Редуктор; 2 - привод вала; 3 - корпус; 4 - клапан; классифицирующее устройство; 6 - мешалка; 7 – перегородка

Многокамерные гидравлические классификаторы выпускаются двух типоразмеров: КГ-4Р и КГ-6Р. Число классификаторов выбирают исходя из требуемой производительности с учетом циркуляционной нагрузки, которая достигает 1 00 % при работе аппарата в замкнутом цикле со стрежневой мельницей.

Механические классификаторы работают по принципу разделения исходного продукта в горизонтальном потоке под действием силы тяжести на крупную фракцию - пески и мелкую - слив.

В зависимости от конструкции разгрузочных устройств различают механические классификаторы: реечные, спиральные и чашевые.

В практике обогащения применяются только спиральные классификаторы.

Спиральный классификатор (рис.31) состоит из наклонной полуцилиндрической ванны, в которой помещены один или два вращающихся вала с насаженными на них спиралями.

Спирали изготовлены из стальных полос, образующих двухзаходную винтовую ленту. Для предохранения от износа спираль футеруется пластинами из отбеленного чугуна, легированной стали или высокопрочных сплавов.

Верхняя цапфа вала шарнирно укреплена в упорных подшипниках, что позволяет поднимать нижнюю часть спирали без нарушения сцепления конических зубчатых колёс. Это необходимо в случае внезапной остановки классификатора во избежание заиливания спирали оседающими песками, а также для ремонта.

Спиральные классификаторы выпускаются с одной или двумя спиралями и характеризуются диаметром спирали и длиной ванны. Направление вращения валов у двухспиральных классификаторов должно быть таким, чтобы пески отгребались каждой спиралью к боковой стенке ванны. Привод вала спирали расположен в верхней части ванны.

Рис.31. Спиральный классификатор

1 - корыто; 2 - вал; 3 — спирали; 4 - питающий желоб;

5 - сливной желоб; 6 - привод; 7 - подъемное устройство

По расположению вала в ванне различают спиральные классификаторы с непогруженной спиралью и с погруженной спиралью. В первом случае верхняя половина витка спирали выступает над зеркалом пульпы, во втором - участок спирали, находящийся вблизи сливного порога, целиком погружен в пульпу.

Классификаторы с непогруженной спиралью применяют для получения грубого слива, крупнее 0,15 мм, в первой стадии измельчения; классификаторы с погруженной спиралью - для получения тонкого слива, мельче 0,15 мм, или 65 % и более класса крупностыо-0,074 мм. Они имеют высокую производительность по сливу и их устанавливают во второй стадии измельчения.

Основными параметрами, определяющими технологические показатели работы спирального классификатора, помимо диаметра спирали и длины ванны, являются угол его наклона, высота сливного порога и частота вращения спирали. Все эти факторы влияют на крупность слива. На практике основным технологическим фактором, с помощью которого легко и достаточно быстро регулируют крупность слива, является разжижение пульпы, т.е. отношение жидкого к твёрдому. Изменяют плотность пульпы путём регулирования подачи воды в классификатор. В плотной пульпе осаждение зерен медленное, слив получается крупным, а пески засоренными мелкими классами. И наоборот, разжижение пульпы (до определённого предела) приводит к увеличению скорости осаждения зёрен и поэтому слив получается более тонкий. В сливе можно получить до 30...40 % твердого , в песках - 75...80 % твердого.

Механические классификаторы в связи со своей громоздкостью, низкой производительностью и эффективностью (35. .,60 %) заменяются, на более производительные аппараты - гидроциклоны (классификация идёт в центробежном поле).

2.Гидроциклоны

Классификация в гидроциклонах происходит в центробежном поле в результате вращения пульпы (рис. 32).

Рис. 32. Гидроциклон:

1 - корпус; 2 - сливной патрубок; 3 - питающая насадка; 4 - песковая насадка; 5 - футеровка

Гидроциклон состоит из цилиндрической и конической частей. Цилиндрическая часть имеет патрубок для питания исходным материалом, поступающим под давлением по касательной к внутренней поверхности корпуса. Это отверстие для патрубка располагается таким образом, чтобы входящая струя пульпы получала вращение. Цилиндрическая часть патрубка сверху закрыта и имеет входное отверстие. В вершине конической части находится разгрузочное отверстие для песков (песковая насадка). Внутренняя поверхность гидроциклона футеруется резиной, карбидокремнием или полиуретаном, или каменным литьем для предотвращения абразивного износа корпуса. Вставка питающего патрубка, сливной патрубок и песковая насадка выполняются съёмными. Корпус аппарата литой (чугунный) или сварной (из листовой стали).

Исходная пульпа подаётся в гидроциклон насосом под давлением. В результате тангенциального ввода исходной пульпы в гидроциклон она приобретает интенсивное вращательное движение. Частота вращения потока внутри гидроциклона достигает нескольких тысяч оборотов в минуту. В таких условиях создаётся центробежная сила, на несколько порядков превосходящая силу тяжести. Под действием центробежной силы крупные и поэтому более тяжёлые частицы отбрасываются к стенкам корпуса гидроциклона и, продвигаясь по ним вниз, разгружаются через песковое отверстие (насадку). Более тонкие и лёгкие частицы вместе с основной массой жидкости выносятся со сливом через верхнее отверстие.

При вихревом движении жидкости в гидроциклоне образуются два вращающихся в одну сторону, но имеющих противоположное осевое перемещение потока - внешний нисходящий (I) и внутренний восходящий (II). Вблизи геометрической оси аппарата центробежная сила становится настолько большой, что происходит разрыв жидкости - вокруг оси образуется воздушный столб диаметром 0,6...0,7 диаметра сливного патрубка.

Эффективность классификации в гидроциклонах выше, чем в механических классификаторах, и достигает 80 %.

Наибольшее распространение получили гидроциклоны с углом конусности 20 град. Выпускаются стандартные гидроциклоны диаметром от 75 до 2000 мм.

На показатели работы гидроциклонов влияют конструктивные и технологические факторы. К первым относятся форма и геометрические размеры гидроциклона, а также диаметры питающей и разгрузочной насадок, состояние внутренней поверхности.

Ко второй группе факторов относятся давление на входе, содержание твердого в пульпе, его гранулометрический и вещественный состав.

Разгрузочное отношение ∆/d, т. е. отношение диаметра песковой насадки к диаметру сливного патрубка является основным фактором, определяющим показатели работы гидроциклона. С увеличением разгрузочного отношения увеличивается выход песков, понижается их крупность и содержание твердого, соответственно этому уменьшается крупность слива и его выход.

Оптимальной длиной сливного патрубка h считается такая, когда его нижний край погружен в гидроциклон несколько ниже питающего патрубка. Увеличение глубины погружения сливного патрубка в гидроциклон приводит к увеличению крупности слива.

Размер питающей насадки влияет главный образом на производительность гидроциклона, которая прямо пропорциональна эквивалентному диаметру этой насадки.

С увеличением угла конусности гидроциклона при прочих постоянных условиях снижается объёмная производительность, уменьшается выход песков и соответственно увеличивается крупность продуктов классификации.

Давление на входе при заданной объёмной производительности определяется диаметрами сливного и питающего отверстий и составляет 0,03...0,25 МПа. Более высокое давление требуется при получении тонкого плотного слива. При этом сильно изнашиваются насадки гидроциклона, увеличивается расход электроэнергии. При выборе гидроциклонов следует стремиться к установке их по одному на насос, т. е. к применению больших аппаратов, которые обеспечивают на фабриках получение слива крупностью до 80...90 % класса -0,074 мм.

Однако, чем тоньше требуется крупность слива (например, < 0,01...0,02 мм) и больше его плотность, тем меньше должен быть диаметр гидроциклона. При соответствующих условиях слив одинаковой крупности может получаться в гидроциклонах разных размеров. Более тонкий слив образуется при большом разжижении и давлении на входе в гидроциклон.

Все гидроциклоны имеют более высокую производительность и занимают мало места по сравнению со спиральными классификаторами.

3. Центробежный воздушный (пневматический) сепаратор состоит из внешнего цилиндро-конического корпуса, в котором концентрически размещена вторая внутренняя камера. Во внутренней камере расположен распределительный диск и вентиляторное колесо. В месте перехода цилиндрической части камеры в коническую часть установлены жалюзи, через которые внутренняя камера сообщается с наружной камерой. Диск и вентиляторное колесо, посажены на один вал и имеют общий привод.

Подлежащий классификации материал подается по желобу на распределительный диск, который, который, вращаясь центробежной силой сбрасывает материал в рабочее пространство сепаратора. Вентиляторное колесо, вращаясь, засасывает воздух из внутренний камеры и нагнетает его в наружную. Сепарация происходит в потоке воздуха, создаваемом вентиляторным колесом. Крупный материал преодолевает поток воздуха и осаждается во внутренней камере, удаляясь по патрубку. Лопасти выделяют из потока оставшиеся крупные частицы, повышая эффективность разделения. Мелкий материал выносится воздухом в наружную камеру. Здесь скорость потока воздуха резко снижается, мелкий материал осаждается и удаляется по патрубку. Очищенный воздух через жалюзи вновь попадает во внутреннюю камеру сепаратора, создавая замкнутый, циркулирующий поток воздуха.

Крупность разделения материала можно регулировать как дроссельной задвижкой с помощью штурвалов, так и изменением числа лопастей вентилятора или частоты его вращения.

Воздушные сепараторы диаметром цилиндрической части корпуса до 4,9м. их хорошо используют в циклах сухого измельчения при приготовлении пылевидного топлива, обогащении асбестовых руд, а так же для обеспыливания угля перед его обогащением.

Выводы:

Классификация осуществляется в специальных аппаратах, называемых классификаторами, если разделение происходит в водной среде (гидроклассификация), и воздушными сепараторами, если разделение происходит в воздушной среде. Разделение минеральных зерен различной крупности в этих аппаратах происходит в потоках соответственно жидкости или воздуха.

Наиболее распространенными классификаторами гидравлического типа являются конусные классификаторы (автоматические конусы), отстойники (пирамидальные, призматические), многокамерные классификаторы (четырех - и шестикамерные) и др. Общим для всех конструкций является наличие горизонтального потока пульпы. Классификаторы применяют для разделения материала по крупности на два продукта и более без дополнительной подачи воды или с добавлением ее в небольших количествах.

Эффективность классификации в гидроциклонах выше, чем в механических классификаторах, и достигает 80 %.

Контрольные вопросы:

1.
Что называют гидравлическим классификатором, какие из них наиболее применяемые?

2.
Каков принцип разделения минеральных частиц в гидравлических классификаторах?

3.
Опишите устройство и принцип работы четырехкамерного гидравлического классификатора.

4.
Какие классификаторы называются спиральными, каков принцип их действия?

5.
Каковы преимущества гидроциклонов перед другими классификаторами?

6.
Опишите воздушный классификатор и принцип его действия

Домашнее задание:

Начертить эскизы классификаторов. Письменно ответить на вопросы, поставленные в лекции.

ГРАВИТАЦИОННЫЕ МЕТОДЫ ОБОГАЩЕНИЯ.

Цель: Изучить основы гравитационных методов обогащения. Дать понятия основных преимуществ данных методов обогащения. Изучить физический смысл гравитации.

План:

1.
Общие положения. Фракционный анализ.

2.
Отсадка.

Ключевые слова: гравитационные процессы, отсадка, фракционный анализ, обогащение в тяжелых средах, обогащение в шлюзах, на концентрационных столах, фракционный анализ, постель, отсадочная машина, ОМК, ОМШ, ОМ.

1. Гравитационными процессами обогащения называются процессы, в которых разделение минеральных частиц, отличающихся плотностью, размером или формой, обусловлено различием в характере и скорости их движения в среде под действием силы тяжести и сил сопротивления.

В качестве среды, в которой осуществляется гравитационное обогащение, используются при мокром обогащении вода, тяжелая суспензия или растворы; при пневматическом – воздух.

Гравитационные методы занимают ведущее место среди других методов обогащения, особенно в практике переработки угля, золотосодержащих, вольфрамовых, молибденовых руд и руд черных металлов.

Оснащение современных гравитационных фабрик высоко производительными машинами позволяет упрощать схему цепи аппаратов, более экономично использовать производственные площади и объемы зданий, в результате чего снижаются удельные капитальные затраты на строительство, уменьшается численность обслуживающего персонала, возрастает производительность труда, снижается себестоимость переработки.

Гравитационные методы обогащения угля позволяют перерабатывать крупнозернистый материал с верхним пределом крупности до 300 (600) мм. Последнее обстоятельство особенно важно, если учесть, что некоторые крупнозернистые продукты обогащения имеют значительно больший спрос потребителей и большую стоимость, чем мелкозернистые. Стоимость хромовой руды крупностью 80-10 мм, обогащаемой в суспензиях, на 25-30% выше стоимости руды крупностью -10 + 3 и -3 мм.

Гравитационные методы обогащения в практике переработки хромовых руд занимают основное положение, так как позволяют разделять зерна хромовых минералов при крупности до 300 мм.

При обогащении окисленных железных руд крупностью от 70 до 1,0 (0,5) мм применяют гравитационные процессы обогащения, например обогащение в суспензиях, отсадку, обогащение на концентрационных столах и др.

По экономической эффективности обогащение угля в тяжелой среде имеет преимущество по сравнению с другими методами. По данным II. А. Самылина, стоимость обогащения угля (в коп.) различными методами составляет (на 1 т концентрата): сепарация в тяжелой среде 0,8; отсадка 3,4; флотация 13,4 (в ценах 1980 г.).

В комбинированных схемах переработки полезных ископаемых гравитационные методы способствуют повышению экономичности обогатительного передела. Так, при обогащении полиметаллических руд алтайских месторождений применение гравитационных методов позволяет в начале процесса удалить до 30% отвальной породы в виде товарного продукта (для строительных целей) и тем самым сократить фронт последующих переделов - измельчения и флотации и повысить экономичность работы предприятия.

Чаще применяют гравитационные процессы в различных сочетаниях с другими методами обогащения: флотацией, промывкой, магнитной сепарацией, электрической сепарацией и др. В этом случае полезное ископаемое обрабатывают по сложным технологическим схемам. К таким схемам относят практически все схемы переработки коксующихся углей Донбасса, Кузбасса и Карагандинского бассейна, окисленных железных, полиметаллических, вольфрамово-молибденовых и других руд.

Гравитационные процессы обогащения по широте диапазона исходных характеристик обогащаемого сырья, разнообразию условий применения их в технологических схемах обогатительных фабрик, простоте производственного комплекса, высокой производительности обогатительных аппаратов в сравнимых условиях превосходят многие другие процессы обогащения и обеспечивают эффективное разделение минеральных смесей при относительно низких материальных, трудовых и энергетических затратах

К гравитационным процессам относятся отсадка, обогащение в тяжелых средах (главным образом в минеральных суспензиях), концентрация на столах, обогащение в шлюзах, желобах, струйных концентраторах, конусных, винтовых и противоточных сепараторах, пневматическое обогащение.

Гравитационные процессы могут применяться как самостоятельно, так и в различных сочетаниях с другими процессами обогащения: магнитной и электрической сепарацией, флотацией и др.

Фракционный анализ полезных ископаемых производится с целью определения их обогатимости, т.е. количественного и качественного определения соотношения фракций различной плотности.

Разделение на фракции различной плотности может быть произведено следующими методами: разделением в тяжелых жидкостях, в тяжелых суспензиях, немагнитных минералов (плотностью от 2500 до 7500 кг/м³) с помощью магнитогидростатической (МГС) или магнитогидродинамической (МГД) сепарации и др.Наибольшее распространение в лабораторных условиях получил метод разделения проб полезных ископаемых отдельных классов крупности или смеси классов на фракции различной плотности в тяжелых жидкостях или растворах различной плотности.

В качестве среды разделения применяют следующие растворы и тяжелые жидкости плотностью, кг/м³: хлористый кальций (CaCl₂) 2000; хлористый цинк (ZnCl₂) 2900; четыреххлористый углерод (CCl₄) 1600; бромоводород (CHBr₃) 2890; тетарбромэтан (C₂H₂Br₄) 2960; жидкость Туле (HgI₂+KI) 3170; жидкость Рорбаха (BaI₂+HgI₂) 3500 и жидкость Клеричи [CH₂(COOTe)₂HCOOTe] 4250.

Наибольшее распространение при проведении фракционного анализа углей получили раствор хлористого цинка (статическое разделение) и четыреххлористый углерод (центробежное разделение), а при проведении фракционного анализа руд – жидкости Туле и Клеричи. Эти вещества хорошо растворяются в воде (четыреххлористый углерод – в бензоле) и на их основе можно приготовлять растворы широкого диапазона плотностей.

Гравитационные процессы обогащения отличаются, как правило, высокой производительностью обогатительных аппаратов, относительной дешевизной и высокой эффективностью разделения минералов. Все методы гравитационного обогащения обеспечивают, в основном, более низкие эксплуатационные расходы на 1 т продукции, чем флотация, и обычно требуют меньшей установочной мощности. Гравитационной обогащение практически универсальный способ переработки бедных руд, россыпных месторождений, к тому же это экологически чистое производство (не используются флотационные реагенты) [5].

2.Отсадка является одним из наиболее распространенных методов гравитационного обогащения полезных ископаемых. Область применения охватывает полезные ископаемые по плотности извлекаемых компонентов от 1200 до 15600 кг/м³ и по крупности обогащенного материала от ).2 до 50 мм для руд и от 0,5 до 120 (иногда и до 250) мм – для углей.

Отсадкой называют процесс разделения смеси минеральных зерен по плотности в водной или воздушной среде, колеблющейся (пульсирующей) относительно разделяемой смеси в вертикальном направлении. Исходный материал вместе с водой непрерывно подается на отсадочное решето, через отверстия которого попеременно походят восходящие и нисходящие потоки воды. В период восходящего потока материал поднимается и разрыхляется, а в период нисходящего – опускается и уплотняется.

В результате действия чередующихся восходящих и нисходящих потоков воды исходный материал через определенный промежуток времени разделяется на слои таким образом, что на отсадочном решете (внизу) располагаются зерна наибольшей плотности, а в верхних слоях – наименьшей. Следует отметить, что такое идеальное распределение зерен по плотностям возможно только в том случае, если они обладают одинаковыми размерами и формой. В реальных же условиях происходит попадание некоторой доли легких фракций в тяжелые, а тяжелых – в легкие (наблюдается засоряемость концентрата и отходов «посторонними фракциями»). По зваимозасоряемости получаемых в процессе отсадки продуктов обогащения судят о технологической эффективности процесса.

Слой материала, находящийся в решете, называется постелью. Постель, образуется при отсадке крупного материала, состоит из зерен самого материала и называется естественной. Через принудительно пульсирующую толщу материала тяжелые зерна проникают в нижние слои постели, а легкие в верхние. При обогащении мелкого материала (для руд <3 – 5 мм; для углей<6 – 10 мм) на решето укладывается в специально сделанные гнезда искусственная постель. Она состоит из тяжелых естественных или искусственных материалов (полевой шпат, резиновые шарики, свинцовая дробь, окатанные частицы галенита и др.), крупность которых приблизительно в два раза больше отверстий решета, а плотность близка к плотности тяжелых фракций обогащаемой минеральной смеси. В этом случае искусственная постель является как бы фильтрующим слоем, пропускающим зерна тяжелого минерала и задерживающим зерна легкого минерала. В конце машины имеется сливной порог, установленный на несколько сантиметров выше отсадочного решета, через который удаляются легкие фракции.

Отсадка не имеет единой общепризнанной интерпретации. До сего времени теоретические представления о расслоении частиц в постели отсадочной машины носят характер гипотез. В теоретических Исследованиях отсадки, как и теории гравитационных процессов обогащения вообще, определилось два научных направления: детерминистское и массово-статистическое.

В основу первого положено исследование закономерностей движения отдельного зерна под действием внешних сил в стесненных условиях, создаваемых совокупностью других зерен, участвующих в процессе.

Научные положения первого, детерминистского направления раскрываются скоростной гипотезой, основанной на различии в скоростях разделения легких и тяжелых минеральных зерен в постели отсадочной машины. Тяжелая частица при своем движении обгонит легкую и быстрее достигнет решета отсадочной машины. Тяжелые частицы концентрируются в нижнем слое на поверхности решета. Легкие частицы, отстающие при движении в скорости, располагаются в верхнем слое постели. Этой гипотезой можно объяснить поведение в постели машины зерен, мало отличающихся по размеру. В реальных условиях отсадке подвергают ширококлассифицированные смеси, не учитывая механического взаимодействия частиц при их массовом движении.

Второе направление рассматривает перемещение не отдельных зерен, а их совокупности, характеризуемой определенными константами как результат действия на них системы сил, проявление которых носит вероятностно-статистический характер. При этом поведение отдельных компонентов объясняется положениями теории вероятности и статистической физики.

В соответствии со вторым научным направлением предложен ряд моделей разделения частиц при отсадке: суспензионная; энергетическая; вероятностно-статистическая.

Суспензионная модель уподобляет разделение в постели отсадочной машины расслоению по плотности в минеральной суспензии, образуемой взвесью обогащаемого материала и искусственной постелью в воде.

Энергетическая модель учитывает свойство отсадочной постели как замкнутой механической системы, находящейся в неустойчивом равновесии в поле силы тяжести, стремиться к устойчивому положению, которое сопровождается уменьшением потенциальной энергии системы вследствие расслоения компонентов смеси по плотности.

Потенциальная энергия исходной смеси в ходе расслоения переходит в кинетическую и в совокупности с прилагаемой энергией извне затрачивается на преодоление сил механического взаимодействия при движении частиц к родственным слоям равновесия.

Вероятностно-статистическая модель представляет отсадку как массовый процесс с вероятностным характером перемещения частиц различных физических свойств. В этой модели анализируются закономерности перемещения группы однородных зерен и случайные перемещения отдельных частей относительно центра их распределения.

Детерминистскоенаправление позволяет учесть влияние крупности, плотности частиц, их формы на результат расслоения и количественно оценить влияние сил, вызывающих перемещение отдельной частицы, но это направление не раскрывает полностью закономерностей движения совокупности зерен и процесс формирования слоев из однородных по плотности частиц.

Массово-статическое направление в отличие от детерминистского раскрывает закономерности движения совокупности зерен и процесс формирования слоев, но не позволяет выявить влияние сил, вызывающих перемещение отдельной частицы. Поэтому теоретическую интерпретацию процесса производят на сочетании и взаимном дополнении различных моделей как первого, так и второго научных направлений.

В основу исследований обычно принимают аналитическое описание закономерностей разрыхления постели отсадочной машины, в котором учитывается режим колебаний рабочей среды, оказывающий влияние на эффективность разделения частиц при отсадке.

Отсадка проходит на отсадочных машинах. Отсадочная машина представляет собой устройство для гравитационного обогащения, в котором исходный материал разделяется на отсадочном решете под влиянием вертикальных колебаний жидкости. Разнообразие условий применения отсадочных машин привело к созданию большого числа конструктивных разновидностей (известно более 100), отличающихся назначением, способом создания колебательных движений жидкости, количеством получаемых продуктов обогащения, способом их разгрузки и др.

Каждый тип машин предназначен для обогащения определенных полезных ископаемых.

Поршневые отсадочные машины применяют для обогащения марганцевых, оловянных и вольфрамовых руд. В последнее время они заменяются диафрагмовыми машинами и машинами с подвижным решетом.

Диафрагмовые отсадочные машины наиболее широко применяются при обогащении руд (железных, марганцевых, оловянных, вольфрамовых, золотосодержащих россыпей, руд редких металлов и др.).

Беспоршневые отсадочные машины ОМК, ОМШ, ОМ и др. нашли применение при обогащении углей, МОБ и ОМР – при обогащении руд черных металлов (в основном железных и марганцевых).

Отсадочные машины с подвижным решетом применяются при обогащении марганцевых и реже железных и вольфрамовых руд.

Выводы:

Гравитационными процессами обогащения называются процессы, в которых разделение минеральных частиц, отличающихся плотностью, размером или формой, обусловлено различием в характере и скорости их движения в среде под действием силы тяжести и сил сопротивления.

Контрольные вопросы:

1.
Что называют гравитационными процессами?

2.
Какие процессы относятся к гравитационным?

3.
Почему гравитационные процессы обогащения считаются экономичными и более простыми методами?

4.
Что такое фракционный анализ?

5.
Для чего необходимо проведение фракционного анализа?

6.
Что называют отсадкой, принцип действия отсадки на полезные ископаемые?

7.
Для чего применяют отсадку?

8.
Какие машины применят для процессов отсадки и для каких полезных ископаемых?

9.
Какие модели распределения частиц, при отсадке, Вы знаете?

Темы семинаров:

1.
Гравитационные методы обогащения – основные преимущества.