Обогащение на винтовых сепараторах

Для обогащения руд и россыпей редких и благородных металлов широкое применение нашли аппараты – винтовые сепараторы, в которых использован принцип разделения материала в безнапорном наклонном потоке малой глубины и у которых неподвижный наклонный гладкий желоб выполнен в виде спирали с вертикальной осью (рис. 10.7).

Рис. 10.7 Винтовой сепаратор

Состоит из приемного устройства пульпы 1, винтового желоба 2, цетральной трубы 4, обеспечивающей жесткость и прочность конструкции, отсекателей продуктов 3 и хвостового желоба 5. В поперечном сечении желоб имеет овальную форму, причем внешний борт его находится выше внутреннего. Угол наклона винтовой линии обычно в 2…2,5 раза меньше угла трения извлекаемого минерала.

Пульпа при Т : Ж от 1 : 3 до 1 : 15 загружается в верхней части желоба и под действием силы тяжести стекает вниз в виде тонкого потока разной глубины по сечению желоба. Минеральные частицы, движущиеся в потоке пульпы по винтовому желобу, испытывают одновременно воздействие сил, различных по величине и направлению. При движении в потоке помимо обычных гравитационных и гидродинамических сил, действующих на минеральные частицы, создаются центробежные силы. Равнодействующая их определяет траекторию движения частиц в поперечном сечении потока. Под действием этих сил происходит распределение частиц по плотности и крупности. В отличие от движения частиц в прямых наклонных потоках в винтовом желобе частицы перемещаются относительно друг друга не только вдоль желоба, но ив поперечном направлении. Легкие зерна, имеющие большую скорость перемещения по потоку, отклоняются к внешнему борту, тяжелые частицы, имеющие меньшую скорость, чем легкие, движутся у внутреннего борта (рис. 10.8).

.

Рис.10.8 Схема расслаивания материала в винтовом желобе

На первых витках желоба происходит расслаивание материала по вертикали, при котором тяжелые минералы концентрируются в придонном слое. Затем происходит перераспределение зерен в радиальном направлении, в результате чего формируются отдельные слои потока частиц, которые приобретают установившийся характер движения. Перераспределение зерен в потоке заканчивается после прохождения двух, трех витков желоба, после чего потоки частиц движутся по постоянным траекториям. Перераспределению способствует подача смывной воды, которая подается к внутреннему борту желоба.

Потоки концентрата и промпродукта отделяются отсекателями, которые представляют собой поворотные ножи, установленные у отверстий с отводящим трубопроводом. Устанавливаются такие устройства с интервалом 0,5 – 1 виток. На верхних витках снимается концентрат, на нижних – промпродукт. Хвосты разгружаются в конце желоба.

Оптимальное количество витков желоба обычно составляет три. Однако она зависит от крупности питания. Для крупного материала достаточно двух витков, а для мелкого, крупностью менее 0,15 мм, необходимо 4 витка.

Винтовые сепараторы изготовляются из чугуна, силумина (сплава алюминия с кремнием), полимерных материалов, рабочая поверхность желобов обычно футеруется резиной, каменным литьем или полимерами.

Основным конструктивным параметром сепаратора является диаметр винтового желоба. На сепараторах большого диаметра (1000 мм и более) обычно обогащается материал крупностью 1…2 мм. Для обогащения тонкозернистых материалов (менее 0,5 мм) применяются сепараторы диаметром 500 и 750 мм. Материал крупностью минус 1 + 0,074 мм обогащаются успешно на сепараторах различного диаметра. Винтовые сепараторы бывают одно-, двух - и трехжелобными что значительно увеличивает их производительность. Степень концентрации на винтовых сепараторах обычно составляет 5…10 в зависимости от содержания тяжелых минералов исходном питании.

На извлечение и качество выделяемых концентратов влияют: разница в плотности разделяемых минералов, форма и степень окатанности зерен, гранулометрический состав исходного материала, содержание глины и шламов. Перед обогащением на винтовых сепараторах материал подвергается дезинтеграции, обесшламливанию и классификации по крупности (грохочением) или по равнопадаемости (в гидравлических классификаторах). При этом улучшаются технологические показатели обогащения, и увеличивается производительность сепаратора. При большом содержании в питании глины и шламов (более 25%) процесс сепарации становится неустойчивым. Также неустойчивым становится процесс сепарации неклассифицированного материала, содержащего незначительное количество мелкой фракции (менее 10% минус 2 мм) и большого количество крупных (20 ; 16; 12 мм) фракций (более 30%). На винтовых сепараторах хорошо извлекаются тяжелые минералы крупностью от 4 до 0,25 мм, более мелкие минералы улавливаются хуже, а минералы мельче 0,074 мм почти не извлекаются и снижают извлечение более крупных минеральных частиц. Большое значение имеет форма частиц обогащаемого материала. Частицы пластинчатой формы под действием силы трения скольжения, которая больше силы трения качения сферических частиц, удерживаются у внутренней стенки желоба и уходят в концентрат. Частицы сферической формы наоборот, движутся вблизи внешнего борта желоба и уходят в хвосты.

Сростки тяжелых минералов с минералами пустой породы, имеющие промежуточную плотность, плохо извлекаются на сепараторах и нарушают селективность разделения. Поэтому винтовые сепараторы применяются в основном для обогащения россыпей, в которых отсутствуют сростки.

Оптимальная плотность пульпы, поступающей на сепаратор, для песков россыпных месторождений составляет от 35 до 50% твердого, для руд – от 15 до 35% твердого. Повышение содержания твердого в пульпе нарушает процесс расслоения материала и материал движется по желобу сплошной массой, в то время, как при большом разжижении (менее 10% твердого) приходится снижать количество материала, поступающего на сепаратор из-за переполнения желоба. Для повышения качества концентрата, уменьшения заиливания в зоне концентрирования, для транспортировки тяжелых минералов смывная вода подается в приосевую зону каждого желоба Расход смывной воды обычно составляет 0,3…0,6 л/с для одного желоба. При избытке смывной воды тяжелые минералы сносятся в область промпродукта и даже хвостов.

Удельная производительность винтовых сепараторов на 1 м² площади составляет для сепаратора СВ2Л-1000 довольно высока и составляет 0,9…2,5 т/ч.

Простота устройства, отсутствие механического привода, высокая удельная производительность, малая площадь, занимаемая ими и высокая надежность работы, обеспечили винтовым сепараторам широкое применение их при обогащении титановых и титано-цирконовых песков, золотосодержащих россыпей, оловянных и вольфрамовых руд. Устанавливаются они также на драгах.

Разновидностью винтовых сепараторов являются винтовые шлюзы, которые отличаются формой желоба и малым наклоном его днища.

Применяется такой шлюз для обогащения тонкозернистых материалов (менее 0,074 мм) при малых скоростях движения тонкого потока по шлюзу.