Обогащение в тяжелых средах. Основы процесса, область применения, оборудование.

Обогащение в тяжелых средах это процесс разделения минераль­ных частиц по плотностям в средах, имеющих промежуточную (между разделяемыми минералами) плотность. В качестве тяжелых сред при­меняются органические тяжелые жидкости, растворы неорганических солей в воде и тяжелые суспензии.

Органические тяжелые жидкости имеют преимущественно не­большую плотность, сравнительно высокую стоимость, повышенную токсичность, непростую схему регенерации жидкости. Кроме того, при их использовании необходима тщательная промывка продуктов разде­ления. Поэтому органические тяжелые жидкости не нашли промыш­ленного применения и используются иногда в лабораторных условиях с целью изучения фракционного состава исходного материала и резуль­татов его сепарации.

Растворы солей в воде применялись в промышленных условиях. Впервые промышленная установка для обогащения угля в растворе хлористого кальция была построена в Германии. Затем (1935) этот же год имел некоторый успех в США. Однако из-за аналогичных недо­статков растворы солей в воде были заменены водно-песчаными, магнетитовыми и ферросилициевыми суспензиями. Областью широкого применения растворов солей остаются исследования в лабораторных условиях и контроль гравитационных процессов обогащения.

Суспензии представляют собой взвесь тонкодисперсных частиц в воде. Обогащение в тяжелых суспензиях является одним из наиболее распространенных гравитационных процессов. Тяжелосредная сепа­рация применяется для выделения из исходного сырья конечного то­варного продукта (например, при обогащении углей), либо удаления до 60-90 % пустой породы перед измельчением руды для флотационного обогащения, что обеспечивает снижение общих эксплуатационных расходов по фабрике, вовлечение в переработку бедных руд и повыше­ние технологических показателей переработки сырья.

В отличии от других гравитационных методов, обогащение в тяже­лых суспензиях позволяет разделить минеральные частицы с разницей в плотности до 100 кг/м³, что существенно меньше, чем например в отсадочных машинах. Среднее вероятное отклонение снижается до 0,015, взаимозасорение продуктов разделения посторонними фракция­ми составляет 1 % и менее. В суспензиях можно обогатить более ширококлассифицированный материал. Верхний предел крупности кусков исходного материала ограничивается конструктивными элементами сепаратора - возможностью выгрузки (прохода) осевших кусков через разгрузочные устройства и составляет 250-300 мм. Нижний предел крупности зависит от соотношения силы тяжести кусков и вязкости суспензии. Для сепарации в гравитационном поле он составляет обыч­но до 4-6 мм, в центробежном поле (в циклонах) - до 0.5 (0,2) мм.

Структурно-механические (реологические) свойства суспензий и, соответственно, технико-экономические показатели обогащения во многом зависят от утяжелителя.

Широкое применение суспензионного обогащения разнообразно­го минерального сырья определило разработку множества различных форм сепараторов. В настоящее время в мировой практике эксплуати­руется более 70 видов этого оборудования. Наибольшее распространение нашли конусные, колесные и бара­банные сепараторы.

Конусные сепараторы впервые были успешно применены для обо­гащения угля крупностью 3-100 мм в США (1917).

Отечественное машиностроение выпускает конусные и колесные сепараторы. До 1970 г. изготавливались двухпродуктовые сепараторы с наклонным элеваторным колесом типа СК12 - СК40. С 1970 г. начат серийный выпуск двухпродуктовых сепараторов с вертикальным элеваторным колесом типа CKJB20, CKJB32.

Для обогащения мелкого (менее 13-6 мм) угля изготавливаются Двух- и трехпродуктовые тяжелосредные гидроциклоны типа КГ и бо­лее производительные ГТ.

Регенерация суспензий с магнитным утяжелителем производится с помощью серийно выпускаемых электромагнитных сепараторов типа ЭВМ.

Конусные сепараторы нашли применение для обогащения угля, руд и неметаллических полезных ископаемых. Они изготавливаются с внутренним, внешним аэролифтам и с меха­ническим удалением осевшей фракции.

В отечественной практике получили распространение конусы с наружным аэро­лифтом (рис. 5.7) как наиболее удобные в эксплуатации.

Конусные сепараторы, благодаря зна­чительному объему ванны, характеризуют­ся более стабильной плотностью суспензии и низкими эксплуатационными расходами. Производительность сепараторов зависит от их типоразмера, крупности и фракционного состава исходного материала.

К недостаткам этих сепараторов можно отнести необходимость перемешивания суспензии из-за седиментации утяжелителя в высокой панне.