Лекція No 7

Збагачення з використанням ефектів взаємодії грудок
компонентів, що розділяються, з робочою
поверхнею сепаратора

Загальні відомості

До процесів збагачення, об'єднаних в цю групу, належать:

• Збагачення за пружністю.

• Збагачення за тертям.

• Комбіноване збагачення за тертям і пружністю.

• Збагачення за формою.

• Термоадгезiйний метод збагачення.

Збагачувальний процес у даній групі методів іде з використанням об'ємних або поверхневих властивостей в одну операцію. Управління процесом включає:

• Управління властивостями матеріалу, що сепарується (виділення вузького класу крупностi, пiдсушку матеріалу).

• Управління властивостями робочої поверхні:
  кут нахилу;
  частота обертання (коливання);
  коефіцієнт тертя.

1. Збагачення за пружністю

Цей процес оснований на відмінності в пружності компонентів, що розділяються, які взаємодіють з робочою поверхнею сепаратора (плитою), що має постійні властивості. Процес здійснюється в повітряному середовищі і пояснюється класичною теорією удару.

Виділяють наступні фази процесу:

• рух частинки до плити;

• удар частинки об плиту і зiм'яття частинки та плити при ударі;

• відновлення форми частинки і плити і надання кінетичної енергії частинці;

• рух частинки від плити.

Фази руху частинки до плити і від плити показані на рис.7.1.

Рис. 7.1. Траєкторія руху частинки

Рух частинок до плити може здійснюватися внаслідок вільного падіння із заданої висоти. Енергія, що запасається, визначається висотою падіння.

При завершенні 1-ї фази, в момент дотику до плити частинка досягає швидкості u₁.

2-а фаза визначається зміною швидкості частинки до нуля. При цьому частинка і плита зазнають пружних і пластичних деформацій. При u₁= 0 сила дії частинки на плиту дорівнює вазі частинки.

Початок 3-ї фази характеризується відновленням форми частинки і плити, коли сили пружної деформації перевищують силу тяжіння. У кінці 3-ї фази частинка набуває швидкості, що дорівнює u₂, направленої протилежно u₁ (при горизонтальній плиті).

Для умов вільного падіння :

;

Відношення u₂ до u₁ називається коефіцієнтом відновлення К_в, який може бути в межах К_в = 0-1.

Схеми сепараторів, що використовують прямий центральний удар, а також удар об похилу плиту, наведені на рис. 7.2 (а, б).

Основний недолік у роботі сепараторів з нерухомою робочою поверхнею - це розсіяння дальності відскоку. Причина - неправильна форма грудок матеріалу, що приводить до косого удару. При цьому центр ваги частинки зміщається від вертикалі в місці дотику частинки і плити. У результаті дальність польоту частинки меншає. Велика дисперсія дальності відскоку частинок дозволяє застосовувати цей метод тільки для компонентів, що мають значну відмінність у міцності. Більш ефективна сепарація за пружністю для мінералів з округлою формою частинок, наприклад для гравію. Збагачення за пружністю застосовується на декількох кар'єрах в США, Польщі (Рис. 7.3).

Рис. 7.2. Схеми сепараторів:

а - схема вібраційного сепаратора; 1 - кутковий відбивач; 2 - приймачі матеріалу; 3 - днище з пружної сітки; б - сепаратор з нерухомою робочою поверхнею; 1 - бункер; 2 - вiброживильник; 3 - плита; 4 - приймальні бункери

Рис. 7.3. Технологiчна схема збагачення гравiю на кар'єрі "Сойо" США

2. Збагачення за тертям

Цей спосіб ефективний тільки при значних відмінностях компонентів, що розділяються, в коефіцієнтах тертя. Передбачається, що коефіцієнт тертя компонентів пов'язаний з показником якості. Збагачення за тертям здійснюється у дві стадії:

• Взаємодія частинок з поверхнею з метою селективної зміни параметрів їх руху.

• Виділення з потоку матеріалу частинок із заданими параметрами руху.

Друга стадія здійснюється з використанням відмінностей в траєкторіях і швидкостях руху компонентів.

Взаємодія частинок з робочою поверхнею сепаратора оцінюється коефіцієнтом тертя f, який визначається як співвідношення сил, що діють на частинку на похилій площині.

З умов спокою частинки Q_t= f Q_n

Або Q*sinα = f* Q*cosα

Звідки f ₌ sinα/cosα ₌ tgα ₌ tgφ, де φ - кут тертя. Тіло ковзає по площині, коли кут нахилу площини α більший від кута тертя φ даної частинки по матеріалу площини, тобто коли α > φ.

Коефіцієнт тертя залежить від шорсткості частинки і плити, форми частинки. Плоскі частинки ковзають, круглі котяться.

При рухові частинок з різною швидкістю частинки, що розділяються, мають різну траєкторію. Швидкість частинок у момент їх сходу з похилої площини визначається за формулою

,

де L - шлях, пройдений частинкою,
g - прискорення вільного падіння,
f - коефіцієнт тертя частинки,
α - кут нахилу площини

Таким чином, швидкість на сході з похилої площини визначається коефіцієнтом тертя частинки об площину ( f ), кутом нахилу площини (α) і довжиною розгінної дільниці площини (L).

Збагачення з використанням відмінностей у коефіцієнтах тертя може проводитись на апаратах з нерухомою, рухомою, вібруючою робочою поверхнею.

До апаратів з нерухомою робочою поверхнею належить сепаратор типу "Гірка" (Рис. 7.4). Сепаратор має три похилих площини А, Б, В. Призначений для відділення азбесту від змійовика.

Кути тертя для азбесту і змійовика:

φ_а = 38-40^о; φ_з = 17-27^о

Коефіцієнти тертя для азбесту і змійовика:

f_а = 0.86; f _з = 0.3-0.5

Рис. 7.4 - Сепаратор для збагачення за тертям "Гірка"

Матеріал подається моношаром. На площині А виділяється порода, на площинах Б і В промпродукт і концентрат.

Для збагачення вугілля застосовують площинні сепаратори з відбивачем і щілинами. Схема сепаратора показана на рис. 7.5.

Матеріал подається по ширині площини. Відбивачі і щілини розміщуються на площині в шаховому порядку. Вугільні частинки через округлу форму і менший коефіцієнт тертя набувають великої швидкості і за допомогою відбивача перелітають через щілину. Породні частинки, маючи меншу швидкість, розвантажуються в щілину.

До апаратів з рухомою робочою поверхнею належать стрічкові, дискові і барабанні сепаратори тертя.

Рис. 7.5. Площинний сепаратор з відбивачами і щілинами

У стрічкових сепараторах (Рис. 7.6 а) продукти, що розділяються, рухаються в різні сторони. Округлі скочуються вниз від точки завантаження, плоскі підіймаються вгору. Точка завантаження розміщується на відстані 1/3 довжини стрічки від її нижнього краю.

У барабанних сепараторах (Рис. 7.6 б) частинки, що розділяються, також переміщаються в різних напрямах.

Рис. 7.6. Сепаратори тертя (а - стрічковий; б - барабанний)

вгору