Сепариране на руди, въглища и минерали

След процесите на натрошаване, смилане и пресяване, с които ви запознахме в предишни броеве на сп. Инженеринг ревю, добитите полезни изкопаеми преминават през различни фази на сепарация в зависимост от физичните си свойства. В практиката намират приложение няколко метода. Сред тях е гравитационният метод, при който се използва различието в плътностите на минералите, едрината и формата, т. е. разликата в скоростта на падане на частиците на минералите и скалната маса. Той се реализира в течна или газова среда и се дели на хидравличен и пневматичен. Хидравличният метод намира голямо приложение при обогатяването на въглища, железни, манганови, волфрамови, калаени разсипни руди на редки и благородни метали. Пневматичният метод се използва главно при обогатяване на въглища.
При флотационния метод се използва различието във физико-химичните свойства на повърхността на минералите и способността на минералните частици да се закрепват към разделителната повърхност на две фази - течна и газообразна. Степента на хидратираност на частиците се регулира с флотационни реагенти. Изходната суровина се смила предварително във водна среда и се подава във флотационната машина, заедно с реагентите. Към въздушните мехурчета се закрепват трудноомокрящите се частици и се изнасят в пенен продукт, а скалните частици се отделят като камерен продукт. Друг популярен метод на сепарация е магнитният, който се базира на различието в магнитните свойства на минералите и различната им траектория на движение в магнитно поле. Методът е приложим при обогатяване на железни, манганови руди и регенерация на магнетитови суспензии. Освен изброените начини на сепарация, се използва и сортиране по плътност, едрина и форма на частиците, както и някои специални технологии за сортиране по цвят, блясък, прозрачност, светене, обогатяване по триене, радиометрично, химично и бактериално-химично обогатяване. Статията представя някои от основните видове машини, с които се осъществява сепарацията в изброените технологични процеси.

Колесни сепаратори
Колесните сепаратори се използват предимно за едрозърнести въглища. Различават се два вида - с наклонено и вертикално колело. В процеса на сепарация изходните въглища преминават през ваната, запълнена с тежка суспензия. В работното отделение материалът се разделя на лека и тежка фракция. Леката фракция постъпва на сито, като разтоварването й се улеснява от греблово устройство. Тежката фракция преминава в транспортното отделение и с помощта на елеваторното колело се отделя като отпадък.

Барабанни сепаратори
При сепарацията на едрозърнести руди приложение намират барабанните сепаратори. Барабанът е запълнен до определено ниво, като от вътрешната му страна има спирала за транспортиране на тежката фракция. Леката фракция прелива през улей, а тежката се разтоварва чрез елеваторно колело.

Конусни сепаратори
Конусните сепаратори се използват за сортиране на среднозърнести руди и неметални суровини. Представляват конусна вана, в която материалът се подава през улей. Стабилността на суспензията се поддържа чрез бъркалка. Лекият продукт прелива по периферията на конуса и се разтоварва през улея, а тежкият се разтоварва чрез вътрешен аеролифт. В аеролифта се подава сгъстен въздух през дюза за по-лесно транспортиране на тежката фракция.

Винтови сепаратори
Винтовите сепаратори се използват за обогатяване на суровини с едрина под 12 mm. Долната граница в едрината на частиците е 0,07 mm за леките и 0,02 mm за тежките. Материалът се дешламира предварително за намаляване на вискозитета му. Използват се широко за извличане на злато от златосъдържащи пясъци, редки метали, калай, слабомагнитни железни минерали, доизвличане на тежки метали от отпадъка и др. Улеят е винтообразен, като броят на спиралите е от 4 до 6. Под действието на хидрохимични, центробежни или сили на триене, частиците се разслояват.

Центробежната сила влияе съществено и неколкократно превишава силата на тежестта. Тежките частици се движат по-бавно по дъното на улея, близо до вътрешния борд, а леките по-бързо и се изнасят към външния. След първата навивка частиците се движат с постоянна скорост в зависимост от размера, плътността и формата си и заемат определено място между бордовете на улея и по височина на потока. В долните слоеве се концентрират тежките частици, които се ориентират към оста на винта и се отделят като концентрат. Той се отделя чрез отсекатели, а след 2-3 навивки се отделя междинният продукт и накрая - отпадъкът в края на улея. Пулпът е със съдържание на твърдата фаза 20-40%. Улеите се изработват от стъкло, пластмаса или алуминий.

Магнитни сепаратори
Магнитният метод на обогатяване се основава на различието в магнитните свойства на компонентите. Обогатяването се осъществява в магнитно поле, създавано от магнитни сепаратори. При движение на сместа от минерали с различни магнитни свойства през работната зона на сепараторите, минералите с по-добри магнитни свойства се привличат от магнитното поле и се отделят като магнитна фракция, а останалите материали се концентрират като немагнитна фракция. При някои магнитни сепаратори се предвижда отделяне на повече магнитни фракции, които се различават по магнитни свойства. Понятията магнитна и немагнитна фракция имат условен характер. При въздействие върху руда със слабо магнитно поле се отделят само силномагнитните материали като магнитна фракция, а в немагнитната остават редица слабомагнитни и немагнитни материали. След повторно пускане на немагнитния продукт през сепаратора със силно магнитно поле се отделят и голяма част от слабомагнитните материали. Наред с магнитните сили на привличане върху магнитните материали действат механични сили, обуславящи се от масата на минералните частици, центробежните сили при кръгови траектории, съпротивлението на средата (при сепарация във водна среда), силите на сцепление (при фини частици във въздушна среда) и др.

Понастоящем се произвеждат различни сепаратори за суха и мокра магнитна сепарация на силно- и слабомагнитни руди. Магнитният метод намира широко приложение при обогатяване на железни, манганови и хромови руди, за регенерация на магнетитиви и феросилициеви суспензии, за обогатяване на шлаки, пиритни утайки, металургични продукти, концентрати на редки метали, разделяне на калаено-волфрамови концентрати и др.

Механични флотационни машини
В практиката намират приложение няколко вида механични флотационни машини.
Машините тип "Механобър" се използват за различни руди при съдържание на твърдата фаза в пулпа 45-50%. Представляват редица от сдвоени правоъгълни камери, първата от които е засмукваща, а втората - правопоточна. В центъра на всяка клетка е разположен вал, в долния край на който е закрепен импелер. Над него е разположен статор с кръгли отвори и неподвижно закрепени лопатки. Валът се намира в тръба и е херметично свързан с корпуса на лагера на блока "импелер-статор". Изходният пулп постъпва в клетката по тръба в долния край на клетката и се засмуква от импелера. Поради възникване на вакуум в зоната на импелера освен пулп се засмуква и въздух от допълнителна тръба. Отворът за постъпване на пулп в правопоточната клетка е затворен с тапа. Количеството на засмуквания пулп влияе до определено ниво върху количеството на засмуквания въздух.

Тип "Фагергрейн" - конструкцията на ротора и статора съществено се различават от горните типове. Те са гумени или полиуретанови, като статорът представлява цилиндър с овални отвори и е оребрен от вътрешната страна. Роторът се състои от 6 до 10 радиални лопатки, завършващи с удебеляване. За да се осигури спокойна зона за пенообразуване, над аератора към централна тръба е закрепен конусен перфориран успокоител. В долния край на циркулационната тръба е монтирано лъжливо перфорирано дъно за увеличаване на циркулацията на пулпа и за да не се утаяват едрите частици. По тази причина долната част на камерата е трапецовидна. Тази конструкция дава възможност аераторът да се монтира на по-малка дълбочина.

Тип "Бут" - характерно за тези машини е наличието на два импелера, монтирани на различни нива. Долният импелер има за задача да диспергира пулпа в долната част на машината и да го насочва към горната. Горният импелер представлява кръстачка, над която е поставен статор, представляващ диск с радиално разположени лопатки. Перките на горния импелер са трапецовидни с широката част към статора. По този начин се осигурява засмукване на въздуха и диспергирането му. Този тип конструкции се използват ограничено.

Освен механични флотационни машини в практиката се използват и пневматични, пневмомеханични и колонни флотационни машини.

Пневматичните флотационни машини
нямат механично разбъркване на пулпа и диспергиране на въздуха. Въздухът се подава принудително или се отделя от пулпа. Използват се въздуходувки, вентилатори, компресори, центробежни помпи, а при машините с отделяне на въздух от течната фаза - вакуум помпи. Според начина на подаване и диспергиране на въздуха пневматичните флотационни машини биват няколко вида. Най-старият вид са флотационните машини с пореста преграда, при които въздухът се подава през различни видове прегради, филтърна тъкан, гумена преграда с фини отвори и др.

Аеролифтните флотационни машини се характеризират с проста конструкция, леко обслужване и ремонт, нямат механични движещи се части и имат малък разход на енергия. Недостатък се явява ниската степен на използване на подавания въздух, чувствителни са към плътността и зърнометрията на подавания пулп. При увеличаване плътността на пулпа се влошава разбъркването му и диспергирането на въздуха в него. Тези машини биват плитки и дълбоки.

Колонните флотационни машини представляват квадратна или кръгла камера. Камерата се състои от долна част с монтиран дифузьор, през който се диспергира въздух. През тръба се разтоварва отпадъкът от флотацията. В средната част се подава пулпът, подготвен с реагенти. В горната част на машината минерализираната пяна се оросява с вода през тръба и по тръбата се отделя флотационният концентрат. При работа на машината скоростта на въздушния поток не трябва да надвишава скоростта на изплуване на въздушните мехурчета, тъй като това може да доведе до задръстване на колоната.

Утаечни машини
Утаяването е гравитационен процес, при който минералите се разделят по плътност във воден поток с променлива скорост. Подходящ е за въглища с едрина 0,5 - 250 mm, железни, манганови, разсипни и други руди с едрина 0,2 - 50 mm. Минералната смес се разслоява по два начина. Първият от тях е приложим за смеси от два минерала с еднакъв размер, но различна плътност. При движение на буталото надолу се създава възходяща водна струя и леките частици се изнасят на по-голяма височина и се разполагат в по-горните слоеве на материала. При ход на буталото нагоре се създава низходящ воден поток, при което тежките частици се движат по-бързо надолу. Вторият начин на разслояване се отнася за некласираните материали, които се делят по плътност и едрина. При него сепарацията протича в тежък, междинен и лек слой, като тежкият образува легло, което има решаващо значение за ефективността на разделяне.

За едри, ситни и некласирани въглища, железни, манганови, калаени, волфрамови и др. руди се използват и безбутални утаечни машини, при които има възходящо-низходяща струя от сгъстен въздух. Въздушните камери се разполагат странично или подрешетно в конструкцията. Въздухът се подава чрез пулсатори, като роторите на пулсаторите имат общо задвижване. Машината работи без или със изкуствено легло. При повишаване плътността и дебелината на леглото, поплавакът се повдига и задвижва роторния разтоварач, при което тежката фракция се разтоварва и постъпва в разтоварващата фуния. В първото отделение се отделя тежкият продукт, останалата част от материала преминава във второто отделение. Междинният продукт се отделя в него чрез изкуствено легло и през процеп. Третото отделение е за допълнително отделяне на междинен продукт, а леката фракция, заедно с водния поток, се разтоварва през преливния праг и постъпва за обезводняване.

Предлагат се и утаечни машини с подвижно решето, които основно намират приложение за обогатяване на железни и манганови руди. Решетката е монтирана на дъното на сандък, извършващ колебателни движения, под действието на ексцентриков механизъм. Движенията са дъгообразни, като вертикалното движение осигурява разрохкване на леглото от материал върху решетката, а хоризонталното подпомага придвижването на материала към разтоварващия край на машината.

Мембранните утаечни машини са подходящи за руди с едрина под 15 mm, след предварително класиране или без такова. Този тип машини биват с горно, долно и странично разположение на мембраната. В процеса на работа водата получава колебателни движения от пулсациите на мембраната и по този начин разслоява материала.

Концентрационни маси
Концентрационните маси се използват за златосъдържащи, волфрамови, калаени и редкометални руди и за ситно зърнести въглища и антрацити. Представляват наклонена повърхност, извършваща асиметрични възвратно-постъпателни движения, перпендикулярно на потока от материал. Разпределението на минералните частици по плътност става под действието на инерционната сила на частиците и хидродинамичната сила на водния поток. Като вид се различават пясъчни, шламови, едно-, дву-, три-, шест- и дванадесет плоскостни, едно- и триетажни. Работната им повърхност е трапецовидна маса, покрита с линолеум, гума, стъклопласт или др. Материалът от приемна кутия се подава равномерно върху масата, заедно с вода от улея. По повърхността на масата има тънки летви, разположени успоредни на движението на материала. Тяхната височина зависи от едрината и фракционния състав на материала. Височината на летвите откъм захранването е по-голяма, а в другия край е нула. Количеството вода се регулира чрез планки. Масата се движи с минимална скорост в началото на предния ход, и максимална в края му. При задния ход движението е обратно. Частиците с по-малка плътност се движат по-бавно, а частиците с по-голяма плътност - по-бързо. Частиците с различна плътност се разтоварват на две различни места и материалът се разпределя върху масата ветрилообразно.