«Центробежная сепарация (концентрация). Виды аппаратов»

Стр 1 из 2Следующая ⇒

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«Пермский государственный национальный исследовательский университет»

Геологический факультет

Кафедра поиск и разведка полезных ископаемых

Реферат на тему:

«Центробежная сепарация (концентрация). Виды аппаратов»

Выполнила: студентка

5 курса, группы ПРГ-2

Маевская Н. А.

Пермь 2018

Центробежная сепарация – процесс разделения неоднородных фаз в центрифугах и гидроциклонах, в основе которых лежит действие центробежных сил.

Данный процесс осуществляется в аппаратах, в которых центробежная сила, действующая на частицу в криволинейном потоке во много раз больше силы тяжести. В этом случае материал разделяется под действием центробежной силы.

Разработка и применение центробежных аппаратов для гравитационного обогащения минерального сырья связана с необходимостью более полного извлечения ценных компонентов из мелких и тонких классов, содержание которых, например, в золотосодержащих россыпях, составляет 40-60 %, а иногда 80-90 %. Извлечение частиц золота крупностью 0, 1-0, 5 мм на традиционных аппаратах в гравитационном поле составляет 70-80 %, а класса менее 0, 1 мм снижается до 30%. Это обусловлено низкой скоростью осаждения мелких и тонких частиц в среде с высокой для них вязкостью, сложностью классификации тонких частиц в соответствии с коэффициентом равнопадаемости (равноскоростности) и т. д.

Сравнительно высокая эффективность обогащения мелких классов минеральных частиц достигается в центробежных аппаратах, где фактор разделения в сравнении с гравитационным полем увеличивается до ста и более раз, что аналогично соответствующему «кажущемуся укрупнению» частиц. Однако этот эффект «укрупнения» частиц в центробежном поле реализуется только частично. При вращении пульпы (среды) пропорционально ускорению уплотняется твердая фаза (естественная постель) и, соответственно, возрастает ее псевдовязкость, затрудняя относительное перемещение частиц различной плотности и их транспортирование. Известные способы разрыхления слоя центрифугируемого материала не исключают перемешивания частиц полностью и не решают данной проблемы.

По способу организации вращающегося движения пульпы различают центробежные аппараты: напорные - гидроциклоны и безнапорные - центрифуги. Центрифуги различаются также по способу разрыхления слоя (постели) центрифугируемого материала.

Принципиальное отличие центробежных концентраторов от гидроциклонов в том, что центробежное поле создается вращением ротора. Линейная скорость вращения придонного слоя пульпы в роторе практически совпадает со скоростью его движения. Вышележащие слои и свободная поверхность пульпы отстают от придонного слоя. Выход концентрата в этих аппаратах существенно меньше, и потому выше степень концентрации тяжелых фракций.

Гидроциклоны заняли прочное место среди аппаратов для классификации тонкоизмельченных материалов по крупности. В гидроциклонах процесс классификации значительно ускоряется за счет центробежной силы, создаваемой при вращении пульпы в гидроциклоне. В практике обогащения гидроциклоны применяются, прежде всего, при классификации измельченных материалов, иногда для обесшламливания и обезвоживания, а также для обогащения некоторых типов руд в тяжелых суспензиях.

Цилиндрическая часть имеет прямоугольный патрубок для подачи исходного материала, который поступает под давлением по касательной к внутренней поверхности этой части. Входящая струя пульпы получает вращение по часовой стрелке при правом расположении питающего патрубка, или против часовой стрелки при левом расположении патрубка. Под действием центробежной силы, которая во много раз превышает силу тяжести, крупные и тяжелые частицы отбрасываются к стенке гидроциклона и нисходящим потоком пульпы, движущимся вниз по спирали, разгружаются в нижней части гидроциклона через песковую насадку в виде песков. Мелкие и легкие частицы вместе с водой за счет конусности конической части образуют внутренний восходящий поток, вращающийся в направлении противоположном вращению наружного потока, поднимаются вверх и разгружаются через сливной патрубок в виде слива.

В отверстие питающего патрубка вставляются сменные вкладыши, при помощи которых устанавливается необходимая площадь сечения патрубка. В верхней цилиндрической части гидроциклона расположен сливной патрубок, который в зависимости от положения трубопровода для слива может быть повернут вокруг своей оси через каждые 90º.

Коническая часть классифицирующих гидроциклонов, имеющая угол конусности 20º, состоит из разъемных конусов или делаются литыми. Диаметр основания конуса соответствует типоразмеру гидроциклона. В вершине конической части гидроциклона находится сменная песковая насадка для разгрузки песков. Песковые насадки изготовляются из отбеленного чугуна или износостойкой резины в виде съемных насадок конической формы с цилиндрическими отверстиями. Диаметр насадки устанавливается в зависимости от требуемой крупности разделения. Футеруются песковые насадки металлокерамическими сплавами, карбидами металлов и корундом.

Пульпа в гидроциклон подается насосами под давлением 0, 3…2, 5 кгс/см² ( 5…50 Н/см² ), которое измеряется манометром, устанавливаемым на питающем трубопроводе.

Для борьбы с износом внутренняя поверхность корпуса и съемные детали футеруются износостойкими материалами: резиной, каменным литьем, легированным чугуном, керамикой, твердыми сплавами. Гидроциклоны небольшого диаметра изготовляются цельнолитыми, например, из винипласта.

Производительность гидроциклона и эффективность классификации материала в нем зависят, прежде всего, от гранулометрического состава материала, плотности пульпы, содержания шламов, диаметра гидроциклона, диаметра питающего и сливного патрубков, диаметра песковой насадки, соотношения диаметра сливного патрубка и диаметра песковой насадки, давления в питающем патрубке и т. п.

Основным фактором, определяющим показатели работы гидроциклона, является отношение диаметра песковой насадки к диаметру сливного патрубка. С увеличением этого соотношения увеличивается выход песков, понижается их крупность и содержание твердого, одновременно уменьшается крупность слива и его выход. Максимальная эффективность классификации имеет при соотношении 0, 5…0, 6. Оптимальный диаметр сливного патрубка обычно составляет 0, 2…0, 4 диаметра гидроциклона.

Угол конусности гидроциклона (20º ) является оптимальным для классифицирующих гидроциклонов. Увеличение угла конусности приводит к увеличению крупности слива. Для классификации разжиженных тонкодисперных пульп с получением весьма тонкого слива гидроциклоны диаметром менее 100 мм имеют угол конусности 5…10º. В короткоконусных гидроциклонах, применяемых при гравитационном обогащении золотосодержащих руд, угол конусности составляет 60, 90 и 120^º.

Содержание твердого в питании гидроциклонов, работающих в цикле измельчения, составляет 30…60% в зависимости от стадии измельчения. Так, в I стадии измельчения оно составляет 55-57%. Во II стадии – 50%, а в III – 40-45%. Содержание твердого в песках гидроциклонов в зависимости от стадии измельчения, в которой они работают, колеблется от 75…80% до 65…70%. Содержание твердого в сливе зависит от выхода слива, диаметра гидроциклона и содержания класса минус 0, 074 мм в сливе. Так при содержании класса минус 0, 074 мм 75…80% содержание твердого в сливе составляет, например, для свинцовой руды 32-35%. Увеличение содержания твердого в питании увеличивает нагрузку на песковую насадку и повышает плотность пульпы, что в свою очередь увеличивает содержание твердого в песках и крупность материала в сливе.

В практике обогащения для получения тонкого слива и обесшламливания обычно применяются батарейные гидроциклоны, когда в одной батарее в зависимости от диаметра гидроциклонов устанавливается 6-8 гидроциклонов, в которые питание подается в питающие патрубке из центральной трубы. Сливы всех гидроциклонов собираются в одном приемнике, а пески в другом. Широкое распространение в циклах измельчения получили автоматизированные гидроциклонные установки.

За рубежом наиболее широкое распространение получили гидроциклоны фирмы Warman типа CVX диаметром от 40 до 800 мм и производительностью до 1100 м³/ч.

Центробежные концентраторы различаются по способу разрыхления центрифугируемого материала:

· без разрыхления постели (центрифуги);

· с механическим разрыхлением постели (типа «Орокон»);

· с гидродинамическим разрыхлением постели («Кнельсон», «Фэлкон», «Итомак» и др. );

· с вибрационным разрыхлением постели (типа ЦБК, СЦВ и др. ).

Концентратор - центрифуга является одним из первых отечественных центробежных аппаратов. Он представляет собой полусферическую чашу, внутренняя поверхность которой футерована рифленой резиной. Чаша укреплена на платформе, вращающейся от электродвигателя посредством клиноременной передачи.

Пульпа с отношением Ж: Т от 5: 1 до 20: 1 подается в чашу по неподвижно установленной соосно трубе. Под действием тангенциальной составляющей ускорения жидкая фаза с легкой фракцией перемещаются к верхней разгрузочной части чаши. Движущиеся в придонном слое плотные частицы концентрируются в межрифельном пространстве резиновой вставки.

Концентратор работает периодически с интервалом 20-60 мин в зависимости от содержания тяжелых минералов в исходном. Ограниченное время работы аппарата между сполоском обуславливается также тем, что естественная постель принудительно не разрыхляется и потому сравнительно быстро заиливается. Для разгрузки концентрата аппарат останавливают и производят сполоск.

В лабораторном варианте концентратор может работать на сухом дисперсном материале крупностью до 4 мм. При работе на грубых золотосодержащих песках концентратор обеспечивает очень высокую (до 1 000) степень сокращения при извлечении золота крупностью + 0, 25 мм до 96-98 %.

Без разрыхления постели работает также китайский центробежный сепаратор «VT», состоящий из барабана с небольшим углом конусности, вращающегося на горизонтальной оси. Процесс концентрации основан на большой скорости осаждения плотных частиц, которые периодически выгружаются из сепаратора.

Отсутствие в аппарате средств разрыхления постели и неизбежно связанных с ними флуктуации частиц позволят, при прочих равных условиях, минимизировать потери тяжелых минералов. Однако при этом снижается качество концентрата и требуется его перечистка.

Концентратор «Орокон-М30» фирмы «Стар Технолоджи и ЛТД» включает конический ротор, вращающийся с ускорением 80 м/с² посредством электродвигателя и редуктора. На внутренней поверхности конического ротора имеются кольцевые перегородки, образующие кольцевые карманы, в которых концентрируется тяжелая фракция.

Концентратор снабжен питающим патрубком, неподвижными пальцами (рыхлителями), жестко закрепленными на консолях, сливным желобом для легкой фракции и винтовой пробкой для периодического выпуска (сполоска) концентрата.

Концентратор работает следующим образом. Исходный материал в виде пульпы с содержанием твердого 25-30 % и максимальной крупностью частиц до 12-15 мм подается по трубе во вращающийся ротор. Пульпа под действием тангенциальной составляющей центробежного ускорения поднимается к основанию конуса. Уплотненная центрифугированием твердая фаза в кольцевых карманах ротора разрыхляется неподвижными пальцами, предотвращая заиливание естественной постели. Наиболее плотные частицы концентрируются при этом в кольцевых карманах.

Концентратор, перерабатывая отходы шлюза глубокого наполнения крупностью менее 12 мм (после сброса избыточной воды), при степени концентрации до 200 обеспечивает общее извлечение золота до 80 %, в том числе класса менее 0, 044 мм - 50 %.

К главным недостаткам аппарата можно отнести абразивный износ неподвижных пальцев; неоднородное разрыхление материала в кольцевых карманах; запрессовку материала в карманах за пределами действия пальцев и сравнительно низкое извлечение мелких классов.

Концентратор Кнельсона канадской фирмы «Кнельсон Голд концентратор ИНК» относится к центробежным аппаратам с гидродинамическим разрыхлением центрифугируемого материала. Концентратор состоит из конического перфорированного ротора, на внутренней поверхности которого имеются рифли, образующие кольцевые канавки с отверстиями под углом к касательной. Концентратор снабжен емкостью для промывной воды, устройством для подачи исходного материала и приема продуктов обогащения.

Концентратор работает с ускорением 60g. В отличие от концентратора «Орокон» постель разрыхляется потоком воды, поступающим под давлением из емкости по отверстиям в роторе. Разгрузка концентрата производится периодически при остановленном аппарате. Поток воды вымывает из кольцевых канавок концентрат, который в виде пульпы стекает в вершину конуса и далее в концентратную течку. В последних модификациях концентратора предусмотрена непрерывная разгрузка тяжелой фракции через выпускные клапаны.

Концентратор выпускается шести типоразмеров с диаметром ротора от 76 до 1 290 мм. Крупность исходного материала от 2 до 6 мм. Концентратор получил широкое применение во многих странах, в том числе и в России. Главное его преимущество - высокая надежность в эксплуатации. По данным многих исследований, глубина эффективного обогащения золота находится на уровне 50 мкм.

Концентратор «Супербол» имеет несколько удлиненную коническую часть ротора, где протекает предварительное распределение фракций по гидравлической крупности. Цилиндрическая часть перфорирована для разрыхления материала противодавлением воды и снабжена кольцевыми перегородками.

Максимальная крупность исходного - 6 мм. Центробежное ускорение 2 000 м/с². Разработаны модели производительностью от 5 до 60-70 т/ч.

Концентратор, при прочих равных условиях, может, в сравнении с концентратором «Кнельсон», обеспечить более высокое извлечение тяжелых фракций за счет «подготовительной» операции на удлиненной конической поверхности ротора и большого ускорения ротора. Однако, гидродинамическое разрыхление центрифугируемого материала, адекватное центробежному его уплотнению в аппаратах этого типа, является причиной потерь наиболее тонких частиц тяжелых фракций.

К аппаратам с гидродинамическим разрыхлением центрифугируемого материала относятся также Goldfild (США), ИТОМАК (Россия), аналогичные «Кнельсону» и др.

Для извлечения наиболее тонких частиц разработаны центробежные аппараты, в которых отсутствуют разрыхляющие элементы.

Концентратор «Фэлкон» имеет свои принципиальные особенности: конический ротор без кольцевых перегородок, футерованный износостойкой резиной; высокое (3 000 м/с²) центробежное ускорение; отсутствие разрыхляющих элементов. Максимальная крупность исходного - до 2 мм. Плотность питания - до 45 % содержания твердого по массе. При этих параметрах концентрации следует ожидать более глубокого обогащения тяжелых минералов и сравнительно низкого качества концентрата. Высокого извлечения тяжелых фракций можно достигать в ущерб качеству тяжелого продукта путем увеличения частоты сполоска, т. к. отсутствие разрыхляющих средств приводит к быстрому заиливанию постели.

Концентратор ЦБК относится к аппаратам с вибрационным разрыхлением постели посредством дебаланса, установленном на приводном валу.

Принцип действия также сводится к загрузке исходного материала во вращающийся ротор в форме усеченного конуса, внутренняя поверхность которого разделена рифлями на кольцевые канавки. Разрыхленный (псевдоожиженный) вибрацией материал расслаивается по плотности и крупности (сегрегационный эффект) частиц. Наиболее плотные и мелкие частицы концентрируются в кольцевых канавках, а менее плотные и крупные стекают к основанию конуса под действием тангенциальной составляющей центробежной силы и разгружаются в приемник. Концентрат выгружается периодически по мере его накопления в канавках. В результате сегрегации несколько увеличивается извлечение мелких частиц, но с увеличением промежутка времени между разгрузкой концентрата снижается извлечение крупных классов тяжелой фракции, которые вытесняются из канавок мелкими частицами. Этот эффект имеет место также на центробежном вибрационном сепараторе СВЦ тульской компании ТГЗК и на центробежных концентраторах с эластичным ротором, разрыхление постели в которых производится посредством роликов, деформирующих ротор с внешней стороны (аппараты КГАЦМиЗ, МНПО «Полиметалл»).

Таблица

Зависимость извлечения тяжелых компонентов от их крупности на ЦБК-100 и Кнельсон-3 (по данным Механобр-Инженеринг)

Крупность тяжелых частиц, мкм	Извлечение ферросилиция, %		Извлечение вольфрама, %
Крупность тяжелых частиц, мкм	ЦВК-100	Кнельсон-3	ЦВК-100	Кнельсон-3
	77, 5	99, 8	99, 5	99, 9
	90, 1	99, 2	99, 8	99, 9
	98, 1	99, 1	99, 9	99, 9
	99, 5	94, 2	99, 9	99, 6
	94, 5	84, 2	99, 7	95, 1
	81, 7	60, 7	96, 2	85, 0
	66, 7	28, 3	84, 3	62, 3
	39, 0	15, 1	65, 5	29, 8

Примечание. Содержание тяжелого компонента в концентратах 7-8 %, производительность по сухому ЦБК-100 - 50 кг/ч, Кнельсон-3 - 30 кг/ч.

Преимущество вибрационного аппарата ЦБК очевидно для извлечения частиц крупностью менее 20 мкм. В этой области он может обеспечить прирост извлечения по сравнению с Кнельсон до 20-30 % от класса.

В заключение хотелось бы отметить, что в мировой практике обогащения полезных ископаемых широкое распространение получили центробежные сепараторы, в которых разделение минералов происходит под действием центробежных ускорений, в десятки и сотни раз превышающих ускорение свободного падения.

Применение центробежных сепараторов позволило существенно снизить предел крупности разделяемых минералов и рассматривать центробежную сепарацию как альтернативу флотационному методу обогащения.

Положительные результаты применения центробежных сепараторов получены при обогащении золотосодержащих руд россыпных и коренных месторождений, текущих и лежалых хвостов обогатительных фабрик, тантал-ниобиевых, гематитовых, хромовых руд, ильменит-цирконовых песков, угольных шламов.

12 Следующая ⇒