Сепарация в тяжелых средах

6.2.1. Технология сепарации в суспензиях

В промышленных условиях в качестве тяжелых сред используют суспензии. Их особенностью является нестабильность, связанная с осаждением частиц утяжелителя. Это приводит к неравномерному распределению его концентрации в объеме суспензии и, соответственно, к изменению плотности суспензии.

Стабилизацию суспензии можно осуществить за счет:

ü уменьшения крупности частиц утяжелителя;

ü снижения времени пребывания суспензии в рабочем объеме сепаратора;

ü создания восходящих потоков суспензии;

ü изменения поверхностных свойств частиц утяжелителя за счет применения реагентов;

ü изменения реологических свойств дисперсионной среды, например, путем увеличения ее вязкости при использовании глинистых растворов.

Суспензия при ее длительном использовании насыщается тонкодисперсными шламами, содержащимися в исходном для сепарации продукте (первичные шламы), и образующимися при истирании и размокании обогащаемого материала в процессе сепарации (вторичные шламы). Такое насыщение приводит к увеличению вязкости суспензии за счет увеличения объемной концентрации твердой фазы, и изменения ее дисперсности. Для восстановления реологических свойств суспензий применяют регенерацию утяжелителя. Ее сущность состоит в извлечении из насыщенной шламами суспензии утяжелителя и возвращения его в приготовления кондиционной суспензии. Для извлечения утяжелителя, в зависимости от его свойств, используют наиболее рациональный процесс сепарации, например, гидравлическую классификацию, магнитную сепарацию, флотацию. В случае использования магнетита или ферросилиция для регенерации применяют магнитную сепарацию.

Рис. 6.6. Принципиальная схема обогащения полезных ископаемых в тяжелых суспензиях.

После извлечения утяжелителя насыщенная шламами вода направляется на обработку в отдельный цикл. Количество шламов, выводимых с этой водой должно быть больше или равно суммарному количеству первичных и вторичных шламов, поступающих в суспензию. При соблюдении этого условия накопления шламов в суспензии не происходит, и рабочая суспензия будет сохранять свои реологические свойства.

На регенерацию направляют всю некондиционную суспензию, образовавшуюся при отмывке утяжелителя с поверхности кусков продуктов сепарации, а также часть кондиционной суспензии для выполнения условия не накопления шламов, сформулированного выше.

В процессе сепарации требуется поддержание необходимых свойств рабочей суспензии и сохранение утяжелителя. Поэтому технология обогащения в тяжелых суспензиях должна включать: подготовку исходного материала по крупности и его дешламацию, которая осуществляется при мокром грохочении, отделение суспензии от легкого продукта, отмывку утяжелителя от продуктов сепарации, регенерацию некондиционной и части кондиционной суспензии (рис.6.6).

6.2.1. Сепараторы для обогащения в суспензиях и их классификация

Обогащение в тяжелых суспензиях средне- и крупнокускового материала производят в сепараторах, принцип работы которых основан на всплывании кусков, плотность которых меньше плотности суспензии. Обогащение мелкозернистого материала осуществляется в центробежных сепараторах (гидроциклонах).

Сепараторы для обогащения в тяжелых средах должны обеспечивать подачу исходного материала, разгрузку продуктов сепарации, подвод рабочей суспензии. Собственно сепарация осуществляется в рабочем пространстве, представляющем собой ванну у сепараторов со статическими условиями сепарации, либо вращающийся барабан у сепараторов с динамическими условиями сепарации. В качестве примера рассмотрим принцип действия сепаратора со статическими условиями сепарации и с разгрузкой тяжелой фракции с помощью элеваторного колеса (рис.6.7).

Рис. 6.7. Принципиальная схема сепаратора для обогащения в тяжелых средах

В рабочий объем сепаратора, ограниченный его ванной поступает тяжелая суспензия заданной плотности. Ее подача осуществляется снизу (примерно 2/3 общего расхода) для создания восходящего потока для поддержания равномерной концентрации утяжелителя. Примерно 1/3 суспензии подается в верхнюю часть ванны со стороны подачи исходного продукта. Это необходимо для поддержания необходимой горизонтальной скорости течения суспензии в сторону сливного порога.

Исходный продукт по наклонному щиту равномерно вводится в суспензию. Куски с плотностью, большей плотности суспензии, тонут и попадают в ковши элеваторного колеса, образованные перфорированными перегородками. При вращении колеса они поднимаются выше уровня суспензии. Захваченная суспензия стекает в ванну, а отделенный от нее тяжелый продукт выгружается при дальнейшем вращении колеса.

Куски, плотностью, меньшей плотности суспензии, остаются в ее верхних слоях, а оказавшиеся при загрузке на определенной глубине – всплывают, формируя легкий продукт. Суспензия, подаваемая в сепаратор, вытекает из него через сливной порог, вынося легкий продукт за пределы сепаратора. Для облегчения преодоления сливного порога крупными кусками сепаратор имеет механическое гребковое устройство.

Классификация тяжелосредных сепараторов приведена в табл. 6.2, а их схемы на рис. 6.8.

В целом технологическая эффективность сепараторов убывает для аппаратов, представленных схемами от а к е и от ж к н, а эксплуатационные расходы возрастают соответственно в том же порядке. Для сепараторов, представленных схемами г, з-л эти показатели примерно одинаковы.

В сепараторах с малой удельной производительностью благодаря значительному объему ванны плотность суспензии является более стабильной, но труднее поддается регулировке по сравнению с сепараторами со средней и большой удельной производительностью.

Таблица 6.2

Классификация тяжелосредных сепараторов

Разгрузка легкой фракции осуществляется. Как правило, переливом суспензии через сливной порог сепаратора.

Тяжелая фракция разгружается при помощи аэролифта, сифоном или различными механическими приспособлениями (ковшовыми или колесными элеваторами, шнеком).

По режиму сепарации сепараторы подразделяются на прямоточные (разгрузка продуктов осуществляется в одном направлении) и противоточные (разгрузка продуктов осуществляется в противоположных направлениях). Прямоточные сепараторы позволяют найти наиболее экономичные конструктивно-компоновочные решения при делении обогащаемого полезного ископаемого на два продукта. При делении на три продукта применение противоточных сепараторов является более предпочтительным.

Сепарационная характеристика в практике обогащения полезных ископаемых описывается с помощью интеграла вероятности Гаусса. Т.е. при следующем значении

.

Среднее вероятное отклонение является функцией крупности частиц и плотности разделения, поскольку она примерно равна плотности суспензии и с ее возрастанием увеличивается вязкость суспензии, что приводит к увеличению .

а) б) в) г)

д) е) ж) з)

и) к) л)

м) н)

Рис. 6.8. Схемы сепараторов для обогащения в тяжелых суспензиях: И – исходный продукт; Л – легкий продукт; Т – тяжелый продукт. Разгрузка тяжелой фракции: а, б – аэролифтная; в – гидротранспортная; г-е, з-к, м, н – элеваторным колесом; ж – ковшовым элеватором; л – шнеком.

По результатам практических данных по обогащению каменных углей установлена следующая зависимость:

,

где х – крупность обогащаемого материала, мм.