Теоретичні основи процесу відсадки

Відсадкою називають процес розділення суміші мінеральних частинок за густиною в турбулентному вертикальному пульсуючому потоці води або повітря знакоперемінної швидкості з заданими амплітудою і частотою.

Відсадка застосовується для крупно- і середньовкраплених рудних і нерудних корисних копалин, у яких корисні мінерали відрізняються від супутніх їм породних за густиною. Крупність руд, збагачуваних відсадкою, складає від 0,2 до 60 мм, вугілля – від 0,5 до 150 мм, антрацитів – від 0,5 до 250 мм.

Процес відсадження здійснюється в відсаджувальних машинах, де вихідний матеріал у результаті багаторазової періодичної дії висхідних і спадних струменів середовища розділяється на продукти різної густини. У нижньому шарі концентруються частинки більшої густини, у верхньому – меншої.

Шар матеріалу, який концентрується на решеті називають постіллю. Вона може бути природною (натуральною ), тобто складається з зерен сировини, яка збагачується, або штучною, тобто такою, яка створюється з іншого більш важкого продукту, що не міститься у вихідній сировині (польовий шпат, магнетит, металевий дріб тощо). Постіль є своєрідним фільтруючим шаром – вона пропускає важкі зерна і затримує легкі.

 Теоретичні уявлення про механізм розділення корисних копалин у відсаджувальних машинах носить характер гіпотез; основних гіпотез чотири: швидкісна, суспензійна, енергетична і статистична.

Швидкісна гіпотеза основана на функціональній залежності швидкості падіння окремого зерна в стиснених умовах від його розміру, форми, густини і т.д. Відповідно до швидкісної гіпотези з урахуванням маси частинки () і сил (ваги і опору середовища), що діють при її русі, прискорення частинки визначається як

, м/с.           (7.1)

 

З рівняння (6.1) видно, що прискорення частинки змінне і залежить від її густини, розміру і швидкості.

Суспензійна гіпотеза уподібнює розділення зерен в відсаджувальній машині розшаруванню за густиною в мінеральній суспензії.

 

, кг/м³.                                   (7.2)

 

 Гіпотеза справедлива лише в окремі моменти процесу, що виникають при розшаруванні тонкого матеріалу.

Енергетична гіпотеза розглядає постіль як замкнену механічну систему, що знаходиться в нестійкій рівновазі в полі сили тяжіння, і яка прагне перейти до більш стійкого стану з мінімумом потенційної енергії (рис. 6.1).

Розділення матеріалу за густиною відбувається за рахунок внутрішньої енергії суміші, що ще не розшарувалась. Така система має деякий запас потенційної енергії Е₁:

, Дж,                      (7.3)

де  i  – висота стовпа постелі, м;  – коефіцієнт розпушення.

Запас потенційної енергії системи після розшарування складе:

 

               , Дж.                        (7.4)

Тому що , різниця між потенційними енергіями двох станів системи :

, Дж. (7.5)

 

 

Відповідно до другого закону термодинаміки всяка система прагне перейти в положення з мінімумом потенційної енергії.

Статистична гіпотеза описує відсадження як масовий процес з імовірнісним характером переміщення частинок різної крупності і густини як у вертикальному, так і в горизонтальному напрямках при їх русі до місць розвантаження з машини.

Кількість фракцій, що виділились у відповідний продукт за одиницю часу, пропорційна кількості тих же фракцій в вихідному матеріалі:

 

                        , %,                          (7.6)

де  – вміст фракцій, що виділяються, в вихідному матеріалі і в відповідному продукті, %;  – тривалість відсадження, с;  – коефіцієнт пропорційності, що характеризує питому швидкість виділення фракцій, с^–1.

Але жодна з існуючих гіпотез не дає надійного математичного апарата для розрахунків технологічних параметрів відсаджувальних машин при їхньому конструюванні і експлуатації, а також для прогнозування результатів збагачення.

ЦИКЛИ ВІДСАДКИ

Під циклом відсадки розуміють характерні зміни переміщення середовища в постелі відсаджувальної машини у вертикальному напрямку протягом одного періоду коливань. Графічно цикл відсадки представляє собою залежність швидкості руху води і зерен збагачуваного матеріалу від часу. Цикл складається з трьох елементів: підйом, пауза і опускання середовища, але наявність всіх елементів не обов’язкова Розрізняють симетричний (синусоїдальний) і ас иметричні (Майєра, Берда, Томаса) цикли відсадки (рис. 7.2).

При гармонічному циклі (7.2 а) переміщення середовища і зміна його швидкості за часом визначаються за формулами:

 

                        ,                               (7.7)

                                  

              ,                                 (7.8)

 

де S – переміщення середовища, що відраховується від крайнього нижнього положення, м; u – швидкість потоку середовища, м/с; l – амплітуда коливань середовища, м; ω – частота коливань середовища, с^-1:

                                  ,                            (7.9)

 

n – число коливань середовища, хв^-1; t – час від початку циклу, с.

Гармонічний (синусоїдальний, прямий) цикл характеризується однаковістю швидкостей висхідного і низхідного потоків і однаковою тривалістю їх дії. Гармонічний цикл використовується в діафрагмових і поршневих відсаджувальних машинах.

В повітряно-пульсаційних відсаджувальних машинах застосовуються асиметричні цикли, з яких найбільше розповсюджені цикли Майєра, Берда і Томаса.

Цикл Майєра (рис. 7.2 б) характеризується короткочасною дією висхідного і низхідного потоків і тривалою паузою. При цьому швидкості висхідного і низхідного потоків, а також тривалість їх дії однакові. Процес відсадження матеріалу (розшарування за густиною) в основному і протікає під час паузи.

Цикл Берда (рис. 7.2 в) характеризується короткочасною, але інтенсивною дією висхідного потоку в порівнянні з низхідним. Процес відсадження розпушеного матеріалу здійснюється в спокійному низхідному потоці.

 

 

Цикл Томаса (рис. 7.2 г) характеризується значною тривалістю, але малою інтенсивністю дії висхідного потоку в порівнянні з низхідним. Процес відсадження розпушеного матеріалу здійснюється в спокійному висхідному потоці.

 Організація циклу відсадки має метою створення оптимального режиму руху води, що сприяє розшаруванню матеріалу за густиною.