Физические основы обогащения в тяжелых средах. Свойства тяжелых суспензий. Технологические схемы обогащения.

Обогащ-ие ПИ в тяж-х средах основано на различии и разделении минер-й смеси по плотности. Процесс происх-т в соотв-ии с з-ом Архимеда в средах с промежуточной плотностью, она колеблется м/у плот-тью уд-но тяж-го минер-ла и уд. легкого. Уд-но легкие мин-лы всплывают, а уд-но тяж-ые тонут, погружаясь на дно аппарата. Применяется при обог-ии углей трудной и средней категории обог-ти углей (хромитовых, марганцевых руд). Эффект-ть раздел-ия в тяж-х средах выше эфф-ти обогащ-я на отсад-х машинах, яв-ся самым эффект-м гравит-м процессом, кот-й м/б использ-н д/любых ПИ в кач-ве предконцентрации, при условии, что дается выделить >30% пустой породы.такая операция позволяет снизитьобщую стоимость перераб-ки на 15-20%, при этом пустая порода б/исп-на в кач-ве строит-го мат-ла(щебень, кирпич). В кач-ве тяж-х сред прим-т тяж. жидкие и тяж. суспензии.М/у ними сущ-т принцип-ое различие: тяж. ж-ть-однородна, однофазна, а тяж. суспензия-неоднородна, т.е. сост-т из воды и взвешен-х в ней ч-ц утяжелителя, поэтому обог-е в тяж-х ср-х приемлемо д/ч-ц любой крупности. Тяж. суспензию м/считать псевдожидкостью с тяж. плотностью лишь д/дост-но больших по сравн-ию с размерами ч-ц утяжелителя. Д/получения однород-й по плотности суспензии в аппаратах приход-ся производить ее перемешивание, все это оказ-ет влияние на ч-цы, подверг-ые обог-ю, поэтому нижний предел крупности ч-ц д/руд 2-4мм, д/углей 4-6мм-д/гравит-х проц-в. Крупность д/центробежных проц-в д/руд 0,25-0,5мм, 0,5-1мм – д/углей.

В кач-ве пром-х тяж-й среды исп-ся тяж-е суспензии-взвесь мелких удел. Тяжелых ч-ц в среде. Средой обычно яв-ся вода, реже воздух. Гидравлич-ми суспензии наз-ся просто суспензии, а воздушные сусп-ии – аэросуспензиями. Сусп-зии, прим-ые в практике обог-ия раздел-ся на основные группы: 1)безструктурные, которые по реологич-м св-вам приближены к ньютоновским жидкостям; 2)структурные, кот-е приближены к вязкопластинчным системам (по своим реолог-им св-ам). Вязкость безструктурных сусп-зий зав-т от кол-ва утяжелителя. Наиболее распр-ой ф-лой д/опред-ия вязкости тяж-ой суспензии, яв-ся ф-ла Ванда: , где - динам-й коэф-т вязкости д/суспензий и воды; -объемная конц-я твердой фазы. Чем > (вязкость среды),тем > вязкость суспензии. Струк-ра суспензий образ-ся при различной объемной конц-ции утяжелителя, в зав-ти от удел. поверхности или крупности утяжелителя. Чем мельче утяж-ль (его удел-ая поверх-ть), тем при меньшей объемной концентрации образ-ся структуры. При меньшей объемной конц-ции твердого суспензии явл-ся безструктурными сист-ми и подчиняются закону: , где Динамич-ое сопротивление сдвига _{0 –}и коэф-т структ-ой вязкости зав-ит от удел-ой поверх-ти и объем-ой конц-ии утяжелителя. С их увел-ем ₀ и - , зав- также от хим-й природы и формы ч-ц утяж-ля. Чем > округлые формы, тем ₀ <, зав-т от наличия поверхностно-актив-х вещ-в (флот-х реагентов-собир-й, в их присутствии сущ-но ₀ и незначит-но коэф-т структурной вязкости . С технологич-ой (.)зрения структурные суспензииприм-ся в практике тяжелосредного обогащения и дел-ся на 3 типа: 1)слабоструктурные ₀<3 ;2)струк-ые 3 < ₀<8 ;3)сильнострук-ые ₀< . Эффект-ть обог-ия суспензий зав-т от ее вязкости, при ее росте эфф-ть обог-ия при знач-м увелич-иивязкости обог-ие станов-ся невозможным. Max-ая плотность суспензий опред-ся Max-но возмож-ым объемным содерж-ем утяжелителя, обычно д/измельч-го утяжелителя – д/ч-ц неправ-ой формы каждое содерж-е твердого м/б до 36%, д/гранулир-го 42-46% твердого. Дальнейшим увел-ем объемной конц-ии утяж-ля ведет к резкому увел-ю напряж-я сдвига ₀ суспензии и наруш-е эф-ти раздел-я. утяж-ля при кот-й нач-ся резкий напряж-я сдвига , наз-ся критич-ой. Чем утяж-ль крупнее, тем ₀ стан-ся >.

В кач-ве утяж-лей м/прим-ся любые достат-но плотные нетоксичные и недорогие и легко отделяемые от ПИ в-ва: барит ,пирит,пирротин, галенит, магнетит, изм-ный ферросилиций, гран-й ферросил-й. Наиб-е часто исп-т магнетит и ферросил-й, последний содержит 85% Fe и 15 % Si, кроме Fe иSi сод-т небольшое кол-во легирующих добавок. Ф-ций м/б измел-м и гран-м г/см³. Наиб-ая частота исп-ия магнетита и фер-ия объясн-ся относит-й простотой и регенерацией. Данные св-ва облад-т сильными магнит-ми св-ми и и регенер-й при помощи магн-ой сепарации. Д/ срав-я галенит, пирит прих-ся регенерир-ть при пом. дорогого и сложного процесса(флотации).

Конструкции сеператоров д/тяжелосред-го обог-я. Обога-ие в тяж-х сусп-ях среднего и крупного мат-ла произв-т в грав-х ап-х сепараторах со статич-ми усл-ми разделения. При обог-ии мелкозернистого мат-ла прим-т центробеж-ые сепараторы (с динам-ми усл-ми разделения) к ним отн-ся гидроциклоны. Такие грав-ые сеп-ры м/разделить на 3 осн-х класса: конусные, колесные, барабанные. Технолог-ая эффект-ть убывает от 1-го к послед-му, а произв-ть растет( у бараб-х самая низкая эф-ть, а произв-ть высокая). Барабанные сеп-ры(около 100) отлич-ся по глубине ванны, по типу раб-го органа,удаляющего тяж-ю фракцию и в форме ванны сепаратора. Колесные с-ры прим-ся д/обог-ия крупного мат-ла(400-6 мм), в осн-и прим-ся сеп-ры с верт-но расп-ым элеваторным колесом(СКВ), основные узлы корпус раб. ванны, элеваторное колесо, гребковое устр-во, мез-змы привода вращ-я элеваторного колеса и двиг-ого устр-ва. Конусные сепараторы 2 типов: сеп-ры с песчаными суспензиями (с-р Чанса) и собств-но тяжелосредные сеп-ры. Они прим-ся при обог-ии мат-ла крупностью от 100-6мм, исп-ся д/обог-я угля и антроцита. Глав-м преимущество с-ра яв-ся относ-ая дешевизна эксплуатации, так как прим-ся дешевая песчаная суспензия, недост-к – низкая эффектив-ть разделения по срав-ю тяжелосред-ми сеп-ми обычного типа. Также прим-ют тяжелосредные ГЦ , мат-л крупностью от 25-0,25мм д/руд и д/углей от 40-0,5 мм. При выс-й скорости движ-я сусп-ии в ГЦ устр-ся структура образ-ия,под д-ем центробеж-х сил ускор-ся расслоение мат-ла. Плотность раб-й суспензии в ГЦ на 0,2-0,3 < (г/см³), чем при разделении того же мат-ла в грав-м поле.

Регенерация утяжелителя. В процессе эксплуат-ции сусп-х установок суспензии загряз-ся шламами обог-го мат-ла, в рез-те чего плотность суспензии , а вязкость , что ухудш-т обог-ие. Поэтому некот-ую часть кондиц-ной суспензии пост-но или период-ки отправ-т на регенерацию. На отеч-х ОФ д/регенерации магн-х утяж-лей прим-ют эл.-магн.,барабанные сеп-ры. На магн-х сепар-х происх-т разделение магнит-х ч-ц утяжелителя (ферросилиций, магнетит)от немаг-х ч-ц обог-го мат-ла. Поэтому получ-го регенирир-я сусп-я имеет плотность выше чем пл-ть раб-й сусп-и. Д/ликвидации коагуляции частиц (массовое слипание) после регенерации в следствии остаточной намагничиваемости, прм-ем операцию размагничивания ч-ц. Она сгущается путем пропускания суспензии ч/з магн-ую катушку, на кот-ую подается переменное магн-е поле, напряж-ть магн-го поля H в размагнич-ом апп-те д/б не < напряж-ти поля в магн-м апп-те. Регенерация сусп-й приготовл-х на основе немаг-х утяжелителей( барит, пирит), сущ-ся по более сложным схемам. Для регенер-и сусп-и, пригот-й на основе галенита исп-ся пр-ц флотации. Общие потери утяж-ля сост-т от 100-750(г/т)суспензии, вместе с продуктами, обог-ми теряется от 30 до 600(г/т) с хвостами регенерации от 40-80 (г/т), мех-ие потери от коррозии, потери в дренажах от 30-70 (г/т). Потери утяж-ля зав-т от крупности обог-го мат-ла, чем мат-л мельче, теи и выше потери утяж-ля.(Самый мелкий м-л в тяжелосред-х ГЦ).