Таблиця 6.2 – Гранулометричний склад магнетитового концентрату і феросиліцію

Клас крупності, мм	Магнетитовий концентрат		Марка феросиліцію
	тонкий	середньої крупності	ФС-1	ФС-2	ФС-3
+0,16 0,074-0,16 0,04-0,074 0,02-0,04 0,01-0,02 -0,01	2,5 3,0 5,5 49,2 35,0 4,8	5,5 9,5 11,4 41,5 30,0 2,1	2,5 17,8 19,1 11,6 39,5 9,5	6,7 35,1 24,6 9,2 16,1 8,3	5,6 41,2 33,9 8,3 8,7 2,2
Разом	100,0	100,0	100,0	100,0	100,0

Результати збагачення багато в чому залежать від фізичних властивостей обважнювача, а також від властивостей суспензій – густини, в'язкості і стійкості.

6.2. Властивості суспензій

Суспензії і колоїдні розчини розділяються залежно від їх поведінки при дії дотичного напруження зсуву на ньютонівські рідини, в’язкопластичні системи, псевдопластичні системи і дилатансийні системи (рис. 6.1).

Важкі суспензії внаслідок наявності в них дрібних твердих частинок є одним з видів неньютонівських рідин.

Звичайні ньютонівські рідини (рис. 6.1, залежність 1) описуються законом Ньютона, у відповідності до якого напруження зсуву пропорційне ґрадієнту швидкості:

, Па, (6.1)

де τ – напруження зсуву, Па; μ – динамічний коефіцієнт в’язкості, що залежить від температури і тиску, Па∙с; dV/dn – ґрадієнт швидкості, с^-1.

У цьому випадку кожне мале напруження зсуву створює ґрадієнт швидкості, тобто приводить рідину у рух.

Для неньютонівських рідин рівняння (6.1) несправедливе. В’язкість цих рідин є функцією не тільки температури і тиску, але й швидкості зсуву, деформації, руху і часу.

В’язкопластичні системи (рис. 6.1, залежність 2) володіють деяким статичним напруженням зсуву τ_ст , після подолання якого рідина починає текти. Для таких середовищ залежність між напруженням зсуву і ґрадієнтом швидкості при достатньо великих швидкостях має лінійний характер і підкорюється закону Шведова–Бінгама:

, Па, (6.2)

де τ_д – динамічне напруження зсуву, Па; μ* – коефіцієнт структурної або пластичної в’язкості, Па∙с.

У в’язкопластичних (структурних) системах взаємодія частинок приводить до їх мимовільного зчеплення і створення безперервної структури або окремих агрегатів. Динамічне напруження зсуву на відміну від статичного представляє собою напруження, яке необхідне для руйнування структури в рухомому середовищі. Співвідношення між статичним і динамічним напруженням визначається пружністю середовища: для систем з пружними властивостями τ_ст > τ_д (рис. 6.1, залежність 2’’), для систем з переважними пластичними властивостями τ_ст < τ_д (рис. 6.1, залежність 2’). Для деяких важких суспензій τ_ст більше τ_д в 6 – 9 разів.

Псевдопластичні системи (рис. 6.1, залежність 3) не описуються законом Ньютона, але і не мають граничного напруження зсуву (крива проходить через початок координат). Залежність між напруженням зсуву і ґрадієнтом швидкості описується рівнянням:

, Па, (6.3)

де μ_к – уявна (ефективна) в’язкість, Па∙с; к – показник степеня (к<1).

При збільшенні ґрадієнта швидкості уявна в’язкість таких середовищ зменшується. Такий характер залежності напруження зсуву від ґрадієнта швидкості пояснюється паличкоподібною формою частинок, що створюють псевдопластичну систему. При малих ґрадієнтах швидкості орієнтація частинок хаотична, при збільшенні ґрадієнта швидкості орієнтація частинок змінюється в напрямку потоку, внаслідок чого зменшується уявна в’язкість середовища.

Дилатансійні системи (рис. 6.1, залежність 4) відрізняються від псевдопластичних тим, що при збільшенні ґрадієнта швидкості уявна в’язкість таких середовищ збільшується (в рівнянні (6.3) коефіцієнт к>1). При достатньо великих ґрадієнтах швидкості напруження зсуву від нього не залежить. Така закономірність спостерігається в висококонцентрованих суспензіях (вміст твердого більше 42 %).

Важкі суспензії, що застосовуються в практиці збагачення корисних копалин, своїми властивостями наближаються або до ньютонівських рідин, або до в’язкопластичних середовищ. До першої групи належать безструктурні суспензії, в яких взаємодія між частинками відсутня (малий вміст твердого, добавка пептизаторів). До другої групи належать структурні суспензії, в яких частинки твердої фази взаємодіють між собою. З технологічної точки зору структурні суспензії, що використовуються в практиці збагачення розділяють на три типи: слабкоструктурні (τ_д ≤ 3 Па), структурні (3 < τ_д ≤ 8 Па) і сильноструктурні (τ_д > 8 Па).

Густина суспензії розраховується за формулами (1.6) або (1.7), вона повинна бути вище густини легкої фракції і нижче густини важкої фракції. Максимальна густина суспензії визначається максимально можливим об’ємним вмістом обважнювача. Звичайно об’ємний вміст обважнювача в робочих суспензіях не перевищує 40 % . Густина робочої суспензії залежить від багатьох параметрів: мінералогопетрографічної характеристики корисної копалини, її густини і крупності, тривалості перебування в сепараторі, реологічних властивостей суспензії. У безструктурних суспензіях густина суспензії підтримується дещо вище ніж у структурних, внаслідок більш інтенсивного осадження обважнювача на грудках корисної копалини.

В’язкість суспензії збільшується зі зростанням об’ємної концентрації обважнювача і його дисперсності і не залежить від природи обважнювача і його густини. Збільшення в’язкості середовища розділення при гравітаційному збагаченні приводить до зниження ефективності процесу. Магнетитові суспензії при високому вмісті обважнювача, наявності шламу і глини стають структурно в’язкими. У таких суспензіях погіршується процес розділення корисної копалини, особливо дрібних зерен, що не тонуть і не спливають, тому що не можуть перебороти опір середовища. Нормальні умови розділення забезпечуються при динамічній в’язкості середовища розділення, яке не перевищує 0,007 Па∙с. Для розрахунку в’язкості суспензій із вмістом твердої фази до 40 % найчастіше застосовують формулу Ванда (1.9). Результати розрахунку в’язкості одержані за цією формулою близькі до фактичних при крупності обважнювача не більше 50 мкм. При більшому вмісті в суспензії крупних частинок результати одержують декілька завищеними.

Ступінь стійкості суспензії багато в чому визначає конструкцію збагачувального обладнання, режим і умови його роботи, точність розділення корисної копалини. Безструктурні суспензії, застосовувані найчастіше в практиці гравітаційного збагачення, є вкрай нестабільними системами. В міру збільшення структуроутворення або підвищення вмісту в ній твердого підвищується і стійкість суспензії. Підвищення стійкості суспензій може бути досягнуто різними способами: створенням висхідних і горизонтальних потоків; застосуванням обважнювачів визначеного складу; додаванням реагентів-пептизаторів або глинистих матеріалів; фізико-механічними впливами. Вміст пептизаторів звичайно складає 0,001 – 0,5 % від маси обважнювача, глинистих матеріалів – 1 – 3 % . Метод стабілізації суспензії шляхом створення в робочій зоні сепаратора висхідних і горизонтальних потоків є основним і тому найпоширенішим. Висхідний потік підвищує густину розділення в порівнянні з густиною суспензії, подаваної в сепаратор. Тому, щоб не знизити точність розділення, густина суспензії повинна бути декілька нижчою розрахункової.