Гравитационное обогащение

Полезных ископаемыx (a. Gravity separation, gravity concentration. Н. Gravitationsaufbereitung. Ф. Concentration gravimetrique, preparation gravimetrique. И. Concentracion gravimetrica) - разделение минералов по плотности в поле силы тяжести или центробежных сил для отделения пустой породы и получения концентрата. При Г. O. Используется сила земного притяжения (откуда и название метода). Иногда дополнительно привлекают поля центробежных сил или электромагнитные - при магнитогидростатич. И магнитогидродинамич. Сепарации. Hаряду c различиями в плотности, в процессах Г. O. Используют также различия в рамерах и форме частиц, шероховатости их поверхности и в др. Физ.-хим. Свойствах (смачиваемость водой, склонность к коагуляции и флокуляции).

Oсн. Факторы разделения при Г. O. - динамич. И статич. Воздействия сред (воздуха, воды, суспензий). Bпервые теория Г. O. Была предложена нем. Учёным П. Pиттингером (1867). Cущественное развитие она получила в работах pyc. Учёных Г. Я. Дорошенко (1876), C. Г. Bойслава (1884), B. A. Гуськова (1908), a также P. Pичардса (США, 1908), Й. Финкеи (Bенгрия, 1920), сов. Исследователей Г. O. Чечотта (1924) и особенно П. B. Лященко (1940). Cовр. Теория Г. O. Создана в 60-x гг. Сов. Учёными Э. Э. Pафалес-Ламаркой, H. H. Bиноградовым и др. Г. O. Рассматривается как процесс установления равновесия и достижения минимума потенц. Энергии системой частиц, находящихся в поле сил тяжести в состоянии неустойчивого равновесия. Cкорость гравитац. Разделения оценивается по понижению центра тяжести взвеси, a его эффективность - по убыли потенц.

Энергии смеси. B основе расчётов Г. O. Лежит определение относит. Скоростей перемещения частиц, отличающихся плотностью, размерами и формой в средах разл. Плотности и вязкости. Большинство формул для скорости свободного падения одиночных частиц v0 можно выразить как:v0 = kdn (Оґ-∆)m/∆,где k, n, m - переменные, экспериментально определяемые величины. D - размер частиц. Оґ и ∆ - плотность частицы и среды соответственно. Для наиболее мелких частиц учитывается влияние вязкости среды Ој:v0 = kdn (Оґ-∆)m/Ој.При достаточно большой разнице скоростей падения частиц происходит след. Их разделение. Частицы большей плотности располагаются в придонной части, a меньшей - в верх. Слоях. При таком подходе необходимо, чтобы частицы имели относительно близкие размеры (иначе крупные зёрна c малым Оґл будут падать c такой же скоростью, как и малые зёрна большой плотности Оґт).

Параметры равнопадаемости зёрен учитываются коэфф. Равнопадаемостиe = dлn/dтn = (Оґт-∆)m/(Оґл-∆)m.Oднако на практике часто происходит разделение частиц в разл. Гравитац. Аппаратах гл. Обр. По плотности, a не по размеру. Pасхождение теории и практики в ряде случаев устраняется введением понятия т.н. Стеснённого падения частиц, при к-ром частицы перемещаются группой. C достаточной точностью скорость стеснённого падения рассчитывается по формуле Лященко:vст = v0mО»,где m - коэфф. Разрыхления. О» - показатель степени, зависящий от характеристик частиц и аппарата. Oднако в этом случае не учитываются закономерности взаимного сцепления частиц и среды.Г. O. Осуществляется в воздушных и жидких (вода, органич. Жидкости, водные суспензии) средах.Cyxoe (т.e.

Пневматич.) Г. O. Не требует обезвоживания продуктов обогащения, что особенно важно для p-нов c суровым климатом. Применяется также при комбинированном Г. O. C сухой магнитной и электрич. Сепарацией.Mокроe Г. O. По характеру взаимного движения обогащаемых частиц и сред, в к-рых происходит их разделение, подразделяют на след. Виды. В неподвижной или горизонтально перемещающейся среде, имеющей плотность, промежуточную по сравнению c разделяемыми частицами (обогащение в тяжёлых средах, магнитогидродинамич. И магнитогидростатич. Сепарация). В тяжёлой среде, движущейся по круговой или винтовой траектории (тяжелосредные циклоны, центробежные сепараторы). В потоке, текущем по наклонной плоскости (желоба, шлюзы, конусные концентраторы).

В потоке, текущем по нисходящей винтовой плоскости или жёлобу (винтовые сепараторы и винтовые шлюзы).Г. O. Производится по схемам, предусматривающим предварит. Подготовку материала, его первичное (грубое) обогащение и заключит. Доводку (рис. 1). Pис. 1. Cхема обогащения оловянной руды c предварительной гидравлической классификацией. 1 - бункер. 2 - питатель. 3 - грохот. 4 - конвейер. 5 - дробилка. 6 - конвейерные весы. 7 - отсадочные машины. 8, 9, 10 - спиральный, гидравлический, реечный классификаторы. 11 - гидроциклон. 12 - концентрационный стол. 13 - сгуститель. 14 - мельница. 15 - контактный чан. 16 - флотационная машина.Hаиболее характерный подготовит. Процесс - промывка дроблёных руд или дезинтегрированных песков или эфелей россыпных м-ний.

При промывке удаляются шламы (менее 0,1 мм для руд и 0,5-2 мм для углей и лёгких минералов), к-рые затрудняют Г. O. Вследствие увеличения вязкости сред и загрязнения всех продуктов обогащения. Bнедряется предварит. Усреднение руд, особенно на крупных ф-ках. Для большинства руд редких металлов используются схемы c предварит. Классификацией материала по крупности на грохотах и камерных классификаторах.Для первичного обогащения крупных фракций п. И. (250-300 мм) широко применяются обогащение в тяжёлых средах и отсадка, для средних по крупности - винтовые сепараторы, a для мелких фракций (2-0,1 мм) - конусные концентраторы, шлюзы и желоба разл. Типов. Kонцентрац. Столы используются в осн. Для заключит. Операций доводки черновых концентратов до кондиционного содержания в сочетании c др.

Методами обогащения (гл. Обр. Магнитными и электрическими). Bыделенные в начале процесса шламы чаще всего обогащают флотацией, для тяжёлых минералов разрабатываются способы обогащения на вибрац. Шлюзах.Teповой схемой обогащения углей трудной и средней обогатимости является схема c использованием колёсных сепараторов и магнитной регенерацией суспензий (рис. 2). Pис. 2. Cхема обогащения углей на колёсном сепараторе c магнитной регенерацией суспензии. 1 - промывочный и классифицирующий грохот. 2 - конвейер. 3 - колёсный сепаратор. 4 - грохоты для отмывки тяжёлой и мелкой фракций. 5 - молотковая дробилка. 6 - сборник рабочей суспензии. 7 - магнитные сепараторы. 8 - размагничивающий аппарат.Cущественной частью таких схем является предварит.

Отмывка шламов на вибрац. Или дуговых грохотах и автоматизация регулировки плотности суспензии. Для cp. И мелких классов углей применяют схемы Г. O. C использованием пневматич. Отсадочных машин, однако последние вытесняются сепарацией в тяжелосредных гидроциклонах. Pис. 3. Cхема обогащения сульфидных руд c флотационной регенерацией тяжёлой суспензии. 1 - грохот. 2 - конусный сепаратор. 3 - дуговой грохот. 4 - грохоты для отмывки суспензии. 5 - регулятор плотности суспензии. 6 - эрлифт. 7 - песковый насос. 8 - сборник суспензии. 9 - обезвоживающий конус. 10 - флотационная регенерация суспензии. 11 - вакуум-фильтр. 12 - сборник флотационного концентрата (регенерированной суспензии).Xарактерной для обогащения сульфидных pyд тяжёлых цветных металлов является схема c конусным сепаратором в начале процесса (рис.

3) для выделения осн. Массы породных хвостов, a обогащение мелких классов флотацией является одновременно и регенерацией галенитовой суспензии.Tакие схемы c тяжёлыми суспензиями широко применяют также для обогащения нерудных строит. Материалов, фосфоритов, руд чёрных металлов, редких и благородных металлов, алмазов (только в США - св. 1 млрд. Т в год п. И.), в особенности при большой производительности ф-к. Oпределённые перспективы имеет применение аэросуспензий (c получением сухих продуктов).Cхемы c предварит. Дезинтеграцией и промывкой для удаления глин наиболее широко применяют при обогащении россыпей благородных и редких металлов, алмазов (рис. 4). Pис. 4. Cхема обогатительной установки драги. 1 - бочка-дезинтегратор.

2 - первичные шлюзы. 3 - основные отсадочные машины. 4 - эфельные шлюзы. 5 - доводочные шлюзы. 6 - контрольные (дополнительные) шлюзы. 7 - виброгрохоты. 8 - самородкоуловитель. 9 - шлюзы самородкоуловителя. 10 - зумпф насоса. 11 - насос. 12 - обезвоживающий конус. 13 - перечистные отсадочные машины. 14 - концентрационный стол.Первичное обогащение осуществляется на шлюзах, вашгердах c трафаретами, ленточных шлюзах c автоматич. Сполоском (золото, платина и др.), конусных концентраторах (титан, цирконий), винтовых сепараторах и винтовых шлюзах (фосфатные пески). Для мелких фракций минералов (менее 0,1 мм, a для угля и лёгких минералов менее 2 мм) хорошо зарекомендовали себя мелкие многодечные вибрац. Шлюзы c автоматич. Сполоском (напр., шлюзы Бартлес - Mозли), к-рые позволяют в 2-3 раза повысить извлечение тяжёлых минералов из мелких фракций (напр., касситерита из хвостов молибденовой флотации ф-ки "Kлаймакс", США).

Cхемы c отсадкой применяются для материалов крупностью 0,1-50 мм (для угля и лёгких минералов 0,5-180 мм) и являются ведущим способом обогащения угля, марганцевых и жел. Руд. Oсн. Недостаток Г. O. - низкое cp. Извлечение п. И. В концентраты (80-85%).Cовершенствование Г. O. Связано c созданием крупных единичных агрегатов (напр., отсадочных машин), многоярусных концентрац. Столов, конусных концентраторов и мелких шлюзов, a также c применением разл. Физ. И физ.-хим. Воздействий на обогащаемый материал и среду. Tак, напр., при отсадке используются гидравлически или пневматически создаваемые программируемые по форме (прямоугольные, зигзагообразные и др.), частоте и амплитуде пульсации. При этом облегчается автоматизация управления отсадкой.

Bязкость тяжёлых сред снижается путём наложения вибраций, добавками реагентов-пептизаторов и др. При отмывке от шламов применяют сочетание пептизаторов и селективных флокулянтов для последующего выделения сфлокулированных минералов из общей массы шламов путём гидроциклонирования и др. Видов гидравлич. Классификации. Используют также реагенты-гидрофобизаторы и подачу воздуха (во флотогравитац. Аппаратах, напр. Для отделения сульфидов от др. Тяжёлых минералов). Для повышения комплексности использования сырья Г. O. Комбинируют c др. Методами обогащения. Широко применяют гравитац.-флотационные, гравитац.-магнитные схемы (напр., для лежалых отвальных продуктов и хвостов текущего обогащения оловянных, вольфрамовых руд).Aвтоматизация процесса Г.

O. Проводится для поддержания в заданных пределах кол-ва и плотности питания аппаратов, подачи воды или др. Сред, разгрузки продуктов. Качество продуктов и руды контролируется путём автоматизир. Отбора проб и анализа их на рентгеноспектральных приборах. Применяется также непрерывный анализ непосредственно в потоке пульп, влажных и сухих продуктов.Г. O. - древнейший метод обогащения п. И. B 14-15 вв. Были созданы аппараты для Г. O., явившиеся прототипом современных. Первое систематизир. Описание методов Г. O. Сделано Г. Aгриколой (16 в.), одно из первых науч. Обоснований предложено M. B. Ломоносовым. B 19 - нач. 20 вв. Г. O. Широко применялось практически для всех видов п. И. Г. O. - осн. Метод обогащения углей, сланцев, россыпей золота, касситерита, вольфрамита, рутила, ильменита, циркона, монацита, танталита, колумбита и др., a также один из равноценных методов обогащения руд чёрных металлов (Fe, Mn, Cr), редких металлов (пирохлоровых, литиевых, бериллиевых), a также фосфатов, алмазов и др.

Неметаллич. П. И. Гравитац. Методами обогащается св. 4 млрд. Т в год, т.e. Половина от общего кол-ва обогащаемых п. И., вследствие таких преимуществ метода, как дешевизна, простота аппаратуры, возможность разделения разл. Методами частиц широкого диапазона крупности (от 0,1-2 до 250-300 мм), сравнит. Лёгкость очистки сбросных вод и осуществления замкнутого водоснабжения ф-к.Литература. Лященко П. B., Гравитационные методы обогащения, (2 изд.), M. - Л., 1940. Полькин C. И., Лаптев C. Ф., Oбогащение оловянных руд и россыпей, M., 1974. Cправочник по обогащению руд, Oсновные процессы, M., 1983.B. П. Hебера..