Задания по 5 баллов:

3. В чем суть обогащения минерального сырья – т.е. в чем состоит действие, совершаемое с измельченным исходным продуктом при любых методах обогащения?

Ответ

Суть обогащения минерального сырья – разделение ценных минералов и пустой породы, концентрирование полезного ископаемого (минерала). Концентрирование осуществляется путём разделения минералов на основе их различий в физических и физико-химических свойствах и перевода их в отдельные продукты.

13. Почему в хвостохранилище всегда предусматривают отстаивание и осветление водной фазы хвостовой пульпы, с возможностью ее отделения от твердой фазы хвостов?

Ответ

Такая система предусмотрена для возможности осуществления оборотного водоснабжения фабрики. Оборотное водоснабжение способствует сокращению площади, занимаемой хвостохранилищем и рациональному использованию природных ресурсов воды.

Задания по 10 баллов:

3. Конструкция и принцип работы инерционных и вибрационных грохотов.

Ответ

Грохочение – процесс разделения материала на классы крупности путём его пропускания через просеивающие поверхности.

Машины для грохочения называют грохотами. Всякий грохот имеет одну или несколько рабочих (просеивающих) поверхностей – сит, установленных в одном или нескольких коробках, совершающих возвратно-поступательные качательные или встряхивающие движения.

Инерционные наклонные грохоты относятся к классу кинематически неопределённых грохотов с приводом от дебалансового вибровозбудителя. Кинематическая схема стандартного инерционного грохота представлена на рисунке ниже. Короб 4 с ситами 3 опирается на пружинные амортизаторы 2, смонтированные на опорной раме 1; иногда может применяться упругая подвеска к перекрытию. К коробу приварена труба вибровозбудителя 9, внутри которой проходит рабочий вал 10, вращающийся в подшипниках 8. На концах вала 10, имеющих эксцентричные расточки 7 радуса r, насаженны шкивы 5 с дебалансами 6 радиуса R.

При вращении шкивов вокруг геометрической оси О₁О₂ возникает сила инерции массы короба М с материалом Мω²r, которая уравновешивается равной ей и противоположно направленной силой дебалансных грузов (массой m), mω²R, здесь ω – угловая скорость вращения. Из условия равенства упомянутых сил инерции и для частоты колебаний далёкой от резонанса, имеем mω²R = Мω²r или m/M  r/R.

При этом центры шкивов О₁ и О₂ остаются в пространстве неподвижными, благодаря чему эти грохоты называют самоцентрующимися.

Для операции грохочения руд на обогатительных фабриках наибольшее распространение получили инерционные грохоты тяжёлого типа ГИТ; они устанавливаются перед дробилками среднего и мелкого дробления.

Вибрационные грохоты с прямолинейными вибрациями короба так же относят к классу кинематически неопределённых грохотов. По типу вибровозбудителя среди них можно выделить грохоты с самобалансным вибровозбудителем; горизонтальные резонансные грохоты; электровибрационные наклонные грохоты.

Самобалансные грохоты имеют приводной механизм в виде двухвального вибровозбудителя. В связи с фазовым уравновешиванием дебалансов вибровозбудителя грохоты такого типа называют самобалансными. Прямолинейные гармонические колебания короба грохота генерируются силой инерции двух противоположно вращающихся дебалансных грузов.

Валы вибровозбудителя могут быть связаны между собой с помощью зубчатой передачи или чисто динамически. За грохотом с зубчатым вибровозбудителем закрепилось название самобалансного, а за грохотом без зубчатых передач – самосинхронизирующегося.

Схема самобалансного грохота представлена на рисунке ниже.

Короб 1 с ситом 2, закреплённый на вертикальных упругих опорах 3, под действием вибровозбудителя 4 совершает прямолинейные колебания по стрелке А под углом  к плоскости сита.

Самобалансные грохоты изготовляются трёх типов: лёгкие (ГСЛ), средние (ГСС) и тяжёлые (ГСТ).

Существенным недостатком самобалансного грохота с двухвальным вибровозбудителем является наличие зубчатой передачи, создающей сильный шум и требующей частого ремонта. Он устранён в самосинхронизирующемся грохоте, имеющем два независимых дебалансных вибровозбудителя, непосредственно не связанных между собой какой-либо передачей.

Гризонтальные резонансные грохоты. Вибрационные резонансные грохоты изготавливают только лёгкого типа ГРА.

На приведённой схеме резонансного грохота основными частями (массами) являются секции короба 1 и 4, связанные между собой упругими элементами 3 и 6 и подвижными опорами 2. Верхняя секция опирается на перекрытие 5 с помощью пружин 3, а нижняя связана с ней упругими элементами 6, благодаря чему обе секции могут вибрировать. На нижней секции смонтирован эксцентриковый (кривошипно-шатурный) приводной механизм 7 с упругим шатуном 8. Частота вращения вала соответствует частоте собственных колебаний системы, поэтому грохот работает в резонансном режиме.

Недостатки резонансных грохотов по сравнению с инерционными – недостаточная стабильность, сложность конструкции и большая масса установки из-за дополнительной массивной рамы (или нижней секции). Они применяются на некоторых углеобогатительных и сланцевых фабриках.

Резонансные грохоты с электромагнитным вибровозбудителем. Такие грохоты используются для сравнительно грубого грохочения в металлургических цехах для грохочения кокса и охлаждения агломерата. Достоинства резонансных электровибрационных грохотов по сравнению с инерционным – мгновенные пуск и остановка, простота регулировки и настройки. Недостатки – низкая эффективность и нестандартность вибровозбудителя.

Задания по 15 баллов:

3. Стесненное движение минеральных частиц в среде.

Ответ

Реальные условия движения зёрен в гравитационных обогатительных аппаратах характеризуются закономерностями массового перемещения группы зёрен, при котором каждое зерно испытывает влияние окружающих зёрен, а среда – динамическое воздействие как каждого зерна в отдельности, так и всей движущейся массы в целом.

Стеснённое движение – это движение частицы в среде при условии, что на расстоянии менее 30 диаметров данной частицы от неё находится препятствие (стенки, другие движущиеся частицы).

Совместное движение зёрен сопровождается не только гидродинамическим сопротивлением, но и дополнительным сопротивлением от механического взаимодействия частиц за счёт взаимного столкновения частиц друг с другом, трения частиц друг о друга и стенки обогатительного аппарата. Возникающие дополнительные сопротивления резко меняют характер движения каждой отдельной частицы и гидродинамические условия обтекания её жидкостью по сравнению с условиями свободного движения.

При стеснённом движении частиц встречные потоки жидкости, обтекающие частицы, перемещаются в промежутках между частицами. Сужение потоков увеличивает градиент относительной скорости жидкости, а следовательно, и касательные напряжения, действующие на частицы, тем самым повышая гидродинамическое сопротивление.

Стеснённость условий движения проявляется в большей степени с увеличением объёмной концентрации твёрдого в жидкости, т.к. в этом случае уменьшается расстояние между частицами, а, следовательно, и скорость их стеснённого движения.

В обогатительных аппаратах стеснённое падение частиц происходит в потоке жидкости, ограниченной стенками аппарата. Неравномерность распределения скоростей движения жидкости по сечению аппарата (у стенок меньше, а в центре - больше), возникновение турбулентных вихрей, отрывающихся от стенок, способствует перемешиванию частиц как в продольном, так и в поперечном направлениях с различными относительно стенок аппарата скоростями.

При стеснённом падении на отдельную частицу действуют те же силы, что и при свободном – гравитационная, подъёмная, гидродинамические силы сопротивления среды (равнодействующая сил трения и давления). Численные значения сил при стеснённом падении значительно отличаются от сил при свободном падении.

Скорость стеснённого падения меньше скорости свободного падения.

Закономерности стеснённого движения тел основываются на двух концепциях:

• стеснённое падение – это совокупное движение частиц в виде фильтрационной среды. Через которую жидкость протекает в вертикальном направлении снизу вверх;

• стеснённое падение – это падение отдельной частицы, находящейся в массе других.

Моделью стеснённого движения является взвешенный слой.

Состояние взвешенного слоя характеризуется коэффициентом разрыхления или пористости, который можно представить в виде:

где – коэффициент пористости (коэффициент разрыхления или объёмное содержание жидкой фазы в слое);

W – общий объём взвешенного слоя;

W_т – объём твёрдого во взвешенном слое;

W_ж – объём жидкой фазы во взвешенном слое.

В соответствии с концепциями различными авторами предложено множество формул скорости стеснённого движения зёрен в средах. Каждая из формул отражает суть отдельных явлений сложного процесса и базируется на соответствующих гипотезах.

Характерной для первой группы формул является формула Б.В. Кизельвальтера:

, где

,

M, n – постоянные коэффициенты, значения которых представляют сосбой табличные величины;

 - кинематический коэффициент вязкости;

 - коэффициент разрыхления;

d_э – эквивалентный диаметр;

 - коэффициент сферичности;

Re_ст, _ст – соответственно модифицированные параметр Рейнольдса и коэффициент сопротивления для стеснённых условий движения.

Формула применима для значений коэффициента разрыхления 0,8, при которых совокупность падающих тел можно рассматривать как фильтрационную среду. При 0,8 формула даст завышенные результаты, а при =1 скорость _ст стремится к бесконечности.

Подход Лященко

откуда следует, что F_R^св = F_R^cт

где F_R – сила сопротивления движению среды;

F_А – сила Архимеда;

F_G – сила тяжести.

; =>

, где n - от 2,5 до 4,5.

В подходе Лященко неверно предположение о равенстве сил Архимеда в стеснённых и свободных условиях.

Предложен ряд других формул, определяющих скорости стеснённого движения зёрен, которые составлены на основании различных гипотез.

Ричардс предложил формулу скорости на основе подобия падения частиц сплочённой массой падению в тяжёлой жидкости большей плотности, чем вода.

, где k – постоянный коэффициент; ρ – плотность среды – средняя между плотностью жидкости и минеральными зёрнами ρ>Δ. Скорость будет тем меньше, чем больше плотность слоя.

Формула Загустина имеет следующий вид: