Обогащение в тяжелых средах. Основы процесса, область применения, оборудование.
Обогащение в тяжелых средах это процесс разделения минеральных частиц по плотностям в средах, имеющих промежуточную (между разделяемыми минералами) плотность. В качестве тяжелых сред применяются органические тяжелые жидкости, растворы неорганических солей в воде и тяжелые суспензии.
Органические тяжелые жидкости имеют преимущественно небольшую плотность, сравнительно высокую стоимость, повышенную токсичность, непростую схему регенерации жидкости. Кроме того, при их использовании необходима тщательная промывка продуктов разделения. Поэтому органические тяжелые жидкости не нашли промышленного применения и используются иногда в лабораторных условиях с целью изучения фракционного состава исходного материала и результатов его сепарации.
Растворы солей в воде применялись в промышленных условиях. Впервые промышленная установка для обогащения угля в растворе хлористого кальция была построена в Германии. Затем (1935) этот же год имел некоторый успех в США. Однако из-за аналогичных недостатков растворы солей в воде были заменены водно-песчаными, магнетитовыми и ферросилициевыми суспензиями. Областью широкого применения растворов солей остаются исследования в лабораторных условиях и контроль гравитационных процессов обогащения.
Суспензии представляют собой взвесь тонкодисперсных частиц в воде. Обогащение в тяжелых суспензиях является одним из наиболее распространенных гравитационных процессов. Тяжелосредная сепарация применяется для выделения из исходного сырья конечного товарного продукта (например, при обогащении углей), либо удаления до 60-90 % пустой породы перед измельчением руды для флотационного обогащения, что обеспечивает снижение общих эксплуатационных расходов по фабрике, вовлечение в переработку бедных руд и повышение технологических показателей переработки сырья.
В отличии от других гравитационных методов, обогащение в тяжелых суспензиях позволяет разделить минеральные частицы с разницей в плотности до 100 кг/м3, что существенно меньше, чем например в отсадочных машинах. Среднее вероятное отклонение снижается до 0,015, взаимозасорение продуктов разделения посторонними фракциями составляет 1 % и менее. В суспензиях можно обогатить более ширококлассифицированный материал. Верхний предел крупности кусков исходного материала ограничивается конструктивными элементами сепаратора - возможностью выгрузки (прохода) осевших кусков через разгрузочные устройства и составляет 250-300 мм. Нижний предел крупности зависит от соотношения силы тяжести кусков и вязкости суспензии. Для сепарации в гравитационном поле он составляет обычно до 4-6 мм, в центробежном поле (в циклонах) - до 0.5 (0,2) мм.
Структурно-механические (реологические) свойства суспензий и, соответственно, технико-экономические показатели обогащения во многом зависят от утяжелителя.
Широкое применение суспензионного обогащения разнообразного минерального сырья определило разработку множества различных форм сепараторов. В настоящее время в мировой практике эксплуатируется более 70 видов этого оборудования. Наибольшее распространение нашли конусные, колесные и барабанные сепараторы.
Конусные сепараторы впервые были успешно применены для обогащения угля крупностью 3-100 мм в США (1917).
Отечественное машиностроение выпускает конусные и колесные сепараторы. До 1970 г. изготавливались двухпродуктовые сепараторы с наклонным элеваторным колесом типа СК12 - СК40. С 1970 г. начат серийный выпуск двухпродуктовых сепараторов с вертикальным элеваторным колесом типа CKJB20, CKJB32.
Для обогащения мелкого (менее 13-6 мм) угля изготавливаются Двух- и трехпродуктовые тяжелосредные гидроциклоны типа КГ и более производительные ГТ.
Регенерация суспензий с магнитным утяжелителем производится с помощью серийно выпускаемых электромагнитных сепараторов типа ЭВМ.
Конусные сепараторы нашли применение для обогащения угля, руд и неметаллических полезных ископаемых. Они изготавливаются с внутренним, внешним аэролифтам и с механическим удалением осевшей фракции.
В отечественной практике получили распространение конусы с наружным аэролифтом (рис. 5.7) как наиболее удобные в эксплуатации.
Конусные сепараторы, благодаря значительному объему ванны, характеризуются более стабильной плотностью суспензии и низкими эксплуатационными расходами. Производительность сепараторов зависит от их типоразмера, крупности и фракционного состава исходного материала.
К недостаткам этих сепараторов можно отнести необходимость перемешивания суспензии из-за седиментации утяжелителя в высокой панне.