Гравитациялық байыту орталарының реологиялық қасиеттері

Пайдалы қазбаларды гравитациялық байытуда орта ретінде: су, ауа, ауыр сұйықтықтар, суспензиялар, сұйық электролит қолданылады.

Орталар келесі реологиялық параметрлермен сипатталады: тығыздықпен, тұтқырлықпен, қозғалудың шектік кедергісімен, тұрақтылықпен және басқалармен.

Ортаның аталынған қасиеттері бөлінетін бөлшектердің қозғалу жылдамдығына, бөліну тиімділігіне әсерін тигізеді және олар байыту аппараттардың технологиялық есептеулерінде қолданылады.

Ортаның массасымен m оның алып жатқан көлемі V арасындағы қатынасты – ортаның тығыздығы дейді:

(5)

мұнда -ортаның тығыздығы, кг/м³

Егерде ортаның салмағын G көлеміне бөлсек меншікті салмағы шығады:

, (6)

мұнда - меншікті салмақ, кг/м³.

Ортаның салмағымен және оның массасы арасында белгілі қатынасты пайдаланып келесі теңдеуді жазуға болады:

, (7)

мұнда - бос құлаудың үдеуі.

Теңдеудің (7) сол жағымен оңжағын V бөлсек, онда үлесті салмақпен тығыздық арасындағы тәуелділікті аламыз:

. (8)

Атмосфералық қысым 1,01∙10⁵Па, ал температура 20⁰С көрсеткіштерінде судың тығыздығы 1000кг/м³ тең болады. Ауаның тығыздығы- 1,23кг/м³.

Пайдалы қазбалардың байытылуын зерттеуде қолданылатын ауыр сұйықтардың сипаттамалары 8-кестеде келтірілген.

8-кесте. Ауыр сұйықтардың сипаттамалары

Келтірілген сұйықтардың ішінде неғұрлым көп тарағаны: хлорлы мырыш, хлорлы кальций, бромоформ, Туле сұйығы және Клеричи сұйығы, олар суда жақсы ериді. Олардың негізінде әртүрлі тығыздықтағы ерітінділерді дайындауға болады, олармен фракциялық талдау және байыту процестерін жүргізуге болады.

Ерітушідегі ауыр сұйықтың көлемдік үлесіне қарай аралық тығыздықтағы ерітінділерді алуға болады. Мысалы, бромоформның спиртпен үйдегі температурада араластырса, онда келесі ерітінділерді алуға болады:

бромоформның көлемдік үлесі, % -----------------100 75 50 25

ерітіндінің тығыздығы, % ---------------------------2890 2430 1860 1320

Туле сұйықтығын сумен араластыру арқылы аралық тығыздықтары 1500 ден 3100 кг/м³-дейінгі ерітінділерді алуға болады:

Туле сұйықтығының көлемдік үлесі, % -----------100 75 50 25

ерітіндінің тығыздығы, % ---------------------------3170 2700 2100 1560

Байыту процесінің тиімді және өнімді жүруі ауыр суспензияның қасиеттері тікелей байланысты. Оларға жататындар: тығыздық, тұтқырлық және тұрақтылық. Бұлардың ішіндегі ең маңызды қасиет, әрине, тығыздық.

Суспензияның тығыздығы қандай бөлу керектегі байытылатын кеннің қасиеттерімен және оларға қойылатын мақсатпен байланысты. Ол алдын ала ғылыми-зерттеу жүргізу нәтижесінде анықталады. Сонымен қатар суспензойд (яғни ауырлатқыш) ретінде қолданылатын минерал (зат) таңдалынады. Осыдан кейін су ішінде белгілі көлемді суспензия жасау үшін қанша суспензойд қосу керектігі төмендегі формуламен есептелінеді:

, (9)

мұнда -қосылатын суспензойдтың массасы, кг;

-суспензия көлемі, м³;

V_т- көлемі бойынша ауырлатқыштың суспензиядағы үлесі, бірлік өлшем

- суспензиядағы ауырлатқыштың тығыздығы, кг/м³;

=1000кг/м³- судың тығыздығы.

Тұтқырлық. Сұйықтардың қозғалысында, оның бір қабаты екінші қабатымен салыстырғанда орын ауыстырады, онда ішкі үйкеліс күші пайда болады, олар қабаттар бетіне жүргізілген жанама бойынша бағытталады да, шамасы сұйық ағысының жылдамдығы бір қабаттан екінші қабатқа көшкенде қаншалықты шапшаң өзгеретіндігіне, сұйық қабаты бетінің ауданына тәуелді болады. Сондықтан осындай сұйықтардың бір қабаты екінші қабатына қозғалыс кезінде кедергі келтіруін тұтқырлық дейді.

Ішкі үйкелісі байқалатын орталарды, тұтқырлы орта деп атайды. Тұтқырлық орталардағы ішкі үйкеліс күші негізінде жанама кернеулер пайда болады; олар ішкі үйкеліс күшін, жанасқан қабаттардың ауданына бөлумен анықталынады:

, (10)

мұнда - ішкі үйкеліс күші;

S- жанасқан қабаттардың ауданы;

- тұтқырлық коэффициенті (ішкі үйкеліс коэффициенті немесе динамикалық);

жылдамдық градиенті;

- көршілес жанасқан элементарлық қабаттар жылдамдықтарының айырылымы;

- көршілес элементарлық қабаттардың өзара қашықтығы.

Жүйедегі тұтқырлық коэффициентінің бірлігі 1Па∙с=1Н∙с/м², немесе пуаз,дин∙с/см². Гидравликалық есептеулерде (тұтқырлықтың) жиі кинематикалық коэффициенті υ пайдаланады:

υ=μ/Δ, м²/с, (11)

мұнда μ- тұтқырлықтың динамикалық коэффициенті;

Δ- ортаның тығыздығы.

Коэффициенттің кинематикалық деп аталғаны, ондағы өлшемдер тек қана кинематикалық элементтерден тұрады: ұзындық және уақыт. Табиғатта Ньютон заңына бағынатын орталардың қатарынан басқа орталар бар, әсіресе екіфазды жүйелер (суспензиялар), коллоидтық ерітінділер, эмульсиялар, олар жылдамдықтар айырмашылығы жоқ болсада тіркесуін сақтайды. Бұндай орталар, құрылымданбаған ньютондықтарға қарағанда, құрылымданған деп аталады.

9-кесте. Тұтқырлықтың кейбір ортадағы динамикалық коэффициенті

Бұндай орталардағы жанама кернеу Шведов-Бингамдар ұсынған аса күрделі формуламен көрсетіледі:

, (12)

мұнда - қозғалудың шектік кернеуі, немесе жүйені орнынан қозғалтуға қажетті

күш (ортаның қозғалу бастамасы);

- құрылымданған тұтқырлық коэффициенті, П.

1-сурет. Ньютон және Шведов-Бингам заңдарының графикалық көрінісі

Құрылымданбаған орталарда , онда және (12) теңдеу (10) теңдеуге өрнектеледі. Реалды жағдайда жоғары шекте өзгереді. Мысал ретінде, сазды ерітінділерді алсақ, олар құрылымданған тұтқырлықты орталарға жатады және олардың қозғалу мөлшері 3-4Н/м² (30-40дин/см²) шектікте өзгереді. Ал, 0,5% желатинның судағы ерітіндісінде = 0,05Н/м² (0,535 дин/см²), эмульсиялық мұнайларда = 0,8-1,3Н/м² (8,7-13,0 дин/см²). Мұндай шама есептеуде ескерілмейді. Ортаның реологиялық зерттеулері өндірістердің гомогенді және гетерогенді құрамды орталарға сұранысының өсуіне байланысты жүргізіледі. Тұтқырлы сазды суспензиялардың, битумдардың және басқада тұтқырлы созылымды заттардың қасиеттерін жан-жақты зерттеген- М.П. Воларович болады. Зерттеулермен анықталғаны, көрсетілген реологиялық параметрлердің (тұтқырлық және шекті қозғалу кернеуі) ішінде әртүрлі дисперстік жүйелерге негізгі роль атқаратыны текқана біреуі. Жоғары тұтқырлы заттарда (мысалы, тығыздығы 10² Па∙с астам битумдарда) негізгі параметр боп саналатын- тұтқырлық, ал тұтқырлығы шамалы сулы суспензияларда – шекті қозғалу кернеуі.

Тәжірибелер негізінде анықталғаны, ол құрылымданған суспензияларға қарасты шекті қозғалу кернеуі және құрылымды тұтқырлық коэффициенті төмендегілерге тәуелді болады:

ауырлатқыштың үлесті бетіне және көлемдік концентрациясына (олардың көбеюінде және көбейеді);

ауырлатқыштың химиялық табиғатына және түйіршіктердің пішініне;

пульпадағы актив бетті заттардың барлығына (оларда айтарлықтай жоғарлайды, ал шамалы);

пульпадағы реагент – пептизаторлардың барлығына (оларда - төмендейді, ал -тың төмендеуі шамалы).

Байыту тәжірибесінде құрылымданған суспензиялар екі түрге бөлінеді:

шамалы құрылымданған, < 30Н/м²;

толық құрылымдалынған, > 30Н/м².

Ауырлатқышты таңдау кезінде оның гранулометриялық құрамы суспензияның оңтайлы тұтқырлығын қамтамасыз етуі қажет, ол үшін көлемдік концентрациясы 40 %-дан аспауы керек.

Тұрақтылық- суспензияның тұрақтылығы деп оның бүкіл көлемінің барлық жерінде процесс кезінде бірдей тығыздықтың сақталуын айтады. Ол ауырлатқыш түйіршіктерінің ірілігіне, оның суспензия ішіндегі үлесіне және қозғалу режиміне байланысты. Құрылымданбаған суспензиялар тұрақсыздарға жатады. Құрылымдану суспензияның тұрақтылығын үлкейтуге әсерін тигізеді.

Суспензияның тұрақтылығын өсіру үшін оған топырақ, ұсақ түйіршікті ауырлатқыштар қосылады. Егерде пульпа құрамында кен шламдарының үлесі неғұрлым жоғары болса, соғұрлым суспензияның тұрақтылығы өседі. Берілген қосылыстар суспензияның құрылымдануын күрт жоғарлатып жібереді. Сондықтан пептизаторлар (сұйық шыны, сульфидті шелок, алюминаттар) қолданылады, олардың суспензиядағы үлесі, ауырлатқыштың массасына шаққанда, 0,001-0,5%-дан аспауы керек.

Әдебиет: 1-нег. [5-27]

Бақылау сұрақтары:

1. Гравитациялық байыту әдістерінде минералдық түйіршіктердің (кесектердің) бөлінуі неге негізделген?

2. Гравитациялық байыту әдістерінде қандай орталар қолданылады?

3. Ортаның реологиялық қасиеттерін атаңыз?

4. Ауыр сұйықтардың қасиеттері?

5. Фракциялық талдаудың методикасы?

2-Дәріс. Гидравликалық сұрыптау (классификация)

Гидравликалық сұрыптау – кенді немесе минерал түйіршіктерінің аралас қоспасын суда шөгу жылдамдықтарының негізінде ірілік кластарға бөлу болып табылады. Егерде бөліну орта ретінде ауа қолданылатын болса, онда сұрыптауды пневматикалық немесе ауамен сұрыптау деп атайды.

Сұрыптау негізінен заттарды ірілік бойынша бөлуге қолданылады. Бұл процесс тығыздығы және пішіндері біркелкі қоспаларды бөлуде қолданылуы мүмкін. Егерде қоспа құрамындағы компоненттердің тығыздықтар бойынша айырмашылығы айтарлықтай жоғары болса немесе олардың түйіршіктер пішіндері бір-біріне қарағанда өте әртүрлі болса, онда қоспаны сұрыптау кезінде гравитациялық байыту процесіде бірге атқарылуы мүмкін.

Гидравликалық сұрыптауда зат екі немесе бірнеше ірілік кластарға бөлінеді. Заттың- ірілік кластарға бөлінуі, ондағы түйіршіктердің ортада бірдей шөгуіне негізделген, яғни гидравликалық сұрыптау нәтижесінде алынған әр кластың құрамында, бірдей жылдамдықпен шөгетін жеңіл минералдардың ірі түйіршіктері және ауыр минералдардың майда түйіршіктері бар. Гидравликалық сұрыптаудың елеу (грохочение) процесінен айырмашылығын осымен түсіндіруге болады.

Байыту фабрикаларында сұрыптау процесі кеңінен тараған. Ол негізінде мынадай мақсаттармен қолданылады:

1) ұнтақтау схемаларында көмекші процесс ретінде диірменнен шыққан заттан ұнтақтығы жеткен бөлегін құмды бөлектен бөліп алуға;

2) бірдей шөгу принципіне байланысты сұрыптау дайындау процесі ретінде кенді жинағыш столдарда байыту алдында жүргізіледі;

3) пульпадан судың негізгі бөлегін, не керісінше, қатты заттың негізгі бөлегін бөліп алу үшін, демек сусыздандыру процесі ретінде жүргізіледі.

Гидравликалық сұрыптау жеке операция ретінде темір, жез, алтын, вольфрам, қалайы т.б. құрамында сазды және лайлы түйіршіктер бар кендерді байыту алдында жуып, тазарту үшін қолданылады.

Гидравликалық сұрыптау процесі түйіршіктердің диаметрі 5-4мм-ден аспағанда ғана тиімді қолданылады. Іс жүзінде сұрыптау процесінде қолданылатын аппараттың конструкциясына байланысты су әртүрлі бағыттарда қозғалады. Соған сәйкес, сол бағыттарда ағу жылдамдықтары пайда болады. Егер су бір аппараттарда екі бағытта қозғалса түйіршікке сол екі бағытта туатын жылдамдыққа тең әсерлі жылдамдық әрекетін тигізеді. Ақырында түйіршіктің құмға түсуі не ағызындыға кетуі тең әсерлі жылдамдықпен оның шөгу жылдамдығының арасына тәуелді. Шөгу жылдамдық басым болса түйіршік құмға түседі де, ал судың ағызу жылдамдығы басым болса ол ағызындыға кетеді. Демек түйіршіктердің сұрыптау процесінде белгілі ірілік класына түсуі сол процестегі судың мол не аздығына байланысты.

Кейбір классификаторларда процестің тиімділігін арттыру үшін, атап айтсақ, ұсақ түйіршіктердің шөгуін жылдамдату үшін қосымша ортадан тепкіш күш тудырылады. Ол үшін арнаулы әдіспен пульпа айналмалы қозғалысқа келтіріледі (гидроциклондарда).

Сұрыптауда түйіршіктер елеу процесіндегідей әртүрлі кластарға дәл бөлінбейді. Ұсақ класқа кетуге тиіс түйіршіктердің біразы ірі класта, ал ірі түйіршіктердің біразы ұсақ кластарға түседі. Тек камералы гидроклассификаторларда ғана процесс дәл жүргізіледі.

Түйіршіктердің ірілік кластарға бөлінуінің дәлдік дәрежесіне көп әсер ететін жай- пульпаның тығыздығы. Неғұрлым пульпаның бірліккөлемінде түйіршіктер саны аз болса, яғни бос шөгу жағдайы артса, соғұрлым сұрыптаудың дәлдік дәрежесі өседі. Бірақ көпшілік жағдайда пульпа тығыздығы сұрыптау мақсатымен емес байыту технологияларының қажетіне байланысты реттеледі.