Збагачення у важких середовищах

ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОЦЕСУ

Процес збагачення у важких середовищах полягає в розділенні корисних копалин за густиною в гравітаційному або відцентровому полі в середовищі, густина якого є проміжною між густинами розділюваних компонентів. Збагачення у важких середовищах – найбільш простий і ефективний гравітаційний процес, що дозволяє досягти чіткого розділення корисної копалини за заданою густиною.

При статичній сепарації основною силою розділення мінеральних частинок є гравітаційна, а протидіючою – гідродинамічного опору. При динамічній сепарації основною силою розділення є відцентрова сила.

Як важкі середовища можуть бути використані розчини неорганічних солей, органічні рідини і важкі суспензії. У виробничих умовах використовують важкі мінеральні суспензії, що являють собою зависі тонкоподрібненої твердої речовини (обважнювача) у воді (дисперсійне середовище).

У практиці гравітаційного збагачення для приготування суспензій на вуглезбагачувальних фабриках використовують магнетитовий концентрат густиною 4400 – 4700 кг/м³, на рудозбагачувальних фабриках – гранульований або подрібнений феросиліцій густиною 6800 – 7200 кг/м³, а також суміші магнетитового концентрату з феросиліцієм.

Результати збагачення багато в чому залежать від фізичних властивостей обважнювача, а також від властивостей суспензій – густини, в'язкості і стійкості.

 

ВЛАСТИВОСТІ СУСПЕНЗІЙ

Суспензії, що використовуються при збагаченні корисних копалин розділяються на ньютонівські рідини і в’язкопластичні системи (рис. 6.1).

 

 

Звичайні ньютонівські рідини (рис. 6.1, залежність 1) описуються законом Ньютона, у відповідності до якого напруження зсуву пропорційне градієнту швидкості:

                        , Па,                           (6.1)

 

де τ – напруження зсуву, Па; μ – динамічний коефіцієнт в’язкості, що залежить від температури і тиску, Па∙с; dV/dn – градієнт швидкості, с^-1.

У цьому випадку кожне мале напруження зсуву створює градієнт швидкості, тобто приводить рідину у рух.

В’язкопластичні системи (рис. 6.1, залежність 2) володіють деяким статичним напруженням зсуву τ_ст, після подолання якого рідина починає текти. Для таких середовищ залежність між напруженням зсуву і градієнтом швидкості при достатньо великих швидкостях має лінійний характер і підкорюється законуШведова–Бінгама:

                             

, Па,                                  (6.2)

 

де ї_д – динамічне напруження зсуву, Па; μ* – коефіцієнт структурної або пластичної в’язкості, Па∙с.

У в’язкопластичних (структурних) системах взаємодія частинок приводить до їх мимовільного зчеплення і створення безперервної структури. Динамічне напруження зсуву необхідне для руйнування структури в рухомому середовищі.

 Важкі суспензії, що застосовуються в практиці збагачення корисних копалин, своїми властивостями наближаються або до ньютонівських рідин (безструктурні суспензії), або до в’язкопластичних середовищ (структурні суспензії). З технологічної точки зору структурні суспензії, що використовуються в практиці збагачення розділяють на три типи: слабкоструктурні (τ_д ≤ 3 Па), структурні (3 < τ_д ≤ 8 Па) і сильноструктурні (τ_д > 8 Па).

Густина суспензії розраховується за формулою (1.6), вона повинна бути вище густини легкої фракції і нижче густини важкої фракції. Звичайно об’ємний вміст обважнювача в робочих суспензіях не перевищує 40 %.

В’язкість суспензії збільшується зі зростанням об’ємної концентрації обважнювача і його дисперсності і не залежить від природи обважнювача і його густини. Нормальні умови розділення забезпечуються при динамічній в’язкості середовища, яке не перевищує 0,007 Па∙с. Для розрахунку в’язкості суспензій із вмістом твердої фази до 40 % найчастіше застосовують формулу Ванда (1.8).

Ступінь стійкості суспензії багато в чому визначає конструкцію збагачувального обладнання, режим і умови його роботи, точність розділення корисної копалини. Безструктурні суспензії, застосовувані найчастіше в практиці гравітаційного збагачення, є вкрай нестабільними системами.  

РУХ ТІЛ В СУСПЕНЗІЯХ

Рух тіл в безструктурній суспензії є різновидом стисненого падіння їх в рідині з відповідними властивостями (густиною і в’язкістю). Швидкість падіння в суспензії крупних тіл достатньо великої густини (Re²φ≥7•10⁷ або Re≥2•10⁴) дорівнює їх швидкості падіння в рідині тієї ж густини і в’язкості. Швидкість падіння може бути визначена за формулою Ньютона-Ріттінгера (2.15) або за формулою Брайєна, Помієра і Базина:

 

              , м/с,                       (6.4)

 

де d – діаметр частинки, м; δ, Δ_с – густина частинки і суспензії, кг/м³.

 Для тіл, що характеризуються параметром Re²φ<7·10⁷,суспензія не може розглядатись як рідина. Швидкість падіння таких тіл в суспензії менше швидкості їх падіння в рідині тієї ж густини і в’язкості. Швидкість падіння може бути визначена за методом Лященка, за формулами (2.16), (2.17) або за формулою Шохіна:  

,м/с, (6.5)

 

де ν_с – кінематичний коефіцієнт в’язкості суспензії, м²/с; с – об’ємна концентрація обважнювача в суспензії, частки од.

При спливанні в суспензіях тіл, густина яких близька до густини суспензії (δ – Δ_с) < 100 кг/м³, на швидкість їх підйому діє вплив налипання частинок обважнювача, що приводить до збільшення їх маси, зменшення швидкості підйому й іноді навіть до зміни напрямку руху. При збільшенні швидкості руху суспензії інтенсивність осадження частинок обважнювача зменшується.