1. Гравитационное обогащение
Современныеизменения в области гравитационного обогащения относятся главным образом к созданиювысокопроизводительного, высокоэффективного, но недорогого оборудования;современные гравитационные фабрики просты и недороги по сравнению с болееранними.
Относительнаядешевизна гравитационного обогащения крупных частиц обусловливает егопреимущество при определении способа отсортировки относительно крупныхбезрудных отходов даже на больших флотационных фабриках.
Сколько рудыизмельчают до флотационной крупности, не задумываясь о действительной степенираскрытия ценных минералов? Сколько материальных и трудовых ресурсов можносэкономить, не придерживаясь принципа измельчать каждую тонну руды докрупности, требуемой для флотации?
Сколько разимелась альтернатива, в то время как применялись дорогостоящие процессы, хотягравитационное обогащение было не только дешевле, но и обеспечивало лучшиехарактеристики получаемых продуктов?
Например, вработе показано, что гравитационное обогащение золота перед цианированием,используемым только в качестве контрольной операции, обеспечивает значительноеповышение извлечения очень тонкого золота.
С точкизрения экономики и затрат как труда, так и материалов не имеет смыслаигнорировать любой путь, который может существенно уменьшить и то, и другое.Так, где может быть использовано гравитационное обогащение? Очевидно, внастоящее время в угольной и железорудной отраслях промышленностигравитационное разделение считают основным методом обогащения. А в другихобластях?
Гравитационноеобогащение предпочтительно использовать для богатых руд, раскрытие минераловкоторых происходит при крупных размерах частиц, россыпных месторождений, атакже для предварительного обогащения и переработки руд в отдаленных районахили там, где требуются минимальные затраты. Наиболее трудно перерабатыватьжильные руды. В стадии сокращения крупности всегда получается определенная доляшламов, труднее всего извлекаемых гравитационными методами. Эффективностьобогащения наиболее тяжелых минералов россыпных месторождений высока, так какобычно в них порода полностью раскрывается с малым образованием шламов, акрупная фракция безрудна (пустая).
Гравитационноеобогащение — практически универсальный способ переработки бедных руд россыпныхместорождений, как в Северной Америке, так и в СНГ. И хотя применяемаятехнология может выглядеть архаичной, она проста, недорога, потребляет малоэнергии и остается наиболее экономичной.
Главнаяпроблема гравитационного обогащения— извлечение шламов— заключена в самомпроцессе. Разделение по плотности обычно происходит при пропускании друг задругом через процесс отдельных частиц. Это требует большой площадиконцентрации.
Даже наиболеесложные гравитационные аппараты для переработки шламов ограничивают нижнийпредел крупности практически 10 мкм.
Однако внастоящее время гравитационное обогащение используется для переработки неодного-двух, а целого ряда минералов— от андалузита до циркона, от угля доалмазов, от минеральных песков до оксидов металлов и от’ промышленных минераловдо редких металлов.
Несмотря нато, что гравитационные методы издавна широко используются во всем мире дляобогащения многих минералов, не существует точной науки, которая могла бы датьмодель и математическое описание процесса. Очевидно, что очень разнородноеоборудование используется из-за недостаточного понимания процессовгравитационного обогащения. В течение, длительного времени различныеисследователи изучают механизм действия этого оборудования; однако единойтеории обогащения не существует, и она не может быть создана.
2. Общие принципы разделения частиц при гравитационномобогащении
Гравитационнымипроцессами обогащения называются процессы, в которых разделение минеральныхчастиц, отличающихся плотностью, размером или формой, обусловлено различием вхарактере и скорости их движения в среде под действием силы тяжести и силсопротивления.
Кгравитационным процессам относятся отсадка, концентрация на столах, обогащениена шлюзах, желобах, винтовых сепараторах, обогащение в тяжелых жидкостях исуспензиях, гравитационная классификация, сгущение пульпы и частично промывкаруд.
В качестве среды,в которой осуществляется гравитационное обогащение, используют воду, воздух,тяжелые суспензии и жидкости.
Разделениечастиц при гравитационном обогащении обычно происходит в движущейся среде сдостаточно большим содержанием твердого. В этих условиях на частицы кроме силытяжести действуют силы:
гидродинамические(подъемная сила и сила сопротивления при обтекании частиц жидкостью);
возникающиепри столкновении частиц и их трении;
трения частицо дно или стенки машины, в которой осуществляется обогащение.
Определяющейсилой является гравитационная, хотя ее действие нельзя рассматриватьизолированно от других указанных сил. Гравитационная сила определяется массойтела и ускорением свободного падения сообщение частицам знакопеременныхсимметричных ускорений (например, с помощью вибраций) со средним значениембольше неизбежно уменьшает влияние гравитационной силы, увеличиваяперемешивание частиц, что в конечном счете должно приводить к ухудшениюпроцесса разделения. Поэтому в применяемых на практике гравитационных машинах иаппаратах (за исключением промывочных машин), ускорение, сообщаемое внешнимисилами частицам, как правило, не превосходит ускорения силы тяжести.
Вгравитационной машине (аппарате) частицы руды транспортируются вдоль нее водой,воздухом или с помощью вибраций поверхности, на которой производитсяобогащение, одновременно перемещаясь и вертикальном или близком к немунаправлении под действием силы тяжести. Распределение частиц по высоте потока,определяющее их разделение, происходит в соответствии с их крупностью,плотностью и формой в результате совместного действия указанных сил. Приодинаковой крупности и форме частиц, разделение происходит тем успешнее, чембольше разница в плотностях разделяемых минералов. Можно выделить два видаразделения частиц — гидравлическое и сегрегационное.
Гидравлическимназывается разделение частиц, при котором силы взаимодействия между частицамималы по сравнению с гидродина-мическими силами. Гидравлическое разделениепроисходит по законам свободного и стесненного падения частиц. При разделенииболее крупные частицы, имеющие большую скорость свободного падения, располагаются,как правило, ниже гидравлически менее крупных; в стесненных условиях прибольшой объемной концентрации частиц гидравлически мелкие частицы могутрасполагаться ниже крупных.
/>
Сегрегационным(сегрегацией) называется разделение частиц в условиях их соприкосновения, прикоторых силы взаимодействия между частицами преобладают я адгидродинамическими. Сегрегация может происходить под влиянием возмущающих силпеременного направления, возникающих при колебаниях среды, в которойпроизводится обогащение (отсадочные машины), или при колебаниях рабочейповерхности аппарата (концентрационные столы, вибрационные шлюзы).Экспериментально установлено, что при сегрегации частиц одинаковой плотностимелкие частицы располагаются ниже крупных; при сегрегации частиц различнойплотности в нижнем слое располагаются мелкие тяжелые частицы, над ними слойкрупных тяжелых частиц с мелкими легкими, в верхнем слое — крупные легкиечастицы. Скорость расслаивания при сегрегации увеличивается с повышениемкрупности и разности в плотностях разделяемых частиц, интенсивности вибраций иуменьшением толщины слоя. Она зависит также от формы частиц. Наблюдаемое присегрегации всплывание крупных тел в колеблющейся среде, составленной из мелкихчастиц, объясняется тем, что сила сопротивления при движении крупных частицвверх меньше, чем при движении их вниз. Сегрегация происходит также и безвибраций в потоках пульпы с большим содержанием твердого, текущих по наклоннымповерхностям, при скольжении друг по другу слоев частиц, расположенных наразличном расстоянии от твердой поверхности и перемещающихся с различной скоростью.При этом возникают дополнительные силы, зависящие от градиента скорости,обусловливающие преимущественное движение вверх крупных частиц.
Сегрегацияимеет значение для тех гравитационных процессов, при которых объемноесодержание твердого в пульпе достаточно велико (40—50 %). К таким процессамотносятся, например, отсадка, концентрация на столах в суживающихся желобах.для промывки и обогащения в тяжелых суспензиях (за исключением обогащения навиброжелобах) сегрегация не имеет существенного значения. При гравитационномобогащении часто в одной машине сочетаются оба процесса гидравлическоеразделение и сегрегация.
Гравитационныепроцессы являются массовыми, в них одновременно участвует большое количествочастиц, физические свойства которых (плотность, размер, форма) изменяются, какправило, не скачкообразно, а непрерывно в определенных интервалах. Массовостьналичие «неупорядоченного» перемешивания, вызванного турбулентными пульсациямисреды и соударениями частиц, позволяют характеризовать гравитационные процессыкак «квазидиффузию частиц», происходящую в полях силы тяжести игидродинамических. При этом кроме закономерного перемещения частиц, приводящегок их разделению, наблюдается случайное перемещение, нарушающее разделение исущественно замедляющее процесс. Как показывают исследования, случайныеперемещения при гравитационных процессах подчиняются статистическимзакономерностям.
Вгравитационных аппаратах и машинах разделение частиц происходит в разрыхленныхслоях, в которых твердые частицы находятся во взвешенном состоянии,обусловливаемом воздействием на них жидкости, газа или вибрирующих твердыхстенок. Толщина взвешенных слоев колеблется в широких пределах — от несколькихметров до миллиметров (концентрационные столы, шлюзы).
Энергетическаятеория разделения частиц. При разделении в любой гравитационной машине взвесьминеральных частиц в жидкости приближенно можно рассматривать как механическуюсистему тел, находящуюся в поле силы тяжести в неустойчивом равновесии.
Взвесьстремится занять положение устойчивого равновесия, достигаемое, согласнопринципу дирихле, при условии минимальности ее потенциальной энергии. Этомуусловию отвечает разделение взвеси на слои, в нижних из которыхсосредоточиваются преимущественно частицы большей плотности, а в верхних —меньшей. Как правило, разделение взвесей в гравитационных процессах обогащенияпроисходит с уменьшением потенциальной энергии системы. Однако в условияхсегрегации возможны случаи (обычно при ускорениях больших), когда «всплывание»крупных частиц в слое мелких происходит при увеличении потенциальной энергиисистемы.
3. Промывка
Промывкойназывается процесс дезинтеграции (разрыхления, диспергирования) глинистогоматериала, содержащегося в руде, с одновременным отделением его от рудныхчастиц в виде глинистой суспензии (шлама) под действием воды и соответствующихустройств. Глинистые примеси могут находиться в горной массе в виде примазок ипленок на рудных частицах, конгломератов с кусками руды и отдельных комьев. Вруде, поступающей на переработку, возможно присутствие глинистых примесей вовсех трех состояниях.
Промывкаможет быть самостоятельным процессом, в результате которого выделяетсяконцентрат, или подготовительным процессом, после которого мытая руданаправляется на дальнейшее обогащение. Процесс промывки широко применяется приобогащении железных и марганцевых руд, россыпей цветных, редких и благородныхметаллов, нерудных строительных материалов (щебень, гравий и песок), кварцевыхпесков, флюсовых известняков и других материалов.
При выборесхемы и оборудования для промывки применительно к конкретным условиямнеобходимо оценить промывистость материала. Под промывистостью руды понимаетсяспособность материала очищаться от глинистых примесей в процессе промывки.Промывистость материала определяется физико-механическими свойствами глинистыхпримесей (гранулометрический состав, пластичность, пластическая прочность, иминералопетрографическая характеристика) и промываемой руды (гранулометрическийсостав, содержание глинистых примесей и др.). Известно несколько способовоценки промывистости:
а) косвенныйпо физико-механическим свойствам глинистых примесей, характеризующим ихпластическое состояние (число пластичности, пластическая прочность,определяемая по глубине погружения в образец конуса пластометра Бойченко), исодержанию частиц менее 0,005 мм;
б) поудельному расходу электроэнергии затрачиваемой на промывку;
в) повремени, необходимому для полного удаления глинистых примесей;
г) похарактерному времени и максимальной скорости промывки, определяемымэкспериментально.
Числомпластичности называется разность между влажностью глины (содержанием воды) приверхнем пределе текучести (когда влажная глина растекается, по плоскости) инижнем пределе текучести (когда глина при давлении рассылается)
Физико-механическиесвойства глинистых включений не всегда точно характеризуют промывистостьматериала. Однако они позволяют произвести предварительную оценкупромывистости, не выполняя экспериментов по промывке.
Способы «б»,«в», «г» позволяют точнее оценить промывистость материала, но требуютпроведения экспериментов по промывке.
Параметрыпромывки (способ «г») введены на основании изучения кинетики промывки впериодически действующей промывочной машине, в соответствии с которой интенсивность(скорость) извлечения глинистых примесей в слив 1 имеет максимум 10,достигаемый в момент времени, названный характерным временем промывки.
Способподготовки руды перед промывкой. Предварительное замачивание горной массы передее промывкой для снижения прочности глины улучшает показатели процесса(снижается время промывки не менее чем на 25 %, повышается извлечениеглинистых примесей в слив). Например, при промывке марганцевых рудНикопольского месторождения без предварительного замачивания выход немытойглины составлял 6,6%, а после предварительного замачивания в течение 2—4 чснизился до 1,5—0,6%.
Предварительнаяподсушка руды вызывает снижение прочности глины вследствие уменьшения ее объемаи возникновения внутренних скалывающих напряжений и способствует сокращениювремени диспергирования глины при погружении ее в воду. При подсушке рудНикопольского месторождения в течение 5 сут. влажность кусков глиныпонижалась с 17,8 до 14,8%. После промывки такого материала количество неразмытой глины сократилось в 2 раза.
Предварительнаясортировка руды на узкие классы также позволяет существенно улучшить показателипромывки в результате оптимизации гранулометрического состава промываемогоматериала и содержания в нем глинистых примесей.
При маломсодержании крупных зерен, несмотря на развитость поверхности кусков руды, силатрения недостаточна для полного диспергирования глины, и наоборот, при большомсодержании крупных зерен промывка ухудшается из-за плохого контакта их сглиной. Промывка ухудшается при увеличении крупности кусков глины иихсодержания в руде.
Расход воды.С увеличением расхода воды до определенного предела улучшается качествопромывки. Оптимальный удельный расход воды определяется экспериментально.Например, при промывке марганцевых руд Никопольского месторождения в бичевыхмашинах он составляет З м3/т.
Температураводы. При подогреве воды с 10 до 40 °С скорость размыва глины увеличиваетсяприблизительно вдвое.
Солевойсостав воды. добавка реагентов (кальцинированной соды, жидкого стекла и др.)повышает эффективность и снижает время размыва глины.
4. Обогащение в тяжелых суспензиях
Процессобогащения в тяжелых суспензиях заключается в разделении рудного материала поплотности отдельных кусков в гравитационном либо центробежном полях в суспензии,имеющей промежуточную плотность между тяжелой и легкой фракциями. Тяжелыесуспензии, применяемые при обогащении, представляют собой механическую взвесьтонкодисперсных частиц тяжелых минералов (утяжелителей) в воде.
Для тогочтобы частицы утяжелителя находились во взвешенном состоянии, применяютмеханическое перемешивание или создают циркулирующие потоки.
В качествеутяжелителей суспензии используют: минералы — пирит, пирротин, барит, магнетит,арсенопирит, галеиит; сплав — ферросилиций; металл — свинец. Нередко применяютсмесь минералов и сплавов. Жидкой фазой обычно является вода, редко —насыщенные растворы солей.
Обычноосновной целью обогащения в тяжелых суспензиях является удаление пустой породыперед тонким измельчением руды, приводящее к снижению общих эксплуатационныхрасходов и нередко к повышению технологических показателей. Применение этогометода способствует интенсификации горных работ, вовлечению в эксплуатациюбедных руд; получаемая пустая порода может быть реализована в качестве строительногоматериала. Благодаря низкой стоимости обогащения в тяжелых суспензиях,снижается общая стоимость переработки руды на фабриках в среднем на 15— 20%.
Эффективностьразделения в тяжелых суспензиях выше эффективности обогащения на отсадочныхмашинах и зависит от вещественного состава руды, физических свойств суспензии,типа сепараторов и крупности обогащаемого материала.
5. Отсадка
Отсадкаявляется процессом разделения смеси рудных частиц по плотности в водной иливоздушной среде, колеблющейся (пульсирующей) относительно разделяемой смеси ввертикальном направлении. В процессе отсадки материал, помещенный на решете,периодически разрыхляется и уплотняется. Пульсацию среды, в которой производятразделение, создают движением поршня, диафрагмы, периодической подачей в машинусжатого воздуха или колебаниями решета. Слой материала, находящийся на решете,при отсадке крупного материала называется постелью, а при отсадке мелкогоматериала (меньше 3—5 мм) — над постельным слоем.
Между над постельнымслоем и решетом находится искусственная постель, состоящая из крупных тяжелыхчастиц обогащаемой руды или какого- либо другого материала. Воду, равномерноили периодически подаваемую под решето отсадочной машины, называют под решетнойводой.
Цикломотсадки называется закономерность вертикального перемещения среды (или решета)в течение одного периода колебаний. Элементами цикла являются подъем, пауза,опускание среды.
Основнымциклом, применяемым в отсадочных машинах, является гармонический (2 а).
/>
Для ширококлассифицированной постели существуют две критические скорости — нижний, прикоторой взвешиваются самые мелкие частицы постели, и верхний — при которойвзвешиваются наиболее крупные частицы.
Скоростьдвижения подрешетной воды в отсадочных машинах при обогащении руд обычно непревышает 0,6 см/с. При такой скорости может разрыхляться лишь слой частицмельче 0,5 мм. Постель из частиц крупнее 0,5 мм разрыхляется в основном колебаниями воды (или решета).
Известны двегипотезы механизма разрыхлений постели колебаниями воды. По первой гипотезе,подтвержденной прямыми наблюдениями, разрыхление происходит в результатеподъема сплоченной постели восходящим потоком и отделения ее нижних слоев поддействием силы тяжести отдельных частиц. При этом разрыхление постели,составленной из однородных частиц (искусственная постель), начинается снизу ираспространяется постепенно вверх. Разрыхление ширококлассифицированной постелиможет начаться с верхних слоев, в которых обычно находится частицы меньшейгидравлической 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 второйгипотезе разрыхление постели происходит одновременно в обе стороны от еесередины под действием гидродинамических сил (обусловленных, например,турбулентными вихрями). При этом расширение постели вниз приводит к задержаниюнижних слоев у сита и более позднему движению их вверх.
6. Концентрация на столах
Концентрацияна Столах является процессом разделения рудных частиц по плотности в тонкомслое воды, текущей по слабонаклонной плоской деке, совершающей при помощипривода возвратно-поступательные движения в горизонтальной плоскостиперпендикулярно к направлению движения воды.
Концентрацияна столах применяется для обогащения руд олова, вольфрама, редких, благородныхи черных металлов и других полезных ископаемых крупностью —3 + 0,01 мм.
Концентрационныестолы используются также для флотогравитации.
За времяпребывания материала на деке концентрационного стола происходит разрыхлениеслоя, расслаивание и транспортирование частиц в продольном (вдоль рифлей) ипоперечном направлениях в соответствии с их плотностью и крупностью.
Разрыхлениеслоя частиц создается колебаниями деки и турбулентными вертикальнымипульсациями, происходящими в потоке воды. Основным средством для разрыхленияслоя в межрифлевом пространстве являются колебания деки, частота которых (4—7Гц) существенно выше частоты главных вертикальных пульсаций потока воды наконцентрационном столе (1—2,3 Гц. лад рифлями, 0,5—0,65 Гц в межрифлевомпространстве). Разрыхление слоя частиц является обязательным условиемэффективного расслаивания на деке стола.
Наибольшуюразрыхленность имеют нижние слои, расположенные вблизи деки, наименьшую —средние слои. Дополнительное разрыхление верхних слоев, расположенных надрифлями, происходит под влиянием возмущений, производимых турбулентньимипульсациями, а также волнами на поверхности раздела пульпа—воздух.
Наконцентрационных столах с подбрасыванием разрыхление достигается также врезультате отрыва слоя частиц от деки под действием вертикальной составляющейее скорости.
Расслаиваниена концентрационном столе имеет в значительной мере характер сегрегации. Внижних слоях потока располагаются Самые тонкие частицы большой плотности, надними — более крупные той же плотности в смеси с мелкими частицами меньшейплотности, еще выше — последовательно мелкие и крупные частицы малой плотности(самые тонкие частицы — меньше 0,01 мм —движутся вместе с потоком воды).
Однако в результатевоздействия турбулентных вихрей тонкие частицы большой и малой плотностичастично вымываются в верхние слои.
Транспортированиечастиц в продольном направлении осуществляется в результатевозвратно-поступательного движения деки, в поперечном—потоком воды. Скоростьпродольного перемещения частиц зависит от закона движения деки (обусловленногоконструкцией при водного механизма), абсолютного значения ее ускорения(определяемого произведением квадрата частоты.
7. Обогащение на шлюзах
Шлюз представляетсобой желоб прямоугольного сечения с параллельными бортами, на дно которогоукладываются улавливающие покрытия (жесткие трафареты или мягкие коврики),предназначенные для удержания осевших частиц тяжелых минералов. Для обогащениятонких классов (—0,15 мм) применяются также специальные шлюзы без трафаретов.
В текущем понаклонной поверхности шлюза потоке пульпы происходит расслаивание твердыхчастиц по плотности и крупности. Улавливающие покрытия дна, с одной стороны,задерживают опустившиеся частицы, с другой стороны, способствуявихреобразованию, их взмучивают. На дне шлюза образуется движущаяся постель, вкоторой происходит расслаивание материала по плотности.
дляэффективного обогащения на шлюзах необходимо создание условий, обеспечивающихтранспортирование через всю длину самых крупных частиц пустой породы,разрыхление придонного слоя частиц, осаждение на дно частиц полезного(тяжелого) минерала минимальной для обогащаемого материала крупности. Указанныеусловия определяются параметрами потока (высота, скорость, содержание твердого)и улавливающих покрытий (тип, материал, интервалы между выступами), а такжедлиной желоба и физическими характеристиками частиц полезных компонентов ипустой породы (крупность, плотность, форма).
Материал нашлюз подают непрерывно до тех пор, пока ячейки трафаретов не заполнятсяпреимущественно частицами тяжелых минералов. После этого загрузку материалапрекращают и производят сполоск шлюза. Сначала на Шлюз подают только воду дляудаления оставшихся в верхнем слое легких минералов. Затем количество водыуменьшают и приступают к снятию трафаретов, тщательно смывая с них накопившийсяматериал. Этот материал перемещают деревянными или железными гребками вверх подну шлюза для повторного удаления части пустой породи. Крупные куски породы,камни выбирают вручную и удаляют в отвал. Оставшийся на дне шлюза концентрат смываютв отдельный приемник и направляют в доводочные аппараты, устанавливаемые обычновблизи шлюзов.
Как правило,сполоск производят раздельно для головной части шлюза, где оседает основноеколичество извлекаемого минерала, через небольшие промежутки времени изначительно реже с остальной части шлюза.
На шлюзах снеподвижной рабочей поверхностью интервал между сполосками изменяется впределах от нескольких часов до 10—15 дней в зависимости от свойствобогащаемого материала, его крупности и содержания тяжелой фракции.
На шлюзах сдвижущейся рабочей поверхностью сполоск производят периодическим поворачиваниемшлюзов (различными способами) и смыванием
8. Обогащение в желобах
Основнымвидом желобов, применяемых для гравитационного обогащения, являютсясуживающиеся желоба.
Суживающиесяжелоба являются устройствами непрерывного действия, предназначенными длягравитационного 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, ширинау загрузочного конца 230 мм, у разгрузочного — 25 мм, угол наклона 15_200.
Пульпу ссодержанием твердого 50—60 % по массе (25—30% по объему) загружают наверхний широкий конец желоба, и она течет к узкому разгрузочному концу.Благодаря сужению желоба высота потока увеличивается от 1,5—2 мм у загрузочногоконца до 7—12 мм у разгрузочного.
Средняяскорость движения пульпы по суживающемуся желобу зависит от объемнойпроизводительности и находится в пределах 0,3—1 м/с. Характер движения потокаизменяется от ламинарного в начале желоба к турбулентному в конце его.
Вследствиевысокого содержания твердого в питании основным процессом, определяющимразделение частиц в суживающемся желобе, является сегрегация. Она дополняетсяпроцессом взмучивания частиц турбулентными вихрями, поднимающими крупные легкиечастицы, расположенные в верхней части придонного слоя, и выносящими изпридонного слоя частицы малой гидравлической крупности. В результатевзаимодействия указанных процессов у конца желоба в нижних слоях располагаютсячастицы большей плотности, а в верхних слоях — меньшей. Поэтому средняяскорость движения тяжелых частиц меньше средней скорости движения легких.
Мелкиечастицы (меньше 0,05 мм для минералов плотностью 2,6—2,7 г/см3) взмучиваютсятурбулентными вихрями и распределяются равномерно по высоте потока. Вследствиеэтого такие частицы плохо обогащаются на суживающихся желобах.
Днищеразгрузочного 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. Посколькускорость потока недостаточна для его разрыва, он растягивается, сужаясь вплане, что позволяет рассечь его специальными рассекателями на отдельные струис различным содержанием тяжелых минералов (концентрат, промпродукт, хвосты), Внекоторых конструкциях расширение потока осуществляют дополнительноустанавливаемой наклонной плоскостью.
Сужениежелоба, а также закругление дна на конце его не являются принципиальнонеобходимыми для процесса разделения частиц на аппарату, они служат лишьсредствами увеличения толщины потока с целью более удобного его рассечения. Приодинаковой удельной производительности на желобах с параллельными и суживающимисястенками получают практически одинаковые результаты. Однако при постояннойпроизводительности на желобе с параллельными стенками извлечение тяжелыхминералов выше, чем на суживающемся, вследствие увеличения турбулентности напоследнем.
Суживающиесяжелоб? применяют при обогащении песков, главным образом россыпныхместорождений, в которых полезные минералы представлены мелкими свободнымичастицами, существенно отличающимися по плотности от частиц породы. Ихприменяют также на железорудных обогатительных фабриках и некоторых фабриках,перерабатывающих коренные руды олова и редких металлов. На суживающихся желобахполучают, как правило, черновые концентраты.
Преимуществосуживающихся желобов перед другими аппаратами для гравитационного обогащенияявляются высокая удельная производительность, низкие капитальные затраты,отсутствие движущихся частей.
К недостаткамэтих устройств относятся малая степень концентрации, возможность работы толькона плотной исходной пульпе, резкое ухудшение показателей работы при колебанияхобъема и плотности питания. Это вызывает необходимость введения перечистокпродуктов, применения оборудования для сгущения пульпы и ее транспортирования иособенно четкой организации технологического процесса. Поэтому целесообразностьприменения этих устройств необходимо определять в каждом конкретном случаетехнико-экономическими расчетами.
9. Обогащение на винтовых сепараторах
Винтовойсепаратор (рис. 4) представляет собойнеподвижный винтообразный желоб с вертикальной осью. Пульпа подается в верхнюючасть желоба и под действием силы тяжести стекает по нему вниз в виде тонкого(6—15 мм) слоя. Тяжелые и легкие минералы сосредоточиваются соответственно увнутреннего и наружного боргов сепаратора и разгружаются через специальныеприемники.
Разновидностьювинтовых сепараторов являются винтовые шлюзы.
Винтовыесепараторы широко применяют для обогащения мелкозернистых песков, содержащихильменит, циркон, рутил и другие полезные ископаемые, а также для обогащениякоренных руд редких и благородных металлов, железных руд, фосфоритов, хромитови алмазов.
Потоку пульпыв винтовом сепараторе свойственны признаки, характерные для безнапорного(руслового) потока. Среди них существенным для разделения частиц на винтовомсепараторе является наличие поперечной циркуляции потока, обусловленноеразличием в скоростях движения жидкости у дна и у поверхности, увеличеннымблагодаря действию центробежной силы.
Средняяскорость поперечной циркуляции потока пульпы, по экспериментальным данным, в 3-5 раз меньше средней скорости потока вдоль желоба и составляет 0,3—0,4 м/с увнешнего борта и 0,1—0,13 М/с — у внутреннего.
Движениечастиц по винтовому желобу сепаратора в продольном направлении происходит поддействием динамического давления потока воды, силы тяжести, трения о дно желобаи инерционных (центробежных) сил в основном во взвешенном состоянии. Благодаряразличию в продольных скоростях движения воды по поперечному сечению потокачастицы минерала, находящиеся на различном расстоянии от оси сепаратора, транспортируютсявдоль желоба с различной скоростью — минимальной у внутреннего борта имаксимальной — у внешнего. Частицы в верхних слоях потока имеют большуюскорость продольного движения, чем частицы у дна желоба. Попав на желобвинтового сепаратора, частицы начинают распределяться по глубине потока всоответствии с их гидравлической крупностью. Одновременно под влияниемциркулирующих потоков воды, центробежных и гравитационных сил происходитперемещение частиц в поперечном направлении: находящиеся в верхних слояхчастицы меньшей гидравлической крупности (преимущественно зерна легкихминералов) относятся к внешнему борту, а находящиеся в нижних слоях (частицытяжелых минералов и крупные — легких) — к внутреннему. Крупные частицы малойплотности в областях, близких к внутреннему борту, выступают за пределы зоны,где циркулирующие потоки направлены к оси сепаратора, и относятся к периферии.Мелкие частицы большой плотности не выходят за пределы указанной выше зоны исносятся циркулирующими потоками к внутреннему борту желоба. После прохожденияпульпой нескольких витков (обычно двух-трех) основное распределение частицзаканчивается и частицы перемещаются по траекториям, близким к винтовым линиям,на постоянных расстояниях от оси сепаратора. При этом происходит некотороеперераспределение частиц, случайно попавших в «чужую» зону. Этому способствуетподача дополнительной воды у внутреннего борта сепаратора.