Свойства тяжелых суспензий

В качестве промышленной тяжелой среды используются тяжелые суспензии, т.е. взвесь мелких удельно-тяжелых частиц (утяжелителя) в среде. Средой обычно является H₂O, редко воздух. Гидравлические суспензии называют просто суспензиями; воздушные суспензии – аэросуспензиями. Как уже говорилось ранее, все жидкости вообще и тяжелые суспензии в частности можно разделить на несколько реологических типов в зависимости от их поведения при действии касательных напряжений сдвига.

Суспензии, применяемые в практике обогащения, делятся на две основные группы: бесструктурные (по реологическим свойствам приближаются к ньютоновским жидкостям), структурные (приближаются к вязкопластичным системам).

Вязкость бесструктурной суспензии зависит от количества утяжелителя. Наиболее распространенной формулой для определения вязкости суспензии является формула Ванда

m_с = m(1 + 2,5l + 7,349l + 16,2l + …),

где m_с, m – динамический коэффициент вязкости соответственно для суспензии и воды (дисперсионной среды); l – объемная концентрация твердой фазы, доли единицы.

Структура в суспензии образуется при различной объемной концентрации утяжелителя в зависимости от удельной поверхности (а следовательно, крупности) утяжелителя. Чем мельче утяжелитель (больше его удельная поверхность) – тем при меньшей объемной концентрации образуется структура. При небольшой объемной концентрации твердого суспензии являются бесструктурными системами и подчиняются закону, выраженному формулой (7).

Динамическое напряжение сдвига t₀ и коэффициент структурной вязкости h зависят от удельной поверхности и объемной концентрации утяжелителя (с их увеличением t₀ и h возрастают); химической природы и формы частиц утяжелителя (чем более округлая форма, тем t₀ и h меньше); наличия поверхностно-активных веществ, например флотационных реагентов-собирателей (в их присутствии существенно повышается t₀ и незначительно h); наличия специальных реагентов – пептизаторов, значительно снижающих t₀ и незначительно h.

С технологической точки зрения структурные суспензии, применяемые в практике обогащения, могут быть разделены на три типа: слабоструктурные (t₀ < 3 Па); структурные (3 < t₀ < 8 Па); сильноструктурные (t₀> 8 Па). Эффективность обогащения в суспензии значительно зависит от ее вязкости. При росте вязкости суспензии эффективность обогащения падает, при значительном увеличении вязкости обогащение становится невозможным. Как видно из рис.14, при t₀ > 8 Па эффективность обогащения резко падает.

Максимальная плотность суспензии определяется максимально возможным объемным содержанием утя­желителя (и, конечно, его природой). Обычно для измельченного утяжелителя (для частиц неправильной формы) объемное содержание твердого может составлять до 36 %, для гранулированного – 42-45 %. Дальнейшее увеличение объемной концентрации утяжелителя ведет к резкому повышению напряжения сдвига суспензии и, как следствие, к нарушению эффективности разделения. Объемная концентрация утяжелителя, при которой начинается резкий рост напряжения сдвига, называется критической. Ее значение зависит и от крупности утяжелителя – чем он крупнее, тем эта величина больше (рис.15).