u_lectures

71

Лекция 10. ГРАВИТАЦИОННЫЙ МЕТОД ОБОГАЩЕНИЯ

План лекции

10.1Гравитационные процессы обогащения

10.2Процесс отсадки, отсадочные машины

10.3Обогащение на концентрационных столах

10.4Обогащение на шлюзах

10.5Обогащение на винтовых сепараторах

10.1 Гравитационные процессы обогащения

Гравитационными методами обогащения называются процессы, в которых разделение минеральных частиц, отличающихся плотностью, размером или формой, обусловлено различием в характере и скорости их движения в среде под действием силы тяжести и сил сопротивления.

В качестве среды, в которой осуществляется гравитационное обогащение, используются: вода, тяжелая жидкость или среда (при мокром обогащении), воздух (при пневматическом обогащении).

Все минералы можно подразделить на:

-тяжелые – плотностью 4-8 до 19 (золото, церуссит PbCO3, галенит PbS, касситерит SnO2, вольфрамит FeMnWO4);

-легкие – плотностью < 2,7 т/м3 (кварц, полевой шпат, уголь, кальцит);

-промежуточной плотности – 2,7-4 т/м3 (малахит, апатит, лимонит). Основные гравитационные процессы, протекающие в водной среде, это

обогащение на отсадочных машинах, концентрационных столах, шлюзах, желобах, струйных концентраторах, винтовых, конусных и противоточных сепараторах. Обогащение в воздушной среде – это пневматическое обогащение. Обогащение в тяжелых средах.

10.2 Процесс отсадки, отсадочные машины

Отсадкой называется процесс разделения смеси минеральных зерен по плотности (разности скоростей падения минеральных частиц) в водной или воздушной среде, колеблющейся в вертикальном направлении.

Отсадкой можно обогащать полезные ископаемые крупностью от 50 до 0,25 мм для руд и от 100 до 0,5 мм для углей.

Руды черных металлов (бурые железняки, мартит, псиломелан m∙Mn2O3∙MnO∙nH2O, манганит Mn2O3∙H2O , пиролюзит MnO2 и т.д.) – от 50 до

0,2 мм

72

Каменные угли, антрациты – от 100 до 10 мм.

Россыпные руды (касситерит SnO2, вольфрамит (Mn,Fe)[WO4], танталит

(Fe,Mn)(Nb,Ta)2O6-(Mn,Fe)(Ta,Nb)2O6, титано-циркон и др.) – от 25 до 0,5 мм.

Коренные руды (касситерит, вольфрамит) – от 6 до 0,5 мм.

Перед отсадкой руду классифицируют на классы крупности, отличающиеся на коэффициент равнопадаемости, и каждый класс обогащают отдельно.

	Условие успешного обогащения:	d1	=	d	2	≤ e - отношение диаметров зе-
		d2		d	3

рен в каждом классе не должно превышать коэффициента равнопадаемости. Отсадкой можно обогащать и неклассифицированный материал, так как

начальные ускорения для частиц разной плотности будут различны. Поэтому, если в отсадочной машине создать короткие, но часто повторяющиеся пульсации воды, то будут созданы условия стесненного падения на коротких расстояниях, где проявляется только начальное ускорение, а не конечные скорости падения частиц (высокочастотные машины).

Исходный материал вместе с водой непрерывно подается на отсадочное решето, через отверстия которого попеременно проходят восходящие и нисходящие вертикальные потоки воды. В период восходящего потока материал поднимается и разрыхляется, а в период нисходящего – опускается и уплотняется.

В результате действия чередующихся восходящих и нисходящих потоков воды исходный материал подвергается естественному распределению по крупности и плотности. В нижнем слое, располагающемся на решете, будут концентрироваться мелкие тяжелые зерна, затем слой крупных тяжелых зерен, над которыми будут находиться мелкие зерна легкого минерала, наверху же расположатся крупные зерна легкого минерала (рис.10.1).

Рис. 10.1 Механизм разделения материала при отсадке

Слой материала, находящийся на решете, называется постелью. Постель,

73

образующаяся при отсадки крупного материала, состоит из зерен самого материала и называется естественной. При обогащении мелкого материала (для руд<3-5 мм, для углей<6-10 мм) на решето укладывается искусственная постель.

Тяжелые минералы проходят под решето (при обогащении руды мельче 4 мм) и собираются в приемник, а легкие под действием силы движущего потока проходят по постели вдоль машины и разгружаются через сливной порог.

Вслучае обогащения крупнокусковой руды, где постелью является крупные тяжелые куски самого материала, которые движутся вместе с потоком вдоль машины и разгружаются в щелевые отверстия.

Вкачестве постели используют материал промежуточной плотности (естественный материалмагнетит, гематит, полевой шпат, галенит; искусственный материалстальная или свинцовая дробь, резиновые шарики и др.).

Роль постели – избирательно пропускать частицы тяжелого минерала и задерживать зерна легкого.

Внастоящее время известно около 100 конструктивных разновидностей отсадочных машин, различающихся между собой по целевому назначению, принципу действия приводного механизма, количеству выдаваемых продуктов, способом их разгрузки и др.

Наиболее распространены:

- отсадочные машины с неподвижным решетом (поршневые), - диафрагмовые отсадочные машины, - беспоршневые отсадочные машины.

Поршневая отсадочная машина с неподвижным решетом представляет собой камеру с перегородкой, не доходящей до дна камеры. Образуя два отделения, поршневое и концентрационное. Поршень получает движение (возврат- но-поступательное) от эксцентрикового вала. При движении поршня вниз в концентрационном отделении создается восходящая струя воды, при движении вверх – нисходящая. С уменьшением крупности и плотности руды ход – уменьшается; число качаний увеличивается с уменьшением руды и увеличением плотности. Амплитуда колебаний 10-50 мм, число пульсаций 250-120 пуль./мин.

Такие машины не имеют широкого распространения, они громоздки, сложны в управлении. Изменение хода поршня требует перестановки эксцентриков и связано с остановкой машины. У них низкая удельная производитель-

ность – 0,5-3,6 т/час.

Поршневые машины вытеснены диафрагмовыми отсадочными машинами. Принцип действия диафрагмовых машин тот же. Поршень заменен на диафрагму, которая может располагаться сверху, сбоку, снизу. Амплитуда колебаний 9- 11 мм, частота пульсаций до 300, производительность 25 т/час.

74

Машины с подвижным конусным днищем выпускаются одно-(МОД-1), двух-(МОД-2), трех-(МОД-3) и шести камерными (МОД-6).

Беспоршневые (воздушные ) отсадочные машины широко применяются при обогащении углей (ОМК, ОМШ, ОМ) и руд черных металлов (МОБ, ОМР),

восновном железных и марганцевых.

Вэтих машинах вместо поршневого отделения находится воздушное, которое питает машину сжатым воздухом от воздуходувки.

МБОМ-6 (8,10) – модернизированная беспоршневая отсадочная машина

для обогащения мелкого (0,5-13 мм) и крупного (13-125 мм) угля с полезной площадью соответственно 6 м2 (8-10 м2), производительность до 600 т/час.

Беспоршневая отсадочная машина ОМ-24 с площадью отсадочного решета 24 м2, производительность 600 т/час. Такие машины могут обогащать мелкий, крупный и неклассифицированный материал.

Параметры, влияющие на эффективность разделения на отсадочной ма-

шине:

1. Величина хода поршня (амплитуда качания) берется тем больше, чем крупнее класс и больше удельный вес обрабатываемого материала.

Например:

при среднем размере зерен -	41 мм	3 мм	1,7 мм	1 мм	0,73 мм
ход поршня (диафрагмы) -	67,9 мм	14 мм	12,3 мм	5мм	4,8 мм.

2. Частота пульсаций (наоборот), чем крупнее материал, тем меньше число пульсаций (определяется числом оборотов вала: при крупности руды, 3-6 мм

– 300-350 об./мин.
Например:
размер зерен –	64-32 мм 16-18 мм		4-2 мм	2-1 мм	1-0 мм
число качаний/ мин. -	129	144	235	250	281

3.Недостаток подрешетной воды вызывает излишнее всасывающее действие диафрагмы, что влечет за собой повышенный выход концентрата. Избыток подрешетной воды, наоборот, приводит к потерям ценного компонента вследствие выноса их из машины. Создаются ненормальные условия работы второй камеры (большое разжижение пульпы).

4.Высота перепада между камерами (высота порога) обуславливает общий гидростатический уклон, которым определяется скорость и мощность потоков. Большой перепад между камерами выбивает постель и тем самым увеличивает выход концентрата, нарушается ведение самого процесса.

5.Материал для постели: магнетит, гематит, гранат, сульфиды, чугунная и стальная дробь. Крупность постели зависит от размера сит и равна 3-4d сита.

6.Доля транспортной воды составляет 30-40% от общего расхода воды, подрешетной – 60-70%.

75

10.3 Обогащение на концентрационных столах

Обогащение происходит в горизонтальном потоке воды, текущем по наклонной плоскости (рис. 10.3, рис. 10.4).

Применение:

Для обогащения оловянных, вольфрамовых, руд редких, благородных и черных металлов крупностью от 3 до 0.04мм, углей крупностью менее 13мм

Подготовка руды перед обогащением на концентрационных столах:

1)Классификация ее на классы по равнопадаемости обогащаемого материала.

2)Классификация происходит в гидравлических классификаторах. Основные силы действующие на частицы:

- сила инерции Fи,

- сила потока смывной воды Fс,

- результирующая сила Fp (рис 10.2).

			1
	2
		Т	Л
	F		Fи
		Fс
	Fр		Fс
			Fр
Рис. 10.2	Схема движения минеральных зерен на поверхности концен-
		трационного
Т – зерно тяжелого минерала; Л – зерно легкого минерала; 1 – короб для питания; 2 –
желоб для смывной воды; 3 – нарифления; 4 – поверхность стола.

		76
		1
2
4
		3
Рис. 10.3 Дека концентрационного стола
1 – короб для питания; 2 – желоб для смывной воды; 3 – нарифления; 4 – поверхность
		стола.
	1	2
		4
Рис. 10.4		3
	Веер продуктов на концентрационном столе
1 – тяжелые минералы; составляющие концентрат; 2 – промпродукт; 3 – отвальные
		хвосты; 4 – шламы и вода.

Наличие нарифлений на столе позволяет получить на деке 2 потока – верхний ламинарный и нижний турбулентный (рис.10.5).

Турбулентный характер движения воды между нарифлениями способствует лучшему расслаиванию материала по плотности и удалению легких минералов из слоев тяжелых.

77

Рис. 10.5 Схема движения пульпы между нарифлениями стола

При обогащении материала крупностью -3+0,2 мм применяются песковые, при крупности -0,2+0,04 мм – шламовые.

10.4 Обогащение на шлюзах

Шлюз является простейшим аппаратом для обогащения руд с низким содержанием тяжелых минералов.

Обогащение на шлюзах основано на том же принципе, что и обогащение на концентрационных столах (рис. 10.6). Применяется для песков россыпных месторождений золота, олова, вольфрама, редких металлов, а также для коренных руд.

Для эффективного обогащения на шлюзах необходимо, чтобы разность плотностей полезных минералов и минералов пустой породы была значительной.

Основным условием данного вида обогащения является полное предварительное раскрытие полезных зерен из сростков с породой (для руд) и из глинистых агломератов (для песков).

Эффективность работы шлюза зависит от:

•Угла наклона

•Скорости потока

•Наполнения пульпой

•Частоты сполоска

•Характера покрытия

78

Рис. 10.6 Схема разделения частиц на шлюзе

1 – шлихи; 2 – трафарет; 3 – мат.

Глубина потока выбирается в зависимости от крупности обогащаемого материала и должна быть в 1,5 - 3 раза больше размера самого крупного куска в потоке.

Расстояния между трафаретами зависит от скорости потока и составляет около 100 мм.

Шлюз является аппаратом периодического действия. Для разгрузки шлюза производят сполоск. Время наполнения шлюза от 8 до 10 ч., которое зависит от содержания ценного компонента в руде.

Шлюзы бывают:

- подвижные, это орбитальные, ленточные, Бартлиз-Мозли;

-неподвижные (длина шлюза достигает 100 м) Шлюзы:

-глубокого наполнения, скорость потока достигает 3 м/с, применяется для обогащения крупнозернистого материала крупностью -100 + 13 мм;

-мелкого наполнения (подшлюзки), скорость потока достигает 1 – 1,5 м/с, применяется для обогащения мелкозернистого материала крупностью -13 + 0 мм.

Достоинства:

-возможность использования для первичной концентрации;

-для доводки концентратов;

-нет необходимости в предварительной классификации;

-просты в конструктивном исполнении;

-обеспечивается высокая степень концентрации.

79

Недостатки:

-трудоемкость процесса сполоска;

-периодичность действия.

10.5 Обогащение на винтовых сепараторах

Для обогащения руд и россыпей редких и благородных металлов широкое применение нашли аппараты – винтовые сепараторы, в которых использован принцип разделения материала в безнапорном наклонном потоке малой глубины и у которых неподвижный наклонный гладкий желоб выполнен в виде спирали с вертикальной осью (рис. 10.7).

Рис. 10.7 Винтовой сепаратор

Состоит из приемного устройства пульпы 1, винтового желоба 2, цетральной трубы 4, обеспечивающей жесткость и прочность конструкции, отсекателей продуктов 3 и хвостового желоба 5. В поперечном сечении желоб имеет овальную форму, причем внешний борт его находится выше внутреннего. Угол на-

80

клона винтовой линии обычно в 2…2,5 раза меньше угла трения извлекаемого минерала.

Пульпа при Т : Ж от 1 : 3 до 1 : 15 загружается в верхней части желоба и под действием силы тяжести стекает вниз в виде тонкого потока разной глубины по сечению желоба. Минеральные частицы, движущиеся в потоке пульпы по винтовому желобу, испытывают одновременно воздействие сил, различных по величине и направлению. При движении в потоке помимо обычных гравитационных и гидродинамических сил, действующих на минеральные частицы, создаются центробежные силы. Равнодействующая их определяет траекторию движения частиц в поперечном сечении потока. Под действием этих сил происходит распределение частиц по плотности и крупности. В отличие от движения частиц в прямых наклонных потоках в винтовом желобе частицы перемещаются относительно друг друга не только вдоль желоба, но ив поперечном направлении. Легкие зерна, имеющие большую скорость перемещения по потоку, отклоняются к внешнему борту, тяжелые частицы, имеющие меньшую скорость, чем легкие, движутся у внутреннего борта (рис. 10.8).

.

Рис.10.8 Схема расслаивания материала в винтовом желобе

На первых витках желоба происходит расслаивание материала по вертикали, при котором тяжелые минералы концентрируются в придонном слое. Затем происходит перераспределение зерен в радиальном направлении, в результате чего формируются отдельные слои потока частиц, которые приобретают установившийся характер движения. Перераспределение зерен в потоке заканчивается после прохождения двух, трех витков желоба, после чего потоки частиц движутся по постоянным траекториям. Перераспределению способствует пода-