Разделение минерального сырья в несущих потоках малой толщины

23.09.2020

К процессам разделения во взвесенесущих потоках малой толщины относятся винтовая сепарация, обогащение на струйных желобах и других аппаратах на их основе (конусные сепараторы, сепараторы Рейхерта), шлюзах и концентрационных столах. Общим для этих процессов представляется то, что главный фактор разрыхления и разделения в них — взвесенесущий поток. Кроме того, в каждом конкретном процессе используются различные дополнительные факторы, определяющие специфику разделения. Для процесса винтовой сепарации это обусловлено винтовым движением потока, при котором развиваются центробежные силы и возникает поперечная циркуляция потока.

Наиболее эффективно применение винтовых сепараторов при обогащении россыпных руд, например титано-циркониевых песков. Технологические схемы при этом строятся полностью на винтовых сепараторах и их характерной чертой являются значительные циркулирующие нагрузки. Аналогичное решение имеют схемы для обогащения железных и хромитовых руд. При обогащении коренных редкометалльных и оловянных руд винтовые аппараты используются для выполнения отдельных операций в сочетании с отсадочными машинами и концентрационными столами.

Для испытаний по винтовой сепарации используют преимущественно трехвитковые сепараторы диаметром 250 мм, имеющие один отсекатель в конце желоба. Для укрупненных опытов используют пятивитковые сепараторы диаметром 500 мм с тремя отсекателями. Производительность первого сепаратора 30—60 кг/ч, на россыпях до 100 кг/ч, второго соответственно 300—500 и 1000 кг/ч при крупности обрабатываемого материала до 0,3—1 мм (порода может быть крупнее). Минимальная навеска для испытаний на первом сепараторе составляет 5 кг, на втором — 30—50 кг.

Задачей винтовой сепарации является обычно предварительная концентрация или контрольная перечистка хвостов либо шламов (на винтовых шлюзах). При пониженных нагрузках шламы обогащаются на сепараторе ВСП (винтовой сепаратор поисковый диаметром 250 мм). В этом случае веер материала занимает только выположенную часть желоба, толщина потока при этом <3 мм.

Начальная фаза разделения в желобе винтового сепаратора — формирование минерального веера. Поступающий на желоб поток питания расслаивается прежде всего в вертикальном направлении. Гидравлически наиболее крупные частицы выпадают в донный слой и одновременно происходит формирование потока в соответствии с формой желоба. При этом избыточная жидкая фаза потока под действием центробежных сил уходит к внешнему борту желоба. Ближе к внутреннему борту движется взвесенесущий поток высокой концентрации. Этот процесс разделения твердой и жидкой фаз продолжается и далее, то есть наблюдается прогрессирующее обезвоживание минерального веера.

Процесс разделения в сформировавшемся потоке состоит в постепенном выделении в нижний слой тяжелых частиц, сначала гидравлически более крупных, затем мелких. Далее мелкие частицы переходят в донный слой по сегрегационному механизму.

В процессе поперечной циркуляции легкие частицы верхнего слоя отбрасываются к внешнему борту, а тяжелые частицы донного слоя, движущиеся с меньшей скоростью и поэтому мало подверженные действию центробежных сил, постепенно смещаются под действием гравитационных сил к внутреннему борту.

Таким образом, первоначальное расслаивание по вертикали превращается в разделение в горизонтальном направлении, в результате образуется минеральный веер, распределение в котором зернистых частиц сходно с веером концентрационного стола, то есть наиболее тяжелые и тонкие частицы движутся у внутреннего борта, а крупные и легкие — во внешней стороне минерального веера.

Разделение материала во всех процессах обогащения во взвесенесущих потоках осуществляется как по плотности, так и по крупности, При винтовой сепарации влияние фактора крупности проявляется более заметно, чем в других процессах, так как центробежные силы и поперечная циркуляция способствуют выносу крупных зерен в периферийную область винтового потока. В то же время центробежные силы, соединяясь с гравитационными, способствуют извлечению тяжелых тонких частиц, случайно попавших в верхние слои потока. Поэтому для извлечения тонких зерен процесс винтовой сепарации благоприятен. Форма зерен при обогащении на винтовом сепараторе имеет большое значение. Округлые зерна извлекаются труднее, чем плоские, что составляет особенность разделительной характеристики винтовых аппаратов, которую следует учитывать при их использовании.

В случае, когда зерна тяжелых минералов имеют плоскую форму, материал обогащается лучше на винтовом сепараторе, чем на других гравитационных аппаратах. Если же плоскую форму имеют зерна пустой породы, то обогащение на винтовых сепараторах такого материала будет трудным.

Влияет на процесс крупность обрабатываемой руды.

Большое значение для винтовой сепарации имеют параметры взвесенесущего потока: глубина, скорость, кинематическая структура, а следовательно, размеры и профиль винтового желоба, уклон в продольном и поперечном направлениях, нагрузка по твердому и по объему. Кроме того, как обычно, значительное влияние оказывает характеристика обрабатываемого материала.

На сепараторах MOЛM, ВСП и даже BCP (винтовой сепаратор разведочный диаметром SOO мм) глубина потока в центральной части минерального веера равна 1—3 мм, поэтому поток характеризуется здесь малой скоростью (< 0,3 м/с для твердой фазы) и мелкомасштабной турбулентностью. Нижний предел крупности обогащаемого материала составляет для тяжелых зерен (касситерит, вольфрамит) 30—40 мкм, а при пониженной нагрузке — до 20 мкм. Верхний же предел крупности обогащаемого материала составляет для этих аппаратов < 1 мм (лучше -0,5 мм). Близкие к указанным значения скорости и глубины потока наблюдаются и на винтовых шлюзах, специально предназначенных для обогащения тонкозернистого материала.

На винтовых сепараторах диаметром 1000 мм глубина потока составляет 15—40 мм, а скорость достигает 2—3 м/с. В этих условиях нижний предел крупности обогащаемого материала повышается до 150 мкм, однако верхний предел крупности питания повышается по тяжелым минералам до 3—4 мм и по легким — до 15—20 мм.

Продольный уклон желоба различен у внутреннего и внешнего борта, поэтому удобно задавать его шагом винтовой линии (H) по отношению к диаметру сепаратора (Д), то есть отношением Н/Д. По практическим данным значение Н/Д от 0,4 до 0,7, чаще 0,5—0,6. Для сепараторов большого диаметра оно обычно больше, чем для малогабаритных. Повышение шага при постоянной нагрузке увеличивает скорость потока и, следовательно, турбулентность. Однако одновременно уменьшается глубина потока, увеличивается градиент скорости по высоте. Поэтому улучшается разрыхление. Суммарный результат может быть различным в зависимости от того, какой эффект окажется превалирующим.

Для прецизионного разделения следует работать при меньшем шаге, с минимальной нагрузкой и достаточным разжижением.

При обогащении руд с повышенной плотностью, руд с плоской формой тяжелых зерен, а также при повышенной нагрузке шаг следует увеличивать.

При работе на сепараторах с переменным шагом типа ВСП и BCP следует иметь в виду, что их конструкция не позволяет увеличить шаг более чем до 0,55 Д, иначе деформируется желоб.

Профиль желоба выбирается в зависимости от крупности и плотности обрабатываемой руды. Для тяжелого и мелкого материала требуется профиль с небольшим поперечным уклоном, при сепарации крупного материала предпочтительней большой уклон, чтобы компенсировать ускорение центробежных сил, которое для такого материала значительно. Такой же уклон рекомендуется при обогащении легких материалов: угля, антрацита. Профиль сепараторов ВСП и BCP — эллипс с соотношением осей 1:2; такой профиль оказался наиболее универсальным. Весьма важно, чтобы профиль был постоянным по всей длине сепаратора, иначе веер становится неустойчивым и результаты разделения резко ухудшаются.

Нагрузка по твердому влияет на ход процесса в основном через увеличение толщины взвесенесущего потока. При повышении нагрузки, начиная с малых значений, прежде всего увеличивается ширина минерального веера, толщина же слоя увеличивается незначительно, пока веер занимает только внутреннюю половину желоба с малым поперечным уклоном. Как только внешняя сторона веера распространяется на ту часть желоба, где поперечный уклон значителен, с повышением нагрузки заметно увеличиваются толщина взвесенесущего слоя и скорость, интенсифицируется турбулентное перемешивание и, следовательно, ухудшается и разделение. В определенном диапазоне значений производительности процесс винтовой сепарации является устойчивым; за пределами этого диапазона процесс становится весьма чувствительным к нагрузке и даже незначительное увеличение ее заметно ухудшает разделение. При большой перегрузке разделение почти прекращается; выделяется лишь небольшая часть концентрата, хвосты же совсем не получаются.

Критическое значение нагрузки зависит от крупности и обогатимости материала. При обогащении россыпных руд с окатанными зернами оно намного выше, чем для мелкого дробленого материала.

Разжижение питания при малых нагрузках может быть порядка (4—6):1 и даже больше. При повышенных нагрузках оно составляет порядка (3—4):1. Здесь определяющим моментом является заполнение желоба, которое не должно быть слишком малым (иначе обезвоживается веер материала), но и не избыточным, чтобы слой воды над материалом был тонким (< 2—4 мм) и материал не взмучивался. При выполнении этих условий разжижение питания не имеет решающего значения, поскольку избыток воды движется у внутреннего борта в стороне от минерального веера. Однако вследствие развития здесь поперечной циркуляции жидкой фазы материал внешней части веера частично захватывается и взмучивается. Избыток воды поэтому нежелателен.

Смывная вода подается для «оживления» процесса разделения, замедляющегося при обезвоживании внутренней части веера, а также для интенсификации поперечной циркуляции. Подача смывной воды равномерно по всему желобу через перфорированную резиновую трубку улучшает качество концентрата, но наиболее тонкие зерна при этом вымываются и извлечение их ухудшается. Более целесообразна поэтому сосредоточенная подача смывной воды после каждого отсекателя. Струя смывной воды отбрасывает минеральный веер к внешнему борту, после чего он заново формируется. Процесс расслаивания при этом интенсифицируется и технологические показатели улучшаются. На сепараторе с тремя отсекателями и двумя точками подачи смывной воды имитируется основная сепарация и двойная перечистка хвостов. На сепараторах с одним отсекателем в конце желоба, где такой прием невозможен, лучше работать без смывной воды.

Предварительная классификация материала перед винтовой сепарацией обычно не практикуется. При обогащении россыпей подготовка материала заключается в отсеве крупного класса и удалении шламов в случае значительного (15—20 %) их содержания.

При подборе режима винтовой сепарации ограничиваются нагрузкой и разжижением пульпы. Очень важно, чтобы они оставались постоянными во время опыта. Изменение шага винтовой линии является довольно сложной процедурой, так как необходимо обеспечить постоянство профиля желоба; поэтому как фактором оперативной регулировки не пользуются изменением шага. Ho когда процесс винтовой сепарации является основным в технологической схеме, то подбор оптимального шага винтовой линии является обязательным этапом исследований. В остальных случаях шаг винтовой линии сохраняют постоянным: 230—250 мм для сепараторов ВСР, 110—120 мм для сепараторов ВСП.

Нагрузка сепаратора BCP при обогащении коренных руд крупностью -1,0 мм или -0,5 мм принимается 200—400 кг/ч, при обогащении россыпей — вдвое выше. Разжижение -1:4—1:6, для россыпей -1:3—1:4. Для сепараторов ВСП нагрузка находится в пределах 40—60 кг/ч, при россыпном материале до 100 кг/ч. Расход воды не пропорционален нагрузке, он принимается главным образом по наполнению желоба и для сепаратора BCP колеблется обычно от 1,5 до 2,0 м3/ч. Таким образом, при пониженных нагрузках пульпа получается более разжиженной.

Выбранный «стартовый» режим винтовой сепарации корректируется по визуальному наблюдению процесса: наполнению желоба, фактической ширине минерального веера и глубине потока; окончательно — по данным опробования. Эта вторая корректировка необходима в случае, когда анализ продуктов разделения покажет неудовлетворительность выбранного режима. Неполнота разделения в одной операции (когда она находится в допустимых пределах) компенсируется перечистками продуктов.

При работе на сепараторах с одним отсекателем в конце желоба для получения отвальных хвостов требуется 2—3 перечисток. На сепараторах с тремя отсекателями (BCP) достаточно одной перечистки хвостов. При труднообогатимом и тонкозернистом материале число перечисток увеличивается. Промежуточные продукты, получаемые при перечистке хвостов, объединяются и перечищаются несколько раз с целью выделения дополнительно некоторого количества отвальных хвостов. Получить в лабораторных условиях богатый концентрат на винтовых сепараторах затруднительно, так как для перечисток надо иметь достаточное количество чернового концентрата. В таком случае можно воспользоваться малогабаритными сепараторами MOЛM или ВСП, а еще лучше обработать эти концентраты на лабораторном концентрационном столе.

Ввиду большой производительности винтовых сепараторов процесс разделения небольших навесок (<20 кг) завершается за несколько минут, поэтому трудно гарантировать, что каждая операция проводится в оптимальном режиме. К этому надо добавить трудности поддержания постоянства питания, снижение эффективности разделения в начале и конце опыта, когда процесс является неустановившимся. В лабораторных условиях эти отрицательные моменты компенсируются лишней перечисткой, которая в промышленной схеме уже не нужна. То есть в лабораторных условиях изучается в основном целесообразность применения винтовой сепарации. Однако схема уточняется только в непрерывном режиме. Отметим, что в этом режиме технологические показатели винтовой сепарации выше, чем в разомкнутом, в результате устойчивого режима работы сепараторов и стабилизирующего влияния циркулирующих нагрузок.

Основным общим элементом струйных и конусных сепараторов является желоб с плоским днищем, суживающимся к разгрузочному концу. Желоб устанавливается под углом 16—22° к горизонту.

Пульпа поступает на желоб с минимально возможной начальной скоростью, содержит 40—65 % твердого по массе. При движении пульпы по желобу минералы расслаиваются в зависимости от их плотности. Тяжелые минералы концентрируются в нижнем, медленно текущем слое пульпы, а легкие выносятся в верхние слои, двигающиеся с большей скоростью. Высота слоя пульпы в конце желоба увеличивается, расслоившиеся по высоте потока пульпы минералы разгружаются в виде концентратов, хвостов и промпродуктов, направляемых отсекателями в различные приемники.

Лабораторный шлюз (рис. 4.43) представляет собой желоб длиной 1,2—1,5 м с высотой боковых стенок 80—100 мм и расстоянием между стенками 50—75 мм. Дно шлюза покрывают рифленой резиной или тканью: сукном, фильтровальной диагональю, вельветом или парусиной. Ткань прижимают ко дну желоба рейками и перед опытом смачивают. На загрузочном конце шлюза укрепляют приемную коробку.

На шлюзе обычно обогащают материал крупностью -0,1(-0,15) мм или мельче, плохо обогащающийся на столе. Шлюз часто служит для грубой концентрации шламовых хвостов стола или хвостов флотации с целью получения убогих хвостов. Из материала массой 2—20 кг (в зависимости от предполагаемого выхода концентрата и программы дальнейших испытаний) в чане-мешалке готовят пульпу с содержанием твердого 35—50 %. Затем пульпу через шланг направляют в приемную коробку шлюза; сюда же подают дополнительную воду для соответствующего разбавления пульпы. Чем мельче материал и больше в нем шламов, тем более разбавлена пульпа и меньше уклон шлюза (табл. 4.27).

Пульпа по шлюзу должна проходить ровным и тонким слоем. При заиливании ткани увеличивают уклон шлюза или подачу воды. Выход концентрата со шлюза должен быть даже при бедных рудах ~5 %. Через 5 или 10 мин подачу питания прекращают и концентрат со шлюза смывают в особый приемник. Далее операцию продолжают. После того, как весь материал пропущен через шлюз, последний осторожно промывают, снимают ткань и тщательно прополаскивают в воде. Концентрат и хвосты обезвоживают, взвешивают и анализируют. Концентрат со шлюза доводят на концентрационном столе.

Шлюзы описанного типа (неподвижные, с периодической ручной разгрузкой концентрата) при переработке руд на отечественных предприятиях почти не используют; на ряде зарубежных фабрик эти аппараты имеют важное значение. Испытание руд на таких шлюзах в лабораторных и промышленных условиях проводят в следующих случаях:

- для получения технологических показателей обогащения, если есть предпосылки к использованию шлюзов при промышленной переработке исследуемой руды;

- для моделирования процессов обогащения на шлюзах других типов (ленточных, многодечных и других);

- для сравнительных испытаний различных улавливающих покрытий на шлюзах и других аппаратах;

- для оценки эффективности гравитационного обогащения исследуемой руды, если в лаборатории нет других гравитационных аппаратов.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2020
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна