Обогатяване на гравитацията

1. Гравитационно обогатяване

Съвременните разработки в областта на гравитационното разделяне се отнасят главно до създаването на високоефективно, високоефективно, но евтино оборудване; съвременните гравитационни фабрики са прости и евтини в сравнение с предишните.

Относителната евтиност на гравитационното разделяне на големи частици определя неговото предимство при определяне на метода за сортиране на относително големи безплодни отпадъци, дори в големи флотационни инсталации.

Колко руда е смачкана до размера на флотацията, без да се мисли за действителната степен на разкриване на ценни минерали? Колко материални и трудови ресурси могат да бъдат спестени, без да се спазва принципът на смилане на всеки тон руда до размера, необходим за флотация?

Колко пъти е имало алтернатива, докато са били използвани скъпи процеси, въпреки че гравитационното разделяне е не само по-евтино, но също така осигурява по-добри характеристики на получените продукти?

Например, работата показва, че гравитационната концентрация на злато преди цианирането, използвана само като контролна операция, осигурява значително увеличение на възстановяването на много тънко злато.

От гледна точка на икономиката и разходите както за труд, така и за материали, няма смисъл да се пренебрегва какъвто и да е път, който може значително да намали и двете. И така, къде може да се използва гравитационно обогатяване? Очевидно понастоящем в производството на въглища и желязна руда гравитационното разделяне се счита за основен метод за обогатяване. И в други области?

Гравитационното обогатяване е за предпочитане за висококачествени руди, отварянето на минерали от които се случва с големи размери на частици, россыпи, както и за предварително обогатяване и преработка на руди в отдалечени райони или където се изискват минимални разходи. Венозните руди се обработват най-трудно. В етапа на намаляване на размера винаги се получава известна част от утайката, която е най-трудна за извличане чрез гравитационни методи. Ефективността на обогатяването на най-тежките минерали от россыпни отлагания е висока, тъй като обикновено в тях скалата е напълно отворена с малко образуване на утайки, а грубата фракция е безплодна (празна).

Обогатяването с гравитация е почти универсален метод за преработка на нискокачествени руди от алувиални находища, както в Северна Америка, така и в ОНД. Въпреки че използваната технология може да изглежда архаична, тя е проста, евтина, с ниска енергия и остава най-икономична.

Основният проблем с гравитационната концентрация - оползотворяването на утайките - се крие в самия процес. Разделянето на плътността обикновено се случва чрез преминаване на отделни частици една след друга през процеса. Изисква голяма площ на концентрация.

Дори и най-сложните гравитационни машини за утайки ограничават долната граница на размера до почти 10 микрона.

Понастоящем гравитационното обогатяване се използва за обработка не на един или два, а на цяла гама минерали - от андалузит до циркон, от въглища до диаманти, от минерални пясъци до метални оксиди и от индустриални минерали до редки метали.

Въпреки факта, че гравитационните методи отдавна се използват широко в света за обогатяване на много минерали, няма точна наука, която да може да предостави модел и математическо описание на процеса. Очевидно е, че се използва много различно оборудване поради недостатъчно разбиране на процесите на гравитационно разделяне. От дълго време различни изследователи изучават механизма на действие на това оборудване; обаче няма единна теория за обогатяване и тя не може да бъде създадена.

2. Общи принципи на разделяне на частиците при гравитационно обогатяване

Гравитационните процеси на обогатяване са процеси, при които отделянето на минерални частици, различаващи се по плътност, размер или форма, се дължи на разликата в естеството и скоростта на тяхното движение в средата под действието на силите на гравитацията и съпротивлението.

Гравитационните процеси включват преместване, концентриране върху маси, обогатяване на шлюзове, корита, винтови сепаратори, обогатяване на тежки течности и суспензии, гравитационно класифициране, сгъстяване на каши и частично измиване на руди.

Като среда, в която се извършва гравитационно обогатяване, се използват вода, въздух, тежки суспензии и течности.

хидродинамична (сила на повдигане и сила на съпротивление, когато течността тече около частици);

произтичащи от сблъсък на частици и тяхното триене;

триене на частици по дъното или стените на машината, в които се извършва обогатяването.

Определящата сила е гравитационна, въпреки че нейното действие не може да се разглежда изолирано от други посочени сили. Гравитационната сила се определя от масата на тялото и ускорението на гравитацията, съобщението към частици с редуващи се симетрични ускорения (например чрез вибрации) със средна стойност по-неизбежно намалява ефекта на гравитационната сила, увеличавайки смесване на частици, което в крайна сметка трябва да доведе до влошаване на процеса на разделяне. Следователно в практичните гравитационни машини и устройства (с изключение на перални машини) ускорението, придавано от външни сили на частиците, като правило не надвишава ускорението на гравитацията.

В гравитационна машина (апарат) рудни частици се транспортират по нея чрез вода, въздух или чрез вибрации на повърхността, върху която се извършва обогатяването, като едновременно се движат във вертикална или близка посока под действието на гравитацията. Разпределението на частиците по височината на потока, което определя тяхното разделяне, се случва в съответствие с техния размер, плътност и форма в резултат на комбинираното действие на тези сили. При еднакъв размер и форма на частиците разделянето е по-успешно, колкото по-голяма е разликата в плътността на отделените минерали. Има два вида разделяне на частиците - хидравлично и сегрегационно.

Разделянето на частиците се нарича хидравлично, при което силите на взаимодействие между частиците са малки в сравнение с хидродинамичните сили. Хидравличното разделяне се извършва съгласно законите на свободните и ограничени падащи частици. По време на разделянето по-големите частици с висока скорост на свободно падане обикновено се намират под хидравлично по-малките; в тесни условия с висока обемна концентрация на частици, хидравлично малки частици могат да бъдат разположени под големи.

Гравитационните процеси са масивни, те едновременно включват голям брой частици, физическите свойства на които (плътност, размер, форма) се променят по правило не рязко, а непрекъснато през определени интервали. Масивното присъствие на „разстроено“ смесване, причинено от турбулентни пулсации на средата и сблъсъците на частици, дава възможност да се характеризират гравитационните процеси като „квазидифузия на частици“, възникващи в гравитацията и хидродинамичните полета. В този случай освен редовното движение на частиците, водещо до тяхното разделяне, се наблюдава и произволно движение, което нарушава разделянето и значително забавя процеса. Изследванията показват, че случайните измествания по време на гравитационните процеси се подчиняват на статистическите закони.

В гравитационните апарати и машини разделянето на частиците става в разхлабени слоеве, в които твърдите частици са в окачено състояние, поради въздействието върху тях на течност, газ или вибриращи твърди стени. Дебелината на окачените слоеве варира в широки граници - от няколко метра до милиметри (концентрационни таблици, шлюзове).

Енергийна теория за разделяне на частиците. Когато се отделя във всяка гравитационна машина, суспензия от минерални частици в течност може приблизително да се разглежда като механична система от тела, разположени в гравитационно поле в нестабилно равновесие.

Окачването има тенденция да заема позиция на стабилно равновесие, постигнато съгласно принципа на Дирихле, при условие че потенциалната му енергия е минимална. Това условие се изпълнява от разделянето на суспендираното вещество на слоеве, в долните от които са концентрирани главно частици с по-висока плътност, а в горните - по-ниски. Като правило разделянето на суспендираното вещество в процесите на гравитационно обогатяване се случва с намаляване на потенциалната енергия на системата. При условия на сегрегация обаче са възможни случаи (обикновено при големи ускорения), когато „плаването“ на големи частици в слой от малки частици се случва с увеличаване на потенциалната енергия на системата.