6.6 Ауыр ортада байыту
Ауыр ортада байыту үдірісі әртүрлі тығыздықты минералдар (не кен) кесектерінің екі аралық тығыздықты ортада бірінің батып, екіншісінің қалқуына негізделген. Мысалы, тығыздығы 1000 кг/м3-ден үлкен зат түйіршігі және тығыздығы 1000 кг/м3-ден кіші (органикалық зат) зат кесегі суға салынса түйіршік дереу батады да, ал органикалық кесек су бетіне қалқиды. Яғни заттың суда батуы не батпауы олардың салмағына емес, тек тығыздығына тәуелді. Осылай тек қана таза минералдар кесектерін ғана емес, сондай-ақ тығыздықтарында айырмашылық бар кен кесектерінде бөлуге болады. Ол үшін тығыздығы екі аралықты орта болуы керек.
Кендерде өте көп кездесетін ең жеңіл минералдардың бірі – кварц (шақпақ тас). Оның тығыздығы 2650 кг/м3. Құрамына металдар кіретін басқа барлық минералдардың тығыздығы кварц тығыздығынан көп үлкен. Сондықтан, ауыр ортада байыту үшін ол ортаның тығыздығы кварц тығыздығынан үлкен болуы қажет. Сонда ғана тау-кен жыныс минералдарының кесектері қалқиды да, ал құрамында бағалы зат бар кен кесектері батады.
Ауыр орта ретінде тығыздығы жоғары кейбір органикалық сұйық заттар, бейорганикалық тұздардың су ерітінділері және суспензиялар қолданылады. Суспензия деп су мен қатты зат түйіршіктерінің араласын айтады.
Органикалық ауыр сұйықтарды (басты бірі – тетрабромэтан, тығыздығы 2960 кг/м3) бағаларының өте жоғары және улы болуына байланысты өндірісте қолданудың мүмкіншілігі жоқ. Тұздардың су ерітінділерін өндірістік мөлшерде қолдану тиімсіз. Себебі үдіріс кезінде олардың шығыны жоғары. Сондықтан егер қолданылса, шығындалған бөлігінің қасиеттеріне қарай әртүрлі әдіспен қайта орнына келтіріп (регенерация), үдіріске қайтару қажеті туады. Ол үшін қосымша қондырғылар, қаражат шығару керек. Демек, олар да өндіріске өте тиімсіз. Сондықтан бұл орта түрлері тек лабораторияларда ғылыми-зерттеу жұмыстарын жүргізгенде ғана қолданылады.
Байыту фабрикаларында кеңінен қолданылып келе жатқан ауыр орта – ауыр суспензиялар. Сумен араластырылатын қатты зат ретінде көптеген минералдарды қолдануға болады. Олардың су ішіндегі үлесін өзгерте отырып суспензияның тығыздығын үлкен шек аралықта реттеуге болады. Мысалы, кварц құмын (тығыздығы 2650 кг/м3) сумен (тығыздығы 1000 кг/м3) араластыру нәтижесінде тығыздығы 1400-1600 кг/м3 суспензия жасалса, онда көмірді байытуға болады. Көмірдің тығыздығы 1200-1400 кг/м3, ал ондағы минералды заттардың көпшілігінің тығыздығы 2600 кг/м3-ден үлкен. Көмір қалқиды да, ал басқалары батып кетеді. Егер кен байытылса суспензияның тығыздығы 2700 кг/м3-ден кем болмауы керек. Сонда тау-кен жыныс минерал кесектері қалқиды да, ал бағалы зат минерал кесектері батады. Осы мақсатпен іс жүзінде қолданылатын минералдар: кварц құмы (2650 кг/м3), магнетит (5000 кг/м3), галенит (7500 кг/м3). Олардан басқа жиі қолданылатын жасанды қорытпа ферросилиций (6400-7000 кг/м3). Осы аталғандардың жиі қолданылуының себебі де бар. Кенді ауыр суспензияда бөлгенде ол жеңіл және ауыр фракцияларға бөлінеді. Сол өнімдермен бірге суспензияның (дәлірек айтсақ суспензойдтың – қатты заттың) біразы бірге шығады. Олардың жалпы шығынын азайту үшін сол өнімдермен бірге шығатын суспензойд бөлігін белгілі бір әдіспен фракциялардан бөліп, үдіріске қайтару (регенерациялау) қажет. Ол үшін суспензойдтың белгілі бір қасиеттері болуы керек. Мысалы, магнетитті оның магнитті қасиетін пайдаланып, галенитті флотациялау арқылы, ферросилицийді де оның магнитті қасиетін пайдалану арқылы бөлуге болады.
Байыту үдірісінің тиімді және өнімді жүруі ауыр суспензияның қасиеттеріне тікелей байланысты. Оларға жататындар: тығыздық, тұтқырлық және тұрақтылық. Бұлардың ішіндегі ең маңызды қасиетке, әрине, тығыздық саналады.
Суспензияның тығыздығы байытылатын кеннің қасиеттерімен және алға қойылатын мақсатпен байланысты. Ол алдынала ғылыми-зерттеу жүргізу нәтижесінде анықталады. Сонымен қатар суспензойд (яғни ауырлатқыш) ретінде қолданылатын минерал (зат) таңдалынады. Осыдан кейін су ішінде белгілі көлемді суспензия жасау үшін қанша суспензойд қосу керектігі төмендегі формуламен есептелінеді:
Ģ = v . б . Δ – 1000 / б – 1000 , кг,
мұндағы Ģ – қосылатын суспензойдтың массасы, кг;
v - суспензияның көлемі, м3;
Δ – суспензияның тығыздығы, кг/м3;
б – суспензойдтың тығыздығы, кг/м3.
Суспензияның тығыздығы Δс (кг/м3) төмендегі формуламен есептелінеді:
Δс = С (б - 1000) + 1000, кг/м3,
мұндағы С – ауырлатқыш концентрациясының көлемі, сыбаға бірлігі;
б – ауырлатқыштың тығыздығы, кг/м3.
Суспензияның тұрақтылығы деп оның бүкіл көлемінің барлық жерінде үдіріс кезінде бірдей тығыздықтың сақталуын айтады. Ол суспензойд түйіршіктерінің ірілігіне, оның суспензия ішіндегі үлесіне және қозғалу режиміне байланысты. Әдетте, түйіршік ірілігі 0,1-0,15 миллиметрден аспайды, ал суспензойдтың көлемді үлес мөлшері 30 %-тен артық болмауы керек. Түйіршіктер бүкіл суспензия көлеміне біркелкі жайылып тұруы үшін белгілі бір әдіспен ол үнемі қозғалысқа келтіріліп отырады.
Сипатталған қасиеттермен тығыз байланысты болатын суспензияның қасиеті – тұтқырлық. Ол түйіршіктердің өзара әсерінен пайда болады. Суспензияда суспензойд үлесі артқан сайын олардың соқтығысуы артады. Соның нәтижесінде бір-біріне әсер етуі (қабысуы, агрегат құруы) ұлғаяды. Қозғалыс режімі өзгереді. Бұл жай үшін тек үлес шамасы емес түйіршіктердің ірілігінің маңызы зор. Түйіршіктердің диаметрі іріленген сайын (үлес бір шамадан өзгермегеннің өзінде) тұтқырлық азаяды, қозғалыс дәрежесі және шөгу жылдамдығы өседі. Мұның өзі суспензияның тұрақтылығын төмендетеді. Демек, суспензия тұтқырлығы тек бір шамада болуы қажет. Ол үшін суспензойд материалының гранулометриялық құрамы дұрыс таңдалуы керек. Түйіршіктер қозғалымы неғұрлым бір-бірімен аз әрекеттессе соғұрлым жеңіл болады. Осындай жағдай тудыру үшін суспензияға белгілі бір химиялық қосылыстар кеңінен қолданылады. Олардың молекулалары түйіршік беттерімен әрекеттесіп түйіршіктердің өзара байланысуын және шөгу жылдамдығын төмендетеді.
Суспензойдтың гранулометриялық құрамы оны пайдалану кезінде біртіндеп ұнтақталу нәтижесінде өзгереді және оған кен кесектерінің беттерінің үйкелуінен пайда болатын ұнтақ қосылады. Сол себептермен суспензия қасиеттері де өзгереді. Сондықтан белгілі бір уақыт өткен кезде суспензия тазаланып оның бастапқы қасиеті орнына келтіріліп отырылуы қажет. Демек, регенерация (қайта қалпына келтіру) жүргізілуі керек. Ол үшін суспензия ішінен тек суспензойд түйіршіктері белгілі әдістермен бөлініп алынады. Мысалы, магнитті суспензия магнитті бөлгіштен өткізіледі, галенит флотация әдісімен бөлінеді. Содан кейін белгілі су көлемімен қайта араластырылып, үдіріске түсіріледі.
Ауыр суспензияда байыту алдында ұсақталған кеннен ұсақ класс (көбінде -5+0) елеумен бөлініп алынады. Әйтпесе ол класс суспензиямен араласып оның тығыздығын және басқа қасиеттерін бірден өзгертіп жібереді де, минералды бөлу мүмкіндігі жойылады және ұсақ кен түйіршіктерінің шөгу жылдамдығы аз болғандықтан үдірістің өнімділігі төмендейді. Жалпы әртүрлі тығыздықты кен кесектерінің бөліну тиімділігі олардың ірілігі артқан сайын өсе түседі.
Ауыр суспензияда ұсақ ұнтақталған, мысалы 0,2-0,5 мм-ге дейінгі материалдарды да байытуға болады. Бірақ ол үшін бататын минерал түйіршіктерінің шөгу жылдамдығын арттыру қажет. Демек, гравитациялық күшке қосымша күш тудыру қажет. Ондай күш ретінде мысалы ортадан тепкіш күш әсері пайдаланылады. Ол үшін әдетте үдіріс гидроциклондарда жүргізіледі.
Ауыр суспензияларда байыту негізінде ауыр байытылатын көмірлерді кокстау мақсатымен байыту үшін, энергетикалық көмірлерден бос жыныстарды оңашаландыру үшін, кендерді ұсақ ұнтақтау алдында бос жыныстарды айырып алу үшін қолданылады.
Пайдалы қазбаларды ауыр суспензияларда байыту үдірістің жоғарғы тиімділігімен (байытудың практикалық көрсеткіштері теориялыққа өте жуықтау), сепараторлардың конструкцияларының қарапайымдылығымен және олардың жоғары өнімділіктерімен, бастапқы материалдың сапасы мен өнімділіктерінің өзгерістеріне үдірістің сезімталдық еместігімен сипатталады.
Бірақта ауыр суспензияларда байыту үдірісі бөлектетумен салыстырғанда біршама қымбаттау (шетелдік фабрикалардың мәліметтері бойынша шамамен екі есе қымбаттау). Бұл ауырлатқыштарды енгізу қажеттіліктеріне байланысты схемалардың күрделенуімен, бастапқы шикізатты мұқиятты түрде классификацияландыруымен және шламсыздандыруымен, кейбір жағдайларда тозуға төзімді жабдықтарды орнату қажеттілігімен (насостарды, құбырларды және т.б.) түсіндіріледі.
Ауыр суспензияларда орташа және ірілікті кесек материалдарды байыту сепараторларда жүзеге асырылады. Олардың жұмыс принциптері гравитациялық күштерді қолданумен негізделген. Оларға жататындар: конусты, барабанды және доңғалақты сепараторлар (бөлгіштер). Ұсақ ұнтақталған кендерді байытуға гидроциклондар қолданылады.
Конусты сепараторлар (бөлгіштер) 6.10 – суретте көрсетілген.
Олар металды ваннаны (1) құрайды. Ваннаның жоғарғы жағы цилиндр пішінді, ал төменгі жағы конус пішінді. Оған ауыр суспензиялар толтырылған.
Ауыр фракцияларды аэролифті түсіретін конусты сепаратор (6.10 – сурет, а) аэролифті көтергіштен (2) тұрады. Кен сепаратордың ваннасына жоғарыдан түседі. Қалқып шыққан жеңіл фракция өздігінен ағып желоб (3) арқылы шығарылады. Батқан ауыр фракция төмен түседі де аэролифтінің толтыру бөлігіне бағыт алады және құбыр бойынша жоғары қарай суспензияның деңгейінен биіктеу орналасқан шығару орнына көтеріледі.
6.10 – сурет – Ауыр орталықты конусты сепараторлар (бөлгіштер):
а – аэролифті түсіргіштермен; б – ОК типті түсіргіш камерамен, 1 – ванна; 2- аэролифті көтергіш; 3 – желоб; 4 – араластырғыш; 5 және 7 – шиберлі ысырмалар; 6 – түсіргіш камера
Суспензия сепараторға немесе бастапқы кенмен бірге не жеке құбыр бойынша сепаратордың ваннасының ішіне түсіріледі. Бұл сепараторлар ірілігі 100-ден 2мм-ге дейінгі кенді байыту үшін арналған.
ОК типті конусты сепаратор (6.10 – сурет, б) ваннаның (1) ортасына орналасқан араластырғышты (4) құрайды. Оның айналымы сулы-құмды суспензиялардың қатпарлануына кедергі келтіреді. Тығыздығы суспензия тығыздығынан аз кесектер желобтан (3) қалқып шығады. Тығыздығы суспензия тығыздығынан артық кесектер батып кетеді де шиберлі ысырмалармен (5 және 7) жабдықталған түсіргіш камераға (6) түседі. Түсіргіш камераға (6) ауыр өнімді толтыру кезінде жоғарғы шиберлік ысырма (5) ашық, ал төменгі шиберлік ысырма (7) жабық күйде қалдырылады. Түсіргіш камера ауыр өніммен толтырылғаннан кейін жоғарғы шиберлік ысырма (5) жабылады және бір мезгілде төменгі шиберлік ысырма (7) ашылады. Түсіргіш камера ауыр өнімнен босағаннан кейін төменгі шиберлік ысырма қайтадан жабылады және жоғарғы шиберлік ысырма ашылады. Бұл операция оқтын-оқтын қайталанады. Сепараторға суспензия жоғарыдан және бүйір тұстан түсіріледі.
Конусты сепараторлардың диаметрлері 2200-ден 5600 мм-ге дейін құрайды. Олар ірілігі 200-ден 13 мм-ге дейінгі көмірді байыту үшін арналған.
Спиральді барабанды сепараторлар (бөлгіштер). Олар металды цилиндрлі пішінді корпустан (барабаннан) (5) тұрады (6.11 - сурет). Корпус рамаға (12) орнатылған таянышты (11) және керме (13) роликтерге сүйенеді, сондай-ақ, приводтардың «жүргізушілердің» (9, 10) көмегімен айналымға келеді. Барабан суспензиямен толтырылады. Одан минералдың бөлінісі жүзеге асырылады.
6.11 – сурет – СБС типті спиральді барабанды сепаратор: 1 – шығарушы желоб; 2 – керме тірек; 3 – элеватор; 4 – спираль; 5 – корпус (барабан); 6 – түсіруші желоб; 7 – керме тірек; 8 – желоб; 9, 10 - привод (жүргізуші); 11 – таяныш ролик;
12 – рама; 13 – керме ролик
Бастапқы шикізат сепараторға керме тірекке (7) бекітілген желобтың (6) көмегімен толтырылады. Қалқып шыққан жеңіл өнім желоб (8) бойынша суспензияның құйылысымен кетеді, ал батқан ауыр өнім екі енбелік барабанның ішкі бетіне жинақталған спиральдың (4) көмегімен барабанның айналысы арқасында қалақтық элеваторға (3) тасымалданады. Ол батқан өнімді керме тірегіне (2) бекітілген шығарушы желобқа (1) көтереді.
Барабанды сепараторлар (бөлгіштер) ірілігі 150 мм-ге дейін жететін кенді байытуға қолданылады. Барабанның диаметрі 1800-ден 3000 мм-ге дейін, ал ұзындығы 3600-дан 6000 мм-ге дейін жетеді. Бұл бөлгіштерді пайдалы қазбалардың барлық түрін байытуға қолдануға болады.
Доңғалақты сепараторлар (СКВ). Олардың схемалы көрінісі 6.12 – суретте келтірілген. СКВ типті тік элеваторлы доңғалақтан жиналған доңғалақты сепаратор төрт керме кронштейннен (13) тұратын корпусты (14) құрайды. Керме кронштейндері приводтан (2) тұратын элеватор доңғалағының (6) керме катогіне (5) жинақталған. Сепаратордың ваннасы магнетитті суспензиямен толтырылады. Бастапқы материал түсіруші желоб (1) бойынша сепаратордың ваннасына түседі. Қалқып шыққан жеңіл фракция ескіш құрылғысының (3) көмегімен желобқа (4) шығарылады, ал батқан ауыр фракция элеватор доңғалағындағы (6) кедір-бұдырлы түбті ковштарға (12) шөгеді. Элеватордың айналысы кезінде ауыр фракция жоғары көтеріледі және арнайы желобқа шығарылады. Элеватор корпусына қатысты доңғалақтың қалпын реттеуге арналған бұранда (9) бар. Шарнирларда (8) ауырлық күштің әрекетінен тор (10) шығарушы-түсіруші терезелерді (7, 11) аша және жаба бұрылады.
6.12 – сурет – СКВ типті тік элеваторлы доңғалақтан жиналған доңғалақты сепаратор: 1 – түсіруші желоб; 2 – привод (жүргізуші); 3 – ескіш құрылғысы; 4 – желоб; 5 – керме катогі; 6 – элеваторлы доңғалақ; 7 – шығарушы терезе; 8 – шарнир; 9 – винт (бұранда); 10 – тор; 11 – түсіруші терезе; 12 – кедір-бұдырлы түпті ковш; 13 – керме кронштейні; 14 – корпус
Төменгі патрубок арқылы сепаратордың ваннасына магнетитті суспензия түсіріледі. Магнетитті суспензия транспорттық және жеңіл өрлеме ағысты жасай отыра оның қатпарлануына бөгет келтіреді.
Екі өнім (ауыр және жеңіл фракциялар) беретін СКВ типті сепараторлар ірілігі 300-ден 13 мм-ге дейінгі көмірлерді байыту үшін қолданылады.
Қазіргі кезде үш өнім (концентрат, қалдық және екі аралық өнім) беретін СТТ типті сепараторлар қолданылуда. СТТ типті сепаратор бір агрегатта біріктірілген СКВ типті екі сепараторлардан жинақталады. Екі тығыздықты суспензияларда көмірдің бөлінісі тізбектелген түрде орындалады. Бастапқыда көмірдің бөлінісі жоғарғы тығыздығы бойынша бірінші секцияда жүзеге асырылады және элеватордың доңғалағымен жыныс түсіріледі. Қалқып шыққан аралық өнімнің қоспасы және концентрат одан кейін сепаратордың екінші секциясына түседі. Ондағы бөлініс тығыздығы төмен суспензияда жүзеге асырылады. Батқан аралық өнім элеватордың доңғалағымен шығарылады, ал концентрат ескіш құрылғының көмегімен шығарылады.
СТТ типті үш өнімдік сепараторлар екі тізбектелген түрде орнатылатын екі өнімдік сепараторлардың орындарына қолданылады.
Доңғалақты сепараторлар көбінде көмір байытуға қолданылады. Оның кесектігі 300 мм-ге дейін болса тиімді жұмыс істей алады.
Ауыр орталы гидроциклондар. Олар екі түрге бөлінеді: КГ типті екі өнімдік гидроциклондар және ГТ типті үш өнімдік гидроциклондар.
КГ типті екі өнімді ауыр орталы гидроциклондардың (6.13 – сурет, а) конструкциялары кәдімгі гидроциклондардың конструкцияларынан айырмашылығы жоқ, тек көлбеу орнатылады (200-тай). Суспензия байытылатын кенмен бірге гидроциклонның цилиндрлі бөлігіне (2) тангенциалды (жанама) орнаған патрубок арқылы түседі.
6.13 – сурет – Ауыр орталы гидроциклондар: а – екі өнімдік; б – үш өнімдік
Қысыммен тангенциальды еңгізілген бастапқы зат ортадан тепкіш күштің пайда болуына себепкер болады. Осының әсерімен ауыр түйіршіктер корпустың (4) ішкі қабырғасының конустық бөлігіне ығысады және төмен жылжып құмды патрубоктен (1) шығады. Жеңіл түйіршіктер суспензияның негізгі бөлігімен бірге ағызғыш құбыр (3) арқылы шығарылады.
ГТ типті үш өнімді ауыр орталы гидроциклондар (6.13 – сурет, б) бір агрегатқа біріктірілген екі секциядан тұрады. Тангенциальды патрубок (6) арқылы бастапқы материал суспензиямен бірге цилиндрлі бірінші секцияға (5) түсіріледі. Бұл секцияда бір мезгілде материалдардың тығыздықтары бойынша екі фракцияға бөлінісі және суспензия бөлігінің тығыздалуы (қоюлануы) жүзеге асырылады. Тығыздалған суспензия бөлігі аралық және ауыр фракциялар қоспаларымен бірге цилиндрлі-конусты (4) екінші секцияға ауысады. Цилиндрлі секциядан (5) ағызу құбыры (7) арқылы жеңіл фракция шығарылады. Цилиндрлі секцияның тангенциальді түсіргіш патрубогі (1) біріктіруші звено (2) болып саналады және цилиндрлі-конусты (4) секция үшін кіргізуші патрубок (3) қызметін атқарады. Цилиндрлі-конусты секцияның конструкциясы екі өнімді гидроциклонның конструкциясынан айырмашылығы жоқ. Құбыр (8) арқылы аралық өнім, ал құмды патрубок (10) арқылы ауыр фракция шығарылады. Барлық конструкция рамаға (9) бекітіледі.
Екі- және үш өнімді гидроциклондар кесектігі 25 (40)-тен 0,5 (0,2) мм-ге дейінгі көмірлерді байыту үшін қолданылады. Екі өнімді гидроциклонның өнімділігі 50 т/сағатына, ал үш өнімді гидроциклонның өнімділігі 65-80 т/сағатына (гидроциклондардың диаметрлері 500 мм құраған жағдайда).