8.4. Збагачення на концентраційних столах

8.4.1. Процес концентрації на столах

Концентрація на столах – процес розділення рудних частинок за густиною в тонкому шарі води, що тече по слабко нахиленій деці, яка виконує зворотно-поступальні рухи в горизонтальній площині перпендикулярно до напряму руху води.

Концентрація на столах використовується для розділення руд олова, вольфраму, рідкісних, благородних і чорних металів та інших корисних копалин при крупності матеріалу 0,01 – 3 мм. Концентраційні столи можуть бути використані для збагачення і знесірчування вугілля крупністю до 13 мм, а також для процесу флотогравітації.

Схема найпростішого за конструкцією однодечного концентраційного стола показана на рис. 8.11.

Концентраційний стіл складається з приводного механізму 1, деки 2 і допоміжних пристроїв (опор 3, жолоба змивної води 4, приймального лотка 5).

Робочою поверхнею концентраційного стола служить дека виготовлена з дерева або з алюмінієвого сплаву і покрита лінолеумом, ґумою чи склопластиком. Вздовж деки закріплені рифлі – рейки прямокутної форми, висота яких зменшується в напрямку до торцевої концентратної частини столу.

За час перебування матеріалу на деці концентраційного столу відбувається розпушення шару, розшарування і транспортування частинок в подовжньому (вздовж рифлів) і поперечному (потоком води) напрямках відповідно з їх густиною і крупністю.

Процес розділення матеріалу на концентраційному столі відбувається під дією сил: гравітаційної (8.1), динамічного тиску (8.2), динамічного впливу вертикальної складової швидкості вихрових водних потоків (8.3), тертя (8.4), а також інерційної сили:

, Н, (8.23)

де – маса частинки, кг;–прискорення руху частинки, м/с².

Розпушення шару частинок створюється коливаннями деки і турбулентними вертикальними пульсаціями, що відбуваються в потоці води. Основним засобом розпушення шару в просторі між рифлями є коливання деки, частота коливань якої значно вища частоти вертикальних пульсацій потоку води. Найбільшу розпушеність мають нижні шари, що розташовані поблизу деки, найменшу – середні шари. Додаткове розпушення верхніх шарів, що розташовані над рифлями, відбувається під дією збурень, які створюються турбулентними пульсаціями, а також хвилями на поверхні розділу пульпа-повітря.

Зважування частинок по глибині потоку в різних зонах простору між рифлями нерівномірне, що спричиняє різний характер розшарування зависі. При прямокутній формі рифлів найбільш інтенсивне зважування відбувається в зоні безпосередньо за виступом рифлі, а мінімальне – в зоні лобової напірної стінки рифлі. Зворотно-поступальні рухи деки не змінюють спільного характеру розподілу енергії по перетину каналу. Зі збільшенням амплітуди коливань деки столу підсилюється висхідний струмінь водного потоку і його підіймальна сила, що здатна підняти на більшу висоту крупні і важкі зерна. Зі збільшенням числа ходів деки стола підіймальна сила збільшується значно менше.

Середнє розпушення постелі в просторі між рифлями досягає 0,55 – 0,60. Тривалість дії сили збурення від коливань деки (зворотний хід) і тривалість паузи (прямий хід) повинні знаходиться в такому співвідношенні, щоб зважена при зворотному ході суміш мінеральних зерен могла б достатньо щільно зімкнутися при прямому ході. В протилежному випадку може бути порушено транспортування зерен вздовж рифлів, що призведе до накопичення важких зерен в каналах між рифлями і зносу їх разом з легкими зернами, що знаходяться зверху, у відходи. Тривалість цих циклів залежить від закону коливань деки стола. Сучасні концентраційні столи оснащені приводами з бігармонічними коливаннями. Діаграма руху деки стола показана на рис. 8.12.

Рівняння руху деки мають такий вигляд:

; (8.24)

; (8.25)

; (8.26)

, (8.27)

де – швидкість, прискорення і переміщення деки, відповідно;– розмах і частота коливань, відповідно;– час від початку руху деки (з крайнього положення);– відношення амплітуди другої гармоніки до амплітуди першої гармоніки (звичайно) і при цьому абсолютне значення максимального прискорення при зворотному ході в 2 рази більше максимального прискорення при прямому ході.

Розпушення шару частинок є обов'язковою умовою ефективного розшарування на деці стола.

Розшарування на концентраційному столі має значною мірою характер сегрегації. В нижніх шарах потоку розташовуються найтонші частинки великої густини, над ними – більш крупні частинки тієї ж густини в суміші з дрібними частинкам меншої густини, ще вище – послідовно дрібні і крупні частинки меншої густини (тонші частинки – менше 0,01 мм – рухаються разом з потоком води). Однак, в результаті дії турбулентних вихорів тонкі частинки більшої і меншої густини частково вимиваються у верхні шари.

Швидкість розшарування збільшується зі збільшенням густини і зменшенням крупності осідаючих частинок, при зміні частоти і розмаху коливань, що спрямовані на підвищення розпушеності шару.

Швидкість розшарування складає частки міліметра за секунду.

Транспортування частинок в подовжньому напрямку здійснюється в результаті зворотно-поступального руху деки, в поперечному – потоком води.

Швидкість подовжнього переміщення частинок залежить від закону руху деки (конструкції привідного механізму), абсолютного значення прискорення, розміру і густини частинок, коефіцієнтів тертя мінералів об поверхню деки, опору середовища переміщенню в ньому частинок, а також від подовжнього нахилу деки.

Подовжнє переміщення частинки, що знаходиться у відносному спокої на рухомій з перемінною швидкістю деці столу, починається в той момент, коли сила інерції (8.23) частинки перевищить силу тертя (8.4), яка утримує її у спокої:

. (8.28)

З цієї нерівності при малих кутах нахилу дек концентраційних столів () критичне прискорення, що виведе частинку з стану спокою визначається як:

, м/с. (8.29)

Частинка, що почала рухатись по деці стола, витрачає свою кінетичну енергію на подолання опору тертя і гідродинамічного опору. З рівняння (8.29) витікає, що критичне прискорення частинки залежить від двох факторів – коефіцієнта тертя і густини. Тому при дії коливального механізму стола зі змінним прискоренням частинки різної густини, що знаходяться на деці, будуть рухатись рівномірно, але з різними швидкостями.

В середньому швидкість подовжнього переміщення частинок знаходиться в межах 1,5 – 3 см/с.

В поперечному напрямку частинки переміщуються нерівномірно. Швидкість поперечного переміщення частинок, що знаходяться в просторі між рифлями незначна. Тільки при виході на поверхню вони захоплюються потоком води і зносяться в поперечному напрямку. Тому середня швидкість руху частинок в поперечному напрямку на порядок менша швидкості їх транспортування потоком води. Вона збільшується зі збільшенням поперечного нахилу деки, витрат змивної води, розрідженості живлення і складає 0,7 – 1,2 см/с.

Таким чином, кінцева швидкість переміщення частинки по деці стола залежить від двох складових: інерційноїі гідродинамічної. Частинки більшої густини (), що знаходяться в нижніх шарах, зазнають більшого впливу від інерційних сил, частинки меншої густини () – більшого впливу від гідродинамічних сил (рис. 8.13).

В результаті неоднакового впливу інерційних і гідродинамічних сил на мінеральні частинки різної густини вони розділяються за густиною і крупністю і на деці стола утвориться своєрідне віяло продуктів розділення (рис. 8.14).

При цьому спостерігається така спільна закономірність розташування частинок на деці стола:

– по довжині деки – збільшення густини і зменшення крупності частинок;

– по ширині деки – зменшення густини і збільшення крупності частинок;

– по висоті шару матеріалу – зменшення густини і збільшення крупності частинок.