Вибрационный стол Обогащение полезных ископаемых Принцип

Обогащение на вибрационном столе представляет собой метод гравитационного разделения, в котором для разделения потоков под уклоном используется наклонная поверхность стола, совершающая асимметричное возвратно-поступательное движение. На рисунке 2-15 приведена схематическая конструкция вибрационного стола, который в основном состоит из приводного механизма, поверхности стола и рамы. Поверхность слоя имеет износостойкий слой (сырой лаковый пепел, резина и т. д.) и наклонена вниз от стороны подачи к стороне хвостов в поперечном направлении с углом наклона, не превышающим 10°. В продольном направлении поверхность слоя наклонена вверх от подающего конца к концу концентрата с углом наклона 1°–2°. На поверхности слоя в продольном направлении расположены слоевые полосы (или канавки). Высота ложковых ребер (или глубина канавок) постепенно уменьшается (или становится меньше) от подающего конца к концу концентрата и сужается вдоль одной или двух наклонных линий. Поверхность ложа опирается на раму или подвешена к ней и приводится в движение трансмиссионным механизмом для выполнения асимметричного возвратно-поступательного движения. Обрабатываемый материал смешивается с водой до концентрации 25%–30% и подается в загрузочный желоб, длина которого составляет 1/3–1/4 от длины поверхности слоя. Промывочная вода подаётся на поверхность слоя через промывочный желоб, проходящий вдоль верхнего края, длина которого составляет примерно 2/3–3/4 от общей длины поверхности слоя. К распространённым передающим устройствам (обычно называемым головкой) относятся эксцентриковые качающие механизмы с коленчатой пластиной, кулачно-рычажные качающие механизмы и эксцентриковые пружинные качающие механизмы.

Рисунок 2-15. Типичная схема вибрационного стола

1 — Устройство передачи; 2 — Подающий конец; 3 — Кормушка; 4 — Жолоб для промывки водой; 5 — Конец для концентрата; 6 — Поверхность ложа; 7 — Рама

Разделение руды на поверхности слоя включает в себя два процесса: разрыхление и стратификацию материала, а также отделение минеральных частиц в зависимости от плотности и размера. После попадания руды в загрузочный желоб она под действием силы тяжести поступает на поверхность слоя. Разрыхление и стратификация минеральных частиц на поверхности слоя в основном обеспечиваются вибрационной силой, создаваемой асимметричным возвратно-поступательным движением поверхности слоя, и промывочной силой водяного потока. Высота и положение минеральных частиц в канавках слоя различаются; вибрационная сила и промывочная сила, действующие на них, также различаются. Верхний слой минеральных частиц подвергается более сильной промывочной силе со стороны водного потока, тогда как нижний слой минеральных частиц подвергается более сильной силе трения со стороны поверхности слоя. Поскольку вода течет в поперечном направлении вдоль поверхности дна, она непрерывно пересекает полосы или канавки дна, создавая небольшой гидравлический скачок при каждом пересечении полосы или канавки (как показано на рисунке 2-16). Вихри, образующиеся в результате гидравлических скачков, создают восходящий поток на краю нижних полос дна вдоль пути течения воды и нисходящий поток внутри канав. Эти восходящие и нисходящие потоки непрерывно разрыхляют, уплотняют и вновь взвешивают верхнюю группу частиц, в результате чего более плотные частицы перемещаются в нижний слой, а менее плотные — в верхний. Ниже зоны вихрей разрыхление группы частиц в основном достигается за счет асимметричного возвратно-поступательного движения поверхности дна, создающего разность скоростей между слоями частиц на разных высотах. Это приводит к тому, что частицы переворачиваются и сжимают друг друга, заставляя слой дна расширяться и разрыхляться. Асимметричное возвратно-поступательное движение поверхности слоя также приводит к сегрегации и стратификации, позволяя более плотным мелким частицам оседать в нижний слой через зазоры между частицами. Конечным результатом рыхлой стратификации является расположение крупных и лёгких минеральных частиц в верхнем слое, за которыми следуют мелкие и лёгкие минеральные частицы, а затем крупные и тяжёлые минеральные частицы; нижний слой состоит из мелких и тяжёлых минеральных частиц.

Рисунок 2-16. Схематическое изображение стратификации частиц в канавках слоя. Зонирование и перенос частиц в основном обусловлены механическими силами, создаваемыми поперечным потоком шлама и асимметричным возвратно-поступательным движением поверхности слоя. Результирующая сила этих двух составляющих определяет направление движения частиц. Поперечное течение шлама охватывает всю поверхность слоя, оказывая динамическое давление на частицы при движении вдоль поверхности. Это динамическое давление увеличивается с ростом скорости потока воды. Скорость потока воды изменяется в зависимости от высоты слоя: она выше в верхнем слое и ниже в нижнем. Чем больше динамическое давление на частицы, тем выше их скорость. Следовательно, поперечная скорость частиц верхнего слоя выше; на одной и той же высоте более крупные частицы имеют большую скорость, чем мелкие, а частицы с меньшей плотностью — большую поперечную скорость, чем частицы с большей плотностью. Эта разница в поперечной скорости становится более выраженной после стратификации, поскольку частицы различной плотности и размера располагаются на разных высотах в слое. Асимметричное возвратно-поступательное движение поверхности слоя вызывает продольный перенос частиц. Когда минеральные частицы ускоряются вместе с поверхностью слоя, они генерируют инерционные силы. Когда ускорение поверхности слоя достаточно велико, чтобы инерционная сила минеральных частиц превысила трение между частицами и поверхностью слоя, частицы начинают двигаться вперёд относительно поверхности слоя. Инерционное ускорение, при котором минеральные частицы начинают двигаться относительно поверхности слоя, называется критическим ускорением. На одной и той же поверхности слоя инерционная сила более плотных минеральных частиц больше, чем у менее плотных, а инерционная сила частиц нижнего слоя больше, чем у частиц верхнего слоя. Поэтому более тяжёлые частицы минерала, особенно расположенные внизу, будут быстрее продвигаться вперёд по поверхности слоя, в то время как более лёгкие частицы в верхнем слое демонстрируют более выраженное колебательное движение, что в конечном итоге придаёт более плотным и мелким частицам минерала в нижней части большую продольную скорость. Частицы минералов перемещаются как в поперечном, так и в продольном направлениях по поверхности слоя, и окончательное направление их движения определяется векторной суммой этих двух движений (как показано на рисунке 2-17).

Рисунок 2-17. Схематическое изображение процесса разделения частиц минералов с различными свойствами на поверхности слоя

Угол между продольной осью поверхности кровати называется углом отклонения (β), а его тангенс равен:

В формуле Vy и Vx — это, соответственно, средние поперечная и продольная скорости частиц руды. Чем больше значение β, тем сильнее частицы руды смещаются в сторону хвостов; чем меньше значение β, тем сильнее частицы руды смещаются в сторону концентрата. Крупные частицы лёгких минералов имеют наибольший угол отклонения, мелкие частицы тяжёлых минералов — наименьший, а углы отклонения мелких частиц лёгких минералов и крупных частиц тяжёлых минералов находятся между ними. Таким образом, на поверхности слоя формируется зонирование групп частиц в зависимости от плотности минералов и размера частиц. При правильном пересечении можно получить продукты различной плотности, а также некоторые промежуточные продукты.

Обогащение на вибрационных столах характеризуется высоким коэффициентом обогащения; за один цикл сепарации можно получить конечный концентрат и конечные хвосты, а также, при необходимости, один или несколько промежуточных фракций. Различные фракции руды предъявляют разные требования к рабочим параметрам вибрационного стола. Для достижения лучших показателей сепарации перед поступлением руды на обогатительную линию часто используется классификатор (коробка), который разделяет руду на фракции различного размера, которые затем подаются на соответствующие вибрационные столы для сепарации. Основными недостатками этой технологии являются низкая производительность, большое количество необходимых установок и значительная занимаемая площадь. Встряхивающие столы широко используются при обогащении золотосодержащих руд.

2.4.2 Вибрационные столы. Вибрационные столы подразделяются на три типа в зависимости от области применения: вибрационные столы для крупного песка (размер частиц минерального сырья более 0,5 мм), вибрационные столы для мелкого песка (размер частиц минерального сырья 0,5–0,074 мм) и вибрационные столы для шлама (размер частиц минерального сырья 0,074–0,037 мм). Классификация также может основываться на конструктивных факторах, таких как механизм головки, форма стола, способ опоры и количество слоёв стола; однако единый стандарт классификации пока не установлен. Конструктивные типы различных вибростолов приведены в таблице 2-2.

Таблица 2-2. Конструктивные типы различных вибрационных столов

Как правило, они получают названия в соответствии с характеристиками оборудования, моделью или фамилией разработчика. В нашей стране наиболее широко используются вибрационные столы типа «Юньнань Тин», вибрационные столы типа «6-S», пружинные вибрационные столы и подвесные многослойные вибрационные столы; в некоторых случаях применяются вибрационные столы с подвесной поверхностью. За рубежом наиболее широко используются вибрационные столы типа «Уилфли», типа «Холман», типа «Плат-О» и типа «Дейстер». После 1970-х годов они получили широкое распространение в области грубой обогатительной обработки руды и подготовки угля.

Широкое применение нашли также многоярусные подвесные вибрационные столы с многоэксцентриковой инерционной зубчатой передачей. В некоторых странах также были разработаны новые типы головок вибрационных столов, которые были объединены в многоярусные установки.

2.4.2.1 Вибрационный стол «Юньнань Тин»

Его особенностью является то, что привод головки стола осуществляется с помощью кулачкового рычага. Он был изготовлен компанией «Юньнань Тин» в моей стране на основе вибрационного стола CC-2 советского производства, а его конструкция схожа с вибрационным столом американского типа «Plat-O». Существует три типа вибрационных столов: для крупного песка, для мелкого песка и для шлама. Они используются для обогащения металлических руд. Вибрационные столы для крупного и мелкого песка перерабатывают руду с размером частиц 3–0,074 мм, а вибрационные столы для шлама — шлам с размером частиц 0,074–0,026 мм.

Конструкция головки кулачно-рычажного типа показана на рисунке 2-18. Критерий асимметрии E₁ имеет относительно небольшой диапазон регулировки, тогда как значение E₂ — более широкий. Поверхность станины имеет ступенчатую форму в продольном направлении (соединяется продольным уклоном и ступенчатой плоскостью), что позволяет смывать верхние легкие минералы потоком воды в процессе подъема, улучшая качество концентрата. Раньше поверхности слоя изготавливались из дерева, а в качестве покрытия использовался лаковый нагар, состоящий из сырого лака и прокаленного гипса; в настоящее время некоторые поверхности слоя изготавливаются из стекловолокна. На поверхности слоя используется скользящая опора (как показано на рисунке 2-19).

Рисунок 2-18 Механизм с кулачковым рычагом передней бабки

1 — Тяговый стержень; 2 — Регулировочный винт; 3 — Подвижная головка; 4 — Большой шкив; 5 — Эксцентриковый вал;

6 — ролик; 7 — эксцентриковый вал платформы; 8 — качающийся рычаг (платформа); 9 — соединительный стержень (зажим);

10 — рычаг коленчатого вала (колебательный рычаг); 11 — вал колебательного рычага; 12 — крышка агрегата; 13 — соединительная вилка

Сопротивление относительно велико. При вращении маховика происходит сдвиг клинового блока, что позволяет регулировать уклон поверхности станины, поднимая или опуская одну из её сторон и, таким образом, изменяя продольный уклон. Однако данный способ регулировки уклона приводит к изменению положения оси тяги передней бабки.

Рисунок 2-19. Схематическое изображение скользящей опоры и механизма регулировки уклона с помощью клинового блока

1 — Ручка регулировки наклона; 2 — Шток регулировки наклона; 3 — Подвижная часть; 4 — Опора подвижной части; 5 — Клиновой блок регулировки наклона; 6 — Рабочая поверхность вибрационного стола

2.4.2.2 Вибрационный стол 6-S

К его характерным особенностям относятся эксцентриковая головка привода и опорная поверхность стола на коромыслах; данная установка также известна как вибрационный стол типа «Хэнъян», первоначально производившийся Хэнъянским заводом горнодобывающего оборудования. Он аналогичен вибрационному столу А. Уилфли, производимому в США. Он в основном используется для обогащения руд цветных металлов, таких как вольфрам и олово. Он подходит для переработки песка с размером зерен более 0,075 мм, а также может перерабатывать шлам.

Конструкция передней бабки с эксцентриковым механизмом показана на рисунке 2-20. Критерий асимметрии E₁ имеет большой диапазон регулировки. Устройство поддержки стола и механизм регулировки наклона смонтированы вместе на раме (как показано на рисунке 2-21).

Рисунок 2-20. Передняя бабка с эксцентриковым механизмом

1 — локтевая пластина; 2 — эксцентриковая пластина; 3 — опора локтевой пластины; 4 — регулировочный ползун; 5 — маховик; 6 — качающийся стержень; 7 — пружина

Поверхность станины опирается на четыре пластинчатых качающих рычага, что приводит к её волнообразному изгибу по дуге при асимметричном возвратно-поступательном движении, в результате чего возникают слабые вибрации, способствующие отрыву частиц минерала и облегчающие их продольную транспортировку. Поперечный уклон поверхности станины регулируется в диапазоне от 0° до 10°. Ход регулируется с помощью поворотного маховика. При регулировке поперечного уклона и хода ось стяжной тяги рабочей поверхности остается неизменной, что обеспечивает плавную работу. Рабочая поверхность представляет собой трапецию, приблизительно прямоугольную, с деревянной основой, резиновым листом сверху и прибитыми к ней рейками. В настоящее время частично используются рабочие поверхности из стекловолокна.

Рисунок 2-216-S. Опорное устройство вибрационного стола и механизм регулировки уклона

1 — маховик; 2 — коническая шестерня; 3 — регулировочный винт; 4 — регулировочная опорная пластина; 5 — регулировочная гайка;

6 — Седло; 7 — Механизм вибрации опоры; 8 — Зажимной швелер; 9 — Стяжка рабочей поверхности стола

2.4.2.3 Вибрационный стол пружинного типа

Его отличительной особенностью является использование в качестве головки пары пружин — мягкой и жесткой — с различной жесткостью; эта конструкция была успешно разработана Чаншанским научно-исследовательским институтом горного дела и металлургии в нашей стране. Она в основном используется для отделения мелкого шлама от руд, таких как вольфрамовые, оловянные и россыпи редкоземельных металлов. Конструкция головки показана на рисунке 2-22. Она состоит из передающего устройства и дифференциального устройства.

Рисунок 2-22. Схематическое изображение пружинного коромысла

1 — эксцентриковый шкив; 2 — треугольный ремень; 3 — двигатель; 4 — коромысло; 5 — маховик;

6 — Пружинный корпус; 7 — Мягкая пружина; 8 — Колпачок мягкой пружины; 9 — Резиновая жесткая пружина;

10 — Рычаг; 11 — Опорная поверхность; 12 — Устройство регулировки опоры и наклона

Он состоит из двух частей. Передаточное устройство включает в себя такие компоненты, как эксцентриковое колесо и коромысло. Инерционная сила, возникающая при вращении эксцентрикового колеса, передается через коромысло на дифференциальное устройство, а затем — на поверхность стола через тягу. Дифференциальное устройство состоит из жестких резиновых пружин, мягких стальных пружин, пружинного блока и маховика регулировки хода. Дифференциальные характеристики движения стола в основном определяются разницей в жесткости между мягкими и жесткими пружинами, что позволяет создавать значительную разницу между положительным и отрицательным ускорением. По продольному направлению на столе имеются треугольные канавки. В конструкции стола используются скользящие опоры: четыре ползуна по углам, опирающиеся на четыре прямоугольные масляные канавки. Такой способ опоры обеспечивает стабильное линейное перемещение стола. Наклон стола регулируется с помощью клиновых блоков. При регулировке наклона изменяется ось тяги, что делает данный механизм механизмом регулировки наклона с переменной осью.

2.4.2.4 Подвесной многослойный вибрационный стол

Его особенностью является то, что головка и несколько рабочих поверхностей подвешены, как показано на рисунке 2-23. Он используется для отделения металлосодержащих песков и мелкого шлама из руды, а также может применяться для обогащения угля. Данная установка подходит для материалов с относительно небольшими изменениями свойств сырья и для черновой обработки. Головка и несколько рабочих поверхностей подвешены на стальных тросах к готовым крюкам, установленным на металлических опорах или зданиях, что исключает необходимость в тяжелом фундаменте и позволяет избежать воздействия вибрации на здания. Инерционная сила головки передается на раму вибрационного стола через шаровой шарнир, соединяющий рабочие поверхности с головкой. На стальной раме установлено самоблокирующееся червячное устройство регулировки угла наклона, которое при регулировке одновременно изменяет угол наклона всех поверхностей ложа. Во время работы шлам и промывочная вода подаются соответственно в загрузочные желоба и водосборные желоба каждой рабочей поверхности. Поскольку рабочая поверхность состоит из нескольких перекрывающихся слоев, она позволяет обрабатывать большой объем сырья и экономить площадь, однако контроль и регулировка такого стола более сложны, чем в случае однослойного вибрационного стола.

Рисунок 2-23. Схематическое изображение подвесного четырёхслойного вибрационного стола

1 — инерционная передняя бабка; 2 — соединительный узел передней бабки и рамы; 3 — рама; 4 — рабочая поверхность стола; 5 — желоб для приёма руды;

6 — Устройство регулировки угла наклона; 7 — Жёлоб для подачи руды и воды; 8 — Подвесной стальной трос; 9 — Рама

В вибрационном столе данного типа используется многоэксцентриковая инерционная передняя бабка, состоящая из двух пар шестерен (как показано на рисунке 2-24). На валу шестерни установлен эксцентриковый груз, а отношение скоростей большой и малой шестерен составляет 2. Когда верхняя и нижняя шестерни вращаются относительно друг друга, вертикальные компоненты сил, создаваемых эксцентриковым грузом, всегда взаимно компенсируются. Когда эксцентриковые грузы на валах большой и малой шестерен находятся на одной стороне, инерционная центробежная сила в горизонтальном направлении достигает максимального значения. И наоборот, инерционная центробежная сила в горизонтальном направлении достигает минимального значения. Таким образом, в горизонтальном направлении возникает дифференциальное действие. Число оборотов в минуту большой шестерни соответствует ходу поверхности стола. Ход поверхности стола регулируется путем изменения массы эксцентрикового груза. Значения E₁ и E₂ критерия асимметрии движения для головной части станка являются регулируемыми.

Рисунок 2-24 · Многоэксцентриковая инерционная передняя бабка

01, 0₂ — центры вращения большой и малой шестерен; n₁, n₂ — скорости вращения большой и малой шестерен;

r₁, r₂ — расстояния от центра тяжести большой и малой шестерен до центра вращения; G₁, G₂ — масса тяжелого тела, эксцентрично установленного на большой и малой шестернях

2.4.2.5 Вибрационный стол с подвесной платформой

Её особенностью является то, что несколько слоёв рабочих столов подвешены, в то время как передняя бабка установлена на неподвижном фундаменте, что образует конструкцию полуподвесного типа. Она была успешно разработана компанией «Юньнань Тин» в моей стране. В ней используется головная балка с кулачковым рычагом, а шесть рабочих поверхностей подвешены к раме с помощью стальных тросов. В конструкции применяется рама подвесного слоя ящичного типа, при этом каждая рабочая поверхность может вставляться и извлекаться как ящик, что делает монтаж и демонтаж рабочих поверхностей удобным и облегчает их вес. Расстояние между рабочими поверхностями составляет 170 мм, а свободная высота между ними — 100 мм. Подходит для отделения мелкозернистых металлических руд с размером частиц 0,074–0,019 мм. Отличается высокой степенью использования пространства и низким энергопотреблением.

2.4.3 Обработка полезных ископаемых на вибрационном столе

Эффективность сепарации на вибрационном столе зависит не только от его конструктивных параметров, но и в значительной степени от рабочих параметров. Необходимо определить и настроить оптимальные технологические параметры с учетом свойств сырья (размер частиц, плотность), условий эксплуатации и требований к качеству продукции. Основными технологическими параметрами, влияющими на эффективность сепарации вибрационного стола, являются ход, частота колебаний, угол наклона слоя, подача воды, скорость подачи сырья и его концентрация.

2.4.3.1 Ход и частота хода

Ход и частота ходов вибрационного стола напрямую влияют на скорость и ускорение поверхности рабочей платформы. Правильно подобранные ход и частота ходов должны обеспечивать распушивание материала на рабочей платформе и вызывать сегрегацию, что гарантирует непрерывную отгрузку тяжелых фракций с концентраторной стороны со достаточной скоростью.

Выбор амплитуды хода и частоты ходов в основном зависит от размера частиц сырья. Крупнозернистые материалы склонны к расслоению и характеризуются высокой продольной скоростью. Поэтому для крупнозернистых материалов, операций тонкого отделения и больших нагрузок рекомендуется использовать большую амплитуду хода с небольшим количеством ходов. Для мелкозернистых материалов, операций грубого отделения и меньших нагрузок рекомендуется использовать малый ход с большим количеством ходов.

Производительность вибрационного стола зависит от скорости движения его поверхности. Скорость движения поверхности стола обратно пропорциональна произведению хода и числа ходов. Поэтому при настройке хода и числа ходов следует поддерживать скорость, достаточную для обеспечения производительности вибрационного стола. Ход и число ходов вибрационного стола, как правило, определяются экспериментально. Обычно используемые значения хода и числа ходов приведены в таблице 2-3.

Таблица 2-3. Диапазон амплитуд и частот вибрационных столов

2.4.3.2 Пополняющая вода и уклон слоя насыпи

Пополняющая вода включает в себя подаваемую воду и промывочную воду. Объем пополняющей воды должен обеспечивать полное покрытие слоя засыпки водным слоем, что делает засыпку рыхлой и позволяет крупным минеральным частицам с наименьшей плотностью, находящимся в верхнем слое, вымываться потоком воды. Однако скорость потока воды должна быть низкой, чтобы мелкие тяжелые минеральные частицы могли оседать на поверхности слоя, что приводит к более широкому веерообразному распределению материала по поверхности слоя и более точному разделению.

Поперечный уклон вибрационного стола напрямую влияет на объем подпиточной воды и скорость её потока. Поперечный уклон поверхности слоя не должен быть слишком большим и зависит, в основном, от размера частиц сырья. Как правило, для крупных материалов размером менее 2 мм используется уклон 3°–4°, 2,5°–3,5° — для среднезернистых материалов размером менее 0,5 мм, 2°–2,5° — для мелкозернистых материалов размером менее 0,1 мм и 1,5°–2° — для шлама размером менее 0,074 мм.

Продольный уклон вверх от входного конца к концу, где получается концентрат, напрямую влияет на качество концентрата. Как правило, для крупнозернистых материалов требуется уклон 1°–2°, для мелкозернистых — около 1°, а для шлама — 0,5°–1°.

Скорость пополнения запасов воды для вибрационного стола зависит от размера частиц исходного сырья и места эксплуатации. Расход воды при грубой обогатительной обработке песков относительно низок — как правило, 1–3 м³/т; при очистке расход воды выше — обычно 3–5 м³/т; а при обогащении шлама расход воды еще выше и иногда достигает 10–15 м³/т.

2.4.3.3 Скорость подачи и концентрация

Скорость подачи и концентрация сырья во время работы вибрационного стола должны оставаться стабильными; в противном случае это повлияет на зонирование поверхности слоя и снизит эффективность сепарации. Концентрация сырья обычно составляет 20%~30%. Чем мельче размер частиц сырья, тем ниже должна быть его концентрация. Однако чрезмерно низкая концентрация сырья приведет к снижению производительности вибрационного стола.

Производительность вибрационного стола, как правило, определяется исходя из фактической производственной нормы аналогичных обогатительных фабрик. В нормальных условиях скорость подачи сырья не должна быть слишком высокой. Увеличение скорости подачи приводит к утолщению поверхностного слоя рудного слоя, что препятствует стратификации, в результате чего тяжелые частицы руды легко теряются в легком продукте, что снижает коэффициент извлечения металла.

Производственные нормы, использованные при проектировании широко применяемых в Китае вибрационных столов типа «6-S» и «Юньнань Тин», приведены в таблице 2-4, а комплексные условия эксплуатации — в таблице 2-5.

Таблица 2-4. Производственные квоты на Вибрационные столы Используется в современных проектах в моей стране

Таблица 2-5. Полные рабочие параметры вибрационного стола