ГРАВИТАЦИОННАЯ СЕПАРАЦИЯ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

П.И.ПИЛОВ

ГРАВИТАЦИОННАЯ СЕПАРАЦИЯ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

Учебное пособие для студентов, обучающихся специальности «Обогащение полезных ископаемых»

Днепропетровск

УДК 622.75

Гравитационная сепарация полезных ископаемых: Учебное пособие/П.И.Пилов. – Днепропетровск: Национальный горный университет, 2003. – 123 с.

Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся специальности «Обогащение полезных ископаемых» при изучении дисциплины «Гравитационные методы обогащения полезных ископаемых» и может быть полезно для аспирантов и научных работников.

Редакционная обработка автора

горный университет, 2003

ВВЕДЕНИЕ

Гравитационными называют методы обогащения полезных ископаемых, в которых сепарация минеральных зерен, отличающихся плотностью, размерами и формой, обусловлена различием в характере и скорости их движения в жидких средах под действием силы тяжести или центробежной, а также сил сопротивления.

Гравитационные методы занимают ведущее место среди других методов обогащения, особенно в практике переработки каменных углей и антрацитов, золотосодержащих, вольфрамовых, молибденовых руд, руд россыпных месторождений и руд черных металлов.

Гравитационные методы по широте диапазона характеристик обогащаемых полезных ископаемых, разнообразию условий применения и назначению, простоте технологии, высокой производительности обогатительных аппаратов в сравнимых условиях превосходят многие другие процессы обогащения и обеспечивают высокую эффективность сепарации минеральных смесей при относительно низких материальных, трудовых и энергетических затратах.

ГЛАВА 1. СВОЙСТВА МИНЕРАЛОВ И ЖИДКИХ СРЕД ДЛЯ ГРАВИТАЦИОННОЙ СЕПАРАЦИИ

Свойства минералов

В земной коре насчитывается около 3000 минералов. Минералы отличаются друг от друга химическим составом, физико-химическими и физико-механическими свойствами. К ним относятся: плотность, форма, твердость, цвет, блеск, электропроводность, смачиваемость, магнитная проницаемость и др.

С помощью технологий, основанных на гравитационной сепарации, можно извлекать порядка 250 из известных минералов.

Для гравитационных процессов сепарации существенное значение имеют такие свойства минеральных зерен, как плотность, крупность и форма.

Плотность вещества минерала (истинная плотность) это отношение массы к объему вещества:

Плотность минерала (кажущаяся плотность) – отношение массы к объему тела:

Объем тела больше объема вещества, поскольку включает в себя поры и пустоты. Объем пор равен разности объема тела и объема вещества, то пористость минерала:

Пример: какова кажущаяся плотность каменного угля, если его истинная плотность составляет 1450 кг/м³, а пористость – 10%.

Решение: из уравнения для пористости минералов получаем: =1450(1-10/100)=1305 кг/м³.

Крупность минеральных зерен определяется характерным размером – эквивалентным диаметром, равным диаметру сферы, равновеликой по объему зерну т.е.:

, откуда .

Пример: найти эквивалентный диаметр куска угля, если его масса составляет 0, 785 г, а плотность – 1500 кг/м³.

Решение: поскольку масса частицы равна произведению ее объема на плотность, то при переводе массы частицы в килограммы, получаем:

Качественная характеристика и значения истинной плотности некоторых минералов приведены в табл. 1.1.

Таблица 1.1

Свойства некоторых минералов, извлекаемых гравитационными методами

Минерал	Химическая формула	Плотность, кг/м³	Ценный компонент	Содержание ценного компонента, %
Золото самородное	Au	До 19000	Золото	До 100
Галенит	PbS	7400-7600	Свинец	86, 6
Молибденит	MoS₂	4300-5000	Молибден	59, 94
Пирит	FeS₂	4900-5200	Железо	46, 55
Сфалерит	ZnS	3900-4100	Цинк	67, 10
Халькопирит	CuFeS₂	4100-4300	Медь	34, 36
Касситерит	SnO₂	6100-7300	Олово	78, 80
Кварц	SiO₂		Кремний	46, 70
Ильменит	FeTiO₃	4400-5000	Титан	31, 60
Магнетит	Fe₃O₄	4500-5300	Железо	72, 40
Хромиты, хромшпинелиды	(Fe, Mg)Cr₂O₄	4000-4800	Диоксид хрома	68, 00
Кальцит	CaCO₃	2700-2730	Оксид кальция	56, 00
Магнезит	MgCO₃		Оксид магния	47, 60
Сидерит	FeCO₃	3500-3900	Железо	48, 30
Барит	BaSO₄	4300-4500	Оксид бария	65, 70
Шеелит	CaWO₄		Триоксид вольфрама	80, 60
Гематит	Fe₂O₃	5000-5200	Железо	70, 00
Пиролюзит	MnO₂		Марганец	63, 20
Уголь	C	1300-1800	-

Форма минеральных зерен зависит от физико-механических свойств минералов, условий разрушения горных пород и последующих на них воздействий природного и техногенного характера.

Например, зерна минералов, образованные при разрушении руд коренных месторождений имеют неправильную форму обломков кристаллов. У зерен каменных углей угловатая форма, сланца – пластинчатая, асбеста – игольчатая, магнетита – близкая к кубической. Окатанные минеральные зерна россыпных месторождений имеют округлую форму.

Отклонение формы зерен от сферической можно охарактеризовать коэффициентом формы, равным отношению поверхности шара, равновеликого по объему минеральному зерну к поверхности зерна:

В зависимости от величины коэффициента формы принято минеральные зерна относить к следующим формам:

Шарообразная	1, 0
Округленная, окатанная	0, 8-0, 9
Угловатая	0, 7-0, 8
Пластинчатая	0, 6-0, 7

Дисперсные системы

1.4.1. Представления о дисперсных системах

Дисперсные системы со всевозможной комбинацией фаз, различающихся природой и агрегатным состоянием, размером частиц и взаимодействием между ними, характеризует широкий спектр структурно-механических свойств. Они представляются непрерывным и бесконечным рядом не только промежуточных, аддитивных свойств, но и качественно новых, не присущих отдельным компонентам.

Общая зависимость напряжения сдвига от скорости деформации для стационарных жидкообразных систем выражается степенной функцией:

где и - параметры, характеризующие данную жидкообразную систему.

Приведенное двухпараметрическое уравнение известно под названием математической модели Освальда-Вейля. Ньютоновская вязкость неньютоновской стационарной жидкости определяется уравнением:

Если , жидкость является ньютоновской и константа совпадает со значением ньютоновкой вязкости. Отклонение от единицы характеризует степень несоответствия свойств жидкости ньютоновским. Для псевдопластических жидкостей характерно снижение ньютоновской вязкости. Для дилатантных жидкостей и ньютоновская вязкость растет с увеличением скорости деформации сдвига.

Твердообразные дисперсные системы подразделяются на бингамовские и небингамовские. Их поведение описывается общим уравнением Шведова-Бингама:

При n=1 уравнение характеризует бингамовское тело, при n> 1 – пластическое дилатантное тело и при n< 1 – псевдопластическое твердообразное тело.

Множество различных взаимодействий фаз в суспензиях можно объединить в три основные группы:

· гидродинамическое взаимодействие между жидкостью и диспергированными твердыми частицами, приводящее к увеличению вязкой диссипации в жидкости;

· межчастичное взаимодействие, способствующее образованию хлопьев, скоплений, агломератов или структуры;

· столкновения частиц, вызывающие вязкостные взаимодействия.

Под каждым из таких взаимодействий подразумевается множество факторов, составляющих содержание приведенных выше групп, взаимосвязь которых представлена на рис.1.2.

Рис.1.2. Соотношение групп взаимодействий и факторов, определяющих вязкость суспензии

Реологические свойства суспензий зависят от преобладания того или иного вида взаимодействия. От низких до средних концентраций дисперсной фазы возрастает значение гидродинамического эффекта; от средних до высоких концентраций начинает увеличивается роль вязкостного взаимодействия частиц; при очень высоких концентрациях влияние столкновений частиц преобладает над влиянием гидродинамики.

От низких до средних концентраций дисперсной фазы при отсутствии взаимного притяжения частиц преобладает гидродинамическое взаимодействие и, если жидкость ньютоновская, то и суспензия остается ньютоновской. С увеличением концентрации твердой фазы вначале вязкость суспензии возрастает линейно, но в области средних концентраций она приобретает нелинейный характер, причем, с увеличением концентрации скорость роста вязкости становится выше и характер течения суспензии становится неньютоновским. Это явление объясняется влиянием скорости сдвига соседних слоев суспензии.

С ростом межчастичного притяжения вязкость суспензии растет, т.к. частицы дисперсной фазы образуют формулы, скопления, агломераты или структуру, что приводит к появлению псевдопластичного характера течения суспензии и появлению тиксотропии, поскольку образования частиц и структура чувствительны к сдвигу и подвергаются разрушению.

При более сильном межчастичном притяжении вязкость суспензии растет, прочность флокул увеличивается и они выдерживают некоторое напряжение сдвига без разрушения. Суспензия в данном случае приобретает предел текучести и становится вязкопластичной. При более высокой прочности флокул о суспензии можно говорить как о пластичной.

При слабом и среднем межчастичном притяжении, но высокой концентрации дисперсной фазы, проявляются свойства грануловязкости, и суспензия при этом превращается в пасту. Если такой же эффект возникает при сильном межчастичном притяжении, но при низких концентрациях дисперсной фазы, то суспензия превращается в гель.

1.4.2.Суспензии

Суспензии представляют собой двухфазные системы, где дисперсной фазой являются твердые частицы, а дисперсионной средой - жидкость.

В практике обогащения полезных ископаемых широко известны водные суспензии, представляющие собой взвесь тонкодисперсных частиц минералов в воде. Они фактически являются рабочими средами многих обогатительных процессов.

Суспензии характеризуются соотношением твердой и жидкой фаз, которое может быть представлено:

- объемной концентрацией твердой фазы, равной отношению объема твердой фазы суспензии к объему суспензии, т.е.:

- массовой концентрацией твердой фазы, равной отношению массы твердой фазы к объему суспензии:

;

- массовой долей твердой фазы, равной отношению массы твердой фазы к массе суспензии:

- разбавлением (разжижением) суспензии, равным отношению массы жидкой фазы к массе твердой фазы:

;

- плотностью, равной отношению массы суспензии к ее объему:

;

Откуда следуют и другие соотношения, например:

; ; .

Пример: масса пробы магнетитовой суспензии объемом 1 л составляет 1, 3 кг. Масса отделенной от воды и высушенной твердой фазы составляет 375 г. Определить показатели, характеризующие соотношение фаз суспензии.

Решение: поскольку известны масса и объем суспензии, то ее плотность составит .

Масса жидкой фазы равна разности массы суспензии и массы твердой фазы, т.е.

Массовая доля твердой фазы составит:

, а разжижение суспензии . Этот показатель можно определить и по соотношению масс жидкой и твердой фазы, т.е. .

Массовая концентрация твердой фазы составляет . Если известна плотность твердой фазы, например, для рассматриваемого случая она равна 5000 кг/м³, то .

Если же плотность твердой фазы неизвестна, то ее можно вычислить, приравнивая выражения для объемной концентрации, т.е. , откуда , т.е. .

1.4.3. Вязкость суспензий

1.4.3.1. Вязкость монодисперсных суспензий

Рассмотрим движение суспензии, дисперсная фаза которой представлена жесткими нерастворимыми в дисперсионной среде сферическими частицами одного размера. Движение суспензии описывается полем скоростей , где U – компонента скорости вдоль оси х. Рассматривая поле скоростей в качестве макроскопического описания потока, допустим, что профиль скорости на достаточно малых расстояниях, соизмеримых с расстоянием между частицами, является линейным.

Как наиболее вероятную, примем кубическую упаковку частиц. Рассмотрим элементарный объем суспензии, заключенный внутри куба, образованного центрами восьми соседних частиц, расстояние между которыми равно l и определяется объемной концентрацией твердой фазы c_V (рис.1.3).

Рис.1.3. Элементарный объем суспензии при кубической упаковке твердой фазы.

Объем твердой фазы, заключенный в данном элементарном объеме суспензии, равен объему одной частицы, т.е. , где d – эквивалентный диаметр частицы. Элементарный объем суспензии, исходя из его определения, равен . Поскольку объемная концентрация твердой фазы , то межчастичное расстояние равно:

где k_у– коэффициент упаковки твердой фазы, равный p/6 лишь для кубической упаковки. Для реальных суспензий этот коэффициент составляет 0, 625.

Пусть нижний слой суспензии (рис.1.4) движется со скоростью U₁, а верхний – со скоростью U₂ и его скорость относительно нижнего слоя будет . Тогда градиент скорости дисперсионной среды в промежутках между слоями составит:

Рис.1.4. К объяснению формирования локального градиента скорости.

Такие же скорости U₁ и U₂имеют и центры частиц, и их поверхности при отсутствии вращения последних.

Дисперсная фаза суспензий, в зависимости от ее физико-химических и поверхностных свойств, а также ионного состава дисперсионной среды и гидродинамического взаимодействия частиц и среды, связывает некоторое количество жидкости, образуя на поверхности частиц адсорбционные, сольватные и двойные электрические слои, неподвижные по отношению к частицам. Слой жидкости, связанный частицами в результате интегрального взаимодействия фаз и гидродинамического воздействия, является пограничным. Его толщина l трудно поддается расчетам и измерениям. По некоторым данным она составляет 0, 5-1 мкм и уменьшается при увеличении скорости обтекания частиц дисперсионной средой.

При сдвиговом течении суспензии происходит скольжение одного слоя жидкости с дисперсной средой относительного другого. Поверхность скольжения при этом отстоит на расстоянии l от поверхности частиц. Пусть линия тока скольжения, лежащая на этой поверхности, описывается функцией x(х) с началом координат на плоскости, в которой лежат центры частиц. Тогда сдвиговое течение дисперсионной среды (жидкости) будет осуществляться в промежутке, ограниченном двумя поверхностями скольжения (рис.1.4), что приведет к увеличению градиента скорости:

Из закона Ньютона следует, что сила сдвига слоев рассматриваемого элементарного объема суспензии пропорциональна коэффициенту ее кинематической вязкости m_с, градиенту скорости сдвига слоев и площади их соприкосновения :

Вязкость дисперсионной среды не меняется при нахождении в ней нерастворимой твердой фазы, поэтому повышенная вязкость суспензий проявляется как кажущаяся, обусловленная увеличением силы сдвига из-за возрастания локального градиента скорости в межчастичных промежутках:

Приравнивая вышеприведенные уравнения, получаем коэффициент динамической вязкости суспензии с монодисперсной твердой фазой:

Для реальных концентрированных суспензий, которые используются при обогащении полезных ископаемых, характерно выравнивание поверхности скольжения слоев и превращения ее в плоскость, отстоящую на величину l от частиц. Это происходит из-за уменьшения межчастичных промежутков и выравнивания линий тока вследствие создания гидродинамической тени соседними частицами. В таком случае x(х)=r+l, где r – радиус частиц. Тогда формула для коэффициента динамической вязкости суспензии принимает вид:

Т.е. коэффициент динамической вязкости суспензии пропорционален коэффициенту динамической вязкости дисперсионной среды и возрастает с увеличением объемной концентрации твердой фазы (рис.1.5), стремясь к бесконечности при достижении некоторой критической величине, зависящей от коэффициента упаковки дисперсной фазы и отношения толщины пограничного слоя к радиусу частиц.

Рис.1.5. Графическое представление уравнения «вязкость-концентрация» для полидисперсных суспензий.

Поскольку каждая из частиц дисперсной фазы окружена пограничным слоем жидкости толщиной l, неподвижным относительно частицы, то объем такого агрегата составит:

т.е. он в раз больше объема самой частицы.

Объем свободной жидкости, подверженной воздействию сдвигового течения суспензии или вращательному движению частиц, равен разности объема суспензии и суммарного объема этих агрегатов. Т.е. доля свободной жидкости пропорциональна разности единицы и фиктивной (с учетом толщины пограничного слоя) концентрации твердой фазы, которая составит:

Таким образом, производя замену в формуле для коэффициента динамической вязкости суспензии, получаем:

1.4.3.2. Вязкость полидисперсных суспензий

Для полидисперсных суспензий, когда твердая фаза представлена частицами различной крупности, фиктивная концентрация равна сумме фиктивных концентраций отдельных классов (фракций) крупности:

Если доли классов крупности (выхода) g_i, то их объемные концентрации будут равны произведению объемной концентрации всей твердой фазы и соответствующего выхода: . Таким образом:

Учитывая, что , а величина удельной поверхности для сферических частиц i-той фракции крупности равна , а удельная поверхность всей твердой фазы , а также пренебрегая без ущерба для точности членами, содержащими во второй и третьей степени, т.к. , получаем:

Подставляя это значение в формулу для коэффициента динамической вязкости, получаем его значение для полидисперсных суспензий:

Графическая интерпретация этой формулы представлена на рис.1.5, из которой следует, что увеличение произведения ls приводит к повышению коэффициента динамической вязкости суспензий при одинаковой концентрации твердой фазы.

Пример. Коэффициент динамической вязкости магнетитовой суспензии при объемной концентрации твердой фазы 0, 15 составляет 2, 79·10^-3 Па·с. Какова будет его величина, если объемную концентрацию твердой фазы увеличить до 0, 2.

Решение. Формулу коэффициента динамической вязкости для полидисперсных суспензий представим в виде: .

Отсюда константа . При новой объемной концентрации твердой фазы коэффициент динамической вязкости суспензии будет равен .

Пример. Коэффициент динамической вязкости магнетитовой суспензии при объемной концентрации твердой фазы 0, 2 составляет 4, 5·10^-3 Па·с. Удельная поверхность магнетита составляет 10⁶ м^-1. В процессе использования суспензии в ней накопились тонкодисперсные шламы, например, угольные, с удельной поверхностью 5·10⁶ м^-1 и объемная концентрация твердой фазы стала равной 0, 21. Найти значение коэффициента динамической вязкости загрязненной суспензии.

Решение. Из уравнения для вязкости суспензии получим значение толщины пограничного слоя .

Удельная поверхность смеси магнетита со шламами может быть рассчитана как средневзвешенная: . Тогда новое значение коэффициента динамической вязкости будет равно: , т.е. в 1, 19 раза больше, чем для чистой суспензии.

1.5. Контрольные вопросы

1. На каких явлениях и свойствах минеральных зерен основаны гравитационные методы обогащения полезных ископаемых?

2. Дайте понятия плотности и истинной плотности минералов. В чем различия между ними?

3. Что такое «эквивалентный диаметр» минерального зерна и как его определить?

4. Как найти пористость минерала? Каково влияние пористости на скорости движения минеральных зерен в жидкости.

5. Дайте понятие коэффициента формы минерального зерна.

6. Запишите закон Ньютона для сдвигового течения жидкости.

7. Чем определяются касательные напряжения сдвигу жидкости?

8. Что такое коэффициент динамической вязкости жидкости и чему он равен для воды? Какова размерность этого коэффициента?

9. Что такое коэффициент кинематической вязкости жидкости и чему он равен для воды? Какова размерность этого коэффициента?

10. Запишите закон Шведова-Бингама для сдвигового течения жидкости и покажите его графически.

11. Что такое предельное напряжение сдвига для жидкостей?

12. Что такое неньютоновская жидкость?

13. Что такое суспензия и каковы ее основные характеристики?

14. Перечислите факторы, определяющие вязкость суспензий и дайте пояснения их влиянию.

15. Запишите формулу для плотности суспензии.

16. Покажите, как найти объемную концентрацию твердой фазы суспензии, если известна ее плотность, а также плотности твердой и жидкой фаз.

17. Изобразите графически элементарный объем суспензии.

18. Запишите формулу для определения межчастичного расстояния в суспензиях.

19. В чем состоят различия между общим и локальным градиентами скорости сдвигового течения суспензии? Покажите на примере.

20. Запишите формулу для коэффициента динамической вязкости монодисперсной суспензии и поясните ее.

21. Как влияет дисперсность твердой фазы на вязкость суспензии. Изобразите график зависимости коэффициента динамической вязкости суспензии от объемной концентрации твердой фазы при различной ее дисперсности.

22. Запишите формулу для коэффициента динамической вязкости полидисперсной суспензии и поясните ее.

23. Как изменится коэффициент динамической вязкости суспензии, если увеличится удельная поверхность твердой фазы при неизменной ее объемной концентрации?

Неоднородного вещества

У частиц из неоднородного вещества, например, у сростков, состоящих из минералов различной плотности, центр объема не совпадает с центром масс.

Рис. 4.2. Поведение частицы из неоднородного вещества: а) исходное положение; б) равновесное положение.

Точка приложения силы тяжести совпадает с центром масс, а точка приложения выталкивающей силы Архимеда совпадает с центром объема частицы (рис. 4.2а). В этом случае возникает пара сил и момент, который поворачивает частицу до достижения равновесного положения (рис. 4.2б), при котором действующие силы расположены на одной вертикали и момент этой пары сил становится равным нулю.

Если такая частица будет находиться в движущемся вертикальном потоке жидкости, то она будет каждый раз занимать новое равновесное положение при изменении скорости и направления потока. Это явление будет менять миделево сечение, а, следовательно, и значение силы сопротивления и скорости частицы относительно жидкой среды.

Жидкости.

Пусть восходящий поток жидкости движется со скоростью U, равномерно распределенной по его сечению (рис.4.6). Частицы, движущиеся относительно жидкости со скоростью v, будут иметь относительно сосуда, в котором движется жидкость, скорость U-v. Поэтому при U-v> 0, они будут транспортироваться потоком наверх, а при U-v< 0 – осаждаться. Для более крупных частиц (рис.) и они будут перемещаться вниз, а для более мелких частиц и они будут потоком жидкости перемещаться вверх. Граничная крупность определяется из соотношения .

Рис. 4.6. Осаждение частиц в вертикальном потоке жидкости

Частицы со скоростью осаждения меньшей скорости восходящего потока будут этим потоком транспортироваться вверх, а частицы с большей скоростью будут осаждаться. Это создает предпосылки для сепарации по крупности частиц одинаковой плотности и сепарации по плотности частиц одинаковой крупности.

При массовом осаждении частиц наступают стесненные условия движения. Если скорость стесненного движения равна скорости восходящего потока ( ), то слой частиц будет во взвешенном состоянии и его коэффициент разрыхления равен , а объемная концентрация твердой фазы в нем . Плотность слоя составит:

Частицы со скоростью будут транспортироваться потоком вверх, а частицы со скоростью - концентрироваться в потоке, образуя вышеописанную взвесь. Частицы большей плотности будут иметь и большую скорость относительно жидкой среды, поэтому объемная концентрация таких частиц будет выше, чем частиц меньшей плотности, следовательно, будет выше и плотность слоя. Таким образом, создаются предпосылки для выталкивания из этого слоя частиц меньшей плотности наверх, где они создают слой из подобных себе частиц.

Частицы различной плотности в равномерном восходящем потоке жидкости образуют равновесные слои. Они располагаются так, что в нижней части взвеси будут частицы большей плотности, в верхней – меньшей.

Схематически этот процесс представлен на рис. 4.7.

Рис. 4.7. Фазы процесса расслоения зернистой смеси по плотности в восходящем потоке жидкости: а) начальная; б) промежуточная; в) конечная. у(с) - зависимость распределения концентрации по высоте потока: 1 – для тяжелых частиц; 2 – для легких.

Сепарационные процессы

Сепарационные эффекты, вызванные различием поведения различных частиц при их взаимодействии с жидкой средой, позволяют осуществлять сепарацию смесей частиц, имеющих отличия в крупности и плотности.

Процесс сепарации может осуществляться следующими способами:

1) сепарация в объеме, в которой сепарационный эффект возникает независимо от количества частиц, находящихся одновременно и распределенных в жидкой среде; она реализуется при гидравлической классификации, сгущении суспензии, обогащении в тяжелых средах;

2) сепарация в слое, в сепарационный эффект возникает при взаимодействии с другими частицами, что приводит к распределению частиц по плотности в толщине слоя; она реализуется при отсадке, сепарации в суживающихся желобах, гидросайзерах и в других устройствах, обеспечивающих сегрегацию частиц по плотности;

3) сепарация на поверхностях, в которой сепарационный эффект возникает при взаимодействии с твердой поверхностью частиц, находящихся в потоке жидкой среды; она реализуется на концентрационных столах, в винтовых сепараторах, винтовых шлюзах и других устройствах, использующих эффекты, возникающих в потоках жидкости, текущих по наклонным поверхностям.

По направлению движения потоков исходной смеси зерен и с измененным составом вследствие сепарационных эффектов, режимы сепарации могут быть:

1) прямоточный (рис. 5.1а);

2) противоточный (рис. 5.1б);

3) полупротивоточный (рис. 5.1в).

Рис. 5.1. Режимы сепарации: а) прямоточный; б) противоточный; в) полупротивоточный. Цифрами обозначены продукты сепарации: 0 – исходный; 1 – тяжелый; 3 – легкий

При прямоточном режиме из разделяемой смеси зерен (частиц) по мере ее поступательного продвижения вдоль рабочего пространства сепаратора формируются два потока. Один из них содержит преимущественно частицы более высокой плотности (тяжелые), другой – с меньшей плотности (легкие).

При противоточном режиме имеет место циркуляция слоев с различным содержанием частиц. Смесь зерен (частиц), по мере ее продвижения в рабочем пространстве сепараторе, разделяется на потоки с различным содержанием легких и тяжелых частиц. Один из потоков реверсируется и движется в направлении, противоположном исходному потоку. При этом происходит его повторная сепарация, приводящая к повышению его чистоты.

При полупротивоточном режиме имеет место комбинация прямоточного и противоточного режимов.

Сепарации

Гравитационная сепарация осуществляется на основе сепарационных эффектов, заключающихся в различном взаимодействии различных частиц с жидкой средой. Общей характеристикой такого взаимодействия является подвижность частиц, характеризуемая их скоростью относительно жидкой среды. Эта скорость, в принципе, и является разделительным признаком. Однако в различных условиях для одних и тех же частиц эта скорость также будет различной. Это приводит к неудобству при выполнении технологических расчетов. Поэтому в практике обогащения полезных ископаемых в качестве разделительного признака используют физические свойства сепарируемых зерен (частиц), которые доминируют в определении скорости. К ним относятся крупность и плотность частиц.

Поэтому при гидравлической классификации в качестве разделительного признака используют крупность, а при обогащении полезных ископаемых гравитационными методами – плотность сепарируемых частиц.

Рис.6.5. Схема гидроциклона

Наибольшее распространение в промышленности получили цилиндроконические гидроциклоны с диаметром цилиндрической части корпуса от 10 до 1000 мм. Гидроциклоны малого диаметра обычно объединяют в батарею и называют мультициклонами.

В зависимости от значения угла конусности (угла при вершине конической части) гидроциклоны имеют и различное технологическое применение: с углом конусности 10⁰ для обесшламливания и сгущения; с углом 20⁰ для гидравлической классификации; с углом 40-60⁰ для обогащения в тяжелых средах; с углом более 60⁰ для сепарации по плотности.

Гидроциклон имеет тангенциально расположенный питающий насадок, имеющий прямоугольное сечение и расположенный длинной стороной вдоль оси гидроциклона, сливной насадок, расположенный в центре крышки (диафрагмы) и песковый насадок, находящийся в вершине конической части аппарата (рис.6.5).

Внутренняя поверхность гидроциклона футеруется резиной, каменным литьем, карбидом кремния и др. материалами для предотвращения абразивного износа.

В результате тангенциального ввода исходной суспензии она приобретает интенсивное вращательное движение.

12 3 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒