Промивність корисних копалин

При виборі схеми і обладнання для промивки стосовно до конкретних умов необхідно оцінити промивність матеріалу. Під промивністю руди розуміють здібність матеріалу очищуватись від глинистих домішок у процесі промивки. Промивність корисних копалин визначається фізико-механічними властивостями глинистих домішок і рудного компоненту. Промивність оцінюють такими способами:

– за фізико-механічними властивостями глинистих домішок, що характеризують їх пластичний стан, і вмістом частинок крупністю менше 5 мкм;

– за питомими витратами електроенергії на промивку;

– за часом, що необхідний для повного віддалення глинистих домішок;

– за характерним часом і максимальною швидкістю промивки (під характерним часом промивки розуміють відрізок часу, необхідний для досягнення максимальної швидкості вилучення глинистих домішок у злив).

Фізико-механічні властивості глинистих домішок не завжди точно характеризують промивність матеріалу, але дозволяють виконати попередню її оцінку без експериментальних досліджень. Останні три способи дають більш точну оцінку промивності, але потребують проведення експериментів. 

Однак на цей час точних і надійних критеріїв оцінки промивності немає.

 

Промивні машини і пристрої

Промивні машини і пристрої розрізняють за конструкцією і способам дезінтеграції глинистого матеріалу і віддалення шламів. Класифікація промивних машин і пристроїв наведена у табл. 5.1.

 

Таблиця 5.1 – Класифікація промивних машин і пристроїв

 

Тип машини, пристрою	Спосіб дезінтеграції	Спосіб відділення шламів
Жолоби, струминні машини	Динамічна дія потоків води	В стані зливу і через нерухомі решета
Бутари, скрубери, скрубер-бутари, плоскі і барабанні грохоти, вібромийки	Тертя грудок руди одне об друге, а також об рухомі поверхні машин при одночасної дії потоків води	Грохоченням або в стані зливу через поріг
Коритні і бичеві мийки, Спіральні класифікатори	Механічна дія робочих органів машини	В стані зливу через поріг
Промивні башти (широкого застосування не знайшли)	Розмочування глини в умовах довгочасного перебування руди у воді	В стані зливу через поріг
Акустичні апарати (мала потужність)	Дія ультразвукових і акустичних коливань	В стані зливу через поріг

Гідравлічний жолоб – найпростішій пристрій для промивки легко- і середньопромивних руд. Найчастіше вони застосовуються на підприємствах малої продуктивності при збагаченні золото- і олововмісних розсипів. 

Промивка в жолобі здійснюється в потоці води і струменем води, що витікає з великою швидкістю з насадки. При русі матеріалу в потоці води крупні грудки ковзають і перекочуються, що сприяє кращої відмивці шламів.

Ефективність промивки на жолобі (60 – 80 %) залежить від питомої витрати води, довжини жолоба і його нахилу. Витрати води для промивки залежно від властивостей руди складають від 10 до 30 м³ на 1 м³ матеріалу.

Гідравлічний вашгерд (рис. 5.1) використовується в схемах переробки розсипних руд крупністю до 300 мм. Він представляє собою похилий жолоб з решетом (з розміром отворів 10 – 15 мм).

 

 

Гідромонітор одночасно спрямованим струменем води дезінтегрує глинисті включення і піднімає матеріал на просіюючу поверхню. Ефелі (0,2 – 10 мм) направляються на подальше збагачення на шлюзах. Крупні класи - галька (10 – 100 мм), валуни (+ 100 мм) і дрібний клас – мули (– 0,2 мм), яки не містять коштовного компоненту, віддаляються у відвал. Витрати води при промивці на вашгерді складають 8 – 12 м³ на 1 м³ матеріалу. Гідравлічні жолоби і вашгерди застосовують при переробці легко- і середньопромивних матеріалів, ефективність промивки в них складає від 70 до 80 %.

Струминні промивні машини (рис. 5.2) застосовуються при промивки легко-, середньо- і важкопромивних матеріалів крупністю до 150 мм..

 

 

 

 

 

 

 

Вихідний матеріал через завантажувальну лійку 1 поступає в камеру різання 2, де глинисті грудки руйнуються струменями води, що подається через сопла під тиском 2,2 – 2,5 МПа. Підготовлений таким чином матеріал перехідним патрубком 4 направляється в промивну ванну, де під дією струменів води з тиском 1,4 – 1,6 МПа процес промивки закінчується. Дезинтегрований матеріал по жолобу 6 виводиться з машини і направляється в пристрій для відділення шламів.

Ефективність промивки в струминних промивних машинах складає 80 – 90 % при витратах води 2 – 4 м³ на 1 м³ матеріалу. Підвищити ефективність диспергування глинистих включень можна застосуванням пульсацій струменів води.

Бутари і барабанні промивні грохоти (рис. 5.3) застосовують при переробці легко- і середньопромивних руд крупністю до 300 мм. Вони мають велику продуктивність, при цьому митий продукт виходить у виді класів визначеної крупності. Барабанні грохоти і бутари практично не відрізняються від аналогічних апаратів, що застосовуються для класифікації. Але для інтенсифікації механічної дії на матеріал, що промивається, усередині барабана змонтовані подовжні ребра і, крім того, необхідною умовою процесу промивки є підведення води в середину грохоту (витрата води від 2 до 10 м³/м³ матеріалу). В поперечному напрямку грохоти порогами розділені на секції, що позволяє довше утримувати матеріал на просіюючої поверхні. Зигзагоподібний рух матеріалу по просіюючої поверхні сприяє його розділенню за крупністю, а підйом і падіння – дезінтеграції.

 

  

 

 

Ефективне грохочення забезпечується при частоті обертання барабану n ≤ (0,3 – 0,4) n_кр, а ефективна дезінтеграція – при частоті обертання n = (0,7 – 0,8) n_кр, тому при промивці важкопромивних руд ці операції розділяють. Ефективність промивки в барабанних грохотах і бутарах складає 75 – 85 %.

Скрубери (рис. 5.4 а) застосовують при переробці важкопромивних корисних копалин крупністю до 300 мм або як апарат для попередньої дезінтеграції матеріалу з грудковою глиною перед промиванням у коритної мийці.

Барабан (глухий) обертається з частотою до 90 % від критичної. В нього безперервно подаються матеріал і вода під тиском 0,15 – 0,30 МПа. Ступінь заповнення скрубера складає до 25 % його об’єму, тому матеріал постійно находиться у воді, що прискорює процес дезінтеграції.

 

 

Дезінтеграція матеріалу здійснюється у наслідок стирання шматків і ударів о виступи поверхні скруберу. Для інтенсифікації дезінтеграції, перетирання і перемішування матеріалу барабан усередині армується спеціальними пристроями (виступами, ножами) 5, а також у нього завантажують обрізки балок, рейок і т.п. В горизонтально установлених скруберах для транспортування матеріалу до розвантажувальної горловини виступи розташовані по гвинтової лінії. В нахилених скруберах транспортування матеріалу забезпечується кутом нахилу осі скруберу, що складає 3 – 6º. В процесі роботи скрубера руда переміщується у каскадному режимі і підвергається дії як механічних, так і гідродинамічних сил. Відмитий в результаті промивки шлам віддаляється через перфоровану торцеву кришку з боку завантаження, а мита руда – через лопатевий ліфтер 7 і жолоб 8.

Скрубер-бутара (рис. 5.4 б) представляє собою скрубер з’єднаний з бутарою за допомогою фланця. Скрубер-бутари призначені для промивки тих же матеріалів, що і скрубери, але крупність їх не повинна перевищувати 150 мм. Застосування скрубер-бутари дозволяє здійснити додаткове сортування і зневоднення промитого матеріалу.

Скрубери громіздкі, характеризуються підвищеною витратою електроенергії, але забезпечують високу ефективність промивання (80 – 90 %) при порівняно невеликій витраті води (до 4 м³/м³).

Плоский вібраційний грохот важкого типу (рис. 5.5) зі зрошенням являється простішою вібраційною промивною машиною.  

 

 

 

 

Віброгрохоти застосовують при промивці легкопромивних матеріалів, в основному для відділення пилуватих і мулистих частинок і супісків. Диспергування і відділення шламів відбувається під дією вібрацій і води, що подається на бризкали під тиском 0,15 – 0,20 МПа.

Ефективність промивки на віброгрохотах складає 75 – 85 % при витратах води 2 – 4 м³ на 1 м³ матеріалу.

Вібромийки (рис. 5.6) застосовують для промивання середньо- і важкопромивних матеріалів крупністю до 150 мм із домішками середніх і важких суглинків. Використання вібрацій сприяє підвищенню ефективності процесу дезинтеграції і відділення глини.

 

 

Вібромийки з двома промивними ваннами трубчатої форми 5 застосовують для промивки середньопромивних матеріалів, а з чотирма – для промивки важкопромивних матеріалів.

Вібромийки для промивки середньопромивних матеріалів складаються з двох перфорованих в нижньої частині промивних ванн 1, з’єднаних між собою траверсами 2. Ванни установлені на рамі 7 на пружинних амортизаторах 5. В центрі системи між ваннами установлений віброзбуджувач 3 дебалансного типу, що надає ваннам поперечні кругові коливання. В верхньої частині кожної ванни розміщені бризкальні пристрої 4 для зрошення матеріалу водою. На розвантажувальному кінці ванни є поріг 6 для створення шару матеріалу у ванні, що сприяє кращому його промиванню

Вихідний матеріал рівномірно завантажується в обидві ванни. Диспергована глина сумісно з водою віддаляється через перфорацію в нижньої частині трубчастих ванн. Товщина шару матеріалу в мийці регулюється висотою зливних порогів 6 на розвантажувальному кінці ванни. Митий продукт перед виходом з машини обполіскується чистою водою під тиском.

Вібромийка для промивки важкопромивних матеріалів являє собою агрегат із двох рядів ванн, що установлені на амортизаторах 5. Матеріал для промивання разом з водою подається в дезінтеграційні труби верхнього ряду з глухими стінками. Дезинтегрований матеріал по перехідному патрубку переміщається в промивні труби нижнього ряду з перфорованими стінками, де процес відділення глини, промивки і зневоднення матеріалу завершується.   

Вібромийки характеризуються високою продуктивністю, малими габаритами, невеликими питомими витратами електроенергії (0,25 – 1 кВт·год/т) і води (2 – 3 м³/м³).

Похилі і горизонтальні коритні мийки можуть бути застосовані при переробці корисних копалин усіх категорій промивності, але головним чином вони використовуються для важкопромивних матеріалів. Крупність живлення для апаратів цього типу за паспортними даними звичайно не перевищує 100 мм. Але фактично їх можна використовувати тільки для промивки дрібних класів, тому що ці машини не здібні забезпечити розмив грудок важкопромивної глини крупністю більше 20 мм і середньопромивної глини крупністю більше 40 мм.

  Похилі коритні мийки (рис. 5.7) складаються із ванни 1 прямокутної або овальної форми. Кут нахилення ванни складає до 17º. Усередині ванни розташовані два вала 2 з лопатями, що обертаються назустріч один одному.

 

 

    

 

Завантаження вихідного матеріалу здійснюється поблизу від нижнього кінця ванни, що заповнена на дві третини водою, яка подається через сопла водоводу 3. Під дією лопатей, що закріплені під кутом 30 – 45º по відношенню до вала, руда перемішується, дезінтегрується і транспортується по дну ванни уверх до розвантажувального кінця. В коритної мийці вода і матеріал рухаються назустріч одне одному. Вище дзеркала пульпи в середньої частині ванни для відмивки шламів передбачено зрошення водою, що подається під тиском 0,1 – 0,2 МПа через сопла водоводу 3. Відмиті шлами з водою уходять в нижньої частині ванни через зливний поріг, висота якого регулюється. Мита руда розвантажується через отвір в верхньої торцевої стінці ванни.

 

Горизонтальна бичова промивна машина (рис. 5.8)застосовується для промивки важкопромивних марганцевих руд крупністю до 70 мм. Вонаскладається з трьох паралельно розміщених відділень А, Б, В. Перші два відділення призначені для дезінтеграції руди, а третє – для промивки.

 

 

Відділення дезінтеграції являє собою ванну, вздовж якої встановлено горизонтальний вал 1. На валу 1 по гвинтової лінії закріплені бичі 2. В відділенні дезінтеграції А руда за допомогою спірально розташованих бичів рухається до протилежного кінця ванни, звідки через вікно 3 у перегородці переходе в друге відділення дезінтеграції Б. Тут процес здійснюється аналогічно, але руда рухається в зворотному напрямку. Глинисті включення в основному руйнуються в відділеннях А і Б.

Промивне відділення В представляє собою ванну, розділену перегородками на п’ять окремих камер. Вздовж ванни встановлено вал 4, на якому закріплені невеликі барабанні грохоти 5 і колісні черпакові елеватори 6 (по одному на кожну камеру). Барабанні грохоти призначені для відділення глини і шламів, а черпакові елеватори для послідовного транспортування матеріалу з камери в камеру. Напрям руху матеріалу у бичової машині – проти течії промивної води. Вивантаження митої руди з машини здійснюється елеваторним колесом (останнім по ходу руху матеріалу) в жолоб з перфорованим днищем. Дріб’язок з водою проходе скрізь щілини днища, а мита руда розвантажується на кінці жолоба. Шлами і глина віддаляються з водою через зливний поріг в відділенні А. Таким чином, загальна довжина горизонтальної машини в 3 рази більше довжини звичайної коритної мийки, що дозволяє промивати в неї матеріали із значним вмістом глини.

До достоїнств коритних мийок варто віднести високу ефективність (85 – 95 %), надійність конструкції, невеликі витрати води (1 – 2 м³/м³) і електроенергії (0,25 – 0,75 кВт·год/т). Основним недоліком коритних мийок є значне ошламлювання корисних компонентів у процесі промивання.

Створені акустичні промивні машини для очищення нерудної сировини від глинистих домішок, окисних плівок залізі (при очищенні кварцового піску).

Принцип дії акустичних промивних машин полягає в збудженні низькочастотних акустичних коливань в пульпі, що находиться в замкненому просторі робочої камери машини. Камера може бути у формі циліндра або ванни прямокутного перетину. Робоча камера складається з послідовно з’єднаних секцій, в середині яких розміщені пружні елементи – мембрани. В підмембранні просторі періодично підводиться і відсмоктується повітря, що поступає через золотниковий пристрій. Завдяки тому, що сусідні мембрани коливаються в протифазі, пульпа переходе в віброкиплячий стан. При визначеному співвідношенні розрідженості, амплітуди і частоти коливань мембран забезпечуються умови для інтенсивного диспергування глинистих домішок, і відтирки окисних плівок заліза (з частинок піску).                 

Дослідженнями установлена перспективність застосування ультразвуку для підвищення ефективності процесу промивки. Але впровадженню ультразвукового метода у виробництво перешкоджає відсутність потужної ультразвукової апаратури, яка необхідна для створення промивного апарата промислового зразка. 

 

Технологія промивки

Інтенсивність промивки залежить як від фізико-механічних властивостей вихідного матеріалу і здібності рідкого середовища до розмивання глини, так і від механічної дії застосованих машин. На ефективність промивки роблять вплив багато факторів, основні з них розглянути нижче. 

Спосіб підготовки руди перед промивкою може полягати в попередньому замочуванні, попередньому підсушуванні і попередньому сортуванні руди.

Гранулометричний склад матеріалу і співвідношення між крупністю грудок глинистого і рудного компонентів в найбільшому ступені роблять вплив на промивність сировини.

При сумісної промивки крупних і дрібних класів тривалість процесу визначається тривалістю промивки крупних класів, тому в ряді випадків класифікація матеріалу перед промивкою на вузькі класи раціональна. На промивку повинен поступати матеріал оптимальної крупності: зі збільшенням крупності руди погіршується якість процесу промивки, а зі зменшенням крупності – збільшується ступінь стирання рудних мінералів.

Продуктивність промивної машини в конкретних умовах визначається залежно від промивності руди, а також технологічних і конструктивних параметрів машини. Розрахунок продуктивності виконують двома методами:

– по витратам енергії на промивку 1 т матеріалу;

– по необхідному часу промивки матеріалу до заданої якості.

З двох отриманих результатів рекомендується приймати найменший.

Для розрахунку продуктивності промивної машини першим методом застосовується формула:

 

 , т/год,                              (5.3)

 

де N – установлена потужність електродвигуна, кВт; η – коефіцієнт використання потужності електродвигуна (η = 0,7 – 0,8); е – питомі витрати електроенергії на промивку матеріалу, кВт·год/т.

Для розрахунку продуктивності промивної машини другим методом застосовуються таки формули:

- для скрубера:        ,т/год,                               (5.4)

 

де W – внутрішній об’єм барабана, м³; φ – коефіцієнт заповнення барабана матеріалом (φ = 0,8 – 1); t - необхідний час промивки матеріалу до заданої якості, хв.;

- для похилої коритної мийки з двома валами:

 

                         , т/год,                    (5.5)

 

де D – діаметр окружності, що описується лопатями, м; φ – коефіцієнт заповнення корита матеріалом (φ = 0,1 – 0,15); L – довжина корита, м; k – коефіцієнт використання довжини корита (k = 0,8 – 0,9);

                                           

                        , т/год,                      (5.6)

де m – кількість промивних ванн; R – радіус ванни, м; φ – коефіцієнт заповнення ванни матеріалом (φ = 0,6 – 0,7); L – довжина ванни, м.

Частота обертання барабанів і валів промивних машин робить вплив на технологічні показники процесу промивки. Збільшення частоти обертання барабанів і валів сприяє підвищенню продуктивності машини і збільшенню виходу нерозмитої глини.

Частоту обертання барабанаскрубера і скрубер-бутари можна визначити за формулою:

                        , хв^-1,                         (5.7)

де D – діаметр барабана, м.

  Кут нахилу промивних машин визначає швидкість руху матеріалу поздовж корита або барабана. Збільшення куту нахилу барабана приводе до збільшення продуктивності апарата і зменшення ступеня стирання рудних мінералів. Збільшення куту нахилу корита мийки приводе до протилежних результатів.

Збільшення висоти зливного порогу в промивних машинах приводе до зменшення крупності частинок, що виносяться зі зливом, і до збільшення ступеня стирання матеріалу.

Витрата води на промивку повинна бути оптимальною (2 - 6 м³/т). Недостатня витрата води, що подається в машину, приводе до підвищення густини пульпи, внаслідок чого в злив виносяться крупні зерна руди, а також підвищується вихід нерозмитої глини з митою рудою.

Підвищення температури води від 10 до 40ºС сприяє збільшенню швидкості розмиву глини приблизно в два рази.

Сольовий склад води робить вплив на ефективність процесу промивки. Добавка реагентів (кальцинованої соди, рідкого скла та ін.) підвищує ефективність промивки і знижує час розмиву глини.

Вибір типу машини для промивки здійснюється залежно від категорії промивності, крупності матеріалу і необхідної продуктивності. Для грудкового матеріалу доцільно використовувати скрубери важкого типу, для середньопромивного крупністю до 150 мм – коритні мийки і вібраційні апарати, для матеріалів середньої крупності і легкопромивних – скрубери легкого типу і барабанні грохоти. Для дезинтеграції важкопромивних пісків варто вибирати апарати, що забезпечують тривале перебування в робочій зоні при інтенсивному механічному впливі.

 

Література до розділу 5: [1] с. 384-397; [2] с. 62-87; [3].