Обогащение в тяжелых суспензиях

В технологии различного минерального сырья широко применяется процесс обогащения в тяжелых средах, которое основано на разделении минералов по плотности, когда минералы, имеющие плотность больше плотности среды, тонут, а минералы, имеющие плотность меньше плотности среды – всплывают

В промышленности в качестве тяжелых сред применяются тяжелые суспензии, т.к. тяжелые жидкости ( трихлорэтан C₂HCl₃ , дибромэтан C₂H₄Br₂, бромоформ CHBr₂ , жидкость Туле) являются ядовитыми и имеют высокую стоимость.

Сущность процесса заключается в том, что тонкоизмельченный суспензоид или утяжелитель перемешивается с водой и находится в ней во взешенном состоянии, образуя суспензию заданной плотности, в которой легкие минералы всплывают, в тяжелые оказываются на дне аппарата. Для отделения, например, известняка, кварца и доломита, имещих плотность 2600 кг/м³ от сульфидных минералов с плотностью более 4000 кг/ м³, можно использовать суспензию плотностью 2800 …3000 кг/ м³. Сульфидные минералы в такой суспензии оседают и образуют сульфидный концентрат, а минералы вмещающих пород всплывают и удаляются в виде хвостов.

В качестве утяжелителей на фабриках цветной металлургии применяются ферросилиций, галенит и магнетит, реже барит, пирит и даже арсенопирит. Наибольшее распространение получил гранулированный ферросилиций ( сплав железа с кремнием) плотностью 6400…7000 кг/м³, который может применяться для приготовления суспензии плотностью от 2000 до 3200 кг/м³. Для этого ферросилиций должен содержать от 10 до 20% кремния. При более высоком содержании кремния ухудшаются магнитные свойства ферросилиция и затрудняют его регенерацию. При низком содержании кремния ферросилиций плохо дробится и сравнительно легко окисляется.

Для приготовления тонкого порошка ферросилиция измельчается до 0,15 + 0,074 мм. При этом образуются частицы неправильной формы, что увеличивает вязкость суспензии при повышенной плотности и ухудшает процесс разделения минералов. В этом отношении наиболее эффективным является гранулированный ферросилиций, частицы которого имеют шарообразную форму. Из такого ферросилиция приготовляется суспензия плотностью до 3800 кг/м³ при низкой вязкости. Гранулированный ферросилиций, кроме того, хорошо отмывается от продуктов обогащения и регенерируется с небольшими потерями.

Плотность утяжелителя должна превышать плотность суспензии на его основе не менее, чем в 2 раза. Утяжелитель должен быть химически инертным, не растворяться в воде и механически прочным. Объемная концентрация в пульпе утяжелителя обычно составляет 40…42%. К основным параметрам получаемой суспензии кроме плотности относится такие реологические параметры, как вязкость, устойчивость ( стабильность) и текучесть, которая зависит от вязкости.

Вязкость тяжелых суспензий и ее сопротивление сдвигу увеличивается с повышением концентрации и крупности частиц утяжелителя. Поэтому объемное содержание утяжелителя в суспензии обычно составляет 20…25% при количестве в нем частиц крупностью менее 10 мкм 7…16%. При увеличении вязкости и сопротивления сдвигу снижается текучесть суспензии и нарушается процесс разделения минералов по плотности. Снижение вязкости суспензии и ее сопротивление сдвигу достигается подачей поверхностно-активных веществ или реагентов- пептизаторов ( жидкое стекло, гексаметафосфат натрия).

Устойчивость суспензии характеризует ее способность обеспечивать постоянную концентрацию и плотность в различных по высоте слоях. Устойчивость зависит от плотности суспензии, от типа суспензии и формы и крупности утяжелителя. Она тесно связана с вязкостью и пределом текучести и регулируется подачей поверхностно-активных веществ.

Суспензии плотностью 1300…1800 кг/м³ применяются в основном для обогащения угля, плотностью 2700…2900 кг/м³– для предварительной концентрации различных руд и 2900…3600 кг/м³ для специальных процессов обогащения руд и алмазов.

Обогащению в тяжелых суспензиях подвергается руда крупностью от 100 до 4…6 мм. При использовании гидроциклонов в качестве обогатительных аппаратов можно обогащать руду крупностью до 0,3…0,5 мм.

Эффективность и экономическая целесообразность применение процесса обогащения в тяжелых суспензиях во многом зависит от применяемого способа регенерации утяжелителя, т.е. отделения его от продуктов обогащения и последующей очистке с целью приготовления суспензии и возвращения ее в цикл обогащения.

Принципиальная схема цепи аппаратов технологии обогащения руды в тяжелой суспензии приведена на рис.106.

Рис. 106. Принципиальная схема цепи аппаратов установки обогащения в тяжеой суспензии

1 – грохот; 2 – суспензионный сепаратор; 3 – грохот для отмывки суспензии; 4 – барабанный магнитный сепаратор; 5 – ленточный магнитный сепаратор; 6 – размагничивающий аппарат; 7 – спиральный классификатор; 8 – бак для суспензии; 10 – емкость для приготовления суспензии.

По этой схеме дробленая руда поступает на грохот для отделения мелких классов и шламов. Подрешетный продукт направляется в суспензионный сепаратор, где и происходит разделение его на легкую и тяжелую фракции. Продукты обогащения поступают на грохот с размером отверстия 1…3 мм, на которых сильной струей воды из брызгал, установленных над грохотом, производится отмывка утяжелителя, который направляется на регенерацию. Регенерация утяжелителя, обладающего магнитными свойствами (ферросилиций, магнетит) проводится на магнитных сепараторах в одну или две стадии. Выделенный утяжелитель подвергается размагничиванию для предотвращения образования флокул и направляется в емкость для приготовления суспензии.Для обогащения в тяжелых суспензиях применяются суспензионные сепараторы, которые отличаются по глубине и формы ванны, в которой производится обогащение, по способу транспортировки тяжелого и легкого продукта, по способу отделения суспензии от продуктов обогащения, по с пособу стабилизации суспензии в сепараторе и т.д.

Наиболее широкое распространение получили колесные, барабанные и конусные сепараторы.

Колесные сепараторы СТК и СКВП с наклонным или продольным расположением колеса применяются в основном для обогащения углей, антрацитов и сланцев крупностью от 13 до 300 мм. Ванна такого сепаратора шириной до 3200 мм разделена на обогатительное и транспортирующее отделение, которые сообщаются в нижней части корпуса. В обогатительном отделение осуществляется обогащение и удаление всплывшего продукта гребковым устройством, а в транспортирующем отделении осуществляется разгрузка тяжелого продукта элеваторным колесом и дренаж суспензии. Колесные сепараторы СТК и СКВП в зависимости от крупности обогащаемого продукта имеют производительность от 125 до 500 т/ч. Колесные сепараторы Дрюбой (Drewboy) ( рис.107) при размере ванны 4000 мм имеют производительность до 500…820 т/ч

.

Рис. 107. Общий вид колесного сепаратора Дрюбой

Барабанные сепараторы выпускаются с внутренней спиралью и элеваторной разгрузкой. Сепараторы со спиральной разгрузкой СБС ( рис.108) применяется для обогащения руд цветных и черных металлов крупностью от 4 до 150 мм. Сепаратор состоит из наклонного вращающегося барабана, который опирается на опорные ролики двумя бандажами и приводится в движение венцовой шестерней и шестерней приводного вала, от электродвигателя через клиноременную передачу и редуктор. Продольному смещению барабана препятствуют упорные ролики, устанавливаемые на раме сепаратора. Угол наклона барабана составляет 3^˚.

Рис.108. Барабанный сепаратор СБС

1 – барабан; 2 – загрузочный желоб; 3 -, 10, стойки; 4 – разгрузочный желоб для легкого продукта; 5 – малая шестерня; 6 – привод; 7 – упорные ролики; 8 – рама; 9 – желоб для тяжелой фракции; 11 – опорные ролики

С одной стороны барабана имеется сливное отверстие для разгрузки легкой фракции и суспензии, а с другой стороны – элеваторное колесо с перфорированными лопастями для разгрузки тяжелой фракции. Внутри барабана имеется спираль для транспортирования тяжелой фракции к элеваторному колесу. Исходный материал и суспензия поступают по загрузочному лотку сос стороны разгрузки легкой фракции в барабан. Исходный материал разделяется в суспензии на легкую ( всплывшую) фракцию и тяжелую ( потонувшую) фракцию. Легкая фракция разгружается вместе с суспензией через отверстие в барабане в желоб передней торцовой стенки, а тяжелая фракций подается сначала спиралями в элеваторное колесо, а затем лопастным элеватором на разгрузочный желоб.

Барабанный сепаратор с элеваторной разгрузкой СБЭ ( рис. 109) состоит из элеваторного барабана с перфорированными лопастями для разгрузки тяжелой фракции, загрузочного лотка, по которому подается руда и суспензия, желоба для разгрузки тяжелой фракции и желоба для разгрузки легкой фракции.

,

Рис.109. Барабанный сепаратор СБЭ с элеваторной разгрузкой

1 – барабан; 2 – желоб для тяжелой фракции; 3 – загрузочный желоб; 4, 9 – стойки; 5 – упорные ролики; 6 – привод; 7 – рама; 8 – малая шестерня; 10 – желоб для легкой фракции; 11 – опорные ролики

Барабан, длина которого равна его диаметру, устанавливается на опорные ролики и вращается приводом, расположенным под барабаном. Руда и суспензия подаются по загрузочному лотку через отверстие в торцевой стенке барабана. Тяжелая фракция при вращении барабана поднимается перфорированными лопастями и разгружается в желоб. Легкая фракция через отверстие в задней торцевой стенке барабана разгружается также в желоб. Для предотвращения захватывания легкой фракции внутри барабана имеются продольные отбойники. В табл. 50 приведена характеристика барабанных спиральных и элеваторных сепараторов.

Таблица 50. Техническая характеристика барабанных сепараторов

Большое распространение в практике обогащения руд цветных и редких металлов получили конусные сепараторы с наружным и внутренним эрлифтом. Они имеют высокую точность разделения по плотности, чему способствует глубокая ванна и довольно спокойная зона разделения.

Конусный сепаратор с наружным эрлифтом ( рис. 110) представляет собой конструкцию, верхняя часть которой 1 имеет цилиндрическую форму, а нижняя – коническую.

Рис. 110. Конусный сепаратор с наружным эрлифтом

В верхней части сепаратора устанавливаются желоба 2 и 3 для загрузки исходного материала и удаления легкой фракции. Нижняя часть конуса заканчивается переходным коленом 4, которое соединяет конус с эрлифтом 5. В нижнюю часть эрлифта форсункой 6 подается сжатый воздух, который с тяжелой фракцией образует пульповоздушную смесь, поднимающуюся к разгрузочной камере 7. Всплывшая легкая фракция вместе с суспензий разгружается через сливной порог в желоб 2.

Внутри конуса от привода 8 через червячный редуктор 9 для поддержания утяжелителя во взвешенном состоянии вращается рамочная мешалка 10 с частотой от 4 до 10 оборотов в минуту. Скребки рамочной мешалки предотвращают осаждение утяжелителя и руды на стенках конуса. Диаметр цилиндрической части конуса составляет от 3 до 6 м, а ширина сливного порога в зависимости от количества легкой фракции составляет 8…15% длины окружности основания конуса.

Принцип действия конусных сепараторов с внутренним эрлифтом (рис.111) аналогичен действию сепараторов с наружным эрлифтом. Эрлифт с кольцевой форсункой в этих сепараторах располагается внутри сепаратора и разгрузка тяжелой фракции вместе с суспезией осуществляется на желоб, расположенный в верхней цилиндрической части сепаратора.

Рис. 111. Конусный сепаратор с внутренним эрлифтом

1 – конус; 2 – стойки; 3 – разгрузка тяжелой фракции; 4 –желоб для разгрузки тяжелой фракции;

В табл. 51 приведена техническая характеристика применяемых в промышленности конусных сепараторов.

Таблица 51. Техническая характеристика конусных тяжелосредных сепараторов

Производительность сепараторов обычно определяется по удельным производительностям, полученным при обогащении руд различного состава и крупности. Так, удельная производительность двухпродуктовых сеператоров при обогащении руд цветных и редких металлов при крупности 40…5 мм составляет от 13 до 20 т/(м²/ ч), а при обогащении алмазосодержащих руд крупностью 25…2 мм – 7…9 т/(м²/ч).

Тяжелосредное обогащения может также осуществляться в так называемых динамических или центробежных тяжелосредных сепараторах, типичным представителем которых является модифицированные циклоны ( рис. 112).

Рис. 112. Тяжелосредный гидроциклон

1 – приемная камера для тяжелой фракции; 2 – песковая насадка 3 – цилиндрическая часть; 4 –патрубок для легкой фракции; ; 5 – приемник для исходного питания; 6 – питающий патрубок; 7 – патрубок легкой фракции; 8 – рама: 9 – коническая часть

В этих циклонах действующие центробежные силы создают большие скорости потока, при которых снижается вязкость суспензии и повышается ее стабильность. Поэтому при центробежной сепарации становится возможным осуществлять разделение по плотности частиц крупностью до 0,2…0,5 мм. Принцип действия центробежных сепараторов аналогичен действию гидроциклонов. Циклон, устанавливается почти горизонтально, что позволяет подавать питание в него при сравнительно низком давлении. Тяжелые частицы ( пески) перемещаются под действием центробежной силы вдоль стенок циклона и разгружаются через песковую насадку, а легкие частицы ( слив) – через сливную насадку. Производительность тяжелосредного циклона зависит от его диаметра и может составлять от 25 до 100 т/ч.