Гравитационное обогащение

ОЦЕНКА ОБОГАТИМОСТИ ИСХОДНОГО МАТЕРИАЛА
Для оценки обогатимости в первом приближении
используется отношение плотностей разделяемых
минералов (ρм1 и ρм2), уменьшенных на плотность
среды ρс:
(ρм1 – ρс) : (ρм2 – ρс)
Отношение
более 2,5 – смесь минералов легко
обогатимая,
равно 1,75 – разделение удовлетворительное
для частиц крупностью до 0,140 мм,
равно 1,5 – разделение затруднительно
нижний предел крупности 1,6 мм)
равно и менее 1,25 – гравитационное
разделение практически невозможно

Гравитационное обогащение основано
На различном характере движения частиц разной плотности, крупности и формы зерен в среде под действием гравитационных сил

Древнеегипетский промывочный стол

Немного истории
Первый шлюз был построен около 4 000 лет до нашей эры, помещая камни в русло канала с надлежащим наклоном, и этот метод все еще практикуется
Легенда о золотой овечьей шерсти исходит из практики выстилания днища овечьей шкурой (Золотое руно)

Немного истории
Египтяне добывали камни из-под земли, измельчали их, и использовали круто наклоненную каменную постель с водным потоком, чтобы концентрировать золото, этим самым дали человечеству первый рудник и фабрику по добыче металл

Приблизительно 500 лет до нашей эры (возможно старше) добытчики перерабатывали руды обычных металлов дроблением с последующей концентрацией на шлюзах, которые совершенствуются в "вашгерд", корыто с одним или большим количеством отделений и потоком воды
Сортировка производилась перемешиванием в приемной камере с помощью граблей, при этом тяжелое осаждалось, а легкое удалялось потоком
Осевшие частицы сортировались по размеру и плотности как в дельте реки, очистка включала отбор материал по длине корыта для дальнейшей переработки, а отбракованные сбрасывались в хвосты

Классификация минералов по плотности
Тяжелые – плотностью 4-8 до 19 т/м3 (золото, церуссит PbCO3, галенит PbS, касситерит SnO2, вольфрамит FeMnWO4)
Легкие – плотностью < 2,7 т/м3 (кварц, полевой шпат, уголь, кальцит)
С промежуточной плотностью – 2,7-4 т/м3 (малахит, апатит, лимонит)

Среды гравитационного обогащения
Вода
Тяжелая жидкость или среда (при мокром обогащении)
Воздух (при пневматическом обогащении)

Отсадка

Отсадка
Процесс разделения смеси минеральных зерен по плотности (разности скоростей падения минеральных частиц) в водной или воздушной среде, колеблющейся в вертикальном направлении

Отсадкой можно обогащать
Полезные ископаемые крупностью от 50 до 0,25 мм для руд и от 100 до 0,5 мм для углей
Руды черных металлов (бурые железняки, мартит, псиломелан m∙Mn2O3∙MnO∙nH2O, манганит Mn2O3∙H2O , пиролюзит MnO2 и т.д.) – от 50 до 0,2 мм
Каменные угли, антрациты – от 100 до 10 мм
Россыпные руды (касситерит SnO2, вольфрамит (Mn,Fe)[WO4], танталит (Fe,Mn)(Nb,Ta)2O6-(Mn,Fe)(Ta,Nb)2O6, титано-циркон и др.) – от 25 до 0,5 мм
Коренные руды (касситерит, вольфрамит) – от 6 до 0,5 мм

Механизм разделения материала при отсадке

Механизм действия отсадки
Исходный материал вместе с водой непрерывно подается на отсадочное решето, через отверстия которого попеременно проходят восходящие и нисходящие вертикальные потоки воды
В период восходящего потока материал поднимается и разрыхляется, а в период нисходящего – опускается и уплотняется
В результате действия чередующихся восходящих и нисходящих потоков воды исходный материал подвергается естественному распределению по крупности и плотности

Постель в отсадочной машине
Слой материала, находящийся на решете, называется постелью
Постель, образующаяся при отсадке крупного материала, состоит из зерен самого материала и называется естественной
При обогащении мелкого материала (для руд<3-5 мм, для углей<6-10 мм) на решето укладывается искусственная постель

Отсадочные машины
Диафрагмовые
Поршневые
Беспоршневые
С подвижным решетом
Пневматические

Принципиальные схемы отсадочных машин
а - поршневая
б - беспоршневая воздушно-
золотниковая
в - диафрагмовая
г - с подвижным решетом
1 - камера
2 - решето
3 - поршневое (а) или воздушное (б)отделение
4 - поршень
5 - коллектор сжатого воздуха
6 - диафрагма
7 - шток
8 - эксцентриковый привод

Различают диафрагмовые отсадочные машины:
С верхним расположением диафрагмы в специальном отделении
С боковым расположением диафрагмы
С расположением диафрагмы в нижней части камеры

Диафрагмовая машина

Диафрагмовая машина с подвижными коническими днищами МОД-3

Техническая характеристика
Производительность по исходному продукту, т/ч (м3/ч) 1,5
Крупность питания, мм, не более 10
Рабочая площадь решет, м2, не менее 0,4
Количество камер, шт 2
Максимальная частота хода камер**, мин-1, 210…380
Максимальная длина хода камер**, мм 20
Установленная мощность, кВт, не более 1,1
Габаритные размеры, не более, мм: длина 1522
ширина 1078
высота 1560
Масса машины, кг, не более 540

Техническая характеристика
Производительность по исходному продукту, т/ч (м3/ч), в пределах 100-140 (50-70)
Крупность питания, мм, не более 40
Рабочая площадь решет, м2, не менее 6
Количество камер, шт 2
Максимальная частота хода камер, мин-1, 150
Максимальная длина хода камер, мм 52
Установленная мощность, кВт, не более 11
Габаритные размеры, не более, мм: длина 4630
ширина 3578
высота 2700
высота с площадкой обслуживания 3242
Масса машины, не более, кг 10600

Техническая характеристика
Площадь решета, м2 6
Число отсадочных отделений, шт 1
Производительность по исходному продукту, т/ч 125
Крупность питания, мм, +1…-13
Амплитуда колебаний подвижной камеры, мм max 30
Частота колебаний подвижной камеры, мин-1 max 120
Мощность электродвигателя, кВт, 15
Габаритные размеры, мм: длина 3600
ширина 3100
высота 2700
Масса, кг 5050

Схема с подвижным решетом

Беспоршневая отсадочная машина МОБМ 10
1- водяной коллектор
2- роторные пульсаторы
3- воздухосборник
4- воздушное отделение
5- каплевидная перегородка
6- искусственная постель
7- отсадочное отделение
Беспоршневая отсадочная машина МОБМ-10

Принципиальная схема гравитационного обогащения оловянной руды с применением отсадки

Концентрация на столах

На тело, находящееся в наклонном потоке, воздействуют следующие силы:
Вес тела в среде, направленный вертикально вниз
Сила динамического давления струи воды в направлении движения частицы
Сила динамического воздействия вертикальной составляющей скорости, возникающая при турбулентных режимах и направленная вверх
Сила трения, направленная против движения частицы

Силы, действующие на тело, которое находится в потоке текущей по наклонной плоскости воды

Схема движения зерен одинакового размера, но различной плотности

Применение
Для обогащения оловянных, вольфрамовых, руд редких, благородных и черных металлов крупностью от 3 до 0.04 мм, углей крупностью менее 13 мм

1 – короб для питания; 2 – желоб для смывной воды; 3 – нарифления; 4 – поверхность стола

Веер продуктов на концентрационном столе: 1 – тяжелые минералы(концентрат), 2 – промпродукт, 3 – отвальные хвосты 4 – шламы и вода

Наличие нарифлений на столе позволяет получить на деке 2 потока – верхний ламинарный и нижний турбулентный

Концентрационный стол

Двухдечный концентрационный стол

Концентрационный стол СКМ-1

Трехъярусный сдвоенный концентрационный стол ЯСК- 1Б
1 – приводной механизм
2 – верхние деки
3 – средние деки
4 – нижние деки
5 – оси подвижной рамы
6 – механизм поперечного наклона деки
7 – червячный редуктор
8 – желоб-распределитель пульпы и смывной воды
9 – подвижные планки для регулирования подачи воды

Сравнительные характеристики концентрационных столов типа СКО

Концентрационный стол Gemeni

Характеристики концентрационных столов Gemeni

Формы дек
Прямоугольная (полезная площадь деки составляет 60–70 % от общей),
Диагональная (полезная площадь деки 90 % от общей) дает более высокую удельную производительность, высококачественный концентрат и снижают выход промпродукта

Угол продольного наклона деки стола
Регулируется опусканием или поднятием разгрузочного конца на 20–70 мм
Увеличение продольного угла наклона деки снижает скорость перемещения частиц в межрифельном пространстве в продольном направлении. Применяют при переработке крупнозернистых песков
Снижение угла наклона увеличивает транспортирующую способность стола (не больше угла заострения рифлей). Применяют при концентрации тонкозернистых и шламистых материалов

Угол поперечного наклона деки
Изменяется в пределах от 1 до 6о (10о) в зависимости от крупности исходного материала и плотности частиц
При обогащении мелкозернистого материала угол наклона обычно равен 1,5–2,5о
При обогащении грубодисперсного угол наклона увеличивается до 4–8о

Расход смывной воды
Оптимальная разжиженность исходной пульпы Ж:Т от 3:1 до 6:1
Недостаточная разжиженность способствует тому, чтобы легкие минералы верхнего слоя транспортируются совместно с тяжелыми минералами в тяжелый продукт
Разжиженность более 6:1 (при чрезмерном поперечном наклоне деки) приводит к выносу плотных частиц из межрифельного пространства в легкий продукт

Длина хода и частота колебаний деки стола
Определяют степень разрыхления слоя частиц в межрифельном пространстве и скорость их транспортирования в продольном направлении
где ℓ –длина хода, мм; dmax – максимальная крупность частиц, мм
где n – число ходов в минуту

Извлечение на столах различных классов крупности минералов
1 – вольфрамит;
2 – касситерит;
3 – железная руда

Основные регулирующие параметры процесса концентрации
Поперечный наклон деки
Высота нарифлений
Расход смывной воды

Закономерность распределения рудных зёрен на деке стола:
По длине деки – увеличение плотности и уменьшение крупности зёрен
По ширине деки – уменьшение плотности и увеличение крупности зёрен
По высоте потока (от дна к верху) – уменьшение плотности и увеличение крупности зёрен

Пневматический стол

Обогащение на шлюзах

Шлюз является простейшим аппаратом для обогащения руд с низким содержанием тяжелых минералов
Схема разделения частиц на шлюзе: 1 – шлихи; 2 – трафарет; 3 – мат

Типоразмеры шлюза
По крупности исходного материала
различают шлюзы:
глубокого наполнения (для обогащения материала крупностью 90-100мм)
мелкого наполнения (для обогащения материала крупностью до 16мм)
по назначению

Общая характеристика шлюзов с неподвижной поверхностью

Улавливающие покрытия шлюзов

Параметры для расчёта шлюзов в зависимости от крупности материала

Представляет собой полотно, образованное переплетением виниловых жилок, создающих этим хорошую турбулентность потока, «ловушки» для частиц золота, платины, других тяжёлых металлов и минералов в шлюзовых системах драг и промприборов

Центробежные концентраторы

Зачем нужны центробежные сепараторы ?
Извлечение частиц золота крупностью 0,1-0,5 мм на традиционных аппаратах в гравитационном поле составляет 70-80 %, а класса менее 0,1 мм снижается до 30 %. Это обусловлено низкой скоростью осаждения мелких и тонких частиц в среде с высокой для них вязкостью, сложностью классификации тонких частиц в соответствие с коэффициентом равнопадаемости (равноскоростности) и т.д

Типы аппаратов с различными способами разрыхления центрифугируемого материала
Без разрыхления постели (центрифуги)
С механическим разрыхлением постели (типа «Орокон»)
С гидродинамическим разрыхлением постели («Нельсон», «Фэлкон», «Итомак» и др.)
С вибрационным разрыхлением постели (типа ЦВК, СЦВ и др.)

Концентратор – центрифуга
1 – рама
2 – электродвигатель
3 – шкив
4 – подшипник;
5 – чаша
6 – футеровка
7 – крышка

Конструкция аппарата
Это полусферическая чаша, внутренняя поверхность которой футерована рифленой резиной
Чаша укреплена на платформе, вращающейся от электродвигателя посредством клиноременной передачи.
Пульпа с отношением Ж:Т от 5:1 до 20:1 подается в чашу по неподвижно установленной соосно трубе
Под действием тангенциальной составляющей ускорения жидкая фаза с легкой фракцией перемещаются к верхней разгрузочной части чаши
Движущиеся в придонном слое плотные частицы концентрируются в межрифельном пространстве резиновой вставки
Для разгрузки концентрата аппарат останавливают

Концентратор «Орокон–М30»
1 – конус-ротор
2 – рыхлители
3 – труба (питающая)
4 – консоли
5 – сливной желоб
6 – редуктор
7 – электродвигатель
8 – винтовая пробка
9 – кольцевые перегородки
10 – кольцевые карманы

Принцип работы аппарата
Исходный материал в виде пульпы с содержанием твердого 25–30 % и максимальной крупностью частиц до 12–15 мм подается по трубе во вращающийся ротор
Пульпа под действием тангенциальной составляющей центробежного ускорения поднимается к основанию конуса
Уплотненная центрифугированием твердая фаза в кольцевых карманах ротора разрыхляется неподвижными пальцами, предотвращая заиливание естественной постели
Наиболее плотные частицы концентрируются при этом в кольцевых карманах

Концентратор Нельсона
1 – ротор
2 – кольцевые перегородки
3 – кольцевые карманы
4 – отверстия
5 – емкость для промывной воды
6 – питающая труба

Принцип работы аппарата
Концентратор состоит из конического перфорированного ротора, на внутренней поверхности которого имеются рифли, образующие кольцевые канавки с отверстиями под углом к касательной.
Концентратор работает с ускорением 60g. В отличие от концентратора «Орокон» постель разрыхляется потоком воды, поступающим под давлением из емкости по отверстиям в роторе.
Разгрузка концентрата производится периодически при остановленном аппарате. Поток воды вымывает из кольцевых канавок концентрат, который в виде пульпы стекает в вершину конуса и далее в концентратную течку.
В последних модификациях концентратора предусмотрена непрерывная разгрузка тяжелой фракции через выпускные клапаны
Крупность исходного материала от 2 до 6 мм

Концентратор «Фэлкон»
Конический ротор без кольцевых перегородок
Футерованный износостойкой резиной
Высокое (3 000 м/с2) центробежное ускорение
Отсутствие разрыхляющих элементов
Максимальная крупность исходного – до 2 мм
Плотность питания – до 45 % содержания твердого по массе

Концентратор Фэлкон

Схема центробежной отсадочной машины «Campbell»:
1 – вращающаяся часть; 2 – неподвижная часть

Центробежная отсадочная машина «Campbell» компании «Trans Mar»
Включает отсадочную камеру с цилиндрическим решетом (сеткой), установленную с возможностью вращения в горизонтальной плоскости с ускорением 100g
При пуске вначале через питающий патрубок подается материал для формирования постели и далее исходный материал
Постель на сетке разрыхляется подрешетной водой
Процесс отсадки регулируется сочетанием амплитуды, частоты пульсаций и скоростью вращения камеры
Легкая фракция разгружается в виде надрешетного продукта, тяжелая фракция составляет подрешетный продукт
При переработке тонких фракций золотосодержащей руды машина обеспечивает извлечение металла до 80–90 %

Схема центробежной отсадочной машины ЦОМ-1

Отечественная машина «ЦОМ-1»
Имеет две цилиндрические отсадочные камеры, вращающиеся на независимых вертикальных осях,
Работа обеих отсадочных камер возможна в параллельном и последовательном режимах,
Отличительной особенностью ЦОМ-1 является также способ разрыхления постели – посредством колебаний диафрагмы аналогично гравитационным отсадочным машинам

Центробежная отсадочная машина Kelsey была разработана для обогащения минеральных песков с использованием центробежной силы в диапазоне 30-200 g's. Это достигается быстрым вращением цилиндрического грохота и вводом питания в нижний её край

Применения Kelsey
Основное:
Минеральные пески
Олово/Тантал
Золото
Никель
Другие применения
Железные руды
Хромиты
МПГ
Cu/Pb/Zn/Co

Описание ЦОМК
Обычная машина
Вращающееся цилиндрическое сито
Материал постели
Серия конических камер

Мульти гравитационный сепаратор МГС

Аппарат Бартлиз-Мозли

ВИНТОВЫЕ СЕПАРАТОРЫ
Принцип действия.
Конструкции.
Применение

Винтовые аппараты разработаны в первой половине ХX в. и нашли широкое применение за рубежом для обогащения мелкозернистых песков, содержащих ильменит, циркон, рубин и для измельченных руд редких, благородных металлов и др.

Сечение винтовой поверхности плоскостью, проходящей через ось аппарата, образует профиль в виде наклонной линии, элемента горизонтально или вертикально расположенного эллипса

Винтовой сепаратор двухжелобчатый (типа СВ2-1000)
1 – винтовой желоб
2 – устройство для подачи смывной воды
3 – отсекатель
4 – станина

Факторы и параметры, влияющие на процесс концентрации
Конструктивные параметры винтовых аппаратов: диаметр винтового желоба, профиль его поперечного сечения, число витков, шаг винтового желоба, рабочую поверхность желоба
Технологические параметры винтовой концентрации минералов – это крупность, плотность, форма частиц, подготовка исходного материала, содержание твердого в пульпе, расход смывной воды и производительность аппарата

Диаметр винтового желоба
Диаметр желобов, применяемых в геологической и лабораторной практике, обычно равен 0,25 и 0,50 м
На предприятиях небольшой мощности, а также в перечистных операциях применяют аппараты с диаметром желоба 0,75 и 1,0 м
Винтовые аппараты диаметром 1,5 и 2 м используются на предприятиях большой мощности
В зарубежной практике применяют винтовые сепараторы преимущественно диаметром 0,630 м
Диаметр винтового желоба является одним из главных параметров, определяющих его размер, производительность, крупность исходного материала и технологические показатели обогащения

Профиль поперечного сечения желоба
Внутренний борт, ограничивающий поток пульпы со стороны оси аппарата
Рабочая поверхность, определяющая характеристику потока пульпы
Внешний борт, ограничивающий поток с внешней стороны
Изменение формы поперечного сечения на винтовом желобе при различной производительности сепаратора: 1–4 – соответственно, 37,
50, 84 и 145 л/мин

Сравнение показателей обогащения руды крупностью 0,2–2,0 мм на винтовых сепараторах диаметром 0,4 мм с различной формой поперечного сечения (выход концентрата 10 %)