Обогащение на концентрационных шлюзах и желобах

Обогащение на шлюзах. Стационарный шлюз представляет собой слабонаклонный прямоугольный неподвижный желоб, на дне которого укладываются специальные покрытия для создания необходимой турбулентности потока. Такие покры­тия не только задерживают опустившиеся тяжелые зерна, но и, способствуя вихреобразованию, взмучивают движущуюся по дну шлюза постель, обеспечивая расслаивание материала по плотности.

Стационарные шлюзы (гидравлические, дражные и др.) ис­пользуют для обогащения обычно неклассифицированных бед­ных материалов крупностью до 100 мм при переработке с вы­сокой производительностью руд и песков россыпных место­рождений редких и благородных металлов, минералы кото­рых обладают гораздо более высокой плотностью δ_Т, чем ми­нералы породы δ_Л. Для эффективного обогащения на шлюзах необходимо, чтобы значение соотношения (δ_Т - 1)/(δ_л - 1) было больше 3,5; в этом случае шлюз характеризуется высокой сте­пенью концентрации.

Технологические и конструктивные параметры шлюзов оп­ределяются в первую очередь максимальной крупностью d_max кусков в перерабатываемом материале. При увеличении ее с 6 до 100 мм скорость потока возрастает с 1,2—1,6 до 2,0—2,5 м/с, а разжижение пульпы (Ж : Т по объему) — с 8—10 до 16—20. Минимальная высота потока не превышает 1,3 d_max для само­го крупного и 10 d_max для самого тонкого материала. Шлюзы глу­бокого наполнения (с высотой потока более 30-—40 мм) приме­няют для обогащения материала крупнее 20(16) мм; шлюзы мел­кого наполнения (с высотой потока менее 30—40 мм) — для бо­лее мелкого материала. При крупном питании (d_max> 20(16) мм) и необходимости дополнительной дезинтеграции материала трафаретом в шлюзах служат деревянные торцы, камни или рельсы, укладываемые поперек потока; при средней крупно­сти питания (d_max < 20(16) мм) — металлические и деревянные решетчатые конструкции с высотой поперечных планок 25— 55 мм и расстоянием между ними 25—150 мм. При обогаще­нии мелких песков (-3 мм) и тонкоизмельченных руд приме­няют ворсистые покрытия из войлока, грубошерстного сукна, плюша, холста, рифленой резины и других мамериалов; пуль­па на шлюзы в этом случае подается слоем 3—5 мм.

Производительность шлюзов с трафаретным покрытием составляет 0,4—1,5 м3/м2·ч, с ворсистым — от 0,1 до 0,3 м3/м2 · ч. Она может быть увеличена примерно в 2 раза за счет интенси фикации разрыхления материала потока вибрацией всего шлю­за (при оборудовании его амортизаторами и вибраторами, например С-414).

Материал на шлюз подают непрерывно до тех пор, пока ячейки трафарета или покрытия не заполнятся тяжелыми зер­нами, после чего загрузку прекращают и производится сполоск шлюза, т. е. смыв концентрата со дна шлюза или с по­крытия в отдельный приемник. Высокое извлечение частиц золота обеспечивается при крупности их более 0,2—0,3 мм, а зерен касситерита и вольфрама — если они крупнее 1 мм.

Подвижные механизированные шлюзы (рис. 4.13),: поворачивающие­ся, опрокидывающиеся или с движущейся рабочей поверхно­стью, обеспечивают возможность сполоска концентрата без снятия улавливающего покрытия. Это позволяет сократить за­траты труда, повысить за счет уменьшения времени на сполоск производительность шлюзов и за счет более частого спо­лоска эффективность их работы.

Рис. 4.13. Схемы шлюзов:

а — ленточного; б — цилиндрического вращающегося

Металлический подвижной шлюз (ШМС) и шлюз с под­вижным резиновым покрытием (ШПРП), или ленточный шлюз (рис. 4.13, а), представляют собой слабонаклонную бесконеч­ную цепь стационарных металлических шлюзов или коробча­тую резиновую ленту, движущуюся навстречу загружаемому ма­териалу. Легкая фракция смывается водой и разгружается у нижнего барабана, а тяжелая смывается с подвижной поверх­ности шлюза у верхнего барабана. Недостатками являются слож­ность конструкции и небольшая производительность шлюзов.

Барабанный концентратор или цилиндрический вращаю­щийся шлюз (рис. 4.13, б) диаметром 800 мм и длиной 3600 мм имеет на внутренней поверхности резиновое покрытие 1 с на-рифлениями зубчатой формы высотой 2—4 мм и предназначен для улавливания зерен свободного золота в цикле измельче­ния из материала крупностью -5 мм при плотности пульпы 25—60 % твердого. Тяжелые мелкие зерна, захватываемые улав­ливающим рифленым покрытием, транспортируются вверх при вращении барабана (2—6 об/мин), где смываются верхним оро­сителем 3 в желоб для концентрата 2. Расслоению материалов в нижней части барабана способствует подача воды через бо­ковой ороситель 4.

На шлюзах обогащаются некласси­фицированные или имеющие широкий диапазон крупности бедные золото- и платиносодержащие, касситеритовые руды и пески россыпных месторождений. Материал крупностью —100+16 мм обогащается на шлюзах глубокого наполнения; крупностью -16+0 мм - на шлюзах ма­лого наполнения (подшлюзках). Технические характеристики шлюзов приведены в табл. 4.21.

После заполнения ячеек трафаретов шлюза тяжелой фракцией подачу материала на шлюз прекращают и производят съем осевшего концентрата (сполоск шлюза). В зависимости от конструкции шлюза сполоск может быть ручным, механизированным и автоматизированным. На шлюзах с неподвижной рабочей поверхностью интервал между сполосками изменяется от нескольких часов до 10-15 дней. Разжижение пульпы в неподвижных гидравлических шлюзах достигает 25 и выше.

Таблица 4.21

Технические характеристики шлюзов

Параметры	Шлюзы	Подшлюзки
Длина минимальная, м	18-20
Ширина, м	0,37-0,8	0,7-1,0
Уклон на 1 м длины, мм		100-110
Высота трафаретов, мм	50-55	25-30
Расстояние между планками трафаретов, мм	90-150	25-30
Наполнение шлюза (глубина потока), мм
Средняя скорость движения потока, м/с	1,67	0,7

Общую ширину шлюзов В можно определить по формуле

(4.18)

где В - ширина шлюзов, м;

Q — объемная производительность, м /с;

и - скорость потока пульпы, м/с (при минимальной крупности 6-12 мм скорость 1,2-1,6 м/с, при 100 мм - 2-2,5 м/с);

d — минимальная высота потока пульпы, м.

Поток пульпы можно определить по формуле

h = аd, (4.19)

где а - коэффициент, зависящий от крупности материала (при максимальной крупности 6-12 мм а = 2-2,2; при крупности до 100 мм 0=1,2-1,3);

d — наибольший размер кусков, мм.

Расход пульпы определяется из соотношения

, (4.20)

где Q - расход пульпы, м³/с;

q - количество твердого, поступающего на шлюз, т/с;

δ_т — плотность твердого, т/м³;

К — разжиженность пульпы (Ж:Т) по объему (при крупности 6-12 мм Ж:Т = 8-10; при крупности 100-200 мм Ж:Т = 16-20).

Ширина одного шлюза практически колеблется от 0,4 до 1,5 м (ча­ще в пределах 0,6-0,8 м). Если ширина шлюза превышает указанные ве­личины, то устанавливают несколько параллельно работающих шлюзов.

Минимальная длина шлюзов глубокого наполнения золотосодер­жащих песков составляет 20 м, шлюзов мелкого наполнения (подшлюзков) - 6м. Для оловосодержащих песков - соответственно 30 и 10 м. Отдельную группу представляют шлюзы с подвижной улавливающей поверхностью. Они делятся на три вида: с периодически поворачиваю­щимися желобами; с подвесным резиновым покрытием и вибрационные.

Обогащение в желобах. Струйный или суживающийся желоб (рис. 4.14), имею­щий плоское дно 3 и сходящиеся под некоторым углом боко­вые стенки 2, устанавливается с минимальным уклоном (15—20°), обеспечивающим прохождение подаваемой питателем 1 пуль­пы плотностью 50—60 % твердого по желобу без заиливания (со средней скоростью 0,3—1,0 м/с). Благодаря сужению же­лоба высота потока увеличивается от 1,5—2 мм у загрузочного конца до 7—8 мм у разгрузочного, а характер движения пото­ка изменяется от ламинарного в начале желоба к турбулент­ному в конце его.

Рис. 4.14. Схема суживающегося желоба

При движении пульпы по желобу происхо­дит расслоение материала по плотности и крупности. Основ­ным процессом разделения частиц, вследствие высокого содер­жания твердого в питании, является сегрегация, которая допол­няется процессом взмучивания частиц турбулентными вихря­ми, выносящими вверх из придонного слоя крупные легкие ча­стицы и частицы малой гидравлической крупности. В резуль­тате взаимодействия этих процессов в нижних слоях (у дна же­лоба) концентрируются зерна тяжелых минералов, а в верх­них слоях — зерна легких минералов. Пульпа сходит с желоба в виде веера 4, в котором плотность минеральных зерен воз­растает сверху вниз. При помощи делительных перегородок или отсекателей 5 продукты различной плотности направля­ют в соответствующие приемники.

В моечных желобах, в отличие от шлюзов, осевший тяжелый продукт выделяется непрерывно через разгрузочную камеру. Ширина же­лоба колеблется от 300 до 800 мм, а производительность соответственно составляет от 40-60 до 135-160 т/ч. Расход воды на 1 т обогащаемого материала колеблется в пределах 2-4 м³. Моечные желоба в настоящее время на фабриках почти не применяют. Они заменены от­садочными машинами и шнековыми противоточными сепараторами.

Суживающие желоба применяются при обогащении песков, глав­ным образом, россыпных месторождений. Их применяют также на некоторых железорудных обогатительных фабриках и фабриках, перерабатывающих коренные руды олова и редких металлов. Крупность обогащаемого материала -2,5+0,04 мм.

На суживающихся желобах получают, как правило, черновые концентраты. Наиболее распространенные размеры суживающихся желобов: длина 610-1200 мм; ширина у загрузочного конца 230 мм, у разгрузочного - 25 мм; угол наклона 15-20°. Исходная пульпа содержит м>-60 % твердого (по массе) или 25-30 % по объему.

Суживающиеся желоба отличаются простотой конструкции, отсутствием движущихся частей, высокой удельной производительностью.

Аппараты, конструкции которых основаны на использовании суживающихся желобов, разделяются на две группы.

1. Аппараты, состоящие из набора нескольких желобов в различ­ных компоновочных вариантах - струйные концентраторы.

2. Аппараты, состоящие из одного или нескольких конусов, представляющие собой радиально установленные суживающиеся желоба, направленные узкой частью к центру — конусные сепараторы. Конусные сепараторы изготовляют одно-, двух-, трех- и шестидечными.

Технические характеристики струйных концентраторов и конусных сепараторов приводятся в табл. 4.22 и 4.23.

Таблица 4.22

Технические характеристики струйных концентраторов

Параметры	СКГ-2М	СКГМ-3М
	для основной и перечистной концентрации	для перечистки хвостов
Число желобов
Размеры желобов, мм: длина ширина в приемной части шрина в разгрузочной части
Число регулируемых щелей в тише желоба
Общая площадь желобов, м2	3,24	5,47	5,47
Пределы регулирования угла наклона желоба, град.	15-20	15-20	15-20
Содержание твердого в питании по массе), %	40-60	50-60	50-60
Производительность, т/ч	3-10	8-25	8-25
Мощность вибратора, кВт	0,25	0,25	0,25
Габаритные размеры, мм: длина ширина высота

Таблица 4.23

Технические характеристики конусных сепараторов

Параметры	Одноярусные	Двухъярусные
СК2-М	СК-3	СК2-2	СКЗ-2
Диаметр основания конуса, мм: верхнего среднего нижнего	- -	- -	-
Длина образующей, мм
Угол образующей конуса с горизон­тальной плоскостью, град.	14-20	14-20	14-20	14-20
Площадь рабочей поверхности, м2: одного конуса без клиньев общая	2,95 -	6,40 -	2,90 5,70	6,0 11,88
Содержание в питании (по массе), %	45-60	45-60	45-60	45-60
Производительность, т/ч	20-40	40-80	25-45	45-90
Габаритные размеры, мм: длина ширина высота				3350 3100 3250
Масса сепаратора с конусами, т: чугунными из алюминиевого сплава из стеклопластика	1,46 1,04 -	2,5 1,5 -	2,9 2,1 -	5,0 3,2 -
Параметры	Трехъярусные	Шестиярусные
СК2-3	СКЗ,6/3-6
Диаметр основания конуса, мм: верхнего среднего нижнего		3000*
Длина образующей, мм		1350-1650
Угол образующей конуса с горизонталь­ной плоскостью, град.	14-20	16-18
Площадь рабочей поверхности, м2: одного конуса без клиньев общая	2,85 8,55	7-10,5 45,2
Содержание твердого в питании (по массе), %	45-60	45-60
Производительность, т/ч	20-40	80-120
Габаритные размеры, мм: длина ширина высота
Масса сепаратора с конусами, т: чугунными из алюминиевого сплава из стеклопластика	3,3 - -	- - 7,74

*Для второго, считая сверху, и всех последующих конусов площадь рав­на 7м².

Удельную производительность струйных и конусных сепараторов (q, т/ч∙м ) можно определить по следующей эмпирической формуле:

(4.21)

где К - коэффициент, равный 10-14, меньшее значение относится к мел­кому питанию, а большее - к крупному;

d_ср- средневзвешенный размер зерен в питании, мм;

δ₁, δ₂- плотности пустой породы и полезного минерала, т/м³.

Производительность сепараторов возрастает с увеличением круп­ности питания и разницы в плотностях разделяемых минералов. Общая производительность струйных и конусных сепараторов будет:

Q= qF, (4.22)

где Q - общая произвалительность сепаратора, т/ч; F-площадь сепаратора (сепараторов), м .

Винтовые сепараторы

Винтовые сепараторы применяются для обогащения мелкозерни­стых песков, содержащих ильменит, циркон, рутил и другие полезные минералы, а также для измельченных руд редких и благородных металов, слабомагнитных окислов железных руд, фосфоритов, хромитов и др. Верхний предел крупности 15 мм, нижний 0.05-0,07 мм.

Винтовые сепараторы (рис. 4.15, а) представля­ют собой вертикальный неподвижный винтообразный желоб 1, укрепленный на колонке 4. Пульпа подается в верхнюю часть желоба и стекает по нему вниз в виде тонкого (6—15 мм) слоя. При движении в потоке помимо обычных гравитаци­онных и гидродинамических сил, действующих на зерна, раз­виваются центробежные силы, вызывающие различие в ско­ростях не только по глубине потока, но и по радиусу.

Рис. 4.15.Схема винтового сепаратора двухжелобчатого типа СВ2-1000 (а) п циркуляции струй пульпы в желобе винтового сепаратора (б)

Скоро­сти возрастают по мере удаления от дна к поверхности и вну­треннего борта к внешнему, что приводит к поперечной цир­куляции потока (рис. 4.15, б): верхние слои 1 удаляются от оси вращения к внешнему борту желоба, а внутренние слои 2 — к его внутреннему борту.

Попав на винтовой желоб, частицы начинаю распреде­ляться по глубине потока в соответствии с их гидравлической крупностью и одновременно в поперечном направлении: на­ходящиеся в верхних слоях зерна легких минералов сносятся к внешнему борту, а находящиеся в нижних слоях зерна тяже лых минералов --к внутреннему. После прохождения пуль­пой двух-трех витков разделение частиц по плотности и круп­ности в основном заканчивается, и они перемещаются по тра­екториям, близким к винтовым линиям на постоянном рас­стоянии от оси сепаратора или шлюза.

Перераспределению частиц, попавших в «чужую» зону, спо­собствует подача дополнительной воды 2 (рис. 4.15, а) у вну­треннего борта желоба. Разделение веера частиц в конце желоба на концентрат 5, промпродукт 6 и хвосты 7 производится отсекателями 3. При желании и необходимости через отверстия в днище желоба с помощью отсекателей концентрат можно выводить с верхних витков, промпродукт — со средних вит­ков, хвосты — с последнего нижнего витка в конце желоба. Желоб сепаратора или шлюза диаметром от 600 до 1200 мм изготавливают из чугунного или стального литья, листовой стали, алюминиевых сплавов, стекловолокна или фиброгласса. Рабочую поверхность желоба футеруют морозостойкой ре­зиной, неопреном, пластмассой. В зависимости от исполне­ния винтовые сепараторы и шлюзы могут состоять из 2—4 винтовых желобов на одной колонне, работающих одновре­менно. Производительность их в зависимости от типоразме­ра, характера и крупности обогащаемого материала изменя­ется от 0,5 до 10 т/ч.

Эффективность извлечения тяжелых зерен увеличивается для крупных с увеличением диаметра сепаратора (до 1200 мм и более), для мелких с уменьшением диаметра шлюза (до 500 — 750 мм). Оптимальное соотношение между крупностью зе­рен и глубиной потока при обогащении материала -3 +0,2 мм достигается в промышленном сепараторе при значении отно­шения шага винтового желоба к его диаметру, равном 0,4—0,6, а при обогащении материала -0,5 +0,02(0,03) мм в винтовом шлюзе — при значении равном 0,5—0,6.

С уменьшением разницы в плотностях и крупности разде­ляемых зерен число витков желоба увеличивается с 4 до 6. При большом содержании в исходном материале глины и тонких шламов процесс разделения на винтовых сепараторах и шлюзах сильно нарушается. Поэтому материал в таких слу чаях подвергается, как правило, предварительному обесшлам-ливанию на ситах или гидравлических классификаторах. Опти­мальная плотность питания составляет 10—35 % твердого. Ухуд­шение процесса разделения при большей плотности обусло­влено чрезмерным увеличением вязкости, при меньшей — сно­сом тяжелых зерен в область промежуточного продукта, как и при избытке смывной воды. Недостаток смывной воды при­водит к получению бедных концентратов.

Технические характеристики винтовых струйных сепараторов приводятся в табл. 4.24.

Таблица 4.24

Технические характеристики винтовых сепараторов с нерегулируемым шагом витков

Параметры	СВ2-750	СВ2-1000	СВ-1500
Диаметр желоба, мм
Число витков
Число желобов
Крупность ценного компонента, мм	0,07-1	0,07-2	0,2-3
Содержание твердого в питании, %	15-40	15-40	15-40
Расход смывной воды, л/с	0,3-0,5	0,4-0,8	0,2-0,5
Производительность сепаратора, т/ч	1-5	3-8	20-30
Габаритные размеры, мм: высота длина ширина
Масса сепаратора, т	0,59	0,69	1,25

Винтовые сепараторы выпускаются отечественной промышленно­стью с нерегулируемым шагом витков. Сепараторы с регулируемым ша­гом витков выпускаются в ограниченном количестве для испытаний руд в лабораторных и промышленных условиях.

Производительность винтовых сепараторов выражается эмпириче­ской формулой

(4.23)

где Q, - производительность сепаратора, т/ч;

К_и- коэффициент, зависящий от обогатимости исходного материала (для труднообогатимых руд К_и = 0,4; для легкообогатимых К_и= 0,7; среднее значение К_и = 0,6); δ_и, δ₁, δ₂ - плотность соответственно исходного материала, легких и тяжелых минералов, т/м ; п - число желобов; d _mах- максимальный размер частиц обогащаемого материала, мм; D - диаметр сепаратора, м.

Винтовые сепараторы и шлюзы просты по конструкции, удобны в эксплуатации, не требуют затрат электроэнергии, за­нимают мало места. Они широко применяются для обогаще­ния мелкозернистых песков, содержащих ильменит, циркон, ру­тил и другие полезные минералы, а также измельченных руд редких и благородных металлов, железных руд, фосфоритов, хромитов и других полезных ископаемых. Недостатком вин­товых сепараторов и шлюзов является низкая эффективность обогащения руд и россыпей с большим содержанием сростков извлекаемых минералов с минералами породы.

Промывка

Промывка - это процесс дезинтеграции (разрыхления, диспергиро­вания) глинистого материала, содержащегося в руде, в соответствую­щих аппаратах под действием воды. Промывка может быть самостоя­тельным процессом, в результате которого выделяется концентрат. Ча­ще она является подготовительным процессом перед дальнейшим обогащением.

В зависимости от физико-механических свойств глины руды бывают легкопромывистые, среднепромывистые, труднопромывистые и весьма труднопромывистые. Процесс промывки широко применяется при обогащении железных, марганцевых, хромовых руд, россыпей цветных ред­ких и благородных металлов, строительного сырья (гравий, щебень, пе­сок), коалинового сырья, фосфоритов, флюсовых известняков и других полезных ископаемых.

Для промывки легкопромывистых руд применяются желоба, плоские и барабанные грохоты, бутары. Для промывки среднепромывистых руд применяются скрубберы, скрубберы-бутары, гравиемойки, вибро­мойки. Для промывки труднопромывистьгх руд применяются корытные мойки, бичевые мойки, вибромойки, промывочные башни.

В табл.4.30 приводятся технические характеристики барабанных грохотов и бутар, в табл. 4.31 - скрубберов и скрубберов-бутар.

Для дезинтеграции труднопромывистых руд необходимо выбирать аппараты, обеспечивающие длительное время пребывания материала в рабочей зоне и интенсивное механическое воздействие. Осуществляется это, как правило, в две-три стадии: 1-я стадия – скрубберы или вибрационные мойки; 2-я и 3-я стадии – корытные или бичевые мойки.

Таблица 4.30

Технические характеристики барабанных промывочных грохотов и бутар

Параметры	Грохоты	Бутары 0-89
ГБ-1,5	0-82
Размеры барабана, мм: диаметр длина перфорированной части длина общая
Размер отверстий на барабане, мм	50; 10	50; 10
Чистота вращения барабана, мин-1	10,4
Угол наклона барабана, град.	3-8	до 10
Максимальный размер кусков руды, мм		300-350
Удельный расход воды, м3/т	4-6	4-6	4-8
Производительность, т/ч	60-80	100-150
Мощность электродвигателя, кВт	4,5
Габаритные размеры, мм: длина ширина высота
Масса аппарата, т	5,1	7,5	12,6

Таблица 4.31

Технические характеристики скрубберов и скрубберов-бутар

Параметры	С-1,3	СБ-1,3	ДСБ-1,4	ВНИИПрозолото	ммк-2,6	ммк-3,3
Размеры барабана, мм: диаметр длина общая
Чистота вращения, мин-1			15-17	17,9
Угол наклона, град.	3,5-6	-	2-4	-	-	-
Удельный расход воды, м3/т	3-5	6-10	-	-	2-4	2-4
Производительность, м3/т
Мощность электродвигателя, кВт
Масса аппарата, т	5,3	5,6	10,4	-	40,2