Отсадка руд

27.11.2019

Теоретические основы отсадки


Отсадка представляет собой процесс разделения минеральных частиц по плотности под действием переменной понаправлению вертикальной струи воды. Отсадку широко применяют при обогащении россыпей редких и благородных металлов, а также используют при обогащении руд цветных металлов (преимущественно золотосодержащих и свинцово-цинковых). Отсадкой обогащается значительная часть углей. Применительно к рудам черных металлов отсадку включают в схемы обогащения слабомагнитных руд (гематитовых и марганцевых). Оптимальная крупность руд при отсадке составляет 0,2—50 мм. Отсадке подвергают как широко классифицированный материал, так и материал, классифицированный по узкой шкале.

Отсадка осуществляется на решете отсадочной машины, через отверстия которого проходят восходящие и нисходящие потоки воды, создаваемые тем или иным способом. Восходящие струи поднимают и разрыхляют постель из лежащих на решете минеральных зерен, нисходящие струи постель опускают и уплотняют. Под воздействием гидродинамических сил минеральные зерна движутся с различными скоростями: частицы большей плотности медленное движутся вверх в восходящей струе воды, чем частицы меньшей плотности; соответственно частицы большей плотности быстрее движутся вниз в нисходящей струе воды, чем частицы меньшей плотности. В итоге тяжелые частицы проникают в нижние слои постели, а легкие — в верхние. При обогащении руд постель расслаивается по высоте на несколько слоев из частиц различной плотности: в нижних слоях концентрируются крупные тяжелые частицы (концентрат), выше — крупные легкие частицы в смеси с мелкими тяжелыми частицами и сростками (промежуточный продукт), в самом верхнем слое — легкие мелкие частицы (хвосты). Под действием горизонтального потока воды постель движется вдоль решета и в конце его разгружается; нижний слой постели через шиберное устройство разгружается в подрешетное пространство отсадочной машины, верхний — через порог в слив.

При отсадке материала крупностью менее 10 мм па решето машины укладывают искусственную постель из частиц, плотность которых не меньше, а размер в 3—4 раза больше максимальной крупности разделяемого материала (отверстия в решете в этом случае превышают размер разделяемых частиц); рудный концентрат разгружается через искусственную постель и решето. В качестве постели используются металлические шарики, свинцовая Дробь или крупные верна тяжелых минералов. Искусственная постель является своего рода фильтром, пропускающим тяжелые частицы и задерживающим легкие.

В отсадочных машинах разрыхление постели и ее расслоение на тяжелую и легкую фракции обеспечивается вертикальной струей воды переменного направления. Механизм расслоения зерен в процессе отсадки достаточно сложен и вo многом еще не изучен.

Расслоение зерен является следствием различия их скоростей падения. Действительно, из двух зерен одного и того же размера, но развой плотности зерно большей плотности будет падать с большей скоростью и быстрее достигнет поверхности решета; отсюда нижний слой постели преимущественно должен состоять из зерен тяжелых минералов. Вместе с тем скорость движения зерен в постели зависит не только от плотности, по и от их размера и формы, а также от сопротивления среды и соседних зерен.

В первых работах по гравитации полагали, что разделение частиц в процессе отсадки происходит на основании различий в конечных скоростях свободного падения отдельных зерен. Представления о свободном падении в воде зерен двух минералов разной плотности без учета их расслоения в отсадочных машинах при попеременном действии восходящего и нисходящего потока автоматически приводили к выводу о необходимости узкой классификации подлежащего отсадке материала па основе коэффициента равнопадаемости (отношение размеров наибольшего зерна к наименьшему не должно превосходить коэффициента равнопадаемости). Однако это противоречило практике, где разделение минералов отсадкой осуществлялось и без их предварительной классификации по крупности.

Позднее отсадку стали рассматривать как процесс разделения частиц в восходящем потоке при малых значениях коэффициента разрыхления (при минимальных степенях разрыхления), когда расслоение зерен почти не зависит от их размера, а зависит лишь от плотности, что объясняло разделение частиц но плотности при достаточно широкой классификации.

В настоящее время отсадка рассматривается как массовый гравитационный процесс.

В процессе отсадки при пульсациях постели минеральные верна поднимаются и опускаются не в свободных, а и стесненных условиях. Было установлено, что скорость стесненного падения частиц зависит от их плотности, размера и формы, плотности и вязкости жидкости и коэффициента разрыхления слоя и связана со скоростью свободного падения v0 соотношением
Отсадка руд

где 0 — коэффициент разрыхления (содержание в пульпе жидкой части), доли единицы;

n — показатель степени, зависящий от формы частиц и от числа Рейнольдса при свободном падении зерен.

Рассматривая стесненное падение как фильтрацию жидкости снизу вверх через слой частиц (взвешенный слой уподобляется пористой среде, фильтрующей жидкость), скорость стесненного падения можно определить также по формуле

где f — коэффициент сопротивления, зависящий от формы частиц (v0 определяется по формуле Стокса).

Под действием восходящего потока воды постель из зерен обогащаемого материала взвешивается и разрыхляется, под действием нисходящего потока — опускается и уплотняется. Неклассифицированный материал, в котором промежутки между крупными зернами заполняются мелкими, легче образует взвесь, чем узко классифицированный, имеющий большую степень разрыхления. Вся взвесь минеральных зерен в целом обладает подвижностью и текучестью жидкости. Падение частиц сплоченной массой уподобляют падению в жидкости большей плотности, чем вода. Принимается, что в этом случае расслоение в условиях стесненного падения происходит по относительным плотностям взвесей. По П.В. Лященко, разделение смеси двух минералов в восходящем потоке жидкости возможно, если частицы каждого из минералов в таком же потоке жидкости образуют взвеси разных относительных плотностей о = (1—0) (b—А), причем о1 =/= o2, где b и А — плотность соответственно твердых частиц и жидкости;

o1 и o2 — относительная плотность соответственно взвеси зерен легкого п тяжелого минерала.

В результате разделения взвеси нижним оказывается слой частиц, имеющий большее значение о (наибольшую относительную плотность). Коэффициент разрыхления 0 и, следовательно, относительная плотность взвеси о зависят от скорости взвешивания. При определенных соотношениях плотностей и размерах разделяемых зерен для одних скоростей o1>o2, для других о1<о2.

Разрыхление постели является одним из важных параметров, определяющих результаты расслоения зерен по плотности в процессе отсадки. Оптимальное значение степени разрыхления составляет 0,5-0,6.

Для зерен разной плотности b1 и b2 при широкой шкале классификации материала (отношение диаметров d1 и d2 выходит за пределы коэффициента равнопадаемости) относительная плотность взвеси зерен тяжелого минерала о2 будет больше относительной плотности взвеси зерен легкого минерала o1, если

В соответствии с этим должна быть подобрана скорость восходящей струи, которая обеспечит разрыхление зерен. При определенной скорости, которую называют критической, зерна обоих минералов начнут перемешиваться и разделения не будет. Критическую скорость восходящей струи vкр можно найти из условия равенства относительных плотностей взвесей

Подставляя значения 01 и 02, равные

где v01, и v02 — конечные скорости падения соответственно лег

кого и тяжелого минерала.
Если скорость восходящей струн меньше критической, относительная плотность взвеси зерен тяжелого минерала больше, чем относительная плотность зерен легкого минерала. Если скорость восходящей струн больше критической, относительная плотность взвеси зерен легкого минерала будет больше относительной плотности зерен тяжелого минерала (при условии v01 больше v02). При критической скорости относительные плотности взвесей равны.

Разделение по относительным плотностям взвесей в воде можно наблюдать на примере смеси крупного угля (6,5 мм) и кварцевого песка (0,7 мм). При скорости восходящей струи 4,3 см/с происходит смешение зерен; при меньших скоростях уголь взвешивается над песком, при больших скоростях (7,7 см/с) песок всплывает над углем.

Таким образом, необходимым условием для разделения взвеси частиц является отличие o1 от о2 (о1 =/= o2). С учетом этого теоретический расчет отношений диаметров разделяемых в восходящем потоке частиц (с использованием одной из формул скорости стесненного падения) показывает, что при величине коэффициента разрыхления 0,5—0,6 отношение диаметров достигает значительной величины, что в принципе объясняет разделение частиц в процессе отсадки и подтверждает правильность теоретических предпосылок.

Постель из минеральных зерен в каждом цикле отсадки не достигает устойчивого состояния. Общая средняя плотность постели рп в неустойчивом состоянии, по Н.Н. Виноградову, равна

где k — коэффициент неустойчивости, равный отношению высот постели и устойчивом и неустойчивом состоянии;

u — ускорение жидкости;

g — ускорение свободного падения.

Поскольку k больше 1. плотность постели рп в неустойчивом состоянии будет больше, чем в устойчивом состоянии при том же коэффициенте разрыхления 0. Увеличение плотности постели обусловливает разделение зерен в процессе отсадки при широкой шкале классификации.

В случае массового движения большое влияние на расслоение оказывает взаимное сопротивление зерен. При этом точность разделения зерен при отсадке зависит от проницаемости средних слоев постели. Скорость движения зерен в средних слоях постели наименьшая, так как средний (промежуточный) слой постели состоит из зерен различной крупности, что обеспечивает их наиболее плотную укладку. Следовательно, разрыхленность и проницаемость промежуточного слоя постели всегда меньше, чем верхнего и нижнего, а количество соударений встречных зерен максимально.

Экспериментально установлено, что движение крупных зерен в присутствии мелких замедляется, а движение мелких в присутствии крупных — ускоряется.

Периодическое разрыхление постели создаст условия для разделения материала на фракции различной плотности.

Oтcaдочныe машины


Отсадочные машины по конструктивным признакам делятся на две группы — с подвижным и неподвижным решетом (поршневые, беспоршневые и диафрагмовые).

Отсадочные машины с подвижным решетом применяются главным образом для обогащения обесшламленной руды крупностью менее 10 мм. Производительность этих машин 2—30 т/ч, длина решета 800—1000 мм, ширина 400—1000 мм. В отсадочной машине с подвижным решетом (рис. 31) разделение минерален происходит вследствие движения решета вверх и вниз внутри корпуса машины, заполненного водой. Тяжелый продукт разгружается через разгрузочную щель 1. Движение решету 2 сообщает кривошипно-шатунный механизм 3. Машина не выдает высококачественных концентратов, поэтому в основном применяется она для предварительной рудной обработки. Расход воды при отсадке — примерно 2 м3 на 1 т руды.

Отсадочные машины с неподвижным решетом в практике обогащения применяют весьма часто. Из этих машин для обогащения руд наиболее распространены диафрагмовые, а для обогащения угля — беспоршневые отсадочные машины; поршневые отсадочные машины в настоящее время применяются редко.

На рис. 32 показана двухкамерная диафрагмовая машина с боковым расположением диафрагмы, применяющаяся при обогащении носков крупностью — 8 мм. Диафрагма 1 из стального листа установлена между камерами. С помощью резиновой шайбы 2 диафрагма гибко соединяется с междукамерной перегородкой 3. Движения диафрагме вправо и влево передаются штоком 4 кривошипно-шатунного механизма 5, который приводится от электродвигателя 6 через клинороменную передачу и шкив 7. Упругость диафрагмы обеспечивается соединением пластинчатой пружиной конца штока с междукамерной перегородкой. На определенной высоте камер 8 установлены неподвижные решета 9. Вода в подрешетное пространство подается по трубе 10. Днища камер 11 имеют пирамидальную форму (для создания самотека подрешетного продукта к выводным патрубкам).

При движении штока вперед диафрагма входит в правую камеру. передает движение подрешетной воде, в результате чего последняя поднимается через решето, разрыхляя постель (восходящий поток). Объем левой камеры в это время увеличивается, уровень воды в ней надает, вследствие чего создается нисходящий по ток, и постель уплотняется. При движении поршня назад происходят обратные явления. Число ходов диафрагмы в минуту изменяется от 300 до 500 с помощью вариатора скоростей 12. Ход диафрагмы составляет 0—30 мм.

Под действием восходящих и нисходящих потоков пески делятся на тяжелую и легкую фракции. Толщина естественной постели 8—9 см. Тяжелая фракция проникает через искусственную постель, собирается в пирамидальной части камер и периодически выгружается. Легкая фракция непрерывно перемещается горизонтальным потоком воды к сливному порогу и выводится из машины, чему способствует расположение решет в камерах уступом (в первой камере решета установлены выше, во второй — ниже). Расход воды при отсадке составляет 1—4 м3/т; 20% воды поступает с питанием. 60% подается под решето первой камеры, 20% — под решето второй. Такое распределение воды связано с различной характеристикой обогащаемого материала в каждой камере (исходное питание в первой камере содержит больше тяжелых зерен, чем материал, поступающий во вторую камеру).

Примером диафрагмовой машины с расположением диафрагмы под решетом в нижней части камеры может служить машина МОД-3 (рис. 33). Машина предназначена для обогащения руд с верхним пределом крупности 15 мм и в зависимости от крупности обогащаемого материала имеет производительность до 30 т/ч.

Машина состоит из трех камер размером 1х1 м. В каждой камере установлены отсадочные сита 7 полезной площадью 0,9 м2; на сита загружается искусственная постель. Камеры соединяются с нижним коническим днищем 2 с помощью диафрагмы 3 и обечайки 4. Число ходов конических днищ, соединенных пружиной 5 и шарнирно подвешенных на раме-коромысле 6, изменяется от 250 до 350 в минуту; величина хода конических днищ — 2—18 мм. Колебательное движение коническим днищам передается через кривошипно-шатунный механизм 7 от электродвигателя 8 мощностью 1,7 кВт. Подрешетная вода поступает в камеры по коллектору 9; давление подрешетной воды 6—200 кПа. Руда подается на сито первой камеры. Тяжелые зерна непрерывно выгружаются через разгрузочные устройства, легкая фракция выносится потоком через порог третьей камеры.

Выпускаемые серийно диафрагмовые отсадочные машины типа МОД различаются в основном числом камер (от 1 до 4), расположением диафрагмы, габаритами и производительностью. Отсадочная машина МОД-4 часто применяется при обогащении золотоносных россыпей и вольфрамовых руд, машина МОД-2Н находит применение при обогащении оловянных руд.

Бес поршневые отсадочные машины получили широкое распространение при обогащении угля. На большинстве фабрик эти машины почти полностью вытеснили ранее установленные поршневые отсадочные машины.

Разделение минеральных зерен в беспоршневых отсадочных машинах производится под действием пульсаций воды, создаваемых сжатым воздухом, периодически впускаемым и выпускаемым с помощью золотникового устройства роторного или поршневого типа.

Примером беспоршневой отсадочной машины может служить модернизированная пятикамерная машина МОБМ-10 (рис. 34) с площадью решет 10 м2. Машина предназначена для обогащения мелкозернистого материала — 8 мм и имеет производительность до 100 т/ч. Машина состоит из корпуса 7, собираемого из блоков, отсадочного решета 2 с искусственной постелью, выполненного в виде быстросменного блока-кассеты, роторного пульсатора 3 для подачи сжатого воздуха в камеры, электродвигателя 4 мощностью 3 кВт. воздухосборника 5, коллектора 6 для подачи воды, разгрузочного устройства 7. Восходящий поток воды создается сжатым воздухом, а нисходящий — выпуском воздуха в атмосферу (при определенном положении золотников пульсаторов). Число пульсаций среды, при которых происходит разделение материала, изменяется от 120 до 250 в минуту. Легкая фракция (угольный концентрат) выносится с водой через сливной порог машины.

Выпускаемые машины типа МОЕМ различаются числом камер (от 2 до 6) и производительностью (от 25 до 100 т/ч по исходному цитацию).

Принципиальное устройство роторного пульсатора ПВ-4 показано на рис. 35. Пульсатор состоит аз корпуса 7 с отверстием 2, предназначенным для сообщения корпуса с воздухосборником машины, дроссельной заслонки 3 для регулирования количества поступающего воздуха, пустотелого ротора 4, разделенного диагональной перегородкой 5 на две полости с окнами. Подача сжатого воздуха из воздухосборника осуществляется через отверстие 2 в левую полость и затем через окно 6 и канал 7 в отделение отсадочной машины. С поворотом ротора на 180° вследствие смещения перегородки 5 подача сжатого воздуха в машину прекращается; выпуск воздуха в атмосферу из машины производится в это время через канал 7 и окно 8.

Основными регулируемыми параметрами отсадки являются число и размах колебании среды (число качаний и величина хода диафрагмы) и скорость подрешетной воды. Экспериментально установлено, что величина хода диафрагмы (размах колебании среды) долина минимум в 1,5 раза превосходить размер максимального зерна обогащаемого материала. Так. если крупность рудных зерен составляет 2—3 мм, а величина хода диафрагмы не превышает 3 мм, то зерна не отрываются от решета отсадочной машины при любом числе качаний диафрагмы. Минимально необходимое число колебаний среды при заданном размахе устанавливается из условия создания достаточной для взвешивания постели над решетом скорости потока. Максимальное число колебаний определяется исходя из ограничения максимального ускорения жидкости величиной ускорения силы тяжести. Пределы изменения числа колебаний среды можно определить по формуле

где vст — скорость стесненного падения частиц при коэффициенте разрыхления, соответствующем уплотненному состоянию постели, см/с;

n — число колебаний в минуту;

l — размах колебаний, мм.

Практически число колебаний среды (число ходов диафрагмы) выбирается из такого расчета, чтобы легкие зерна, взвешенные восходящим потоком воды, не успели осесть до начала следующего Цикла отсадки, а тяжелые зерна успели пройти через постель до ее уплотнения.

Скорость подрешетной воды прямо пропорциональна произведению числа качаний на величину хода диафрагмы.

Время действия восходящего потока на постель уменьшается с увеличением числа качаний:

где n — число качаний диафрагмы в минуту.

Количество подрешетной воды зависит от крупности обогащаемого материала. При избытке воды возрастают потери полезных минералов в результате их выноса с хвостами, при недостатке — ухудшается качество концентрата.

Качество разделения обогащаемого материала па тяжелую и легкую фракции определяется также длиной камеры отсадочной машины и скоростью перемещения слоя. Чем больше длина камеры, тем больше циклов отсадки испытывает материал; чем выше скорость продольного перемещения зерен в машине, тем ниже качество разделения.

Руда на отсадку должна подаваться равномерно. Частые колебания загрузки нарушают режим отсадки и ухудшают показатели обогащения.

Высота слоя материала на решете должна быть для мелкого материала в 20 раз, а для крупного в 5—12 раз больше размера максимальных зерен.

Высота слоя материала (включая искусственную постель) при отсутствии взвешивания определяет высоту сливного порога. При взвешивании материала легкие зерна поднимаются выше уровня сливного порога и уносятся горизонтальным потоком воды, а вновь поступающий материал поддерживает заданную высоту слоя.

Производительность отсадочной машины можно определить по формуле

где H — высота слоя материала в камере над уровнем сливного порога в момент взвешивания, м;

В — ширина камеры, м;

v — продольная скорость перемещения зерен, м/с;

b — плотность руды, кг/м3;

0 — степень разрыхления материала в момент взвешивания.

Одним из основных условий высокой производительности отсадочной машины и хороших показателен работы является оптимальное разрыхление материала на решете. Ход процесса отсадки опытный технолог определяет на ощупь. При чрезмерно плотной постели рука проникает через нее с трудом; это означает, что в постели остаются зерна тяжелых минералов. Наоборот, если рука очень легко входит в постель, то постель чрезмерно разрыхлена. Уменьшить степень разрыхления можно уменьшением числа качаний и величины хода диафрагмы, увеличением слоя материала па решете и уменьшением количества подрешетной воды.

При обогащении богатой руды обычно применяют мелкую постель, а при обогащении бедной — более глубокую. Глубокую постель для богатых руд применяют тогда, когда желают получить чистый концентрат. Чем меньше разница в плотности минералов, тем толще постель.

Во время работы отсадочной машины необходимо следить за соблюдением технологического режима, за бесперебойным и равномерным поступлением питания и подрешетной воды, за смазкой приводного механизма и температурой подшипников. Категорически запрещается производить ремонт и чистку оборудования во время его работы, засовывать руки под защитные кожухи, работать в одежде с развевающимися полами.

Промышленное применение отсадки


Отсадку часто применяют при обогащении золотосодержащих руд. Для улавливания свободного крупного золота отсадочные машины устанавливают в цикле измельчения, на разгрузке мельниц. Так, на многих зарубежных фабриках отсадочные машины (преимущественно диафрагмовые) работают в замкнутом цикле с шаровыми мельницами. Число колебании диафрагм — 200—300 в минуту, длина хода — 3—6 мм. Обычно на отсадочных машинах в цикле первичного измельчения извлекается преимущественно крупное золото; относительно мелкое золото переходит в хвосты отсадки. Такое золото эффективнее улавливается на других гравитационных аппаратах. Наиболее часто применяют шлюзы с мягким покровом. Для доводки черновых гравитационных концентратов часто используются концентрационные столы.

При обогащении золотоносных россыпей отсадочные машины устанавливают перед шлюзами или на хвостах шлюзов. Если крупность золота в россыпи превышает 1 мм, что встречается редко, применение отсадки считается нерациональным. В этом случае более приемлема схема с установкой только шлюзов.

Отсадка применяется при обогащении оловосодержащих песков для извлечении частиц касситерита крупнее 0,05 мм. Отсадке предшествует тщательная дезинтеграция песков и обесшламливание в гидроциклонах. Технологическая схема одной из фабрик, перерабатывающих пески, содержащие касситерит, показана на рис. 36. Схемой предусмотрена перечистка промпродуктов второй операции отсадки па концентрационных столах. Содержание касситерита в конечном концентрате составляет 25—27% при извлечении до 93%. Используют отсадку также при обогащении касситеритовых руд, в том числе на неклассифицированном материале.

Отсадке подвергают титано-цирконовые руды и россыпи, а также тантало-ниобиевые и вольфрамовые руды.

В практике обогащения руд цветных металлов, помимо извлечения золота, следует отметить применение отсадки (наряду с тяжелыми суспензиями) для предварительной концентрации свинцово-цинковых руд перед флотацией, что способствует последующему снижению расхода флотореагентов.


Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2019
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна