Теоретические модели отсадки

⇐ ПредыдущаяСтр 5 из 7Следующая ⇒

Единого представления о механизме расслоения материала в отсадочной машине нет. Известны два основных направления в теории отсадки (как и в теории всех гравитационных процессов вообще) – детерминистское и статистическое. При детерминистском подходе исследуется движение отдельной частицы, имеющей определенный размер, плотность и форму и находящейся среди других частиц.

В рамках детерминистского направления существуют две гипотезы разделения частиц при отсадке – начальных ускорений и скоростная.

Гипотеза начальных ускорений предполагает, что более крупные и плотные частицы набирают скорость быстрее, поскольку имеют большее начальное ускорение. В результате эти частицы оказываются в нижних слоях.

Согласно скоростной гипотезе, более плотная и крупная частица имеет и большую скорость падения, а следовательно, обгоняет легкую и быстрее достигает решета отсадочной машины. В порядке практического вывода этой гипотезы предлагалось осуществлять отсадку узкоклассифицированного материала, чтобы исключить влияние крупности на результаты отсадки. Однако практические данные лишь отчасти подтверждают данную гипотезу, например, она никак не объясняет возможность отсадки ширококлассифицированного материала.

При статистическом подходе отсадка рассматривается как массовый процесс, обусловленный многообразием физических характеристик частиц, подлежащих разделению, и состоянием системы частиц, подвергаемой в процессе отсадки непрерывному разрыхлению-уплотнению. В рамках этого направления предложены три гипотезы разделения частиц при отсадке – энергетическая, суспензионная, вероятностно-статистическая.

Энергетическая гипотеза говорит о том, что система (частицы в данном случае) стремится к минимуму потенциальной энергии, поэтому через некоторое время после начала отсадки в нижних слоях оказываются более плотные частицы, а в верхних – менее плотные. В результате центр тяжести системы перемещается вниз и ее энергия соответственно уменьшается.

Суспензионная гипотеза рассматривает постель в отсадочной машине как суспензию, в которой тяжелые частицы тонут, а легкие всплывают.

Вероятностно-статистическая гипотеза рассматривает отсадку как стохастический процесс. В рамках гипотезы предложена математическая модель, позволяющая рассчитать извлечение в подрешетный продукт тяжелых и легких частиц, а на основе этого и остальные технологические показатели.

Отсадочные машины

В настоящее время известно около ста конструкций отсадочных машин. Машины можно классифицировать следующим образом: по типу среды разделения – гидравлические и пневматические; по способу создания пульсаций – поршневые (рис.11.1), с подвижным решетом (рис.11.2), диафрагмовые (рис.11.3), беспоршневые или воздушно-пульсационные (рис.11.4). Также могут быть машины для обогащения мелких классов, крупных классов, ширококлассифицированного материала. Наиболее распространена гидравлическая отсадка. А среди машин чаще всего применяют беспоршневые.

Поршневые отсадочные машины можно использовать для отсадки руды крупных и средних классов. Колебания воды создаются движением поршня, ход которого регулируется эксцентриковым механизмом. Крупные тяжелые частицы разгружаются через ловушку, регулируемую заслонкой и порожком, а мелкие – через постель и решето. Легкая фракция разгружается самотеком через сливной порог камеры. Поршневые отсадочные машины в настоящее время не выпускаются и фактически полностью заменены другими типами машин.

Диафрагмовые отсадочные машины применяют для отсадки железных, марганцевых руд и руд редких и благородных металлов крупностью от 30 до 0, 5 (0, 1) мм. Их изготавливают с различным расположением диафрагмы.

Диафрагмовые машины с горизонтальной диафрагмой обычно имеют две или три камеры. Колебания воды в камерах создаются движениями вверх и вниз конических днищ. Их обеспечивают один или несколько (в зависимости от типа машины) эксцентрических приводных механизмов. Ход конического днища регулируется поворотом эксцентриковой втулки относительно вала и затяжкой гаек, а частота его качаний – сменой шкива на валу электродвигателя. Корпус машины у каждой камеры соединен с коническим днищем резиновыми манжетами (диафрагмами).

Подрешетная вода подается в нижнюю часть камер от общего коллектора. Давление воды в коллекторе 0, 06-0, 2 МПа.

Для выделения крупного надрешетного тяжелого продукта предусмотрена установка специальных ловушек. Хвосты разгружаются самотеком через сливной порог в конце машины.

Диафрагмовые отсадочные машины с вертикальной диафрагмой имеют две или четыре камеры с пирамидальными днищами, разделенными вертикальными перегородкой, в стенку которой вмонтирована гибко связанная с ней металлическая диафрагма, совершающая возвратно-поступательные движения.

Отсадочные машины с подвижным решетом в отечественной практике применяются для обогащения марганцевых руд крупностью от 3 до 40 мм. Машины серийно не изготавливаются. Приводной кривошипно-шатунный механизм решета расположен над корпусом машины. Решето совершает дугообразные движения, при котором материал разрыхляется и продвигается вдоль решета. Машины имеют двух-, трех- и четырехсекционные решета площадью 2, 9-4 м². Тяжелые продукты разгружаются через боковую или центральную щель.

В зарубежной практике применяют отсадочные машины с подвижным решетом, позволяющие обогащать материал крупностью до 400 мм. Например, машина фирмы «Хумбольт – Ведаг» позволяет обогащать материал крупностью –400 + 30 мм. Отличительной особенностью этой машины является то, что один конец решета закреплен на оси и, следовательно, не движется в вертикальном направлении. Разгрузка продуктов разделения осуществляется при помощи элеваторного колеса. Машина отличается высокой экономичностью в работе.

Воздушно-пульсационные (беспоршневые) отсадочные машины отличаются от других использованием сжатого воздуха для создания колебаний воды в отсадочном отделении. Машины имеют воздушное и отсадочное отделения и снабжены универсальным приводом, обеспечивающим симметричный и асимметричный циклы отсадки и возможность регулирования подачи воздуха в камеры. Основное преимущество беспоршневых машин заключается в возможности регулирования цикла отсадки и достижении высокой точности разделения при повышенной постели. Эти машины применяются в основном для обогащения углей, реже руд черных металлов.

Машины могут иметь боковые подрешетные (рис.12) или патрубочные подрешетные воздушные камеры.

При боковом расположении воздушных камер равномерность пульсаций воды в отсадочном отделении сохраняется при ширине камер не более 2 м. Для обеспечения равномерного распределения поля скоростей пульсирующего потока по площади отсадочного решета в современных конструкциях отсадочных машин применяют гидравлические обтекатели на конце перегородки между воздушным и отсадочным отделением.

Сжатый воздух поступает в воздушное отделение периодически через пульсаторы различных типов (роторные, клапанные и др.), устанавливаемые по одному на каждую камеру; также периодически воздух выпускается из воздушного отделения в атмосферу. При впуске воздуха уровень воды в воздушном отделении понижается, а в отсадочном отделении, естественно, повышается (это сообщающиеся сосуды); при выпуске воздуха происходят обратные явления. Благодаря этому совершаются колебательные движения в отсадочном отделении.

Выпускается достаточно большое количество видов беспоршневых отсадочных машин, пригодных для обогащения мелких, крупных и ширококлассифицированных (содержащих и крупные и мелкие классы) материалов. Машины имеют различное количество камер (обычно до пяти) и различные площади решета (обычно до 24 м²).

Расход электроэнергии при обогащении на диафрагмовых отсадочных машинах 0, 3-0, 5 кВт× ч/т, на беспоршневых – 0, 5-0, 75 кВт× ч/т (вместе с воздуходувкой).

Разгрузочные устройства тяжелых крупных продуктов имеют различные конструкции (рис.13). Отечественные отсадочные машины в горизонтальном сечении имеют прямоугольную форму, а ряд зарубежных машин – круглую. В последних питание подается в центр машины и расслоение осуществляется в камерах-секторах.

Обогащение в тяжелых средах

Общие сведения

Обогащение полезных ископаемых в тяжелых средах основано на разделении минеральной смеси по плотности. Процесс происходит в соответствии с законом Архимеда в средах с промежуточной плотностью, между плотностью удельно-легкого и удельно-тяжелого минерала. Удельно-легкие минералы всплывают, а удельно-тяжелые погружаются на дно аппарата.

Обогащение в тяжелых средах широко применяется в качестве основного процесса для обогащения углей трудной и средней категорий обогатимости, а также сланцев, хромитовых, марганцевых и других руд.

Эффективность разделения в тяжелых средах выше эффективности обогащения на отсадочных машинах (это самый эффективный гравитационный процесс).

В качестве операций предконцентрации этот процесс может использоваться для любых полезных ископаемых, если удается выделить больше 30 % пустой породы. Такая операция позволяет снизить общую стоимость переработки руды на 15-20 %. При этом пустая порода может быть использована в качестве строительного материала.

В качестве тяжелых сред можно применять тяжелые жидкости и тяжелые суспензии. Между ними есть одно принципиальное различие. Тяжелая жидкость однородна (однофазна), тяжелая суспензия неоднородна (состоит из воды и взвешенных в ней частиц – утяжелителя). Поэтому обогащение в тяжелой жидкости в принципе приемлемо для частиц любой крупности.

Тяжелую суспензию можно считать псевдожидкостью с определенной плотностью лишь для достаточно больших (по сравнению с размерами частиц утяжелителя) частиц. Кроме того, для получения однородной по плотности суспензии в аппаратах приходится производить ее перемешивание. Все это оказывает влияние и на частицы, подвергаемые обогащению. Поэтому нижний предел крупности частиц, обогащаемых в тяжелой суспензии, ограничен и составляет: при гравитационных процессах – для руд 2-4 мм, для углей 4-6 мм; при центробежных процессах – для руд 0, 25-0, 5 мм, для углей 0, 5-1 мм.

Свойства тяжелых суспензий

В качестве промышленной тяжелой среды используются тяжелые суспензии, т.е. взвесь мелких удельно-тяжелых частиц (утяжелителя) в среде. Средой обычно является H₂O, редко воздух. Гидравлические суспензии называют просто суспензиями; воздушные суспензии – аэросуспензиями. Как уже говорилось ранее, все жидкости вообще и тяжелые суспензии в частности можно разделить на несколько реологических типов в зависимости от их поведения при действии касательных напряжений сдвига.

Суспензии, применяемые в практике обогащения, делятся на две основные группы: бесструктурные (по реологическим свойствам приближаются к ньютоновским жидкостям), структурные (приближаются к вязкопластичным системам).

Вязкость бесструктурной суспензии зависит от количества утяжелителя. Наиболее распространенной формулой для определения вязкости суспензии является формула Ванда

m_с = m(1 + 2, 5l + 7, 349l + 16, 2l + …),

где m_с, m – динамический коэффициент вязкости соответственно для суспензии и воды (дисперсионной среды); l – объемная концентрация твердой фазы, доли единицы.

Структура в суспензии образуется при различной объемной концентрации утяжелителя в зависимости от удельной поверхности (а следовательно, крупности) утяжелителя. Чем мельче утяжелитель (больше его удельная поверхность) – тем при меньшей объемной концентрации образуется структура. При небольшой объемной концентрации твердого суспензии являются бесструктурными системами и подчиняются закону, выраженному формулой (7).

Динамическое напряжение сдвига t₀ и коэффициент структурной вязкости h зависят от удельной поверхности и объемной концентрации утяжелителя (с их увеличением t₀ и h возрастают); химической природы и формы частиц утяжелителя (чем более округлая форма, тем t₀ и h меньше); наличия поверхностно-активных веществ, например флотационных реагентов-собирателей (в их присутствии существенно повышается t₀и незначительно h); наличия специальных реагентов – пептизаторов, значительно снижающих t₀ и незначительно h.

С технологической точки зрения структурные суспензии, применяемые в практике обогащения, могут быть разделены на три типа: слабоструктурные (t₀ < 3 Па); структурные (3 < t₀ < 8 Па); сильноструктурные (t₀> 8 Па). Эффективность обогащения в суспензии значительно зависит от ее вязкости. При росте вязкости суспензии эффективность обогащения падает, при значительном увеличении вязкости обогащение становится невозможным. Как видно из рис.14, при t₀> 8 Па эффективность обогащения резко падает.

Максимальная плотность суспензии определяется максимально возможным объемным содержанием утяжелителя (и, конечно, его природой). Обычно для измельченного утяжелителя (для частиц неправильной формы) объемное содержание твердого может составлять до 36 %, для гранулированного – 42-45 %. Дальнейшее увеличение объемной концентрации утяжелителя ведет к резкому повышению напряжения сдвига суспензии и, как следствие, к нарушению эффективности разделения. Объемная концентрация утяжелителя, при которой начинается резкий рост напряжения сдвига, называется критической. Ее значение зависит и от крупности утяжелителя – чем он крупнее, тем эта величина больше (рис.15).

Утяжелители

В качестве утяжелителя могут применяться любые достаточно плотные, нетоксичные, не слишком дорогостоящие и легко отделяемые от полезного ископаемого вещества.

Наиболее часто используемыми утяжелителями являются магнетит и ферросилиций. Ферросилиций обычно содержит 85 % железа, 15 % кремния и незначительное количество легирующих добавок. Ферросилиций может быть измельченный (дробленый) и гранулированный. Наибольшая частота использования магнетита и ферросилиция объясняется относительной простотой их регенерации, поскольку эти вещества обладают сильными магнитными свойствами и регенерируются при помощи магнитной сепарации. Для сравнения, например, галенит и пирит приходится регенерировать при помощи значительно более дорогого и сложного процесса – флотации.

Конструкция сепараторов

⇐ Предыдущая 1 2 3 456 7 Следующая ⇒