Гравитационное обогащение (стр. 2 из 4)

Энергетическая теория разделения частиц. При разделении в любой гравитационной машине взвесь минеральных частиц в жидкости приближенно можно рассматривать как механическую систему тел, находящуюся в поле силы тяжести в неустойчивом равновесии.

Взвесь стремится занять положение устойчивого равновесия, достигаемое, согласно принципу дирихле, при условии минимальности ее потенциальной энергии. Этому условию отвечает разделение взвеси на слои, в нижних из которых сосредоточиваются преимущественно частицы большей плотности, а в верхних — меньшей. Как правило, разделение взвесей в гравитационных процессах обогащения происходит с уменьшением потенциальной энергии системы. Однако в условиях сегрегации возможны случаи (обычно при ускорениях больших), когда «всплывание» крупных частиц в слое мелких происходит при увеличении потенциальной энергии системы.

3. Промывка

Промывкой называется процесс дезинтеграции (разрыхления, диспергирования) глинистого материала, содержащегося в руде, с одновременным отделением его от рудных частиц в виде глинистой суспензии (шлама) под действием воды и соответствующих устройств. Глинистые примеси могут находиться в горной массе в виде примазок и пленок на рудных частицах, конгломератов с кусками руды и отдельных комьев. В руде, поступающей на переработку, возможно присутствие глинистых примесей во всех трех состояниях.

Промывка может быть самостоятельным процессом, в результате которого выделяется концентрат, или подготовительным процессом, после которого мытая руда направляется на дальнейшее обогащение. Процесс промывки широко применяется при обогащении железных и марганцевых руд, россыпей цветных, редких и благородных металлов, нерудных строительных материалов (щебень, гравий и песок), кварцевых песков, флюсовых известняков и других материалов.

При выборе схемы и оборудования для промывки применительно к конкретным условиям необходимо оценить промывистость материала. Под промывистостью руды понимается способность материала очищаться от глинистых примесей в процессе промывки. Промывистость материала определяется физико-механическими свойствами глинистых примесей (гранулометрический состав, пластичность, пластическая прочность, и минералопетрографическая характеристика) и промываемой руды (гранулометрический состав, содержание глинистых примесей и др.). Известно несколько способов оценки промывистости:

а) косвенный по физико-механическим свойствам глинистых примесей, характеризующим их пластическое состояние (число пластичности, пластическая прочность, определяемая по глубине погружения в образец конуса пластометра Бойченко), и содержанию частиц менее 0,005 мм;

б) по удельному расходу электроэнергии затрачиваемой на промывку;

в) по времени, необходимому для полного удаления глинистых примесей;

г) по характерному времени и максимальной скорости промывки, определяемым экспериментально.

Числом пластичности называется разность между влажностью глины (содержанием воды) при верхнем пределе текучести (когда влажная глина растекается, по плоскости) и нижнем пределе текучести (когда глина при давлении рассылается)

Физико-механические свойства глинистых включений не всегда точно характеризуют промывистость материала. Однако они позволяют произвести предварительную оценку промывистости, не выполняя экспериментов по промывке.

Способы «б», «в», «г» позволяют точнее оценить промывистость материала, но требуют проведения экспериментов по промывке.

Параметры промывки (способ «г») введены на основании изучения кинетики промывки в периодически действующей промывочной машине, в соответствии с которой интенсивность (скорость) извлечения глинистых примесей в слив 1 имеет максимум 10, достигаемый в момент времени, названный характерным временем промывки.

Способ подготовки руды перед промывкой. Предварительное замачивание горной массы перед ее промывкой для снижения прочности глины улучшает показатели процесса (снижается время промывки не менее чем на 25 %, повышается извлечение глинистых примесей в слив). Например, при промывке марганцевых руд Никопольского месторождения без предварительного замачивания выход немытой глины составлял 6,6%, а после предварительного замачивания в течение 2—4 ч снизился до 1,5—0,6%.

Предварительная подсушка руды вызывает снижение прочности глины вследствие уменьшения ее объема и возникновения внутренних скалывающих напряжений и способствует сокращению времени диспергирования глины при погружении ее в воду. При подсушке руд Никопольского месторождения в течение 5 сут. влажность кусков глины понижалась с 17,8 до 14,8%. После промывки такого материала количество не размытой глины сократилось в 2 раза.

Предварительная сортировка руды на узкие классы также позволяет существенно улучшить показатели промывки в результате оптимизации гранулометрического состава промываемого материала и содержания в нем глинистых примесей.

При малом содержании крупных зерен, несмотря на развитость поверхности кусков руды, сила трения недостаточна для полного диспергирования глины, и наоборот, при большом содержании крупных зерен промывка ухудшается из-за плохого контакта их с глиной. Промывка ухудшается при увеличении крупности кусков глины иих содержания в руде.

Расход воды. С увеличением расхода воды до определенного предела улучшается качество промывки. Оптимальный удельный расход воды определяется экспериментально. Например, при промывке марганцевых руд Никопольского месторождения в бичевых машинах он составляет З м3/т.

Температура воды. При подогреве воды с 10 до 40 °С скорость размыва глины увеличивается приблизительно вдвое.

Солевой состав воды. добавка реагентов (кальцинированной соды, жидкого стекла и др.) повышает эффективность и снижает время размыва глины.

4. Обогащение в тяжелых суспензиях

Процесс обогащения в тяжелых суспензиях заключается в разделении рудного материала по плотности отдельных кусков в гравитационном либо центробежном полях в суспензии, имеющей промежуточную плотность между тяжелой и легкой фракциями. Тяжелые суспензии, применяемые при обогащении, представляют собой механическую взвесь тонкодисперсных частиц тяжелых минералов (утяжелителей) в воде.

Для того чтобы частицы утяжелителя находились во взвешенном состоянии, применяют механическое перемешивание или создают циркулирующие потоки.

В качестве утяжелителей суспензии используют: минералы — пирит, пирротин, барит, магнетит, арсенопирит, галеиит; сплав — ферросилиций; металл — свинец. Нередко применяют смесь минералов и сплавов. Жидкой фазой обычно является вода, редко — насыщенные растворы солей.

Обычно основной целью обогащения в тяжелых суспензиях является удаление пустой породы перед тонким измельчением руды, приводящее к снижению общих эксплуатационных расходов и нередко к повышению технологических показателей. Применение этого метода способствует интенсификации горных работ, вовлечению в эксплуатацию бедных руд; получаемая пустая порода может быть реализована в качестве строительного материала. Благодаря низкой стоимости обогащения в тяжелых суспензиях, снижается общая стоимость переработки руды на фабриках в среднем на 15— 20%.

Эффективность разделения в тяжелых суспензиях выше эффективности обогащения на отсадочных машинах и зависит от вещественного состава руды, физических свойств суспензии, типа сепараторов и крупности обогащаемого материала.

5. Отсадка

Отсадка является процессом разделения смеси рудных частиц по плотности в водной или воздушной среде, колеблющейся (пульсирующей) относительно разделяемой смеси в вертикальном направлении. В процессе отсадки материал, помещенный на решете, периодически разрыхляется и уплотняется. Пульсацию среды, в которой производят разделение, создают движением поршня, диафрагмы, периодической подачей в машину сжатого воздуха или колебаниями решета. Слой материала, находящийся на решете, при отсадке крупного материала называется постелью, а при отсадке мелкого материала (меньше 3—5 мм) — над постельным слоем.

Между над постельным слоем и решетом находится искусственная постель, состоящая из крупных тяжелых частиц обогащаемой руды или какого- либо другого материала. Воду, равномерно или периодически подаваемую под решето отсадочной машины, называют под решетной водой.

Циклом отсадки называется закономерность вертикального перемещения среды (или решета) в течение одного периода колебаний. Элементами цикла являются подъем, пауза, опускание среды.

Основным циклом, применяемым в отсадочных машинах, является гармонический (2 а).

Для широко классифицированной постели существуют две критические скорости — нижний, при которой взвешиваются самые мелкие частицы постели, и верхний — при которой взвешиваются наиболее крупные частицы.

Скорость движения подрешетной воды в отсадочных машинах при обогащении руд обычно не превышает 0,6 см/с. При такой скорости может разрыхляться лишь слой частиц мельче 0,5 мм. Постель из частиц крупнее 0,5 мм разрыхляется в основном колебаниями воды (или решета).

Известны две гипотезы механизма разрыхлений постели колебаниями воды. По первой гипотезе, подтвержденной прямыми наблюдениями, разрыхление происходит в результате подъема сплоченной постели восходящим потоком и отделения ее нижних слоев под действием силы тяжести отдельных частиц. При этом разрыхление постели, составленной из однородных частиц (искусственная постель), начинается снизу и распространяется постепенно вверх. Разрыхление ширококлассифицированной постели может начаться с верхних слоев, в которых обычно находится частицы меньшей гидравлической крупности. При достижении пульсирующим потоком воды скорости, достаточной для взвешивании нижнего слои постели, начинается разрыхление этого слоя, распространяющееся от верхнего и нижнего слоев к средней части постели.