Kitabı oku: «Занимательное обогащение», sayfa 4

2.1.7. Винтовой сепаратор

Предназначен для крупнозернистых минералов (размером от 1 до 3 мм, неофициально называемых «крупнячёк»), работает аналогично обогатительному желобу, но с добавлением центробежной силы, рис. 2.11.

Рис. 2.11. Принцип работы винтового сепаратора.

Под действием которой легкие частицы выносятся к внешнему краю спирали, а более тяжелые остаются у внутреннего.

Разделенный по плотности поток материала на конце спирали рассекается пластиной делителя (может быть и двумя делителями). Тяжелые и легкие частицы попадают в соответствующие сборники.

Профиль сечения спирали у винтового сепаратора сложноизогнутый, а если профиль прямоугольного сечения – такой аппарат называется винтовым шлюзом. Шлюз широко применяется при обогащении антрацитов.

Конструктивно винтовые сепараторы и шлюзы обычно трехспиральные и объединены в батареи с общим питанием и сбором обогащенных продуктов.

Эффективность работы не высокая, однако, работают на оборотной воде любого качества, аппарат дешев, прост и надежен в эксплуатации.

2.1.8. Конусный сепаратор

Рис. 2.12. Принцип работы конусного сепаратора.

Предназначен для зернистых минералов работает аналогично обогатительному суживающемуся желобу. Внешне напоминает перевернутую вьетнамскую шляпку.

Конусный сепаратор (тарельчатый), показанный на рис. 2.12, работает следующим образом: материал подается по всему краю конуса (вьетнамской шляпки) тонким слоем (толщиной в диаметр одной – двух частиц), далее происходит сужение потока, при котором тяжелые частицы остаются на дне конуса, при этом выталкивая более лёгкие на верхний слой.

На перевернутой вершине конуса имеются две собирающие трубы, вложенные одна в другую. Тяжелые частицы падают с потоком воды во внешнюю трубу-сборник, а легкие выносятся потоком во внутреннюю.

Конусные сепараторы широко используются при обогащении россыпных месторождений металлов. Работают на оборотной воде любого качества, аппарат дешев, прост и надежен в эксплуатации, используется в батареях.

2.1.9. Гидросайзер

Предназначен для крупнозернистых минералов (размером от 0,5 до 3 мм), принцип работы показан на рис. 2.13. Если взять работающую душевую насадку и подвести ее под зеркало воды, таким образом, чтобы на водной поверхности образовались «холмики», то можно увидеть разделяющую гидроповерхность гидросайзера.

Гидросайзер работает также, как если бы на вышеописанную гидроповерхность сверху поступает сверху зернистый материал.

Тяжелые частицы пробивают восходящий поток воды и тонут, впоследствии шнеком уплотняемые и разгружаемые в устройство выпуска (четырехкамерное, последовательного действия). Легкие частицы не пробивают гидроповерхность и потоком воды выносятся за борт в сливной сборник. Гидроповерхность образуется с помощью сети сопел, подведенных под зеркало воды. Гидросайзер показывает высокую эффективность обогащения, однако требует только чистую воду и склонность к забиванию сопел.

Также отличается эффективностью только при работе с узкой крупностью исходного материала.

Рис. 2.13. Принцип работы гидросайзера.

2.1.10. Крутонаклонный сепаратор

Предназначен для мелкокусковых минералов, принцип работы схож с гидросайзером, за исключением того, что у последнего тяжелые частицы свободно тонут, а у крутонаклонного сепаратора скользят по наклоненной под крутым углом поверхности, рис. 2.14.

Рис. 2.14. Принцип действия крутонаклонного сепаратора.

Крутонаклонный сепаратор имеет ограниченное применение на мелкокусковых минаралах.

2.2. Магнитные методы

Применяются для полезных ископаемых, обладающих магнитными свойствами: железо, никель, марганец. Размеры частиц могут быть от тонких до крупнозернистых.

Магнитные методы подразделяются на сухие и мокрые способы обогащения. Сухие характерны для россыпных месторождений, мокрые – для вкрапленных, что объясняется необходимостью предварительного раскрытия полезного ископаемого.

2.2.1. Сухая магнитная сепарация

Принцип работы сухого магнитного сепаратора показан на рис. 2.15.

Рис. 2.15. Принцип действия сухой магнитной сепарации.

Исходный зернистый материал поступает из питателя на распределяющую вибрирующую пластину и распределяется по ней тонким слоем. Материал ссыпается по наклоненной к сепаратору пластине, навстречу вращающемуся электромагниту (барабан, ролик). Немагнитные частицы падают с пластины в сборник породы. А магнитные частицы подхватываются магнитным полем и переносятся через преграду делителя, попадая в сборник концентрата. Зазор между магнитным барабаном и частицами подбирается так, чтобы магнитные частицы отклонялись при падении, но не примагничивались к самому барабану.

Для повышения эффективности работы сепаратора магнитный барабан имеет клинообразные выступы. Механизм их работы представлен на рис. 2.16.

Рис. 2.16. Градиент магнитной силы при сухой магнитной сепарации.

Представим лежащее на столе некоторое количество смеси магнетитового и кварцевого песка. Теперь поднесем плоский магнит (рис. 2.16. центр), легко представить, как магнитные частички в большинстве своем примагнитились, однако, внутри слоев магнетитовых частиц оказываются значительное число кварцевых. Загрязняющие частицы попадают в магнитный продукт из-за массового характера движения частиц.

А теперь поднесем в аналогичных условиях магнит клинообразной формы (рис. 2.16. справа). Так как форма магнитного поля повторяет форму магнита, у поля, образованного таким магнитом, тоже будет клинообразная форма.

Массовый поток притягиваемых магнитом частиц будет разрезаться этими клиньями и высвобождать захваченные частицы кварца. Такое устройство электромагнита позволяет улучшить эффективность работы сепаратора. Неоднородность магнитного поля, вызванного такой формой магнита, называют градиентом.

Конструкция промышленных сепараторов оснащается большим количеством роликов для повышения общей эффективности работы.

2.2.2. Мокрая магнитная сепарация

Мокрый магнитный сепаратор работает схожим образом с сухим, но обогащение происходит в водных потоках. По направлению движения потока исходного материала и направления движения магнитного барабана сепараторы подразделяются на прямоточные (направления совпадают) и противоточные (направления противоположны), вторые работают с большей эффективностью.

Рис. 2.17. Принцип работы магнитного сепаратора.

По способу образования магнитного поля сепараторы бывают электромагнитные и на постоянных магнитах. Первые отличаются возможностью настройки магнитной силы, а вторые надежностью и экономичностью.

Магнитная система в сепараторе состоит из рядов магнитов, разделенных немагнитными вкладышами, образует два поля: захватывающее, для притягивания частиц, и транспортное, для удержания их на поверхности барабана. Магнитная система неподвижна, а стальной барабан вращается поверх нее.

Сепаратор работает следующим образом (рис. 2.17): поток исходного материала подается в рабочий бак, встречаясь с вращающимся магнитным барабаном, магнитные частицы притягиваются к его поверхности и удерживаются магнитным полем. С поверхности частицы удаляются с помощью ножа. Немагнитные частицы выносятся потоком воды в сборник отходов.

Конструкция некоторых сепараторов предусматривает наличие прижимающего ножа, для формирования ровного слоя магнитного материала.

Сепараторы различаются геометрическими размерами, магнитной силой, устройством магнитной системы.

2.3. Флотация

Данный метод обогащения полезных ископаемых применяется для россыпных месторождений и мелких отсевов кусковых минералов. Незаменим для разделения тонких материалов. Является единственным массовым экологически опасным методом обогащения полезных ископаемых.

Метод заключается в разделении минералов по разнице в способности удерживать жикость на своей поверхности, выражаемой краевым углом смачивания (рис. 2.18). Представим себе каплю жидкости, например масла, лежащую на плоском условном полезном ископаемом, в зависимости от свойств его поверхности, зависящих от количества и заряда атомов, образующих граничную кромку минерала, тогда краевой угол будет образован касательной, проведенной от точки соприкосновения твердой и жидкой фаз.

Рис. 2.18. Краевой угол смачивания.

Если капля жидкости (воды) растекается тонким слоем, то минерал гидрофильный (любящий воду), а если собирается в полусферу – то гидрофобный (боящийся воды). Краевой угол смачивания возможно замерить транспортиром.

2.3.1. Пленочная флотация

По легенде, флотация была открыта благодаря одному событию: в Северной Америке, во времена Золотой лихорадки, корабль с грузом золотоносного песка плыл морем на обогатительную фабрику. Золотоносная порода хранилась в бочках, купленных по дешёвке у китобоев, у которых использовались для перевозки китового жира. Соответственно, бочки были сильно промаслены. По пути корабль попал в шторм, получил пробоину в трюме, но смог благополучно добраться к фабрике. Когда инженеры-обогатители спустились в трюм, то обнаружили, что шторм поломал бочки, а золотоносный песок находится под слоем воды, поверхность которой затянута жирной пленкой. Далее было подмечено, что золотинки массово приклеились к жирной пленке. Так была открыта пленочная флотация.

Современная пленочная флотация (рис. 2.19) сводится к имитированию и автоматизации описанного выше процесса.

Рис. 2.19. Принцип работы пленочной флотации.

Ключевым моментом флотации является использование поверхностно активных реагентов. В случае пленочной флотации – жиров.

2.3.2. Камерная флотация

Дальнейшим развитием стало создание камерной флотации, элемент (камера) которой, показана на рис. 2.20. Таких камер может быть от трёх до восьми.

Основным отличием камерной флотации от пленочной является использование воздушных пузырьков (пены). Воздушные пузырьки с масляной поверхностью являются аналогом вышеописанной жирной пленки. Для создания потока пузырьков применяется импеллер, в виде трубы, с воздушным насосом сверху и решеткой снизу. Диаметр отверстий решетки импеллера задает крупность воздушных пузырьков.

Считается, что один пузырек должен быть такого диаметра, чтобы к нему приклеилась одна частица минерала, и он был в состоянии всплыть с ней на поверхность.

Рис. 2.20. Принцип работы камерной флотации.

Для большего количества воздушной пены применяют реагенты-вспениватели (аналог шампуня).

Для приклеивания частицы полезного ископаемого к поверхности воздушного пузырька применяются реагенты-собиратели, причем каждому конкретному минералу соответствует свой. Например, для угля – керосин, для графита – сосновое масло, для металлов используют сложные химические соединения.

В случае флотирования полезного ископаемого, такая операция называется прямой флотацией, а если породы – обратной. Обратная флотация применяется для улучшения качества товарного продукта.

Породные частицы при флотации выносятся потоком воды из камеры в камеру, а после прохождения их всех, попадают в сборник отходов (хвостов). Данный продукт называется утонувшим.

Частицы полезного ископаемого переносятся пузырьками воздуха на поверхность и образуют слой пены, направляемого вращающимися черпалками через борта машины в сборник концентрата. Данный продукт называется пенным. Иногда, в случае избытка пены, в уже полученный концентрат добавляется реагент-пеногаситель.

Чтобы породные частицы не прилипали к пузырькам воздуха, иногда добавляется реагент-депрессор, выбор которого зависит от состава самой породы.

2.3.3. Колонная флотация

Дальнейшим развитием является появление колонной флотации.

Принцип работы колонной флотации (рис. 2.21), не отличается от камерной, однако существует масса конструктивных особенностей:

– воздух подаётся не по одному импеллеру, а с помощью кольцевого питателя;

– высота колонной флотации кратно больше ширины, в то время как размеры элемента камерной флотации близки к кубу;

– разгрузка пенного продукта происходит самотёком, наподобие вытекающей пены свежеоткрытой бутылки шампанского;

– совместно с пеногашением, иногда происходит промывка струями воды восходящего потока;

– из-за большего объёма аппарата колонная флотация менее чувствительна к сезонному перепаду температур.

Рис. 2.21. Принцип работы колонной флотации.