ЗБАГАЧЕННЯ У ВАЖКИХ СЕРЕДОВИЩАХ

1. ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОЦЕСУ

Процес збагачення у важких середовищах полягає в розділенні корисних копалин за густиною в гравітаційному або відцентровому полі в середовищі, густина якого є проміжною між густинами розділюваних компонентів. Збагачення у важких середовищах - найбільш простий і ефективний гравітаційний процес, що дозволяє досягти чіткого розділення корисної копалини за заданою густиною.

При статичній сепарації основною силою розділення мінеральних частинок є гравітаційна, а протидіючою - гідродинамічного опору. Процес розділення у статичних умовах відбувається за законом Архімеда - при зануренні корисної копалини у важке середовище зерна, густина яких менше густини середовища спливають, а зерна більшої густини тонуть.

При динамічній сепарації сили розділення значно більше, ніж при статичній. В важкосередовищному циклоні відцентрова сила, що діє на частинку на вході, в 20 разів більше гравітаційної сили в нерухомому середовищі, а біля піскової насадки вона ще на порядок вища. При цьому відцентрова сила діє не тільки на збагачений матеріал, але й на середовище, тому густина середовища, що видаляється з піскової насадки значно вища, ніж на вході. Навпаки, густина середовища біля зливного патрубка значно нижче, ніж на вході.

Один з основних компонентів процесу важкосередовищного збагачення - це саме середовище. Правильний вибір середовища є однією з умов ефективності процесу. Як важкі середовища можуть бути використані розчини неорганічних солей, органічні рідини і важкі суспензії. Розчини неорганічних солей (найчастіше розчини CaCl₂ і ZnCl₂ з максимальною густиною до 2000 кг/м³) застосовують для контролю технологічного процесу і при дослідженнях збагачуваності корисних копалин (напр., вугілля). Органічні рідини (тетраброметан з густиною 2900 кг/м³, рідина Сушина-Рорбаха з густиною 3650 кг/м³, рідина Клерічі з густиною 4200 кг/м³ і ін.) як правило застосовуються при вивченні фракційного складу корисних копалин і при дослідженнях збагачуваності корисних копалин. У виробничих умовах використовують важкі мінеральні суспензії, що являють собою зависі тонкоподрібненої твердої речовини (обважнювача) у воді (дисперсійне середовище).

Обважнювачі, застосовувані для приготування суспензій (табл. 6.1), повинні відповідати визначеним вимогам: мати досить високу густину, не створювати шламів, легко регенеруватися, бути недорогими і недефіцитними, не містити шкідливих компонентів, що погіршують якість концентратів. Як обважнювачі застосовуються тонкоподрібнені мінерали (магнетит, пірит, ґаленіт, кварц та ін.), а також деякі речовини (феросиліцій, колошниковий пил, залізна окалина та ін.).

Таблиця 1 - Характеристика обважнювачів

Обважнювач	Хімічна формула	Густина, кг/м3	Твердість за шкалою Мооса
		обважнювача	суспензії (максимальна)
Барит Пірит Магнетит Арсенопірит Феросиліцій Галеніт	BaSO4 FeS2 Fe3O4 FeAsS 85 % Fe, 15 % Si PbS	4400 5000 5000 6000 7000 7500	2200 2500 2500 2800 3800 3300	3,0 - 3,5 6,0 - 6,5 5,5 - 6,5 5,5 - 6,0 7,0 - 7,6 2,0 - 3,0

У практиці гравітаційного збагачення для приготування суспензій на вуглезбагачувальних фабриках використовують магнетитовий концентрат густиною 4400 - 4700 кг/м³, на рудозбагачувальних фабриках - гранульований або подрібнений феросиліцій густиною 6800 - 7200 кг/м³, а також суміші магнетитового концентрату з феросиліцієм. Гранулометричний склад магнетитового концентрату і феросиліцію, що використовуються для приготування важких суспензій при збагаченні корисних копалин, наведено в табл. 2.

Таблиця 2 - Гранулометричний склад магнетитового концентрату і феросиліцію

Клас крупності, мм	Магнетитовий концентрат	Марка феросиліцію
	тонкий	середньої крупності	ФС-1	ФС-2	ФС-3
+0,16 0,074-0,16 0,04-0,074 0,02-0,04 0,01-0,02 -0,01	2,5 3,0 5,5 49,2 35,0 4,8	5,5 9,5 11,4 41,5 30,0 2,1	2,5 17,8 19,1 11,6 39,5 9,5	6,7 35,1 24,6 9,2 16,1 8,3	5,6 41,2 33,9 8,3 8,7 2,2
Разом	100,0	100,0	100,0	100,0	100,0

Результати збагачення багато в чому залежать від фізичних властивостей обважнювача, а також від властивостей суспензій - густини, в'язкості і стійкості.

2. ВЛАСТИВОСТІ СУСПЕНЗІЙ

Суспензії і колоїдні розчини розділяються залежно від їх поведінки при дії дотичного напруження зсуву на ньютонівські рідини, в'язкопластичні системи, псевдопластичні системи і дилатансийні системи (рис. 6.1).

Важкі суспензії внаслідок наявності в них дрібних твердих частинок є одним з видів неньютонівських рідин.

Звичайні ньютонівські рідини (рис. 1, залежність 1) описуються законом Ньютона, у відповідності до якого напруження зсуву пропорційне ґрадієнту швидкості:

, Па, (1)

де ф - напруження зсуву, Па; м - динамічний коефіцієнт в'язкості, що залежить від температури і тиску, Па•с; dV/dn - ґрадієнт швидкості, с^-1.

У цьому випадку кожне мале напруження зсуву створює ґрадієнт швидкості, тобто приводить рідину у рух.

Для неньютонівських рідин рівняння (6.1) несправедливе. В'язкість цих рідин є функцією не тільки температури і тиску, але й швидкості зсуву, деформації, руху і часу.

В'язкопластичні системи (рис. 1, залежність 2) володіють деяким статичним напруженням зсуву ф_ст, після подолання якого рідина починає текти. Для таких середовищ залежність між напруженням зсуву і ґрадієнтом швидкості при достатньо великих швидкостях має лінійний характер і підкорюється закону Шведова-Бінгама:

, Па, (2)

де ф_д - динамічне напруження зсуву, Па; м* - коефіцієнт структурної або пластичної в'язкості, Па•с.

У в'язкопластичних (структурних) системах взаємодія частинок приводить до їх мимовільного зчеплення і створення безперервної структури або окремих агрегатів. Динамічне напруження зсуву на відміну від статичного представляє собою напруження, яке необхідне для руйнування структури в рухомому середовищі. Співвідношення між статичним і динамічним напруженням визначається пружністю середовища: для систем з пружними властивостями ф_ст > ф_д (рис. 6.1, залежність 2''), для систем з переважними пластичними властивостями ф_ст < ф_д (рис. 6.1, залежність 2'). Для деяких важких суспензій ф_ст більше ф_д в 6 - 9 разів.

Псевдопластичні системи (рис. 1, залежність 3) не описуються законом Ньютона, але і не мають граничного напруження зсуву (крива проходить через початок координат). Залежність між напруженням зсуву і ґрадієнтом швидкості описується рівнянням:

, Па, (3)

де м_к - уявна (ефективна) в'язкість, Па•с; к - показник степеня (к<1).

При збільшенні ґрадієнта швидкості уявна в'язкість таких середовищ зменшується. Такий характер залежності напруження зсуву від ґрадієнта швидкості пояснюється паличкоподібною формою частинок, що створюють псевдопластичну систему. При малих ґрадієнтах швидкості орієнтація частинок хаотична, при збільшенні ґрадієнта швидкості орієнтація частинок змінюється в напрямку потоку, внаслідок чого зменшується уявна в'язкість середовища.

Дилатансійні системи (рис. 6.1, залежність 4) відрізняються від псевдопластичних тим, що при збільшенні ґрадієнта швидкості уявна в'язкість таких середовищ збільшується (в рівнянні (6.3) коефіцієнт к>1). При достатньо великих ґрадієнтах швидкості напруження зсуву від нього не залежить. Така закономірність спостерігається в висококонцентрованих суспензіях (вміст твердого більше 42 %).

Важкі суспензії, що застосовуються в практиці збагачення корисних копалин, своїми властивостями наближаються або до ньютонівських рідин, або до в'язкопластичних середовищ. До першої групи належать безструктурні суспензії, в яких взаємодія між частинками відсутня (малий вміст твердого, добавка пептизаторів). До другої групи належать структурні суспензії, в яких частинки твердої фази взаємодіють між собою. З технологічної точки зору структурні суспензії, що використовуються в практиці збагачення розділяють на три типи: слабкоструктурні (ф_д ? 3 Па), структурні (3 < ф_д ? 8 Па) і сильноструктурні (ф_д > 8 Па).

Густина суспензії розраховується за формулами (1.6) або (1.7), вона повинна бути вище густини легкої фракції і нижче густини важкої фракції. Максимальна густина суспензії визначається максимально можливим об'ємним вмістом обважнювача. Звичайно об'ємний вміст обважнювача в робочих суспензіях не перевищує 40 %. Густина робочої суспензії залежить від багатьох параметрів: мінералогопетрографічної характеристики корисної копалини, її густини і крупності, тривалості перебування в сепараторі, реологічних властивостей суспензії. У безструктурних суспензіях густина суспензії підтримується дещо вище ніж у структурних, внаслідок більш інтенсивного осадження обважнювача на грудках корисної копалини.

В'язкість суспензії збільшується зі зростанням об'ємної концентрації обважнювача і його дисперсності і не залежить від природи обважнювача і його густини. Збільшення в'язкості середовища розділення при гравітаційному збагаченні приводить до зниження ефективності процесу. Магнетитові суспензії при високому вмісті обважнювача, наявності шламу і глини стають структурно в'язкими. У таких суспензіях погіршується процес розділення корисної копалини, особливо дрібних зерен, що не тонуть і не спливають, тому що не можуть перебороти опір середовища. Нормальні умови розділення забезпечуються при динамічній в'язкості середовища розділення, яке не перевищує 0,007 Па•с. Для розрахунку в'язкості суспензій із вмістом твердої фази до 40 % найчастіше застосовують формулу Ванда (1.9). Результати розрахунку в'язкості одержані за цією формулою близькі до фактичних при крупності обважнювача не більше 50 мкм. При більшому вмісті в суспензії крупних частинок результати одержують декілька завищеними.

Ступінь стійкості суспензії багато в чому визначає конструкцію збагачувального обладнання, режим і умови його роботи, точність розділення корисної копалини. Безструктурні суспензії, застосовувані найчастіше в практиці гравітаційного збагачення, є вкрай нестабільними системами. В міру збільшення структуроутворення або підвищення вмісту в ній твердого підвищується і стійкість суспензії. Підвищення стійкості суспензій може бути досягнуто різними способами: створенням висхідних і горизонтальних потоків; застосуванням обважнювачів визначеного складу; додаванням реагентів-пептизаторів або глинистих матеріалів; фізико-механічними впливами. Вміст пептизаторів звичайно складає 0,001 - 0,5 % від маси обважнювача, глинистих матеріалів - 1 - 3 %. Метод стабілізації суспензії шляхом створення в робочій зоні сепаратора висхідних і горизонтальних потоків є основним і тому найпоширенішим. Висхідний потік підвищує густину розділення в порівнянні з густиною суспензії, подаваної в сепаратор. Тому, щоб не знизити точність розділення, густина суспензії повинна бути декілька нижчою розрахункової.

3. РУХ ТІЛ В СУСПЕНЗІЯХ

Рух тіл в безструктурній суспензії є різновидом стисненого падіння їх в рідині з відповідними властивостями (густиною і в'язкістю). Швидкість падіння в суспензії крупних тіл достатньо великої густини (Re²ц?7*10⁷ або Re?2*10⁴) дорівнює їх швидкості падіння в рідині тієї ж густини і в'язкості. Швидкість падіння може бути визначена за формулою Ньютона-Ріттінгера (2.15) або за формулою Брайєна, Помієра і Базина:

, м/с, (4)

де d - діаметр частинки, м; д, Д_с - густина частинки і суспензії, кг/м³.

Для тіл, що характеризуються параметром Re²ц<7·10⁷, суспензія не може розглядатись як рідина. Швидкість падіння таких тіл в суспензії менше швидкості їх падіння в рідині тієї ж густини і в'язкості. Швидкість падіння може бути визначена за методом Лященка, за формулами (2.16), (2.17) або за формулою Шохіна:

,м/с, (5)

де н_с - кінематичний коефіцієнт в'язкості суспензії, м²/с; с - об'ємна концентрація обважнювача в суспензії, частки од.

При спливанні в суспензіях тіл, густина яких близька до густини суспензії (д - Д_с < 100 кг/м³), на швидкість їх підйому діє вплив налипання частинок обважнювача, що приводить до збільшення їх маси, зменшення швидкості підйому й іноді навіть до зміни напрямку руху. При збільшенні швидкості руху суспензії інтенсивність осадження частинок обважнювача зменшується.

Швидкість руху тіл в структурних суспензіях залежить від динамічного напруження зсуву. В них частинки обважнювача притягуються до поверхні зануреного тіла сильніше ніж одна до одної. Внаслідок цього вода частково витискається з області біля поверхні тіла і в ній створюється структура густіша і міцніша ніж в іншій масі суспензії. При русі тіла структурні зв'язки рвуться, але не на самій межі тіла, а на деякій відстані від поверхні і суспензія, що знаходиться в об'ємі між межею тіла поверхнею розриву, рухається разом з тілом. Цей агрегат має густину відмінну від густини тіла. При механічній дії мішалки або висхідного потоку структура суспензії як в масі потоку, так і приєднаному об'ємі може частково руйнуватися. В цьому випадку різниця густин, яка необхідна для подолання опору структури суспензії, зменшується і швидкість руху тіл збільшується.

4. АПАРАТИ ДЛЯ ЗБАГАЧЕННЯ У ВАЖКИХ СУСПЕНЗІЯХ

Важкосередовищне збагачення використовується для одержання кінцевих продуктів (при переробці вугілля) і для попереднього видалення пустої породи (при переробці руд). Різноманітність речовинного складу корисних копалин і обважнювачів та високі технологічні вимоги обумовили створення великої кількості конструкцій важкосередовищних апаратів, які розрізняються за такими основними ознаками:

- за глибиною і формою ванни розрізняють сепаратори з глибокою ванною (пірамідальні і конусні) і з мілкою (барабанні, колісні, кільцеві та ін.);

- за характером розділення матеріалу апарати можуть бути зі статичними умовами розділення (сепаратори) і з динамічними (гідроциклони);

- за характером переміщення потоку суспензії розрізняють апарати з ламінарним, турбулентним, відцентровим і вібраційним переміщенням суспензії;

- за способом стабілізації суспензії сепаратори бувають з механічним перемішуванням, із зовнішньою дією на суспензію горизонтального, вертикального, відцентрового, вібраційного або комбінованого потоку, з використанням поверхнево-активних речовин (реагентів);

- за числом продуктів збагачення апарати бувають двопродуктові і трипродуктові;

- за способом розвантаження легкого продукту розрізняють апарати з самопливним і з примусовим розвантаженням;

- за способом розвантаження важкого продукту розрізняють апарати з аероліфтами, елеваторними колесами, стрічковими, скребковими і ґвинтовими конвеєрами, з відцентровим і вібраційним розвантаженням;

- за способом відділення суспензії від продуктів збагачення розрізняють апарати з зовнішнім відділенням суспензії на грохотах, з внутрішнім відділенням суспензії на решітках і з комбінованим відділенням суспензії.

Найбільше розповсюдження в практиці одержали для збагачення кам'яного вугілля крупністю понад 10 (13) мм і руд крупністю понад 3 - 5 мм сепаратори з гравітаційним полем - колісні, конусні, барабанні, для збагачення вугілля і руд меншої крупності - апарати з відцентровим полем - гідроциклони.

Колісні сепаратори (СКВ, СКВП, СКВД, СКВС) застосовують на вуглезбагачувальних фабриках для розділення крупних класів (13 - 300 мм). Вони можуть також використовуватися при збагаченні руд, особливо при крупному живленні і великій продуктивності збагачувальної фабрики.

Принцип дії колісного сепаратора (рис. 6.2) такий: вихідний матеріал в напівциліндричну ванну 1 надходить по жолобу 2. Через нижній патрубок 3 у ванну подається суспензія, яка розділяється на транспортний (горизонтальний) і висхідний (вертикальний) потоки. В ванні сепаратора вугілля розділяється в магнетитовій суспензії на фракцію, що спливла (легкий продукт - концентрат), і фракцію, що потонула (важкий продукт - відходи). Пересування легкого продукту вздовж ванни здійснюється транспортним потоком, а розвантаження гребковим механізмом 4. Залежно від продуктивності сепаратора висота шару суспензії над зливним порогом становить 30 - 80 мм, тому гребковий механізм розвантажує легкий продукт на шпальтове сито 5 для попереднього відділення суспензії і повернення її у процес. Важкий продукт осідає на дно ванни, потрапляє у ковші елеваторного колеса 6, що спирається на катки 7, і при його обертанні розвантажується із сепаратора. Решітки ковшів елеваторного колеса закріплені шарнірно. При нижньому розташуванні ковша відкрите завантажувальне вікно, а при підході до верхнього решітка повертається на шарнірі і відкриває розвантажувальне вікно, а завантажувальне закриває.

Продуктивність колісних сепараторів залежить від ширини ванни і крупності живлення. При можливому виході легкого продукту більше 50 % продуктивність сепаратора розраховують за формулою:

, т/год, (6)

де - питома продуктивність сепаратора (табл. 6.3), т/год*м; - ширина ванни, м; - можливий вихід легкого продукту, %.

Якщо в вугіллі міститься більше 50 % породи, необхідно перевірити транспортну здатність елеваторного колеса за формулою:

,т/год, (7)

де w - місткість одного ковша, м³; n - частота обертання елеваторного колеса, хв^-1; z - число ковшів елеваторного колеса; k - коефіцієнт заповнення ковшів; д - насипна густина важкої фракції, кг/м³.

Таблиця 3 - Питома продуктивність колісного сепаратора

Крупність вугілля, мм	Продуктивність, т/год*м	Крупність вугілля, мм	Продуктивність, т/год*м
	середня	найбільша		середня	найбільша
6 - 25 6 - 50 10 - 25 10(13) - 50 10(13) - 100 13 - 150 13 - 200	35 45 40 50 60 65 70	40 55 50 65 75 85 90	25 - 100 25 - 150 25 -200 25 - 300 50 -100 50 - 200 50 - 300	70 75 80 80 80 90 90	90 95 100 105 100 100 110

Сепаратор СКВ-32 має декілька модифікацій:

- модифікація СКВД-32 призначена для збагачення двох класів крупності (напр., 6 - 25 і +25 мм) у одному сепараторі, ванна цього сепаратора розділена на дві частини шириною 1,2 і 2 м, в ширшій частині збагачується дрібний клас, у вужчій - крупний;

- модифікація СКВС-32 призначена для збагачення сланців крупністю до 500 мм, тому число ковшів в елеваторному колесі цього сепаратора зменшене до 6 (в інших 8), щоб великі грудки могли пройти через завантажувальні і розвантажувальні вікна ковшів;

- модифікація СКВП-32 з видовженою ванною має підвищену продуктивність при тих же габаритах і енерговитратах, крім того, ці сепаратори обладнані занурювачем, що сприяє підвищенню точності розділення матеріалу в сепараторі;

- модифікація СТТ-32 з двома ваннами для розділення вугілля по двом густинам в одному апараті (рис. 3).

Принцип дії сепаратора СТТ полягає в тому, що вихідне вугілля по завантажувальному жолобу 1 надходить у ванну породного відділення 2, де воно за допомогою роторного занурювача 3 рівномірно розподіляється по ширині ванни і занурюється у суспензію. Робоча суспензія подається в завантажувальний жолоб і створює горизонтальний транспортний потік. У ванні породного відділення розділення здійснюється за високою густиною, продукт, що потонув (відходи), вивантажується елеваторним колесом 4, а продукт, що сплив (суміш концентрату з промпродуктом), транспортується вздовж ванни і за допомогою роторного перевантажувача 5 передається у ванну промпродуктового відділення 6. Перегородка 7 між ваннами перешкоджає переходу суспензії меншої густини із другої ванни в першу. Продукт, що потонув в другій ванні (промпродукт), вивантажується елеваторним колесом 8, а продукт, що сплив (концентрат), потоком суспензії переміщується вздовж ванни і видаляється через зливний поріг за допомогою гребкового механізму 9.

В породне відділення сепаратора надходить суспензія більшої густини, тому в промпродуктове відділення, куди суспензія переходить з першого відділення разом з сумішшю концентрату і промпродукту, подається злив реґенераційних сепараторів для її розбавлення і доведення до необхідної густини. Але в зв'язку з труднощами регулювання густини суспензії в другому відділенні від випуску цього сепаратора після промислових випробовувань відмовились.



Технічні характеристики двопродуктових колісних сепараторів наведені в табл. 4.

Таблиця 4 - Технічні характеристики колісних сепараторів

Параметр	СКВ 12	СКВ 20	СКВ 32	СКВП 32	СКВД 32
Ширина ванни, мм Об'єм суспензії в ванні, м3 Діаметр елеваторного колеса, мм Максимальна продуктивність за живленням (т/год) при крупності, мм: 13 - 300 25 - 300 Максимальний вміст у живленні фракцій, %: легкої (що спливає) важкої (що потопає) Потужність електродвигунів, кВт Габарити, мм: довжина ширина висота Маса, т	1200 4,5 2400 125 160 75 75 5,5 4500 3600 3500 10,1	2000 8 4000 190 240 75 75 7,7 4600 4500 4200 16,5	3200 18 5450 300 380 75 75 13,2 5500 6000 5700 27,5	3200 27 5450 390 500 75 75 21,2 7500 6500 6000 36,0	3200 18 5450 300 400 75 75 13,2 5500 5850 5700 30,0

Для збагачення порівняно дрібних руд і неметалічних корисних копалин використовуються конусні, пірамідальні і барабанні суспензійні сепаратори.

Конусні сепаратори дозволяють одержувати найбільш високу точність розділення, тому що суспензія знаходиться у спокійному стані і таким чином створюються умови для більш досконалого розділення матеріалу за густиною, а також для виділення відходів з малими втратами цінних компонентів. Але внаслідок великої висоти сепараторів цієї конструкції в них важко підтримувати стабільну за густиною суспензію. Щоб розходження в густині суспензії у верхніх і нижніх шарах ванни сепаратора не перевищувало допустимої величини і не спричиняло порушень технологічного процесу, суспензія повинна готуватися з тонкодисперсного обважнювача і відносно інтенсивно перемішуватись. До того ж конусні сепаратори відрізняються найбільш високими експлуатаційними витратами, тому їх варто застосовувати лише при збагаченні цінних важкозбагачуваних руд, що містять значні кількості промпродуктових фракцій.

Застосовують конусні сепаратори з внутрішнім і зовнішнім аероліфтом (рис. 4). Конусний сепаратор з внутрішнім аероліфтом більш компактний, але менш економічний і зручний в експлуатації, ніж із зовнішнім аероліфтом.

Принцип дії конусних сепараторів однаковий: вихідний матеріал разом із суспензією по завантажувальному жолобу 1 надходить у сепаратор. Корпус 2 конусного сепаратора складається з конічної ємності з верхньою циліндричною частиною. По осі сепаратора на порожньому валу обертається мішалка 3. Перемішування суспензії сприяє підвищенню її стійкості. Крім того, рух суспензії і продукту, що спливає по кругових траєкторіях, приводить до збільшення тривалості перебування матеріалу в апараті, а отже - підвищення ефективності процесу розділення. Продукт, що сплив, розвантажується разом із суспензією переливом через зливний поріг у кільцевий жолоб 4 і направляється в цикл реґенерації суспензії.

Важкий продукт занурюється в нижню частину конуса і за допомогою стисненого повітря аероліфтом 5 вивантажується на дренажне сито 6, де відбувається відділення суспензії і повернення її в сепаратор.

Продуктивність конусного сепаратора визначається за питомим навантаженням і площею дзеркала суспензії:

, т/год, (7)

де - питоме навантаження (табл. 5), т/годМм²; - площа дзеркала суспензії, м²; - діаметр сепаратора, м.

Таблиця 5 - Норми питомих навантажень суспензійних сепараторів

Руди	Крупність живлення, мм	Питоме навантаження, т/годМм2
		по вихідному живленню	по легкому продукту
Чорних металів Кольор. і рідкісних металів: середньої збагачуваності трудної збагачуваності Флюоритові Алмазовмісні	5 - 40 5 - 40 5 - 40 3 - 20 1,6 - 25	35 - 50 13 - 20 5 - 10 2 - 3 7 - 9	9 - 12 9 - 12 4 - 7 4 - 5 6 - 8

Технічні характеристики конусних сепараторів наведені в табл. 6.

Таблиця 6 - Технічні характеристики конусних сепараторів

Параметр	СК - 3	СК - 3,6	СК - 6
Діаметр, мм: конуса аероліфта Стиснене повітря: тиск, МПа витрати, м3/хв Максимальна крупність живлення, мм Продуктивність, т/год Електродвигун привода мішалки: потужність, кВт частота обертання, хв-1 Габарити, мм довжина ширина висота Маса, т	3000 250 0,30 4,5 100 40 - 95 4,5 6,0 3960 3200 7450 5,1	3600 150 0,28 15,0 40 100 - 180 4,5 10,0 4175 3720 7740 7,1	6000 250 0,36 25,0 100 400 - 700 7,0 1,6 - 2,5 6640 6500 12070 27,1

Пірамідальні сепаратори (рис. 5) застосовуються в тих же випадках, що й конусні і відрізняються від них способом розвантаження продуктів розділення і способом підтримки стабільності суспензії.

Вихідний матеріал завантажується у ванну 1 пірамідальної форми. Суспензія в сепаратор подається чотирма патрубками 3, що розташовані попарно в верхній і нижній частинах ванни. Важкий продукт з сепаратора вивантажується зневоднюючим елеватором 6, швидкість руху ковшів якого, з одного боку, визначається виходом важкого продукту, а з іншого - не повинна порушити спокійний стан суспензії. Транспортування вздовж ванни і розвантаження легкого продукту виконується обертовими лопатями 4. Лопаті, крім того, занурюють грудки матеріалу у суспензію, що сприяє перечищенню матеріалу і підвищує ефективність процесу.

Барабанні сепаратори (елеваторний СБЕ і спіральний СБС) застосовуються для збагачення неметалічних корисних копалин, руд кольорових і чорних металів.

Сепаратор барабанний елеваторний (рис. 6 а) являє собою обертовий барабан 1, установлений на опорних катках 2. На внутрішній поверхні барабана закріплені перфоровані лопаті 3.



Вихідний матеріал разом із суспензією подається усередину барабана через отвір у передній торцевій стінці по жолобу 4. Барабан, заповнений суспензією, служить ванною для розділення матеріалу за густиною. Легкий продукт з потоком суспензії самопливом вивантажується в жолоб 5, а важкий - піднімається лопатями вгору і направляється в жолоб 6. Оскільки лопаті перфоровані, у жолоб 6 потрапляє лише незначна кількість суспензії.

Сепаратор барабанний спіральний (рис. 6 б) конструктивно від сепаратора з елеваторним розвантаженням відрізняється наявністю решітчастої двозахідної спіралі 7 на внутрішній поверхні барабана. При обертанні барабана спіраль переміщає важкий продукт до розвантажувального кінця, де він розвантажується із сепаратора лопатевим елеватором 8.

Продуктивність барабанних сепараторів так само, як і конусних визначається за питомим навантаженням на одиницю площі дзеркала суспензії:

, т/год, (3.8)

де - питоме навантаження (т/год*м²), площа дзеркала суспензії (м²), діаметр сепаратора (м).

Технічні характеристики барабанних сепараторів наведені в табл. 7.

Таблиця 7 - Технічні характеристики барабанних сепараторів

Параметр	Тип сепаратора
	спіральний	елеваторний
	СБС-1,8	СБС-2,5	СБС-3,0	СБЭ-1,8	СБЭ-2,5	СБЭ-3,0
Характеристика барабана: діаметр, мм довжина, мм частота обертання, хв-1 Максимальна крупність живлення, мм Продуктивність, т/год Потужність електродвигуна, кВт Габарити, мм: довжина ширина висота Маса, т	1800 3600 3; 4; 6 150 18 - 90 7 6570 2530 3140 14,7	2500 5000 3; 4; 6 150 32 - 160 10 7940 2530 4100 22,3	3000 6000 3; 4; 6 150 50 - 250 14 9050 4030 4620 29,1	1800 1800 3; 4; 6 150 18 - 90 7 3160 2420 3080 9,9	2500 2500 3; 4; 6 150 32 - 160 10 3970 3720 3910 16,6	3000 3000 3; 4; 6 150 50 - 250 14 4700 3620 4410 21,1

Барабанні сепаратори найбільш економічні в експлуатації, але внаслідок малої глибини зони осадження ефективність розділення в них нижче, ніж у колісних і конусних сепараторів, тому що легкий продукт засмічується важким.

Вібросуспензійні сепаратори (віброжолоби) застосовуються для збагачення залізних і золотовмісних руд крупністю 6 - 75 мм. Розрізняють прямотечійні і протитечійні вібросуспензійні сепаратори (рис. 7).

Вібросуспензійний сепаратор складається з жолоба 1 прямокутного перерізу, що установлений на пружинних опорах 2. Жолоб нахилений в бік розвантаження під кутом 2 - 3є і одержує коливання від ексцентрикового приводу. Суспензія і руда надходять в жолоб відповідно з конуса 3 і бункера 4. Як обважнювач звичайно використовують дрібний концентрат збагачуваного матеріалу з вмістом його в суспензії до 60 %. Під дією вібрацій суспензія розшаровується - в нижньому шарі густина її більша, в верхньому - менша.

У прямотечійному сепараторі (рис. 7 а) руда завантажується на поверхню суспензії на початку жолоба, розшаровується за густиною і продукти разом із суспензією рухаються до розвантажувального кінця жолоба. Продукти збагачення виводяться з жолоба окремо за допомогою розділової пластини 5 і направляються на грохот для зневоднення і відмивки обважнювача.

У протитечійному сепараторі (рис. 7 б) руда і суспензія завантажуються в середню частину жолоба. Після розшарування руди важкий продукт під дією вібрацій переміщується по днищу жолобу до верхнього його кінця (проти руху потоку суспензії). Легкий продукт розвантажується разом з потоком суспензії через зливний поріг на нижньому кінці жолоба.

Серійно вібросуспензійні сепаратори не випускаються.

Суспензійні циклони (рис. 8) застосовують для збагачення важкозбагачуваного вугілля крупністю 0,5 - 25 мм і перезбагачення промпродуктів, а також для збагачення руд у діапазоні крупності 0,3 - 6 мм. Верхня межа крупності вугілля, збагачуваного в циклонах, складає 40 мм, нижня - 0,2 мм.

Застосування важкосередовищних гідроциклонів обумовлено низькою ефективністю розділення дрібних класів у сепараторах, де швидкість падіння частинок у суспензії зменшується пропорційно їх крупності. Для того, щоб дрібні зерна встигли розділитися в важкосередовищному сепараторі, необхідно знижувати питоме навантаження. Дуже дрібні зерна з густиною, близькою до густини розділення, у статичних умовах розділити практично неможливо. Підвищення швидкості й ефективності розділення дрібних частинок у важких середовищах досягається заміною гравітаційного поля сил відцентровим, тобто застосуванням гідроциклонів.

Усі суспензійні циклони за системою подачі збагачуваного матеріалу розділяються на дві групи:

«напірні» гідроциклони, у які матеріал у суміші із суспензією подається під гідростатичним або динамічним напором, при цьому змішування здійснюється поза гідроциклоном;

«безнапірні» гідроциклони, у які збагачуваний матеріал і суспензія подаються окремо. Суспензія в гідроциклон надходить під гідростатичним або динамічним напором, а збагачуваний матеріал - самопливом.

Важкосередовищні гідроциклонні установки дозволяють виконувати розділення на два або три продукти. Принцип дії важкосередовищних гідроциклонів той же, що і класифікаційних (п. 4.4), але вони установлюються не вертикально, а з нахилом вісі 15 - 30є до горизонту.

У двопродуктовий важкосередовищний гідроциклон (рис.8 а) суміш вихідного матеріалу із суспензією під напором надходить по живильному патрубку 1, розташованому тангенціально до циліндричної завантажувальної камери 2. Створення в гідроциклоні поля густини робочої суспензії спричиняє розрозділення зерен матеріалу в радіальному напрямку залежно від їх густини. Легкі зерна, зважені у внутрішньому потоці, і важкі, зважені у зовнішньому, транспортуються в протилежних напрямках відповідно напрямків потоків, що приводить до розділення збагачуваного матеріалу. Легкий продукт з основною масою проясненої суспензії виводиться з гідроциклона через зливний патрубок 3 і видаляється через зливну камеру 4. Важкий продукт разом із згущеною суспензією вивантажується через нижню насадку 5 у приймальну камеру 6.

Трипродуктовий важкосередовищний гідроциклон (рис. 8 б) дозволяє в єдиному потоці суспензії розділити матеріал на три продукти. Він являє собою апарат, що складається з циліндричної і циліндроконічної секцій, з'єднаних між собою перехідним патрубком 7.

Суміш вихідного матеріалу із суспензією по тангенціальному патрубку надходить під напором у першу (циліндричну) секцію гідроциклона. Легкий продукт із потоком проясненої суспензії виводиться через зливний патрубок першої секції. Суміш важких фракцій з потоком згущеної суспензії надходить у другу секцію гідроциклона.



Таким чином, у другій секції розділення важких фракцій відбувається за більшою густиною. Важкий продукт видаляється через нижню насадку, промпродукт - через зливну насадку другої секції.

Обидві густини розділення регулюються зміною густини робочої суспензії, а також діаметрами зливних патрубків першої і другої секцій та нижнього насадка другої секції.

Безнапірні гідроциклони (рис. 9) призначені для збагачення вугілля крупністю 0,25 - 35 мм, але вони можуть бути застосовані й для збагачення руд.

Безнапірний гідроциклон являє собою циліндричну ємність 1 з двома тангенціальними 2 і 3 і двома осьовими 4 і 5 патрубками. Вісь циклона нахилена під кутом 15 - 45є до горизонту.

На відміну від розглянутих конструкцій вихідний матеріал і суспензія подаються в апарат окремо: 90 % суспензії вводиться через тангенціальний патрубок 2 біля нижнього кінця апарата, а 10 % разом з вихідним матеріалом через осьовий патрубок 4. Робочий тиск в циклоні складає 0,1 - 0,2 МПа (в напірних 0,4 - 0,6 МПа).Тангенціальне введення суспензії формує поле відцентрових сил, в якому і здійснюється розділення матеріалу за густиною.

Важкі частинки під дією відцентрових сил досягають внутрішніх стінок апарата і видаляються разом зі згущеною суспензією через тангенціальний патрубок 3. Легкі частинки залишаються в центрі апарата і видаляються разом з розрідженою суспензією через осьовий патрубок 5.

Перевагою безнапірних гідроциклонів є їх менший знос внаслідок меншого робочого тиску.

Вихрові гідроциклони (рис. 10) призначені для важкосередовищного збагачення руд крупністю до 40 мм.

Вихровий гідроциклон від звичайного відрізняється тим, що його циліндрична частина 2 розташована знизу, а конічна 3 - зверху. Суспензія разом з рудою подається по живильному патрубку 1 в циклон під тиском 0,4 - 0,7 МПа. Важкий продукт рухається по внутрішній стінці конічної частини циклона і розвантажується через піскову насадку 4 в приймальну камеру 5. Легкий продукт видаляється з циклона через зливний патрубок 7 і камеру 8. Особливістю вихрового гідроциклона являється наявність повітряної трубки 6, що розташована по осі гідроциклона збоку розвантаження важкого продукту. Таким чином здійснюється контакт внутрішнього повітряного стовпа гідроциклона з зовнішньою атмосферою, в результаті чого тиск в стовпі залишається постійним і рівним атмосферному (Р_атм = 0,1 МПа).

Розміщення піскової насадки у верхній частині дозволяє збільшити її діаметр в 1,5 - 2 рази, а отже збільшити крупність збагачуваного матеріалу.

Продуктивність кожного ступеня суспензійних циклонів по вихідному живленню визначається за формулою (17). Об'ємну продуктивність циклона можна визначити з урахуванням того, що співвідношення між живленням і суспензією за об'ємом складає (1 : 2) - (1 : 3), або за формулою (24). Технічні характеристики суспензійних циклонів наведені в табл. 8 і 9.

Таблиця 8 - Технічні характеристики двопродуктових циклонів

Параметр	Напірні	Безна- пірний	Вихрові
	ГТ 500	ГТ 630	ГТ 710	ГТБ 500	ГВ 350	ГВ 500
Діаметр, мм Кут конусності, град.: Розміри вхідного патрубка, мм: Діаметр, мм: зливного патрубка піскової насадки Тиск на вході, МПа Крупність живлення, мм Продуктивність: по вугіллю, т/год по суспензії, м3/год Габарити, мм: довжина ширина висота Маса, т	500 20 150х150 220 130-180 0,45 0,2 - 25 50 160 2530 930 2000 1,09	630 20 150х150 240 130 180 0,60 0,2 - 25 80 250 3170 940 2200 1,15	710 20 205х130 270; 320 130-180 0,65 0,2 - 25 100 300 3700 1200 3500 2,00	500 - 170* 200 130 0,10 0,5 - 35 50 200 2600 1000 2300 1,50	350 20 60х140 150-180 100-150 0,10 0,5-40 40** 150 1750 680 1400 0,76	500 20 110х240 210-250 150-210 0,10 0,5-60 90** 360 2600 930 2150 1,10

* Діаметр вхідного патрубка.

**Продуктивність вихрових гідроциклонів по залізної руді.

Таблиця 9 - Технічні характеристики трипродуктових циклонів

Параметр	Напірні	Безнапірний
	ГТ 630/500	ГТ 710/500	ГТБ 400/350
Діаметр, мм 1-й секції / 2-й секції Кут конусності, град.: 1-й секції / 2-й секції Розміри, мм: вхідного патрубка перехідного патрубка Діаметр патрубків, мм: зливного 1-й секції зливного 2-й секції нижньої насадки Тиск живлення на вході, МПа Крупність живлення, мм Продуктивність: по вугіллю, т/год по суспензії, м3/год Габарити, мм: довжина ширина висота Маса, т	630 / 500 - / 20 150х150 150х150 240 200; 220 110; 130; 150 0,60 0,2 - 25 80 250 3580 1580 3620 2,05	710 / 500 - / 20 205х130 150х150 270; 320 220; 240 110; 120; 130 0,65 0,2 - 25 100 300 4800 1800 4000 3,10	400 / 350 - / - 140 140 180 150 100 0,10 0,5 - 35 60 200 2850 1250 2800 1,80

5. ПРИГОТУВАННЯ І РЕҐЕНЕРАЦІЯ СУСПЕНЗІЇ

Приготування суспензії виконується за допомогою комплексу КАПТС (комплекс автоматичного приготування і транспортування суспензії). Комплекс КАПТС (рис. 6.11) звичайно розміщується на магнетитовому складі і дозволяє приготувати магнетитові суспензії густиною до 2100 кг/м³, подавати її на висоту до 25 м при продуктивності 1,5 м³/год. Друга модифікація комплексу - КАПТ-2С призначена для приготування суспензії із двокомпонентного обважнювача: феросиліцію і магнетиту з густиною до 2900 кг/м³.

Магнетит зі складу 1 грейферним краном 2 подається на вібраційний грохот 3 для відділення крупних випадкових речовин. Підрешітний продукт грохота надходить у бункер 4 циліндричної форми, який має добовий запас ємності. З бункера обважнювач визначеної крупності (92 - 96 % класу - 0,074 мм) вібраційним живильником 5 дозується і подається в агрегат 6 приготування суспензії, куди також подаються вода і стиснене повітря.

При закритому шибері 7 вода і магнетит переміщуються стисненим повітрям (приготування суспензії), при відкритому шибері 7 готова суспензія стисненим повітрям транспортується по трубопроводу 8 у бак кондиційної суспензії 9.

Комплекс КАПТС може використовуватися в двох режимах роботи - автоматичному і дистанційному. Більш раціональний перший режим, при якому завантаження апарата водою і обважнювачем, контроль рівня води, обважнювача і суспензії, приготування суспензії і її транспортування, а також світлова сигналізація здійснюються автоматично.

Робоча (кондиційна) суспензія за своїми властивостями (густина, в'язкість, стійкість) відповідає вимогам процесу важкосередовищної сепарації. Але при відмивці обважнювача утворюється значний об'єм некондиційної (розрідженої) суспензії, яка цим вимогам не відповідає. Некондиційну суспензію направляють на реґенерацію.

Реґенерація некондиційної суспензії в процесі важкосередовищного збагачення призначена для відновлення густини робочого середовища, розведеного при відмиванні магнетиту від продуктів збагачення, можливо більш повного вилучення магнетиту з промивних вод, а також для очищення суспензії від шламу, що потрапляє в неї з вихідним вугіллям. Найбільш поширеним способом реґенерації магнетитової (феросиліцієвої) суспензії є магнітна сепарація, заснована на використанні розходження в магнітних властивостях магнетиту (феросиліцію) і вугільного (рудного) шламу.

При збагаченні вугілля залежно від крупності живлення і прийнятої технології переробки можуть бути застосовані одностадійна, двостадійна, комбінована і роздільна схеми реґенерації суспензії.

Одностадійна схема реґенерації суспензії (рис. 12) застосовується при важкосередовищному збагаченні крупного вугілля, якщо він має невисокий вміст шламу (не більше 2 %) і не містить глинистої породи, яка розмокає в суспензії. Вміст твердої фази в суспензії, що реґенерується, не повинен перевищувати 300 кг/м³, у тому числі шламів не більше 150 кг/м³.

У двостадійній схемі реґенерації суспензії (рис. 13) немагнітний продукт і частину зливу першої стадії направляють у другу стадію реґенерації. Звичайно на два-три сепаратора першої стадії встановлюють один сепаратор другої стадії.

Двостадійну схему реґенерації суспензії застосовують при важкосередовищному збагаченні дрібного вугілля. Ця схема може бути також використана при збагаченні крупного вугілля, який містить глинисту породу і шлами (більше 2 %), при цьому вміст твердої фази у суспензії, що надходить на реґенерацію, перевищує 300 кг/м³, у тому числі шламів більше 150 кг/м³.

За комбінованою схемою реґенерації суспензії (рис. 14) некондиційна суспензія подається в обидва сепаратори, встановлені послідовно. Крім того, у другу стадію надходить також немагнітний продукт першої стадії. Комбінована схема реґенерації суспензії застосовується в тих же випадках, що і пряма двостадійна. Однак при збагаченні дрібного вугілля більш прийнятна двостадійна схема реґенерації, а при збагаченні крупного вугілля за високою густиною розділення у випадку вмісту в некондиційній суспензії понад 150 кг/м³ шламу віддають перевагу комбінованій схемі реґенерації.

Схема роздільної реґенерації (рис. 15) передбачає подачу отриманої після відмивання обважнювача на грохотах некондиційної суспензії в окремі магнітні сепаратори. Немагнітний продукт і зливи магнітних сепараторів класифікують по граничному зерну 0,2 мм в окремих класифікаційних гідроциклонах. Зернисті згущені продукти додають до відповідних продуктів флотації і зневоднюють разом з ними.

Зернисті згущені продукти додають до відповідних продуктів флотації і зневоднюють разом з ними. Злив гідроциклонів або направляється на споліскування відповідних продуктів збагачення, або об'єднується і направляється на флотацію.

Класифікація в гідроциклонах за граничною крупністю 0,2 мм дозволяє зменшити нижню межу крупності збагачуваного вугілля з 0,5 до 0,2 мм, запобігти втрати грубозернистого шламу, а також зменшити обсяг матеріалу, що надходить на флотацію.

Схема роздільної реґенерації суспензії застосовується тільки при важкосередовищному збагаченні дрібного кам'яного вугілля і антрацитів у гідроциклонах. При роздільній реґенерації суспензії допускається підвищений вміст шламу крупністю 0 - 0,5 мм у збагачуваному матеріалі до 10 % (замість звичайних 3 - 5 %).

Схема повної реґенерації суспензії застосовується при збагаченні крупного вугілля без знешламлювання. Обов'язкова умова при цьому - автоматичне регулювання густини суспензії. Схема повної реґенерації суспензії може бути одностадійною, двостадійною або комбінованою.

6. ТЕХНОЛОГІЯ ЗБАГАЧЕННЯ У ВАЖКИХ СУСПЕНЗІЯХ

Технологічна ефективність збагачення у важких суспензіях залежить як від властивостей збагачуваного матеріалу і суспензії, так і від конструктивних особливостей застосованих важкосередовищних апаратів. Основні фактори, що впливають на результати важкосередовищного збагачення такі.

Підготовка матеріалу до збагачення складається з операцій, що забезпечують верхню межу крупності для даного апарата, а також максимальне відділення шламу (дроблення, грохочення, знешламлення). Дрібні зерна в машинному класі є найбільш ймовірним джерелом забруднення продуктів збагачення, а шлам, крім того, погіршує реологічні властивості суспензії.

Гранулометричний склад збагачуваного матеріалу характеризується верхньою і нижньою межами крупності. При збагаченні крупного машинного класу верхня межа крупності, як правило, не перевищує 200 мм, але в окремих випадках при збагаченні вугілля допускається підвищення верхньої межі крупності до 300 мм. Вміст шламів у крупному машинному класі повинен бути не більше 1,5 %. При збагаченні дрібного машинного класу верхню межу крупності приймають 13 або 25 мм, в окремих випадках допускається 40 мм. Ефективність збагачення (точність розділення) зі зменшенням крупності матеріалу знижується.

Фракційний склад збагачуваного матеріалу визначає збагачуваність матеріалу. Фракційний склад матеріалу на точність розділення не впливає, але від нього залежить якість продуктів збагачення. Якщо вміст важких фракцій в легкому продукті перевищує встановлені норми, густину суспензії знижують. При наявності легких фракцій в важкому продукті густину суспензії підвищують.

Навантаження на сепаратор за вихідним матеріалом повинно бути рівномірним. При зниженні крупності вихідного матеріалу навантаження на сепаратор належить зменшити. Але при нормальних умовах роботи (коли сепаратор не перевантажений) навантаження за вихідним матеріалом не впливає на ефективність важкосередовищного збагачення.

Гранулометричний склад обважнювача залежить від типу застосованого важкосередовищного апарата. Суспензії з необхідними реологічними властивостями (густина, в'язкість, стійкість) одержують з використанням обважнювачів (магнетит, феросиліцій), які містять 92 - 96 % класу - 0,074 мм.

Витрати суспензії при збагаченні крупного машинного класу у важкосередовищних сепараторах складають 0,8 - 1 м³/т, при збагаченні дрібного машинного класу у важкосередовищних циклонах - в 3 - 4 рази більше.

Витрати води на відмивку обважнювача залежать від крупності збагачуваного матеріалу, вмісту шламів і густини суспензії. При відмивці обважнювача від крупних продуктів витрати води складають 0,7 - 1,1 м³/т, при відмивці обважнювача від дрібних продуктів витрати води складають 1,7 - 2,5 м³/т. Втрати обважнювача при збагаченні крупного класу складають 0,5 - 0,9 кг/т, при збагаченні дрібного класу - 1,0 - 1,7 кг/т.

Діаметр насадок і тиск на вході при збагаченні в важкосередовищних циклонах пропорційно впливає на продуктивність апарата. Тобто, збільшення цих параметрів сприяє збільшенню продуктивності циклона і навпаки.

Важкосередовищна сепарація застосовується як один з основних способів збагачення вугілля. В практиці збагачення інших корисних копалин вона частіше використовується для попереднього відділення породних мінералів перед основними процесами збагачення. В таких випадках важкосередовищна сепарація особливо важливе значення має при переробці руд сульфідних і окиснених металів, а також для вилучення алмазів