Тема 5. Реологические свойства сред гравитационного обогащения

В качестве сред гравитационного обогащения полезных ископае­мых используются: вода, воздух, тяжелые жидкости, суспензии, жидкий электролит, помещенный в скрещенные электрическое и магнитное поля.

Среды характеризуются следующими реологическими пара­метрами: плотностью, вязкостью, предельным сопротивлением сдвигу, устойчивостью и др.

Перечисленные свойства сред оказывают существенное влия­ние на скорость перемещения разделяемых частиц, эффективность разделения и используются в технологических расчетах обогати­тельных аппаратов.

Плотность среды — отношение массы среды т к занимае­мому ею объему V:

Δ = т/V.

где Δ — плотность среды, кг/м³.

Понятие плотности тесно связано с понятием удельного веса.

Согласно известной связи между весом среды G и его массой т можно записать:

mg = G,

где g - ускорение свободного падения, принимаемое обычно рапным 9,81 м/с².

Разделив левую и правую части последнего равенства на V, получим зависимость между удельным весом и плотностью:

Δg = ρ,

где ρ— удельный вес среды, кг/м³.

Плотность воды при атмосферном давлении 1,01×10⁵ Па и температуре 20° С 1000 кг/м³, плотность воздуха β — 1,23 кг/м³.

В таблице приведена характеристика тяжелых жидкостей, применяемых при изучении обогатимости полезных ископаемых.

Таблица

Характеристика тяжелых жидкостей

Из приведенных тяжелых жидкостей наибольшее распростра­нение получили хлористый цинк, хлористый кальций, бромоформ, жидкость Туле и жидкость Клеричи, которые хорошо растворимы в воде. На их основе возможно приготовление растворов широкого диапазона плотностей, необходимых для производства фракцион­ных анализов и обогащения.

В зависимости от объемного содержания тяжелой жидкости в растворителе получают растворы промежуточной плотности.

Так, например, смесь бромоформа со спиртом при комнатной температуре позволяет получать растворы:

содержание бромоформа, по объему, % 100 75 50 25

плотность раствора, кг/м³ ....... 2890 2430 1860 1320

Разбавляя жидкость Туле водой, можно получить ряд раство­ров с промежуточными плотностями от 1500 до 3100 кг/м³:

содержание жидкости Туле, по объему ,%100 75 50 25

плотности раствора, кг/м³ ......................... 3170 2700 2100 1560

Плотность суспензии зависит от плотности утяжелителя и объемного содержания его в суспензии. Взаимосвязь отмеченных параметров легко установить, исходя из следующих рассуждений. Обозначим:

V_с — объем суспензии, V_с = 1 м³;

Δ — плотность суспензии, кг/м³,

V_т — содержание утяжелителя в суспензии по объему, доли ед.;

δ — плотность утяжелителя, кг/м³,

V_с - V_т— содержание воды в суспензии по объему, доли ед.;

Δ_в — 1000 кг/м³ — плотность воды.

Балансовое уравнение может быть представлено в следующем виде:

откуда

(1)

Количество утяжелителя в единице объема суспензии составит:

(2)

Массовая концентрация утяжелителя q в суспензии выражается формулой

(3)

Количество утяжелителя для приготовления суспензии задан­ного объема может быть представлено в следующем виде:

(4)

где W — объем суспензии.

Основные параметры суспензии можно определить по диаграмме, показанной на рис.1.

Если известны плотность утяжелителя и плотность суспензии, то графически на диаграмме, определив положение точки С, можно найти объемное содержание утяжелителя в суспензии, ве­совое содержание утяжелителя в суспензии, количество утяже­лителя в единице объема суспензии.

Пример 5. Определить параметры суспензии, если плотность утяжелителя δ = 5000 кг/м³, а плотность суспензии Δ = 1800 кг/м³.

Для определения неизвестных параметров суспензии из формул (1-4) находим содержание утяжелителя в суспензии по объему

,

количество утяжелителя в единице объема суспензии

массовая концентрация утяжелителя q в суспензии

Для определения неизвестных параметров суспензии по диаграмме рис.1, находим положение точки С пересечением горизонтали, соответствующей плотности суспензии, рав­ной 1800 кг/м³, и луча ОА, соответствующего плотности утяжелителя 5000 кг/м³.

Перпендикуляр, опущенный из точки С на ось абсцисс, отсечет отрезок ОВ, равный объемному содержанию утяжелителя в суспензии, равный 20%. Линия СD проведенная из точки С влево параллельно линиям, выражающим количе­ство утяжелителя в суспензии, отсечет на оси ординат отрезок ОD соответству­ющий 1000 г/л. Луч СЕ, проведенный из точки С вправо, соответствует весовому содержанию утяжелителя и суспензии, равному 55,5%.

Диаграмма для определения параметров суспензии

Из формул (1-4) и диаграммы (см. диаграмму.) следует, что для приготовле­ния низкоплотных суспензий (не более 1800 кг/м³) необходимо применять утяжелители плотностью до 4500 кг/м³, а для вы­сокоплотных суспензий (2700—3500 кг/м³) — плотностью 6800—7200 кг/м³.

В практике гравитационного обо­гащения для приготовления суспен­зий на углеобогатительных фабриках используют магнетитовый концентрат плотностью 4400 кг/м³; на рудообогатительных фабриках — ферроси­лиций плотностью 6800 кг/м³.