Воздушное обогащение

в

ВОЗДУШНОЕ ОБОГАЩЕНИЕ - один из способов разделения в струе воздуха руд или других полезных ископаемых на составляющие их минералы. Закон Риттингера, устанавливающий, что падение зерен в воде, с достаточной для практических целей точностью, может быть принято происходящим по закону равномерного движения с постоянной скоростью, к воздушному обогащению не применим благодаря малой плотности воздуха и способности его сжиматься. Вообще говоря, разность скоростей падения зерен в воздухе ощутима лишь при условии уменьшения влияния ускорения силы тяжести; поэтому для разделения всегда применяют падение зерен в струе восходящей или горизонтальной, но не нисходящей. Вследствие затруднений при создании струи воздуха, способной поднять крупные зерна руды, обработке подвергается лишь мелочь; воздушное обогащение неприменимо для очень мелких пылевидных частиц, легко уносимых струей воздуха. На тех же принципах основывается классификация по крупности для частиц одного и того же вещества и, кроме того, обеспыливание. В том или ином случае на минеральную частицу действует сила струи воздуха, которая может быть выражена следующей формулой:

Сила струи воздуха

где Р - сила, действующая на частицу, в кг, Ψ - опытный коэффициент, зависящий от формы частицы (для плоской поверхности он изменяется в пределах от 1 до 3), v - скорость струи воздуха в м/сек, γ - вес 1 м3 воздуха в кг (γ = 1,293 кг/м3), F - площадь сечения частицы, нормальная к направлению струи, в м2, g - ускорение силы тяжести.

Под влиянием силы тяжести частица оказывает сопротивление: G = W∙δ, где G - вес частицы, W - объем ее, δ - удельный вес. Вследствие этого частица будет поднята силой

Vozd obogashenie 2

(потерей в весе тела, равной весу вытесненного им воздуха, мы пренебрегаем вследствие ее ничтожной величины).

Если принять, что частица имеет форму шара, то

Vozd obogashenie 3

Для двух частиц одного и того же вещества та из них будет поднята струей воздуха выше, диаметр которой меньше; именно, если частица с диаметром d1 будет поднята на высоту h1, а частица d2 на высоту h2, то h1/h2 = d2/d1.

Условие, при котором частицы двух разных минералов (диаметр d и удельный вес δ и диаметр D и удельный вес Δ) будут подняты на одинаковую высоту, получится, если мы приравняем ускорения, получаемые этими частицами от силы R, зная, что R = mj, где m - масса тела, a j - ускорение, сообщаемое силой R:

Vozd obogashenie 4

Так как

Vozd obogashenie 5

то

Vozd obogashenie 6

и

Vozd obogashenie 7

Принимая, что j1 = j2, получаем:

Vozd obogashenie 8

т. е. диаметры частиц, поднятых струей воздуха на одинаковую высоту, д. б. обратно пропорциональны их удельному весу. Эта формула весьма напоминает выражение, данное Риттингером для равнопадающих частиц, но законы падения тел в воздухе все же отличаются от законов падения тел в воде, а именно: падение тел в воздухе совершается с ускорением, по величине немного меньшим 9,81 м/сек2, в то время как, по Риттингеру, в воде тела падают с постоянной скоростью. Эта формула указывает, что для возможности разделения частиц в струе воздуха по их удельному весу необходимо произвести предварительную классификацию на грохотах, шкала которой не должна превосходить указанного коэффициента ε0. Последний всегда меньше риттингеровского коэффициента равнопадаемости

Vozd obogashenie 9

где γ - удельный вес жидкости (для воды γ = 1), т. е. шкала предварительной сухой классификации для воздушного обогащения более узкая, чем для мокрого.

Воздушное обогащение применяется главным образом для обработки сухих и мелковкрапленных руд, а также углей, для которых обработка в воде вызывает большие потери в виде шлама; в особенности воздушное обогащение может иметь значение в сухих, безводных местностях. Воздушная классификация по крупности осуществляется на различных аппаратах, в том числе на описываемом ниже сепараторе Mumford & Moodie (фиг.1).

Сепаратор Mumford & Moodie

Он состоит из двух концентрических конусов А и В, над которыми быстро вращается горизонтальный диск D. Руда из засыпной воронки выгружается на диск и здесь приобретает большую центробежную силу, разбрасывающую ее в стороны. Над этим же диском D, в цилиндрической части сепаратора, вместе с диском вращаются лопасти вентилятора F, создающие струю воздуха, направление которой показано стрелками. Эта воздушная струя отклоняет движение частиц руды в зависимости от их величины, перенося более мелкие в наружный конус В; более крупные остаются во внутреннем А. Каждый конус снабжен своим выгрузочным отверстием. Сепаратор имеет от 1 до 2 м в диаметре и может обработать от 1 до 4 т руды в час. Для  воздушного обогащения служат аппараты, конструкцией своей напоминающие отсадочные машины, и столы. Воздушная отсадочная машина Гупера (Hooper) состоит из двух частей (см. фиг. 2): нагнетательной камеры А—а и наклонного отсадочного решета С.

Воздушная отсадочная машина Гупера (Hooper)

В нагнетательной камере помещается упругая диафрагма, получающая колебательные движения от горизонтального вала с двумя эксцентриками В. Воздух из нагнетательной камеры поступает под решето через клапан G, препятствующий обратному движению воздуха из-под решета, - т. о. осуществляется лишь нагнетание. Над решетом из деревянных планок трапецеидального сечения натянута воздухопроницаемая материя. Под действием струи воздуха происходит расслоение обогащаемой руды так, что вниз переходят более тяжелые частицы, а вверху собираются более легкие. Для удаления разделившихся слоев концентрата и пустой породы служат два ряда, нижний и верхний, направляющих пластинок, которые образуют между собой некоторый угол и поставлены в диагональном направлении к раме отсадочного решета; поэтому материал, который скапливается в нижнем слое, идет в одну сторону, находящийся в верхнем слое - в другую и затем выгружается по желобу F, разделенному на две части. Регулировка действия отсадочной машины Гупера достигается как изменением силы струи воздуха, так и угла наклона решета. Обогащаемая руда не д. б. крупнее 2 мм и требует предварительной детальной классификации по крупности. Для обработки более крупного материала число колебаний диафрагмы берут 350 в минуту, более мелкого - 450. Производительность этой отсадочной машины составляет 9—16 тонн в 24 ч., требуемая мощность двигателя 1,5—2 л. с.

Стол Sutton для обогащения угля

Стол Sutton (фиг. 3 и 4) находит применение гл. обр. для обогащения угля. Принцип действия его основан на расслоении материала в струе воздуха, поступающего снизу через воздухопроницаемую материю, образующую деку стола, и на использовании различия в трении минеральных частиц о поверхность стола для направления расслоившегося материала в разные стороны.

Стол Sutton для обогащения угля

Стол имеет форму Y и снабжен образующими борозды нарифлениями, глубиной 5—2 мм; нарифления установлены на расстоянии 25—150 мм друг от друга. Поверхность стола покрывается двумя сетками: нижняя с отверстиями от 3 до 0,8 мм и верхняя - 25 мм. Стол получает от приводного механизма D качания в продольном направлении, которые способствуют передвижению частиц более тяжелого минерала, обладающих большим трением, в том же направлении. Более легкие частицы, занимающие верхнее положение, вследствие наклона стола в поперечном направлении, выгружаются сбоку. Обрабатываемый уголь предварительно детально классифицируют по крупности на грохотах и из него извлекают всю пыль. Уголь загружается через воронку, находящуюся в части стола А, и обогащенным выгружается по бортам В; полупродукт и пустая порода получаются через разветвления стола в частях G. Производительность этих столов превосходит производительность гидравлических и составляет для угля крупностью от 5 до 2,5 см около 60—70 т в час, а для угля крупностью меньше 1,5 мм - от 20 до 25 т в час.

 

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 4 - 1928 г.