Обогащение на винтовых сепараторах

Винтовые сепараторы – основная разновидность аппаратов, работающих по принципу разделения материала, движущегося по наклонной поверхности. В отличии от других аппаратов у винтовых сепараторов имеется неподвижный наклонный жёлоб, выполненный в виде спирали. Питание в виде пульпы поступает в верхнюю часть жёлоба и под действием силы тяжести стекает вниз в виде тонкого потока различной глубины. При движении в потоке помимо обычных гравитационных и гидродинамических сил, действующих на зёрна минералов, развиваются также и центробежные силы. При этом тяжёлые минералы концентрируются у внутреннего, а лёгкие – у внешнего борта жёлоба.

Разновидностью винтовых сепараторов являются винтовые шлюзы. Они имеют более широкий жёлоб с малым наклоном его днища.

Винтовые сепараторы применяются для обогащения руд и россыпей: при обогащении песков россыпных месторождений с извлечением ильменита, рутила, циркона и других минералов в черновой коллективный концентрат.

Устанавливают на передвижных обогатительных установках, на стационарных фабриках; при обогащении руд олова и редких металлов или в качестве аппаратов предварительного обогащения.

Иногда винтовые сепараторы применяют в замкнутых циклах измельчения руд, в контрольных операциях (доизмельчения металлов из хвостов, при обогащении железных руд, при обогащении вермикулитовых руд.

Установка винтовых сепараторов в начальных стадиях обогащения обеспечивает выделение сразу значительного количества отвальных хвостов, что позволяет значительно увеличить производительность остального оборудования и снизить расходы на обогащение.

Достоинства: простота в обслуживании; отсутствие механического привода и потребления энергии; малая площадь; высокая надёжность в работе.

Водный поток, текущий по наклонному жёлобу, характеризуется сложным движением. Поток под влиянием центробежных сил принимает наклонное положение с характерным серновидным профилем поперечного сечения. Глубина потока в разных зонах поперечного сечения различна. Малая глубина потока наблюдается в залах у внутреннего борта жёлоба, максимальная в средней части потока. С увеличением расхода воды толщина потока и его формы у внутреннего борта практически не изменяется. В средней же части глубина потока увеличивается. Скорость потока также различна в разных зонах поперечного сечения.

На винтовом жёлобе различие в скоростях наблюдается не только по глубине потока, но и по радиусу. Из-за различия скоростей на винтовом жёлобе по глубине потока возникают циркулярные течения, характерные (криволинейных потоков. Верхние слои потока удаляются от оси вращения к внешнему борту жёлоба, а внутренние слои перемещаются в направлении наибольшего уклона винтовой поверхности, то есть к оси и внутреннему борту жёлоба. Это явление носит название поперечной циркуляции потока. Минеральное зерно, движущееся в потоке пульпы, испытывает одновременное воздействие сил, различных по величине и направлению. Равнодействующая этих сил определяет траекторию движения зерна и его положение в поперечном сечении потока. В итоге лёгкие зёрна, имеющие большую скорость перемещения, не только обгоняют зёрна природного слоя потока, но и смещаются под влиянием большей поперечной силы и циркуляции к внешнему борту жёлоба. Образуя веер продуктов на жёлобе, частицы тяжёлых минералов двигаются по направлению к оси сепаратора и, следовательно, попадают в зону концентрата. Максимальное значение скорости в направлении к оси сепаратора у тяжёлых минералов имеют зёрна крупностью 0,2-2,0 мм. Это и есть наиболее предпочтительный диапазон крупности извлекаемых на сепараторе тяжёлых зёрен. Равнодействующая скоростей крупных частиц лёгких минералов направлена в другую сторону, то есть к внешнему борту жёлоба (эти уходят в хвосты). Крупные и лёгкие зёрна в отличии, например, от концентрационных столов в концентрат поступать не будут, они отбрасываются к периферии жёлоба или к внешнему борту.

Разделение зернистого минерала на внешнем жёлобе имеет 2 этапа:

1. Расслаивание материала по вертикали и переход тяжёлых минералов в природный слой.
2. Смещение или перераспределение зёрен в радиальном направлении, что способствует образованию веера продуктов в сепарации.

Достигнув равновесного состояния, зёрна движутся по своим винтовым траекториям. В результате поперечного перераспределения материала зёрна формируют отдельные слои потока в виде концентрата, промышленного продукта и хвостов. Основное перераспределение зёрен закончившееся после прохождения 2-3-х витков сепаратора. После чего зёрна движутся на постоянных радиусах. Случайно попавшие зёрна не в свою зону перераспределяются далее. Этому способствует сливная вода, которую подают в зону внутреннего борта жёлоба. Оптимальная длина жёлоба (зёрен разной крупности различна: для выделения крупных зёрен достаточно 2-х витков, в то время, как для мелких (крупностью меньше 0,1 мм) необходимо 4 витка. В этом случае, когда ценные и тяжёлые минералы представлены зёрнами различной крупности, необходимо организовать разгрузку концентрата, рассредоточенного на 2,3,4-м витках сепаратора.

Винтовые сепараторы разделяются:

1. Сепараторы для обогащения неклассифицированных или широко классифицированных минералов крупностью от 0,1 до 3 мм.

2. Шлюзы для обогащения тонкозернистых материалов от 0,02 до 0,5 мм.

Винтовой сепаратор состоит из винтового жёлоба, устройств для разделения и вывода продуктов обогащения, распределителя смывной воды и несущего каркаса. Изготавливают винтовой жёлоб из чугунного силуминового литья. Каждый виток жёлоба состоит из 2-х секций, называемых полувитками. В настоящее время жёлоб изготавливают из пластмассовых и полимерных материалов. Рабочая поверхность жёлоба футеруется элементами из резины, каменного литья и т.д. Диаметр винтового жёлоба – основной конструктивный параметр сепаратора, который определяет размеры аппарата, его массу и производительность. Выбор диаметра сепаратора зависит т производительности по твёрдому, крупности и плотности разделяемых минералов.

Практикой установлено, что руды, содержащие ценные компоненты крупностью 1-2 мм, эффективнее обогащающегося на сепараторе большого диаметра (от 1000 мм и более). Для обогащения тонкозернистых материалов крупностью менее 0,5 мм – диаметр 500-700мм.

Для промышленных винтовых сепараторов шаг сепаратора принимает 0,6: 0,8.

Шаг сепаратора – отношение шага к диаметру жёлоба. Для характеристики угла наклона используют безразмерный шаг.

Для винтовых шлюзов шаг 0,4:0,6. Меньшее значение шага принимают для сепараторов большего диаметра, а большее значение – для малых по размеру сепараторов. Для оценки эффективности винтовой сепарации предложен критерий разделения:

ρ_и – плотность исходного продукта;

ρ_л – легкие минералы.

Верхний предел крупности обогащающих зёрен кварца для сепараторов промышленного размера состоит 6-12 мм. Если присутствуют зёрна тяжелого минерала с плотностью 4-7 г/см³, то диаметр ? до 2-3 мм. Нижний предел крупности извлекаемых зёрен тяжёлых минералов – 0, 074 – 0,1 мм (для винтовых сепараторов) и 0,03 0 0,02 (для шлюзов).

Для концентрации материала на винтовых сепараторах благоприятным будет наибольшее различие в коэффициентах сферичности разделяемых минералов:

Причём лёгкие зёрна должны быть округлыми, то есть иметь коэффициент сферичности приблизительно 1, а зёрна тяжёлых минералов – вытянутыми (?)

Содержание тяжёлых минералов в обогащающем материале на винтовых сепараторах могут быть от долей до десятков процента. Материал перед обогащением на винтовых сепараторах подвергается классификации и обесшламливанию. Предварительная классификация может происходить на грохотах и гидравлических классификаторах. При обогащении руд и песков, различаются вещественным составом. В среднем оптимальная плотность питания состоит около 35% твёрдого. Для обесшламленных песков россыпных месторождений – 50% твёрдого. Для измельчённых железных руд – 25%.

Высокое содержание твёрдого в пульпе нарушает расслоение, и материал будет двигаться сплошной массой. При большом разжижении - винтовой жёлоб переполняется, и возникает необходимость снижения общей производительности.

Смывная вода, подаваемая на каждый виток сепаратора, способствует получению более качественных концентратов. Уменьшает заиливание поверхности жёлоба, способствует транспортировке тяжёлых минералов, увеличения разжижения в приосевой зоне жёлоба.

Производительность винтовых сепараторов определяется размерами жёлоба и характеристикой обогащаемого материала. По этой причине один и тот же аппарат имеет примерно в 2-3 раза большую производительность при обогащении россыпей, чем при обогащении измельчённых руд:

k_u – коэффициент, зависящий от обогатимости исходного материала;

k_u = 0,7 – легкообогатимые руды;

k_u = 0,4 – труднообогатимые руды;

D – диаметр сепаратора;

Dmax – максимальный размер зерна.

Норма обслуживания на крупных фабриках доходит до 200-300 сепараторов на одного оператора. Задача оператора: соблюдение заднего режима загрузки и внешнем осмотре.