Сущность обогащения

Сегрегация имеет значение для тех гравитационных процессов, при которых объемное содержание твердого в пульпе достаточно велико (40—50 %). К таким процессам относятся, например, отсадка, концентрация на столах в суживающихся желобах. для промывки и обогащения в тяжелых суспензиях (за исключением обогащения на виброжелобах) сегрегация не имеет существенного значения. При гравитационном обогащении часто в одной машине сочетаются оба процесса гидравлическое разделение и сегрегация.

Гравитационные процессы являются массовыми, в них одновременно участвует большое количество частиц, физические свойства которых (плотность, размер, форма) изменяются, как правило, не скачкообразно, а непрерывно в определенных интервалах. Массовость наличие «неупорядоченного» перемешивания, вызванного турбулентными пульсациями среды и соударениями частиц, позволяют характеризовать гравитационные процессы как «квазидиффузию частиц», происходящую в полях силы тяжести и гидродинамических. При этом кроме закономерного перемещения частиц, приводящего к их разделению, наблюдается случайное перемещение, нарушающее разделение и существенно замедляющее процесс. Как показывают исследования, случайные перемещения при гравитационных процессах подчиняются статистическим закономерностям.

В гравитационных аппаратах  и машинах разделение частиц происходит в разрыхленных слоях, в которых  твердые частицы находятся во взвешенном состоянии, обусловливаемом  воздействием на них жидкости, газа или вибрирующих твердых стенок. Толщина взвешенных слоев колеблется в широких пределах — от нескольких метров до миллиметров (концентрационные столы, шлюзы).

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.

Гравитационное обогащение-разделение минералов по плотности. Многообразные  методы этого вида О. основаны на различиях  в скоростях движения частиц в  водной или воздушной среде под  действием гравитационных либо центробежных сил. С помощью гравитац. методов перерабатывается половина от общего кол-ва обогащаемых полезных ископаемых.

Отсадка-разделение находящегося на решете слоя минер. частиц (т. наз. постели) в турбулентном потоке среды, колеблющемся вертикально с заданными амплитудой и частотой. Под действием струй среды постель попеременно разрыхляется и уплотняется, при этом частицы разной плотности взаимно перемещаются по ее высоте: с малой плотностью в верх. слои, с большой плотностью в ниж. слои. Сформировавшиеся слои разл. плотности раздельно удаляются в виде концентратов и хвостов. О. в водной среде осуществляют в гидравлич. отсадочных машинах (рис. 2), в к-рых колебания потока создаются посредством пульсаций воды или движения решета, поршня, диафрагмы. Легкая фракция разделенных минералов сносится потоком воды, тяжелая в случае мелких частиц собирается в резервуаре машины, проходя под решетом, или в случае крупного материала - непосредственно на решете (создается естеств. постель из тяжелого обогащаемого материала).

Рис. 2. Гидравлическая отсадочная машина: 1 - резервуар (камера); 2 - перегородка; 3 - решето; 4 - шток с поршнем.

При работе в засушливых и  холодных районах, а также при  нежелании увлажнять целевые  продукты (напр., асбест или энергетич. уголь) О. проводят в воздушной среде с помощью пневматич. отсадочных машин и сепараторов. Благодаря сравнительно высокой точности разделения, большой уд. производительности, малой энергоемкости и простоте используемого оборудования отсадка относится к наиб. экономичным методам О. и применяется при переработке руд и углей с размерами частиц соотв. более 0,07-0,1 и 0,3 мм.

Обогащение в тяжелых  средах, особенно широко применяемое  для переработки углей и горючих  сланцев, основано на разделении компонентов  сырья по плотности (т. наз. плотность  разделения) в среде, к-рая занимает промежут. положение между легкими и тяжелыми частицами. Более плотные частицы тонут, а более легкие всплывают на пов-сть среды и удаляются спец. гребками. В качестве тяжелых сред применяют суспензии, р-ры неорг. солей, напр. хлоридов Са и Zn (при лаб. работах), а также орг. жидкости. В пром-сти наиб. распространены суспензии - тонкоизмельченные в воде взвеси твердых частиц (размер менее 1 мм), или утяжелителей, к-рыми обычно служат разл. минералы. Так, при О. углей утяжелителем является магнетит (концентрат, имеющий плотн. 4,5-5,0 г/см3), при О. полиметаллич., железных и др. руд и неметаллич. полезных ископаемых-гранулир. ферросилиций (6,9-7,0 г/см3); иногда используют арсенопирит (6,0-6,2 г/см3), галит (2,17 г/см3) и т.п. Крупные фракции сырья обогащают в ваннах разл. конфигурации, гл. обр. в колесных и конусных сепараторах, мелкие-под действием центробежной силы в гидроциклонах. В последнее время достигнуты хорошие результаты О. мелких фракций в тяжелых орг. жидкостях, напр. трихлорэтане (плотн. 1,44 г/см3), четыреххлористом углероде (1,6 г/см3), дибромэтане (2,18 г/см3), бромоформе (2,89 г/см3) и др.; с их помощью в гидроциклонах можно разделить твердые частицы размером до 0,07 мм. Осн. достоинство метода - возможность получать результаты, близкие к расчетным, недостаток-необходимость регенерации суспензий.

Обогащение (концентрирование) на столах - разделение минер. частиц по плотности (иногда по форме) в тонкой струе воды, текущей по наклонной плоскости (деке) спец. стола, к-рый совершает возвратно-поступат. движения (качания). Более эффективно на концентрац. столе разделяется материал, предварительно рассортированный на ряд классов по равнопадаемости (частицы разных размеров и плотности имеют одинаковую скорость падения в воде). Пов-сть стола покрывается линолеумом, резиной, пластикатом и др. материалом, на к-ром крепятся параллельные деревянные планки, расположенные параллельно направле-нию качания деки (частота колебаний 4-7 Гц, размах 6-30 мм). Минер. пульпу и смывную воду подают в верх. угол деки. Разделяемые частицы разл. плотности расходятся по пов-сти деки веерообразно, под разными углами смыва, перемещаясь в продольном или поперечном направлении к разгрузочным устройствам. На концентрац. столах обычно обогащают руды редких металлов и ископаемое сырье россыпных месторождений, реже руды черных металлов и угли; оптим. размер кусков руд 4 мм, углей 12 мм.

Обогащение в винтовых сепараторах происходит в струе  воды, текущей по наклонной пов-сти винтообразного желоба. Минер. частицы разной плотности разделяются под действием центробежных сил, сил тяжести, гидродинамич. сил потока и силы трения. Легкие частицы движутся с большой скоростью и прижимаются потоком воды к внеш. борту желоба; тяжелые частицы движутся в виде отдельной полосы по дну желоба, сползая к его внутр. борту. С первых двух-трех витков отсекателями снимают концентрат, с последующих - промежут. продукт (сростки полезного компонента с пустой породой или их мех. смесь), с последнего ниж. витка в конце желоба - хвосты. В этих сепараторах обогащают руды с размерами кусков 0,15-16 мм.

Обогащение в конусных и струйных сепараторах-сравнительно недавно внедренный в пром-сть (в нач. 60-х гг.) метод гравитац. разделения минер. сырья. Осн. элементом сепараторов служит желоб со сходящимися под нек-рым углом стенками. Пульпа, поступающая на желоб, к-рый установлен под углом 15-20° к горизонту, при движении расслаивается в зависимости от плотности и размера частиц. Тяжелые частицы концентрируются в нижнем, медленно текущем слое пульпы, легкие выносятся в верх. слой, движущийся с большой скоростью. В конце желоба вследствие сужения его стенок высота потока возрастает. Это позволяет разделять расслоившиеся по высоте частицы на ряд продуктов, значительно отличающихся один от другого содержанием тяжелых минералов.

Обогащение в криволинейных  потоках - новое направление гравитац. разделения минер. частиц разл. плотности. Разделение происходит под действием центробежных сил в криволинейных потоках при несовпадении векторов скоростей частиц и разделяющей среды, в качестве к-рой служат вода и воздух, а также любые др. жидкости и газы. Операцию проводят в шнековом сепараторе (рис. 3), где криволинейный поток создается в спиральном канале, образованном корпусом аппарата и вращающимся шнеком. Среда, напр. жидкость, подается так, что направления векторов угловых скоростей потока и вращения шнека совпадают. В таком сепараторе частицы разделяемого материала имеют меньшее центробежное ускорение, чем разделяющая среда, и она как бы "утяжеляется". В результате частицы, плотность к-рых меньше плотности разделения, всплывают и увлекаются потоком разделяющей среды в сторону желоба для выгрузки легкой фракции. Частицы, плотность к-рых больше плотности разделения, транспортируются шнеком к желобу для выгрузки тяжелой фракции. Шнековые сепараторы используют для О. углей. Выявлена возможность разделения касситеритовой руды в воде по плотности разделения 4,5 г/см3 и золотоносной руды по плотн. 13 г/см3. При О. последней степень извлечения в концентрат фракции плотн. более 13 г/см3 составляет 98,92%.

Обогащение в аппаратах  КНС. В последнее время для  О. углей применяют противоточные  гравитац. аппараты. Они представляют собой установленные крутонаклонно и соединенные между собой в месте загрузки исходного сырья две трубы квадратного сечения (крутонаклонные сепараторы, или аппараты КНС). Вода подается в ниж. часть сепаратора, где разгружается тяжелая фракция; легкая фракция вместе с водой выносится через разгрузочный порог. Такие сепараторы сравнительно просты по конструкции, имеют достаточно высокую производительность и используются при значит. содержании тяжелых фракций в исходном сырье. При большом кол-ве в нем промежут. фракций обеспечить оптим. показатели О. в одном аппарате КНС без снижения качества конечных продуктов затруднительно. В этом случае применяют технол. схемы О. в две стадии; аппараты КНС допускают разл. варианты агрегирования двух аппаратов с возможностью доочистки любого продукта, выделяемого на первой стадии О.