Обогащение титановых и циркониевых руд на винтовых сепараторах и желобных аппаратах

В современных схемах обогащения титано-циркониевых мест большую роль играют винтовые сепараторы. Установка винтовых сепараторов вместо отсадочных машин значительно упростила аппаратурное оформление обогатительных фабрик и повысила извлечение ценных минералов.

Винтовые сепараторы оказались весьма эффективными аппаратами для первичного обогащения титано-циркониевих руд россыпных месторождений. Они просты в эксплуатации, не требуют для своей работы электроэнергии, не имеют простоев из-за механических неполадок, обладают большой производительностью на единицу занимаемой площади и мало расходуют воды. Обслуживание и ремонт винтовых сепараторов требуют меньше рабочей силы, чем другие аппараты.

С другой стороны винтовые сепараторы дают меньшую степень концентрации и низкое извлечение при обогащении очень тонкого материала.

В табл. 138 приведены сравнительные данные о производительности и расходе воды на отсадочных машинах, концентрационных столах и винтовых сепараторах.

Для промышленности Советского Союза выпускают сепараторы моделей M-1, СВМ-750, CBM-1200.

Сепаратор модели M-1 изготовляется из чугуна и предназначается главным образом для экспериментальных работ. Сепараторы СВМ-750 и CBM-1200 штампуют из листовой стали толщиной 3—4 мм и футеруют рабочую поверхность сменными резиновыми пластинками.

В США применяют сепараторы с диаметром витков 750 мм и постоянным шагом 460 мм. Материалом для изготовления сепараторов служит отбеленный и легированный никелем чугун. Используются также сепараторы с резиновой и неопреновой футеровкой (синтетический каучук). По данным американских фирм наиболее износоустойчивой футеровкой оказалась неопреновая.

В результате испытаний винтовых сепараторов, изготовленных компанией «Минерал Депозит» из стеклянного волокна, были подготовлены для промышленного изготовления винтовые сепараторы диаметром 600 мм. Два таких двухвитковых сепаратора установлены на драге фирмы «Титаннум Аллой K°». Вес сепаратора из стеклянного волокна составляет приблизительно 20% веса винтового сепаратора из чугуна; он очень удобен для работы на плавучих обогатительных установках.

В Польше работают сепараторы с двойным желобом. Второй желоб используется для перечистки концентратов. Изготовляются эти сепараторы из силумина (сплав алюминия и кремния).

В ГДР применяются сепараторы диаметром 500 мм из высокоуглеродистой стали.

В ГДР на заводе им. Тельмана разработана конструкция винтового сепаратора, смонтированного на переносной установке, предназначенного для обогащения прибрежных россыпей, содержащих ильменит, рутил, циркон, гранат и магнетит.

Рабочая часть аппарата — винтовой желоб — изготовлена из прессованной листовой стали толщиной 1,5 мм и состоит из 4 витков диаметром 600 мм с шагом 150 мм.

Обогащаемые пески поступают в приемную воронку, у верхней внутренней кромки которой в месте подачи песков установлено сильное брызгало. Нижняя часть воронки выполнена в виде конуса. Сюда также подается вода по касательной к внутренней поверхности конуса; избыточная вода и шламы удаляются через трубу со шлангами, расположенную в верхней части воронки. Размытый песок попадает из циклона на спирали через сменную насадку с отверстиями диаметром 8—12 мм. Для предотвращения забивания насадки над циклоном установлена сетка с отверстиями 5 мм. Разгрузка продукта обогащения происходит у конца последнего витка (в противоположность спиралям Гемфри, где имеются разгрузочные отверстия на каждом витке). Аппарат состоит из двух разъемных частей; верхней — весом 20 кг, с воронкой и трубой, и нижней — весом 40 кг, с витками. Двое рабочих могут легко разобрать аппарат и перенести его в другое место. Загрузка производится вручную лопатами или передвижным ленточным конвейером. Обычно установка состоит из трех аппаратов, обслуживаемых одним рабочим. Бода подается насосом в количестве 2 мг/ч. Для девяти аппаратов предусматривается электрогенератор мощностью 3,3 квт. Производительность одного сепаратора при ручной загрузке составляет 250 кг/ч, при механической — 1 г/ч. Последующая доводка чернового концентрата производится на столах, а затем для выделения магнетита и ильменита — на магнитных сепараторах. Срок службы. нефутерованного желоба 1,5—2 года.

Питание винтовых сепараторов необходимо производить равномерно. Разжижение пульпы по объему должно быть не менее 4:1 и не более 12:1. В более разжиженных пульпах, как и в более плотных, эффективность разделения снижается в первом случае из-за чрезмерной подвижности пульпы, а во втором — из-за высокой ее плотности. Для хорошего обогащения крупность материала в питании должна быть для песков — 16 (—12) мм, руд — 3 (—2) +0,1 мм.

При питании сепаратора материалом с большим количеством глии или шахов (более 20—26%) процесс сепарации неустойчив. В этом случае требуется предварительная дезинтеграция и обезиливзние песков. Обезиливание песков успешно осуществляется в гидроциклонах.

Неустойчивость работы винтового сепаратора замечается также при питании широко классифицированным материалом, содержащие незначительное количество мелкой фракции (менее 10% материала классов — 4—2 мм), а также при наличии m смеси большого количества крупных зерен (более 30% размером 20,16 и 12 мм).

При обогащении песков на винтовых сепараторах хорошо извлекаются ценные минералы крупностью 4 (2) — 0,25 мм, несколько хуже извлекаются минералы крупностью зерен —0,25+0,074 мм и плохо улавливаются минералы крупностью зерен —0,074 мм, особенно —0,050 ли.

При обработке тонкозернистых песков, содержащих ценные минералы крупностью —0,25+0,074 мм, применяют схемы с основными винтовыми сепараторами и двойной-тройной перечисткой хвостов на таких же сепараторах. Частицы менее 0,074 мм почти полностью находятся во взвешенном состоянии и полому не выпадают из потока.

Для процесса сепарации большое значение имеет форма минеральных зерен. Зерна пластинчатой формы, благодаря трению скольжения, которое всегда больше, чем трение качения у сферических зерен, сильнее удерживаются на стенке желоба и попадают в концентрат; зерна сфероидальной формы двигаются вблизи внешнего борта желоба и уходят в хвосты.

Пульпу необходимо подавать мл сепараторы в направлении параллельно касательной к сферической поверхности внутреннего сечение желоба. Ho но этом случае обогащение начинается только со второго витка, и первые полтора-два витка играют роль подготовительных. Если же это требование не соблюдается, процесс выделения полосы минералов тяжелой фракции из-за необходимости более длительного времени его стабилизации начинается только на третьем витке, в результате чего снижается общее извлечение.

При высоком содержании в исходных песках минералов тяжелой фракции имеется возможность получить из первых отсекателей богатые, а иногда кондиционные коллективные концентраты. В этих случаях целесообразно предусматривать выведение таких продуктов отдельно от продуктов, получаемых из других отсекателей.

Для песков с содержанием минералов тяжелой фракции более 3—4% требуется двух- и трехстадиальное обогащение. При этом для каждой последующей стадии обработки хвостов необходимо их перемешивание, так как пульпа в конце 3-го, 4-го витков предыдущего сепаратора под действием центробежной силы расслаивается.

В США организация добычи титан- и цирконсодержащих продуктов из россыпей была тесно связана с развитием техники обогащения из винтовых сепараторах; только внедрение этих аппаратов в промышленность сделало разработку россыпей экономически выгодной.

В CШA имеются обогатительные установки производительностью до 20 тыс. т в сутки. Количество сепараторов на таких установках достигает 700 и более.

Первая фабрика для обогащения титансодержащих морских россыпей Флориды с применением винтовых сепараторов была построена в 1944 г. на месторождении Джексонвилл. После освоения процесса обогащения на винтовых сепараторах эксплуатацию титансодержащих россыпей в крупном масштабе начали на рудниках «Старк» и «Трейл Редж». На фабрике Трейл Редж для основной операции установлено 704 пятивитковых сепаратора; для первой перечистки 264 и для второй перечистки 132 трехвитковых сепаратора. Фабрика перерабатывает 1100 т/ч*песков, содержащих 3—4% тяжелых минералов.

Пески, перерабатываемые на фабрике Трейл Редж, состоят из необкатанных зерен, что приводит к сильному износу спиралей винтовых сепараторов. Поэтому спирали покрывают слоем износоустойчивого синтетического каучука (неопрен). На фабрике Джексонвилл, где обрабатываемые на сепараторах пески содержат округлые зерна, такого износа не наблюдается и спирали работают в течение 8 лет без применения какой-либо защиты.

На фабрике Джексонвилл установлено 252 винтовых сепаратора для первичной обработки песков; на каждый сепаратор поступает 1,4 т/ч исходного питания и 0,5 г оборотного продукта.

Суточная производительность фабрики 5000 т. В исходных песках содержится 5—11% ильменита и рутила. Извлечение этих минералов в концентрат превышает 95%.

Установка с винтовыми сепараторами отличается большой компактностью, расположена на площади 24,4 и 34,2 м и, за исключением насосов, работает на открытом воздухе. Обслуживают ее одни машинист с помощником и один рабочий у насоса.

На фабриках Джексонвилл и Трейл Редж обрабатываемые пески особенно благоприятны для обогащения на винтовых сепараторах, так как гранулометрический состав их колеблется в очень узких пределах.

На обеих фабриках исходное питание распределяется по сепараторам с помощью специальной системы с двукратным делением пульпы сначала по числу батарей сепараторов, а затем по числу сепараторов.

Плавучая обогатительная установка фирмы «Нэшнл Минерале» оборудована винтовыми сепараторами для основного обогащения исходных песков и двух перечисток грубого концентрата. Для основной операции установлено 200 сепараторов, для первой перечистки — 45 и для второй—27. Полученные на плавучей установке коллективные концентраты перекачивают на берег и подают на доводочную фабрику в Ньюкэстле. Обогатительное оборудование плавучей установки обслуживает в смену одни рабочий, находящийся у пульта управления и следящий за показаниями приборов и за работой оборудования, в том числе и за работой обезвоживающей установки.

При обогащении титако-циркониевых песков на зарубежных предприятиях применяются желобные сепараторы Фаннинга и Кеннона. Желобной сепаратор Фаннинга состоит из расположенных радиально суживающихся желобов, заканчивающихся веерообразной разделительной насадкой. Питание подается в центр желоба, разгрузка продуктов обогащения периферическая. В сепараторе разделение обогащаемых песков осуществляют в две стадии: первичное — в желобе; где более тяжелые минералы оседают на дно, конечное — на веерообразной площадке, где имеющие меньшую скорость тяжелые частицы разгружаются у основания веерообразной насадки, а легкие — у ее периферической части.

Сепаратор Кеннона, разработанный позднее сепаратора Фаннинга; имеет обратное расположение желобов — от периферии к центру. Такое изменение расположения желобов позволило объединить конечные продукты сепаратора. Эти сепараторы изготовляются в форме наши, имеющей дo 48 желобов.

На сепараторах Фаннинг и Кеннон пески можно обогащать при значительно меньшем расходе воды, нем на пинтовых сепараторах и шлюзах. Эти сепараторы могут работать на пульпах, содержания до 65% твердого. Нa сепараторах Фаннинг в промышленных условиях обогащают пески крупностью до 2,5 мм, на сепараторах Кеннон — крупкостью до 2 мм.

Сепараторы Фаннинг установлены в Австралии на драге, работавшей на россыпи Гудген, эксплуатируемой фирмой «Титаннум Аллюй K°». Они работают с извлечением тяжелых минералов в концентрат, равных 00%; получаемый концентрат содержит 80% тяжелых минералов.