Тема 5. Реологические свойства сред гравитационного обогащения

В качестве сред гравитационного обогащения полезных ископае­мых используются: вода, воздух, тяжелые жидкости, суспензии, жидкий электролит, помещенный в скрещенные электрическое и магнитное поля.

Среды характеризуются следующими реологическими пара­метрами: плотностью, вязкостью, предельным сопротивлением сдвигу, устойчивостью и др.

Перечисленные свойства сред оказывают существенное влия­ние на скорость перемещения разделяемых частиц, эффективность разделения и используются в технологических расчетах обогати­тельных аппаратов.

Плотность среды — отношение массы среды т к занимае­мому ею объему V:

Δ = т/V.

где Δ — плотность среды, кг/м³.

Понятие плотности тесно связано с понятием удельного веса.

Согласно известной связи между весом среды G и его массой т можно записать:

mg = G,

где g - ускорение свободного падения, принимаемое обычно рапным 9,81 м/с².

Разделив левую и правую части последнего равенства на V, получим зависимость между удельным весом и плотностью:

Δg = ρ,

где ρ— удельный вес среды, кг/м³.

Плотность воды при атмосферном давлении 1,01×10⁵ Па и температуре 20° С 1000 кг/м³, плотность воздуха β — 1,23 кг/м³.

В таблице приведена характеристика тяжелых жидкостей, применяемых при изучении обогатимости полезных ископаемых.

Таблица

Характеристика тяжелых жидкостей

Жидкость	Химическая формула	Плотность, кг/м3; цвет	Растворимость в воде
Хлористый цинк	ZnСl2	2500; бесцветный	Растворим
Хлористый каль­ций	СаС12	2500; бесцветный	Растворим
Бромоформ	СНВr3	2890; бесцветный	Растворим
Тетрабромэтан	С2Н2Вг4	2960; бесцветный	Нерастворим
Жидкость Туле	НgJ2+КJ	3170; желтая	Растворима
Йодистый метилен	СН2J2	3320; бесцветный	Нерастворим
Жидкость Рорбаха	ВаJ2+НgJ2	3500; желтая	Растворима
Жидкость Клеричи	СН2(СООТ1)2НСООТ1	4250; желтая	Растворима

Из приведенных тяжелых жидкостей наибольшее распростра­нение получили хлористый цинк, хлористый кальций, бромоформ, жидкость Туле и жидкость Клеричи, которые хорошо растворимы в воде. На их основе возможно приготовление растворов широкого диапазона плотностей, необходимых для производства фракцион­ных анализов и обогащения.

В зависимости от объемного содержания тяжелой жидкости в растворителе получают растворы промежуточной плотности.

Так, например, смесь бромоформа со спиртом при комнатной температуре позволяет получать растворы:

содержание бромоформа, по объему, % 100 75 50 25

плотность раствора, кг/м³ ....... 2890 2430 1860 1320

Разбавляя жидкость Туле водой, можно получить ряд раство­ров с промежуточными плотностями от 1500 до 3100 кг/м³:

содержание жидкости Туле, по объему ,%100 75 50 25

плотности раствора, кг/м³ ......................... 3170 2700 2100 1560

Плотность суспензии зависит от плотности утяжелителя и объемного содержания его в суспензии. Взаимосвязь отмеченных параметров легко установить, исходя из следующих рассуждений. Обозначим:

V_с — объем суспензии, V_с = 1 м³;

Δ — плотность суспензии, кг/м³,

V_т — содержание утяжелителя в суспензии по объему, доли ед.;

δ — плотность утяжелителя, кг/м³,

V_с - V_т— содержание воды в суспензии по объему, доли ед.;

Δ_в — 1000 кг/м³ — плотность воды.

Балансовое уравнение может быть представлено в следующем виде:

откуда

(1)

Количество утяжелителя в единице объема суспензии составит:

(2)

Массовая концентрация утяжелителя q в суспензии выражается формулой

(3)

Количество утяжелителя для приготовления суспензии задан­ного объема может быть представлено в следующем виде:

(4)

где W — объем суспензии.

Основные параметры суспензии можно определить по диаграмме, показанной на рис.1.

Если известны плотность утяжелителя и плотность суспензии, то графически на диаграмме, определив положение точки С, можно найти объемное содержание утяжелителя в суспензии, ве­совое содержание утяжелителя в суспензии, количество утяже­лителя в единице объема суспензии.

Пример 5. Определить параметры суспензии, если плотность утяжелителя δ = 5000 кг/м³, а плотность суспензии Δ = 1800 кг/м³.

Для определения неизвестных параметров суспензии из формул (1-4) находим содержание утяжелителя в суспензии по объему

,

количество утяжелителя в единице объема суспензии

массовая концентрация утяжелителя q в суспензии

Для определения неизвестных параметров суспензии по диаграмме рис.1, находим положение точки С пересечением горизонтали, соответствующей плотности суспензии, рав­ной 1800 кг/м³, и луча ОА, соответствующего плотности утяжелителя 5000 кг/м³.

Перпендикуляр, опущенный из точки С на ось абсцисс, отсечет отрезок ОВ, равный объемному содержанию утяжелителя в суспензии, равный 20%. Линия СD проведенная из точки С влево параллельно линиям, выражающим количе­ство утяжелителя в суспензии, отсечет на оси ординат отрезок ОD соответству­ющий 1000 г/л. Луч СЕ, проведенный из точки С вправо, соответствует весовому содержанию утяжелителя и суспензии, равному 55,5%.

Диаграмма для определения параметров суспензии

Из формул (1-4) и диаграммы (см. диаграмму.) следует, что для приготовле­ния низкоплотных суспензий (не более 1800 кг/м³) необходимо применять утяжелители плотностью до 4500 кг/м³, а для вы­сокоплотных суспензий (2700—3500 кг/м³) — плотностью 6800—7200 кг/м³.

В практике гравитационного обо­гащения для приготовления суспен­зий на углеобогатительных фабриках используют магнетитовый концентрат плотностью 4400 кг/м³; на рудообогатительных фабриках — ферроси­лиций плотностью 6800 кг/м³.

Контрольные задания 5

Рассчитать параметры суспензии

№ варианта	Исходные данные	Определить
	Тяжёлая жидкость	Растворитель	ρ, г/см3	ут, л	Уем, Л
	Бромоформ	Спирт этиловый	2,7	-	0.3	V^, Л
	Жидкость Туле	Вода	2,9		0,5	Ут, Л
	Жидкость
	Сушина-	Вода	3,2	0,2	-	Уем, Л
	Рорбаха
	Жидкость Клеричи	Вода	3,5	0,3	-	Уем, Л
		Раствор
	Жидкость Клеричи	жидкости Клеричи плотностью	3,8	-	0,2	Ут, Л
		3,2

Задача 7. Определить величину циркулирующей нагрузки при измельчении руды в замк­нутом цикле по результатам опробования питания, слива и песков поверочного классификатора. Привести вывод формулы для определения циркулирующей нагрузки.

№ вариан­та	Содержание расчётных классов (-0,2+0,074/-0,074мм) в продуктах поверочного классификатора
Питание	Слив	Пески
	68/29	44/55	77/19
	76/21	58/39	89/8,3
	64/32	38/59	89/15
	60/37	32/66	79/17
	66/31	22/76	77,6/19

Контрольные вопросы к экзамену (зачету) по дисциплине "Основы обогащения полезных ископаемых"

1. Цель и задачи обогащения минерального сырья.

2. Физико-химические свойства минералов, исполь­зуемые при их разделении.

3. Основные методы обогащения минерального сырья.

4. Уравнения баланса при обогащении минерального сырья.

5. Качественная технологическая схема обогащения и ее параметры.

6. Количественная технологическая схема обогащения и ее параметры.

7. Вводно-шламовая технологическая схема обогащения и ее параметры.

8. Схема цепи аппаратов и ее параметры.

9. Как определяются и выражаются классы крупности руды?

10. Характеристика крупности руд и правила построения частных и суммарных характеристики крупности.

11. Назначение процесса грохочения при дроблении.

12. Классификация грохотов в зависимости от движения просеивающей поверхности.

13. Число Рейнольдса и его использование при оп­ределении скорости падения частиц в жидкости.

14. Назначение процесса дробления. Степень и стадии дробления.

15. Схемы дробления. Предварительное и пове­рочное грохочение при дроблении руды.

16. Виды дробилок.

17. Измельчение руд и типы измельчительного оборудования.

18. Роль циркулирующей нагрузки и ее влияние на эффективность измельчения руды.

19. Область применения скруббера от бутары и их различия.

20. Основные методы гравитационного обогащения.

21. Отсадка и принцип действия отсадочной машины.

22. Отсадка и принцип действия отсадочной машины.

23. Оборудование для реализации гравитационного обогащения руд: винтовой сепаратор, концентрационный стол, шлюз.

24. Радиометрическое обогащение руд.

25. Основные технологические задачи, решаемые с помощью радиометрических методов.

26. Радиометрическая сепарация руд.

27. Радиометрическая сортировка руд.

28. Свойства минералов, используемые при их флотацион­ном разделении.

29. Разновидности флотационного процесса, их различия и преимущества.

30. Виды реагентов, используемых при флотации – собиратели, активаторы, депрессоры и регуляторы сре­ды.

31. Роль реагентов при флотации минерального сырья.

32. Магнитные свойства твёрдых тел.

33. Классификация минералов по их маг­нитным свойствам.

34. Цель и задачи обогащения минерального сырья.

35. Методы магнитной сепарации.

36. Основные виды магнитных сепараторов.

37. Электрические свойства минералов, используемых при электрической сепарации.

38. Основные виды электрических сепараторов.

39. Обезвоживание, сгущение; основные типы аппаратов, их отличия.

40. Фильтрация. Основные виды фильтров, их особенности.

41. Сушка. Основные виды сушилок, особенности их конструкции.

42. Требования к сочным водам при их удалении в водоёмы.

43. Хвостохранилища и их назначение.

44. Очистка сточных вод.

45. Необходимость применения оборотного водоснаб­жения.

Список использованной литературы

1. Абрамов, А.А. Переработка, обогащение и комплексное использование твердых полезных ископаемых: Учебник для вузов. Т.I. Обогатительные процессы и аппараты / А.А. Абрамов. – М.: Изд. МГГУ, 2004. -470 с.

2. Лукина, К.И. Процессы и основное оборудование для обогащения полезных ископаемых: Учебное пособие /под общей ред. д-ра техн. наук, проф. Н.Ф. Мещерякова. – М.: Изд-во МОГУ, 2006. -218 с.

3. Вайсберг, В.М. Эксплуатация дробильных и измельчительных установок: Справочное пособие. – М.: Недра, 1989. -196 с.

4. Шохин, В.Н. Гравитационные методы обогащения: Учебник для вузов / В.Н. Шохин, А.Г. Лопахин. –М.: Недра, 1999. -400 с.

5. Кармазин, В.В. Магнитные и электрические методы обогащения: Учебник для вузов / В.В. Кармазин, В.И. Кармазин. – М.: Недра, 1988. -304 с.

6. Кармазин, В.И. Процессы и машины для обогащения полезных ископаемых / В.И. Кармазин, Е.Е. Серго, А.П. Жендринский и др. – М.: Недра, 1974. – 560 с.

7. Терещенко, С.В. Основные положения теории люминесцентной сепарации минерального сырья / С.В. Терещенко. – Апатиты.: Изд-во КНЦ РАН, 2002. – 145 с.

8. Терещенко, С.В. Теория и практика радиометрических методов опробования, сортировки и сепарации руд: Учебное пособие / С.В. Терещенко, Г.А. Денисов. – Апатиты: Изд-во КФ ПетрГУ, 2007. – 248 с.

* Первичное излечение ~ это излучение, которым облучается минерал, а вторичное излучение - это излучение, вызванное исключительно действием первичного излучения

* Порции горной массы могут изменяться от нескольких десятков килограммов до нескольких десятков тонн