Конспект лекций дисциплина Обогащение руд цветных металлов

Лекция 10. ГРАВИТАЦИОННЫЙ МЕТОД ОБОГАЩЕНИЯ

План лекции

10.1 Гравитационные процессы обогащения
10.2 Процесс отсадки, отсадочные машины
10.3 Обогащение на концентрационных столах
10.4 Обогащение на шлюзах
10.5 Обогащение на винтовых сепараторах
10.6 Обогащение в центробежных аппаратах


10.1 Гравитационные процессы обогащения

Гравитационными методами 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.

В качестве среды, в которой осуществляется гравитационное обогащение, используются: вода, тяжелая жидкость или среда (при мокром обогащении), воздух (при пневматическом обогащении).
Все минералы можно подразделить на:
- тяжелые – плотностью 4-8 до 19 (золото, церуссит PbCO₃, галенит PbS, касситерит SnO₂, вольфрамит FeMnWO₄);
- легкие – плотностью < 2,7 т/м³ (кварц, полевой шпат, уголь, кальцит);
- промежуточной плотности – 2,7-4 т/м³ (малахит, апатит, лимонит).
Основные гравитационные процессы, протекающие в водной среде, это обогащение на отсадочных машинах, концентрационных столах, шлюзах, желобах, струйных концентраторах, винтовых, конусных и противоточных сепараторах. Обогащение в воздушной среде – это пневматическое обогащение. Обогащение в тяжелых средах.

2. 
   Процесс отсадки, отсадочные машины
   

Отсадкой называется процесс разделения смеси минеральных зерен по плотности (разности скоростей падения минеральных частиц) в водной или воздушной среде, колеблющейся в вертикальном направлении.

Отсадкой можно обогащать полезные ископаемые крупностью от 50 до 0,25 мм для руд и от 100 до 0,5 мм для углей.
Руды черных металлов (бурые железняки, мартит, псиломелан m∙Mn₂O₃∙MnO∙nH₂O, манганит Mn₂O₃∙H₂O , пиролюзит MnO₂ и т.д.) – от 50 до 0,2 мм
Каменные угли, антрациты – от 100 до 10 мм.
Россыпные руды (касситерит SnO₂, вольфрамит (Mn,Fe)[WO₄], танталит (Fe,Mn)(Nb,Ta)₂O₆-(Mn,Fe)(Ta,Nb)₂O₆, титано-циркон и др.) – от 25 до 0,5 мм.
Коренные руды (касситерит, вольфрамит) – от 6 до 0,5 мм.
Перед отсадкой руду классифицируют на классы крупности, отличающиеся на коэффициент равнопадаемости, и каждый класс обогащают отдельно.
Условие успешного обогащения: = ≤ e - отношение диаметров зерен в каждом классе не должно превышать коэффициента равнопадаемости.
Отсадкой можно обогащать и неклассифицированный материал, так как начальные ускорения для частиц разной плотности будут различны. Поэтому, если в отсадочной машине создать короткие, но часто повторяющиеся пульсации воды, то будут созданы условия стесненного падения на коротких расстояниях, где проявляется только начальное ускорение, а не конечные скорости падения частиц (высокочастотные машины).
Исходный материал вместе с водой непрерывно подается на отсадочное решето, через отверстия которого попеременно проходят восходящие и нисходящие вертикальные 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 подвергается естественному распределению по крупности и плотности. В нижнем слое, располагающемся на решете, будут концентрироваться мелкие тяжелые зерна, затем слой крупных тяжелых зерен, над которыми будут находиться мелкие зерна легкого минерала, наверху же расположатся крупные зерна легкого минерала (рис.10.1).

Рис. 10.1 Механизм разделения материала при отсадке

Слой материала, находящийся на решете, называется постелью. Постель, образующаяся при отсадки крупного материала, состоит из зерен самого материала и называется естественной. При обогащении мелкого материала (для руд<3-5 мм, для углей<6-10 мм) на решето укладывается искусственная постель.

Тяжелые минералы проходят под решето (при обогащении руды мельче 4 мм) и собираются в приемник, а легкие под действием силы движущего потока проходят по постели вдоль машины и разгружаются через сливной порог.
В случае обогащения крупнокусковой руды, где постелью является крупные тяжелые куски самого материала, которые движутся вместе с потоком вдоль машины и разгружаются в щелевые отверстия.
В качестве постели используют материал промежуточной плотности (естественный материал- магнетит, гематит, полевой шпат, галенит; искусственный материал- стальная или свинцовая дробь, резиновые шарики и др.).
Роль постели – избирательно пропускать частицы тяжелого минерала и задерживать зерна легкого.
В настоящее время известно около 100 конструктивных разновидностей отсадочных машин, различающихся между собой по целевому назначению, принципу действия приводного механизма, количеству выдаваемых продуктов, способом их разгрузки и др.
Наиболее распространены:
- отсадочные машины с неподвижным решетом (поршневые),
- диафрагмовые отсадочные машины,
- беспоршневые отсадочные машины.
Поршневая отсадочная машина с неподвижным решетом представляет собой камеру с перегородкой, не доходящей до дна камеры. Образуя два отделения, поршневое и концентрационное. Поршень получает движение (возвратно-поступательное) от эксцентрикового вала. При движении поршня вниз в концентрационном отделении создается восходящая струя воды, при движении вверх – нисходящая. С уменьшением крупности и плотности руды ход – уменьшается; число качаний увеличивается с уменьшением руды и увеличением плотности. Амплитуда колебаний 10-50 мм, число пульсаций 250-120 пуль./мин.
Такие машины не имеют широкого распространения, они громоздки, сложны в управлении. Изменение хода поршня требует перестановки эксцентриков и связано с остановкой машины. У них низкая удельная производительность – 0,5-3,6 т/час.
Поршневые машины вытеснены диафрагмовыми отсадочными машинами. Принцип действия диафрагмовых машин тот же. Поршень заменен на диафрагму, которая может располагаться сверху, сбоку, снизу. Амплитуда колебаний 9-11 мм, частота пульсаций до 300, производительность 25 т/час.
Машины с подвижным конусным днищем выпускаются одно-(МОД-1), двух-(МОД-2), трех-(МОД-3) и шести камерными (МОД-6).
Беспоршневые (воздушные ) отсадочные машины широко применяются при обогащении углей (ОМК, ОМШ, ОМ) и руд черных металлов (МОБ, ОМР), в основном железных и марганцевых.
В этих машинах вместо поршневого отделения находится воздушное, которое питает машину сжатым воздухом от воздуходувки.
МБОМ-6 (8,10) – модернизированная беспоршневая отсадочная машина для обогащения мелкого (0,5-13 мм) и крупного (13-125 мм) угля с полезной площадью соответственно 6 м² (8-10 м²), производительность до 600 т/час.
Беспоршневая отсадочная машина ОМ-24 с площадью отсадочного решета 24 м², производительность 600 т/час. Такие машины могут обогащать мелкий, крупный и неклассифицированный материал.
Параметры, влияющие на эффективность разделения на отсадочной машине:
1. Величина хода поршня (амплитуда качания) берется тем больше, чем крупнее класс и больше удельный вес обрабатываемого материала.
Например:
при среднем размере зерен - 41 мм 3 мм 1,7 мм 1 мм 0,73 мм
ход поршня (диафрагмы) - 67,9 мм 14 мм 12,3 мм 5мм 4,8 мм.
2. Частота пульсаций (наоборот), чем крупнее материал, тем меньше число пульсаций (определяется числом оборотов вала: при крупности руды, 3-6 мм – 300-350 об./мин.
Например:
размер зерен – 64-32 мм 16-18 мм 4-2 мм 2-1 мм 1-0 мм
число качаний/ мин. - 129 144 235 250 281
3. Недостаток подрешетной воды вызывает излишнее всасывающее действие диафрагмы, что влечет за собой повышенный выход концентрата. Избыток подрешетной воды, наоборот, приводит к потерям ценного компонента вследствие выноса их из машины. Создаются ненормальные условия работы второй камеры (большое разжижение пульпы).
4. Высота перепада между камерами (высота порога) обуславливает общий гидростатический уклон, которым определяется скорость и мощность потоков. Большой перепад между камерами выбивает постель и тем самым увеличивает выход концентрата, нарушается ведение самого процесса.
5. Материал для постели: магнетит, гематит, гранат, сульфиды, чугунная и стальная дробь. Крупность постели зависит от размера сит и равна 3-4d сита.
6. Доля транспортной воды составляет 30-40% от общего расхода воды, подрешетной – 60-70%.