2.2. Оборудование для обогащения руды
После размола минералы направляются на обогащение - отделение пустой породы, песка, глины. Обогащение может производиться разными способами, например, гравитационными и флотацией.
2.2.1. Гравитационные методы обогащения
В гравитационных способах обогащения минеральные частицы разделяются за счет их разной плотности (пустая порода обычно легче) и разной скорости их седиментации в жидкости. Обогащение также проводится в несколько этапов. На первом этапе измельченная руда подается в классификатор - длинный корытообразный проточный аппарат со встроенным шнеком. Вращающийся шнек взмучивает пульпу, а проточная вода вымывает и уносит пустую породу.
Кроме классификаторов, гравитационный метод разделения реализуется при помощи так называемых сотрясательных столов (рис.2.5).
Рис.2.5. Схема сотрясательного стола.
1-дека, 2-рейки, 3-приводной механизм, 4-тяга.
Сотрясательный стол представляет собой плоскую поверхность с рейками (деку), наклоненную в поперечном направлении. Дека приводится в возвратно-поступательное движение с помощью электродвигателя и пружин. Возвратно-поступательное движение стола поток стекающей воды приводит к перемещению пульпы вниз и в сторону. При этом более легкие и более тяжелые частицы двигаются по столу с разными скоростями и в нижней части стола собираются к разным точкам.
2.2.2. Флотационное обогащение
Более производительным является флотационное обогащение руды. Флотация - это процесс разделения минералов, основанный на их различной смачиваемости водой. Для разделения гидрофильных и гидрофобных минералов через пульпу пропускают поток газовых пузырей. При этом плохо смачиваемая гидрофобная составляющая часть пульпы взаимодействует с газовыми пузырьками и выносится ими на поверхность раствора, а гидрофильные минералы остаются в растворе. Для улучшения смачиваемости одного сорта минералов, к пульпе добавляют различные реагенты, не только интенсифицирующие процесс разделения, но и стабилизирующие пенный слой на поверхности пульпы. Затем специальными пеногонами этот пенный слой с содержащимися в нем гидрофобными минералами удаляется с поверхности раствора.
Взаимодействие гидрофобного материала с газовыми пузырями и последующим выносом на поверхность является достаточно сложным многостадийным физико-химическим процессом, зависящим как от размера пузырей, так от размера твердой частицы и гидродинамического режима их движения. Крупные пузыри из-за больших скоростей движения способны не только взаимодействовать с крупными минеральными частицами, но и отрываться от них. Мелкие же частицы могут просто отталкиваться от быстро движущихся пузырей потоками раствора. Поэтому, стараются уменьшить размеры пузырей до 0,1-1 мм.
По способу формирования пузырей флотомашины делят на напорные, электрические, импеллерные, пневматические, вакуумные, химические и другие. Способ формирования пузырей определяет особенности конструкции и эффективность работы флотомашин, принцип устройства которых показан на рис. 2.6.
Самым простым способом подвода газа является так называемый пневматический способ. В нем газ диспергируется в жидкости при распылении через мелкопористые перегородки из ткани, керамики,
Рис.2.6. Принципиальные схемы флотомашин различного типа.
А - напорная, Б - электрическая, В - пневматическая, Г- импеллерная.
1-сатуратор, 2-пеногон, 3-шнек для выгрузки гидрофильного минерала, 4-электроды, 5-барботер, 6- импеллер.
пластмасс и т.п. Достоинством способа является возможность точного контроля и управления количеством пузырей в растворе, недостатком - большие размеры выделяющихся пузырей (3-5 мм).
Напорные и вакуумные флотомашины работают на одном принципе: насыщение раствора газом при повышенном давлении и последующем выделении газа из раствора в виде пузырей при более низком давлении. При этом образуются мелкие пузыри, возникающие сразу на гидрофобной поверхности твердых частиц в растворе. К недостаткам метода следует отнести относительно невысокую растворимость газов в воде и сравнительно небольшое количество возникающих пузырей.
В электрическом, или точнее, электрохимическом методе, газовые пузыри получают электролитическим разложением воды. Достоинством метода является небольшие размеры образующихся пузырей (0,01-0,3 мм) и возможность регулирования скорости их образования, недостатком - большие энергозатраты на электролиз малоэлектропроводных растворов.
В импеллерных флотомашинах воздушный поток подается в импеллер - коротколопастную турбинную мешалку, состоящую из вращающегося ротора (скорость вращения от 100 до 3000 об/мин) и неподвижного статора. В результате образуется мелкодисперсная эмульсия, но требуются дополнительные мероприятия по уменьшению скорости газожидкостных потоков.
В химической флотомашине газ получается в результате химической реакции между специально вводимыми реагентами или реагентами и компонентами пульпы.
По конструктивному оформлению и назначению флотомашины отличаются большим разнообразием: они могут горизонтальными и вертикальными, прямоугольными и цилиндрическими, применяться не только для обогащения и разделения минералов, но и для очистки питьевой и сточной воды.