Контрольні питання
1. Особливості процесу збагачення у важких середовищах.
2. Види важких середовищ та їхні властивості.
3. Вимоги, що ставляться до важких середовищ.
4. Сфери застосування важкосередовищного збагачення.
5. Конструктивні різновиди гравітаційних важкосередо-вищних сепараторів.
6. Способи розвантаження продуктів з важкосередовищних сепараторів.
7. Конструкція конусного важкосередовищного сепаратора.
8. Основні технічні характеристики конусних важкосередовищних сепараторів.
9. Конструкція пірамідального важкосередовищного сепаратора.
10. Конструктивні варіанти барабанних сепараторів.
11. Основні технічні характеристики барабанних важкосередовищних сепараторів.
12. Особливості конструкції коритних важкосередовищних сепараторів.
13. Важкосередовищне збагачення на віброжолобах.
14. Переваги відцентрової важкосередовищної сепарації.
15. Важкосередовищні гідроциклони та особливості їхньої роботи.
16. Основні технічні характеристики важкосередовищних гідроциклонних сепараторів.
17. Порівняльний аналіз конструкцій звичайних і вихрових важкосередовищних гідроциклонів.
18. Визначення продуктивності суспензійних сепараторів.
19. Регулювання густини суспензії.
20. Регулювання параметрів важкосередовищного збагачення.
21. Як і для чого здійснюється регенерація важких суспен-зій?
23. Основні правила безпеки при експлуатації обладнання для гравітаційного збагачення.
3. Машини та обладнання для флотаційного збагачення
Сутність процесу і його види.
Флотаційний процес збагачення корисних копалин заснований на вибірному прилипанні часток матеріалу до поверхні розділу двох фаз (на використанні розходжень у природній або штучно створюваній змочуваності природних матеріалів). У практичних умовах в якості рідкої фази використовується вода, газоподібної фази - повітря, твердої - поділювані мінерали.
Залежно від змочуваності водою мінерали діляться на дві групи:
- гідрофільні або змочувані водою;
- гідрофобні або незмочувані водою.
Сутність флотаційного процесу поділу мінералів полягає в наступному. Пульпу (суміш тонкоподрібнених часток мінералів і води) обробляють спеціальними флотаційними реагентами для посилення розходження в змочуваності мінералів.
Потім пульпу перемішують і насичують повітряними бульбашками, які при спливанні зіштовхуються з мінеральними частками.
Частки, не змочувані водою, при контакті з повітряними бульбашками утворюють агрегати «частка-бульбашка», загальна густина яких менше, ніж густина пульпи. Такий агрегат спливає й утвоює на поверхні пульпи шар минерализованной піни. Ця піна видаляється з поверхні пульпи і являє собою продукт, збагачений певним мінералом.
Частки, що змочуються водою, при контакті з повітряними бульбашками не прилипають до них і залишаються в об’ємі пульпи.
Якщо в пінний продукт витягаються коштовні мінерали, то флотація називається прямою. При зворотній флотації в пінний продукт витягаються мінерали порожньої породи.
Процес здійснюється у водному середовищі й застосовується для поділу тонкоподрібнених (до крупності менше 0,5 мм) корисних копалин незалежно від їхньої густини, магнітних, електричних й інших властивостей. Така універсальність методу пов'язана з регулюючими можливостями споживаних флотореагентів - речовин, що збираються на поверхні розділу «тверде тіло-рідина» і на границі розділу «рідина-повітря». Вони здатні вибірково абсорбуватися на поверхні мінералів (поглинатися цією поверхнею) і зменшувати або збільшувати міру їх змочуваності.
За характером свого впливу флотореагенти підрозділяються на:
- збирачі (колектори), що безпосередньо взаємодіють з поверхнею мінералів. Вони погіршують змочуваність поверхні мінералів водою (підвищують її гідрофобність) і скорочують час (збільшують швидкість) прилипания частки до бульбашки повітря. Дія збирачів недостатньо селективна й може приводити до одночасної флотації декількох мінералів. В якості збирачів використовують деякі кислоти, риб'ячі жири, мила, масла, гудрон, асидол;
- реагенти, які збільшують або зменшують змочуваність;
- спінювачі (піноутворювачі), які стабілізують процеси диспергування повітря й піноутворення;
- реагенти, що збільшують стійкість піни на границі розділу «вода-повітря»;
- активатори (прискорювачі процесів). Вони поліпшують умови взаємодії збирачів з поверхнею мінералів;
- депресори (сповільнювачі процесів). Їхня дія протилежна дії збирачів, вони поліпшують змочуваність мінералу водою й застосовуються для погіршення або повного припинення процесу флотації;
- регулятори середовища (модифікатори), що змінюють властивості збирачів. Вони можуть підсилювати або послабляти дію збирачів, поліпшуючи виділення в пінний продукт будь-якого одного або групи мінералів
- допоміжні реагенти, призначені для корекції рН середовища, зміни структури піни, гасіння її й ін.
Застосовуються кілька видів флотаційних процесів. Коли частки мінералів закріплюються на границі розділу «масло-вода», має місце масляна флотація, при закріпленні часток у поверхневому шарі рідини - плівкова флотація, при закріпленні часток на бульбашках газу, що утворюються в пульпі, - пінна флотація, у пінному шарі - пінна сепарація.
Плівкова флотація заснована на здатності мінералів, що не змочуються або погано змочуються, утримуватися на водному дзеркалі за рахунок сил поверхневого натягу. При цьому інші зерна тонуть у рідині й у такий спосіб відбувається поділ суміші на концентрат і відходи або ж на ряд продуктів різної якісної характеристики. У наш час цей принцип флотації застосовується при флотогравітаційному способі збагачення.
Масляна флотація полягає у вибірному злипанні погано змочуваних водою часток із крапельками масел, що подаються в пульпу. Комплекси «мінерал-масло», що утворюються при цьому, спливають на поверхню, тому що в порівнянні з водою їхня густина стає меншою. Зерна, які не взаємодіють з маслом, залишаються в суміші у зваженому стані.
Різновидом масляної флотації можна вважати збагачення на жирових поверхнях, де також використовується поверхня розділу «жир-вода». У цьому випадку до твердої поверхні, покритої в’язким жиром, вибірково прилипають гідрофобні частки мінералів.
Пінна флотація заснована на здатності мінералів, що не змочуються водою, прилипати до бульбашек повітря або газу й спливати разом з ними на поверхню, де накопичується пінний продукт - концентрат компонента, що піддається флотації. Однак, це не завжди можуть бути корисні мінерали. Так, при певному сполученні флотореагентів у пінний продукт буде виділяться коштовний продукт, при іншому - порожня порода. У першому випадку, як уже було сказано, флотацію називають прямою, у другому – зворотною. Крупность часток – від 3 до 10-4 мм. Пінна флотація одержала найбільш широке практичне застосування.
При пінної сепарації компонент, що не змочується, прилипає до повітряних бульбашек і утримується в пінному шарі, а той, що змочується, - проходить крізь нього. Пульпа подається зверху і як би фільтрується через цей пінний шар, залишаючи в ньому мінерали, що піддаються флотації.
Гідрофобними мінералами в основному є коштовні компоненти корисних копалин. Гідрофільними - головним чином порожня порода.
Призначення й класифікація флотомашин.
Флотація здійснюється в різноманітних флотаційних машинах. Загальною їхньою ознакою є використання в якості робочого агента повітря у вигляді дрібних бульбашок, утворених тим або іншим способом у пульпі.
Флотомашини повинні забезпечувати:
- рівномірну по всьому об’ємі машини аерацію пульпи з високим ступенем диспергування повітря й оптимальним співвідношенням тонкодисперсних і великих (несучих) бульбашок;
- зважений стан всіх твердих часток у пульпі в умовах тісного контакту їх з бульбашками повітря. Контакти часток з бульбашками повинні бути максимально часті, однак мінімально динамічні для забезпечення найкращих умов мінералізації бульбашок;
- відносно спокійне (безвихрове) або у висхідному потоці пульпи спливання мінералізованих бульбашок для поліпшення флотації великих часток й агрегатів;
- оптимальне співвідношення між кількістю флотаційної піни й швидкістю її видалення. При надмірній швидкості постраждає якість концентрату через помилкові захвати бульбашками часток порожньої породи й нестачу часу на їхнє повернення з піни в пульпу. При недостатній швидкості демінералізація піни буде знижувати показники добування;
- безперервність процесу флотації, що повинна обумовлюватися безперервним живленням машини й безперервним розвантаженням продуктів збагачення;
- можливість регулювання висоти рівня пульпи й піни, ступеня внутрікамерної циркуляції й аерації пульпи;
- надійність роботи, високу зносостійкість деталей, малу енергоємність.
У цілому флотомашина повинна створити умови для змішування пульпи з тонкодисперсним повітрям, забезпечити прилипання мінеральних часточок, що не змочуються, до бульбашок, витягти комплекси, які утворяться, у пінний шар і виділити потрібний продукт із водного середовища.
Основна класифікація флотомашин заснована на способі перемішування й аерації пульпи. За цією ознакою існуючі типи флотаційних машин можуть бути розділені на наступні групи (рис. 3.1):
- механічні (рис. 3.1, а), у яких засмоктування й диспергування атмосферного повітря, а також перемішування пульпи в камері 1 здійснюється механічним робочим органом машини – імпелером 3 у вигляді мішалки, ротора, турбіни й ін.;
- пневмомеханічні (рис. 3.1, б), у яких є аератор 7, що перемішує з пульпою стиснене повітря, яке подається вентилятором;
- пневматичні (рис. 3.1, в) з аерацією пульпи стисненим повітрям з мережі, подаваним через патрубки 9 і пористі перегородки 10. Різновидом цього типу можна вважати машини пінної сепарації (рис. 3.1, е), у яких пульпа подається зверху на глибокий шар піни, утворений аераторами 17;
- пневмогідравлічні (рис. 3.1, г) з аераторами 13, у яких стиснене повітря змішується з потоком води або пульпи під тиском;
- спеціальні, у яких утворення бульбашок повітря здійснюється безпосередньо в розчині при зниженні в ньому тиску (вакуумні машини - рис. 3.1, д) або за допомогою електролізу води.
Флотаційні машини розрізняються також характером переміщення пульпи. Бувають:
- прямотечійні конструкції, що представляють собою жолоб, як правило, прямокутного перетину, розділений поперечними перегородками на окремі відсіки. Ці перегородки не доходять до дна, а їхня верхня частина в ряді випадків перебуває нижче рівня пульпи. У розвантажувальному кінці відсіку знаходиться пристрій для регулювання рівня пульпи. До прямотечійного типу відносяться пневматичні й пневмомеханічні машини;
- камерні конструкції, що складаються з окремих камер. Пульпа йде з однієї камери в іншу, між камерами є спеціальний пристрій для регулювання переміщення пульпи і її рівня в камерах. До камерного типу відносяться механічні флотомашини.
Рис. 3.1. Принципові схеми флотаційних машин:
а – механічна; б – пневмомеханічна; в – пневматична; г – пневмогідравлічна; д – вакуумна; е – машина пінної сепарації
1, 11, 15, 18 – камери; 2, 6 – вали; 3 – імпелер; 4, 9, 12, 14, 16 – труби; 5 – гребковий пристрій; 7, 13, 17 – аератори; 8 – вікна; 10 – пористі перегородки
Особливості конструкцій флотомашин.
Найбільш універсальними і розповсюдженими є флотомашини механічного типу. Як і для інших типів, технологічну ефективність механічних флотомашин визначають кількість повітря, що втримується в одиниці об’єму суміші, крупність бульбашок і рівномірність їхнього розподілу в камерах апарата.
Внаслідок цього способи аерації пульпи й застосовувані для цього пристрої - об'єкт постійного дослідження й удосконалювання.
У машинах механічного типу засмоктування повітря з атмосфери відбувається за рахунок ежекції, а також у результаті руху потоків пульпи, запас кінетичної енергії яким надає обертовий імпелер. Наприклад, у конструкції блоку імпелера, показаного на рис. 3.2, а, повітря в зону над імпелером надходить із атмосфери в результаті розрідження в зазорі між нерухомим статором 1 й обертовом імпелером 2. Величина зазору регулюється за допомогою набору прокладок. У деяких механічних флотомашинах (субаераційного типу) здійснюється примусова подача повітря в зону над імпелером.
На рис. 3.3 показаний блок аератора роторного типу механічної флотомашини. Нерухомий статор 6, як й обертовий ротор 8, являє собою «біляче колесо» і складається із двох гумованих фланців, між якими розташовано вісімнадцять гумованих пальців трикутного перетину. Статор кріпиться до труби 4 корпуса шпинделя 1. Ротор 8 складається із двох гумованих дисків, між якими знаходяться дев'ять пальців прямокутного перетину. Повітря з атмосфери надходить через патрубок 3, а пульпа й циркулюючі продукти - через отвори в трубі 4 статора.
Найбільше поширення одержали механічні конструкції флотомашин для руд типу ФМР, ФМ. Стандартна машина типу ФМР збирається із двокамерних секцій, з яких перша камера (а) є всмоктувальною, друга (б) - прямотечійною й так далі (рис.3.4). Камери розділені напівперегородками.
У кожній камері устанавлен імпелерний блок, що складається з обсадної труби 2, вала 10, надімпелерного стакана 9, статора з косо розміщеними лопатками 16, імпелера у вигляді диска 19 із шістьома радіальними лопатками. Імпелер приводиться в обертання шківами із клинопасовою передачею від електродвигуна. Радіальний зазор між лопатками імпелера й статора не повинен перевищувати 5-8 мм.
Рис. 3.2. Блоки імпелера флотомашин:
а – механічний: 1 – статор; імпелер; 3 – труба статора; 4 – корпус підшипників;
б – пневмомеханічний: 1 – диспергатор; 2 – імпелер; 3 – вал; 4 – корпус підшипників
Рис. 3.3. Блок роторного аератора
механічної флотомашини:
1 – корпус шпинделя; 2 – штуцер; 3 – повітряний пат-рубок; 4 – труба статора (надроторний стакан); 5 – вал ротора; 6 – статор; 7 – перфорований екран; 8 – ротор
Надімпелерний стакан всмоктувальної камери з'єднаний патрубком 20 із прийомним карманом 1, а в прямотечнійній камері цей отвір закритий пробкою 15. Крім того, надімпелерний стакан має отвір 18 з регулюючою його розмір заслінкою 14 для внутрішньокамерної циркуляції пульпи й отвір для приєднання промпродуктового патрубка. Заслінка управляється тягою 5 таким чином, щоб забезпечити оптимальний потік пульпи на імпелер, необхідний для досягнення максимальної аерації.
Між здвоєними секціями машини є міжкамерний карман із шибером 11 для регулювання рівня пульпи в камерах і пісковою заслінкою для розвантаження грубозернистого матеріалу.
Рис. 3.4. Схема механічної флотомашини
типу ФМР (ФМ):
1 – прийомний карман; 2 – обсадна труба; 3 – труба; 4 – міжкамерна перегородка; 5 – тяга; 6 – карман; 7 – стрижень; 8 – важіль; 9 – надімпелерний стакан; 10 – вал; 11 – шибер; 12, 13, 18 – отвори; 14 – заслінка; 15 – пробка; 16 – лопатки; 17 – надімпелерний диск ; 19 – імпелер; 20 – патрубок
Уздовж довгого борта машини встановлений піногон, що представляє собою вал з вільно висячими лопатами. Привод його складається із клинопасової передачі, електродвигуна й стандартного черв'ячного редуктора, тихохідний вал якого з'єднується муфтою з валом піногону.
Імпелер, статор і внутрішня частина надімпелерного стакану вкриваються зносостійкою гумою. Підшипниковий вузол й імпелер зі статором можна швидко замінити при зношуванні завдяки їхній блоковій конструкції.
Машина працює в такий спосіб.
Пульпа надходить самопливом із прийомного (або з міжкамерного) кармана по живильному патрубку в порожнину імпелера всмоктувальної камери. З першої камери в другу пульпа переливається через вікно в міжкамерній перегородці. Розвантажується пульпа з останньої прямотечійної камери через розвантажувальний карман.
Проміжні продукти можуть надходити в будь-яку камеру самопливом через спеціально встановлюваний для цієї мети патрубок.
Пульпа, що надійшла на імпелер, насичується повітрям, засмоктуваним по трубі 3, і викидається в камеру. Кількість цього повітря регулюється зміною перетину отвору 18 заслінкою 14. Для додаткового збільшення його кількості відкривають заглушені пробками 15 отвори (об’єм засмоктуваного повітря в машинах ФМР може досягати 1 м3/хв на 1 м3 об’єму камери). Повітряні бульбашки мінерализуються в об’ємі флотаційної камери, у результаті чого на поверхні пульпи утворюється шар піни, знімання якого здійснюється піногоном.
Через вікно в міжкамерній перегородці 4 відфлотована в першій камері пульпа надходить у другу (прямотечійну), де відбувається подальший процес. Потрібний рівень пульпи підтримується шибером 11.
Наявність у машині ФМР міжкамерных карманов дозволяє регулювати рівень пульпи й підтримувати певний реагентний режим індивідуально в кожній здвоєній секції, що дає можливість здійснювати складну схему флотації, яка включає в себе перечищення продуктів і контрольну флотацію хвостів. У цьому полягає перевага машини перед пневмомеханічними, пневматичними й іншими конструкціями.
Крім того, механічні флотомашини мають кращі гідродинамічні параметри, універсальні й придатні для використання в будь-яких технологічних схемах, не вимагають додаткових джерел повітря.
До їхніх недоліків відносяться непостійна аераційна характеристика, що залежить від ступеня зношеності імпелера й статора, відсутність регулювання кількості повітря залежно від потреб технологічного процесу, складність конструкції, відносно високі енерго- і металоємність, досить швидке зношування імпелера й статора.
У табл. 3.1 наведені основні технічні характеристики деяких механічних флотаційних машин.
Таблиця 3.1