8. Збагачення в струмені води на похилій площині

Мета розділу: вивчення закономірностей процесу збагачення в струмені води на похилій площині, а також машин і апаратів для реалізації цього процесу.

8.1. Теоретичні основи процесів розділення

Розділення частинок у потоці води, що тече по похилій площині, здійснюється в шлюзах, ґвинтових сепараторах і на концентраційних столах.

Пульпа в цих апаратах рухається по похилій площині під дією сили ваги. Струмінь води, що тече по похилій площині, зі зваженими в ньому частинками, зазнає при цьому опір, створюваний шорсткістю поверхні, рифлями, осілими частинками. Таким чином, на частинку, що рухається в потоці, діють такі сили (рис. 8.1):

– гравітаційна:

; (8.1)

– динамічного тиску потоку:

; (8.2)

– динамічного впливу вертикальної складової швидкості вихрових водних потоків, що утворюються при турбулентних режимах:

; (8.3)

– тертя:

; (8.4)

де – маса частинки, кг;,– густина частинки і середовища, кг/м³; – розмір частинки, м;–прискорення вільного падіння, м/с²; –коефіцієнт гідродинамічного опору середовища; –середня швидкість потоку, її вертикальна складова і швидкість руху частинки у потоці, м/с; – коефіцієнт тертяковзання; – кутнахилу поверхні, град.

Середня швидкість потоку визначається в залежності від поверхні і з урахуванням режиму руху:

, (8.5)

де – швидкість руху поверхневого шару води, м/с;– коефіцієнт врахування режиму руху води по похилій площині (для руху в ламінарному режимі=2/3; вперехідному режимі =2/3 – 3/4; в турбулентному режимі=3/4 – 7/8).

Мінеральні зерна залежно від їхньої форми під дією сукупності сил сковзають або перекочуються по дну, періодично піднімаються вихровими струменями і переміщаються водяним потоком у зваженому стані, потім знову торкаються дна і т.д.

При сталому русі сума сил, під дією яких частинка переміщується, дорівнює силі тертя:

.

З умови рівноваги сил швидкість переміщення частинок:

– у потоці:

, м/с; (8.6)

по дну ():

, м/с, (8.7)

де кінцева швидкість падіння частинки, м/с.

При малих кутах нахилу робочої поверхні можна прийняти і, якщо знехтувати вертикальною складовою швидкості потоку, величина якої дуже мала, то вирази (8.6) і (8.7) спростяться і набудуть вигляду:

, м/с. (8.8)

З виразу (8.8) видно, що при частинки будуть переміщатися водним струменем, при– ні. Швидкість подовжнього переміщення частинки потокомбуде тим більша, чим менша швидкість її падіння. З цієї причини дрібні і легкі частинки будуть переміщатися водяним потоком по похилій площині з більшою швидкістю, ніж великі і важкі, тому що швидкість падіння частинки залежить від її розміру і густини.

8.2. Збагачення на шлюзах

8.2.1. Розділення матеріалу на шлюзі

Шлюзи застосовуються для збагачення корисних копалин зі значною контрастністю густини складових компонентів (напр., золото- і олововмісні розсипи). Умовою ефективного збагачення на шлюзах є значна різниця між густиною корисних і породних мінералів:

, (8.9)

де - відповідно густина важкого і легкого мінералів, т/м³.

На шлюзах, як правило, збагачують бідні за вмістом корисного компонента матеріали крупністю до 300 мм.

У найбільш простому виконанні шлюз являє собою нерухомий жолоб прямокутного перетину, установлений з нахилом 5 – 8^о (рис. 8.2). На його дно укладаються трафарети, виготовлені з матеріалів, уступчаста або шорсткувата поверхня яких сприяє утриманню осілих частинок важких мінералів.

Наявність трафаретів на днищі шлюзу сприяє як збільшенню сил тертя частинок об їхню поверхню (за рахунок підвищення коефіцієнта тертя), так і утворенню вихрових потоків. Як трафарети використовують крупногрудкову галю, решітчасті дерев'яні конструкції, ґумові килими з чарунками різної глибини і форми. При збагаченні дрібних розсипів і тонкоподрібнених руд застосовують ворсисті покриття у вигляді матів з рослинних або штучних волокон, плюшу, повсті, полотна, вовни й ін.

На шлюзах звичайно здійснюється первинна обробка корисної копалини. Вихідний продукт і вода у вигляді пульпи з розрідженістю не менше 5 – 6 м³/т подаються в завантажувальний кінець шлюзу. При переміщенні мінеральних частинок у потоці відбувається їхнє розшаровування за густиною і крупністю внаслідок утворення придонних вихрових зон і наявності комплексу сил, що діють на частинку (рис. 8.1).

Завдяки наявності трафаретів на дні шлюзу утворюється постіль. Розпушення постелі досягається необхідною швидкістю потоку і шорсткістю дна жолобу. Мінеральна постіль звичайно представлена середньозернистим матеріалом і на початку роботи за складом мало відрізняється від вихідного матеріалу. Але в процесі проходження пульпи по шлюзу склад постелі змінюється. Крупні важкі зерна випадають з потоку на шар розпушеної мінеральної постелі і поступово проникають на дно жолоба шлюзу. Таким чином, вміст важких зерен в постелі збільшується, легких – зменшується. Якщо на шлюзі уже утворилася постіль достатньої висоти (на рівні трафаретів) і вона насичена важкими зернами, то важкі зерна постіллю не утримуються і транспортуються по поверхні постелі.

Вихідна пульпа подається на шлюз безупинно доти, доки чарунки трафаретів не заповняться зернами важких мінералів, після чого завантаження припиняється і виконується споліскування, що полягає у видаленні зі шлюзу важкого продукту (концентрату). В залежності від конструкції шлюзу споліскування може бути зроблене вручну (зняття трафарету і змив важкого продукту у відповідний приймач), механічно або автоматично. Залежно від властивостей збагачуваного матеріалу, вмісту в ньому важкої фракції і його крупності інтервал між споліскуваннями може складати від декількох годин до 10 – 15 діб. Вихід концентрату на шлюзі складає десяті і соті частки відсотка, однак при збагаченні бідних розсипних руд шлюз характеризується високим ступенем концентрації.