Гравитационные методы обогащения

Введение
уголь обогащение шихта
Гравитационными методами обогащения называются методы, в которых разделение минералов, отличающихся плотностью, размерами, формой, обусловлено различием в характере и скорости их движения в текучих средах под действием силы тяжести и сил сопротивления.
Гравитационные методы занимают ведущее место среди других методов обогащения, особенно в практике переработки угля, золотосодержащих, вольфрамовых, молибденовых руд и руд черных металлов. Гравитационные процессы в настоящее время осуществляются в высокопроизводительных машинах, что позволяет упрощать схему цепи аппаратов, более экономично использовать промышленные мощности и объемы зданий, в результате чего уменьшать удельные капительные затраты.
Гравитационные методы обогащения позволяют перерабатывать крупнозернистый материал. Это обстоятельство особенно важно, если учесть некоторые крупнозернистые продукты обогащения имеют значительно больший спрос потребителей и большую стоимость, чем мелкозернистые.



1 ОБЩАЯ ЧАСТЬ
1.1 Выбор и обоснование выбора процесса обогащения

Известны следующие основные методы мокрого и сухого обогащения углей: гравитационный, флотационный, магнитный, электрический и специ-альные. Каждый из этих методов включает ряд процессов, основанных на общих физических и физико-химических свойствах, по которым производится разделение материала и отличающихся друг от друга и использованием дополни-тельных разделяющихся сил и соответствующими конструкциями машин и аппаратов.
Гравитационный метод обогащения основан на использовании различий в плотностях минералов. К этому методу относятся следующие процессы: обогащение в тяжелых средах (жидкостях и суспензиях); отсадка; обогащение в струе воды, текущей по наклонной плоскости (концентрационные столы); обогащение в центробежном поле; противоточная сепарация и др.
Наиболее широкое распространение для обогащения углей получили гравитационные методы. Гравитационными процессами обогащения называются процессы, в которых разделение минеральных частиц, отличающихся плотностью, размером или формой, обусловлено различием в характере и скорости их движения в среде под действием силы тяжести и сил сопротивления среды.
К гравитационным процессам относятся отсадка, обогащение в тяжелых средах (главным образом в минеральных суспензиях), концентрация на столах, обогащение в шлюзах, желобах, струйных концентраторах, конусных, винтовых и противоточных сепараторах, пневматическое обогащение. В угольной промышленности применяются в основном обогащение в тяжелосредной суспензии, отсадкой, иногда в винтовых, конусных и противоточных сепараторах, гидросайзерах. Гравитационные процессы обогащения отличаются высокой производительностью обогатительных аппаратов, простотой производственного комплекса, относительной дешевизной и высокой эффективностью разделения минеральных смесей.
В качестве среды, в которой осуществляется гравитационное обогащение, используются при мокром обогащении вода и тяжелая суспензия, при пневматическом -воздух.
Выбор конкретного гравитационного методов в практике обогащения углей определяется: фракционным и ситовым составом исходного материала угля, характеристикой его обогатимости, климатическими условиями региона и необходимыми технико-экономическими показателями.
Гидравлическая отсадка – это процесс разделения исходной смеси зерен на отдельные, близкие по плотности слои зерен в вертикальном пульсирующем потоке воды знакопеременной скорости. Этим методом обогащают угли крупностью от 0,5 (0,3) до 100 (250) мм. В зависимости от размеров зерен обогащаемых углей различают:
- отсадку крупных углей (крупность > 10 (13) мм, реже > 25мм);
- отсадку мелких углей (крупность < 10 (13) мм или < 25 мм);
- отсадку ширококлассифицированных углей – совместное обогащение в отсадочной машине крупных и мелких классов угля, обычно 0,5-80 мм или 0,5-100 мм с предварительной классификацией рядового угля по верхней и нижней крупности;
- отсадку неклассифицированных углей – совместное обогащение в отсадочной машине крупных и мелких классов угля без предварительной классификации рядового угля по верхней и нижней крупности.
Различают основную (обогащение рядового угля) и контрольную (переобогащение промежуточного продукта) отсадку.
Преимущества отсадки по сравнению с другими процессами гравитационного обогащения заключаются в универсальности, производственной простоте, технологической эффективности и экономичности.
Универсальность процесса характеризуется широким диапазоном крупности обогащаемого угля. Отсадкой можно обогащать уголь крупностью от 0,5 мм до 250мм
Производственная простота технологии отсадки заключается в применении для процесса незначительного числа основного и вспомогательного оборудования, обеспечивающие нормальные технологические функции процесса, может косвенно характеризировать степень производственной сложности применяемой технологии. Сравнивая различные гравитационные процессы с этих позиций, можно сказать, что технология обогащения угля в тяжелых суспензиях отличается наибольшей сложностью вследствие необходимости применения комплекса операций по подготовке, регенерации и кондиционированию суспензии. Наиболее простой является технология обогащения в струе воды, текущей по наклонной плоскости.
Технологическая эффективность отсадки характеризуется сравнительно высокой удельной производительностью и низкими значениями показателей эффективности Еpm и I. Удельная производительность действующих отсадочных машин колеблется от 5 до 30 т/ч·м2, она зависит от ряда факторов, в частности, физических свойств исходного угля, крупности материала, требований к качеству продуктов, конструктивных особенностей машин.
Погрешность разделения I находится в пределах 0,12 до 0,19 и зависит от тех же факторов и от технологии процесса (режима отсадки). По технологической эффективности процесс отсадки уступает только тяжелосредным сепараторам и гидроциклонам.
Экономичность отсадки обуславливается перечисленными выше категориями универсальности, производственной простоты и технологической эффективности. Отсадка является наиболее экономичным процессом обогащения угля по сумме затрат на 1т угля.
1.2 Теоретические основы процесса обогащения

Физическая модель процесса отсадки, разрабатываемая на основе известных гипотез (скоростная, суспензионная, потенциальная и массово-статистическая), рассматривает процесс расслоения угля как гори-зонтальное (под действием транспортной воды) и вертикальное (под действием пульсирующего потока) перемещения постели двумя слоями различной плотности с некоторой средней скоростью. Под постелью понимают смесь угольных, промпродуктовых и породных фракций, находящихся посредственно на решете машины (естественная постель, а при наличии специально добываемого материала, например полевого шпата, - искусственная постель). При достаточном времени перемещения постели вдоль отсадочного отделения расслоение угля осуществляется таким образом, что легкие фракции концентрируются в верхнем, а тяжёлые - в нижнем слоях.
Современные теоретические направления в отсадке рассматривают законо¬мерности перемещения не отдельного зерна, а совокупности зерен на основе вероятностно-статистического подхода.
Вероятностно-статистическая модель представляет отсадку как массовый процесс с вероятностным характером перемещения каждой отдельной частицы и закономерным перемещением группы однородных частиц, характеризуемым цен¬тром их перемещения и дисперсией распределения вокруг этого центра. В ре¬зультате неравномерного распределения скоростей внутри отсадочной постели и многочисленных соударений частиц различной плотности, кроме закономерного расслоения по плотности, имеет место процесс частичного перемешивания частиц, в особенности на границах слоев различной плотности.
Общая тенденция распре¬деления частиц по плотности достаточно убедительно подтверждена теоретиче¬скими и экспериментальными исследованиями и практикой обогащения углей в отсадочных машинах. Основной же задачей вероятностно-статистического на¬правления исследований являлось определение закономерностей формирования постели, т. е. перехода частиц различной плотности и крупности из беспоря¬дочного состояния в упорядоченное, характерное для расслоенной постели.
В результате теоретических исследований, рассматривавших отсадку как массовый процесс, различными авторами при использовании разных исходных предпосылок были получены уравнения одного и того же типа, характеризующие процесс формирования постели экспоненциальным законом.
Дифференциальное уравнение, в основу которого положен закон действу¬ющих масс, применительно к отсадке имеет вид