Апарати для збагачення у важких суспензіях

Важкосередовищне збагачення використовується для одержання кінцевих продуктів (при переробці вугілля) і для попереднього видалення пустої породи (при переробці руд). Для збагачення кам’яного вугілля крупністю більше 6-10 мм і руд крупністю більше 3-5 мм застосовуються сепаратори з гравітаційним полем – колісні, конусні, барабанні. При збагаченні вугілля і руд меншої крупності застосовують апарати з відцентровим полем – гідроциклони.

Умовні позначки важкосередовищних апаратів наведені в табл. 3.3.

Таблиця 3.3. – Умовні позначки важкосередовищних апаратів

Літерні позначки	Цифрові позначки
СКВ – сепаратор колісний вертикальний СКВД – сепаратор колісний вертикальний для збагачення двох класів СКВС– сепаратор колісний вертикальний для збагачення сланцю	В – ширина ванни, дм
СК – сепаратор конусний	D – діаметр конуса, м
СБЕ – сепаратор барабанний елеваторний СБС – сепаратор барабанний спіральний	D – діаметр барабана, м
ГТ – гідроциклон важкосередовищний: двопродуктовий	D – діаметр гідроциклона, мм
ГТ – гідроциклон важкосередовищний: трипродуктовий	D1/D2 – діаметри першого і другого ступенів гідроциклонної установки

Колісні сепаратори (СКВ, СКВП, СКВД, СКВС) застосовують на вуглезбагачувальних фабриках для розділення крупних класів (до 300 мм). Вони можуть також використовуватися при збагаченні руд, особливо при крупному живленні і великій продуктивності збагачувальної фабрики.

П ринцип дії колісного сепаратора (рис. 3.2) такий: вихідний матеріал у напівциліндричну ванну 1 надходить по жолобу 2. Через нижній патрубок 3 у ванну подається суспензія, яка розділяється на транспортний (горизонтальний) і висхідний (вертикальний) потоки. В ванні сепаратора вугілля розділяється в магнетитовій суспензії на фракцію, що спливла (легкий продукт), і фракцію, що потонула (важкий продукт). Пересування легкого продукту вздовж ванни здійснюється транспортним потоком, а розвантаження – гребковим механізмом 4. В залежності від продуктивності сепаратора висота шару суспензії над зливним порогом становить 30–80 мм, тому гребковий механізм розвантажує легкий продукт на шпальтове сито 5 для попереднього відділення суспензії і повернення її у процес. Важкий продукт осідає на дно ванни, потрапляє у ковші елеваторного колеса 6, що спирається на котки 7, і при його обертанні розвантажується із сепаратора.

Рис. 3.2 – Схема двопродуктового сепаратора СКВ з вертикальним елеваторним колесом: 1 – корпус; 2 – завантажувальний жолоб;

3 – суспензійний патрубок; 4 – гребковий механізм; 5 – шпальтове

сито; 6 – елеваторне колесо; 7 – котки.

Продуктивність колісних сепараторів залежить від ширини ванни і крупності живлення. При можливому виході легкого продукту більше 50 % продуктивність сепаратора розраховують за формулою:

, т/год, (3.5)

де – питома продуктивність сепаратора, т/годּм; – ширина ванни, м; – можливий вихід легкого продукту, %.

Якщо у вугіллі міститься понад 50 % породи, необхідно перевірити транспортну здатність елеваторного колеса за формулою:

, т/год, (3.6)

де w – місткість одного ковша, м³; n – частота обертання елеваторного колеса, хв^-1; z – число ковшів елеваторного колеса; k – коефіцієнт заповнення ковшів; δ – насипна густина важкої фракції, кг/м³.

Сепаратор СКВ-32 має декілька модифікацій: модифікація СКВД-32 призначена для збагачення двох класів крупності (напр., 6–25 і +25 мм) у одному сепараторі, ванна якого розділена на дві частини; модифікація СКВС-32 призначена для збагачення сланців крупністю до 500 мм; модифікація СКВП-32 з видовженою ванною має підвищену продуктивність при тих же габаритах і енерговитратах.

Для збагачення порівняно дрібних руд і неметалічних корисних копалин використовують конусні і барабанні суспензійні сепаратори.

Конусні сепаратори дозволяють одержувати найвищу точність поділу, але оскільки вони відрізняються і найвищими експлуатаційними витратами, їх варто застосовувати лише при збагаченні дорогоцінних корисних копалин, що важко збагачуються і містять значні кількості промпродуктових фракцій.

Вихідний матеріал разом із суспензією по завантажувальному жолобу 1 надходить у сепаратор (рис. 3.3).

Корпус 2 конусного сепаратора складається з конічної ємності з верхньою циліндричною частиною. По осі сепаратора на порожньому валу обертається мішалка 3. Перемішування суспензії сприяє підвищенню її стійкості. Крім того, рух суспензії і продукту, що спливає по кругових траєкторіях, приводить до збільшення часу перебування матеріалу в апараті, а отже, підвищення ефективності процесу розділення. Продукт, що сплив, розвантажується разом із суспензією переливом через зливний поріг у кільцевий жолоб 4 і направляється в цикл реґенерації суспензії.

Важкий продукт занурюється в нижню частину конуса і за допомогою стисненого повітря ерліфтом 5 вивантажується на дренажне сито 6, де відбувається відділення суспензії і повернення її в сепаратор.

Продуктивність конусного сепаратора визначається за питомим навантаженням і площею дзеркала суспензії:

, т/год, (3.7)

де – питоме навантаження, т/годּм²; – площа дзеркала суспензії, м²; – діаметр сепаратора, м.

Барабанні сепаратори (елеваторний СБЕ і спіральний СБС) застосовуються для збагачення неметалічних корисних копалин, руд кольорових і чорних металів.

Сепаратор барабанний елеваторний (рис. 3.4 а) являє собою обертовий барабан 1, установлений на опорних котках 2. На внутрішній поверхні барабана закріплені перфоровані лопаті 3.

Рис. 3.4. – Схеми барабанних важкосередовищних сепараторів:

а – елеваторний сепаратор СБЕ; б – спіральний сепаратор СБС.

1 – барабан; 2 – опорні котки; 3 – перфоровані лопаті; 4 – завантажувальний жолоб; 5 – розвантажувальний жолоб легкого продукту;

6 – розвантажувальний жолоб важкого продукту; 7 – двозахідна

спіраль; 8 – лопатевий елеватор.

Вихідний матеріал разом із суспензією подається усередину барабана через отвір у передній торцевої стінці по жолобу 4. Легкий продукт з потоком суспензії самопливом вивантажується в жолоб 5, а важкий піднімається лопатями уверх і направляється в жолоб 6. Оскільки лопаті перфоровані, у жолоб 6 потрапляє лише незначна кількість суспензії.

Сепаратор барабанний спіральний (рис. 3.4 б) конструктивно від сепаратора з елеваторним розвантаженням відрізняється наявністю решітчастої двозахідної спіралі 7 на внутрішній поверхні барабана. При обертанні барабана спіраль переміщує важкий продукт до розвантажувального кінця, де він розвантажується із сепаратора лопатевим елеватором 8.

Продуктивність барабанних сепараторів, так само як і конусних, визначається за питомим навантаженням на одиницю площі дзеркала суспензії:

, т/год, (3.8)

де – питоме навантаження (т/годּм²), площа дзеркала суспензії (м²), діаметр сепаратора (м).

Барабанні сепаратори найбільш економічні в експлуатації, але ефективність розділення в них нижча, ніж у колісних і конусних сепараторів.

Суспензійні циклони (рис. 3.5) застосовують для збагачення важкозбагачуваного вугілля крупністю 0,5-25 мм і перезбагачення промпродуктів, а також для збагачення руд – у діапазоні крупності 0,3-6 мм. Верхня межа крупності вугілля, збагачуваного в циклонах, складає 40 мм, нижня – 0,2 мм.

Застосування важкосередовищних гідроциклонів обумовлене низькою ефективністю розділення дрібних класів у сепараторах, де швидкість падіння частинок у суспензії зменшується пропорційно їх крупності. Для того щоб дрібні зерна встигли розділитися у важкосередовищному сепараторі, необхідно знижувати питоме навантаження. Дуже дрібні зерна з густиною, близькою до густини розділення, у статичних умовах розділити практично неможливо. Підвищення швидкості розділення дрібних частинок у важких середовищах досягається заміною гравітаційного поля сил відцентровим, тобто застосуванням гідроциклонів.

Важкосередовищні гідроциклонні установки дозволяють виділяти два або три продукти. Принцип дії важкосередовищних гідроциклонів той же, що і класифікаційних (п. 2.3.4).

У двопродуктовий важкосередовищний гідроциклон (рис.3.5 а) суміш вихідного матеріалу із суспензією під напором надходить по живильному патрубку 1, розташованому тангенціально до циліндричної завантажувальної камери 2. Легкий продукт з основною масою проясненої суспензії виводиться з гідроциклона через зливний патрубок 3 і видаляється через зливну камеру 4. Важкий продукт разом зі згущеною суспензією вивантажується через нижню насадку 5 у приймальну камеру 6.

Трипродуктовий важкосередовищний гідроциклон (рис. 3.5 б) дозволяє в єдиному потоці суспензії розділити матеріал на три продукти. Він являє собою апарат, що складається з циліндричної і циліндроконічної секцій, з'єднаних між собою перехідним патрубком 7.

Суміш вихідного матеріалу із суспензією по тангенціальному патрубку надходить під напором у першу (циліндричну) секцію гідроциклона. Легкий продукт із потоком проясненої суспензії виводиться через зливний патрубок першої секції. Суміш важких фракцій

Рис. 3.5. – Схеми важкосередовищних гідроциклонів:

а – двопродуктового; б – трипродуктового.

1 – живильний патрубок; 2 – завантажувальна камера; 3 – зливний патрубок; 4 – розвантажувальна камера; 5 – нижня насадка;

6 – приймальна камера; 7 – з’єднувальний патрубок.

з потоком згущеної суспензії надходить у другу секцію гідроциклона. Таким чином, у другій секції розділення важких фракцій відбувається по більшій густині. Важкий продукт видаляється через нижню насадку, промпродукт – через зливну насадку другої секції.

Продуктивність суспензійних циклонів по вихідному живленню визначається за формулою (2.67).

Технологія збагачення у важких суспензіях

Технологічні схеми збагачення у магнетитовій суспензії розділяють за числом стадій збагачення, числом кінцевих продуктів і призначенням.

Важкосередовищна сепарація використовується в схемах збагачення рудних корисних копалин з крупним і аґреґатним вкрапленням для попереднього відділення породи. Але найширше застосування важкосередовищна сепарація знайшла в схемах переробки вугілля.

Схема збагачення за одну стадію з виділенням двох кінцевих продуктів (концентрату і відходів) призначена для механізованого відділення породи на шахтних установках, збагачення енергетичного вугілля і антрацитів, а також для збагачення коксівного вугілля легкої збагачуваності (рис. 3.6).

Відділення суспензії і відмивання обважнювача (магнетиту) здійснюється на вібраційних грохотах типу ГИСЛ. При цьому відмивання обважнювача протікає за допомогою двох рядів бризкал, на перший з яких подається злив сепараторів системи реґенерації, а на другий – технічна вода.

При необхідності роздільного збагачення двох машинних класів (наприклад, 6 - 25 і 25 - 200 мм) доцільно використовувати сепаратор СКВД-32, ванна якого в поздовжньому напрямку розділена на два відділення.

Збагачення горючих сланців з розділенням їх на два продукти (концентрат і відходи) здійснюється із застосуванням сепаратора СКВС-32. Цей сепаратор відрізняється від інших сепараторів модифікації СКВ тим, що має елеваторне колесо з 6-ма ковшами (у всіх інших 8), що дозволяє переробляти матеріал крупністю до 500 мм.

Рис. 3.6 – Схема збагачення вугілля крупних класів за одну стадію з виділенням двох продуктів.

КС – кондиційна суспензія; НС – некондиційна суспензія.

Збагачення у важкосередовищних гідроциклонах застосовується при переробці дрібних класів руд крупного і аґреґатного вкраплення, а також коксівного вугілля і антрацитів дуже трудної і трудної збагачуваності, а при підвищених вимогах до якості концентрату – середньої збагачуваності. Важкосередовищні гідроциклони можуть використовуватися для перезбагачення промпродукту і грубозернистого шламу.

Схема збагачення за одну стадію в двопродуктовому важкосередовищному гідроциклоні (рис. 3.7) з одержанням двох кінцевих продуктів (концентрату і відходів) призначена для збагачення дрібного енергетичного вугілля і антрацитів крупністю 0,5-13 (25) мм. Вона застосовується також при переробці алмазів.

Рис.3.7. – Схема збагачення дрібного вугілля за одну стадію

з виділенням двох продуктів.

При необхідності одержання трьох кінцевих продуктів (концентрату, промпродукту, відходів) за одну стадію застосовують трипродуктові гідроциклони.

Технологічні схеми збагачення в гідроциклонах складніші схем збагачення в сепараторах, тому що вимагають створення напору на вході в апарат, більших в 3-4 рази витрат суспензії і складнішої системи реґенерації суспензії в зв’язку зі значним шламоутворенням у гідроциклоні.

До якості машинного класу, що надходить на збагачення в гідроциклони, висуваються підвищені вимоги і, насамперед, щодо вмісту шламів. Щодо крупного класу знешламлювання здійснюється за класом 13 (25) мм, дрібного – звичайно за класом 0,5 мм.

При відмивці обважнювача утворюється значний об’єм некондиційної (розрідженої) суспензії, яка направляється на реґенерацію (рис. 3.8).

Рис. 3.8. – Схема реґенерації некондиційної магнетитової суспензії.

Реґенерація некондиційної суспензії в процесі важкосередовищного збагачення призначена для відновлення густини робочого середовища, розрідженого при відмиванні магнетиту від продуктів збагачення, якомога повнішого вилучення магнетиту з промивних вод, а також для очищення суспензії від шламу, що потрапляє в неї з вихідним вугіллям. Найбільш поширеним способом реґенерації магнетитової суспензії є магнітна сепарація, основана на використанні відмінностей у магнітних властивостях магнетиту і вугільного шламу.