Сгущение продуктов обогащения, подвергающихся обезвоживанию

Сгущение представляет собой процесс обезвоживания пульпы путем осаждения содержащихся в ней твердых частиц под действием силы тяжести. При этом выделяется два продукта: верхний — чистая жидкая фаза или слив с некоторым содержанием твердого и нижний — сгущенный продукт с содержанием твердого 40—60%. Аппараты, в которых осуществляется сгущение, называются сгустителями.

При нормальном заполнении сгустителя пульпой и устоявшемся режиме можно выделить несколько зон сгущения: осветленной жидкости, свободного или стесненного падения частиц (начальной плотности), уплотнения (сжатия) и сгущенной пульпы.

Эффективность процесса сгущения определяется свойствами сгущаемого продукта и конструктивными особенностями сгустителя. Чем крупнее частицы и чем выше их плотность, тем быстрее они оседают. Тонкие частицы, обладающие небольшой скоростью оседания, и глинистые минералы (каолин и др.), разбухающие в воде и обволакивающие поверхность других минералов, образуют устойчивую, плохо сгущающуюся суспензию. Материал мельче 0,1 мкм практически не осаждается (коллоидное состояние).

При сгущении жидких пульп частицы оседают быстрее. Однако при этом необходимо удалять большее количество воды, что при одинаковой производительности сгустителя по твердому увеличивает скорость восходящих потоков жидкости и тем самым увеличивает вынос тонких частиц твердого в слив. Кроме того, в чрезмерно разбавленных пульпах расстояния между частицами велики. В результате частицы не могут укрупняться. Оптимальное T:Ж при сгущении составляет 1:6.

При повышенной температуре оседание твердых частиц (сгущение) происходит с большей скоростью, так как в этом случае вязкость жидкости и сопротивление ее оседанию частиц понижаются.

Если твердые частицы пульпы способны слипаться друг с другом с образованием агрегатов, сгущение проходит более интенсивно. Это явление используют в практике для ускорения сгущения плохо сгущаемых пульп, состоящих из тонких частиц. Для этого в пульпу добавляют специальные реагенты — электролиты-коагулянты и флокулянты. В качестве электролитов-коагулянтов применяют известь, хлористый кальций, железный купорос, хлорное железо, алюмокалиевые квасцы, сульфат магния и другие реагенты, которые в результате взаимодействия с поверхностью минеральных частиц снижают действие электрических зарядов поверхности. Это приводит к уменьшению сил отталкивания и вызывает слипание частиц (коагуляция).

Если в пульпу вводят гидрофобизирующие реагенты (ксантогенаты, мыла и другие собиратели), ослабляется межмолекулярное взаимодействие воды с минералами и также облегчается слипание частиц (флокуляция).

Введение в пульпу высокомолекулярных реагентов-флокулянтов приводит к закреплению их концов на различных минералах с соответствующим образованием агрегатов твердых частиц.

Удельную площадь сгущения (в м2 на 1 т твердого материала в сутки) можно определить по формуле

где Rи и Rк — объем жидкости на 1 т твердого соответственно в питании и в сгущенном продукте, м3/т;

V — скорость осаждения, м/сут.

Rк и V определяют экспериментально, Rн — известно.

Глубину сгустителя определяют по формуле

где h1, h2 и h — высота соответственно осветленной жидкости, зоны пульпы начальной плотности (h1 = 0,3—0,9 м и h2 = 0,3—0,6 м) и воны уплотнения.

Производительность сгустителя по сливу можно определить по формуле

где D — диаметр сгустителя, м;

d — диаметр питающей трубы, м;

k — коэффициент эффективного использования поверхности осаждения (k = 0,7—0,8);

v0 — скорость свободного осаждения наиболее мелких частиц сгущенного продукта.

Сгустители представляют собой цилиндрические чаны с механической выгрузкой осадка. В зависимости от устройства приводного механизма сгустители разделяются на аппараты с периферическим и центральным приводами. Последние могут быть одно- и многоярусными, т. е. с одним или несколькими чанами, установленным один над другим, с одним центральным приводом (сгустители с периферическим приводом бывают только одноярусные).

Одноярусные радиальные сгустители с центральным приводом (рис. 150) выпускаются с чаном диаметром от 2,5 до 18 м. Пульпа загружается в чан через центральную загрузочную воронку, нижний конец которой находится ниже уровня зоны осветленной воды. Осадок сгребается граблинами к центру, откуда выкачивается через разгрузочный конус диафрагмовым или центробежным Песковым насосом. Слив удаляется через кольцевой желоб. Вал с граблинами может подниматься и опускаться, что очень важно при перегрузках для предотвращения поломок механизма.

Сгустители с периферическим приводом (рис. 151) имеют чан диаметром от 18 до 100 м. По окружности сгустителя уложен монорельс, по которому движется тележка с приводным механизмом, приводящим в движение ферму с гребковым механизмом. Частота вращения механизма составляет до 0,1 об/мин.

Сгустители просты по обслуживанию, но нм, особенно аппаратам с периферическим приводом, присущ ряд недостатков, основными из которых являются: недостаточная прочность механизмов; несовершенная конструкция загрузочных устройств, что влияет на технологические показатели работы аппарата; ненадежность периферического привода, связанного с пробуксовкой ходового колеса при перегрузках и снижении коэффициента сцепления колеса с рельсом под влиянием попадания на рельс влаги (дождь, снег) или масла и большим наносом колеса в результате скольжения; быстрый износ нестандартных подшипников опорной головки, что объясняется несимметричностью и неравномерностью нагрузок вследствие перекосов из-за неуравновешенной конструкции гребкового устройства; невозможность работы на открытых площадках в районах с умеренным и холодным климатом вследствие образования в сгустителе ледяного покрова.

Учитывая недостатки сгустителей с периферическим приводом и увеличение потребности в сгустителях большого размера, отечественная промышленность начала изготавливать сгустители с центральным приводом диаметрами 50 и 100 м.

Сгустители небольших и средних диаметров обычно устанавливаются на опорах, а больших размеров — заглубляются в грунт. В этом случае от разгрузочного конуса прокладывается специальная траншея.

При сгущении флотационных концентратов цветных металлов удельная нагрузка составляет 0,5—2 т/м3 в сутки.

Полученный в результате сгущения продукт для дальнейшего обезвоживания поступает на фильтрование.