5. Обогащение твердых отходов в тяжелых средах

Различают следующие основные методы мокрого и сухого обогащения твердых материалов: гравитационный, флотационный, магнитный, электрический и специальные. Гравитационный метод обогащения основан на использовании различий в плотностях разделяемых материалов. Гравитационные методы обогащения основаны на различии в скорости падения в жидкой (воздушной) среде частиц различного размера и плотности. Они объединяют обогащение отсадкой, в тяжелых суспензиях, в перемещающихся по наклонным поверхностям потоках, а также промывку.

Обогащение в тяжелых средах. Этот процесс заключается в разделении твердых материалов по плотности в гравитационном и в центробежном поле в среде, плотность которой является промежуточной между плотностью разделяемых компонентов. При погружении твердого материала в тяжелую среду зерна, плотность которых меньше плотности среды, всплывут, а зерна большей плотности потонут.

В качестве тяжелых сред применяют: органические жидкости, например, трихлорэтан С₂НС1₃ (ρ=1460 кг/м³), четыреххлористый углерод СС1₄ (ρ=1600 кг/м³), пятихлорэтан C₂НCI₅ (ρ=1680 кг/м³), бромоформ СНВr₃ (ρ=2810 кг/м³ ), ацетилен тетрабромид С₂Н₂Вr₄ (ρ= 2930 кг/м³) и др.; водные растворы неорганических солей – растворы хлористого цинка ZnCI₂ (ρ=2070 кг/м³), хлористого кальция CaCI₂ (ρ=1654 кг/м³), йодистой ртути и йодистого калия НgJ₂, КJ (ρ=3196 кг/м³) и др.; минеральные суспензии (взвеси нерастворимых в воде тонко измельчённых минералов, например, глины, пирита, магнетита, называемых, в данном случае, утяжелителями). Основными показателями суспензий являются их плотность, устойчивость и вязкость, влияющие на эффективность разделения.

Процесс обогащения состоит из следующих операций: подготовки суспензии и твердого материала, собственно сепарации, отделения суспензии от продуктов обогащения, регенерации отработанной суспензии. Отделение суспензии от продуктов обогащения производятся на неподвижных ситах и механических грохотах. Отделенная суспензия собирается и возвращается в процесс.

Обогащение мелких классов материала (менее 10-13мм) в минеральных суспензиях, реже в органических жидкостях, осуществляют, главным образом, в центробежных аппаратах (гидроциклонах, центрифугах). Гидроциклон тяжелосредный применяется для обогащения материала крупностью 0,5-25,0 мм.

Принцип работы двухпродуктового тяжелосреднего гидроциклона (рис.5.1) заключается в следующем. Исходный материал поступает в аппарат в смеси с тяжелой суспензией через загрузочный патрубок 1 по касательной во внутреннюю полость цилиндрической части корпуса.

Рис. 5.1. Двухпрподуктовый тяжелосредний гидроциклон:

1 – загрузочный патрубок; 2 – коническая часть корпуса; 3 – разгрузочный насадок для тяжелого продукта; 4 – сливная труба; 5 – разгрузочная камера для легкого продукта

Касательный ввод разделительной среды под давлением формирует внутри аппарата вихревой поток с воздушным столбом вдоль оси циклона. Благодаря центробежным силам, во много раз превосходящим силы тяжести, тяжелый продукт перемещается к стенкам конической части корпуса 2, скользит по ним и разгружается вместе с частью суспензии через разгрузочный насадок 3. Легкий продукт с суспензией проходит через сливную трубу 4 в разгрузочную камеру 5. Гидроциклоны обычно устанавливаются на раме 6 таким образом, чтобы образующая конуса с нижней стороны была наклонена к горизонту под углом не более 0,2 ⁰ .

Обогащение средне- и крупнокускового материала в тяжелых суспензиях производят в сепараторах, принцип действия которых основан на использовании гравитационных сил. Корпус конусного сепаратора имеет коническую форму, внутри которого на полом валу вращается мешалка (5.2). Исходный материал подается по загрузочному лотку и подвергается расслоению суспензии, поступающей через осевую воронку. Тяжелая фракция материала погружается в нижнюю часть корпуса и с помощью сжатого воздуха аэрлифтом выгружается на сито, где происходит частичное отделение суспензии, а тяжелый продукт поступает далее на отмывку утяжелителя. Легкий всплывший продукт выводится из сепаратора через специальный лоток.

Рис. 5.2. Конусный тяжелосредний сепаратор с аэролифтом для тяжелого продукта:

1 – корпус; 2 – мешалка; 3 – сито; 4 – осевая воронка; 5 – загрузочный лоток; 6 – аэролифт