Общие принципы разделения частиц при гравитационном обогащении

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.

К гравитационным процессам относятся отсадка, концентрация на столах, обогащение на шлюзах, желобах, винтовых сепараторах, обогащение в тяжелых жидкостях и суспензиях, гравитационная классификация, сгущение пульпы и частично промывка руд.

В качестве среды, в которой осуществляется гравитационное обогащение, используют воду, воздух, тяжелые суспензии и жидкости.

Разделение частиц при гравитационном обогащении обычно происходит в движущейся среде с достаточно большим содержанием твердого. В этих условиях на частицы кроме силы тяжести действуют силы:

гидродинамические (подъемная сила и сила сопротивления при обтекании частиц жидкостью);

возникающие при столкновении частиц и их трении;

трения частиц о дно или стенки машины, в которой осуществляется обогащение.

Определяющей силой является гравитационная, хотя ее действие нельзя рассматривать изолированно от других указанных сил. Гравитационная сила определяется массой тела и ускорением свободного падения сообщение частицам знакопеременных симметричных ускорений (например, с помощью вибраций) со средним значением больше неизбежно уменьшает влияние гравитационной силы, увеличивая перемешивание частиц, что в конечном счете должно приводить к ухудшению процесса разделения. Поэтому в применяемых на практике гравитационных машинах и аппаратах (за исключением промывочных машин), ускорение, сообщаемое внешними силами частицам, как правило, не превосходит ускорения силы тяжести.

В гравитационной машине (аппарате) частицы руды транспортируются вдоль нее водой, воздухом или с помощью вибраций поверхности, на которой производится обогащение, одновременно перемещаясь и вертикальном или близком к нему направлении под действием силы тяжести. Распределение частиц по высоте потока, определяющее их разделение, происходит в соответствии с их крупностью, плотностью и формой в результате совместного действия указанных сил. При одинаковой крупности и форме частиц, разделение происходит тем успешнее, чем больше разница в плотностях разделяемых минералов. Можно выделить два вида разделения частиц — гидравлическое и сегрегационное.

Гидравлическим называется разделение частиц, при котором силы взаимодействия между частицами малы по сравнению с гидродина-мическими силами. Гидравлическое разделение происходит по законам свободного и стесненного падения частиц. При разделении более крупные частицы, имеющие большую скорость свободного падения, располагаются, как правило, ниже гидравлически менее крупных; в стесненных условиях при большой объемной концентрации частиц гидравлически мелкие частицы могут располагаться ниже крупных.

Сегрегационным (сегрегацией) называется разделение частиц в условиях их соприкосновения, при которых силы взаимодействия между частицами преобладают я ад гидродинамическими. Сегрегация может происходить под влиянием возмущающих сил переменного направления, возникающих при колебаниях среды, в которой производится обогащение (отсадочные машины), или при колебаниях рабочей поверхности аппарата (концентрационные столы, вибрационные шлюзы). Экспериментально установлено, что при сегрегации частиц одинаковой плотности мелкие частицы располагаются ниже крупных; при сегрегации частиц различной плотности в нижнем слое располагаются мелкие тяжелые частицы, над ними слой крупных тяжелых частиц с мелкими легкими, в верхнем слое — крупные легкие частицы. Скорость расслаивания при сегрегации увеличивается с повышением крупности и разности в плотностях разделяемых частиц, интенсивности вибраций и уменьшением толщины слоя. Она зависит также от формы частиц. Наблюдаемое при сегрегации всплывание крупных тел в колеблющейся среде, составленной из мелких частиц, объясняется тем, что сила сопротивления при движении крупных частиц вверх меньше, чем при движении их вниз. Сегрегация происходит также и без вибраций в потоках пульпы с большим содержанием твердого, текущих по наклонным поверхностям, при скольжении друг по другу слоев частиц, расположенных на различном расстоянии от твердой поверхности и перемещающихся с различной скоростью. При этом возникают дополнительные силы, зависящие от градиента скорости, обусловливающие преимущественное движение вверх крупных частиц.

Сегрегация имеет значение для тех гравитационных процессов, при которых объемное содержание твердого в пульпе достаточно велико (40—50 %). К таким процессам относятся, например, отсадка, концентрация на столах в суживающихся желобах. для промывки и обогащения в тяжелых суспензиях (за исключением обогащения на виброжелобах) сегрегация не имеет существенного значения. При гравитационном обогащении часто в одной машине сочетаются оба процесса гидравлическое разделение и сегрегация.

Гравитационные процессы являются массовыми, в них одновременно участвует большое количество частиц, физические свойства которых (плотность, размер, форма) изменяются, как правило, не скачкообразно, а непрерывно в определенных интервалах. Массовость наличие «неупорядоченного» перемешивания, вызванного турбулентными пульсациями среды и соударениями частиц, позволяют характеризовать гравитационные процессы как «квазидиффузию частиц», происходящую в полях силы тяжести и гидродинамических. При этом кроме закономерного перемещения частиц, приводящего к их разделению, наблюдается случайное перемещение, нарушающее разделение и существенно замедляющее процесс. Как показывают исследования, случайные перемещения при гравитационных процессах подчиняются статистическим закономерностям.

В гравитационных аппаратах и машинах разделение частиц происходит в разрыхленных слоях, в которых твердые частицы находятся во взвешенном состоянии, обусловливаемом воздействием на них жидкости, газа или вибрирующих твердых стенок. Толщина взвешенных слоев колеблется в широких пределах — от нескольких метров до миллиметров (концентрационные столы, шлюзы).

Энергетическая теория разделения частиц. При разделении в любой гравитационной машине взвесь минеральных частиц в жидкости приближенно можно рассматривать как механическую систему тел, находящуюся в поле силы тяжести в неустойчивом равновесии.

Взвесь стремится занять положение устойчивого равновесия, достигаемое, согласно принципу дирихле, при условии минимальности ее потенциальной энергии. Этому условию отвечает разделение взвеси на слои, в нижних из которых сосредоточиваются преимущественно частицы большей плотности, а в верхних — меньшей. Как правило, разделение взвесей в гравитационных процессах обогащения происходит с уменьшением потенциальной энергии системы. Однако в условиях сегрегации возможны случаи (обычно при ускорениях больших), когда «всплывание» крупных частиц в слое мелких происходит при увеличении потенциальной энергии системы.

 

⇐ Предыдущая12345Следующая ⇒

Поделиться: