Гравитационный метод обогащения полезных ископаемых

Гравитационный метод обогащения основан на использовании различий в плотностях минералов, подлежащих разделению.

Гравитационные процессы имеют значительное распространение в практике обогащения руд черных, цветных и редких металлов и преобладающее значение при обогащении руд и россыпей благородных металлов, углей и других неметаллических полезных ископаемых.

Гравитационные процессы обогащения в зависимости от разделяющих сред классифицируют на:

- обогащение в тяжелых средах (разделение в суспензиях, имеющих плотность промежуточную между плотностями разделяемых минералов);

- отсадку (разделение минералов по плотности в пульсирующем потоке воды);

- обогащение в поле центробежных сил (разделение минералов по плотности в поле центробежных сил);

- концентрацию на столах (разделение минералов по плотности в тонком слое воды, текущей по наклонной плоскости);

- пневматическое обогащение (разделение минералов по плотности в пульсирующем воздушном потоке).

Гравитационные процессы применяют для обогащения углей широкого диапазона крупности от 0,5 до 300 мм. Наибольшее распространение получили отсадка и обогащение в тяжелых суспензиях.

Пневматическое обогащение по технологической эффективности уступает мокрым процессам и применяется для легкообогатимых материалов крупностью до 75 мм и влажностью до 5%. Пневматическое обогащение применяют, в основном, в районах с суровым климатом.

При гравитационном обогащении полезных ископаемых на любую частицу, находящуюся в среде, действуют силы: тяжести и выталкивающая.

Определение скорости свободного падения частиц в водной среде может быть произведено по формулам:

- Стокса (при размере частиц d < 0,1 мм)

v_o = 545d²(_т - 1000) , (4.1)

где v_o - скорость свободного падения;

d - размер частиц, м;

_т - плотность частиц, кг/м³.

- Аллена (при размере частиц 0,1- 2 мм)

; (4.2)

- Риттингера ( при размере частиц > 2 мм)

. (4.3)

При этом в обогатительном аппарате нежелательно присутствие так называемых равнопадающих частиц. Равнопадающими называются частицы, имеющие различную плотность, но обладающие одинаковыми конечными скоростями падения в одной и той же среде. Отношение диаметров равнопадающих частиц называется коэффициентом равнопадаемости , е :

, (4.4)

при этом ( d₁ > d₂ ) .

В соответствии с формулами (4.1 - 4.3) коэффициент равнопадаемости для частиц различной крупности определится из выражений:

- при размере частиц d < 0,1 мм:

; (4.5)

- при размере частиц 0,1< d < 2 мм :

; (4.6)

- при размере частиц d > 2 мм:

; (4.7)

Однако закономерности падения изолированной твердой частицы в неограниченной среде только частично освещают явления, наблюдаемые при процессах обогащения. При массовом движении частиц в обогатительных аппаратах (стесненное падение) возникают дополнительные сопротивления их движению вследствие трения частиц одна об другую и о стенки аппарата, столкновения частиц друг с другом, возникновения восходящих струй жидкости, вытесняемой падающими частицами. Эти дополнительные сопротивления снижают скорость падения частиц в среде. Снижение скорости падения частиц в среде учитывают коэффициентом к меньшим единицы:

v_ст = kv_o (4.8)

Здесь v_ст - конечная скорость падения частиц в стесненных условиях, м/с ; v_o - конечная скорость свободного падения частиц, м/с.

Коэффициент к имеет переменные значения, зависящие от степени разрыхления материала, размера и плотности частиц (для угольных частиц крупностью 2-6 мм к_у = 0,18 , для породных частиц той же крупности к_п = 0,36).

С учетом выражения (4.8) формулы для определения коэффициента равнопадаемости примут вид:

- при размере частиц d < 0,1 мм:

; (4.9)

- при размере частиц 0,1 < d < 2 мм:

; (4.10)

- при размере частиц d > 0,2 мм:

; (4.11)

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Изучение процессов и аппаратов гравитационного обогащения полезных ископаемых, определение плотности и коэффициента равнопадаемости минералов.

АППАРАТУРА, ПРИСПОСОБЛЕНИЯ, МАТЕРИАЛЫ

При определении коэффициента равнопадаемости необходимы следующие аппаратура, приспособления и материалы:

Аналитические весы с набором разновесов.

Мерные цилиндры емкостью 250 см³.

Чашки фарфоровые для взвешивания проб.

Совок для отбора проб.

Уголь крупностью 3- 6 мм.

Порода крупностью 3 -6 мм.

МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Отобрать по три пробы угля и породы массой по 30-50 г.

В мерные цилиндры налить воду до отметки 150 см³.

Пробы загрузить в мерные цилиндры и произвести отсчет объемов воды, вытесненных пробами.

Результаты взвешиваний и замеров занести в табл. 4.1

Используя данные табл. 4.1 определить средние плотности угля и породы.

Таблица 4.1 - Определение плотности угля и породы

Материал	Проба		Плотность, кг/м3
	масса, г	объем, см3
Уголь	mу1	Wу1	у1
	mу2	Wу2	у2
	mу3	Wу3	у3
Среднее значение - - у ср
Порода	mп1	Wп1	п1
	mп2	Wп2	п2
	mп3	Wп3	п3
Среднее значение - -			п ср

Используя формулы (4.7) и (4.11) определить коэффициенты равнопадаемости угольных и породных частиц для условий свободного и стесненного падения.

Результаты расчетов занести в табл.4.2

Таблица 4.2 - Коэффициенты равнопадаемости

Условия падения частиц в среде
Свободное	Стесненное
е	ест

ПОРЯДОК РАСЧЕТА

Плотность материала определяют по формуле:

, (4.12)

Среднюю плотность определяют как среднее арифметическое:

. (4.13)

Коэффициент равнопадаемости при свободном падении определяют из условия v_оу = v_оп по формуле (4.7).

Коэффициент равнопадаемости при стесненном падении определяют из условия v_{ст у} = v_{ст п} по формуле (4.11).

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

В отчете по лабораторной работе должны быть приведены:

Область применения гравитационного метода обогащения полезных ископаемых.

Основные процессы гравитационного обогащения полезных ископаемых.

Цель работы и методика ее выполнения.

Результаты исследований в виде табл. 4.1 и 4.2.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5