» » Обогащение в тяжелых суспензиях
15.05.2015

Если разность между уд. весом куска руды δ и уд. весом среды Δменьше нуля (δ—Δ≤0), то скорость падения будет отрицательной, т. е. тело будет всплывать и может быть отделено от другого, для которого δ—Δ≥0 и которое будет в данной среде тонуть. Такое разделение возможно в тяжелой жидкости, уд. вес которой больше уд. веса одних кусков и меньше других, например в растворе хлористого кальция с уд. весом 1,4 (процесс Лессинга, Бертрана и др.) или бромоформа можно получить лучшего качества уголь с содержанием золы меньше 1%. Ho тяжелые жидкости дорогие, поэтому они не могут быть широко использованы в практике, если не являются отходами гидрометаллургических процессов, например СаСl2 в растворе — отход от выщелачивания урановых или некоторых других руд.
Алмазные концентраты экономично разделять в бромоформе или другой подобной жидкости в последних доводочных операциях.
За последние 20 лет широкое применение получили псевдожидкости — так называемые тяжелые суспензии, представляющие собой механическую смесь тонкоизмельченного тяжелого минерала или сплава с водой. При незначительном механическом воздействии — перемешивании или в потоке — такая суспензия довольно устойчива и не расслаивается.
Если уд. вес такой суспензии Δ, то всякое тело (по закону Архимеда), которое по размеру больше зерен суспензии в несколько раз, будет иметь вес δ—Δ. В качестве утяжелителя и суспензоида применяют галенит (δ=7,5), магнетит (6=4,2), барит (δ=4), молотый ферросилиций или гранулированный (уд. весом 6,5—6,8) с содержанием кремния 15—18% и др.
Уд. вес суспензии Δc зависит от содержания твердого:
Обогащение в тяжелых суспензиях

Обычно рабочий уд. вес Δс≤δ/2 и х≤25%. При увеличении объемного процента утяжелителя в суспензии выше 25 вязкость суспензии при наличии в ней шламистых частиц резко возрастает, появляется так называемая структурная вязкость и сопротивление на сдвиг. В этом случае в суспензии может не утонуть тело с δ—Δc≥0, поэтому разделение кусков руды, особенно мелких, будет затруднено.
В суспензии из зернистого материала, не содержащего частиц тоньше 0,1 мм, объемный вес твердого может быть доведен до 60%, но такая суспензия неустойчива и может быть применена только в особом процессе Стрипа, описанном ниже. Имеет значение и форма зерен суспензоида: частицы гранулированного ферросилиция имеют шарообразную форму, что обеспечивает получение суспензии с меньшей вязкостью при большем уд. весе.
Для обогащения в тяжелых суспензиях применяют различные аппараты, показанные на рис. 14.
Обогащение в тяжелых суспензиях

В каждом из этих аппаратов получают всплывшую легкую фракцию и утонувшую тяжелую фракцию. При обогащении руд тяжелая фракция является концентратом (вернее, промпродуктом), а легкая — хвостами; при обогащении углей, всплывшая фракция является концентратом, а потонувшая — хвостами.
Барабанные или корытные сепараторы дают возможность проще конструктивно оформить установку, чем конусные, так как конусные требуют большого объема суспензии и в связи с этим вспомогательной аппаратуры для приготовления и хранения суспензии.
Процесс обогащения в тяжелой суспензии слагается из следующих операций. Дробленая руда промывается на грохоте с отверстиями не менее 3 мм. обезвоживается на второй половине грохота (или на втором грохоте) и смывается по желобу в сепаратор. Всплывшая фракция потоком суспензии выносится из барабана на грохот, тяжелая — опускается на дно и лифтерами на внутренней поверхности барабана поднимается, разгружается в наклонный желоб, расположенный внутри барабана выше потока суспензии, и смывается суспензией на грохот. Легкая и тяжелая фракции из барабана могут поступать на один грохот, разделенный пополам по длине. Суспензия проходит через грохот и поступает в зумпф того же насоса, который расположен ниже грохота и подает суспензию в барабан. На второй половине грохота и на следующем грохоте происходит отмывка суспензии, приставшей к кускам руды. Смывные воды из под грохота насосом подаются в сгуститель.
Если суспензия из ферросилиция или магнетита, то смывные воды иногда на пути в сгуститель проходят магнетизатор. Слив сгустителя идет в отвал, а осевший продукт перекачивается на магнитный сепаратор. Немагнитная часть идет или в отвал, или на флотацию, а магнитная часть самотеком поступает в спиральный классификатор, где происходит дополнительное отделение шламов пустой породы.
Осевшая в классификаторе суспензия подается в зумпф насоса, подающего суспензию в процесс. Ho пути суспензия проходит демагнизатор для размагничивания. Спиральный классификатор служит одновременно резервуаром запасной суспензии на случай остановки процесса; в него добавляется и свежий порошок суспензоида; он же служит регулятором плотности суспензии: опуская спираль, можно подать более плотную суспензию и в большем количестве, поднимая спираль, можно уменьшить подачу суспензоида. Необходимо избегать сильного намагничивания суспензоида в процессе магнитного обогащения, чтобы не затруднять демагнетизацию.
При галенитовой суспензии смывные воды из подгрохота также подаются в сгуститель, а из него сгущенный продукт поступает на флотацию. Пенный продукт — свинцовый концентрат — поступает в классификатор. Конус, по-видимому, обеспечивает более точное разделение, чем остальные виды сепараторов.
Производительность сепараторов зависит от крупности материала и содержания тяжелой фракции.
Расход суспензоида зависит от шероховатости и ноздреватости породы. Обычно расходуют 150 г/т, но в некоторых случаях расход доходит до 0,8 кг/г.
Производительность сепараторов на 1 зеркала сепаратора зависит от характера руды, крупности, содержания тяжелой фракции и количества сростков. Для железных руд она составляет до 40 г в час, а для свинцово-цинковых — около 8 т/час. С уменьшением крупности производительность понижается.
Расход энергии составляет около 1—3 квт*ч на тонну руды.
В последние годы в Швеции стал применяться новый вид обогащения в тяжелой среде, так называемый процесс Стрипа. Схема установки для процесса Стрипа и сепаратора схематически даны на рис. 15. Сепаратор представляет собой горизонтальный сотрясательный желоб, размер которого может быть различен; например ширина 1 м, длина 5,5 м и глубина 450 мм. С одного торца желоб закрыт, а с другого открыт; дно желоба перфорировано и состоит из двух плит: верхняя из обычной стали толщиной 10 мм с отверстиями 15 мм работает на износ; часть ее на разгрузочном конце заменяется после того, как пропущено около 60000 т руды, а остальная часть — после пропуска 240000 г твердой абразивной руды. Нижняя плита из нержавеющей стали толщиной 4 мм имеет больше отверстий диаметром 3 мм. Под плитами имеется четыре отделения для подвода воды через перфорированные плиты дна в желоб. Вода поступает под давлением и количество ее в каждом отделении регулируется вентилями. Желоб опирается на наклонные пружины, установленные под углом 10° к горизонтальному дну желоба. Желоб получает около 360 качаний в минуту через шатун от эксцентрикового механизма; величина хода составляет 20 мм.
Обогащение в тяжелых суспензиях

У закрытого конца желоба имеется наклонная плита, на которую подается руда. Так как плита движется вместе с желобом, то руда равномерно распределяется по ширине желоба. В закрытый конец желоба под плиту подается тяжелая суспензия, более крупнозернистая, чем обычная. В процессе Стрипа — это магнетитовый концентрат со столов. Суспензия заполняет желоб на глубину около 300 мм.
Скорость движения суспензии по желобу и глубина заполнения желоба зависят от подвижности суспензии, а последняя регулируется подачей воды CO дна желоба. При прекращении подачи воды суспензия уплотняется и может заполнить весь желоб.
По высоте заполнения желоба можно судить о подвижности и, следовательно, о плотности суспензии; значит, можно регулировать подачу воды. Плотность суспензии должна быть такова, чтобы пустая порода и бедные полезным ископаемым куски руды плыли в верхнем слое суспензии, а более тяжелые куски — тонули в суспензии.
Восходящие струи воды поддерживают суспензию в состоянии необходимой разрыхленности.
В открытом конце желоба установлена горизонтальная плита на расстоянии 150 мм от дна желоба. Эта плита делит поток суспензии по глубине на два слоя. В верхнем слое плывет и отделяется легкая фракция, а в нижнем — тяжелая. Как и при обычном процессе обогащения в тяжелых суспензиях, легкая и тяжелая фракции вместе с суспензией поступают на грохоты для отделения суспензии и промывки. Из-под грохотов суспензия поступает в зумпф и через насос в конус диаметром 6 м и объемом 60 м3. Здесь сна сгущается: слив используется как промывная вода на грохоте или при загрязнении шламами отводится в отвал, а сгущенная суспензия снова поступает в процесс (в желоб).
К разгрузочной части конуса подведена вода для регулирования вытекающей из конуса суспензии и предотвращения забивания конуса. Избыток воды в данном случае не вредит, так как в желобе под действием силы тяжести и возвратно-поступательных колебаний суспензия уплотняется и избыток воды выжимается. Только подаваемая под напором снизу вода разрыхляет суспензию до плотности, обеспечивающей прохождение кусков руды через суспензию.
Преимущества процесса Стрипа очевидны. При этом процессе можно применять менее тяжелый и более грубозернистый суспензоид: применяют, как было уже указано, магнетит, выделенный из обогащаемой руды. Для обогащения руд можно использовать пирит, барит, арсеноцирит, магнетит, цинковую обманку и другие материалы, которые в обычных процессах не всегда могут быть применимы. Для обогащения углей может быть применен кварцевый песок.
При производительности 75 т/час стоимость обогащения тонны руды составляет около 16 коп. (золотых): из них зарплата 37%, ремонты 24% (при очень абразивных рудах может подняться до 40%), энергия 17,5% (1,2 квт*ч), материалы 4,7%, утяжелитель 0,1 кг/г — 3,2%, вода 4,8% и разное 8,8%. Основной расход энергии на перекачку суспензии 70 кв из 92 кв. Капитальные затраты на установку по процессу Стрипа незначительны.
При обогащении железных руд по процессу Стрипа с 1951 по 1956 г. извлечение железа составило 85,9% и 78% при концентратах с содержанием железа 62%, фосфора — до 0,1%. Хвосты содержали от 11 до 17% железа.
Были проведены опыты с рудами цветных металлов, причем в качестве тяжелой суспензии применяли пиритный концентрат с содержанием серы 40% и с уд. весом 4,5.
В сепараторах указанных выше конструкций обогащают материалы не тоньше 3 мм, обычно +6 мм. Чем шире шкала классификации для обогащения в тяжелых суспензиях, тем труднее разделение и богаче легкая фракция мелкими зернами тяжелого минерала.
Для обогащения более тонких зерен необходимы другие условия разделения; меньшая плотность суспензии и меньшая производительность на единицу площади сепаратора.
Указанные выше типы сепараторов малопроизводительны при обогащении тонких классов. Наиболее удобен для обогащения тонких классов гидроциклон, где частицы разделяются под действием центробежных сил. В гидроциклоне можно обогащать материал от 8 мм до 0,5 мм. Например, на фабрике Матерних (ФРГ) обогащают свинцовую руду крупностью —8+1 мм.
Опыты, проведенные в Механобре, показали возможность применения гидроциклона для обогащения мелких классов свинцово-цинковых руд Алтая, хотя при обогащении этих руд в легкой фракции теряется металл, извлекаемый флотацией при дополнительном обогащении этой фракции.
В качестве суспензоида (утяжелителя) при обогащении в гидроциклоне можно применять утяжелители средней плотности; пирит, магнетит, арсенопирит и др.
Гидроциклон должен быть футерован устойчивым против истирания материалом (резина, никелево-молибденовые сплавы и пр.), так как при крупнозернистом материале износ стенок конуса велик.
Следовательно, обогащение в тяжелых суспензиях применимо к рудам с неравномерной вкрапленностью или при наличии в рудном теле неминерализованных прослоек пустой породы, когда при дроблении руды образуются куски пустой породы, не содержащие ценных компонентов.
Основным преимуществом процесса разделения в тяжелых суспензиях является точность: достаточно разницы в уд. весе разделяемых кусков 0,1—0,05, в то время как для гравитационных методов обогащения эта разница должна быть не меньше 1.
В России процесс обогащения в тяжелых суспензиях должен найти широкое применение при обогащении углей, железных, марганцевых и других руд. В области обогащения руд цветных и редких металлов экономически выгодно его применение при расширении производительности рудников без расширения флотационных фабрик, для обогащения забалансовых бедных руд. Так как руды России в большинстве случаев очень тонко и равномерно вкраплены, то при введении способа обогащения в тяжелых суспензиях могут незначительно повыситься потери металла по сравнению с другими методами обогащения (флотация), но производительность по металлу будет достигнута при меньших капитальных и эксплуатационных расходах.