3.4. Обогащение по упругости

Обогащение по упругости основано на разнице траекторий, по которым при падении на плоскость отбрасываются частицы минералов, имеющие различную упругость. Об упругости минералов судят по отношению h:Н, где h – высота отражения частицы, сбрасываемой с высоты Н на горизонтальную стеклянную пластину.

Частица шарообразной формы, падая на горизонтальную плоскость с высоты Н со скоростью , после удара полетит в обратном направлении со скоростью отражения . При этом коэффициент восстановления скорости

,

отсюда h = HK².

Значение К зависит от упругих свойств соударяющихся тел, а также от высоты падения тела. При K = 0 скорость u = 0, т.е. упавшая на плоскость частица останется неподвижной (случай неупругого удара). Если К = 1, то mu = v (случай вполне упругого удара). При 1 > К > 0 удар называется не вполне упругим.

Минералы, имея разные значения коэффициента К, будут двигаться по разным траекториям, что и позволяет отделять их друг от друга. Разделение частиц по упругости применяется при обогащении строительных материалов (щебня и гравия для производства бетона высоких марок). Для обогащения гравия по упругости иногда применяют сепараторы с наклонной стальной плитой. Падая на плиту, более упругие частицы отражаются под бóльшим углом и движутся с большей скоростью, а менее упругие и непрочные отражаются незначительно и попадают в соответствующие приемники.

3.5. Термоадгезионное обогащение

Термоадгезионный метод обогащения впервые предложен и использован в промышленных условиях в США. Этот способ предусматривает раздельное проведение двух технологических операций: 1) селективного нагрева разделяемых компонентов; 2) селективного закрепления различно нагретых компонентов на термопластичной поверхности.

Селективный нагрев компонентов смеси достигается благодаря использованию различий в оптических, тепловых, электрических свойствах, а также пористости при использовании источников инфракрасного, индукционного, сверхвысокочастотного нагрева. Селективное закрепление нагретых до различной температуры компонентов осуществляется на термочувствительной поверхности за счет ее размягчения нагретой частицей. Основным свойством термочувствительного слоя или поверхности является стабильная температура ее размягчения, называемая точкой пластификации. Цель селективного нагрева заключается в создании условия разделения компонентов на термочувствительном слое:

Т₁  Т_с  Т₂,

где Т₁, Т₂ – температура разделяемых частиц; Т_с – температура пластификации термочувствительного слоя.

Вследствие местного расплавления частицей термочувствительного слоя следует ожидать высокой селективности процесса и резкого увеличения размера закрепляющихся частиц за счет возрастания площади контакта их с поверхностью слоя и обеспечения плотного контакта.

Процессы нагрева и охлаждения являются весьма инерционными, и в целях снижения затрат энергии на нагрев желательно производить поверхностный нагрев частиц, что способствует также более быстрому охлаждению зоны контакта частицы и слоя и, следовательно, интенсифицирует процесс. Селективный нагрев материала должен осуществляться в идентичных для всех частиц условиях.

Результатом селективного нагрева и закрепления частиц является различие в силе прилипания F_п частиц к термочувствительной поверхности:

F_п1  F_п2,

где F_п1, F_п2 – сила прилипания соответственно первого и второго компонентов.

Температуру нагрева компонентов при постоянных параметрах камеры облучения можно изменять временем облучения. Основными параметрами, определяющими температуру нагрева частицы, являются: свойства источника, частицы, среды и условия нагрева; степень «черноты» источника излучения; коэффициент лучеиспускания абсолютно черного тела; температура источника излучения; коэффициент поглощения излучения частицей; диаметр частицы, площадь поверхности частицы; теплоемкость вещества частицы; плотность частицы; влажность частицы; теплоемкость воды; время контакта частицы со средой; коэффициент теплоотдачи; разность температур среды и частиц.

Сепаратор конструкции института Battelle Memorial (США) (рис.3.10) используют для выделения из каменной соли сопутствующих минералов (доломита, ангидрита) на соляных рудниках Детройта и Кливленда. Нагрев материала осуществляется лампами инфракрасного излучения общей мощностью 120 кВт (240 шт.). Барабанный грохот диаметром 2,4 м и длиной 7,3 м вращается с частотой 2,7 об/мин и служит для выделения несепарируемого класса –6+0 мм. Селективно нагретый материал при помощи формирователя монослойного потока (качающегося питателя и ускорительного желоба) подают монослоем на конвейер шириной 1,5 м, длиной 6,7 м при скорости движения ленты 5,3 м/с. Ленту покрывают смесью полимеров Piccolastis А-25 и А-50 с целью получения температуры пластификации термопластичного слоя от 25 до 50 С. Расход смолы на 1 т исходного материала составляет 0,45 г. Установка обеспечивает производительность 32,2 т/ч при извлечении в концентрат 96,9 % NaCl и содержании 98,17 %. Более чистый концентрат с содержанием 99,09 % получают при снижении производительности установки.

На отечественных обогатительных фабриках процесс термо-адгезионного обогащения не нашел применения, хотя показана его применимость для выделения сильно нагревающихся минералов (непрозрачных минералов, как сульфидов, так и несульфидов: графита, хромита, касситерита, турмалина, биотита, вольфрамита, мелкокристаллического гематита), встречающихся вместе с ненагре­вающимися крупнокристаллическими минералами: галитом, сильвином, криолитом, флюоритом, кварцем, кальцитом, – и светлыми мелко­зернистыми минералами – каолином, витеритом, стронцианитом, бокситом, магнезитом.

Успехи в становлении теории метода при условии разработки высокопроизводительного оборудования могут стать основой применения в практике обогащения для сепарации различных материалов в широком диапазоне крупности.