ОБОГАЩЕНИЕ В КРИВОЛИНЕЙНЫХ ПОТОКАХ СРЕДЫ РАЗДЕЛЕНИЯ

Разделение в криволинейных потоках среды разделения основано на использовании центробежных сил, которые по своей величине могут значительно превосходить силу тяжести, что делает процесс разделения минералов более эффективным. Необходимым условием центробежного гравитационного обогащения является наличие транспортного (смывного) потока в направлении, не совпадающем с вектором силы центробежного поля. При отсутствии смывного потока, а также в том случае, если направление потока совпадает с направлением поля, расслоения материала по плотности практически не происходит. Среди аппаратов, использующих данный принцип разделения, можно выделить короткоконусные гидроциклоны и центробежные концентраторы.

Короткоконусные гидроциклоны (рис. 5.6) представляют собой цилиндроконическое устройство с удлиненной цилиндрической и относительно короткой конической частью с большим углом конусности (до 120 ^о). Пульпа подается по питающему патрубку в цилиндрическую часть гидроциклона тангенциально; в пристенном слое пульпы происходит распределение зерен по радиусу в соответствии с их плотностью – более плотные располагаются ближе к стенке. По мере опускания потока в коническую часть появляется направленное радиальное течение жидкости в осевую зону, куда в основном выносятся частицы с малой плотностью. Вихревой поток в осевой зоне перемещается вверх по внутреннему патрубку (расход регулируется клапаном) и разгружается из сливной камеры, расположенной над цилиндрической частью гидроциклона. Плотный продукт разгружается через насадку в нижней части циклона. Применяются короткоконусные гидроциклоны для предварительного обогащения золотосодержащих руд и россыпей.

Значительно более эффективным аппаратом для обогащения золотосодержащего сырья, а также других полезных ископаемых, содержащих минералы с высокой плотностью, являются центробежные концентраторы (рис. 5.7). Наиболее известными устройствами данного типа являются концентраторы фирмы «Knelson concentrators».

Основным элементом концентратора является вращающийся ротор в виде обратного конуса, на внутренней поверхности которого имеются горизон тальные канавки, в них из внешнего кожуха через отверстия в стенках конуса под давлением подается вода. Исходный материал крупностью до 5 мм подается в виде пульпы сверху на днище ротора, отбрасывается к стенкам ротора и под действием сил инерции поднимается вверх. Плотные частицы (золото, платина и др.), для которых величина центробежной силы значительно больше, чем для менее плотных минералов, прижимаются к стенкам ротора и задерживаются в канавках. Промывная вода, подаваемая сквозь стенки ротора, взрыхляет слой частиц в канавках и выносит менее плотные частицы в «верхнюю», т. е. более близкую к оси вращения зону, откуда они вместе с потоком пульпы удаляются через верхнюю образующую конуса. Накапливающийся в канавках плотный продукт (концентрат) периодически разгружается, для чего подача исходного питания прекращается и открывается отверстие в днище ротора. Степень концентрации тяжелых минералов в данных аппаратах очень высока и достигает значений нескольких тысяч. Концентраторы указанной фирмы выпускаются нескольких типоразмеров с диаметром ротора от 3 до 48 дюймов. Имеются модификации концентраторов с автоматической разгрузкой концентрата.

ОБОГАЩЕНИЕ В ТЯЖЕЛЫХ СРЕДАХ

Обогащение в тяжелых средах основано на том, что минералы, имеющие плотность меньше плотности среды, всплывают в ней, а минералы с большей плотностью погружаются, в результате этого происходит разделение на всплывший (легкий) и потонувший (тяжелый) продукты.

В качестве тяжелой среды можно использовать водные растворы неорганических солей (ZnCl₂, CaCl₂), органические жидкости: бромоформ (CHBr₃), тетрабромэтан (C₂H₂Br₄), жидкость Туле (HgJ₂+KJ), жидкость Клеричи (CH₂(COOTl)₂HCOOTl). Это достаточно дорогие, а в ряде случаев ядовитые жидкости, которые в промышленности не используются, но применяются при выполнении исследовательских работ.

В промышленности применяются тяжелые суспензии, представляющие собой взвеси тонкоизмельченных минеральных частиц в воде. Эти частицы называются утяжелителями. В качестве утяжелителей чаще всего используются: магнетит (плотность 4900-5200 кг/м³), ферросилиций (6300-6700 кг/м³), галенит (7500 кг/м³), кварцевый песок (2650 кг/м³). Крупность утяжелителя в суспензии обычно составляет 0,1-0,15 мм. Более крупные частицы быстро оседают на дно, и суспензия будет неустойчивой; более мелкие способны образовывать крупные флокулы, которые также быстро оседают. Для поддержания устойчивости суспензии в нее добавляют различные реагенты, препятствующие флокулообразованию. Плотность суспензии Δ и содержание в ней утяжелителя a_ут плотностью δ связаны следующим уравнением, %

a_ут = 100·δ·(Δ – 1000) / Δ·(δ – 1000). (5.1)

Плотность суспензии обычно не превышает половины плотности утяжелителя, в противном случае суспензия становится вязкой и препятствует перемещению в ней частиц обогащаемого материала. Естественно, плотность суспензии должна иметь промежуточное значение между плотностями полезного и породных минералов.

Наиболее широко применяемыми сепараторами для обогащения в тяжелых суспензиях являются конусные, барабанные, колесные и тяжелосредные гидроциклоны.

Конусный тяжелосредный сепаратор с внешним аэролифтом (рис. 5.8, а) представляет собой коническую ванну, обращенную основанием конуса вверх. Угол при вершине конуса около 30 ^о, диаметр основания – до 6 м. В ванну сепаратора непрерывно подается обогащаемый материал и суспензия заданной плотности. Для поддержания плотности суспензии по всей высоте сепаратора в ванне медленно вращается рама. Всплывший (легкий) продукт непрерывно разгружается через сливной порог, расположенный в верхней части конуса; тяжелая фракция оседает на дно и по наклонной трубе поступает в аэролифтное устройство, представляющее собой вертикальную трубу, сообщающуюся с ванной сепаратора. Снизу в трубу аэролифта подается сжатый воздух, создающий интенсивный восходящий поток суспензии. Этот поток захватывает осевшие тяжелые частицы и выносит их вверх, где они разгружаются в приемник для тяжелого продукта. Крупность обогащаемого материала (угля) – до 80 мм. Обозначение конусных тяжелосредных сепараторов по диаметру основания конуса, например Д-6,0.

Барабанный тяжелосредный сепаратор с внутренней транспортирующей спиралью (рис. 5.8, б) представляет собой горизонтальный вращающийся барабан, на внутренней поверхности которого приварена ленточная спираль, предназначенная для перемещения осевших частиц по внутренней поверхности барабана к элеваторному колесу, с помощью которого производится выгрузка тяжелого продукта. Исходный материал вместе с суспензией подается через нижний торец барабана, всплывший (легкий) продукт самотеком разгружается через порог. Обозначаются суспензионные барабанные сепараторы в соответствии с диаметром барабана, например СБС-3,0 (диаметр барабана 3 м). Применяются для обогащения руд и нерудных полезных ископаемых крупностью от 4 до 150 мм.

Колесный тяжелосредный сепаратор с наклонным колесом имеет ванну, куда непрерывно подается обогащаемый материал и суспензия (рис. 5.8, в). Всплывший продукт непрерывно разгружается через порог на верхней образующей ванны с помощью гребкового устройства. В ванне сепаратора вращается элеваторное колесо (цилиндрическая обечайка с радиальными перегородками), которое выносит осевший продукт выше уровня суспензии, где он разгружается в специальный приемник. Колесные сепараторы (СК) с наклонным колесом отличаются высокой эффективностью работы, простотой конструкции и надежностью в эксплуатации, однако в последнее время предпочтение отдается сепараторам с вертикальным колесом (СКВ, СТС), позволяющим более эффективно осуществлять разгрузку продуктов разделения. Крупность обогащаемого материала до 300 мм.

Тяжелосредные гидроциклоны (рис. 5.8, г) по внешнему виду напоминают обычные гидроциклоны, однако имеют удлиненную цилиндрическую часть и устанавливаются наклонно. Исходный материал (руда или уголь крупностью менее 25 мм) смешивается с суспензией требуемой плотности и под напором (высота подачи не менее 4 м) тангенциально подается в нижний участок цилиндрической части гидроциклона, где разделяется на легкий и тяжелый продукты. Применяются и трехпродуктовые тяжелосредные гидроциклоны, где выделяется промежуточный продукт.

Рис. 5.8. Тяжелосредные сепараторы

На обогатительных фабриках, использующих процесс обогащения в тяжелых суспензиях, необходимо производить регенерацию суспензии, поскольку суспензия по мере загрязнения тонкими минеральными частицами теряет свои свойства и становится непригодной для дальнейшего использования. Нельзя также допускать потерь утяжелителя с продуктами разделения. На рис. 5.9 приведена типовая схема регенерации суспензии, в соответствии с которой обрабатываются все продукты тяжелосредной сепарации. Эта схема включает операции грохочения с промывкой, магнитную сепарацию подрешетного продукта (в случае использования в качестве утяжелителя магнетита или ферросилиция), уплотнения и размагничивания утяжелителя. Немагнитные шламы могут направляться в отвал или на обогащение флотационным методом, утяжелитель направляется на приготовление новой суспензии. Регенерация галенитовой или песчаной суспензии осуществляется с использованием гравитационных и флотационных процессов.

ПРОМЫВКА

Физические принципы, используемые в процессах классификации и гравитационного обогащения, применяются и при промывке – дезинтеграции глинистого материала руды под воздействием воды и механических воздействий и отделении его от кусковатого и зернистого материала. Промывке подвергаются выветрелые и разрушенные железные, марганцевые и другие руды, россыпи, каолиновое сырье, фосфориты и т. п. Промывка может быть самостоятельным обогатительным процессом или предшествовать дальнейшему обогащению полезного ископаемого. Чаще всего промывка осуществляется на грохотах, в скрубберах и корытных мойках.

Скруббер (промывочная бочка) представляет собой цилиндрический барабан с горизонтальной осью, вращающийся на опорных роликах (рис. 5.10). Руда загружается в барабан через отверстие в торцовой крышке, с другого торца в скруббер подается вода. На внутренней поверхности барабана по спирали установлены лопатки, перемещающие промываемый материал вдоль барабана. Крупные куски руды играют роль дезинтегрирующей среды. Скорость вращения барабана – 50-60 % от критической. В разгрузочном конце скруббера имеется улитковый черпак, поднимающий отмытую руду в разгрузочную воронку, к которой крепится конический грохот для выделения крупнокусковой мытой руды. Шламы удаляются через решетку в торцовой крышке барабана. Диаметр скруббера – до 3,5 м, длина – до 5 м.

Корытная мойка наклонного типа (рис. 5.11) состоит из наклонного корыта с полукруглым днищем. В корыте навстречу друг другу вращаются два вала с насажеными на них лопастями. В нижнюю часть корыта подается исходная руда; вода поступает из брызгал в верхнюю часть корыта. Лопастями руда перетирается и транспортируется вверх по корыту к разгрузочным люкам; глинистые частицы удаляются со сливом через порог в нижней части корыта. Длина корыта – до 10 м, угол наклона – 10-15 ^о, расход воды – 2,5-5 м³ на 1 т промываемой руды.