Гравитационные методы обогащения

В зависимости от среды, в которой происходит разделение минералов по удельным весам, различают:

• • мокрое гравитационное обогащение (если средой является вода);
• • воздушное, или пневматическое, гравитационное обогащение
• (если разделение в воздухе);
• • гравитационное обогащение в тяжелых средах, при котором разделение минералов происходит в среде большого удельного веса.

Мокрое обогащение

Мокрое обогащение производится тремя основными способами: отсадка; в желобах (шлюзы и др.); на качающихся или концентрационных столах.

Отсадка. Отсадку применяют для руд с крупностью зерен от 25 до 0,5−0,3 мм и реже от 50 мм.

Отсадка представляет собой метод обогащения, при котором разделение смеси происходит вследствие разности в скоростях падения их при действии потоков воды.

Отсадка является процессом, в основе которого лежит движение жидкости (воды) через слой зерен руды, причем на отдельные минеральные зерна действуют вес зерна в воде G₀, гидродинамические и механические силы.

Гидродинамические силы слагаются из силы сопротивления среды S_c и силы инерции среды /_с, тогда как механические силы М возникают при трении и ударах зерен друг о друга и о стенки аппарата. Равнодействующая сил R₀ будет равна R₀ = G₀±S_C±I_C±M,

где знаки + и — могут меняться в зависимости от изменения направления скорости и ускорения струи воды.

Разделение минералов по скорости падения можно произвести тремя способами:

• • на аппаратах, в которых струя воды непрерывно движется в одном направлении;
• • аппаратах с пульсирующим движением струи воды вверх;
• • аппаратах с переменным (восходящим и нисходящим) движением струи воды.

Аппараты, применяемые для отсадки, называют отсадочными машинами.

В первом случае необходимо, чтобы скорость восходящей струи была бы меньше скорости падения самого мелкого зерна тяжелого по удельному весу минерала и больше скорости падения самого крупного зерна легкого по удельному весу минерала. Соотношение крупностей зерен тяжелого и легкого минералов, при котором произойдет их разделение, определяется коэффициентом равнопадаемости.

Во втором и третьем случаях смесь минеральных зерен вместе с водой поступает в машину, в которой подвергается воздействию пульсирующей, восходящей струи воды или струи воды переменного направления.

В результате действия потоков воды смесь минеральных зерен расслаивается по удельным весам: в верхнем слое — зерна легкого минерала, а в нижнем — тяжелого. Непрерывно поступающий в машину поток воды уносит верхний слой легких минералов, а нижний слой удаляется с помощью особых приспособлений.

Предел крупности зерен, при которых происходит разделение минералов, определяется по формуле.

где d и di — размер максимальных и минимальных зерен, мкм; S_r и — удельный вес тяжелой и легкой фракции.

Если соотношение более 2,5, то разделение минералов по удельным весам будет проходить легко для всех размеров частиц вплоть до 74−100 мкм. При отношении 1,75−1,5 эффективное разделение возможно до 150−200 мкм, а при 1,5−1,2 до 1,5 мм. Если отношение менее 1,25, то разделение по удельным весам затруднено.

Например, руда состоит из пирротина с удельным весом 4,6 и кварца с удельным весом 2,65, то коэффициент равнопадаемости равен.

Следовательно, для обогащения такой руды отсадкой необходимо, чтобы отношение диаметров крайних зерен было бы нс более коэффициента равнопадаемости, т. с.

Если отношение диаметров крайних зерен смеси будет больше коэффициента равнопадаемости, то руду надо подвергнуть предварительному грохочению на классы. Необходимую шкалу классификации для грохочения руды отсадкой обычно устанавливают опытным путем.

В отсадочных машинах разделение минералов по удельному весу протекает в горизонтально перемещающихся пульсирующих взвесях, при этом процесс проводится на решете, на котором всегда имеется слой, называемый постелью.

Постель образуется из крупных и тяжелых зерен руды. В других случаях на решете создают искусственную постель, загружая слоем определенной толщины крупные частицы какого-либо тяжелого материала, например, металлическую дробь, магнетит, галенит и др. В таких условиях при восходящем струе зерна постели и руды приводятся во взвешенное состояние.

Если после этого зерна падают в спокойной воде, то крупные зерна свободно осаждаются в промежутках между зернами рыхлой массы постели, а мелкие зерна уносятся водой.

Большой удельный вес постели по сравнению с удельным весом легкого минерала и наличие узких промежутков между зернами постели препятствуют прохождению через нее зерен легкого минерала и смешению последних с зернами тяжелого.

Большое значение при отсадке имеет явление сегрегации — естественное перераспределение материала по крупности и удельному весу. Часто приходится наблюдать, как крупные куски скатываются к основанию насыпи, а мелкие остаются на вершине.

При движении руды по желобу мелкие зерна проходят вниз и двигаются по дну желоба, а крупные — сверху мелких. Если поместить в ящик деревянные и стальные шары и его встряхивать, то через некоторое время можно наблюдать, что нижний слой состоит из мелких стальных шаров, сверх него расположились крупные стальные шары, затем будет слой мелких деревянных шаров, а над ними — крупные деревянные.

Отсадочные машины классифицируют по нескольким признакам:

• • состояние решета;
• • характер действия струи воды;
• • тип механизма, создающий потоки;
• • метод разгрузки тяжелой фракции.

По состоянию решета отсадочные машины делятся с подвижным и неподвижным решетом.

С неподвижным решетом потоки воды создаются при помощи поршня, диафрагмы и т. п., с подвижным решетом — благодаря движению самого решета вверх и вниз.

По роду действия струи:

• • с непрерывно восходящей струей воды. Их еще называют струйчатыми (гидросепараторы, гидротаторы, гидравлические ловушки);
• • прерывистой восходящей струей — пульсаторы;
• • переменным (восходящим и нисходящим) движением струи воды. По типу механизмов, создающих струи воды, отсадочные машины

делятся па поршневые, диафрагмовые, с качающейся перегородкой и беспоршневые.

Разгрузка может осуществляться сбоку решета, в центре решета или через постель и решето.

Легкая фракция всегда разгружается вместе со сливом воды, вверху через порог (рис. 3.1).

Рис. 3.1. Схемы отсадочных машин с неподвижным (а) и подвижным (б) решетом:

1 — ящик; 2 — решето; 3 — перегородка; 4 — поршень; 5 — эксцентрик

Высота слоя материала составляет 60−150 мм. Для мелкого материала она должна быть в 20 раз, а для крупного в 5−12 раз больше наибольшего размера зерна.

В отсадочную машину вода поступает вместе с рудой и добавляется под решето для увеличения скорости восходящей струи. Расход воды в 4−5 раз больше веса руды, подвергающейся отсадке.

Ширина решетных отделений — от 0,6 до 0,9 м, а длина больше ширины в 1,5−2 раза.

Обогащение в желобах. Происходит в струе воды, протекающей по наклонной плоскости, и основано на различии в характере движения минеральных частиц под влиянием динамических воздействий струи. При этом одни частицы в зависимости от их удельного веса и размера отлагаются на дне желоба, а другие — увлекаются водой и сносятся.

В струе текущей воды зерна руды перемещаются движением их по дну, а также вследствие прерывисто-взвешенного, скачкообразного и непрерывно-взвешенного движения. Эти движения вызываются двумя силами: одной, направленной вдоль течения, — влекущей, и другой, направленной снизу вверх, — взвешивающей.

Характер движения частицы обусловливается соотношением между силами тяжести минеральных частиц, гидродинамическими силами и трением о поверхность при движении.

Шлюзы. Шлюзы являются простейшими аппаратами, на которых производят обработку россыпей золота, платины, вольфрама, олова и др. Они особенно эффективны при удельном весе материала 6,0−6,5.

Шлюз представляет собой длинный, наклонный, деревянный желоб, имеющий на дне выступы, углубления и пороги различной формы, по которому движется поток пульпы.

Для грубозернистого материала шлюзы покрывают рифами или трафаретами различного типа:

• • продольные или поперечные деревянные брусья;
• • рельсы, располагаемые вдоль или поперек шлюза;
• • панцирные сетки с отверстиями 12−16 мм и толщиной проволоки
• 2−3 мм.

Иногда под трафареты подстилают рыхлую ткань (рогожу, войлок, сукно, парусину и др.), кокосовые или резиновые маты.

При движении пульпы по шлюзу вначале из потока выпадают и осаждаются в нижние слои зерна тяжелых минералов, более крупная галька и валуны уносятся потоком и катятся по дну шлюза (рис. 3.2). Вместе с ними уносятся и весьма тонкие частицы (шлам).

Осевшие пески скапливаются в углублениях трафаретов или отдельных ячейках между ворсом и находятся под действием вихревых потоков в состоянии разрыхления. Состояние разрыхления и колебательные движения осевших зерен способствуют накоплению между трафаретами зерен более тяжелых минералов, которые постепенно образуют среду с такой плотностью, которая не позволяет проникать в нее зернам легких минералов.

По мере накопления тяжелых минералов в промежутках трафаретов плотность среды постели увеличивается, промежутки полностью заполняются зернами тяжелого минерала и улавливание прекращается. В этом случае прекращают подачу питания на шлюз и снимают осадок. Операцию по снятию осадка называют сполоском.

Если в качестве покрова шлюза применяют трафареты, то их постепенно снимают, осадок слегка промывают струей воды, а затем собирают в приемник. Снятый материал представляет бедный концентрат, который дополнительно обогащают.

Сполоск ворсистой ткани производят по очереди с каждой секции шлюза. Ткань снимают и промывают в специальном баке.

Рис. 3.2. Схема обогащения руды на шлюзах:

• 1 — слой взвешенных частиц; 2 — слой первичной концентрации:
• 3 — слой окончательной концентрации

Частота сполосков зависит в основном от содержания ценного минерала в руде, условий работы шлюза и определяется заданной величиной извлечения металла в концентрат.

Интервалы между сполосками составляют от 5 мин до 24 ч и более.

Скорость водного потока на шлюзе зависит от крупности обогащаемого материала.

Для крупнозернистого материала применяют шлюзы с глубоким наполнением. Это желоба из досок прямоугольного сечения. Ширина желоба 0,9−1,8 м, длина 150−180 м и высота (глубина) 0,75−0,9 м. Угол наклона 2−3°. Глубина потока воды в шлюзе не превышает половины глубины желоба Для тонкозернистых материалов применяют шлюзы с наполнением до 10 мм, шириной 1,5−2 м, длиной 1,5−6 м, угол наклона 4−14°.

Концентрационные столы. Концентрационный, или сотрясательный, стол состоит из трех главных частей: рамы или шасси /, деки 2, которая опирается на раму, и качательного приводного механизма 3 (рис. 3.3).

Деку стола делают из дерева и покрывают линолеумом или резиной. На верхнюю часть дека поверх резины прибивают узкие деревянные планки прямоугольного сечения, называемые рифами или трафаретами. Деки имеют форму трапеции или вытянутого ромба. На одной стороне деки укреплен короткий питающий желоб 4, куда подается пульпа, а рядом с ним — длинный желоб 5 для подачи воды на стол. Приводной механизм служит для сообщения деке качательных движений вперед и назад по направлению длинной стороны деки. Благодаря этому движение деки вперед происходит с равномерным ускорением и в конце хода достигается наибольшая скорость движения. Затем начинается равномерно-замедленное движение деки назад. В силу этого частицы руды, находящиеся на столе, непрерывно перемещаются вперед. Дека осуществляет 200−340 качаний в минуту. Угол наклона деки регулируется от 0 до 10°.

Рис. 3.3. Концентрационный стол:

• 1 — привод; 2 — дека стола с рифами; 3 — опоры;
• 4 — желоб смывной воды; 5 — приемный лоток

Каждое зерно минерала находится под действием силы тяжести, инерции, трения и силы струи воды. При возвратно-поступательном движении стола зерна тяжелого минерала двигаются с большей скоростью, чем зерна легкого. Под действием струи воды зерна легкого минерала перемещаются вниз по уклону стола с большей скоростью. В результате сложения обеих скоростей зерна будут перемещаться по косому направлению от верхнего правого угла — места загрузки — к нижнему левому. Траектория движения зерен представлена на рис. 3.4: для зерна тяжелого по удельному весу минерала — по линии Т-Т, а для зерна легкого минерала — по линии Л-Л.

Поступающие на деку стола пульпа и вода распространяются тонким слоем. На рифленой поверхности вода образует вихревые движения, вследствие чего зерна легкого минерала поднимаются вверх, а зерна тяжелого — остаются внизу.

Поверхность деки не вся покрыта рифами. Часть деки в форме треугольника имеет гладкую поверхность. Зерна, движущиеся по желобкам между рифами, попадают на эту гладкую поверхность. Здесь стекающая вода стремится смыть зерна вниз по уклону, причем вода будет сильнее смывать более крупные зерна легкого минерала. Чем дальше зерна будут двигаться по деке, тем сильнее сказывается разница в смывающем действии струи воды на зерна тяжелого и легкого минералов. Руда на деке расположится расходящимися полосами. Такое расположение зерен на столе называют веерным продуктом.

Рис. 3.4. Схема движения зерен легкого Л и тяжелого Т по удельному весу минералов на концентрационном столе

Ближе к желобу, по которому поступает на стол смывная вода, расположится полоса самых мелких зерен более тяжелого минерала.

Если полезной частью руды является тяжелый минерал, этот продукт будет концентратом. Дальше, за полосой концентрата, идет полоса смешанных зерен, в которой находятся самые мелкие зерна легкого минерала и самые крупные зерна тяжелого минерала. Этот продукт называют промежуточным. Еще дальше от сливного желоба располагается полоса, в которой все зерна состоят из легкого минерала. Эти продукты называют отходами или хвостами обогащения.

Если ценной частью руды является легкий минерал, то продукты, называемые концентратом, нужно называть хвостами, а те, которые называют хвостами, — концентратом.

Производительность столов зависит от крупности материала, длины хода, числа качаний стола и угла его наклона.

Концентрационные столы изготавливаются с длиной деки 2100−4620 мм и шириной: у загрузочного конца 1050—1800 мм и у разгрузочного 920−1620 мм. Расход воды 3−8 м³/т исходного материала. Плотность пульпы равна 15−30% твердого. Срок службы рифов 6−12 месяцев, линолеума 2−4 года.

Обслуживание концентрационных столов довольно просто. При нормальной работе один рабочий может обслуживать 20 и более столов.