Центробежный обогащение полезных ископаемых

Центробежная концентрация — это метод гравитационного разделения, в котором используется разница в инерционной центробежной силе, создаваемой частицами руды во вращающемся потоке шлама, для разделения частиц по плотности. В гравитационном поле по мере уменьшения размера частиц сила осаждения и скорость осаждения быстро снижаются, а эффективность разделения и производительность оборудования соответственно также уменьшаются. Инерционная центробежная сила, создаваемая вращающимся потоком шлама, в десятки и сотни раз превышает силу тяжести, что значительно увеличивает скорость стратификации минеральных частиц и повышает производительность оборудования.

Центробежные концентраторы отличаются высокой производительностью и низкими затратами на обогащение, что делает их пригодными для переработки мелкозернистых руд, однако их коэффициент обогащения невысок, и они, как правило, используются для грубого обогащения.

Центробежные концентраторы в основном делятся на две категории: те, в которых центробежная сила создается за счет вращения корпуса агрегата, и те, в которых она создается за счет быстрого вращательного движения суспензии. К первой категории относятся горизонтальные и вертикальные центробежные концентраторы, а ко второй — гидроциклоны с коротким конусом и т. п.

2.7.2 Оборудование для центробежной концентрации

2.7.2.1 Горизонтальный центробежный концентратор

Его конструкция показана на рисунке 2-40. Устройство было успешно разработано компанией «Юньнань Тин Индастри» в моей стране в 1964 году. Оно состоит из двух частей: основного блока и механизма управления. Основной блок представляет собой горизонтально расположенный усечённый конический барабан. Во время работы шлам подаётся к стенке барабана тангенциально через плоское подающее сопло. Вращаясь вместе с барабаном, он стекает по осевой наклонной поверхности стенки барабана, что приводит к стратификации. Более тяжёлые частицы минералов, находящиеся в нижнем слое, оседают на стенке барабана, тогда как более лёгкие частицы минералов из верхнего слоя выводятся вместе с суспензией в хвостовой части барабана в виде хвостов. Когда слой тяжелых минеральных частиц достигает определенной толщины, подача шлама прекращается, и через промывочное сопло подается вода под высоким давлением, чтобы смыть тяжелые минеральные частицы вниз с образованием концентрата. Подача шлама, остановка подачи, промывка для получения хвостов и концентрата — все эти операции периодически выполняются механизмом управления.

Рисунок 2-40. Конструкция центробежного обогатителя «Юньнань Тин» размером φ800×600

1 — Загрузочный бункер; 2 — Промывочная форсунка; 3 — Верхняя подающая форсунка; 4 — Вращающийся барабан; 5 — Шасси; 6 – Приемный желоб; 7 – Защитный кожух; 8 – Сепаратор; 9 – Мембранный клапан; 10 – Трехходовой клапан; 11 – Двигатель; 12 – Нижнее подающее сопло; 13 – Плоское сопло для промывочной воды

Центробежные концентраторы используют центробежную силу вместо силы тяжести в плоских шлюзах для отделения полезных компонентов, что улучшает процесс пленочного отделения. Горизонтальные центробежные концентраторы применяются для отделения вольфрамовых, оловянных и железных руд с размером частиц 0,15–0,01 мм, обеспечивая коэффициент обогащения 1,5–3. Железная руда может перерабатываться до получения конечного концентрата, тогда как вольфрамовая и оловянная руды требуют дополнительной доочистки с помощью специального оборудования для получения конечного концентрата.

Струйные центробежные концентраторы представляют собой недавно разработанный тип горизонтальных центробежных концентраторов, успешно созданный Пекинским общегосударственным научно-исследовательским институтом горного дела и металлургии в начале 1990-х годов. Их конструкция, как показано на рисунке 2-41, состоит из вращающегося барабана, распределительной пластины, подающей трубы, водяной трубы и струйного инжектора. Шлам подается непосредственно внутрь барабана, а чистая вода под низким давлением — на распределительную пластину. Чистая вода переливается через край распределительной пластины, унося верхние частицы руды по продольному уклону барабана к разгрузочному концу. Изменяющаяся точка удара струйной воды создает гидравлический водослив по всей окружности барабана, что приводит к чередованию процессов разрыхления и уплотнения рудного слоя, тем самым усиливая сдвиговый и стратификационный эффекты силы Байно. Барабан диаметром φ1200 мм вращается с высокой скоростью 600–700 об/мин, создавая центробежную силу, в 240–326 раз превышающую силу тяжести, что позволяет чрезвычайно мелким полезным минеральным частицам осаждаться на барабане. Струя воды разрыхляет руду, выталкивая более тяжёлые минералы со дна к внутренней части барабана и, в конечном итоге, выгружая их в виде концентрата через разгрузочное отверстие. Предельный размер частиц при переработке мелкого олова может достигать 0,003 мм. Помимо переработки олова, установка также может использоваться для переработки труднообрабатываемых мелкозернистых шламов, таких как золото, вольфрам, тантал, ниобий и редкоземельные элементы.

Рисунок 2-41. Схема принципа действия струйного центробежного концентратора

1 — Барабан; 2 — Распределительная пластина для чистой воды; 3 — Подающий трубопровод; 4 — Струйный распылитель; 5 — Выпускной патрубок для концентрата; 6 — Выпускной патрубок для отходов

Вертикальные центробежные концентраторы состоят из вертикально установленного сортировочного бака, вращающегося вокруг своей оси. К распространенным типам относятся центробежные конусные сепараторы для извлечения золота и центробежные дисковые сепараторы.

Конструкция центробежного конусного сепаратора для золота показана на рисунке 2-42. Сортировочный бак представляет собой перевернутый усечённый конус, установленный на нижнем вертикальном валу. Поверхность конуса имеет кольцевые канавки. Суспензия подаётся в нижнюю часть сортировочного конуса через загрузочный бункер. По мере вращения конусного диска шлам течет вверх по внутренней стенке, и частицы минерала стратифицируются в зависимости от плотности. Более тяжелые частицы перемещаются к стенке диска и попадают в канавки, тогда как более легкие частицы текут вверх вместе со шламом и выгружаются сверху в желоб для хвостов. Когда канавки заполняются тяжёлыми частицами, подача сырья прекращается, и установка останавливается. Нижний клапан открывается вручную, и с помощью воды под высоким давлением тяжёлые частицы вымываются в желоб для концентрата. Данное оборудование в основном используется для обогащения россыпных золотых месторождений и грубого обогащения мелких жильных золотых месторождений. Размер частиц сырья составляет 0–10 мм. Оборудование имеет простую конструкцию, удобно в эксплуатации, обладает высоким коэффициентом обогащения и позволяет достигать коэффициента извлечения золота свыше 90% при относительно небольшом расходе воды.

Рисунок 2-42. Центробежный конусный сепаратор

1 — Подающий трубопровод; 2 — Верхняя крышка; 3 — Резиновая решетка; 4 — Конический диск; 5 — Диск распределения шлама; 6 — Водоразбрасывающий диск; 7 — верхний подшипниковый узел; 8 — шкив; 9 — рама; 10 — нижний подшипниковый узел; 11 — полый вал; 12 — двигатель; 13 — внешний кожух

Конструкция центробежного дискового сепаратора показана на рисунке 2-43 и в основном аналогична конструкции центробежного золотообогатителя. Разделительный диск представляет собой полусферический диск с кольцевыми канавками на внутренней стенке. Процесс сепарации и принцип работы аналогичны тем, что используются в центробежном золотообогатителе. Он применяется для сепарации россыпного золота и руд жильного золота размером 0–10 мм. Его отличительными особенностями являются высокий коэффициент обогащения и высокий коэффициент извлечения. Однако полусферическая форма сепарационного диска затрудняет его изготовление.

Рисунок 2-43 Центробежный дисковый концентратор

1 — Пескозащитный кожух; 2 — Резервуар для хвостов; 3 — Полусферический диск концентратора; 4 — Двигатель; 5 — Горизонтальный вал; 6 — Рама двигателя; 7 — Рама

Рисунок 2-44. Гидроциклон с коротким конусом φ300

1 — подающая труба; 2 — переливная труба; 3 — нижний выпускной патрубок

2.7.2.3 Гидроциклон с коротким конусом

Его конструкция показана на рисунке 2-44. Отличие от обычного гидроциклона заключается в большем угле наклона конуса. Угол наклона конуса у гидроциклона с коротким конусом составляет 90°–120°, причем конус имеет особенно короткую форму. Во время работы шлам поступает в цилиндр тангенциально из пескового насоса или резервуара высокого давления. Шлам движется вниз по спирали, а частицы минерала распределяются радиально в соответствии со своими скоростями осаждения. Более лёгкие или мелкие частицы с меньшей скоростью осаждения выводятся через центральную переливную трубу, в то время как более крупные или тяжёлые частицы движутся к стенке корпуса и перемещаются вниз. Благодаря увеличенному углу наклона конуса поток шлама, стекающего вниз вдоль стенки корпуса, затрудняется, в результате чего на дне конуса образуется вращающийся слой. Внутри слоя гидроциклона частицы минерала разрыхляются и стратифицируются под действием вращательного сдвигающего движения. Более лёгкие минералы находятся в верхней части и уносятся восходящим потоком жидкости к переливной трубе для сброса. Более тяжёлые минералы находятся в нижней части и сбрасываются через нижний слив.

Слегка модифицированный гидроциклон с водно-смешанной средой также относится к типу гидроциклонов с коротким конусом. Его отличительной особенностью является то, что он состоит из трёх конусных секций с различными конусностями, причём конусность постепенно увеличивается сверху вниз.

Дно гидроциклона с коротким конусом также может иметь дугообразную форму с кольцевыми канавками на внутренней поверхности, что позволяет повысить коэффициент обогащения при переработке золота и улучшить эффективность сепарации в гидроциклоне с коротким конусом.

Гидроциклоны с короткими конусами в основном используются для грубой очистки россыпного золота, а также для обогащения угля. При отделении россыпного золота размером -1 мм коэффициент извлечения золота может достигать 95% при коэффициенте обогащения, равном десяти.