8.5.3. Конструктивні і технологічні параметри процесу ґвинтової сепарації

Основні технологічні і конструктивні параметрі, що впливають на ефективність процесу ґвинтової сепарації підрозділяють на дві групи: конструктивні і технологічні.

Конструктивні параметри

До основних конструктивних параметрів відносять: діаметр і крок ґвинтового жолоба, профіль його поперечного перетину, число витків, число відсікачів і місце їх установки.

Діаметр ґвинтового жолоба є основним конструктивним параметром сепаратора і визначає його розміри, масу і продуктивність. Ґвинтові сепара­тори, що застосовуються в практиці збагачення корисних копалин, мають жолоби діаметром 600 – 2000 мм. Вибір діаметра сепаратора залежить від продуктивності по твердому, крупності і густини збагачуваного матеріалу. Матеріали, що містять крупнозернисті (1 – 2 мм) цінні компоненти, ефективніше збагачуються в сепараторах великого діаметра (1000 мм і більше), тонкозернисті матеріали (менше 0,5 мм) – в сепараторах малих діаметрів (500 – 750 мм), матеріали середньої крупності (0,074 – 1 мм) – в сепараторах будь якого розміру.

Профіль поперечного перетину жолоба може являти собою елемент еліпса (рис.8.26 а1, а2), кола (рис.8.26 а3, а4), пряму лінію (рис.8.26 а5, а62). Найбільш доцільним профілем для збагачення матеріалу крупністю менше 2 мм є горизонтальний еліпс, більша піввісь якого складає 1/3 діаметра сепаратора, а співвідношення довжин осей – 2 : 1. Для збагачення дрібних матеріалів (– 0,2 мм) рекомендується пологий профіль у вигляді кубічної параболи, а для збагачення крупних матеріалів (2 – 12 мм) – випуклий профіль у вигляді двох відрізків прямих: нахиленого до горизонтальної площини під кутом 17º в зоні виділення концентрату і горизонтального – біля зовнішнього борту. Вплив профілю поперечного перетину жолоба на показники збагачення матеріалу крупністю менше 2 мм показано на рис 8.26 б.

Число витків жолоба залежить від фізичних властивостей збагачуваного матеріалу. Воно збільшується зі зменшенням різниці в густині розділю­ва­них мінералів і їх крупності. Число витків жолоба в промислових сепараторах складає 4 – 6. У п’ятивиткових сепараторах звичайно здійснюють першу стадію збагачення корінних руд, а в трьох- і чотирьохвиткових – перечищають чорновий концентрат. При збагаченні пісків розсипних родовищ застосовують три- і чотиривиткові сепаратори, що значно зменшує висоту апарата.

Крок ґвинтового жолоба визначає кут нахилу його ґвинтової лінії до горизонту і впливає на гідродинамічну характеристику потоку і умови транс­портування матеріалу. Крок ґвинтової лінії визначається зі співвідношення:

, м, (8.39)

де – радіус ґвинтової лінії, м;– кут нахилу ґвинтової лінії жолоба до горизонту, град.

Зі збільшенням відносного кроку ґвинтового жолоба (відношення кроку до діаметра) показники збагачення матеріалів крупністю більше 0,2 мм погіршуються, а матеріалів крупністю менше 0,2 мм – поліпшуються. Відносний крок для промислових ґвинтових сепараторів приймається рівним 0,4 – 0,6 м, для ґвинтових шлюзів – 0,5 – 0,6 м. Менше значення кроку приймається для сепараторів більшого діаметра, а більше значення – для сепараторів меншого діаметра.

Вивід продуктів збагачення здійснюється відсікачами, що встановлені на сепараторах в кінці останнього витка або на кожному витку жолоба. Оста­точний (кінцевий) концентрат одержують, як правило, після декількох пере­чис­ток чорнового концентрату. В окремих випадках перечищення концентра­ту ґвинтових сепараторів здійснюється іншими методами (напр., флотацією).

Положення ножів відсікачів визначається в кожному конкретному випадку дослідним шляхом і зберігається постійним в процесі роботи.

Залежно від виконання ґвинтові апарати можуть мати 2-5 ґвинтових жолобів, що функціонують паралельно.

Технологічні параметри

До технологічних параметрів належать: густина, крупність і форма мінеральних зерен у живленні, вміст твердого у живленні і продуктивність. На результати збагачення суттєво впливають також підготовчі операції.

Склад вихідного матеріалу за густиною розділюваних мінералів характеризує можливість ефективного застосування процесу ґвинтової сепарації. Оцінка можливості збагачення визначається за величиною критерія Мейстера:

, (8.39)

де – густина вихідного матеріалу і легкого мінералу, т/м³.

Якщо збагачення ґвинтовою сепарацією буде ефективним, якщозбагачення ще можливе, а прирозділення не відбудеться (збагачення неможливе).

Крупність мінеральних зерен характеризується верхньою і нижньою межами. Верхня межа крупності зерен при ґвинтовій сепарації залежить від їх густини: для кварцу (т/м³) вона досягає 12 мм, для важких мінералів (т/м³) – 2–3 мм. Нижня межа крупності зерен визначається умовами їх зважування і розподілення по висоті потоку в жолобі сепаратора: для кварцу вона рівна 0,074 мм, для важких мінералів – ще нижче.

На ґвинтових сепараторах ефективніше вилучаються зерна крупністю понад 0,2 мм, дрібніші зерна (до 0,02 мм) – на ґвинтових шлюзах, де менша турбулентність потоку.

Бажано щоб форма зерен, розділюваних мінералів була різною. Сприятливішими для збагачення випадками будуть такі, коли зерна пустої породи представлені округлими зернами (коефіцієнт сферичності великий), а зерна корисного мінералу – плоскі (коефіцієнт сферичності малий).

Підготовка матеріалу до збагачення полягає в його класифікації і знешламлюванні. Класифікація може здійснюватись на грохотах і гідравлічних кла­сифікаторах. Оптимальним є варіант з використанням гідравлічної класи­фі­­кації, який сприяє підвищенню результатів збагачення і продуктивності процесу. В окремих випадках при попередньому або контрольному збагаченні можлива сепарація некласифікованого матеріалу. Але якщо в живленні сепарації міститься 30 – 40 % класу – 0,074 мм знешламлення робиться обов’язково (для зниження в’язкості пульпи).

Вміст твердого в живленні при збагаченні розсипних руд складає звичайно 15 – 25 % (за масою), при збагаченні корінних руд – 30 – 40 %. При густині пульпи, що перевищує вказані межі, збільшується її в’язкість і виділення важких мінералів сповільнюється. Мінімальний вміст твердого в живленні складає 6 – 8 %. При більшій розрідженості пульпи важкі і легкі зерна рухаються разом біля внутрішнього борту і не забезпечують утворення віяла продуктів розділення.

Витрата змивної води повинна бути оптимальною. При оптимальних витратах змивної води підвищується ступінь концентрації матеріалу, зменшується замулювання робочої поверхні жолоба в концентратній зоні, поліпшується транспортування важких мінералів, збільшується розрідженість матеріалу біля внутрішнього борту і підсилюється поперечна циркуляція потоку. Надлишок змивної води приводить до зносу важких мінералів в зону промпродукту, а недостача – до одержання бідних концентратів. Звичайно витрата змивної води складає 0,3 – 0,6 л/с на один жолоб сепаратора діаметром 600 мм.

Продуктивність ґвинтових апаратів залежить від діаметра витків жолоба, кута підйому ґвинтової лінії, речовинного складу і крупності збагачуваного матеріалу. Зменшення крупності живлення, а також підвищений вміст у ньому глини і шламів приводить до зниження продуктивності.

Продуктивність ґвинтових апаратів визначається за формулою:

, т/год, (8.40)

де – коефіцієнт, що залежить від збагачуваності матеріалу (для важкозбагачуваних руд = 0,4; для легкозбагачуваних – = 0,7); δ_вих, δ_т, δ_л – густина вихідного матеріалу, важкого і легкого мінералів, т/м³; D – діаметр спіралі жолоба, м; m – число жолобів; d_max – максимальна крупність питомо-важких зерен в живленні, мм.

Ґвинтова сепарація застосовується в технологічних схемах збагачення вугілля, залізних, хромових, танталових, золотовмісних і інших руд. Але головним чином ґвинтова сепарація використовується при переробці розсипів, які є ідеальним живленням для ґвинтових сепараторів.