Процесс обогащения в тяжелых суспензиях заключается в разделении рудного материала по плотности отдельных кусков в гравитационном либо центробежном полях в суспензии, имеющей промежуточную плотность между тяжелой и легкой фракциями. Тяжелые суспензии, применяемые при обогащении, представляют собой механическую взвесь тонкодисперсных частиц тяжелых минералов (утяжелителей) в воде.
Для того чтобы частицы утяжелителя находились во взвешенном состоянии, применяют механическое перемешивание или создают циркулирующие потоки.
В качестве утяжелителей суспензии используют: минералы — пирит, пирротин, барит, магнетит, арсенопирит, галеиит; сплав — ферросилиций; металл — свинец. Нередко применяют смесь минералов и сплавов. Жидкой фазой обычно является вода, редко насыщенные растворы солей.
Обычно основной целью обогащения в тяжелых суспензиях является удаление пустой породы перед тонким измельчением руды, приводящее к снижению общих эксплуатационных расходов и нередко к повышению технологических показателей. Применение этого метода способствует интенсификации горных работ, вовлечению в эксплуатацию бедных руд; получаемая пустая порода может быть реализована в качестве строительного материала. Благодаря низкой стоимости обогащения в тяжелых суспензиях, снижается общая стоимость переработки руды на фабриках в среднем на 15— 20%.
Эффективность разделения в тяжелых суспензиях выше эффективности обогащения на отсадочных машинах и зависит от вещественного состава руды, физических свойств суспензии, типа сепараторов и крупности обогащаемого материала.
5. Отсадка
Отсадка является процессом разделения смеси рудных частиц по плотности в водной или воздушной среде, колеблющейся (пульсирующей) относительно разделяемой смеси в вертикальном направлении. В процессе отсадки материал, помещенный на решете, периодически разрыхляется и уплотняется. Пульсацию среды, в которой производят разделение, создают движением поршня, диафрагмы, периодической подачей в машину сжатого воздуха или колебаниями решета. Слой материала, находящийся на решете, при отсадке крупного материала называется постелью, а при отсадке мелкого материала (меньше 3—5 мм) — над постельным слоем.
Между над постельным слоем и решетом находится искусственная постель, состоящая из крупных тяжелых частиц обогащаемой руды или какого- либо другого материала. Воду, равномерно или периодически подаваемую под решето отсадочной машины, называют под решетной водой.
Циклом отсадки называется закономерность вертикального перемещения среды (или решета) в течение одного периода колебаний. Элементами цикла являются подъем, пауза, опускание среды.
Основным циклом, применяемым в отсадочных машинах, является гармонический (2 а).
Для широко классифицированной постели существуют две критические скорости — нижний, при которой взвешиваются самые мелкие частицы постели, и верхний — при которой взвешиваются наиболее крупные частицы.
Скорость движения подрешетной воды в отсадочных машинах при обогащении руд обычно не превышает 0,6 см/с. При такой скорости может разрыхляться лишь слой частиц мельче 0,5 мм. Постель из частиц крупнее 0,5 мм разрыхляется в основном колебаниями воды (или решета).
Известны две гипотезы механизма разрыхлений постели колебаниями воды. По первой гипотезе, подтвержденной прямыми наблюдениями, разрыхление происходит в результате подъема сплоченной постели восходящим потоком и отделения ее нижних слоев под действием силы тяжести отдельных частиц. При этом разрыхление постели, составленной из однородных частиц (искусственная постель), начинается снизу и распространяется постепенно вверх. Разрыхление ширококлассифицированной постели может начаться с верхних слоев, в которых обычно находится частицы меньшей гидравлической крупности. При достижении пульсирующим потоком воды скорости, достаточной для взвешивании нижнего слои постели, начинается разрыхление этого слоя, распространяющееся от верхнего и нижнего слоев к средней части постели.
По второй гипотезе разрыхление постели происходит одновременно в обе стороны от ее середины под действием гидродинамических сил (обусловленных, например, турбулентными вихрями). При этом расширение постели вниз приводит к задержанию нижних слоев у сита и более позднему движению их вверх.
Концентрация на столах
Концентрация на Столах является процессом разделения рудных частиц по плотности в тонком слое воды, текущей по слабонаклонной плоской деке, совершающей при помощи привода возвратно-поступательные движения в горизонтальной плоскости перпендикулярно к направлению движения воды.
Концентрация на столах применяется для обогащения руд олова, вольфрама, редких, благородных и черных металлов и других полезных ископаемых крупностью —3 + 0,01 мм.
Концентрационные столы используются также для флотогравитации.
За время пребывания материала на деке концентрационного стола происходит разрыхление слоя, расслаивание и транспортирование частиц в продольном (вдоль рифлей) и поперечном направлениях в соответствии с их плотностью и крупностью.
Разрыхление слоя частиц создается колебаниями деки и турбулентными вертикальными пульсациями, происходящими в потоке воды. Основным средством для разрыхления слоя в межрифлевом пространстве являются колебания деки, частота которых (4—7 Гц) существенно выше частоты главных вертикальных пульсаций потока воды на концентрационном столе (1—2,3 Гц. лад рифлями, 0,5—0,65 Гц в межрифлевом пространстве). Разрыхление слоя частиц является обязательным условием эффективного расслаивания на деке стола.
Наибольшую разрыхленность имеют нижние слои, расположенные вблизи деки, наименьшую средние слои. Дополнительное разрыхление верхних слоев, расположенных над рифлями, происходит под влиянием возмущений, производимых турбулентньими пульсациями, а также волнами на поверхности раздела пульпа—воздух.
На концентрационных столах с подбрасыванием разрыхление достигается также в результате отрыва слоя частиц от деки под действием вертикальной составляющей ее скорости.
Расслаивание на концентрационном столе имеет в значительной мере характер сегрегации. В нижних слоях потока располагаются Самые тонкие частицы большой плотности, над ними — более крупные той же плотности в смеси с мелкими частицами меньшей плотности, еще выше — последовательно мелкие и крупные частицы малой плотности (самые тонкие частицы — меньше 0,01 мм —движутся вместе с потоком воды).
Однако в результате воздействия турбулентных вихрей тонкие частицы большой и малой плотности частично вымываются в верхние слои.
Транспортирование частиц в продольном направлении осуществляется в результате возвратно-поступательного движения деки, в поперечном—потоком воды. Скорость продольного перемещения частиц зависит от закона движения деки (обусловленного конструкцией при водного механизма), абсолютного значения ее ускорения (определяемого произведением квадрата частоты.
7. Обогащение на шлюзах
Шлюз представляет собой желоб прямоугольного сечения с параллельными бортами, на дно которого укладываются улавливающие покрытия (жесткие трафареты или мягкие коврики), предназначенные для удержания осевших частиц тяжелых минералов. Для обогащения тонких классов (—0,15 мм) применяются также специальные шлюзы без трафаретов.
В текущем по наклонной поверхности шлюза потоке пульпы происходит расслаивание твердых частиц по плотности и крупности. Улавливающие покрытия дна, с одной стороны, задерживают опустившиеся частицы, с другой стороны, способствуя вихреобразованию, их взмучивают. На дне шлюза образуется движущаяся постель, в которой происходит расслаивание материала по плотности.
для эффективного обогащения на шлюзах необходимо создание условий, обеспечивающих транспортирование через всю длину самых крупных частиц пустой породы, разрыхление придонного слоя частиц, осаждение на дно частиц полезного (тяжелого) минерала минимальной для обогащаемого материала крупности. Указанные условия определяются параметрами потока (высота, скорость, содержание твердого) и улавливающих покрытий (тип, материал, интервалы между выступами), а также длиной желоба и физическими характеристиками частиц полезных компонентов и пустой породы (крупность, плотность, форма).
Материал на шлюз подают непрерывно до тех пор, пока ячейки трафаретов не заполнятся преимущественно частицами тяжелых минералов. После этого загрузку материала прекращают и производят сполоск шлюза. Сначала на Шлюз подают только воду для удаления оставшихся в верхнем слое легких минералов. Затем количество воды уменьшают и приступают к снятию трафаретов, тщательно смывая с них накопившийся материал. Этот материал перемещают деревянными или железными гребками вверх по дну шлюза для повторного удаления части пустой породи. Крупные куски породы, камни выбирают вручную и удаляют в отвал. Оставшийся на дне шлюза концентрат смывают в отдельный приемник и направляют в доводочные аппараты, устанавливаемые обычно вблизи шлюзов.
Как правило, сполоск производят раздельно для головной части шлюза, где оседает основное количество извлекаемого минерала, через небольшие промежутки времени и значительно реже с остальной части шлюза.
На шлюзах с неподвижной рабочей поверхностью интервал между сполосками изменяется в пределах от нескольких часов до 10—15 дней в зависимости от свойств обогащаемого материала, его крупности и содержания тяжелой фракции.
На шлюзах с движущейся рабочей поверхностью сполоск производят периодическим поворачиванием шлюзов (различными способами) и смыванием
Обогащение в желобах
Основным видом желобов, применяемых для гравитационного обогащения, являются суживающиеся желоба.
Суживающиеся желоба являются устройствами непрерывного действия, предназначенными для гравитационного обогащения в слое жидкости, текущей по наклонной плоскости.
Желоб (рис. 3) имеет плоское днище и сходящиеся под некоторым углом боковые стенки. Наиболее распространенные размеры желобов следующие: длина б10—1200 мм, ширина у загрузочного конца 230 мм, у разгрузочного - 25 мм, угол наклона 15_200.
Пульпу с содержанием твердого 50—60 % по массе (25—30% по объему) загружают на верхний широкий конец желоба, и она течет к узкому разгрузочному концу. Благодаря сужению желоба высота потока увеличивается от 1,5—2 мм у загрузочного конца до 7—12 мм у разгрузочного.
Средняя скорость движения пульпы по суживающемуся желобу зависит от объемной производительности и находится в пределах 0,3—1 м/с. Характер движения потока изменяется от ламинарного в начале желоба к турбулентному в конце его.
Вследствие высокого содержания твердого в питании основным процессом, определяющим разделение частиц в суживающемся желобе, является сегрегация. Она дополняется процессом взмучивания частиц турбулентными вихрями, поднимающими крупные легкие частицы, расположенные в верхней части придонного слоя, и выносящими из придонного слоя частицы малой гидравлической крупности. В результате взаимодействия указанных процессов у конца желоба в нижних слоях располагаются частицы большей плотности, а в верхних слоях — меньшей. Поэтому средняя скорость движения тяжелых частиц меньше средней скорости движения легких.
Мелкие частицы (меньше 0,05 мм для минералов плотностью 2,6—2,7 г/см3) взмучиваются турбулентными вихрями и распределяются равномерно по высоте потока. Вследствие этого такие частицы плохо обогащаются на суживающихся желобах.
Днище разгрузочного конца желоба на выходе закруглено, поэтому гниение ёлок потока, имеющие небольшую скорость движения, отклоняются вниз. Верхние же слои потока, имеющие большую скорость движения, по инерции устремляются вперед. Поскольку скорость потока недостаточна для его разрыва, он растягивается, сужаясь в плане, что позволяет рассечь его специальными рассекателями на отдельные струи с различным содержанием тяжелых минералов (концентрат, промпродукт, хвосты), В некоторых конструкциях расширение потока осуществляют дополнительно устанавливаемой наклонной плоскостью.
Сужение желоба, а также закругление дна на конце его не являются принципиально необходимыми для процесса разделения частиц на аппарату, они служат лишь средствами увеличения толщины потока с целью более удобного его рассечения. При одинаковой удельной производительности на желобах с параллельными и суживающимися стенками получают практически одинаковые результаты. Однако при постоянной производительности на желобе с параллельными стенками извлечение тяжелых минералов выше, чем на суживающемся, вследствие увеличения турбулентности на последнем.
Суживающиеся желоб? применяют при обогащении песков, главным образом россыпных месторождений, в которых полезные минералы представлены мелкими свободными частицами, существенно отличающимися по плотности от частиц породы. Их применяют также на железорудных обогатительных фабриках и некоторых фабриках, перерабатывающих коренные руды олова и редких металлов. На суживающихся желобах получают, как правило, черновые концентраты.
Преимущество суживающихся желобов перед другими аппаратами для гравитационного обогащения являются высокая удельная производительность, низкие капитальные затраты, отсутствие движущихся частей.
К недостаткам этих устройств относятся малая степень концентрации, возможность работы только на плотной исходной пульпе, резкое ухудшение показателей работы при колебаниях объема и плотности питания. Это вызывает необходимость введения перечисток продуктов, применения оборудования для сгущения пульпы и ее транспортирования и особенно четкой организации технологического процесса. Поэтому целесообразность применения этих устройств необходимо определять в каждом конкретном случае технико-экономическими расчетами.