Обогащение в тяжелых средах
В качестве тяжелых сред, применяемых для тяжелосредного разделения полезных ископаемых, можно использовать: водные растворы неорганических солей (хлористый цинк, хлористый кальций); органические жидкости (бромоформ, жидкость Туле, жидкость Клеричи и др.); минеральные суспензии.
Первые две среды (растворы солей и тяжелые жидкости) в промышленных условиях почти не применяются (используются в основном и лабораторных условиях для фракционных анализов). Последние же - тяжелые суспензии нашли широкое промышленное применение при обогащении углей, хромовых, железных, марганцевых, некоторых полиметаллических и других руд в гравитационном или центробежном иоле. Тяжелые суспензии представляют собой грубодисперсную взвесь, состоящую из воды и твердых мелких частиц высокой плотности. Вода является дисперсионной средой, а частицы тяжелого вещества - утяжелителем (суспензоидом). Для обогащения применяются тяжелые суспензии, плотность которых является промежуточной между плотностями разделяемых компонентов.
Наибольшее распространение в промышленности получили следующие утяжелители: для приготовления суспензий плотностью 2000 кг/м3 и менее - кварцевый песок (плотность 2650 кг/м3) и магнетит плотностью 4330-4680 кг/м; для приготовления суспензий плотностью до 3200-3400 кг/м3 - ферросилиции (6400-7000 кг/м3) и галенит (7500 кг/м3).
Для снижения загрязнения суспензии мелкими частицами исходный материал, поступающий на суспензионное обогащение, должен быть хорошо обесшламлен.
Обогащение в тяжелых суспензиях средне- и крупнокускового материала (более 6 (4) до 300 мм) производят в сепараторах с использованием гравитационных сил. Для обогащения мелкозернистого материала крупностью угля 0,5-25 (40) мм и руд 0,5-4 мм применяются тяжелосредные циклоны.
Из сепараторов, принцип которых основан на использовании гравитационных сил, при обогащении руд применяются главным образом конусные аэролифтные, барабанные и колесные сепараторы. При обогащении углей - конусные с породной камерой и колесные.
Тяжелосрсдное обогащение рекомендуется использовать для обогащения труднообогатимыхполезных ископаемых и промпродуктов.
Конусные сепараторы
Обогащение материала крупностью от 3 до 100 мм (при обогащении руд) или до 300 мм (при обогащении углей) проводят в так называемых конусных сепараторах.
Конусные аэролифтные сепараторы.Сепараторы этого типа применяются при обогащении руд и неметаллических полезных ископаемых. Они бывают с внутренним (рис.4.6) и наружным аэролифтами (табл.4.9).
На рис. изображен конусный сепаратор типа СК диаметром 6 м и высотой до 12 м.
Рис.4.6. Схема конусного сепаратора
1-корпус; 2-мешалка; 3-дуговые грохоты; 4-осевая воронка; 5-загрузочный лоток;6-вращающийся вал.
В конусном корпусе 1 сепаратора на полом валу 6 вращается мешалка 2. Исходная руда подается по загрузочному лотку 5 и подвергается расслоению в суспензии, поступающей через осевую воронку 4. Тяжелая фракция руды погружается в нижнюю часть конуса и с помощью сжатого воздуха аэролифтом выгружается на желоб, в днище которого установлены дуговые грохоты 3 для сброса и возврата в сепаратор части кондиционной тяжелой суспензии. Легкая фракция удаляется из сепаратора через регулируемый порог на борту конуса переливом вместе с частью суспензии и направляется для отделения и отмывки ее на грохотах.
Таблица 4.9
Технические характеристики аэролифтных СК
| Параметры | Конусные сепараторы | ||||
| с наружным аэролифтом | с вутренним аэролифтом | ||||
| СК-3 | СК-3,6 | СК-6А | Д-3,5 | Д-6,0 | |
| Производительность по питанию, т/ч | 40-195 | 100-800 | 400-700 | ||
| Диаметр, мм: конуса аэролифта | 250-300 | ||||
| Площадь зеркала суспензии, м2 | 10,2 | 9,8 | |||
| Рабочий объем сепаратора, м3 | 17,2 | 17,2 | |||
| Крупность исходного материала, мм | -100 + 2 | -40 + 2 | -100 + 2 | -100 + 6 | -100 + 6 |
| Давление сжатого воздуха, МПа | 0,3 | 0,28 | 0,36 | 0,15 | 0,35 |
| Расход воздуха (расчетный), м-1/мин | 4,5 | 15,0 | 25,0 | до 15 | до 25 |
| Частота вращения мешалки, об/мин | 6,0 | 10,0 | 1,59-2,49 | 2,72 | 1,56-2,49 |
| Мощность электродвигателя, кВт | 4,5 | 4,5 | 7,0 | 4,5 | 7,0 |
| Габаритные размеры, мм: длина ширина высота | |||||
| Масса сепаратора, т | 5,1 | 7,1 | 27,1 | 7,1 | 27,1 |
Конусные сепараторы с породной камерой.Конусные сепараторы (СК) с породной камерой применяются для обогащения углей и антрацитов крупностью 100 (200) - 6 (13) мм в водно-песчаной суспензии. Куски породы оседают вниз и накапливаются в породной камере при открытой верхней задвижке и закрытой нижней. После заполнения породной камеры нижняя задвижка открывается и закрывается верхняя. Сепаратор может работать как трехпродуктовый, когда в средней части конуса монтируется разгрузочное устройство для выделения промпродукта.
Технические характеристики конусных сепараторов приводятся в табл. 4.10.
Таблица 4.10
Технические характеристики СК
| Параметры | СК-4 | СК-6,3 | СК-10 | СК-16 | СК-2 |
| Крупность обогащаемого материала, мм | -100+13 | -200 + 6 | -200 + 6 | -200 + 6 | -200 + 6 |
| Площадь зеркала суспензии, м2 | 4,0 | 6,3 | 10,0 | 16,0 | 25,0 |
| Внутренний диаметр конуса, мм | |||||
| Внутренний даметр породной камеры, мм | |||||
| Объем конуса, м3 | 4,1 | 7,6 | 14,75 | 28,8 | 54,0 |
| Объем породной камеры, м3 | 0,8 | 1,83 | 2,26 | 3,7 | 6,0 |
| Производительность, т/ч: по исходному по породе | 40-63 | 63-100 | 100-160 | 100-250 63 | 250-400 100 |
| Мощность электродвигателя, кВт | |||||
| Частота вращения мешалки, мин -1 | 13-15 | 9-11 | 6-9 | 4-7 | 3-6 |
| Габаритные размеры, мм: длина ширина высота | 4465 2800 5800 | 5480 3640 6400 | 6225 4550 8000 | 8095 5910 10400 | 10400 7570 13375 |
| Масса сепаратора, т | 5,05 | 7,5 | 11,0 | 14,2 | 18,2 |
Барабанные сепараторы
Барабанные сепараторы (СБ) применяются для обогащения руд цветных, черных металлов и неметаллических полезных ископаемых.
Барабанный сепаратор с элеваторной разгрузкой типа СБЭ (рис.4.7) производительностью до 120 т/ч представляет собой вращающийся барабан диаметром и длиной до 2,5 м. Барабан 1 устанавливается на опорных роликах 7 рамы 10 с наклоном около 3° в сторону разгрузки легкой фракции и приводится во вращение (3—6 об/мин) электродвигателем через редуктор 6, шестерню 5 и большую венцовую шестерню 11, закрепленную на барабане. Исходный материал 8 и суспензия подаются в барабан по лотку 2. Легкая фракция с частью суспензии разгружается переливом через отверстие в торцевой стенке барабана в желоб 4, а тяжелая фракция транспортируется спиралью 3 и выгружается элеваторным колесом 12 с перфорированными лопастями в желоб 9.
Рис. 4.7. Барабанный сепаратор с элеваторной разгрузкой типа СБЭ
В сепараторах типа СКВ (рис.4.8) с вертикальным элеваторным колесом (производительностью 160—380 т/ч) исходный материал 11 в ванну сепаратора поступает по желобу 8, а тяжелая суспензия — через нижний патрубок и распределительное устройство 7. Легкая фракция 12 разгружается гребковым механизмом 4 в желоб 6. Тяжелая фракция 13 оседает в ковшах 10 элеваторного колеса 2 и удаляется из сепаратора при его вращении (2—3 мин"1) приводом 3. Внутренней частью своего кольца колесо 2 опирается на опорные катки 5, закрепленные на корпусе 1. Решетки 9, шарнирно соединенные
Рис. 4.8. Сепараторах типа СКВ с вертикальным элеваторным колесом
В табл. 4.11 приведены технические характеристики барабанных спиральных сепараторов.
Таблица 4.11
Технические характеристики барабанных спиральных сепараторов (СБС)
| Параметры | СБС-1,8 | СБС-2,5 | СБС-3 |
| Размер барабана, мм: диаметр длина | |||
| Частота вращения барабана, об/мин | 3;4;6 | 3;4;6 | 3;4;6 |
| Производительность (по исходному), т/ч | 18-90 | 32-160 | 50-25 |
| Крупность обогащаемого материала, мм | 4-150 | 4-150 | 4-150 |
| Мощность электродвигателя, кВт | |||
| Габаритные размеры, мм: длина ширина высота | |||
| Масса сепаратора, т | 14,7 | 22,3 | 29,1 |
Сепараторы с элеваторным колесом.Сепараторы с разгрузкой потонувшего продукта элеваторным колесом разделяются на две группы: с наклонным расположением элеваторного колеса (СК) и с вертикальным расположением элеваторного колеса (СТ). В свою очередь сепараторы с вертикальным колесом бывают с продольным расположением колеса (СТС) и с поперечным (СКВ) по отношению к ванне сепаратора.
Сепараторы с наклонным расположением элеваторного колеса выпускались до 1970 г. и с этого времени заменялись сепараторами СКВ (СКВП).
Технические характеристики сепараторов СКВП двух модификаций с короткой и длинной ваннами приводятся в табл. 4.12.
Таблица 4.12
Технические характеристики сепараторов СКВП
| Параметры | СКВП-20 | СКВП-32* |
| Ширина ванны, мм | 3200/3200 | |
| Крупность исходного продукта, мм | 13-300 | 13-300/13-300 |
| Площадь зеркала суспензии, м2 | 4,5 | 13/10 |
| Производительность по исходному продукту (т/ч) при крупности, мм: 13-300 25-300 | 400/300 500/380 | |
| Максимальная производительность от исходного материала, %: по всплывшему продукту по потонувшему продукту | 75/75 75/75 | |
| Мощность электродвигателя, кВт: привода элеваторного колеса привода гребкового механизма привода лотка | 5,5 2,2 - | 11/11 2,2/2,2 4/4 |
| Габаритные размеры, мм: длина ширина высота | 4500 4700 4100 | 7500/6500 6500/6500 6000/6000 |
| Масса сепаратора, т | 15,8 | 36/31 |
* В числителе приведены данные с длинной ванной, в знаменателе - с короткой.
На основании опыта промышленной эксплуатации сепаратора СКВП разработан параметрический ряд тяжелосредных сепараторов нового поколения СТК (сепаратор тяжелосредный колесный). Сепараторы СТК (табл. 4.13) отличаются повышенными надежностью и сроком службы, меньшей металлоемкостью. В них предусмотрена установка преобразователя потока для повышения технологической эффективности процесса.
Таблица 4.13
Технические характеристики тяжелосредных сепараторов СТК
| СТК-32 | |||||
| Параметры | СТК-12 | СТК-20 | с короткой ванной | с длинной ванной | СТК-40 |
| Ширина ванны, мм | |||||
| Крупность исходного продукта, мм | 13-300 | 13-300 | 13-300 | 13-300 | 13-300 |
| Производительность по исходному | |||||
| продукту (т/ч) при крупности, мм: | |||||
| 13-300 | до 600 | ||||
| 25-300 | до 750 | ||||
| Площадь зеркала суспензии, мм | 2,18 | 4,5 | |||
| Максимальная производительность | |||||
| от исходного материала, %: | |||||
| по всплывшему продукту | |||||
| по потонувшему продукту | |||||
| Габаритные размеры, мм: | |||||
| длина | |||||
| ширина | |||||
| высота | |||||
| Масса сепаратора, т | 15,8 | 21,7 | 36,4 |
Удлиненная разделительная ванна сепаратора и расширенное элеваторное колесо повышают производительность и уменьшают потери угля с отходами обогащения.
Наибольшее распространение получили сепараторы с элеваторным колесом и барабанные сепараторы, которые получают два конечных продукта обогащения. При необходимости разделения исходного сырья на три продукта используют комплексы, состоящие из двух последовательно установленных двухпродуктовых сепараторов, или агрегаты в виде двух одноименных сепараторов.
Тяжелосредные циклоны
Тяжелосредные циклоны применяются для обогащения мелкозернистых руд крупностью 0,2-6 (4) мм и углей крупностью 0,5 (0,2)-40 мм. Тяжелосредные циклоны бывают двухпродуктовыми (табл. 4.14) - односекционные (цилиндро-конические) и трехпродуктовыми (табл. 4.15) - двухсекционные, соединенные между собой переходными патрубками.
Таблица 4.14
Технические характеристики двухпродуктовых тяжелосредных циклонов
| Параметры | ГТ-500 | ГТ-630 | ГТ-710 |
| Производительность, т/ч | |||
| Внутренний диаметр, мм | |||
| Угол конусности, град. | |||
| Диаметр входного патрубка, мм | 150x150 | 150x150 | 205x130 |
| Диаметр разгрузочного патрубка, мм: верхнего нижнего | 160; 180 | 130; 150; 180 | 270; 320 130; 150; 180 |
| Пьезометрический напор питания на входе, м, не мнее | 4,5 | 6,0 | 6,5 |
| Расход суспензии, м3/ч | |||
| Габаритные размеры, мм: длина ширина высота | |||
| Масса циклона, т | 1,09 | 1,15 | 2,0 |
Таблица 4.15
Технические характеристики трехпродуктовых тяжелосредных циклонов
| Параметры | ГТ-630/500 | ГТ-710/500 | ГТ-710/500-1 |
| Производительность: по руде, т/ч по суспензии, м3/ч | до 100 до 350 | ||
| Крупность обогащаемого материала, мм | 0,5 (0,2)-25 | 0,5 (0,2)-40 | 0,5-40 |
| Внутренний диаметр, мм: секция 1 секция 2 | |||
| Угол конусности секции 2, град. | |||
| Размеры патрубка, мм: входного переходного | 150x150 150x150 | 205x130 150x150 | диаметр 250 диаметр 120 |
| Диаметр патрубков, мм: сливного секции 1 сливного секции 2 нижней насадки | 220;220 110;130; 150 | 270; 320 220; 240 110; 120; 130 | 240; 279 320 180; 220; 240 100; 130; 150 |
| Пьезометрический напор питания на входе, м | 6,0 | 6,5 | 6,5 |
| Габаритные размеры, мм: длина ширина высота | |||
| Масса циклона, т | 2,05 | 3,1 | 2,85 |
Вихревые тяжелосредные циклоны (табл. 4.16) применяются для обогащения руд крупностью —30 (50)+1 (0,5) мм.
Таблица 4.16
Технические характеристики вихревых тяжелосредных циклонов
| Параметры | Диаметр циклона, мм | |
| Диаметр, мм: песковой насадки сливного патрубка | 100; 125; 150 150; 165; 180 | 150; 180; 210 210; 230; 250 |
| Высота: цилиндрической части, мм подачи суспензии, м | 500 5-8 | 750 8-12 |
| Угол конусности, град. | ||
| Размер входного отверстия, мм | 60x140 | 110x240 |
| Крупность руды, мм | ||
| Производительность*, т/ч: по руде по суспензии | 25/40 | 55/95 |
*В числителе производительность по марганцевой руде, а в знаменателе но железной руде.
Циклон представляет собой разновидность обычных гидроциклонов, устанавливаемых конической частью вверх. Суспензия и руда подаются в цилиндрическую часть вихревого гидроциклона. Высота подачи не менее 4 м.
Легкий продукт увлекается вихревым потоком суспензии и разгружается через нижний сливной патрубок в разгрузочную камеру легкого продукта. С этим продуктом разгружается основная часть суспензии.
Тяжелый продукт по внутренним стенкам цилиндрической и конической частей также вместе с потоком суспензии разгружается вверх через песковую насадку в разгрузочную камеру для тяжелого продукта.