Zentrifugal Mineralaufbereitung

Die Zentrifugalkonzentration ist ein Schwerkraftabscheidungsverfahren, bei dem der Unterschied in der durch Mineralpartikel in einem rotierenden Schlammstrom erzeugten Trägheitszentrifugalkraft genutzt wird, um Partikel nach ihrer Dichte zu trennen. In einem Gravitationsfeld nehmen die Absetzkraft und die Absetzgeschwindigkeit mit abnehmender Partikelgröße rapide ab, wodurch sich auch die Abscheideleistung und die Verarbeitungskapazität der Anlage entsprechend verringern. Die durch den rotierenden Schlammstrom erzeugte Trägheitszentrifugalkraft ist um das Zehn- bis Hundertfache größer als die Schwerkraft, wodurch die Schichtung der Mineralpartikel erheblich beschleunigt und die Verarbeitungskapazität der Anlage verbessert wird.

Zentrifugalkonzentratoren zeichnen sich durch eine hohe Durchsatzleistung und niedrige Trennkosten aus, wodurch sie sich für die Aufbereitung von feinkörnigen Erzen eignen; allerdings ist ihr Anreicherungsgrad gering, weshalb sie in der Regel für die Grobaufbereitung eingesetzt werden.

Zentrifugalkonzentratoren lassen sich im Wesentlichen in zwei Kategorien einteilen: solche, bei denen die Zentrifugalkraft durch die Drehung des Maschinenkörpers erzeugt wird, und solche, bei denen die Zentrifugalkraft durch die schnell rotierende Strömung der Aufschlämmung entsteht. Zur ersten Kategorie gehören horizontale und vertikale Zentrifugalkonzentratoren, zur zweiten Kategorie gehören unter anderem Kurzkonus-Hydrozyklone.

2.7.2 Zentrifugalkonzentrator-Anlagen

2.7.2.1 Horizontaler Zentrifugal-Konzentrator

Sein Aufbau ist in Abbildung 2-40 dargestellt. Er wurde 1964 von der Yunnan Tin Industry Company in meinem Land erfolgreich entwickelt. Er besteht aus zwei Teilen: der Haupteinheit und dem Steuermechanismus. Die Haupteinheit ist eine horizontal angeordnete, kegelstumpfförmige Trommel. Während des Betriebs wird die Aufschlämmung tangential durch eine flache Zuführdüse an die Trommelwand geleitet. Während sie sich mit der Trommel dreht, fließt sie entlang der axial geneigten Oberfläche der Trommelwand und verursacht dabei eine Schichtung. Die schwereren Mineralpartikel der unteren Schicht lagern sich an der Trommelwand ab, während die leichteren Mineralpartikel der oberen Schicht zusammen mit der Aufschlämmung am hinteren Ende der Trommel als Abgang ausgetragen werden. Wenn die schweren Mineralpartikel eine bestimmte Schichtdicke erreichen, wird die Zufuhr gestoppt, und durch die Spüldüse wird Hochdruckwasser eingeleitet, um die schweren Mineralpartikel nach unten zu spülen und so ein Konzentrat zu bilden. Die Zufuhr, das Stoppen der Aufschlämmung, das Spülen zur Gewinnung von Abgangsmaterial und die Konzentratgewinnung werden alle periodisch durch den Steuermechanismus ausgeführt.

Abbildung 2-40 Aufbau des Zentrifugalkonzentrators φ800×600 von Yunnan Tin

1 – Einfülltrichter; 2 – Spüldüse; 3 – Obere Zuführdüse; 4 – Drehtrommel; 5 – Fahrgestell; 6 – Auffangrinne; 7 – Schutzabdeckung; 8 – Abscheider; 9 – Membranventil; 10 – Dreiwegeventil; 11 – Motor; 12 – Untere Zuführdüse; 13 – Flachdüse für Waschwasser

Zentrifugalkonzentratoren nutzen in flachen Waschrinnen anstelle der Schwerkraft die Zentrifugalkraft zur Mineraltrennung und verbessern so den Filmtrennungsprozess. Horizontale Zentrifugalkonzentratoren werden zur Trennung von Wolfram-, Zinn- und Eisenerzen mit einer Partikelgröße von 0,15–0,01 mm eingesetzt und erzielen Anreicherungsgrade von 1,5–3. Eisenerz kann so zu einem Endkonzentrat verarbeitet werden, während Wolfram und Zinn eine weitere Feinabstimmung mit zusätzlichen Anlagen erfordern, um das Endkonzentrat zu erhalten.

Jet-Zentrifugalkonzentratoren sind ein neu entwickelter Typ horizontaler Zentrifugalkonzentratoren, der Anfang der 1990er Jahre vom Allgemeinen Forschungsinstitut für Bergbau und Metallurgie in Peking erfolgreich entwickelt wurde. Ihr Aufbau, wie in Abbildung 2-41 dargestellt, besteht aus einer rotierenden Trommel, einer Verteilerplatte, einem Zuführrohr, einem Wasserrohr und einem Strahlinjektor. Die Aufschlämmung wird direkt in das Innere der Trommel geleitet, während sauberes Wasser unter niedrigem Druck zur Verteilerplatte geleitet wird. Das saubere Wasser fließt über die Verteilerplatte hinweg und treibt die oberen Mineralpartikel entlang der Längsneigung der Trommel in Richtung des Auslaufendes. Der variierende Auftreffpunkt des Strahlwassers erzeugt ein hydraulisches Wehr um den Trommelumfang herum, wodurch das Bett abwechselnd aufgelockert und verdichtet wird, was den Scher- und Schichtungseffekt der Baynoh-Kraft verstärkt. Die φ1200-mm-Trommel dreht sich mit einer hohen Drehzahl von 600–700 U/min und erzeugt dabei eine Zentrifugalkraft, die 240–326-mal stärker ist als die Schwerkraft, wodurch sich extrem feine nützliche Mineralpartikel auf der Trommel ablagern können. Das Spritzwasser lockert das Bett auf, drückt die schwereren Mineralien am Boden in Richtung Trommelinneres und führt sie schließlich als Konzentrat über die Auslassöffnung ab. Die Grenze der Rückgewinnbarkeit der Partikelgröße bei der Aufbereitung von feinem Zinnerzschlamm kann bis zu 0,003 mm betragen. Neben der Aufbereitung von Zinnerzschlamm kann die Anlage auch zur Aufbereitung schwer zu verarbeitender feinkörniger Schlämme wie Gold, Wolfram, Tantal, Niob und Seltenerdelemente eingesetzt werden.

Abbildung 2-41 Schematische Darstellung des Funktionsprinzips eines Strahlzentrifugalkonzentrators

1 – Trommel; 2 – Verteilplatte für klares Wasser; 3 – Zuleitung; 4 – Wasserstrahl; 5 – Konzentratauslass; 6 – Tailles-Auslass

Vertikale Zentrifugalkonzentratoren bestehen aus einem vertikal angeordneten Sortiertank, der sich um seine eigene Achse dreht. Zu den gängigen Typen zählen Zentrifugal-Goldkegelseparatoren und Zentrifugal-Scheibenseparatoren.

Der Aufbau eines zentrifugalen Goldkegelseparators ist in Abbildung 2-42 dargestellt. Der Sortierbehälter ist ein umgekehrter Kegelstumpf, der auf einer unteren vertikalen Welle montiert ist. Die Oberfläche des Kegels weist ringförmige Rillen auf. Die Aufschlämmung wird über einen Einfülltrichter in den unteren Teil der Sortierkegelscheibe geleitet. Während sich die Kegelscheibe dreht, fließt die Aufschlämmung entlang der Innenwand nach oben, und die Mineralpartikel werden entsprechend ihrer Dichte geschichtet. Schwerere Partikel bewegen sich in Richtung der Scheibenwand und gelangen in die Rillen, während leichtere Partikel mit der Aufschlämmung nach oben fließen und oben in die Abgangsmulde ausgetragen werden. Wenn die schweren Partikel die Rillen füllen, wird die Zufuhr gestoppt und die Maschine abgeschaltet. Das Bodenventil wird manuell geöffnet, und die schweren Partikel werden mit Hochdruckwasser in die Konzentratrinne gespült. Diese Anlage wird hauptsächlich zur Aufbereitung von Alluvialgoldlagerstätten und zur Grobaufbereitung kleiner Adergoldlagerstätten eingesetzt. Die Korngröße des Aufgabematerials beträgt 0–10 mm. Die Anlage weist einen einfachen Aufbau auf, ist leicht zu bedienen, verfügt über einen hohen Trenn- und Anreicherungsgrad und kann eine Goldausbeute von über 90% erzielen, wobei der Wasserverbrauch relativ gering ist.

Abbildung 2-42 Zentrifugal-Kegelseparator

1 – Zuführrohr; 2 – Obere Abdeckung; 3 – Gummigitter; 4 – Kegelscheibe; 5 – Schlammverteilerscheibe; 6 – Wasserspritzscheibe; 7—Oberer Lagersitz; 8—Riemenscheibe; 9—Rahmen; 10—Unterer Lagersitz; 11—Hohlwelle; 12—Motor; 13—Außengehäuse

Der Aufbau des Zentrifugalscheibenseparators ist in Abbildung 2-43 dargestellt und entspricht im Wesentlichen dem des Zentrifugal-Goldkonzentrators. Die Trennscheibe ist eine halbkugelförmige Scheibe mit ringförmigen Rillen an ihrer Innenwand. Der Trennprozess und die Betriebsweise entsprechen denen des Zentrifugal-Goldkonzentrators. Er wird zur Trennung von Alluvialgold und Adergold-Erzen mit einer Korngröße von 0–10 mm eingesetzt. Er zeichnet sich durch einen hohen Anreicherungsgrad und eine hohe Ausbeute aus. Die halbkugelförmige Gestalt der Trennscheibe erschwert jedoch deren Herstellung.

Abbildung 2-43 Zentrifugalscheibenkonzentrator

1 – Sandschutzabdeckung; 2 – Abraumbecken; 3 – halbkugelförmige Konzentratorscheibe; 4 – Motor; 5 – Horizontalwelle; 6 – Motorrahmen; 7 – Rahmen

Abbildung 2-44 φ300 Kurzkonus-Hydrozyklon

1 – Zulaufrohr; 2 – Überlaufrohr; 3 – Bodenauslass

2.7.2.3 Kurzkonus-Hydrozyklon

Sein Aufbau ist in Abbildung 2-44 dargestellt. Der Unterschied zu einem herkömmlichen Hydrozyklon besteht im größeren Kegelwinkel. Der Kegelwinkel des Kurzkonus-Hydrozyklons beträgt 90° bis 120°, und der Kegel ist besonders kurz. Im Betrieb gelangt die Aufschlämmung tangential aus einer Sandpumpe oder einem Hochdruckbehälter in den Zylinder. Die Aufschlämmung bewegt sich spiralförmig nach unten, wobei sich die Mineralpartikel entsprechend ihrer Absetzgeschwindigkeit radial anordnen. Leichtere oder feinere Partikel mit geringeren Absetzgeschwindigkeiten werden über das zentrale Überlaufrohr abgeführt, während gröbere oder schwerere Partikel sich zur Behälterwand hin bewegen und nach unten wandern. Aufgrund des vergrößerten Kegelwinkels wird die entlang der Behälterwand nach unten fließende Aufschlämmung behindert, wodurch sich am Boden des Kegels ein rotierendes Bett bildet. Innerhalb des Hydrozyklonbettes werden die Mineralpartikel durch rotierende Scherkräfte aufgelockert und geschichtet. Leichtere Mineralien befinden sich oben und werden von der aufwärts strömenden Flüssigkeit zum Überlaufrohr transportiert, um dort ausgetragen zu werden. Schwerere Mineralien befinden sich unten und werden über den Unterlaufauslass ausgetragen.

Ein leicht modifizierter Wasser-Medium-Verbundhydrozyklon ist ebenfalls eine Art Kurzkonus-Hydrozyklon. Sein charakteristisches Merkmal besteht darin, dass er aus drei Konusabschnitten mit unterschiedlichen Konizitäten besteht, wobei die Konizität von oben nach unten allmählich zunimmt.

Der Boden des Kurzkonus-Hydrozyklons kann ebenfalls bogenförmig sein und an der Innenfläche ringförmige Rillen aufweisen, wodurch sich das Anreicherungsverhältnis bei der Goldaufbereitung verbessern und die Trennwirkung des Kurzkonus-Hydrozyklons steigern lässt.

Hydrozyklone mit kurzem Kegel werden hauptsächlich zur Grobgewinnung von Alluvialgold sowie zur Kohleaufbereitung eingesetzt. Bei der Abscheidung von Alluvialgold mit einer Korngröße von -1 mm kann die Goldausbeute bei einem Anreicherungsverhältnis von zehn bis zu 95% betragen.