Обогащение на шлюзах

Обогащение песков россыпных месторождений золота, олова, вольфрама и многих редких металлов на шлюзах различной конструкции является характерным примером использования основных принципов разделение минеральных частиц в потоке воды, текущей по наклонной поверхности. По своему устройству шлюзы классифицируются на стационарные или неподвижные, подвижные механизированные, с подвижным улавливающим покрытием, винтовые и орбитальные.

Стационарные или неподвижные шлюзы в свою очередь подразделяются на гидравлические и дражные.

Неподвижные шлюзы являются наиболее простыми обогатительными аппаратами, применяемые для извлечения тяжелых минералов и металлов из песков россыпных месторождений. Они представляют собой слабонаклонный желоб прямоугольного сечения, на дно которого укладываются специальные покрытия, которые позволяют создать в придонных слоях турбулентный поток и удерживают осевшие на дно тяжелые минеральные частицы. Для эффективного обогащения на шлюзах необходимо, чтобы разность в плотности тяжелых минерав и легких была достаточной, т.е. соотношение должно быть более 3,5.

Пульпа при соотношении Т:Ж = 1: ( 3…10) подается в верхний конец шлюза, который устанавливается под углом 3…15˚. При движении по шлюзу в водном потоке минеральные частицы разделяются по плотности, тяжелые минералы концентрируются на дне шлюза между трафаретами или задерживаются шероховатой поверхностью ворсистого покрытия шлюза, а легкие минералы потоком воды уносятся к разгрузочному концу шлюза ( рис. 84).

Рис.84. Схема разделения частиц на шлюзе

1 – шлихи; 2 – трафарет; 3 - мат

Накопившиеся тяжелые частицы, представляющие собой концентрат, периодически снимаются после прекращения подачи исходного питания. Операция удаления концентрата называется сполоском. Таким образом, неподвижные шлюзы являются аппаратами периодического действия.

Для создания вихревых потоком воды на дне шлюза устанавливаются трафареты, а ворсистые покрытия увеличивают сопротивление движущемся по дну частицам и замедляют движение воды в ее нижних слоях. Это способствует оседанию в нижних слоях тяжелых частиц, которык первоначально создают рыхлую постель. По мере накопления их постель уплотняется и легкие частицы, не проникая в нее, уносятся потоком воды.

Эффективность работы шлюзов зависит от угла наклона, скорости потока, наполнения пульпой, частоты сполосков и характером покрытия. При выборе трафаретов учитывается основной принцип: высота трафаретов не должна превышать глубину потока. Так, если глубина потока равна 600 мм, то высота трафаретов не должна быть более 300…500 мм. Кроме того, глубина потока зависит от крупности обогащаемого материала и должна быть в 1,5…3 раза больше самого крупного куска в питании. Расстояние между трафаретами обычно составляет около 100 мм.

Для обогащения неклассифицированного материала крупностью более 20 мм используются шлюзы глубокого наполнения с глубиной потока более 300…400 мм, шириной 700…1800 мм и глубиной 750…900 мм. Длина таких шлюзов достигает несколько десятков метров, а угол наклона 2…3˚. Для создания турбулентного потока в таких шлюзах поперек потока устанавливаются трафареты из деревянных брусьев, литых решеток, крупных кусков материала. Иногда для улавливания мелких тяжелых минералов, оседающих между трафаретами, по всему дну шлюза под трафареты укладывается ворсистая ткань, в которой задерживаются эти минералы или металлы ( золото).

При обогащении тонкозернистого материала применяются шлюзы малого наполнения ( до 100 мм), дно которых устилается ворсистыми, шероховатыми покрытиями – войлоком, грубошерстным сукном, а также рифленой резиной, ковриками из каучука. В этом случае глубина потока пульпы составляет 30…50 мм.

Гидравлические стационарные шлюзы применяются для извлечения, например, золота из песков россыпных месторождений на передвижных промывочных установках большой производительности. Эти шлюзы отличаются большим сечением ( до 1500 х 1250 мм) с высотой бортов до 1 м и длиной до 50 м. Как правило, на этих шлюзах обогащаются неклассифицированные пески, содержащие куски до 300…500 мм.

Дражные стационарные шлюзы являются основными гравитационными аппаратами на плавучих драгах и золотомойках. Они устанавливаются для извлечения золота из дезинтегрированных и классифицированных по крупности песков. На драгах они располагаются продольно или поперечно относительно оси драги . Это шлюзы малого наполнения, имеющие ширину до 800 мм и длину 3…6 м и устанавливаемые под углом 6…8˚. Для улавливания мелкого золота шлюзы работают в сочетании другими гравитационными аппаратами ( отсадочные машины, винтовые сепараторы, центробежные концентраторы. Удельная производительность таких шлюзов обычно составляет до 5 м³/ч на 1 м ширины шлюза.

Подвижные шлюзы подразделяются на подвижные механизированные шлюзы коробчатого и барабанного типа, шлюзы с подвижным резиновым покрытием и орбитальные шлюзы. Все эти шлюзы осуществляют механизированный сполоск концентрата, что позволяет автоматизировать работу шлюза в целом. Из подвижных шлюзов получили распространение ленточные шлюзы, ленточные шлюзы с резиновым покрытием и ленточные шлюзы с орбитальными колебаниями ленты.

Шлюзы с подвижным резиновым покрытием, устанавливаемые на драгах для обогащения золотосодержащих песков представляют собой непрерывную цельноформованную ленту шириной 810 мм и с бортами высотой 200 мм. На внутренней поверхности ленты имеются ячейки прямоугольного сечения и пороги. Устанавливается шлюз под углом 6˚30'. Концентрат с движущейся ленты смывается оросителями в желоб для концентрата., а хвосты удаляются в нижней части шлюза с противоположной стороны.

Наиболее совершенным является ленточный концентратор «Бартлез-Кроссбелт»( рис.85), который представляет собой бесконечную полихлорвиниловую ленту шириной 1,2 и 2,4 м которая движется между двумя барабанами ( один из них – приводной), находящимися на находящимися на расстоянии 3 м друг от друга.

Рис. 85. Схема концентратора Бартлез-Кроссбелт

.1 – питающая коробка; 2 – направление движения ленты; 3 – концентратная зона; 4 – промпродуктовая зона; 5 – подача питания

Орбитальные колебания создаются дебалансным грузом поперек ленты , когда направление движения потока и улавливающей поверхности перпендикулярны. При этом образуется веер продуктов на ленте и их непрерывная разгрузка. Частота круговых колебанийленты составляет 320 в мин., угол наклона ленты - 2˚, скорость горизонтального движения ленты 4 мм / с. Концентраторы имеет невысокую производительность (100…300 т/ч) и применяются при доводке черновых гравитационных концентратов.

Среди автоматических шлюзов малого наполнения, применяемых при обогащении тонких фракций тяжелых минералов, широкое распространение получили орбитальные многодечные шлюзы - концентраторы «Бартлез-Мозли» (рис.86) и КШМ – 72.

Рис.86. Орбитальный шлюз Бартлез – Мозли

1 – гибкие питающие шланги; 2 – натяжные пружины; 3 – контрольная панель; 4 – деки; 5 – электродвигатель; 6- стальная рама; 7 – питатель для воды и пульпы; 8 – каркас; 9 – пневматический механизм опрокидывания; 10 – эксценриковые массы; 11 – приемные устройства для продуктов обогащения

Процесс концентрации на этих концентраторах периодический и основан на расслаивании минеральных частиц по плотности в потоке, движущемся тонким слоем по слабонаклонным поверхностям в поле центробежных сил, создаваемых орбитальным движением дек.

Концентраторы представляют собой многодечный автоматический шлюз, в котором пульпа подается на поверхность 40 дек с общей площадью 72 м²6, сгруппированных в два пакета по 20 дек. В промежутке между этими пакетами расположен привод шлюза. Деки изготовлены из стекловолокна и имеют габариты 1,3 х 1,5 м. Деки подвешены в каркасе под углом 1…3˚ и совершают орбитальные движения вследствие вращения эксцентрикового груза от электродвигателя мощностью 0,37 кВт. Амплитуда качания дек составляет 4,8…6,4 мм.

Пульпа равномерно распределяется системой трубок по всем 40 декам. В зависимости от свойств обогащаемого материала цикл концентрирования может изменяться до 35 мин, посл чего с помощью пневматического запорного клапана подача пульпы прекращается. При разгрузке концентрата деки наклоняются на 45˚ для сполоска водой под небольшим давлением, время которого регулируется и максимально составляет 72 с. Максимальный расход воды на сполоск – 300 л/ч. После сполоска и промывки пакеты шлюзов автоматически возвращаются в исходное положение, перекрывается клапан промывки, открывается клапан подачи питания и начинается цикл концентрирования.

Шлюзы нашли широкое распространение, например, для извлечения касситерита крупностью до 20 мкм из шламов гравитационного обогащения. При степени концентрации 3…5 извлечение олова из таких шламов составляет 70…80%. Производительность шлюза достигает 2…2,5 т/ч. Эффективность обогащения на шлюзах повышается при предварительном удалении шламов 5…10 мкм и крупных частиц ( более 100 мкм).

3.3.2. Обогащение на винтовых и конусных сепараторах

Винтовой сепаратор ( рис. 87)

состоит из приемного устройства пульпы 1, винтового желоба 2, цетральной трубы 4, обеспечивающей жесткость и прочность конструкции, отсекателей продуктов 3 и хвостового желоба 5. В поперечном сечении желоб имеет овальную форму, причем внешний борт его находится выше внутреннего. Угол наклона винтовой линии обычно в 2…2,5 раза меньше угла трения извлекаемого минерала.

Пульпа при Т : Ж от 1 : 3 до 1 : 15 загружается в верхней части желоба и под действием силы тяжести стекает вниз в виде тонкого потока разной глубины по сечению желоба. Минеральные частицы, движущиеся в потоке пульпы по винтовому желобу, испытывают одновременно воздействие сил, различных по величине и направлению. При движении в потоке помимо обычных гравитационных и гидродинамических сил, действующих на минеральные частицы, создаются центробежные силы. Равнодействующая их определяет траекторию движения частиц в поперечном сечении потока. Под действием этих сил происходит распределение частиц по плотности и крупности.. В отличие от движения частиц в прямых наклонных потоках в винтовом желобе частицы перемещаются относительно друг друга не только вдоль желоба, но ив поперечном направлении. Легкие зерна, имеющие большую скорость перемещения по потоку, отклоняются к внешнему борту, тяжелые частицы, имеющие меньшую скорость, чем легкие, движутся у внутреннего борта ( рис. 88)

Рис. 87. Винтовой сепаратор

.

Рис. 88. Схема расслаивания материала в винтовом желобе

На первых витках желоба происходит расслаивание материала по вертикали, при котором тяжелые минералы концентрируются в придонном слое. Затем происходит перераспределение зерен в радиальном направлении, в результате чего формируются отдельные слои потока частиц , которые приобретают установившийся характер движения. Перераспределение зерен в потоке заканчивается после прохождения двух, трех витков желоба, после чего потоки частиц движутся по постоянным траекториям. Перераспределению способствует подача смывной воды, которая подается к внутреннему борту желоба.

Потоки концентрата и промпродукта отделяются отсекателями, которые представляют собой поворотные ножи, установленные у отверстий с отводящим трубопроводом Устанавливаются такие устройства с интервалом 0,5 – 1 виток. На верхних витках снимается концентрат, на нижних – промпродукт. Хвосты разгружаются в конце желоба.

Оптимальное количество витков желоба обычно составляет три. Однако она зависит от крупности питания. Для крупного материала достаточно двух витков, а для мелкого, крупностью менее 0,15 мм, необходимо 4 витка.

Винтовые сепараторы изготовляются из чугуна, силумина ( сплава алюминия с кремнием), полимерных материалов, рабочая поверхность желобов обычно футеруется резиной, каменным литьем или полимерами.

Основным конструктивным параметром сепаратора является диаметр винтового желоба. На сепараторах большого диаметра (1000 и более мм) обычно обогащается материал крупностью 1…2 мм. Для обогащения тонкозернистых материалов ( менее 0,5 мм) применяются сепараторы диаметром 500 и 750 мм. Материал крупностью минус 1 + 0,074 мм обогащаются успешно на сепараторах различного диаметра. Винтовые сепараторы бывают одно-, двух- и трехжелобными что значительно увеличивает их производительность. Степень концентрации на винтовых сепараторах обычно составляет 5…10 в зависимости от содержания тяжелых минералов исходном питании.

На извлечение и качество выделяемых концентратов влияют: разница в плотности разделяемых минералов, форма и степень окатанности зерен, гранулометрический состав исходного материала, содержание глины и шламов. Перед обогащением на винтовых сепараторах материал подвергается дезинтеграции, обесшламливанию и классификации по крупности ( грохочением ) или по равнопадаемости ( в гидравлических классификаторах). При этом улучшаются технологические показатели обогащения и увеличивается производительность сепаратора. При большом содержании в питании глины и шламов ( более 25%) процесс сепарации становится неустойчивым. Также неустойчивым становится процесс сепарции неклассифицированного материала, содержащего незначительное количество мелкой фракции ( менее 10% минус 2 мм) и большого количество крупных( 20 ; 16; 12 мм) фракций ( более 30% ) На винтовых сепараторах хорошо извлекаются тяжелые минералы крупностью от 4 до 0,25 мм, более мелкие минералы улавливаются хуже, а минералы мельче 0,074 мм почти не извлекаются и снижают извлечение более крупных минеральных частиц. Большое значение имеет форма частиц обогащаемого материала. Частицы пластинчатой формы под действием сил трения скольжения, которая больше силы трения качения сферических частиц, удерживаются у внутренней стенки желоба и ухадят в концентрат. Частицы сферической формы наоборот, движутся вблизи внешнего борта желоба и уходят в хвосты.

Сростки тяжелых минералов с минералами пустой породы, имеющие промежуточную плотность, плохо извлекаются на сепараторах и нарушают селективность разделения. Поэтому винтовые сепараторы применяются в основном для обогащения россыпей, в которых отсутствуют сростки.

Оптимальная плотность пульпы, поступающей на сепаратор, для песков россыпных месторождений составляет от 35 до 50% твердого, для руд – от 15 до 35% твердого. Повышение содержания твердого в пульпе нарушает процесс расслоения материала и материал движется по желобу сплошной массой, в то время, как при большом разжижении ( менее 10% твердого) приходится снижать количество материала, поступающего на сепаратор из-за переполнения желоба. Для повышения качества концентрата, уменьшения заиливания в зоне концентрирования, для транспортировки тяжелых минералов смывная вода подается в приосевую зону каждого желоба Расход смывной воды обычно составляет 0,3…0,6 л/с для одного желоба. При избытке смывной воды тяжелые минералы сносятся в область промпродукта и даже хвостов.

Удельная производительность винтовых сепараторов на 1 м² площади составляет для сепаратора СВ2Л-1000 довольно высока и составляет 0,9…2,5 т/ч.

Простота устройства, отсутствие механического привода, высокая удельная производительность, малая площадь, занимаемая ими и высокая надежность работы обеспечили винтовым сепараторам широкое применение их при обогащении титановых и титано-цирконовых песков, золотосодержащих россыпей, оловянных и вольфрамовых руд. Устанавливаются они также на драгах.

Разновидностью винтовых сепараторов являются винтовые шлюзы, которые отличаются формой желоба и малым наклоном его днища ( рис. 89).

Рис. 89. Шлюз винтовой ШВ2Л - 1000

Применяется такой шлюз для обогащения тонкозернистых материалов ( менее 0,074 мм) при малых скоростях движения тонкого потока по шлюзу.

В табл. 44 приведена техническая характеристика основных типов винтовых сепараторов и винтового шлюза.