Короткоконусные гидроциклоны(ККГЦ )

Гидроциклоны с большим углом конусности получили название короткоконусных или гидроциклонов со сложным профилем (если образующая его имеет изломы).

Эти аппараты предназначены для обогащения мелкозернистых смесей.

 

Движение пульпы в циклоне

Гидродинамические картины движения пульпы в гидроциклонах с различными углами конусности весьма схожи лишь при сравнительно небольших тангенциальных скоростях потока. При повышенных значениях скорости и производительности для короткоконусных гидроциклонов, по данным А.Г. Лопатина, характерно наличие крупного кольцевого турбулентного вихря в нижней части циклона - на стыке цилиндра с конусом. Этот вихрь является причиной возникновения мощного восходящего потока, забрасывающего жидкость из конуса в цилиндр, часть потока (не деформируясь) проходит за пределами сливного патрубка. Ядро турбулентного вихря находятся на радиусе (0,7-0,72)r (рис. 6.8).

Внешняя часть потока от стенки цилиндра до ядра вихря-нисходящая, внутренняя часть – от 0,7r и почти до r слива – восходящая. Разделительная зона на радиусе 0,5 r является зоной, где происходит разрыв скоростей, т.е. зоной с .

По структуре восходящий поток можно разделить на две части: внутреннюю зону сильно закрученного быстровращающегося потока и пристенную слабо закрученного потока (рис. 6.9).

Угловая скорость потока внизу конуса заметно снижается как следствие уноса жидкости в слив.

Нарастание интенсивности турбулентного потока в циклоне направлено в радиальном к оси вращения направлении, а источником турбулентных вихрей являются большие касательные напряжения вращающихся слоев жидкости, в то время как в безнапорных (со свободной поверхностью) потоках максимальная интенсивность турбулентности приходится на придонную зону, шероховатость которой считается ее причиной.

 

Распределение тяжелых частиц в ККГЦ

Экспериментально установлено, что смесь кварца крупностью -0,30 +0,04 мм и ферросилиция крупностью -0,15 +0,01 мм в цилиндрической части гидроциклонов диаметром 100 мм с углами конусности 90̊ и 20̊ образует пристенный плотный слой (постель), толщина которого составляет, соответственно, 5 мм, с содержанием ферросилиция несколько большем,чем в исходном, и 2мм,с содержанием, равным исходному.

Содержание частиц кварца -0,1 +0,04 мм уже в цилиндрической части ККГЦ нарастает в направлении от стенки к оси вращения, а содержание частиц ферросилиция той же крупности слабо нарастает к стенке циклона, т.е. начинается обогащение.

На стыке цилиндра и конуса поток начинает суживаться и разворачивается к сливному патрубку. Турбулентные вихри в этой области и радиальная скорость оттока жидкости от стенки возрастают с увеличением угла конусности, обеспечивая большую пористость внутренних пристенных слоев постели как необходимое условие относительного движения и распределения частиц в радиальном направлении. Последнее в основном определяется соотношением центробежной силы и радиальной составляющей динамического давления потока жидкости от стенки к сливному патрубку. В результате на конической части ККГЦ, в сравнении с классифицирующими циклонами, более интенсивно концентрируются тяжелые частицы и распределяется материал по крупности и содержанию твердой фазы (рис. 6.10).

Понятно, что радиальные скорости потока и пористость постели должны иметь оптимальные значения, выше которых плотные частицы могут уноситься потоком в слив.

Испытания короткоконусных гидроциклонов на россы­пях показали, что по извлечению золота из песков крупностью менее 1 мм они не уступают отсадочным маши­нам и даже концентрационным столам [12, 32].

В Канаде применяют гидроциклоны со сложным про­филем конусов - компаунд-гидроциклон (Трикон). По дан­ным Иргиредмет, при двухстадиальном обогащении хвостов в гидроциклоне с содержанием золота 2,3–2,6 г/т крупностью менее 0,15 мм получены концентраты, содержащие 10–12 г/т металла и отходы с содержанием 0,6–0,8 г/т [12, 32].

К основным недостаткам гидроциклонов как аппаратов для обогащения золота относятся необходимость классифи­кации исходного по граничному зерну 1–1,5 мм, целесообраз­ность его обесшламливания и большой выход концентрата.

В короткоконусном гидроциклоне имеются благоприятные факторыдля гравитации:

- наличие центробежных сил, превосходящих силы тяжести в десятки и сотни раз, в результате чего достигается весьма быстрое расслаивание материала;

- наличие подвижной (в определенной мере разрыхленной) и вращающейся в циклоне постели, состоящей из зерен обогащаемого материала, способствующей сегрегации зерен постели. В результате материал эффективно обогащается и при высоких производительностях.

При обогащении песков крупностью –1мм, содержащих золото крупностью: –1+0,25мм – 50,9 %; –0,25+0,1мм – 41,8 % и 0,1мм – 7,3 %, в гидроциклоне диаметром 75 мм с углом конусности 120° получено извлечение золота около 90 %.

Успешно протекает обогащение в короткоконусном гидроциклоне сливов обезвоживающих устройств, т.е. весьма тонкозернистого материала.

При обогащении тонких глинистых сливов, обезвоживания эфелей, содержащих как самое мелкое, так и средней крупности золото, на одном из промывочных приборов Урала извлечено 99 % золота в пески при выходе их 0,42 %.

 

 

 

 

Рис.6.8.Схема потоков Рис.6.9.Схематическая структура

и изменение скорости взвесенесущего потока

жидкости в ККГЦ в цилиндре гидроциклона

 

Концентратор – центрифуга

Этот аппарат (рис 6.11) является одним из первых отечественных центробежных сепараторов. Он представляет собой полусферическую чашу, внутренняя поверхность которой футирована рифленой резиной. Чаша укреплена на платформе, вращающейся от электродвигателя посредством клиноременной предачи.

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.

Концентратор работает периодически с интервалом 20-60 мин в зависимости от содержания тяжелых материалов в исходном.

 

 

а б в

Рис. 6.10. Изолинии распределения в короткоконусном гидроциклоне: а – тяжелые частицы (ферросилиция); б – частицы средней крупности; в – плотность пульпы (процент твердой фазы)

 

Рис. 6.11. Концентратор – центрифуга: 1 – рама; 2 – электродвигатель; 3 – шкив; 4 – подшипник; 5 – чаша;. 6 – футеровка; 7 – крышка

 

Ограниченное время работы аппарата между сполоском обуславливается также тем, что естественная постель принудительно не разрыхляется и поэтому так быстро заиливается. Для разгрузки концентрата аппарат останавливают и производят сполоск.

В лабораторном варианте концентратор может работать на сухом дисперсном материале крупностью до 4 мм. При работе на грубых золотосодержащих песках концентратор обеспечивает очень высокую (до 1 000) степень сокращения при извлечении золота крупностью + 0.25 мм до 96-98%.

Без разрыхления работает также китайский центробежный сепаратор <VT>, состоящий из барабана с небольшим углом конусности, вращаещегося на горизонтальной оси. Процесс концентрации основан на большой скорости осаждения плотных частиц, которые периодически выгружаются из сепаратора.

Отсутствие в аппарате средств разрыхления постели и неизбежно связанных с ними флуктуацией частиц позволят, при прочих равных условиях, минимизировать потери тяжелых материалов. Однако, при этом снижается качество концентрата и требуется его перечистка.

Концентратор "Орокон-МЗО"

В 1992 г.этот сепаратор приобрел Нижнеамурский ГОК по контракту с фирмой "Стар Технолоджи и ЛТД" и с 1993 г. начал его эксплуатацию на много­вершинной ЗИФ.

Концентратор (рис.12) работает следующим образом. Исходный материал в виде пульпы по питающему патрубку подается по центру в нижнюю зону вращающегося ротора вместимостью 0,9 м. Пульпа под действием тангенциальной со­ставляющей центробежного ускорения поднимается вверх, частично расслаивается на жидкую и твердую фазы. Последняя при этом разрыхляется неподвижными пальцами. Тяжелые час­тицы, вытесняя минералы легкой фракции, переме­щаются в нижние слои взвеси, задерживаются кольцевыми перегородками и концентрируются в карманах. Легкая фракция потоком жидкой фазы выносится из ротора в слив­ной желоб.

 

Рис. 6.12. Концентратор «Орокон»: 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

 

По мере накопления в карманах металла концентратор останавливают, отрывают пробку 8 и в отверстие выгружают из кольцевых карманов тяжелую фракцию-концентрат.

Концентратор, по данным испытаний, перерабатывает отходы шлюза глубокого наполнения. Класс менее 12 мм выделяется на перфорированном листе. Избыток воды сбра­сывается посредством конического сгустителя или гидро­циклона. Общее извлечение золота по приближенным оцен­кам составляет 80 %, в т.ч. класса менее 0,044мм – 50 %.

К недостаткам концентратора следует отнести абразив­ный износ пальцев; неоднородное разрыхление взвеси и как следствие сравнительно низкое извлечение тонкого золота; запрессовку материала в карманах за пределами действия пальцев.

 

Концентратор Кнельсон

Канадская фирма "Кнельсон Голд концентратор ИНК" выпускает концентраторы Нель­сона (рис.6.13) различных (табл. 6.6) типоразмеров. Они эксплуатируются во многих странах и получили

известность в России.

Рис. 6.13. Схема центробежного концентратора Кнельсон: 1 – ротор; 2 – кольцевые перегородки; 3 – кольцевые карманы; 4 – отверстия; 5 – емкость для промывной воды; 6 – питающая труба

 

Концентратор представляет собой конический перфо­рированный ротор (см. рис.6.13), внутренняя поверхность которо­го снабжена кольце­выми перегородка­ми, образующими карманы, в которых концентрируется тя­желая фракция. Цент­рифугируемый мате­риал псевдосжижается потоком подводи­мой через отверстия ротора воды под напором, соответст­вующем ускорению этого материала – 600 м/с².

 

Таблица 6.6 Техническая характеристика концентраторов Нельсона Показатели Типоразмер, дюймы   7,5       Производительность, т/ч   0.045 0.68 3,66 13.6 30-60 Расход воды, м^3 /ч   0,66-0,90 4,5-6,8 6,8-9.1 18,1-27.2 34,2- 45,6 Крупность питания, мм россыпи   1,7   4,7   6,0   6,0   6,0 коренные руды 1,7 1,7 1,7 1,7 1,7             Масса концентрата, кг   0,08-0,15 0,7-1 2,5-4,5 7-10 20-30 Потребляемая мощность,           кВт 0,13 0,56 1,1 3,7

Примечание: тв. - твердое

 

По данным исследований "КазГИНалмаззолото", извле­чение рудного свободного золота, измельченного до круп­ности 0,16 мм, составляло до 60–70 %. Дальнейшее увеличение тонины помола приводило к снижению извлечения золо­та из-за его переизмельчения и выноса в легкий продукт. Плотность питания составляет 10–70 % твердого. Сте­пень концентрации – до 250–600. Компактные (округлые) зерна извлекались значительно полнее, чем плоские, дендридовидные и другие с развитой поверхностью. Наибольшее влияние на процесс оказывали давление и расход воды.

Эффективность использования концентратора на теку­щих и лежалых хвостах обогатительных фабрик низкая (из­влечение золота от 2 до 18 %).

Отмечается также, что использование оборотной воды, взятой из прудов, различных водохранилищ, негативно влияет на процесс концентрации.

Исследования, которые проводили ГАЦМиЗ, показали, что извлечение золота из старых отвалов ряда ЗИФ на кон­центраторе Нельсона находится в пределах 4–17 % при со­держании металла в концентрате от 5,6 до 54 г/т. При обога­щении убогих руд, старых рудных отвалов при содержании свободного золота 0–90 % крупностью преимущественно менее 0,2 мм извлечение металла составило 19–27 %. Про­ведены также испытания концентратора на кварцевой руде одного из рудников Бурятии с размером частиц золота пре­имущественно 0,1–0,5 мм и его содержанием в исходном 11,2 г/т. Получен концентрат с содержанием 480 г/т, хвосты –1,3 г/г. Извлечение составило 82 %.

По приведенным результатам исследований можно за­ключить, что фактическая крупность эффективного обога­щения золота на концентраторе далеко не соответствует рекламируемой (0,01 мм).

Наиболее перспективной областью применения кон­центраторов представляется извлечение сравнительно круп­ного (более 0,04 мм) золота, например, в циклах измельчения руд, где в конечной стадии обогащения имеется гидрометал­лургический передел.

 

Концентратор "Фэлкон".

Такому типу концентраторов присущи следующие принципиальные особенности: цилиндроконический ротор без кольцевых перегородок, футированный износостойкой резиной; высокое (3000 м/с²) центро­бежное ускорение; отсутствие разрыхляющих элементов. Максимальная крупность исходного - до 2 мм. Плотность питания до 45 % по твердому.

При этих параметрах концентратора следует ожидать более глубокого обогащения золота при сравнительно низ­ком качестве концентрата. Высокого извлечения наиболее тонких классов золота можно достигать в ущерб качеству тяжелого продукта путем увеличения частоты выпуска кон­центрата, так как отсутствие разрыхляющих средств приво­дит к быстрому заиливанию "постели".

 

Концентратор "Суиербол"

Этот сепаратор имеет несколько удлиненную коническую часть ротора, где протекает предварительное распределение фракций. Цилиндрическая часть (зона флюидизации центрифугируемого материала посредством проти­водавления воды) снабжена кольцевыми перегородками. Максимальная крупность исходного составляет 6 мм. Центробежное ускорение равно 2000 м/с².

Разработаны модели производительностью от 5 до 60-70 т/ч. Последняя имеет диаметр ротора 965 мм, габариты 880x1880x2650 мм, массу 2910 кг, мощность электродвига­теля 30 кВт, расход воды на противодавление 580-1350 л/мин.

Концентратор при прочих равных условиях может, в сравнении с концентратором Нельсона, обеспечивать более высокое извлечение металла за счет "подготовительной" опе­рации на удлиненной конической поверхности ротора и его большего ускорения.

.

Концентратор СЦВ

Концентратор (таблица 6.7) выпускается Тульской горно-завод­ской компанией (АО ТГЗК), которая организована фирмой "Механика" совместно с машиностроительным производ­ством акционерного общества "Кран". АО ТГЗК специали­зируется в области создания и внедрения обогатительного оборудования для разведки и добычи драгоценных металлов и камней.

Концентратор обеспечивает (по рекламе) высокую (несколько десятков тысяч) концентрацию. Технологические показатели в рекламе отсутствуют.

 

Центробежный аппа­ рат КИЦМ

В академии (до 1994 г КИЦМ) разрабо­тан аппарат с центробеж­ным способом разрыхления слоя центрифугируемого ма­териала (рис.6.14), который и зарегистрирован под на­званием «Центробежный ап­парат КИЦМ». Принципи­альная особенность аппа­рата состоит в том, что ци­линдрическая часть ротора 1 выполнена из эластич­ного материала - автопо­крышки, которая деформи­руется роликами 2. Это позволяет придавать центри­фугируемому материалу в области деформации покрышки центробежное ускорение противоположного знака и таким образом периодически равномерно разрыхлять его с минимальными флуктуациями наиболее тонких частиц.

Экспериментальные исследования подтверждают высо­кое (до 96-98 %) извлечение тонких (менее 0,040 мм) частиц.

Разработан опытно-промышленный образец центробежного аппарата, основные параметры которого таковы:

крупность исходного материала - 30 мм;

диаметр ротора - 1100 мм;

центробежное ускорение - 300 м/с²

производительность - 25-30 т/ч;

мощность электродвигателя - 30 кВт.

 

Таблица 6.7Типо-размерный ряд аппаратов СЦВ Параметры Типы сепараторов СЦВ-2 СЦВ-4 СЦВ-6 СЦВ-9 СЦВ-12,5 СЦВ-20 Диаметр ротора,             мм             Производитель             ность по твердому,             т\ч   0,2 1,2         Крупность пита­             ния, мм             Расход воды, мг'/ч 0,5           Объем концентра­             та, л 0,02 0,2 0,4 1,2     Мощность элек­             тродвигателя, кВт 0,4   1,5   5,5   Масса, т 0,02 0,12 0,16 ' 0,7   1,5

 

 

Гравитационный концентратор КИЦМ

В академии раз­работан гравитационный концентратор.

Гравитационный аппарат КИЦМ (рис.6.15), запатенто­ванный под этим названием преимущественно для доводки первичных (черновых) концентратов золота, алмазов, руд тяжелых металлов и др.

Концентратор состоит из цилиндрического корпуса 1, установленного на раме 2 посредством амортизаторов 3. Внутри корпуса размещены концентрично-цилиндрические перегородки 4, на которых закреплена ко­ническая рабочая поверхность (решето) 5.

С внешней сторо­ны корпуса имеется кольцевой желоб - приемник для легкой фракции 6. Корпусу посредством приводного

устройства 7, задаются колебания в горизонтальной плоскости с регули­руемым ускорением. Концентратор снабжен загрузочным устройством 8, а также разрыхляющим взвесь материала на решете устройством 9, выполненном в виде неподвижной "гребенки" и патрубком 10 для выпуска тяжелой фракции с запирающим этот патрубок устройством 11. Среда (вода или воздух) подводится под решето с дифференцированным по каналам напором посредством распределительного уст­ройства 12.

Концентратор работает следующим образом. После включения электродвигателя и подвода воды под решето в центр рабочей поверхности подастся исходный материал в сухом виде или в виде пульпы с отношением Ж:Т не бо­лее 1,5:1.

Под действием вибрации решета и восходящего потока воды исходный материал псевдосжижается. При этом легкая фракция "течет" к периферии и разгружается в виде пульпы в кольцевой желоб. Частицы металла (тяжелая фракция) осе­дают на решето и перемещаются по нему к вершине конуса, где создается слой этих частиц, которые в псевдосжиженном состоянии ведут себя подобно тяжелой среде, вытесняя из своего объема частицы легких фракций.

По мере накопления слоя тяжелых фракций произво­дится периодическая разгрузка.

Разрыхляющее устройство ("гребенка") позволяет при­мерно в два раза снизить расход подрешетной воды в срав­нении с работой

концентратора без гребенки и таким обра­зом значительно (с 44 до 73 %) увеличить извлечение класса менее 0,040 мм и снизить число перечисток концентрата в 3-4 раза в сравнении с концентрационными столами.

 

 

Рис. 6.14. Центробежный аппарат КИЦМ

 

 

Рис.6.15. Гравитационный аппарат КИЦМ