Способы обогащения твердых материалов

ЛЕКЦИЯ 13

МАШИНЫ И АППАРАТЫ ДЛЯ ОБОГАЩЕНИЯ ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ

1. Способы обогащения твердых материалов

2. Аппараты для обогащения в тяжелых средах: гидроциклоны, колесные и конусные сепараторы.

Способы обогащения твердых материалов

В практике рекуперации твердых отходов промышленности (особенно минеральных, содержащих черные и цветные металлы, фрагментов деталей вышедшей из строя радиоэлектронной аппаратуры и других изделий на основе металлов и сплавов, некоторых топливных зол, смесей пластмасс, шлаков цветной металлургии и ряда других ВМР) используют различные методы обогащения перерабатываемых материалов, подразделяемые на гравитационные, магнитные, электрические, флотационные и специальные.

Гравитационный метод обогащения основан на использовании различной плотности разделяемых материалов. По этому методу осуществляются такие процессы, как обогащение в тяжелых средах, отсадка, обогащение в струе воды по наклонной плоскости, обогащение в центробежном поле и криволинейных потоках. Флотационный метод обогащения ос­нован на различной смачиваемости твердых частиц, естествен­ной или создаваемой реагентами. Магнитный метод основан на различной магнитной восприимчивости твердых частиц, электрический — на использовании электрических свойств твердых частиц. Для каждого из этих методов разработаны и применя­ются различные конструкции машин и аппаратов.

Аппараты для обогащения в тяжелых средах. Разделение твердых материалов в тяжелых средах производится в гидро­циклонах, конусных и колесных сепараторах. В них осуществляется раздельная разгрузка всплыв­шего легкого и потонувшего тяжелого продукта. В качестве тяжелых сред применяют: минеральные суспензии - взвеси не­растворимых в воде тонкоизмельченных минералов (утяжелителей) - например глину, пирит, магнетит; водные растворы неор­ганических солей- растворы хлорида цинка ZnCL₂ (ρ = 2070 кг/м³), хлорида кальция СаСL₂ (ρ = 1654 кг/м³), иодида калия KI (ρ = 3196 кг/м³) и др.; органические жидкости -трихлорэтан С₂НСL₃ (ρ =1460 кг/м³), тетрахлорид углерода ССЦ (ρ =1600 кг/м³), трибромметан СНВг₃ (ρ = 2810 кг/м³) и др.

Гидроциклоны применяют главным образом для обогащения материала мелких классов (менее 10—13 мм) в минеральных суспензиях. В нашей стране выпускают двухпродуктовые гидроциклоны (типа КТ) и трехпродуктовые (типа ГТ). В гидроциклоне происходит разделение материала крупностью 0.5 — 6; 6 — 25 и 0, 5 – 25 мм. Исходный материал поступает в аппарат в смеси с тяжелой суспензией через загрузочный патрубок по касатель­ной во внутреннюю полость цилиндрической части корпуса, скользит по ней и разгружается вместе с частью суспензии через разгрузочный насадок. Легкий продукт с суспензией прохо­дит через сливную трубу в центре и поступает в разгрузочную камеру. Гидроциклоны обычно устанавливают так, чтобы обра­зующая конуса с нижней стороны была наклонена к горизонту не более чем на 0, 2°.

Сепараторы. Обогащение средне- и крупнокускового мате­риала в тяжелых суспензиях производят в сепараторах, принцип действия которых основан на использовании гравитационных сил. Отечественными заводами изготовляются конусные и колесные сепараторы.

Рис.1.Конусный сепаратор с аэролифтом для тяжелого продукта:

/ — исходный материал; // — легкий продукт; ///— поздух; IV — тяжелый продукт; / — корпус; 2 — мешалка; 3 — сито; 4 — осевая воронка; 5 — загрузочный лоток; 6 — аэролифт.

Конусные сепараторы выпуска­ются нескольких типоразмеров (СК-6А, СК-1Д СК-2, 5, СК-3, 6, СК-4, 5). Корпус се­паратора (рис. 1) имеет коническую форму; внутри корпуса на полом валу вра­щается мешалка. Исходный материал по­дается по загрузочному лотку, суспензия поступает через осевую воронку. Тяжелая фракция материала погружается в ниж­нюю часть корпуса и с помощью сжатого воздуха аэрлифтом выгружается на сито, где происходит частичное отделение сус­пензии, а тяжелый продукт поступает далее на отмывку утяже­лителя. Легкий всплывший продукт выводится из сепаратора через специальный лоток.

Производительность конусного сепаратора по материалу рассчитывают по формуле (в т/ч): Q_K = qS

где q— удельная нагрузка на единицу площади рабочей зоны зеркала су­спензии сепаратора, т/(м²-ч); S — площадь рабочей зоны зеркала суспензии сепаратора, м².

Колесные сепараторы с наклонными или вертикаль­ными элеваторными колесами для выгрузки тяжелых продуктов (СК-12, СК-20, СК-32, СК-40, СКВ-20, СУВД-22, СТТ-20 и др.) получили наиболее широкое применение в производстве.

Колесный сепаратор типа СК, применяемый для обогащения крупных классов материала в магнетитовой суспензии, имеет наклонное элеваторное колесо с перфорированными (дырчаты­ми) лопастями. Колесо заключено в корпус, который соединен герметично с ванной. Загрузка кусков материала в ванну про­изводится через желоб, а рабочая суспензия подается под слой загружаемого материала через два патрубка и в донную часть ванны также через патрубок.

Тяжелый продукт, оседая на дно ванны, поднимается лопа­стями колеса по наклонному днищу корпуса и разгружается через порог со щелевидным ситом, помещенным в кожух, лопат­ками гребкового устройства, которое вращается вокруг гори­зонтальной оси привода. Гребковое устройство представляет собой сварной каркас в форме шестигранной призмы, по граням которой на всю ширину ванны шарнирно подвешены сварные гребковые рамы. В процессе разгрузки продуктов происходит частичное отде­ление суспензии: от легкого продукта — на сите в кожухе, от тяжелого продукта — через отверстия в лопастях и через днище элеваторного колеса. Стабилизация суспензии о панне сепаратора достигается со­зданием слабого восходящего потока при подаче рабочей сус­пензии снизу через патрубок.

Колесный сепаратор типа СКВ с вертикальным элеваторным колесом предназначен для обогащения минерального материала крупностью 13— 300 мм в магнетитовой суспензии плотностью от 1400 до 2200 кг/м³ с получением двух продуктов (в качестве тяжелой среды могут использоваться и другие суспензии).

Суспензия в сепаратор (рис. 2) подается через кониче­ский патрубок в нижней части ванны 2 в направлении враще­ния колеса 1. При этом образуются вертикальный и горизон­тальный потоки суспензии.

Зона разделения материала находится внутри элеваторного колеса. Обогащаемый материал движется по зеркалу суспензии вместе с ее горизонтальным потоком. После разделения мате­риала горизонтальный поток суспензии транспортирует легкий продукт к разгрузочному желобу 5. Тяжелый продукт подни­мается элеваторным колесом с ковшами выше уровня суспен­зии и разгружается в желоб 4.

Производительность колесных сепараторов по легкому про­дукту (в т/ч):

Q_л = или Q_л = 3, 6 Bhv_oν ρ _л

где q – удельная нагрузка на 1м ширины ванны, т/(м*ч); B – ширина ванны, м; R — возможный выход концентрата, %; h- высота сливного по­тока (глубина зоны разделения и разгрузки), м; h = (1, 2—1, 5) D_M; D_M—эк­вивалентный размер наибольшего куска обогащаемого материала, м; v₀ — окружная скорость движения гребков, м/с; ν — коэффициент заполнения су­спензии материалом, доли ед.; р_л — плотность легкого продукта, кг/м³.

Производительность по тяжелому продукту (в т/ч): Q_т = 60Vnzφ ρ _т

где V—объем одного ковша, м³; n — частота вращения элеваторного коле­са, об/мин; z — число ковшей; φ — коэффициент заполнения объема ковша материалом, ф=0, 6—0, 7; ρ _т — плотность тяжелого продукта; кг/м³

Рис. 2. Колесный сепаратор с вертикальным элеваторным колесом:

/ — питание; // — тяжелый продукт; /// — легкий продукт; IV — суспензия; / — элеватор-нос колесо; 2 — ванна; 3 — желоб для подачи исходного материала; 4 — желоб для разгрузки тяжелого продукта; 5 — желоб для разгрузки легкого продукта; 6 — привод элеваторного колеса.