs
othe
r app
roac
hes
analysis
x1
c
x2
x3 x4
evaluation
splitting force
other forces
ordering force
feature
etc. vs. no and ideal separation E, P, I, .......
comparison
*
Porównywanie (ocena) wyników wzbogacania