Учебно-методический комплекс дисциплины преподавателя (стр. 9 )

При обогащении углей в тяжелых средах получают конечные продукты: концентрат, промпродукт и отходы.

Основным преимуществом тяжелосредной сепарации является высокая технологическая эффективность этого процесса, так как получаемые показатели обогащения близки к теоретически возможным.

Сепараторы для обогащения в тяжелых суспензиях

Тяжелосредный сепаратор — сепаратор для обогащения в тяжелой среде. Требования обеспечения высокой точности разделения минеральных частиц при разнообразии вещественного состава полезных ископаемых и физико-химических свойств утяжелителей, обусловили создание множества конструкций сепараторов.

Конструкции тяжелосредных сепараторов классифицированы по ряду признаков:

• по крупности обогащаемого материала — сепараторы для крупных и средних классов, сепараторы для мелких

классов;

• по принципу действия — с расслоением в гравитационном поле сил, с расслоением в центробежном поле сил;

• по числу конечных продуктов обогащения — двухпродуктовые, трехпродуктовые;

• по способу стабилизации плотности суспензии — с механическим перемешиванием суспензии, с восходящим или нисходящим движением, с горизонтальным движением, с комбинированным движением;

• по форме рабочей камеры — пирамидальные, конусные, корытные, барабанные;

• по способу удаления продуктов обогащения — с самотечным удалением, с помощью скребкового конвейера, цепного устройства, лопастного устройства, элеваторного колеса.

Из многочисленных конструкций суспензионных сепараторов наибольшее распространение имеют следующие:

сепараторы колесного типа (СК) для обогащения углей и антрацитов крупностью -300 + 6 мм в магнетитовой суспензии;

конусные (OK, СК) для обогащения углей, руд и неметаллических полезных ископаемых крупностью -100 + 2 мм;

барабанные сепараторы спиральные и с элеваторной разгрузкой (СБС) для обогащения руд цветных, черных металлов и неметаллических полезных ископаемых;

суспензионные гидроциклопы (СГ) применяются для обогащения мелкозернистых руд и углей крупностью 6 (35) — 0,2 мм.

Тяжелая (потонувшая) фракция попадает в загрузочную часть аэролифта, транспортируется вверх по трубе и в дальнейшем направляется на грохот для отделения суспензии.

Колесный тяжелосредный сепаратор — тяжелосредный сепаратор, из ванны которого утонувший продукт удаляется вращающимся элеваторным колесом.

Тяжелосредный гидроциклон — аппарат для обогащения в тяжелой среде под влиянием центробежных сил.

Преимущества тяжелосредных гидроциклонов перед аппаратами, в которых разделение происходит только под действием сил тяжести, заключается в наличии центробежного поля, обеспечивающего повышение эффективности и скорости разделительных процессов.

Технологические параметры обогащения в тяжелых суспензиях

Наиболее важными технологическими параметрами в процессе ОТС являются реологические свойства минеральных суспензий: плотность, вязкость, напряжение сдвига и устойчивость. Эти свойства суспензий определяют эффективность разделения полезных ископаемых.

Плотность суспензии — это отношение массы суспензии к занимаемому ею объему (кг/м3 ).

Плотность суспензии определяет граничную плотность разделения. С увеличением объемного содержания утяжелителя и его плотности плотность суспензии увеличивается.

В качестве утяжелителей чаще всего применяют ферросилиций или магнетит. Ферросилиций гранулированный поставляется в готовом виде. При обогащении руд максимальная крупность измельченного ферросилиция не должна быть выше 0,15—0,2 мм.

При обогащении углей в качестве утяжелителя обычно используют магнетит. Он поставляется с горно-обогатительных комбинатов в готовом виде и представляет собой порошкообразный железорудный концентрат крупностью менее 100 мкм. На обогатительных фабриках применяют комплекс оборудования для автоматического приготовления и транспортирования суспензии (КАПТС).

Вязкость суспензии — это свойство оказывать сопротивление перемещению слоев относительно друг друга. Вязкость суспензии и напряжение сдвига характеризуют так называемые реологические свойства суспензии. Для ньютоновских жидкостей напряжение сдвига т пропорционально динамической вязкости и градиенту скорости (производной от скорости по нормали к поверхности сдвига dv/dn).

При высокой концентрации утяжелителя и наличии шлама или глины суспензии становятся структурно-вязкими. В таких суспензиях ухудшается разделение материала, особенно мелких зерен, которые не всплывают и не тонут, так как не могут преодолеть сопротивления среды.

Нормальные условия разделения обеспечиваются при динамической вязкости рабочей суспензии, не превышающей 0,007 Пас.

Устойчивость суспензии характеризует ее способность сохранять плотность в различных слоях по высоте разделительного аппарата. Устойчивость суспензии зависит от гранулометрического состава утяжелителя, его объемной концентрации и степени засорения суспензии шламом. Слайд 18. С уменьшением крупности утяжелителя и увеличением содержания шлама и глины устойчивость суспензии возрастает, что является положительным фактором. Однако при этом возрастает вязкость суспензии, что вызывает ухудшение результатов разделения обогащаемого материала.

Стабилизация суспензии осуществляется присутствующими в ней тонкими шламами обогащаемого материала или специальными добавками бентонитов (глин). Оптимальное содержание глины для стабилизирующего действия без чрезмерного повышения вязкости суспензии составляет 0,5—1 %.

При использовании тяжелых суспензий их плотность постоянно снижается вследствие загрязнения шламами, потерь утяжелителя с продуктами обогащения и поступления в процесс чистой воды. Для регенерации суспензии (восстановления ее плотности и удаления шламов) применяют магнитную сепарацию, флотацию, гравитационную сепарацию и другие методы. В частности, для регенерации магнетитовых суспензий используют магнитную сепарацию. При этом извлекаемый из разбавленных суспензий магнетит снова направляют в процесс.

Плотность утяжелителя должна быть достаточной для приготовления маловязкой и устойчивой суспензии в требуемом диапазоне плотности разделения.

Крупность утяжелителя должна соответствовать определенным требованиям в зависимости от типов аппаратов, в которых он используется.

Эффективность разделения (точность разделения) при обогащении в тяжелосредных сепараторах и гидроциклонах руд и углей может колебаться в значительных пределах в зависимости от изменяющихся плотности разделения, вязкости суспензии, производительности аппарата и других факторов.

Производительность сепаратора рассчитывается с учетом требований, предъявляемых к качеству одного из продуктов разделения, так как практически невозможно получить при разделении максимальное количество обоих продуктов высокого качества. Слайд 20

Принципы и теоретические основы отсадки

Отсадка — гравитационное обогащение в вертикальном пульсирующем потоке воды или воздуха.

Сущность процесса отсадки заключается в разделении смеси зерен полезного ископаемого по плотности в водной или воздушной среде, колеблющейся (пульсирующей) относительно разделяемой смеси в вертикальном направлении.

Исходный продукт, представляющий смесь минеральных зерен различной плотности, подается на решето, через отверстия которого проходит переменный по направлению и скорости восходящий и нисходящий поток воды. В начальном положении при нулевой скорости восходящего потока зерна минералов находятся в сплоченном состоянии. В период действия восходящего потока, движущегося со скоростью υ, большей скорости стесненного падения зерен данной плотности и крупности, материал взвешивается и происходит его перегруппировка во слоям плотности в соответствии со скоростями падения различных зерен. В период действия нисходящего потока происходит аналогичный процесс, но материал опускается и уплотняется. По истечении определенного времени, в зависимости от частоты и амплитуды колебаний водного потока, происходит полное разделение зерен по слоям плотности; наиболее плотные концентрируются в нижнем слое (на решете машины), а наиболее легкие — в верхнем.

В реальных процессах расслоение частиц в процессе отсадки происходит по плотности и крупности. При этом закономерности движения минеральных частиц весьма сложны и не имеют однозначного теоретического обоснования. Поскольку разрыхление слоя в процессе отсадки невелико, разделение частиц может происходить как по закономерностям разделения во взвешенном слое, так и по закономерностям сегрегации. В настоящее время известны две основные модели в изучении явлений расслоения частиц в процессе отсадки: детерминистская и статистическая.

Научные положения детерминистской модели основаны на различии в скоростях движения легких и тяжелых минеральных зерен в постели отсадочной машины. Тяжелые частицы при своем движении обгонят легкие и быстрее достигнут решета отсадочной машины. Тяжелые частицы концентрируются в нижнем слое на поверхности решета. Легкие частицы, отстающие при движении в скорости, располагаются в верхнем слое постели. Этой гипотезой можно объяснить поведение в постели машины зерен, мало отличающихся по размеру. В реальных условиях отсадке подвергают широко классифицированные смеси, не учитывая механического взаимодействия частиц при их массовом движении.

Научные положения статистической модели базируются на энергетической, суспензионной и вероятностно-статистической гипотезах разделения частиц при отсадке.

Энергетическая гипотеза представляет собой применение принципа стремления к минимуму потенциальной энергии системы к процессу отсадки.

Суспензионная гипотеза рассматривает постель в отсадочной машине как суспензию, в которой тяжелые частицы тонут, а легкие всплывают.

Вероятностно-статистическая гипотеза рассматривает отсадку как стохастический процесс.

Отсадочная машина — машина для гравитационного обогащения, в которой исходный материал разделяется на отсадочном решете под влиянием вертикальных колебаний жидкости или воздуха.

Отсадочная машина состоит из двух сообщающихся между собой отделений — отделения концентрации 1 и отделения пульсации 2. В концентрационном отделении укреплено решето 1, на котором разделяются минералы. В отделении пульсаций имеется устройство, сообщающее возвратно-поступательное движение воде, которой заполнена камера машины. Обогащаемое полезное ископаемое попадает на решето вместе с водой, которая транспортирует его вдоль машины, распределяя равномерным слоем, называемым постелью.