Обогащение в тяжелых средах

ОБОГАЩЕНИЕ В ТЯЖЁЛЫХ СРЕДАХ (а. dense-media separation, heavy-media separation, float-and-sink separation; н. Schwer- trubeaufbereitung; ф. lavage en liqueur dense, lavage en milieu dense; и. separacion en liquidos pesados, enriquecimiento en los medios pesados, separacion en suspencias pesados, separation por liquidos pesados) — метод обогащения полезных ископаемых, основанный на различной плотности разделяемых компонентов и тяжёлой среды (плотность которой больше плотности воды). Применяется для всех видов твёрдых горючих ископаемых (углей, антрацитов, сланцев), руд чёрных и цветных металлов, фосфатных руд и строительного щебня.

В 1858 английский изобретатель Генри Бессемер впервые предложил применять тяжёлую среду (растворы неорганических солей, например хлорида железа, и др.) для промышленного обогащения. Развитие процесса обогащения в тяжелых средах шло от использования в качестве тяжёлой среды растворов неорганических солей к устойчивым, а затем к неустойчивым суспензиям, что привело к широкому распространению этого прогрессивного метода обогащения.

Обогащение в тяжелых средах применяется в промышленности для обогащения угля с 1932-33 и обогащения руд с 1936. В CCCP работы по исследованию обогащения в тяжелых средах были начаты в 1925, а распространение этот метод получил с 1961 в угольной промышленности, затем для обогащения руд. Доля использования обогащения в тяжелых средах в угольной промышленности CCCP 29,4% от общего объёма обогащаемого угля (1985). В угольной промышленности CCCP и за рубежом обогащение в тяжелых средах занимает 2-е место после обогащения в отсадочных машинах, а в Австралии, Индии, Франции и ЧССР — доминирующее положение.

Сущность процесса обогащения в тяжелых средах в том, что если компоненты обогащаемых полезных ископаемых (например, угольная и минеральная части) различаются по плотности, то при погружении этих полезных ископаемых в среду промежуточной плотности получаются две фракции (осевшая и всплывшая), в одной из которых сосредотачиваются полезные минералы, а в другой — пустая порода. Частицы, плотность которых выше плотности суспензии, погружаются на дно, менее плотные всплывают на поверхность и удаляются гребками. Достаточно чёткое разделение компонентов достигается даже при небольшом различии их плотности. Другим преимуществом является возможность обогащать крупный материал (до 300 мм). Суспензии готовят из смеси тонкоизмельчённых твёрдых частиц и воды. Твёрдые частицы (утяжелитель) являются дисперсной фазой, дисперсионной средой — вода. В качестве утяжелителей применяются минералы или продукты различных производственных процессов. Наиболее распространены при обогащении углей магнетит (магнетитовый концентрат, плотность 4500-5000 кг/м³), при обогащении руд и неметаллических полезных ископаемых — гранулированный ферросилиций (плотность 6900-7000 кг/м³) и их смесь.

Плотность суспензии регулируется концентрацией в ней утяжелителя. Для снижения вязкости и улучшения свойств суспензий изготовляется гранулированный ферросилиций, а также вводятся специальные химические реагенты-стабилизаторы или пептизаторы. Для многократного использования утяжелителя применяется регенерация суспензий методом магнитной сепарации.

Обогащение в тяжелых средах осуществляется с помощью ряда последовательных операций: классификация материала, обогащение в сепараторе по плотности, отделение суспензии от продуктов обогащения, возврат рабочей суспензии в систему, регенерация и возврат утяжелителя (рис.).

Аппараты для обогащения в тяжелых средах — сепараторы, которые для обогащения крупного материала (от 6 до 300 мм) представляют собой ванны различных конфигураций (конусные, пирамидальные, барабанные и др.) с устройствами для вывода продуктов обогащения. Наиболее распространены сепараторы с элеваторными колёсами, которые располагаются вертикально или наклонно по отношению к ванне. Сепараторы, как правило, являются двухпродуктовыми аппаратами; при необходимости разделения на три продукта объединяются два последовательно установленных сепаратора. Сепараторами для обогащения в тяжелых средах мелких классов (от 0,5 до 40 мм) служат гидроциклоны. Разделение компонентов в гидроциклонах происходит под действием центробежной силы. Для регенерации суспензии используются магнитные сепараторы (электромагнитные или на постоянных магнитах). Основное преимущество обогащения в тяжелых средах в том, что этот метод позволяет получать результаты, близкие к расчётным, недостаток — необходимость регенерации суспензий. Перспективы развития обогащения в тяжелых средах связаны с поиском новых недорогих и нетоксичных тяжёлых сред и с расширением использования этого метода обогащения для углей и руд.