Спецчастьмоя

Обогащение в тяжелых средах.

Обогащение в тяжелых средах – это процесс гравитационного обогащения в жидкостях или суспензиях, которые имеют промежуточную плотность между плотностями разделяемых минералов. Процесс может осуществляться в гравитационном или центробежном полях.

Если обогащаемый материал загрузить в среду, имеющую плотность, промежуточную между плотностями разделяемых минералов, то минералы, плотность которых меньше плотности среды, всплывут в ней, а минералы с плотностью, превыщающей плотность, опустятся вниз (потонут).

Условия разделения частиц в тяжелой среде: при δ>ƿ_ж– частица тонет; δ<ƿ_ж – частица всплывает; δ=ƿ_ж – частица находится во взвешенном состоянии. Здесь δ и ƿ_ж – плотность соответственно частицы и среды разделения, кг/м³.

Обогащение в тяжелых средах осуществляется в жидкой среде или в воздушных взвесях (аэросуспензиях).

В качестве тяжелых жидких сред применяют однородные органические жидкости и их растворы, водные растворы солей и суспензии.

Суспензией называется взвесь в жидкости тонкоизмельченных (менее 0,1 мм) минеральных частиц, являющихся утяжелителем среды.

В промышленности получили наибольшее распространение водные минеральные суспензии с утяжелителем из магнетита и ферросилиция.

Основной целью обогащения руды в тяжелых средах является удаление пустой породы на стадии мелкого дробления, что обеспечивает снижение общих эксплуатационных расходов и повышение технологических показателей. Получаемая пустая порода может быть реализована в качестве строительного материала.

При обогащении угле в тяжелых средах получают конечные продукты: концентрат, промпродукт и отходы.

Основным преимуществом тяжелосредной сепарации является высокая технологическая эффективность этого процесса, так как получаемые показатели обогащения близки к теоретически возможным.

Сепараторы для обогащения в тяжелых суспензиях.

Тяжелосредный сепаратор – сепаратор для обогащения в тяжелой среде. Требования обеспечения высокой точности разделения минеральных частиц при разнообразии вещественного состава полезных ископаемых и физико-химических свойств утяжелителей, обусловили создание множества конструкций сепараторов.

Конструкции тяжелосредных сепараторов классифицированы по ряду признаков:

• По крупности обогащаемого материала – сепараторы для крупных и средних классов, сепараторы для мелких классов;

• По принципу действия – с расслоением в гравитационном поле сил, с расслоением в центробежном поле сил;

• По числу конечных продуктов обогащения – двухпродуктовые, трехпродуктовые;

• По способу стабилизации плотности суспензии – с механическим перемешиванием суспензии, с восходящим или нисходящим движением, с горизонталным движением, с комбинированным движением;

• По форме рабочей камеры – пирамидальные, конусные, корытные, барабанные;

• По способу удаления продуктов обогащения – с самотечным удалением, с помощью скребкового конвейера, цепного устройства, лопастного устройства, элеваторного колеса

Конструкция сепаратора должная обеспечивать поддержание устойчивой плотности суспензии в зоне расслоения обогащаемого материала, полное расслоение материала по плотности, быстрое удаление из ванны сепаратора продуктов обогащения и достаточную производительность.

Принципиальные схемы основных типов тяжелосредных сепараторов предствалены на рисунке 7.3.

Из многочисленных конструкций суспензионных сепараторов наибольшее распространение имеют следующие:

• Сепараторы колесного типа (СК) для обогащения углей и антрацитов крупностью

-300+6 мм в магнетитовой суспензии;

• Конусные (ОК, СК) для обогащения углей, руд и неметаллических полезных ископаемых крупностью -100 + 2 мм

• Барабанные сепараторы спиральные и с элеваторной разгрузкой (СБС) для обогащения руд цветных, черных металлов и неметаллических полезных ископаемых;

• Суспензионные гидроциклоны (СГ) применяются для обогащения мелкозернистых руд и углей крупностью 6(35) – 0,2 мм.

Конусный сепаратор с аэролифной выгрузкой (рис. 7.3, а) состоит из конуснообразного корпуса 1, по оси которого размещен эрлифтный подъемник 2. Суспензия можен подаваться совместно с исходной рудой или отдельно по патрубкам внутрь конуса. Разгрузка легкой (всплывшей) фракции осуществляется самотеком или она удаляется принудительно механическим устройством в проем на борту конуса и далее в сборный желоб. Затем легкая фракция направляется на грохот для отделения суспензии и отмывки утяжелителя.

Тяжелая (потонувшая) фракция попадает в загрузочную част аэролифта, транспортируется вверх по трубе и в дальнейшем направляется на грохот для отделения суспензии.

Колесный тяжелосредный сепаратор – тяжелосредный сепаратор, из ванны которого утонувший продукт удаляется вращающимся колесом.

Основные узлы сепаратора СКВ (рис .7.4): корпус с рабочей ванной, элеваторное колесо, гребковое устройство, приводы вращения элеваторного колеса и гребкового устройства.

В корпусе сепаратора смонтированы основные узлы и механизмы: элеваторное колесо с приводом, гребковый механизм с приводом, опорные катки элеваторного колеса, желоб для выгрузки легкого продукта. Корпус имеет 4 опорных кронштейна для установки сепаратора на раме или опорных балках.

Исходный продукт по загрузочному желобу поступает в рабочую ванну сепаратора. Через нижний патрубок корпуса в ванну подается суспензия, которая разделяется на транспортный (горизонтальный) и восходящий (вертикальный) потоки. Процессы подачи и отвода суспензии обеспечивают ее обмен в ванне сепаратора и непрерывную циркуляцию. В зависимости от производительности сепаратора высота слоя суспензии, переливающейся через порог разгрузочного желоба, составляет 30–80 мм.

В ванне сепаратора исходный продукт разделяется в суспензии на всплывшую (легкий продукт) и потонувшую (тяжелый продукт) фракции. Передвижение всплывшей фракции вдоль ванны осуществляется транспортным потоком, а разгрузка - гребковым механизмом. Потонувшая фракция оседает на дно ванны с помощью ковшей элеваторного колеса при его вращении выгружается из сепаратора.

Тяжелосредный гидроциклон – аппарат для обогащения в тяжелой среде под влиянием центробежных сил. Принцип работы двухпродуктового тяжелосредного гидроциклона (рис. 7.5)заключается в следующем. Исходный продукт поступает в аппарат в смеси с тяжелой суспензией через загрузочный патрубок 1 по касательной во внутреннюю полость цилиндрической части корпуса. Тангенциальный ввод разделительной среды под давлением формирует внутри аппарата вихревой поток с воздушным столбом вдоль оси. Благодаря центробежным силам, во много раз превосходящим силы тяжести, тяжелый продукт перемещается к стенкам конической части корпуса 5, скользит по ним и разгружается совместно с частью суспензии через разгрузочную насадку 4. Легкий продукт проходит через сливную трубу 6 в разгрузочную камеру 2. Гидроциклон устанавливают вертикально или чаще на раме 3 под определенным углом наклона к горизонту.

Преимущества тяжелосредных гидроциклонов перед аппаратами, в которых разделение происходит только под действием сил тяжести, заключается в наличии центробежного поля, обеспечивающего повышение эффективности и скорости разделительных процессов.

Технологические параметры обогащения в тяжелых суспензиях. Наиболее важными технологическими параметрами в процессе ОТС являются реологические свойства минеральных суспензий: плотность, вязкость, напряжение сдвига и устойчивость разделения полезных ископаемых. Плотность суспензии – это отношение массы суспензии к занимаемому ею объему (кг/м³). Плотность суспензии определяет граничную плотность разделения. С увеличением объемного содержания утяжелителя и его плотности плотность суспензии увеличивается. Характеристики основных утяжелителей, применяемых при обогащении полезных ископаемых, приведены в таблице 7.1. Плотность суспензии, кг/м³, определяют по формуле δ_с= 1000 + М_у (δ_у – 1000)/(Vδ_y), где М_у – масса утяжелителя в данном объеме суспензии, кг; V – объем суспензии, м³; δ_у – плотность утяжелителя, кг/м³.

Таблица 7.1

Характеристики утяжелителей, применяемых при обогащении

Утяжелитель	Плотность утяжелителя, кг/м3	Максимально возможная плотность суспензии, кг/м3
Глина Кварцевый песок (SiO2) Барит(BaSO4) Пирит(FeS2) Магнетит(Fe3O4) Арсенопирит(FeAsS) Измельченныйферросилиций(85% Fe, 15 % Si) Гранулированный ферросилиций (90% сферических частиц , 85% Fe, 15 %Si) Галенит (PbS)	2500 2650 4400 5000 5000 6000 6900 6900 7500	1490 1540 2200 2500 2500 2800 3100 3500 3300

В качестве утяжелителей чаще всего применяют ферросилиций или магнетит. Ферросилиций гранулированный поставляется в готовом виде. При обогащении руд максимальная крупность измельченного ферросилиция не должна быть выше 0,15—0,2 мм.

При обогащении углей в качестве утяжелителя обычно используют магнетит. Он поставляется с горно-обогатительных комбинатов в готовом виде и представляет собой порошкообразный железорудный концентрат крупностью менее 100 мкм. На обогатительных фабриках применяют комплекс оборудования для автоматического приготовления и транспортирования суспензии (КАПТС).

Вязкость суспензии — это свойство оказывать сопротивление перемещению слоев относительно друг друга. Вязкость суспензии и напряжение сдвига характеризуют так называемые реологические свойства суспензии. Для ньютоновских жидкостей напряжение сдвига τ пропорционально динамической вязкости и градиенту скорости (производной от скорости по нормали к поверхности сдвига dʋ/dn).

τ = dʋ/dn.

При высокой концентрации утяжелителя и наличии шлама или глины суспензии становятся структурно-вязкими. В таких суспензиях ухудшается разделение материала, особенно мелких зерен, которые не всплывают и не тонут, так как не могут преодолеть сопротивления среды. Вязкость суспензии зависит от физических свойств утяжелителей и их концентрации. Ее определяют по формуле

(1+2,5С+7,35+16,2).

где — вязкость воды (при температуре 293 К она равна 0,001 Па·с); С — объемная концентрация утяжелителя в суспензии, доли ед.

Нормальные условия разделения обеспечиваются при динамической вязкости рабочей суспензии, не превышающей 0,007 Па·с.

Устойчивость суспензии характеризует ее способность сохранять плотность в различных слоях по высоте разделительного аппарата. Устойчивость суспензии зависит от гранулометрического состава утяжелителя, его объемной концентрации и степени засорения суспензии шламом. С уменьшением крупности утяжелителя и увеличением содержания шлама и глины устойчивость суспензии возрастает, что является положительным фактором. Однако при этом возрастает вязкость суспензии, что вызывает ухудшение результатов разделения обогащаемого материала.

Стабилизация суспензии осуществляется присутствующими в ней тонкими шламами обогащаемого материала или специальными добавками бентонитов (глин). Оптимальное содержание глины для стабилизирующего действия без чрезмерного повышения вязкости суспензии составляет 0,5—1 %.

При использовании тяжелых суспензий их плотность постоянно снижается вследствие загрязнения шламами, потерь утяжелителя с продуктами обогащения и поступления в процесс чистой воды. Для регенерации суспензии (восстановления ее плотности и удаления шламов) применяют магнитную сепарацию, флотацию, гравитационную сепарацию и другие методы. В частности, для регенерации магнетитовых суспензий используют магнитную сепарацию. При этом извлекаемый из разбавленных суспензий магнетит снова направляют в процесс.

Плотность утяжелителя должна быть достаточной для приготовления маловязкой и устойчивой суспензии в требуемом диапазоне плотности разделения.

Крупность утяжелителя должна соответствовать определенным требованиям в зависимости от типов аппаратов, в которых он используется. По крупности магнетитовый утяжелитель делится на три сорта:

Сорт магнетита……………………………….………. Крупный (К) Мелкий (М) Тонкий (T)

Содержание, %,

зерен крупностью, мм:

менее 20……………………………………………………. 3—10 10—25 25—35

менее 40……………………………………………………. 40—50 50—60 60—75

более 150 …………………………………………………. 2—10 2—10 0—5

Магнетит сортов К и М рекомендуется применять при обогащении в проточных сепараторах с неглубокой ванной (типа СКВ) и в трехпродуктовых гидроциклонах. Магнетит сорта М и Т — в двухпродуктовых гидроциклонах. Чем выше плотность тяжелой суспензии, тем крупнее может быть утяжелитель.

Содержание магнитной фракции в магнетитовом утяжелителе должно быть не ниже 90 %.

Эффективность разделения (точность разделения) при обогащении в тяжелосредных сепараторах и гидроциклонах руд и углей может колебаться в значительных пределах в зависимости от изменяющихся плотности разделения, вязкости суспензии, производительности аппарата и других факторов.

Производительность сепаратора рассчитывается с учетом требований, предъявляемых к качеству одного из продуктов разделения, так как практически невозможно получить при раз- делении максимальное количество обоих продуктов высокого качества.

При высоком качестве легкой фракции производительность определяется по формуле

Q=3600 k/;

Q=3600 k/),

где Q — производительность по питанию, т/ч; и — граничная гидравлическая крупность, т.е. скорость падения в суспензии граничных кусков соответственно легкой и тяжелой фракций, м/с; и — объемная концентрация соответственно легкой и тяжелой фракций в ванне сепаратора (в зонах разгрузки продуктов), доли ед.; — площадь зеркала суспензии в сепараторе ; k — коэффициент использования площади (0,5—0,9).

Значения и в конусных сепараторах практически одинаковы и составляют 0,3—0,35. В колесных и барабанных сепараторах значения примерно те же, а может достигать 0,58, так как в разгрузочных ковшах материал лежит плотным слоем.