Что означает обогащение в тяжелых средах, приведите примеры?

Что такое устойчивость, вязкость системы?

Каковы преимущества процесса обогащения в тяжелых средах?

Назовите наиболее применяемые сепараторы?

Опишите работу и принцип действия конусных сепараторов.

Опишите работу и принцип действия барабанных и колесных сепараторов.

Какие машины (аппараты) применяют при обогащении полезных ископаемых в тяжелых суспензиях?

Темы семинаров:

Физические основы обогащения в тяжелых средах.

Применение обогащения в тяжелых средах.

Основные аппараты при обогащении в тяжелых средах.

Сепараторы, конструкции и принцип работы.

Домашнее задание:

Изучить материал лекции, начертить эскизы сепараторов, применяемых при обогащении в тяжелых суспензиях.

ЛЕКЦИЯ №12.

ОБОГАЩЕНИЕ НА ОТСАДОЧНЫХ МАШИНАХ.

Цель: Подробное изучение процесса отсадки и обогащения на отсадочных машинах.

План:

Отсадка. Краткая характеристика отсадочных машин.

Обогащение на отсадочных машинах.

Ключевые слова: отсадка, постель, отсадочная машина, диафрагмовые отсадочные машины, беспоршневые отсадочные машины, отсадочные машины с подвижным решетом, неподвижное решето, надрешетная, подрешетная вода, разрыхленность, МОД-1, МОД-2.

1.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 0,2 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 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.

Машины классифицируются по следующим признакам:

1. По типу сред разделения: гидравлические; пневматические; суспензионные; с водовоздушной смесью.

2. По конструкции приводного механизма: поршневые; диафрагмовые;
с подвижными конусами; с подвижным решетом; с лопастным приводом; с
гидравлическим пульсатором; беспоршневые (воздушно-золотниковые).

3. По направлению движения разгружаемого продукта: прямоточные; противоточные.

4. По способу разгрузки продуктов обогащения: с шиберной раз­ грузкой; с разгрузкой через решето; с комбинированной разгрузкой через шибер и решето.

5. По числу ступеней: одноступенчатые (однокамерные); двухступенчатые; трехступенчатые; многоступенчатые.

6.По целевому назначению: для обогащения крупнозернистого мате­риала; для обогащения мелкозернистого материала; для обогащения не классифицированного материала; шламовые.

7.По расположению приводного механизма: с боковым расположением от решета машины; с воздушной камерой, поршнем, диафрагмой, конусами под решетом машины; с расположением пульсаторов между двумя решетами машины; с надрешетным расположением воздушных камер.

Из большого числа отсадочных машин рассматриваются только основ­ные, получившие широкое распространение в практике обогащения по­лезных ископаемых.

Беспоршневые отсадочные машины (воздушно-пульсационные). Воздушно-пульсационные машины широко применяют в практике обога­щения углей и руд. Конструкции машин постоянно совершенствуют. Поэтому на практике применяют большое число машин, различающихся как по расположению воздушных камер, так и отдельными конструктив­ными элементами.

По расположению воздушных камер машины классифицируют: с боковым расположением воздушной камеры; боковым двухсторонним расположением воздушных камер; со сдвоенными центральными воздушными камерами; с подрешетным расположением воздушных камер; с патрубочными подрешетными воздушными камерами; с надрешетным расположением воздушных камер.

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.

2.По конструкции отсадочные машины отличаются большим разнообразием (известно более ста разновидностей). Наибольшее распространение получили отсадочные машины с неподвижным ре­шетом: поршневые, диафрагмовые и беспоршневые. Отсадочные машины с подвижным решетом применяются при обогащении же­лезных и марганцевых руд.

Поршневая отсадочная машина (рис. 36) имеет два отделе­ния - рабочее и поршневое. В поршневом отделении движется пор­шень 4, получающий возвратно-поступательное движение от эксцен­трикового вала 3. Камера заполняется водой. Перегородка 2, не до­ходящая до дна камеры и делящая ее на два отделения, служит для равномерного распределения давления поршня. Зазор между порш­нем и стенками поршневого отделения < 1,5...3 мм. В самом верхнем положении поршень (его нижний край) не должен быть выше уровня решета; в нижнем - не должен доходить до края перегородки.

Рис.36. Отсадочная машина с неподвижным решетом

При движении поршня вниз в рабочем отделении камеры создается восходящая струя воды, приводящая в разрыхленное со­стояние материал, загружаемый на решето отсадочной машины. При движении поршня вверх в рабочем отделении создается нисходящий поток воды, в результате чего происходит уплотнение материала. Непрерывное чередование восходящего и нисходящего потоков воды позволяет разделить материал на два слоя: нижний слой тяжелых минералов и верхний слой легких минералов. Тяжелые минералы при крупности обогащаемой руды < 4 мм разгружаются под решето 1, величина отверстий которого должна быть больше размера тяже­лых частиц. Легкая фракция под действием горизонтального потока воды разгружается через сливной порог последней камеры машины. При обогащении круп но кусковой руды концентрат из тяжелых час­тиц остается на решете в виде естественной постели и разгружается через боковую или центральную разгрузочную щель в стенке корпуса машины 5.

Кроме надрешетной (транспортной) воды, поступающей в от­садочную машину вместе с исходным материалом, под решето ма­шины подается подрешетная вода. Она предназначена для поддержа­ния оптимальной разрыхленности постели и уменьшения вредного действия нисходящих потоков воды. Из общего расхода воды (в пре­делах 2...5 м³/т исходного материала) на долю транспортной прихо­дится 30...40 %, а на долю подрешетной - 70...60 %. Скорость восхо­дящего потока подрешетной воды подбирается экспериментально. При ее увеличении происходит уменьшение выхода концентрата и повышение его качества.

Поршневые отсадочные машины бывают двух-, трех- и четы­рех камерные. Решето каждой последующей камеры устанавливается ниже предыдущего на 100 мм. В зависимости от размеров камеры они имеют производительность от 1 до 8,5 т/ч.

Поршневые отсадочные машины в настоящее время почти полностью заменены диафрагмовыми машинами и воздушно-пульсационными, имеющими более высокую удельную производи­тельность и меньший расход воды и электроэнергии.

Диафрагмовые отсадочные машины отличаются от поршне­вых тем, что в них поршень заменен резиновой диафрагмой, которая может быть установлена вертикально (рис. 37, в) или горизонтально.

Рис. 37. Принципиальные схемы отсадочных машин

а - поршневая; б - беспоршневая воздушно-золотниковая; в - диафрагмовая; г- с подвижным решетом; 1 - камера; 2 - решето; 3 - поршневое (а) или воздушное (б) отделение; 4 - поршень; 5 - коллектор сжатого воздуха; 6 - диафрагма; 7 - шток; 8 - эксцентриковый привод

Диафрагмовые отсадочные машины широко применяются при обогащении оловянных, вольфрамовых, золотосодержащих рос­сыпей и руд редких металлов. Вертикальные пульсации воды созда­ются за счет движения расположенной в перегородке между смеж­ными камерами эластичной диафрагмы 3, связанной штоком 4 с экс­центриковым приводом 5. Машины этого типа применяются для обо­гащения руд крупностью от 0,1 до 8 мм. Ход диафрагмы может из­меняться от 0 до 16 мм, а частота колебаний - от 260 до 1500 в мину­ту.

Диафрагмовые отсадочные машины с горизонтальной диа­фрагмой (рис. 38) имеют две (МОД-1 и МОД-2) или три камеры (МОД-3). Колебания воды в камерах отсадочных машин создаются движением вверх и вниз конических днищ. В машинах МОД-1 и МОД-2 имеется общий привод для конусов обеих камер, в машине МОД-3 конус третьей камеры имеет самостоятельный привод.

Конические днища крепятся к камере при помощи резиновых манжет и обечайки. При движении днищ создаются восходящие и нисходящие потоки воды. Расслаиваясь, тяжелые частицы собираются в нижний части конических днищ и периодически разгружаются через разгрузочное отверстие, а легкие - с водой уходят через слив­ной порог последней камеры.

Производительность этих машин колеблется в широких пре­делах (от 0,5 до 40 т/ч) в зависимости от рабочей площади решет и крупности обогащаемого материала.

Рис. 38. Диафрагмовая отсадочная машина с подвижными

коническими днищами (типа МОД)

I - загрузочный лоток; 2 - решето; 3 - перегородки;

4 - разгрузка легкой фракции; 5 - камера; 6 - привод;

7 - резиновая диафрагма; 8 - конические днища; 9 - разгрузка тяжелой фракции; 10 - тяга; 11 - рама

Воздушно-пульсационные (беспоршневые) отсадочные ма­шины (рис. 39) отличаются от других использованием сжатого воз­духа для создания колебаний воды в отсадочном отделении. Каждая камера разделена перегородкой 5 на два отделения - отсадочное 7 и воздушное 4. В отсадочном отделении укреплены решета площадью до 10 м² с искусственной постелью 6, через которую разгружается тяжелая фракция. Подрешетная вода в машину подается через водя­ной коллектор 1. Над воздушным отделением расположен воздухос­борник 3, питающий машину сжатым воздухом от воздуходувки че­рез роторные пульсаторы 2, приводимые в движение электродвига­телем через коробку передач. Сжатый воздух из воздухосборника через пульсаторы (золотниковые устройства) периодически поступа­ет в воздушное отделение; также периодически воздух выпускается из воздушного отделения в атмосферу. За один оборот пульсатора совершается полный цикл отсадки. При впуске воздуха уровень воды в воздушном отделении понижается, а в отсадочном - повышается, а при выпуске воздуха в атмосферу происходят обратные явления. Благодаря этому совершаются колебательные движения воды в отса­дочном отделении.

Рис. 39. Беспоршневая отсадочная машина МОБМ-10

Пульсатор состоит из корпуса (в форме цилиндра), впускного патрубка с дроссельной заслонкой, вала, золотника и крышек с под­шипниками. В корпус помещен ротор, разделенный продольной пе­регородкой на две полости, имеющие окна для впуска воздуха в воздушное отделение и выпуска его в атмосферу. При совмещении со­ответствующих окон корпуса и золотника происходит впуск или вы­пуск воздуха.

Ротор приводится в движение от электропривода с регули­руемой частотой вращения. Давление и расход воздуха регулируется дроссельными заслонками.

В нижней части камер машины расположены гидроциклоны 8. Подрешетный (тяжелый) продукт разгружается через песковые насадки гидроциклонов, а слив гидроциклонов возвращается насоса­ми в машину. Легкая фракция (хвосты) разгружается через сливной порог последней камеры.

Для обогащения руд серийно выпускаются беспоршневые от­садочные машины двух типов - ОПМ для отсадки мелкого материала (< 4 мм) и ОПС для отсадки материала средней крупности (< 30 мм). Кроме указанных, изготавливается также машина для материала крупностью > 300 мм (МОБК-8С). Беспоршневые отсадочные маши­ны выпускаются с двумя, тремя, четырьмя и пятью камерами с пло­щадью решета от 2,5 до 8 м² производительностью от 25 до 125 т/ч.

К основным факторам, определяющим работу отсадочных машин, относятся: длина хода диафрагмы (поршня), частота колеба­ний, производительность, гранулометрический состав материала, расход воды и электроэнергии и т. д.

Рис. 40. Беспоршневая отсадочная машина с многоструйными проточными камерами МОЬК-8:

1 - вертикальная труба; 2 - горизонтальный лист; 3 -диффузор; 4 - решето; 5 - шиберное устройство для разгрузки

крупнозернистых продуктов

На рис. 40 показана беспоршневая отсадочная машина с много­струйными проточными камерами МОБК-8. Воздух из золотников подается в пространство между патрубками (воздушную камеру). Диффузоры пред­назначены для более равномерного распределения колебаний среды по площади решета. Тяжелые продукты разгружаются через шиберное устройство и решето, а затем обезвоживающими элеваторами легкий продукт удаляется через сливной порог в конце машины.

Аналогичные машины сконструированы Гипромашуглеобогащением типа ОПМ (ОПМ-14, ОПМ-24, ОПМ-34 с шириной отсадочного решета соответственно 1, 2, 3 -четыре последовательно соединенные сек­ции длиной 1 м каждая) для обогащения мелкозернистых руд. Машины имеют также воздушную камеру под решетом, образованную системой вертикальных патрубков со смыкающимися диффузорами в верхней части. Пульсации среды создаются пульсаторами роторного типа с электро­приводом типа ПМСМ, позволяющим плавно регулировать число пульсаций в широких пределах без остановки машины. Пульсаторы имеют глушители выхлопа. Тяжелые продукты разгружаются через слой искусственной постели по всей площади решета. На выпуске продуктов из подрешетной камеры установлены циклонные устройства, одновременно выполняющие роль гасителя давления для уменьшения расхода воды с тяжелыми про­дуктами.

Институтом Механобрчермет создана отсадочная трехступенчатая машина типа МОБ. Решета в каждой ступени установлены с уклоном в сторону движения материала и закончены вертикальными сливными по­рогами для разгрузки тяжелых продуктов отсадки. Для создания пуль­саций среды под решетом каждой ступени подвешены на пружинах воз­душные камеры, которые представляют собой систему пневмоконусов. Пространство под пневмоконусами используется как воздушные камеры, в которые через систему труб периодически подается сжатый воздух. Сжатый воздух вызывает подъем пневмоконуса, а следовательно, и уровня воды в отсадочном отделении. Ограничение и смягчение хода пневмоконусов обеспечивают амортизаторы, на которых закреплены под­вески. В машине применены роторные пульсаторы. Тяжелые продукты разгружаются через разгрузочные устройства клапанного типа с помощью пневматической системы авторегулирования с поплавковым дат­чиком уровня постели.

Однако машина сложна в эксплуатации и обладает рядом недостатков в конструктивном решении отдельных узлов.

Машина двухстороннего действия конструкции института Механ­обрчермет с надрешетным расположением воздушной камеры также сложна в эксплуатации и к тому же недоступна для визуального контроля про­цесса. Машина имеет два герметически закрытых отделения, выпол­няющих одновременно роль отсадочного и воздушного. Машина двухсту­пенчатая, каждая ступень имеет две секции.

Вторая секция оборудована разгрузочным устройством со сливным порогом и вертикальной щелью. Тяжелые фракции разгружаются сектор­ным шибером. Применяются воздушные пульсаторы четырехтактного действия. Материал загружается лопастным питателем.

Машины МОБК-8 конструкции института Механобрчермет работают в схеме цепи аппаратов обогатительных фабрик для обогащения марган­цевой руды класса +3 мм. Руда характеризуется следующим составом: конкреционная манганитовая и пиролюзитовая разновидности 26,2%; кусковая манганитовая 34,1%; кусковая псиломелановая 30,4%; смешан­ная карбонатно-окисная 5,4%; глина в комках 3,9%.

Выводы:

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 0,2 до 50 мм для руд, и от 0,5 до 120 (иногда и до 250) мм – для углей.

Отсадкойназывают 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.

Машины классифицируются по следующим признакам:

1. По типу сред разделения: гидравлические; пневматические; суспензионные; с водовоздушной смесью.

5. По конструкции приводного механизма: поршневые; диафрагмовые;
с подвижными конусами; с подвижным решетом; с лопастным приводом; с
гидравлическим пульсатором; беспоршневые (воздушно-золотниковые).

6. По направлению движения разгружаемого продукта: прямоточные; противоточные.

7. По способу разгрузки продуктов обогащения: с шиберной раз­ грузкой; с разгрузкой через решето; с комбинированной разгрузкой через шибер и решето.

5. По числу ступеней: одноступенчатые (однокамерные); двухступенчатые; трехступенчатые; многоступенчатые.

8.По целевому назначению: для обогащения крупнозернистого мате­риала; для обогащения мелкозернистого материала; для обогащения не классифицированного материала; шламовые.

9.По расположению приводного механизма: с боковым расположением от решета машины; с воздушной камерой, поршнем, диафрагмой, конусами под решетом машины; с расположением пульсаторов между двумя решетами машины; с надрешетным расположением воздушных камер.

Контрольные вопросы: