Отсадка. Классификация отсадочных машин

ВВЕДЕНИЕ

Отсадочные машины с ручным приводом были известны ещё в древние времена. Первая поршневая отсадочная машина применена в начале 19 века в рудном бассейне Гарц (Германия) для обогащения свинцовых руд (т.н. гарцевская поршневая отсадочная машина).

В 1867 французский инженер Mapсо разработал и применил отсадочную машину с механическим приводом поршня, а в 1892 Ф. Баум в Германии изобрёл беспоршневую пневматическую отсадочную машину с возбуждением пульсаций воды сжатым воздухом. Позднее для обогащения мелких классов руд появились диафрагмовые отсадочные машины, создающие колебания среды эластично закреплённой диафрагмой [4].

Отсадка. Классификация отсадочных машин

Отсадкойназывают процесс разделения смеси минеральных зерен по плотности в водной или воздушной среде, колеблющейся (пульсирующей) относительно разделяемой смеси в вертикальном направлении. Исходный материал вместе с водой непрерывно подается на отсадочное решето, через отверстия которого попеременно походят восходящие и нисходящие потоки воды. В период восходящего потока материал поднимается и разрыхляется, а в период нисходящего – опускается и уплотняется.

В результате действия чередующихся восходящих и нисходящих потоков воды исходный материал через определенный промежуток времени разделяется на слои таким образом, что на отсадочном решете (внизу) располагаются зерна наибольшей плотности, а в верхних слоях – наименьшей. Следует отметить, что такое идеальное распределение зерен по плотностям возможно только в том случае, если они обладают одинаковыми размерами и формой. В реальных же условиях происходит попадание некоторой доли легких фракций в тяжелые, а тяжелых – в легкие (наблюдается засоряемость концентрата и отходов «посторонними фракциями»). По взаимозасоряемости получаемых в процессе отсадки продуктов обогащения судят о технологической эффективности процесса.

Слой материала, находящийся в решете, называется постелью. Постель, образуется при отсадке крупного материала, состоит из зерен самого материала и называется естественной. Через принудительно пульсирующую толщу материала тяжелые зерна проникают в нижние слои постели, а легкие в верхние. При обогащении мелкого материала (для руд

Отсадка проходит на отсадочных машинах. Отсадочная машинапредставляет собой устройство для гравитационного обогащения, в котором исходный материал разделяется на отсадочном решете под влиянием вертикальных колебаний жидкости. Разнообразие условий применения отсадочных машин привело к созданию большого числа конструктивных разновидностей (известно более 100), отличающихся назначением, способом создания колебательных движений жидкости, количеством получаемых продуктов обогащения, способом их разгрузки и др.

Каждый тип машин предназначен для обогащения определенных полезных ископаемых [1].

Машины классифицируются по следующим признакам:

по месту применения

· гидравлические отсадочные машины (процесс осуществляется в водной среде)

· пневматические осадочные машины (отсадка происходит в воздушной среде)

по конструкции приводного механизма

· поршневые отсадочные машины

· диафрагмовые отсадочные машины

· отсадочные машины с подвижными конусами

· отсадочные машины с подвижным решетом

· отсадочные машины с гидравлическим пульсатором

· беспоршневые отсадочные машины

по направлению разгружаемого продукта

· прямоточные отсадочные машины

· противоточные отсадочные машины

по способу разгрузки продуктов обогащения

· отсадочные машины с шиберной разгрузкой

· отсадочные машины с разгрузкой через решето

· отсадочные машины с комбинированной разгрузкой через шибер и решето

по числу ступеней

· одноступенчатые (однокамерные) отсадочные машины

· двухступенчатые отсадочные машины

· трехступенчатые отсадочные машины

· многоступенчатые отсадочные машины

по целевому назначению

· отсадочные машины для обогащения мелкозернистого, крупнозернистого или неклассифицированного материала

· шламовые отсадочные машины

Кроме этого так же применяются отсадочные машины лабораторного типа (как правило, с упрощенной конструкцией и небольшими габаритами) для научных исследований и проработки проб[2].
Из большого числа отсадочных машин рассматриваются только основ­ные, получившие широкое распространение в практике обогащения по­лезных ископаемых.

Беспоршневыеотсадочные машины (воздушно-пульсационные). Воздушно-пульсационные машины широко применяют в практике обога­щения углей и руд. Конструкции машин постоянно совершенствуют. Поэтому на практике применяют большое число машин, различающихся как по расположению воздушных камер, так и отдельными конструктив­ными элементами.

По расположению воздушных камер машины классифицируют: с боковым расположением воздушной камеры; боковым двухсторонним расположением воздушных камер; со сдвоенными центральными воздушными камерами; с подрешетным расположением воздушных камер; с патрубочными подрешетными воздушными камерами; с надрешетным расположением воздушных камер.
Поршневые отсадочные машины применяют для обогащения марганцевых, оловянных и вольфрамовых руд. В последнее время они заменяются диафрагмовыми машинами и машинами с подвижным решетом.

Диафрагмовые отсадочные машины наиболее широко применяются при обогащении руд (железных, марганцевых, оловянных, вольфрамовых, золотосодержащих россыпей, руд редких металлов и др.)[1].

Виды отсадочных машин

По конструкции отсадочные машины отличаются большим разнообразием (известно более ста разновидностей). Наибольшее распространение получили отсадочные машины с неподвижным ре­шетом: поршневые, диафрагмовые и беспоршневые. Отсадочные машины с подвижным решетом применяются при обогащении же­лезных и марганцевых руд[1].

Отсадочная машина с подвижным решетом(рис.2.1, а) состоит из секционного корпуса 4, в верхней части ко­торого размещено подвижное решето 3. Размер его отверстий мень­ше минимального размера куска обогащаемого материала. Водная среда в машине остается относительно неподвижной. Колебания решету в вертикальном и горизонтальном направлениях передаются через систему рычагов 2.

Рис.2.1. Принципиальные схемы основных типов отсадочных машин:

а – с подвижным решетом; б – поршневая;

в – диафрагмовая; г – воздушно-золотниковая

Двигаясь вдоль машины, сырье расслаивается по плотностям. Тяжелый продукт уходит вниз через щели решета в конце каждой секции (на схеме их две) и выгружается с помощью элеватора. Количество продуктов разделения зависит от количества секций.

Машины с подвижным решетом находят ограниченное примене­ние для обогащения марганцевой руды. Существенное их достоин­ство — незначительный расход воды на обогащение.

Поршневая отсадочная машина (рис.2.1, б) сос­тоит из корпуса 5, имеющего рабочее 10 и поршневое 6 отделения. Решето в камере установлено неподвижно. Колебания жидкости и разделяемого материала вызываются перемещением поршня 7, свя­занного штоком 8 с эксцентриковым приводом 9. Работа машины обеспечивается подачей подпоршневой воды.

Легкий продукт выносится с потоком воды через борт установ­ки, а тяжелый направляется в камеру через отверстия решета (при искусственной постели) или через щель в конце секции, затем он выгружается из машины с помощью элеватора или другого устрой­ства.

Поршневые отсадочные машины не имеют широкого распрост­ранения вследствие низкой удельной производительности, а также большого расхода воды и электроэнергии. Они полностью вытесне­ны машинами воздушно-золотникового типа.

Диафрагмовая отсадочная машина (рис.2.1, в) отличается от поршневой наличием эластичной диафрагмы 12, свя­занной штоком с эксцентриковым приводом 11. В различных типах машин диафрагмы могут располагаться следующим образом: гори­зонтально сбоку отсадочного решета, горизонтально и наклонно под решетом, вертикально в перегородке между смежными секциями (как на рисунке) или в стенке корпуса машины.

Положительная особенность данной установки— постоянство хода диафрагмы, обеспечивающее «жесткий» режим пульсаций сре­ды; недостаток — ограниченность производительности, невозмож­ность увеличения площади отсадочного решета, так как это вызы­вает нарушение равномерности пульсаций среды. Диафрагмовые отсадочные машины наиболее широко применяют при обогащении руд.

Беспоршневая отсадочная машина(рис.2.1, г) наиболее совершенна в конст­руктивном и технологическом отношениях. Пульсации воды в рабо­чем отделении создаются периодическим впуском сжатого воздуха в камеру 13 посредством роторного или клапанного золотникового пульсатора 14. При впуске воздуха рабочая среда поднимается вверх, а при выпуске опускается вниз. Воздушные камеры в по­следних конструкциях машин размещены непосредственно под ра­бочим решетом.

Легкий продукт разгружается со сливом через борт установки, а тяжелый и промежуточной плотности — в щели, расположенные в конце каждого рабочего отделения.

Воздушно-золотниковые отсадочные машины используют преи­мущественно при обогащении угля и реже — руд [3].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Отсадка является одним из наиболее распространенных методов гравитационного обогащения полезных ископаемых.

Область применения охватывает полезные ископаемые по плотности извлекаемых компонентов от 1200 до 15600 кг/м 3 и по крупности обогащенного материала от 0,2 до 50 мм для руд, и от 0,5 до 120 (иногда и до 250) мм – для углей.

Процесс отсадки. Отсадочные машины.

Среди гравитационных процессов обогащение большое распространение получило распространение обогащение на отсадочных машинах.

Процесс отсадки — это процесс гравитационного обогащения, основанный на разнице скоростей падения минеральных частиц в пульсирующей вертикальной струе воды. Материал, подлежащей разделению, подается на решето отсадочной машины, через отверстие которого поступает пульсирующая в вертикальном направлении восходящая и нисходящая струя воды. В результате периодического действия струе происходит разделение обогащаемого материала, т.е. зерна, имеющие большую плотность, концентрируются в нижнем слое материала, лежащего на решете и представляют собою концентрат, а зерна меньшей плотности концентрируются в верхнем слое и являются хвостами.

На отсадочных машинах обогащается материал крупностью от 50 до 0,25 мм. Для повышения эффективности исходный материал перед отсадкой обычно классифицируют по крупности и каждый класс обогащается самостоятельно. Предварительная классификация крупного материала производится в соответствии с коэффициентом равнопадаемости в условиях стесненного падения. Мелкий материал обычно не классифицируется по крупности перед отсадкой. Узкая шкала классификации по наименьшему коэффициенту равнопадаемости дает лучшие результаты при обогащении, однако это требует установки большого количества грохотов и отсадочных машин.

Под действием пульсирующей струи воды расслаивание по высоте смеси минералов различной плотности ( кварца и касситерита) осуществляется в соответствии с диаграммой Г.О.Чечотта ( см. рис. 74). По действием восходящего потока воды минеральная смесь разрыхляется и частицы легкого минерала ( кварца), скорость падения которых меньше скорости восходящего потока, поднимаются в верхние слои материала Частицы тяжелого минерала ( касситерита) находятся при этом во взвешенном состоянии, а затем и при нисходящем потоке занимают нижний слой.

В камере машины над решетом минеральные частицы с водой образуют рыхлую смесь – естественную постель, которая также создает условия стесненного падения и способствует расслаиванию частиц по плотности. Мелкие зерна тяжелого минерала легко проходят по промежуткам, образующиеся в рыхлой постели между крупными частицами и образуют нижний слой или проходят через отверстия в решете. Разрыхленный слой материала, таким образом, позволяет тяжелым частицам пройти в нижний слой, а уплотненный слой, образующийся при нисходящем потоке воды, препятствует прохождении. В нижний слой легких частиц. Попеременное действие восходящей и нисходящей струи воды создает условия для постепенного расслаивания материала не только по плотности, но и по крупности.

В восходящей струе воды плотность среды изменяется в вертикальном направлении, т.е. при начальном ускорении частиц плотность среды будет наименьшей. Величина начального ускорения частиц зависит от плотности минералов и имеет особенно важное значение при расслаивании неклассифицированного материала. Неклассифицированные по крупности минеральные частицы, имеющие различную плотность, при повторяющихся пульсациях воды даже за очень короткий период при падении пройдут путь различной длины, т.к. начальное ускорение для каждой частицы будет различным. Так для галенита оно составит

,

в то время как для кварца

Следовательно, для галенита начальное ускорение в 1,4 раза больше, чем для кварца. Это значит, что скорость падения равнопадающих частиц галенита и кварца в течение начальных 1-2 с будет различной.

Поэтому, если в отсадочной машине создать короткие, но часто повторяющиеся пульсации воды, то на коротких расстояниях будут созданы условия стесненного падения, когда проявляется только начальное ускорение, а не конечные скорости падения частиц.

При обогащении неклассифицируемого по крупности материала большую роль в процессе отсадки играет постель – искусственная или естественная.

Искусственная постель создается из крупных и тяжелых минералов ( магнезит, галенит, гранат, сульфиды) или из чугунной и стальной дроби. Размер зерен пастели в 3-4 раза больше размера отверстий решета, а плотность материала постели – меньше плотности тяжелого минерала, присутствующего в руде и больше плотности легкого минерала. Толщина слоя искусственной постели составляет не менее трех размеров максимального зерна в питании.

Естественная постель создается в процессе отсадки из крупных зерен тяжелого минерала, находящегося в руде. Толщина слоя постели составляет обычно для мелкого материала до 20 размеров диаметра максимальных зерен в питании а для крупного материала — 5…10.

При восходящей струе воды постель слегка приподнимается и разрыхляется. Между зернами создаются свободные пространства, образующие различные каналы, по которым продвигаются мелкие тяжелые зерна. Таким образом, постель пропускает частицы тяжелого минерала и задерживает частицы легкого минерала

Неклассифицированный материал, поступающий на отсадку, во время процесса отсадки подвергается сегрегации, т.е. естественному распределению зерен по крупности и плотности ( рис. 76).

. Рис. 76.Явление сегрегации

а – до отсадки; б – после отсадки

При сегрегации в нижнем слое, находящемся на решете, концентрируются мелкие тяжелые зерна, затем слой крупных тяжелых зерен, над которым будут находиться мелкие зерна легкого минерала. Крупные зерна легкого минерала будут концентрироваться в самом верхнем слое. Тяжелые минералы нижних слоев при обогащении материала мельче 4 мм будут проходить через отверстия решета и собираться в виде концентрата в подрешетном отделении отсадочной машины, а легкие минералы проходят по постели вдоль камер машины разгружаются через разгрузочный порог последней камеры.

В современной практике гравитационного обогащения отсадка крупнозернистого материала производится обязательно с предварительной классификацией по крупности, а мелкий материал ( от 5…6 мм м менее) обогащается без предварительной классификации, но обязательно с применением искусственной постели. Руды, подвергаемые отсадке, имеют крупности 0,25…50 мм, а угли – 0,5…150 мм.

Основными параметрами, регулирующими процесс отсадки, являются частота и амплитуда колебаний среды и расход подрешетной воды. Частота и амплитуда колебания среды зависят прежде всего от крупности и плотности обогащаемого материала. Частота пульсаций определяет скорость восходящего потока среды , достаточную для взвешивания тяжелых зерен максимальной крупности в стесненных условиях. Поэтому число колебаний выбирается с таким расчетом, чтобы легкие частицы под действием восходящего потока среды, не успели осесть до начала следующего цикла , тяжелые зерна при этом должны пройти через постель до ее уплотнения.

Амплитуда колебаний в отсадочных машинах, как правило, составляет не менее 1,5 размера диаметра максимального зерна в обогащаемом материале. Для минеральных частиц большого размера и плотности используется большая амплитуда, но малая частота пульсаций среды, когда достигается высокая скорость восходящего потока, обеспечивается необходимая высота подьема постели и степень разрыхления ее и обогащаемого материала. При большом числе пульсаций снижается степень разрыхления постели.

Процесс отсадки осуществляется при плотности питания 30…35% твердого. Помимо воды, поступающей с исходным питанием в отсадочные машины подается подрешетная вода, расход которой зависит от крупности обогащаемого материала и составляет при отсадке руд от 3 до 8 м 3 /т. Расход подрешетной воды в общем расходе воды колеблется от 40 до 70%. Подача подрешетной воды регулирует скорость восходящего и нисходящего потока, разрыхленность постели. Увеличение количества подрешетной воды вызывает потери тяжелых минералов с хвостами, а недостаток- ухудшение качества концентрата.

Применяемые в настоящее время большое количество (более 90) типов отсадочных машин принято классифицировать по таким основным признакам, как конструкция приводного механизма ( поршневые, диафрагмовые, с подвижными конусами, с гидравлическим пульсатором, беспоршневые), направление движения разгружаемого продукта ( прямоточные и противоточные), способу разгрузки продуктов обогащения ( шиберная разгрузка, разгрузка через решетку, комбинированная разгрузка), числу ступеней ( одно и многоступенчатые), назначению ( для обогащения крупно и мелкозернистого материала, для обогащения неклассифицированного материала).

Однако в практике обогащения наибольшее распространение получили получили:

· Поршневые отсадочные машины и машины с подвижным решетом;

· Диафрагмовые отсадочные машины

· Беспоршневые или воздушно-пульсационные машины

Поршневые машины и машины с подвижным решетом в настоящее время имеют ограниченное применение. Используются они лишь при обогащении железных , марганцевых руд и угля крупностью от 3 до 40 мм. Эти машины имеют довольно низкую производительность (1,0…25 т/ч) и повсеместно заменяются беспоршневыми и диафрагмовыми машинами. Однако, на примере этих машин, имеющих довольно простое устройство, можно рассмотреть принцип работы отсадочных машин.

В поршневой отсадочной машине с неподвижным решетом , схема которой показана на рис. 77,

Рис. 77. Схема отсадочной машины с неподвижным решетом.

камера 1 имеет перегородку не доходящую до дна камеры. Эта перегородка делит камеру на два сообщающихся между собой отделения- поршневое и концентрационное. В поршневом отделении движется поршень 3, который получает возвратно-поступательные движения от эксцентрикового вала 4. Руда поступает на решено 5 концентрационного отделения. В концентрационном отделении камеры при заполнении всей камеры водой, создается восходящая струя воды, благодаря которой слой рудных частиц разрыхляется. При падении в разрыхленном слое частицы расслаиваются в соответствии с плотностью – в нижнем слое на решете собираются тяжелые частицы, а в верхнем слое – легкие частицы.

При движении поршня вверх в концентрационном отделении образуется нисходящая струя воды, которая улучшает расслаивание частиц за счет увеличения разницы в скоростях падения частиц различной плотности. Непрерывное чередование восходящей и нисходящей струи воды позволяет разделить материал на два слоя: нижний слой тяжелых минералов и верхний слой легких минералов. При крупности обогащаемой руды менее 4 мм тяжелые минералы или тяжелая фракция разгружается под решето, величина отверстий которого больше крупности тяжелых частиц. Легкие частиц2ы под действием горизонтального потока воды разгружается через сливной порог последней камеры. При обогащении крупнокусковой руды тяжелая фракция остается на решете в виде естественной постели и разгружается через боковую или центральную разгрузочную щель в стенке корпуса машины.

Поршневые отсадочные машины бывают двух-, тех- и четырехкамерными. При размере отверстий решета 2 мм производительность их составляет 0,5…3,6 т/ч.

В отсадочных машинах с подвижным решетом восходящие и нисходящие потоки воды создаются при движении самого решета от эксцентрикового привода. Отсадочные машины с подвижным решетом в России выпускаются для извлечения золота из руд и россыпей с площадью отсадки от 6 до 12 м 2 ( «Труд 6ПР» и «Труд 12»).

Диафрагмовые отсадочные машины отличаются от поршневых тем, что в них поршень заменен диафрагмой, вертикальные или горизонтальные колебания которой создают вибрации среды. Эти машины широко применяются при обогащении золотосодержащих, оловянных, вольфрамовых и др россыпей и руд. Изготовляются диафрагмовые машины нескольких типов и их конструкции отличаются местом расположения диафрагмы : с вертикальной диафрагмой в перегородке (ОВМ-1), с вертикальной диафрагмой в наружных стенках ( МОД-4), с подвижными коническими днищами ( МОД1. МОД-2, МОД-3, МОД-6).

В диафрагмовой высокочастотной отсадочной машине ОВМ ( рис.78)

Рис. 78. Диафрагмовая высокочастотная отсадочная машина ОВМ

диафрагма располагается на внутренней вертикальной стенке между отсадочными камерами. Машина состоит из двух отсадочных камер 1 с пирамидальными днищами 2. Камеры разделены междукамерной перегородкой 3, в которой установлена диафрагма 4, состоящей из металлического диска-поршня, связанного с перегородкой резиновой шайбой 5. Диск диафрагмаы прочно укреплен на штоке 6, который проходит через его центр. Шток подвешен на двух стальных пластинах 7, а его концы снабжены резиновыми муфтами – уплотнителями 8. Один конец штока посредством пружинящей пластины 9 связан с эксцентриком кривошипного механизма 10, который приводится в движение электродвигателем 11.

Корпус машины и кривошип жестко укреплены на сварной раме 12. Внутри камеры в верхней части установлены решетки 13, поддерживающие сита 14 и решетки 15 для жесткого крепления сита с предотвращения смещения минеральной постели. Система решеток и сит удерживается в камерах распорными досками 16 при помощи клиньев 17.

В конце камер установлены регулируемые по высоте пороги 18, высота которых подбирается в соответствии с типом и крупностью обогащаемой руды. Подрешетная вода подается через коллектор 19. Разгрузочные устройства для концентрата 20 расположены в нижней части камер.

Исходная руда вместе с водой подается на сито первой камеры, где благодаря непрерывной пульсации воды минеральные частицы расслаиваются по плотности и крупности. Тяжелые частицы, пройдя в промежутках между зерен постели и сито, собираются в коническом днище камеры, откуда периодически или непрерывно разгружаются через разгрузочное устройствл. Частицы легких минералов, а также неосевшие частицы тяжелых минералов выносятся потоком воды через порогл во вторую камеру, где процесс отсадки повторяется, и конечные хвосты ( легкие минералы) выносятся водой через порог второй камеры.

Отсадочные машины ОВМ, техническая характеристика которых приведена в табл. 40, применяются для обогащения руд и россыпей редких и благородных металлов крупностью от 0,1 до 8 мм.

Таблица 40. Техническая характеристика диафрагмовых высокочастотных отсадочных машин ОВМ

Диафрагмолвые отсадочные машины МОД отличаются расположением диафрагмы. Если в машине МОД-4 диафрагма располагается в наружной боковой стенке, то в остальных типах машин МОД вертикальные колебания воды создаются подвижными коническими днищами каждой камеры.

Отсадочная машина МОД-4М2 ( рис. 79) состоит из четырех камер, соединенных попарно. В боковой вертикальной стенке каждой камеры имеются диафрагмы круглой формы, которые приводятся в движение от эксцентрикового привода. Эти машины применяются в основном для обогащения золотосодержащих руд и россыпей крупностью до 30 мм.

Рис. 79. Диафрагмовая отсадочная машина МОД – 4

1 – задняя траверса; 2 – подрешетная рама; 3 – решето; 4 – надрешетная рама; 5 – корпус; 6 – редуктор; 7 – муфта; 8 – электродвигатель; 9 – разгрузочное устройства; 10 – передняя траверса; 11 – манжета.