Обогащение в центробежных аппаратах

Разработка и применение центробежных аппаратов для гравита­ционного обогащения минерального сырья связана с необходимостью более полного извлечения ценных компонентов из мелких и тонких классов, содержание которых, например, в золотосодержащих россы­пях, составляет 40-60 %, а иногда 80-90 %. Извлечение частиц золота крупностью 0,1-0,5 мм на традиционных аппаратах в гравитационном поле составляет 70-80 %, а класса менее 0,1 мм снижается до 30 %. Это обусловлено низкой скоростью осаждения мелких и тонких час­тиц в среде с высокой для них вязкостью, сложностью классификации тонких частиц в соответствии с коэффициентом равнопадаемости (равноскоростности) и т.д.

Сравнительно высокая эффективность обогащения мелких клас­сов минеральных частиц достигается в центробежных аппаратах, где фактор разделения в сравнении с гравитационным полем увеличивает­ся до ста и более раз, что аналогично соответствующему «кажущемуся укрупнению» частиц. Однако этот эффект «укрупнения» частиц в цен­тробежном поле реализуется только частично. При вращении пульпы (среды) пропорционально ускорению уплотняется твердая фаза (естес­твенная постель) и, соответственно, возрастает ее псевдовязкость, за­трудняя относительное перемещение частиц различной плотности и их транспортирование. Известные способы разрыхления слоя центрифу­гируемого материала не исключают перемешивания частиц полностью и не решают данной проблемы.

По способу организации вращающегося движения пульпы разли­чают центробежные аппараты: напорные - циклоны и безнапорные - центрифуги. Последние различаются также по способу разрыхления слоя (постели) центрифугируемого материала.

Принципиальное отличие центробежных концентраторов от цикло­нов в том, что центробежное поле создается вращением ротора. Линей­ная скорость вращения придонного слоя пульпы в роторе практически совпадает со скоростью его движения. Вышележащие слои и свободная поверхность пульпы отстают от придонного слоя. Фактор разделения в центробежных концентраторах обычно больше, чем в циклонах, и до­стигает 100 и более. Выход концентрата в этих аппаратах существенно меньше, и потому выше степень концентрации тяжелых фракций.

Центробежные концентраторы различаются по способу разрыхле­ния центрифугируемого материала:

без разрыхления постели (центрифуги);

с механическим разрыхлением постели (типа «Орокон»);

с гидродинамическим разрыхлением постели («Кнельсон», «Фэл-кон», «Итомак» и др.);

с вибрационным разрыхлением постели (типа ЦБК, СЦВ и др.).

Концентратор - центрифуга(рис. 10.9) является одним из пер­вых отечественных центробежных аппаратов. Он представляет собой полусферическую чашу, внутренняя поверхность которой футерована рифленой резиной. Чаша укреплена на платформе, вращающейся от электродвигателя посредством клиноременной передачи.

Пульпа с отношением Ж:Т от 5:1 до 20:1 подается в чашу по не­подвижно установленной соосно трубе. Под действием тангенциальной составляющей ускорения жидкая фаза с легкой фракцией перемещают­ся к верхней разгрузочной части чаши. Движущиеся в придонном слое плотные частицы концентрируются в межрифельном пространстве ре­зиновой вставки.

Рис. 10.9.Концентратор - центрифуга: 1 - рама; 2 - электродвигатель; 3 - шкив; 4 - подшипник; 5 - чаша; 6 - футеровка; 7 - крышка

Концентратор работает периодически с интервалом 20-60 мин в зависимости от содержания тяжелых минералов в исходном. Огра­ниченное время работы аппарата между сполоском обуславливается также тем, что естественная постель принудительно не разрыхляется и потому сравнительно быстро заиливается. Для разгрузки концентрата аппарат останавливают и производят сполоск.

В лабораторном варианте концентратор может работать на сухом дисперсном материале крупностью до 4 мм. При работе на грубых зо­лотосодержащих песках концентратор обеспечивает очень высокую (до 1 000) степень сокращения при извлечении золота крупностью + 0,25 мм до 96-98 %.

Без разрыхления постели работает также китайский центробеж­ный сепаратор «VT», состоящий из барабана с небольшим углом ко­нусности, вращающегося на горизонтальной оси. Процесс концентра­ции основан на большой скорости осаждения плотных частиц, которые периодически выгружаются из сепаратора.

Отсутствие в аппарате средств разрыхления постели и неизбежно связанных с ними флуктуации частиц позволят, при прочих равных ус­ловиях, минимизировать потери тяжелых минералов. Однако, при этом снижается качество концентрата и требуется его перечистка.

Концентратор «Орокон-М30»фирмы «Стар Технолоджи и ЛТД» (рис. 10.10) включает конический ротор, вращающийся с ускорением 80 м/с² пос­редством электродвигателя и редуктора. На внутренней поверхности конического ротора имеются кольцевые перегородки, образующие коль­цевые карманы, в которых концентрируется тяжелая фракция.

Рис. 10.10.Концентратор «Орокон»: 1 - конус-ротор; 2 - рыхлители; 3 - труба (пи­тающая); 4 - консоли; 5 - сливной желоб; 6 - редуктор; 7 - электродвигатель; 8 - винтовая пробка; 9 - кольцевые перегородки; 10 - кольцевые карманы

Концентратор снабжен питающим патрубком, неподвижными пальцами (рыхлителями), жестко закрепленными на консолях, слив­ным желобом для легкой фракции и винтовой пробкой для периодичес­кого выпуска (сполоска) концентрата.

Концентратор работает следующим образом. Исходный материал в виде пульпы с содержанием твердого 25-30 % и максимальной круп­ностью частиц до 12-15 мм подается по трубе во вращающийся ротор. Пульпа под действием тангенциальной составляющей центробежного ускорения поднимается к основанию конуса. Уплотненная центрифу­гированием твердая фаза в кольцевых карманах ротора разрыхляется неподвижными пальцами, предотвращая заиливание естественной постели. Наиболее плотные частицы концентрируются при этом в кольцевых карманах.

Концентратор, перерабатывая отходы шлюза глубокого наполне­ния крупностью менее 12 мм (после сброса избыточной воды), при степени концентрации до 200 обеспечивает общее извлечение золота до 80 %, в том числе класса менее 0,044 мм - 50 %.

К главным недостаткам аппарата можно отнести абразивный из­нос неподвижных пальцев; неоднородное разрыхление материала в кольцевых карманах; запрессовку материала в карманах за пределами действия пальцев и сравнительно низкое извлечение мелких классов.

Концентратор Кнельсонаканадской фирмы «Кнельсон Голд кон­центратор ИНК» относится к центробежным аппаратам с гидродина­мическим разрыхлением центрифугируемого материала. Концентратор (рис.10.11) состоит из конического перфорированного ротора, на внут­ренней поверхности которого имеются рифли, образующие кольцевые канавки с отверстиями под углом к касательной. Концентратор снаб­жен емкостью для промывной воды, устройством для подачи исходного материала и приема продуктов обогащения.

Концентратор работает с ускорением 60g. В отличие от концентра­тора «Орокон» постель разрыхляется потоком воды, поступающим под давлением из емкости по отверстиям в роторе. Разгрузка концентрата производится периодически при остановленном аппарате. Поток воды вымывает из кольцевых канавок концентрат, который в виде пульпы стекает в вершину конуса и далее в концентратную течку. В последних модификациях концентратора предусмотрена непрерывная разгрузка тяжелой фракции через выпускные клапаны.

Рис. 10.11.Схема центробежного концентратора Кнельсон: 1 - ротор; 2 – кольцевые перегородки; 3 - кольцевые карманы; 4 - отверстия; 5 - емкость для промывной воды; б - питающая труба

Концентратор выпускается шести типоразмеров с диаметром ро­тора от 76 до 1 290 мм. Крупность исходного материала от 2 до 6 мм. Концентратор получил широкое применение во многих странах, в том числе и в России. Главное его преимущество - высокая надежность в эксплуатации. По данным многих исследований, глубина эффективно­го обогащения золота находится на уровне 50 мкм.

Концентратор «Супербол»имеет несколько удлиненную кони­ческую часть ротора, где протекает предварительное распределение фракций по гидравлической крупности. Цилиндрическая часть перфо­рирована для разрыхления материала противодавлением воды и снабже­на кольцевыми перегородками.

Максимальная крупность исходного - 6 мм. Центробежное уско­рение 2 000 м/с². Разработаны модели производительностью от 5 до 60-70 т/ч.

Концентратор, при прочих равных условиях, может, в сравнении с концентратором «Кнельсон», обеспечить более высокое извлечение тяжелых фракций за счет «подготовительной» операции на удлиненной конической поверхности ротора и большого ускорения ротора. Однако, гидродинамическое разрыхление центрифугируемого материала, адек­ватное центробежному его уплотнению в аппаратах этого типа, являет­ся причиной потерь наиболее тонких частиц тяжелых фракций.

К аппаратам с гидродинамическим разрыхлением центрифугируе­мого материала относятся также Goldfild (США), ИТОМАК (Россия), аналогичные «Кнельсону» и др.

Для извлечения наиболее тонких частиц разработаны центробеж­ные аппараты, в которых отсутствуют разрыхляющие элементы.

Концентратор «Фэлкон»имеет свои принципиальные особен­ности: конический ротор без кольцевых перегородок, футерованный износостойкой резиной; высокое (3 000 м/с²) центробежное ускорение; отсутствие разрыхляющих элементов. Максимальная крупность исход­ного - до 2 мм. Плотность питания - до 45 % содержания твердого по массе. При этих параметрах концентрации следует ожидать более глубокого обогащения тяжелых минералов и сравнительно низкого качества концентрата. Высокого извлечения тяжелых фракций мож­но достигать в ущерб качеству тяжелого продукта путем увеличения частоты сполоска, т.к. отсутствие разрыхляющих средств приводит к быстрому заиливанию постели.

Концентратор ЦБКотносится к аппаратам с вибрационным раз­рыхлением постели посредством дебаланса, установленном на привод­ном валу.

Принцип действия также сводится к загрузке исходного матери­ала во вращающийся ротор в форме усеченного конуса, внутренняя поверхность которого разделена рифлями на кольцевые канавки. Раз­рыхленный (псевдоожиженный) вибрацией материал расслаиваетс по плотности и крупности (сегрегационный эффект) частиц. Наиболее плотные и мелкие частицы концентрируются в кольцевых канавках, а менее плотные и крупные стекают к основанию конуса под действием тангенциальной составляющей центробежной силы и разгружаются в приемник. Концентрат выгружается периодически по мере его накоп­ления в канавках. В результате сегрегации несколько увеличивается извлечение мелких частиц, но с увеличением промежутка времени между разгрузкой концентрата снижается извлечение крупных классов тяжелой фракции (табл. 8.1), которые вытесняются из канавок мелкими частицами. Этот эффект имеет место также на центробежном вибраци­онном сепараторе СВЦ тульской компании ТГЗК и на центробежных концентраторах с эластичным ротором, разрыхление постели в которых производится посредством роликов, деформирующих ротор с внешней стороны (аппараты КГАЦМиЗ, МНПО «Полиметалл»)

Таблица 10.1

Зависимость извлечения тяжелых компонентов от их крупности на ЦБК-100 и Кнельсон-3 (по данным Механобр-Инженеринг)

Примечание. Содержание тяжелого компонента в концентратах 7-8 %, произ­водительность по сухому ЦБК-100 - 50 кг/ч, Кнельсон-3 - 30 кг/ч.

Преимущество вибрационного аппарата ЦБК очевидно для из­влечения частиц крупностью менее 20 мкм. В этой области он может обеспечить прирост извлечения по сравнению с Кнельсон до 20-30 % от класса.