Основи переробки та збагачення корисних копалин: «Розробка родовищ корисних копалин» (стр. 6 )

v - кінцева швидкість вільного падіння;

k - коефіцієнт зниження швидкості.

Розмір k залежить від ступеня розпушення q маси частинок, що рухається, тобто від відношення об¢єму рідини між частинками до загального об¢єму суспензії:

, (10.3)

де V - об¢єм суспензії; V - об¢єм, зайнятий твердими частинками в об¢ємі суспензії.

У разі щільного руху швидкість складає від 0,15 до 0,6 величини швидкості вільного падіння зерен тієї ж крупності і щільності.

Мінеральні зерна, що мають різні розміри і щільності але володіють однаковою кінцевою швидкістю падіння у воді або повітрі, називаються рівнопадаючими. Відношення діаметра частинок легкого мінералу до діаметра частинки важкого мінералу, що має ту ж швидкість падіння, називається коефіцієнтом рівнопадаємості.

Коефіцієнт рівнопадаємості показує, у скільки разів частинка легкого мінералу більше частинки важкого мінералу, що має ту ж швидкість падіння. Наприклад, для умов, при яких діє закон Стокса, коефіцієнт рівнопадаємості буде дорівнювати:

, при цьому g > g . (10.4)

10.2 Процес гідравлічної класифікації

Процес розділення суміші мінеральних зерен за крупністю на основі відмінності у швидкостях їх осадження у воді називається гідравлічною (повітряною) класифікацією.

У потоках, що горизонтально рухаються, траєкторія руху частинок визначається додаванням швидкості прямування частинок у напрямку потоку і швидкості вертикального переміщення їх під дією сили ваги. Наприклад, у горизонтальний відстійник (рисунок 10.1) пульпа подається з одного кінця відстійника, а злив видаляється з іншого. Якщо глибина потоку у відстійнику дорівнює h, то частинка осяде у відстійнику у випадку, коли вона опустилася на глибину h за час проходження потоку через відстійник.

Рисунок 10.1 - Схема руху потоку в горизонтальному відстійнику

Ширину відстійника позначим буквою b, а довжину його буквою l, тоді середня швидкість потоку і частинки в горизонтальному напрямку:

= V / (b×h) (10.5)

де V - об¢єм потоку (зливу), витрата м/с

Вертикальна швидкість руху частинки дорівнює .

Час горизонтального переміщення у відстійнику :

(10.6)

Час вертикального переміщення

(10.7)

Для максимальної частинки винесеної в злив:

, і

звідки , (10.8)

тобто крупність виносимої у злив відстійника частинки не залежить від глибини потоку або відстійника, а визначається об¢ємом зливу і площею дзеркала відстійника.

В процесі класифікації у вертикальному потоці злив буде виноситься максимальна частинка, швидкість падіння якої у воді не перевищує швидкість потоку, у цьому випадку також дійсно співвідношення:

, (10.9)

де F - площа перетину вертикального потоку в класифікаторі на рівні зливу.

Крупність матеріалу, що піддається гідравлічній класифікації, як правило складає не більш (3…4) мм.

Класифікація широко застосовується на гірничо-збагачувальних фабриках, для виділення готового за крупністю продукту і крупних пісків, направляє для додаткового здрібнювання; для відділення глинистих частинок від зернистого матеріалу зі зливів промивання залізних, марганцевих та інших руд; для підготування матеріалу перед концентрацією на столах, для збезшламлювання пульпи перед флотацією і при інших операціях.

Для підвищення швидкості осадження дрібних часток у воді й у повітрі в деяких класифікаторах використовують відцентрову силу. Швидкість осадження збільшується тому, що доцентрове прискорення яке надається частинкам в декілька разів перевищує прискорення сили ваги.

10.3 Гідравлічні класифікатори

10.3.1 Конусні класифікатори

Конусні класифікатори застосовують для розділення пульпи по крупності на два продукти (рисунок 10.2) Пульпу подають по центральній трубі, зануреної нижче рівня зливу. Тонкий матеріал переливається через борт конуса в зливальний жолоб, а грубий розвантажується через нижню насадку. Часто конуси обладнують поплавковим устроєм для автоматичного розвантаження піскової фракції.

Крупність розділення в конусі даного розміру визначається середньою швидкістю висхідного потоку у верхньому перетині на рівні зливу, тобто об¢ємом зливаємої пульпи.

Частинки матеріалу, що мають швидкість падіння більше цієї швидкості будуть осаджуватися, а більш дрібні будуть іти в злив. Вміст твердого в розвантаженні регулюється розміром піскової насадки

Рисунок 10.2 - Конусній класифікатор

Недолік конусних класифікаторів - їхня низька ефективність. При цьому багато дрібних частинок іде в крупну фракцію, що пояснюється високим вмістом у ньому води. Конуси застосовуються для грубої класифікації, згущення й збезшламлювання пульп. Конуси з постійною розвантажувальною насадкою можна використовувати в якості дозаторів пульпи перед збагачувальним апаратом. При витіканні матеріалу через насадку під постійним напором стовпа пульпи об'ємна витрата її залишається постійною.

Виготовляють конуси діаметром (2,5…3,6) м. Продуктивність їх визначається необхідною крупністю зливу й об¢ємом зливаємої пульпи.

10.3.2 Камерний гідравлічний класифікатор

Камерний гідравлічний класифікатор складається з ряду пірамідальних камер, що поступово збільшуються в розмірах і у верхній частині об'єднаних загальним, що розширюється в плані по потоку пульпи жолобом.

Вихідну пульпу подають у вузький кінець жолоба, що заповнює камери класифікатора і переливається через поріг у широкому кінці. Мінеральні зерна, у відповідності зі швидкістю падіння у воді і швидкістю потоку, що зменшується поступово, осідають у різних камерах, створюючи класи визначеної крупності. Сама дрібна фракція несеться в злив. До кожної пірамідальної камери приєднують циліндр і конусну насадку. Осілий матеріал випускають із конусної насадки через клапан, що періодично відчиняється. У циліндричній частині по дотичній підводять під напором воду, що створює обертовий висхідний потік у пірамідальній частині камери. Висхідний потік води виносить дрібноту з осілого матеріалу нагору, знижуючи тим самим ступінь забруднення осідаючих фракцій дрібними класами. При цьому є можливість регулювання крупності класів. У нижній звуженій частині камери відбувається класифікація в умовах щільного падіння. Осіла фракція в нижній частині камери безупинно розпушується мішалками, закріпленими в пустотілому підвісному валі, який приводиться в рух черв'ячною передачею зі швидкістю 1,5 об/хв.

Промисловий 4-х камерний класифікатор має ширину в головній частини 0,6 м, а в зливальній 1,5 м, при довжині біля 3 м. Продуктивність з використанням матеріалу меньше 2 мм (15…25) т/год. Витрата води (додатково до пульпи, що надходить…80) л/хв.

10.3.3 Механічні класифікатори

Механічні класифікатори являють собою найпростіші гідравлічні класифікатори - відстійники, у яких вихідна пульпа розділяється на два продукти - дрібний і крупний. Механічними вони називаються тому, що піски з них розвантажуються за допомогою механізмів.

Вихідна пульпа надходить у прямокутну (у плані) ванну з похилим днищем. Торцева стінка в нижньому кінці корпуса класифікатора утворює деяку ємність - ставочок пульпи, що має вільну поверхню - дзеркало пульпи. Всередині апарата є механізм, призначення якого полягає у перемішуванні пульпи (до ступеня, що не перешкоджає розшаруванню пульпи) і транспортування осілих крупних частинок нагору по днищу. Розділення пульпи на злив і піски відбувається в ставочку. Вгорі біля самого дзеркала пульпа має найменшу щільність, а внизу біля днища найбільшу. Через верх нижньої торцевой стінки зливається дрібний матеріал - злив, а крупний опускається на дно і механізмом транспортується нагору по днищу і переливається через край у виді пісків.

Після завантаження пульпи в класифікатор між гребками транспортуючого механізму і днищем ночв утворюється шар - постіль (рисунок 10.3) з осілих частинок, що захищає дно класифікатора від зносу.

Рисунок 10.3 - Схема класифікації в механічному класифікаторі

У зоні Б зштовхуються осілі піски, що потім видаляться до пісковому порозі. На ділянці збезводнювання з цих пісків поступово стікає вода, що несе дрібні частинки. Зона В складається з частинок, зважених дією механізму. Через її проходять осідаючі частинки, при цьому щільність зони з глибиною зростає. У зоні Г пульпою, що тече до зливального порога, створюється горизонтальний потік. Частинки, що знаходяться під дією сили ваги і несучої сили горизонтального потоку, рухаються по напрямку рівнодіючих сил. Частинки, швидкість падіння яких при даній щільності пульпи перевищуює швидкість потоку пульпи, утворюваного у верхньому перетині ставочка класифікатора, опускаються на дно, а частинки більш дрібні в основній масі переливаються через зливальний поріг класифікатора.

10.3.4 Рейковий класифікатор

Рейковий класифікатор складається з корпуса, граблів і механізму для їхнього приводу. Корпус являє собою жолоб прямокутного перетину, установленого під кутом (10…15)° до горизонту. Нижній кінець корпуса з торця закритий стінкою, що утворює зливальний поріг, верхній кінець відкритий. Задня частина корпуса піднімається вище рівня зливального порога.

У корпусі від спеціального механізму пересуваються дві або декілька грабельних скребкових рам, що описують траєкторію, показану на рисунку 10.4 Під час руху нагору по похилу дна граблі зі шкребками (рейками) із смугової або куткової сталі переміщуються по дну, при русі вниз вони підіймаються.

Рисунок 10.4 - Схема руху гребенів в рейковому класифікаторі

Цими граблями транспортується осілий на дно матеріал. Пульпа, яка підлягає класифікації, завантажується в корпус по жолобу, розташованому приблизно всредині дзеркала пульпи в класифікаторі.

Рейкові класифікатори виготовляються шириною від 0,3 м до 5,5 м і довжиною до 9 м. У класифікаторах невеликих розмірів - одна скребкова рама, у великих - чотирьох рами. Швидкість руху грабель залежить від крупності зливу: при тонких зливах - (9…15) ходів за хвилину, а за крупних - (23…27) ходів за хвилину. Крупність зливу не перевищує 0,8 мм, вміст твердого в зливі

(25…50) %.

10.3.5 Спіральний класифікатор

Спіральний класифікатор відрізняється від рейкового механізмом для транспортування пісків. Транспортним устроєм тут служить повільно обертова гвинтова спіраль, змонтована на похилому валі, установленому паралельно днищу корпуса, у якому утворюється отстійний резервуар. Виготовляються класифікатори з однією або з двома спіралями. Застосовують два типи спіральних класифікаторів - із високим порогом і зануреною спіраллю. У класифікаторах із зануреною спіраллю в нижньому зливальному кінці класифікатора вся спіраль знаходиться під рівнем пульпи, що створює найбільш сприятливі умови для одержання тонкого злива. Класифікатори цього типу застосовують для розділення по класах, починаючи від 0,1 мм і дрібніше.

У класифікаторах із високим порогом спіраль піднята над рівнем дзеркала пульпи. Ці класифікатори застосовують для одержання відносно значних зливів (від 0,8 до 0,1 мм). Виготовляють класифікатори зі спіралями діаметром до 3 м і довжиною до12,5 м. Кут нахилу дна складає (15…18,5)°.

10.3.6 Гідроциклони

Гідроциклон має металевий циліндро-конічний корпус закритий зверху кришкою з круглими отворами в центрі. Вихідна пульпа подається під тиском через конічну насадку, підведеною дотично до циліндричної частини гідроциклона. Таке підведення створює в гідроциклоні обертання пульпи.

Мінеральні зерна в пульпі, що надійшла в гідроциклон знаходиться під впливом відцентрової сили, що у декілька разів перевищує силу ваги. Більш крупні частинки відцентровою силою віджимаються до стінки і зовнішнім потоком виводяться через нижні отвори конуса. Дрібні частинки внутрішнім обертовим потоком виносяться через отвори у верхній кришці.

Оскільки в гідроциклоні розділення частинок відбувається під дією відцентрової сили, а не сили ваги, то в ньому можна осадити порівняно дрібні частки при великій продуктивності. На гідроциклонах можна отримати зливи крупністю до 15 мк і, отже, вони придатні для збезшламлювання пульпи. Крупність розділення можна регулювати напором пульпи, що надходить, і розміром нижнього розвантажувального отвору. Гідроциклони дозволяють отримати зливи такі по крупності, як і зливи механічних класифікаторів. Проте нижній продукт гідроциклонів містить (50…68) % твердого, тобто в порівнянні з механічними класифікаторами піски утворюються більш розрідненими і тому містять більше дрібних класів, зважених у воді. З цієї причини ефективність класифікації в гідроциклонах нижче, чим у механічних класифікаторах.

Головні недоліки гідроциклонів - підвищений знос самого гідроциклона і насоса, що подає в нього пульпу, а також більш висока витрата енергії, пов'язаний із роботою насоса. Для збільшення терміна служби сучасні гідроциклони усередині футерують гумою і виготовляють розбірними для можливості заміни в них окремих деталей. Іноді для захисту від зносу гідроциклони футерують кам'яним литвом. Насоси варто застосовувати також гумованими або зі спеціальних сортів металу.

Гідроциклони виготовляють діаметром від 50 до 1000 мм. Кут конусності як правило приймають 20°…22°. Напор пульпи на вході в гідроциклон від 0,03 до 0,3 МПа. Робота з низькими тисками має переваги, тому що знижує знос гідроциклона і витрату електроенергії.

10.3.7 Відцентровий повітряний сепаратор

У сильно розведених пульпах (вміст твердого до (10…15) %) кінцеву швидкість руху кулеподібних мінеральних зерен руди можна визначити при умові вільного руху за формулами:

- Риттингера - Ньютона для зерен крупністью > 1,5 мм

; (10.10)

- Стокса для зерен крупністью < 0,15 мм

; (10.11)

- Аллена для зерен крупністью (0,15…1,5) мм

, (10.12)

д v0 - кінцева швидкість руху зерна в рідині, м/с;

d - діаметр мінерального зерна, м;

d - дійсна щільність мінералу, кг/м;

d - щільність рідини, кг/м;

m - в¢язкість рідини, Па×с, для води m = 0,001 Па×с

метода :

, (10.13)

де Re - число Рейнольдса;

- опір середовища;

w - прискорення руху мінерального зерна в даному силовому полі, м/с.

ТЕМА 11. ГРАВІТАЦІЙНЕ ЗБАГАЧЕННЯ

11.1 Суть фракційного аналізу вугілля

Різноманітні частинки, які входять в масу добутого вугілля, мають різний ступінь мінералізації. Одні частинки містять у собі мало мінеральних домішок, інші більше, треті цілком мінералізовані, тобто являють собою куски породи.

Мінеральні домішки володіють, як правило, великою питомою вагою - від 1,8 до 5,2. Питома вага органічної вугільної речовини як правило не перевищує (1,2...1,3). Завдяки цьому частинки, які входять у вугілля і володіють різним ступінем мінералізації, будуть володіти також різноманітною питомою вагою. Чим більше у вугільну частинку включено мінеральної речовини, тим більше її питома вага і навпаки.

У зв'язку з викладеним рядове вугілля можна розглядати як сукупність частинок різноманітної питомої ваги, обумовленого ступінем мінералізації. Але різноманітний ступінь мінералізації вугільної частинки обумовлює різну зольність. Отже, чим більше у вугільну частинку включено мінеральних домішок, тим вище її зольність, і навпаки. Звідси ясно, що зі збільшенням зольності питома вага частинок вугілля збільшується. На відмінності питомої ваги частинок, які входять у рядове вугілля, і на існуванні залежності між питомою вагою і зольністю їх засновані всі гравітаційні засоби збагачення вугілля.

Для того щоб визначити, які якісно-кількістні результати можна отримати при збагаченні гравітаційним засобом того або іншого вугілля, його необхідно вивчити з точки зору характеру розподілу в ньому частинок різноманітної питомої ваги і різноманітної зольності. Таке дослідження вугілля відбувається шляхом розділення його частинок на декілька груп різноманітної питомої ваги особливим методом, який має назву фракційного аналізу, одержані окремі групи частинок різноманітної питомої ваги називаються фракціями. Розділення проби вугілля на фракції відбувається за допомогою важких рідин, питома вага яких більше одиниці і знаходиться в межах від 1,2 до 2,0.

Такі рідини можуть бути двох типів:

а) органічні рідини - чотирьоххлористий вуглець (питома вага дорівнює 1,61),

йодистий метил (питома вага дорівнює 2,9) та ін.

б) водяні розчини хлоридів - хлористий цинк ZnCL2, хлористий кальцій CaCL2.

Органічні рідини на практиці дослідження вугілля застосовуються рідко, головним чином у тих випадках, коли результати фракційного аналізу повинні бути дуже точні. Це пояснюється їхньою високою вартістю, а також тим, що деякі з них вогненебезпечні й отрутні.

Частіше всього для проведення фракційного аналізу вугілля користуються водяними розчинами хлористого цинку, застосування якого обходиться дешевше. Розчином хлористого кальцію можна користуватися тільки для приготування рідини питомої ваги не більше 1,4.

11.2 Методика проведення фракційного аналізу

Для фракційного аналізу відбирається проба вугілля, вага якого приймається в залежності від його крупності табл.11.1.

Проба попередньо піддається обесшламлюванню шляхом промивання її водою на ситі з розміром отворів 1 мм. Шлам після відстоювання збирається, висушується і зважується, після чого направляється на хіманаліз.

Таблиця 11.1 - Мінімальна вага проби вугілля для фракційного аналізу.

Клас, мм	50-100	25-50	13-25	6-13	3-6	1-3
Маса проби, кг	120	60	30	15	7,5	4,0

Процес проведення іспитів зводиться до наступного: у декількох посудинах, як правило, у залізних бачках готують водяні розчини хлористого цинку різноманітної питомої ваги 1,3; 1,4; 1,5; 1,6 і 1,8.