Оптимизация работы центробежных концентраторов
Статья - Физика
Другие статьи по предмету Физика
Оптимизация работы центробежных концентраторов
Рис. 1. Лабораторная установка для изучения стесненного движения минеральных частиц в центробежном поле: 1 - аналоговая видеокамера; 2 - радиопередатчик; 3 - прозрачная кювета из оргстекла; 4 - полый вал; 5 - штуцер с сальниковым уплотнением
В настоящее время технологии обогащения рудного золота представлены тремя основными методами - флотацией, гравитацией, гидрометаллургией. Подавляющее количество золота из минерального и техногенного сырья извлекается цианированием и флотацией, однако крупное золото (крупность частиц более 40 мкм) выгоднее обогащать гравитационными методами.
Одним из эффективных способов гравитационного обогащения является центробежная сепарация, получившая широкое применение на рудных месторождениях золота в связи с относительно низкими капитальными и эксплуатационными затратами, простой технологичностью и экологичностью. Широкое распространение получили центробежные безнапорные концентраторы с разрыхлением постели водой, подаваемой с внешней стороны конуса через отверстия в нём.
Рис. 2. Кювета из оргстекла: 1 - кольцевой канал с водой под давлением, 2 - флюидизирующие отверстия, 3 - зона флюидизации постели; 4 - микросетка; 5 - камера для сбора воды
С целью оптимизации гравитационного процесса обогащения в центробежных безнапорных концентраторах был разработан метод, базирующийся на полуэмпирической модели, часть параметров которой задается с помощью специальной установки (рис. 1), укомплектованной аналоговой видеокамерой 1 и радиопередатчиком 2 для трансляции сигнала с видеокамеры, расположенной над объектом исследований в компьютер. На центральный вал установки одевается прозрачная кювета из оргстекла 3, внутреннее устройство которой полностью моделирует и по масштабам и по конструкции ячейку центробежного безнапорного концентратора с разрыхлением постели водой, подаваемой с внешне стороны конуса через отверстия в нем. Кювета на 80% от её объема заполняется смесью минеральных частиц, движение которых требуется изучить в центробежном поле. Вода под давлением нагнетается в полый вал 4 установки через неподвижный штуцер 5 с сальниковым уплотнением, откуда она поступает в кольцевой канал 1 кюветы (рис. 2). Из кольцевого канала 1 через флюидизирующие отверстия 2 вода поступает в зону флюидизации постели 3, где находится смесь минералов. Сбор воды происходит в камере 5, откуда она выводится из установки. Для того чтобы минеральная смесь не вымывалась из зоны флюидизации постели в кювете установлена сетка с ячейкой 0.010 мм. Видеокамера позволяет наблюдать за движением минеральной смеси в зоне концентрации при различных значениях фактора разделения и давлении в системе флюидизации.
Эксперименты по разделению проводились на двух смесях (кварц и магнетит, кварц и вольфрамит). Аналоговая видеокамера позволяет воспроизвести картину процесса разделения минеральных частиц в центробежном поле. При этом в процессе эксперимента изменяется как величина фактора разделения установки, так и давление в системе флюидизации кюветы. Полученные изображения динамической картины процесса разделения минеральных частиц позволяют судить о состоянии минеральной постели в зоне её флюидизации и рассчитать степень разрыхленности минерального слоя.
По результатам эксперимента в ячейке центробежного концентратора было установлено наличие трех видов течений (рис 3): циркуляционные; локальные; поток Кориолиса.
Рис. 3. Течения в полости флюидизирующей ячейки: 1 - флюидизирующее отверстие; 2 - циркуляционный поток; 3 - минеральные частицы; 4 - поток Кориолиса
Образование закрученных турбулентных вихрей в слое минеральной постели (циркуляционные потоки) происходит в результате подачи флюидизирующей воды. Эти вихри возникают в результате наложения друг на друга двух течений - потока воды из флюидизирующих отверстий и внешнего потока пульпы, протекающего по образующей флюидизирующей ячейки.
Рис. 4. Эпюра скоростей флюидизирующего потока
Локальные течения (не отмечены на рис. 3) вызваны турбулентными пульсациями и столкновениями частиц, они носят случайный и беспорядочный характер и возникают на границе между циркуляционными потоками и потоком Кориолиса.
В потоке Кориолиса минеральные частицы движутся против направления вращения установки. Природа потока Кориолиса двойственна. С одной стороны видно как частицы в нем движутся против направления течения внешнего потока, а с другой стороны очевидно, что сам поток должен двигаться по направлению вращения центрифуги за счет сил трения и вязкости пульпы. Но благодаря тому, что большое влияние на движение минеральных частиц оказывает сила Кориолиса, тангенциальная составляющая которой направлена на встречу вращения ротора, то возникает визуальный эффект того, что частицы движутся против вращения ротора.
В результате наблюдения за состоянием минеральной постели во флюидизирующей ячейке была построена эпюра скоростей флюидизирующего потока по периметру ячейки, подчиняющуюся синусоидальному закону (рис. 4). Высотой пиков синусоиды можно управлять с помощью давления воды в системе флюидизации, шаг между пиками задается конструктивными параметрами системы флюидизации (шаг между флюидизирующими отверстиями на образующей конуса центробежного сепаратора).
Таким образом, степень разрыхленности постели в центробежных концентратор