3.2.1. Гравитационное обогащение
Гравитационные методы обогащения полезных ископаемых построены на различиях в скоростях падения или передвижения по наклонной плоскости минеральных зерен неодинаковой плотности в жидкой или газообразной среде Последний случай менее распространен и нами не рассматривается, поскольку процессы, имеющие здесь место, близки по сущности к воздушной сепарации. Эффективность гравитационного обогащения (обогащения по плотности) возрастает при увеличении разницы в ее значениях для минералов и жидкости.
Из многочисленной совокупности этих методов наибольшее распространение получили отсадка, обогащение на концентрационных столах и в тяжелых средах. Отсадка осуществляется в вертикальной струе, а концентрация на столах - в горизонтальной струе воды. В основе обогащения в тяжелых средах лежит процесс седиментации.
На отсадку поступает классифицированный по размерам материал, что повышает ее эффективность. Диапазон крупности зерен достаточно широк (например, для углей – 100…0,5, для руд черных и цветных металлов – 50…0,25 мм). При меньшей крупности материала отсадка недостаточно эффективна. Для реализации данного способа применяют отсадочные машины, в которых используют вертикальное движение водяной струи с переменным его направлением. Последнее достигается либо изменением вектора перемещения самой воды по отношению к неподвижному решету, на котором осуществляется отсадка, либо движением решета вверх-вниз (рис. 3.7).
Рис. 3.7. Схема отсадочных машин с неподвижным (а) и с подвижным (б) решетом:
А - отсадочное корыто; Б – перегородка между решетным и поршневым отделениями; В – поршень; Г – неподвижное решето; Д – подвижное решето; Е – обрабатываемый материал
В машине первого типа рабочее пространство разделено перегородкой на два отделения: поршневое и отсадочное. При движении поршня вниз вода через сито движется вверх и увлекает за собой частицы минералов. Более легкие из них поднимаются выше, при обратном движении воды не оседают на сетку и перемещаются в верхние слои. Как следствие повторяющихся движений поршня, материал на решетке расслаивается по плотности с преобладанием более легких частиц в верхних слоях. Самые легкие минералы (обычно - хвосты) удаляются с током воды через сливной порог. Время от времени продукты отсадки послойно снимаются с сита через окно в стенке решетного отделения или через отверстия решета, на которое укладывается искусственная постель из более крупного, чем отверстия, материала.
Производительность отсадочных машин, в зависимости от размера частиц и их обогатимости, составляет 5…15 т/(м2.ч) площади решета. Частота пульсации не превышает 600 мин-1.
На концентрационных столах обычно обогащают материал крупностью ~3 мм с большой плотностью извлекаемого минерала (оловянные, вольфрамовые, золото- и платиносодержащие руды).
Рабочую поверхность концентрационного стола (деку) покрывают линолеумом, холстом, резиной или цементом. Дека имеет также продольные нарифления из деревянных планок и устанавливается с поперечным наклоном до 9о к горизонту.
Пульпа обогащаемого полезного ископаемого через боковой загрузочный ящик с плоской струёй непрерывно вытекает на деку стола, которому сообщается возвратно-поступательное движение в продольном направлении в виде односторонних резких толчков с амплитудой 12…30 мм и частотой 220…280 мин-1. Таким образом, каждая частица сносится потоком воды в направлении перпендикулярном оси деки, а также под влиянием толчков продвигается вдоль стола. Чем больше плотность частицы, тем дальше она при каждом толчке перемещается вдоль стола. В результате обогащения материал располагается на столе веером, причем минералы с разной плотностью сходят со стола в различных его участках (наиболее тяжелые - в дальних от загрузочного ящика).
Производительность столов зависит от крупности материала и при размере ~ 2 мм достигает 100 т/сутки. При отсадке и при обогащении на концентрационных столах в качестве жидкой среды, в которой происходит разделение минералов, используют воду (плотность 1 г/см3). Результаты обогащения удовлетворительны при различиях в плотности воды и минералов не менее 1 г/см3.
При обогащении в тяжелых средах последние имеют гораздо большую, чем вода, плотность. Для тяжелой среды ее подбирают так, чтобы она была выше, чем у легкого минерала, но ниже, чем у тяжелого. В такой среде зерна легкого минерала поднимаются на поверхность, а тяжелые частицы оседают на дно сосуда.
Однако тяжелые жидкости дороги, диапазон их плотности невелик, поэтому они могут быть использованы для обогащения весьма ограниченного числа материалов (углей, алмазных концентратов и т.п.). Более широкое применение получили тяжелые суспензии - системы, состоящие из смеси тонкоизмельченных тяжелых минералов или сплавов с водой. В качестве дисперсной фазы (суспензоида), служащего утяжелителем, обычно применяют галенит PbS (плотность 7,5), магнетит Fe3O4 (4,2), барит BaSO4 (4), ферросилиций (6,5…6,8) с содержанием кремния 15…18% и др. Степень измельчения суспензоида должна быть как можно более высокой и в этом плане ограничивается лишь экономическими факторами, составляя, например, для ферросилиция более 60% кл ~ 40 мкм. Объемное содержание твердого в суспензии достигает 25 %, что позволяет довести ее плотность до 3,0…3,5 г/см3.
Основные достоинства метода - пригодность для разделения минералов с весьма малой (до 0,1 г/см.3) разницей в плотностях и необязательность классификации материала перед обработкой. Кроме того, обогащение в тяжелых средах обеспечивает более высокие технологические показатели по сравнению с отсадкой, просто в аппаратурном оформлении и эксплуатации. Недостатки метода - необходимость регенерации утяжелителя, часть которого захватывается продуктами обогащения.
Для обогащения в тяжелых суспензиях используют различные типы конусных, реечных и спиральных классификаторов с расходом суспензоида 150…800 г/т обогащенного материала.