Ґвинтова сепарація

Винайдена Парді, вперше використана на вуглезбагачувальній фабриці в США у 1898 р. Процес застосовується для сухого і мокрого збагачення. Розрізняють суху і мокру ґвинтову сепарацію.

С у х а ґ в и н т о в а с е п а р а ц і я (СҐС) широко застосовувалася в 20-і роки ХХ ст. для збагачення антрацитів крупністю 6-100 мм. Конструктивно сепаратор складався з декількох каскадно розташованих жолобів, один з яких ширший за інші і мав вищий борт. У 1922 р. тільки на американських збагачувальних фабриках працювало близько 4000 ґвинтових сепараторів такого типу. Принцип дії цих сепараторів оснований на різниці в коефіцієнті тертя для породи та вугілля по робочій поверхні.

М о к р а ґ в и н т о в а с е п а р а ц і я (МҐС) вперше з’явилася на рудозбагачувальних фабриках, а потім поширилася на збагачення вугілля. Перші досліди з МҐС стосувалися збагачення золота (40-і роки ХХ ст., І.Б.Хемфрі), перша промислова установка МҐ-сепарації створена в США (1943) для збагачення хромітвмісних пісків. Виготовляються одно-, дво- та тризахідні сепаратори з регульованим (з листової сталі і алюмінієвих сплавів) і нерегульованим кроком витків (з чавунного або сталевого литва і алюмінієвих сплавів). Різновид ґвинтових сепараторів – ґвинтові шлюзи.

Сьогодні ґвинтові сепаратори і шлюзи застосовують для вилучення питомо-важких мінералів з корінних і розсипних руд і додаткового вилучення дорогоцінних мінералів з високою густиною з відходів флотаційного або магнітного збагачення. Вони знайшли широке застосування для збагачення дрібнозернистих пісків, що містять ільменіт, циркон, рутил і інші корисні копалини, а також для збагачення корінних руд рідкісних і благородних металів, залізних руд, фосфоритів, хромітів, кам’яного вугілля і алмазів.

Галузь застосування того або іншого типу ґвинтового апарата визначається крупністю корисних мінералів. При їх крупності в межах 0,1 – 3 мм застосовують ґвинтові сепаратори, для дрібнішого матеріалу 0,05 – 0,2 мм використовують ґвинтові шлюзи. Принцип дії ґвинтових апаратів однаковий, вони відрізняються лише формою жолоба: у шлюзу – прямокутна, у сепаратора – частина круга або еліпса (профіль жолоба є ноу-гау фірм-виробників).

Ґвинтовий сепаратор (рис. 3.25) являє собою нерухомий спіральний жолоб 1 з вертикальною оссю 2, яка служить йому опорою. У завантажувальний пристрій 3, що знаходиться в верхній частині жолоба, подається попередньо класифікована руда разом із водою.

Друга частина води подається безпосередньо у жолоб. Пульпа поздовжніми струменями висотою 6 – 15 мм під дією сил ваги стікає вниз по ґвинтовому жолобу. В процесі руху по жолобу матеріал у пульпі розділяється за густиною. Зерна важких мінералів концентруються в придонній частині жолоба (важке “ядро”), а зерна легких мінералів виносяться в верхні шари потоку і зносяться вниз з більшою швидкістю, ніж важкі.

Одночасно, крім поздовжніх струменів, у пульпі утворюються поперечні циркулюючі потоки. Під дією поперечних потоків і відцентрових сил, що виникають під час криволінійного руху, відбувається розшарування зерен за густиною в радіальному напрямку. Легкі зерна під дією відцентрових сил і поперечних водних потоків переміщуються у периферійну зону жолоба і концентруються біля його зовнішнього борту. Величина відцентрових сил, що діють на зерна важких мінералів, які концентруються в придонній зоні, значно менша, ніж у верхніх шарах. Також в придонній зоні поперечні водні потоки і відцентрові сили діють у протилежних напрямках. Тому зерна важких мінералів концентруються біля внутрішнього борту жолоба. Розшарування основної маси зерен за густиною закінчується після проходження пульпою двох-трьох витків, далі зерна рухаються униз по траєкторіях, близьких до ґвинтових ліній. Важкий продукт розвантажується відсікачами з верхніх витків, промпродукт – з нижніх витків, а легкий продукт – в кінці жолобу.

Жолоби ґвинтових апаратів виготовляють з чавуну, алюмінієвих сплавів, пластмас. Число жолобів у ґвинтових сепараторах і шлюзах може бути від 1 до 4.

Умовні позначки ґвинтових апаратів наведені в табл. 3.6.

Таблиця 3.6. – Умовні позначки ґвинтових апаратів

Літерні позначки	Цифрові позначки
	Перша цифра	Останні цифри
СВ – сепаратор гвинтовий ШВ – шлюз гвинтовий	Число жолобів	Діаметр жолоба, м

Продуктивність ґвинтових апаратів залежить від діаметра витків жолоба, кута підйому ґвинтової лінії, речовинного складу і крупності збагачуваного матеріалу. Зменшення крупності живлення, а також підвищений вміст у ньому глини і шламів приводить до зниження продуктивності.

Продуктивність ґвинтових апаратів визначається за формулою:

, т/год, (3.27)

де – коефіцієнт, що залежить від збагачуваності матеріалу (для важкозбагачуваних руд = 0,4; для легкозбагачуваних – = 0,7); δ_вих, δ_в, δ_л – густина вихідного матеріалу, важкого і легкого мінералів, т/м³; D – діаметр спіралі жолоба, м; m – число жолобів; d_max – максимальна крупність питомо-важких частинок у живленні, мм.

Вилучення корисної копалини до концентрату у ґвинтових сепараторах становить до 90-97%. Вміст твердого в пульпі 15-25%. Продуктивність сепараторів по твердому в середньому 1-12 м³/год і більше. Оптимальна продуктивність на вугіллі складає 10-15 т/год. При зольності вихідного вугілля 16-36%, крупності –3,5 мм, процес МҐС дозволяє отримати концентрати зольністю 5-12% і відходи зольністю від 54-55% до 75-80%.

Протитечійна водна сепарація

Протитечійна водна сепарація – гравітаційний процес, який застосовується для збагачення енергетичного вугілля, антрацитів, збідненої (розубоженої) гірничої маси відкритих розробок, крупнозернистих шламів і видалення породи з гірничої маси на шахтах і розрізах. Принцип дії протитечійних апаратів полягає у формуванні зустрічних транспортних потоків продуктів розділення. Потік легких фракцій є попутним потоку води, а важких – зустрічним. Ефективність розділення підвищується за рахунок рециркуляції частини збагачуваного матеріалу в межах робочої зони.

Протитечійна сепарація реалізується з використанням крутопохилих (КНС) і шнекових (СШ) сепараторів.

Крутопохилі сепаратори використовуються для збагачення розубоженого вугілля, крупнозернистих шламів і механізації вибірки породи крупністю до 150 мм.

Крутопохилий сепаратор (рис.3.28) являє собою прямокутний короб 1, нахилений під кутом 46 – 54º до горизонту. Всередині корпусу розташовано завантажувальний жолоб 2 для подачі в сепаратор вихідного матеріалу. На верхній кришці кожного із відділень закріплені ґвинтові регулятори 3 дек 4, які обладнані зигзагоподібними перегородками. Деки, що фіксуються ґвинтовими регуляторами, забезпечують необхідний перетин каналу у породному (нижньому) і концентратному (верхньому) відділеннях сепаратора. Крім того, зигзагоподібні перегородки на деках збільшують опір потоку у верхній частині

каналу і створюють змінне поле швидкостей потоку, яке забезпечує сприятливі умови для розділення матеріалу в робочій зоні.

Вихідний матеріал безперервно по завантажувальному жолобу 2 подається в центральну частину каналу 1. Одночасно у нижню частину каналу через башмак елеватора 5 надходить із заданою швидкістю вода. Важкі фракції випадають у придонний шар і рухаються назустріч потоку води. Легкі фракції виносяться потоком води вгору і розвантажуються через зливний поріг сепаратора.

Ефективність роботи крутопохилого сепаратора залежить від кута нахилу корпуса апарата, положення дек і витрат води, що подається у башмак елеватора, а також разом з вихідним матеріалом.

Шнекові сепаратори використовуються для збагачення енергетичного вугілля крупністю 6 – 25 і 13 – 100 мм.

Ш нековий сепаратор горизонтальний (рис. 3.29) складається з циліндричного корпуса 1, шнека 2 і привода 3. У верхній частині корпуса знаходиться завантажувальна лійка 4 для подачі вихідного матеріалу. У нижній частині розташована лійка 5 для розвантаження породи. Концентрат розвантажується через лійку 6 у верхній частині корпуса. Вода в апарат подається через тангенціальний патрубок 7, далі вона рухається по ґвинтовому каналу, що створюється внутрішньою стінкою корпуса і шнеком, у напрямку ґвинтового потоку. Швидкості водного потоку і обертання шнека підбираються так, щоб ефективність розділення матеріалу була найбільшою при мінімальних витратах води.

Рис. 3.29. – Схема шнекового сепаратора:

1 – корпус; 2 – шнек; 4; 3 – привод; 4 – завантажувальна лійка;

5 – лійка розвантаження породи; 6 – лійка розвантаження концентрату; 7 – тангенціальний патрубок введення води.

Вихідний матеріал подається через завантажувальну лійку всередину робочої зони сепаратора, де на ділянці один-півтора витка здійснюється основне збагачення і формування двох транспортних потоків, що спрямовані у протилежні боки – до концентратної і породної розвантажувальних лійок.

Частинки матеріалу рухаються у сепараторі за складними ґвинтовими траєкторіями, при цьому частота їх обертання навколо вала шнека визначається густиною і крупністю. Частинки, у яких частота обертання близька до частоти обертання водного потоку, переміщуються разом з ним до концентратної лійки. Частинки, у яких частота обертання менша частоти обертання водного потоку, транспортуються шнеком до породної лійки. Густина розділення визначається головним чином витратами води, частотою обертання шнека і навантаженням на сепаратор.

Сепаратор шнековий вертикальний відрізняється від горизонтального тим, що завантаження здійснюється через порожній вал і привод, розташований знизу. Але принцип дії вертикального сепаратора аналогічний принципу дії горизонтального.

Умовні позначки протитечійних сепараторів наведені в табл. 3.7.

Таблиця 3.7. – Умовні позначки протитечійних сепараторів

Літерні позначки	Цифрові позначки
КНС – крутопохилий сепаратор СШ –сепаратор шнековий горизонтальний СВШ – сепаратор шнековий вертикальний	BL – ширина і довжина каналу, дм D –діаметр шнека, дм D –діаметр шнека, дм

Схема породовибірки з використанням крутопохилого сепаратора наведена на рис. 3.30.

Рис. 3.30. – Схема механізованої породовибірки з використанням

крутопохилого сепаратора.

Протитечійна водна сепарація характеризується порівняно низькими капітальними та експлуатаційними затратами, простотою компонувальних рішень і високою ефективністю процесу.