遠心式 鉱物処理

遠心濃縮は、回転するスラリー流中の鉱物粒子によって生じる慣性遠心力の差を利用し、密度に応じて粒子を分離する重力分離法である。重力場では、粒子径が小さくなるにつれて沈降力と沈降速度が急速に低下し、それに伴って分離効率や装置の処理能力も低下する。 回転するスラリー流によって生じる慣性遠心力は重力の数十倍から数百倍にも達するため、鉱物粒子の層別化速度が大幅に向上し、装置の処理能力も向上する。.

遠心濃縮機は処理能力が大きく、分離コストが低いため、細粒の鉱石の処理に適していますが、濃縮率は低く、一般的には粗選に用いられます。.

遠心濃縮機は、主に2つの種類に分類される。1つは機体を回転させて遠心力を発生させるタイプ、もう1つはスラリーの高速回転流によって遠心力を発生させるタイプである。前者には水平型および垂直型の遠心濃縮機が含まれ、後者にはショートコーン型ハイドロサイクロンなどが含まれる。.

2.7.2 遠心濃縮装置

2.7.2.1 水平型遠心濃縮機

その構造を図2-40に示す。これは1964年にわが国の雲南錫業公司によって開発に成功したものである。本装置は、本体と制御機構の2つの部分から構成されている。 本体は、水平に設置された円錐台形のドラムである。運転中、スラリーは平らな供給ノズルを介してドラム壁に接線方向に供給される。ドラムとともに回転しながら、スラリーはドラム壁の軸方向の傾斜面に沿って流れ、層状分離を引き起こす。 下層にある比重の大きい鉱物粒子はドラム壁に沈着し、上層にある比重の小さい鉱物粒子は、ドラムの末端でスラリーとともに尾鉱として排出される。 重鉱物粒子の堆積厚さが一定に達すると、スラリーの供給を停止し、フラッシングノズルから高圧水を導入して重鉱物粒子を洗い流し、濃縮物を形成する。スラリーの供給、供給停止、フラッシングによる尾鉱の回収、および濃縮物の生成は、すべて制御機構によって周期的に行われる。.

図2-40 φ800×600 雲南錫遠心濃縮機の構造

1 – 供給ホッパー；2 – 洗浄ノズル；3 – 上部供給ノズル；4 – 回転ドラム；5 – シャーシ； 6 – 受けトレイ； 7 – 保護カバー； 8 – 分離器； 9 – ダイヤフラム弁； 10 – 三方弁； 11 – モーター； 12 – 下部供給ノズル； 13 – 洗浄水用フラットノズル

遠心濃縮機は、平面スルー式における重力に代わって遠心力を利用して鉱物を分離し、フィルム分離プロセスを向上させます。水平型遠心濃縮機は、粒子径が0.15～0.01 mmのタングステン、スズ、鉄鉱石の分離に使用され、1.5～3の濃縮比を達成します。 鉄鉱石は処理することで最終濃縮物を得ることができますが、タングステンやスズについては、最終濃縮物を得るために追加の設備を用いてさらに微調整を行う必要があります。.

ジェット遠心濃縮機は、1990年代初頭に北京鉱業冶金総合研究所によって開発に成功した、新開発の水平型遠心濃縮機である。その構造は、図2-41に示すように、回転ドラム、分配板、供給管、給水管、およびジェットインジェクターで構成されている。 スラリーはドラム内部に直接供給され、低圧の清浄水は分配板に供給される。清浄水は分配板から溢れ出し、ドラムの縦方向の傾斜に沿って上層の鉱物粒子を排出端に向かって押し出す。 噴射水の衝突点が変化することで、ドラムの円周上に水力堰が形成され、床が緩みと締固まりを交互に繰り返すため、バイノフ力のせん断および成層効果が強化される。 φ1200 mmのドラムは600～700 rpmという高速で回転し、重力の240～326倍の遠心力を発生させることで、極めて微細な有用鉱物粒子をドラム上に沈着させることができます。 噴射水は床をほぐし、底部の重い鉱物をドラムの内側へと押しやり、最終的にそれらを濃縮物として排出ポートから排出します。 微細なスズ鉱石スライムの処理における粒子サイズの回収限界は、0.003 mm に達します。スズ鉱石スライムの処理に加え、金、タングステン、タンタル、ニオブ、希土類元素など、処理が困難な微細なスライムの処理にも使用できます。.

図2-41 ジェット遠心濃縮機の動作原理図

1—ドラム；2—清水分配板；3—給水管；4—ジェットノズル；5—濃縮液出口；6—尾鉱出口

垂直型遠心濃縮機は、軸を中心に回転する垂直設置型の選別タンクで構成されています。代表的な種類としては、遠心式金コーン分離機や遠心式ディスク分離機などがあります。.

遠心式金用コーン分離機の構造を図2-42に示す。選別タンクは、下部の垂直シャフトに取り付けられた逆円錐台である。コーンの表面には環状の溝が刻まれている。スラリーは、供給ホッパーを介して選別コーンディスクの下部に供給される。 コーンディスクが回転すると、スラリーは内壁に沿って上方に流れ、鉱物粒子は密度に応じて層状に分離される。比重の大きい粒子はディスク壁に向かって移動し、溝に入り込む一方、比重の小さい粒子はスラリーとともに上方に流れ、上部から尾鉱トラフへと排出される。 重質粒子が溝を満たすと、供給を停止し、装置を停止させる。底部のバルブを手動で開き、高圧水を用いて重質粒子を濃縮物トラフに洗い流す。この装置は、主に砂金鉱床の選鉱および小規模脈状金鉱床の粗選に用いられる。 給鉱粒子径は0～10 mmである。本装置は構造が単純で操作が容易であり、高い分離濃縮率を有し、比較的少ない水消費量で90%を超える金回収率を達成することができる。.

図2-42 遠心コーン分離機

1—供給管；2—上部カバー；3—ゴム製グリッド；4—コーンディスク；5—スラリー分配ディスク；6—散水ディスク； 7—上部軸受座； 8—プーリー； 9—フレーム； 10—下部軸受座； 11—中空軸； 12—モーター； 13—外側ケーシング

遠心ディスク分離機の構造を図2-43に示す。その構造は、基本的に遠心式金濃縮機と同じである。分離ディスクは半球状のディスクであり、その内壁には環状の溝が刻まれている。 分離プロセスおよび操作方法は、遠心式金濃縮機と同様である。本装置は、粒径0～10 mmの砂金および脈金鉱石の分離に使用される。高い濃縮比と高い回収率を特徴とする。ただし、分離ディスクが半球形であるため、製造がより困難となる。.

図2-43 遠心ディスク濃縮機

1—防砂カバー；2—尾鉱タンク；3—半球形濃縮ディスク；4—モーター；5—水平軸；6—モーターフレーム；7—フレーム

図2-44 φ300 ショートコーン型ハイドロサイクロン

1—供給管；2—オーバーフロー管；3—底部流出口

2.7.2.3 ショートコーン型ハイドロサイクロン

その構造を図2-44に示す。従来のハイドロサイクロンとの違いは、コーン角が大きい点である。ショートコーン型ハイドロサイクロンのコーン角は90°～120°であり、コーンが特に短いのが特徴である。 運転中、スラリーはサンドポンプまたは高水位圧力タンクからシリンダーに接線方向に流入する。スラリーは螺旋状に下方へ移動し、鉱物粒子は沈降速度に応じて半径方向に配列される。 沈降速度の低い、より軽いまたは微細な粒子は中央のオーバーフロー管から排出される一方、より粗いまたは重い粒子は容器壁に向かって移動し、下方に移送される。コーン角が大きいため、容器壁に沿って下方に流れるスラリーは妨げられ、その結果、コーンの底部に回転層が形成される。 ハイドロサイクロンの床内では、回転によるせん断運動によって鉱物粒子がほぐされ、層状に分けられる。軽い鉱物は上部に位置し、上向きに流れる液体に運ばれてオーバーフロー管から排出される。重い鉱物は下部に位置し、アンダーフロー出口から排出される。.

若干改良を加えた水媒質複合ハイドロサイクロンも、ショートコーン型ハイドロサイクロンの一種である。その特徴は、テーパーの異なる3つの円錐部で構成されており、上部から下部にかけてテーパーが徐々に大きくなっていく点にある。.

ショートコーン型ハイドロサイクロンの底部も弧状に形成され、内面に環状の溝が設けられている場合があり、これにより金選鉱時の濃縮率を向上させ、ショートコーン型ハイドロサイクロンの分離効果を高めることができる。.

ショートコーン型ハイドロサイクロンは、主に砂金の大選別や石炭の選鉱に使用されます。-1 mmの砂金を分離する場合、濃縮比10の条件下で、金回収率は95%に達することがあります。.