Гравитационные методы обогащения полезных ископаемых

ОГЛАВЛЕНИЕ 

Введение 
4 

1 Порядок выполнения курсовой работы 
7 

2 Этапы проведения расчета 
9 

2.1 Определение выходов тяжелого минерала и ценного 
компонента по классам крупности. Распределение тяжелого 
минерала и ценного компонента по классам крупности 
9 

2.2 Определение конечной скорости свободного падения 
зерен тяжелых и легких минералов по классам крупности 
11 

2.2.1 Формулы для вычислений 
11 

2.2.2 Определение значения числа Рейнольдса 
14 

2.2.3 Построение графика зависимости скорости падения 
зерна от крупности 
14 

2.2.4 Определение классов равнопадаемости 
15 

2.3 Определение выходов классов равнопадающих зерен 
15 

2.4 Расчет и выбор классифицирующих машин и аппаратов 
19 

2.4.1 Выбор и технологический расчет спиральных 
классификаторов 
19 

2.4.2 Выбор и технологический расчет 
классифицирующего конуса 
21 

2.4.3 Выбор и технологический расчет многокамерного 
гидравлического классификатора 
22 

2.4.4 Пример расчета механического спирального 
классификатора 
25 

Библиографический список 
27 

Приложение А. Задание на выполнение курсовой работы 
28 

Приложение Б. Форма титульного листа пояснительной 

записки к курсовой работе 
29 

Приложение В. Гистограмма распределения материала 

по классам крупности 
30 

Приложение Г. Гистограмма распределения легкого минерала 

по классам крупности 
31 

Приложение Д. Гистограмма распределения тяжелого минерала 

по классам крупности 
32 

Приложение Е. Техническая характеристика аппаратов для 

классификации 
33 

3 

ВВЕДЕНИЕ 

Гравитационные методы обогащения полезных ископаемых - это 
разделение минеральных частиц различной плотности, различного 
размера и различной формы путем их относительного перемещения в 
рабочей зоне аппарата, в текучей среде, под влиянием силы тяжести, 
силы Архимеда, силы сопротивления движению частиц относительно жидкости. 

Значимость гравитационного метода обогащения велика. Общий 
объем горной массы, перерабатываемый гравитационными методами 
обогащения, превышает объем горной массы, перерабатываемый 
другими методами обогащения. 

Переработке гравитационным методом обогащения подвергаются 
угли, руды черных металлов - железа, марганца и хрома, руды и россыпи 
редких 
металлов 
(ванадия, 
тантала, 
ниобия), 
титанциркониевые россыпи, руды и россыпи благородных металлов - золота, серебра, платины, оловянные руды и россыпи. 

Оснащение современных гравитационных фабрик высокопроизводительными машинами, обеспечивающими достаточно высокую 
селективность, позволяет: 

- упрощать технологическую схему обогащения; 
- устанавливать меньшее число машин для достижения заданной 
производительности; 

- более экономично использовать производственные площади, 
объемы зданий, в результате чего снижаются удельные капитальные 
затраты на строительство, уменьшается численность обслуживающего персонала, возрастает производительность труда, снижается себестоимость переработки в результате снижения удельной энергоемкости, металлоемкости, количества необходимого вспомогательного 
оборудования: трубопроводов, сгустительных воронок, зумпфов и 
насосов, т.е. эксплуатационных расходов. 

Гравитационные методы делятся на: 
- разделение минералов в тяжелых средах; 
- разделение минералов в тяжелых жидкостях; 
- разделение в пульсирующем потоке среды; 
- разделение в струе жидкости, текущей по наклонной плоскости; 
- разделение в криволинейных потоках; 
- разделение в вертикально восходящих потоках; 
- промывка. 

4 

Необходимым условием, обеспечивающим возможность применения гравитационного метода, является разница плотности разделяемых минеральных компонентов, т.е. наличие коэффициента контрастности. 

Коэффициент контрастности i: определяется по формуле 

К-'^, 
Pi 

где К - коэффициент контрастности; 

р, -плотность более тяжелого минерала, г/см^ 
Р2 -плотность более легкого минерала, т1сш\ 

Разница плотности разделяемых минералов должна быть не менее 
1 г/см^ (для обогащения в тяжелых средах - не менее 0,1 г/см^). 

Второе условие связано с крупностью частиц разделяемых минеральных компонентов. Диапазон крупности частиц обогащаемого 
гравитационными методами материала составляет 0,1...5 мм. Оптимальный вариант 0,5...3 мм. Отдельные методы (в частности, обогащение в тяжелых суспензиях) позволяют работать с частицами, 
верхний предел крупности которых составляет 100...300 мм, а нижний предел крупности - 6 мм. 

Частицы крупностью менее 0,02...0,01 мм могут быть обогащены 
на шламовых концентрационных столах и концентраторах «Knelson». 

Для руд черных металлов - марганцевых, фосфоритов и угля верхний предел крупности частиц может составлять 25...50 мм. 

Преимущества гравитационных методов обогащения состоят в 
простоте управления аппаратами, их малой энергоемкости и металлоемкости, а также экологической чистоте технологического процесса. Вода не требует специальных методов очистки и не содержит 
вредных примесей. 

Приведенные выше методы обогащения требуют большого количества воды (8... 10 MVT), поэтому гравитационные фабрики строятся 
у водоемов (рек, озер и т.д.). 

При разработке технологических схем обогащения минерального 
сырья гравитационными методами обогатительные операции - отсадка, обогащение на винтовых сепараторах и шлюзах, конусных 
сепараторах, концентрационных столах, столах «Jemeney», сепараторах «Knelson», шлюзах с неподвижной и движущейся поверхностью - обязательно соединяются с операциями подготовительными, 

5 

т.е. гидравлической классификацией и транспортирующими, т.е. подающий материал от машины к машине. 

Операции гидравлической классификации предусматривают разделение материала либо на разные классы крупности (особенно это 
целесообразно перед обогащением материала на концентрационных 
столах), либо разделение материала по какому-либо граничному зерну (гидроциклоны, песковые и шламовые конуса, механические спиральные классификаторы, сгустительные воронки, зумпфы). 

Шламами гравитации считается материал крупностью менее 
0,1...0,15 мм, частицы такого размера имеют весьма малую скорость 
движения под действием силы тяжести, а потому производительность аппарата будет очень низкой и процесс гравитационного обогащения становится экономически невыгодным. 

Гидравлическая классификация, как правило, происходит в восходящей струе и если частица под действием силы тяжести с учетом 
силы Архимеда преодолевает силу сопротивления среды (динамическую, вязкости или смешанную), то она движется вниз, к разгрузке 
через песковое отверстие. В противном случае она выносится вверх в слив. 

Только в гидроциклонах разделение частиц по крупности происходит в поле центробежной силы, которое образуется в цилиндрической 
части гидроциклона в результате подачи пульпы тангенциально и под 
давлением 100...350 кПа от центробежного пескового насоса. Центробежная сила в сотни раз превышает силу тяжести, поэтому гидроциклоны практически вытеснили механические спиральные классификаторы из замкнутых циклов измельчения, поскольку позволяют вести 
классификацию по крупности менее 150...200 мкм [2, 4, 5]. 

6 

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ КУРСОВОЙ РАБОТЫ 

Курсовая работа выполняется в соответствии с заданием, которое 
выдает преподаватель каждому студенту (приложение А). 

Тема курсовой работы предусматривает расчет шкалы гидравлической классификации, выбор и расчет одного (указанного в задании) гидравлического аппарата по заданной в задании производительности по твердому в сутки (т/24 часа). 

В ходе выполнения работы необходимо: 
- рассчитать общее содержание в руде тяжелого минерала и ценного компонента, содержание ценного компонента в классах крупности, распределение тяжелого минерала и ценного компонента по 
классам крупности; 

- используя аппроксимационную формулу для конечной скорости 
свободного падения частиц в среде, рассчитать количество классов 
равнопадаемости, диапазон размеров частиц минералов и скоростей 
падения в классах равнопадаемости при гидравлической классификации по классам равнопадаемости с получением слива крупностью 
100 мкм по легкому зерну; 

- рассчитать выходы классов равнопадаемости и слива классификатора, содержание и распределение по классам равнопадаемости 
легкого и тяжелого минералов, а также ценного компонента. 

- рассчитать механический спиральный классификатор, предназначенный для выделения в слив класса крупностью - 0,15 мм и производительностью 100 т/ч или какой-либо другой классифицирующий аппарат, соответствующий данным условиям. 

Классифицирующий аппарат или машина должны быть рассчитаны в соответствии с заданием. 

Пояснительная записка объемом 20-25 страниц машинописного 
текста должна включать титульный лист (форма титульного листа 
приводится в приложении Б), задание, содержание записки с указанием разделов и страниц. 

В пояснительной записке должны быть приведены все необходимые таблицы, построены гистограммы и графики (скоростей движения тяжелого и легкого минералов) на миллиметровой бумаге, эскиз 
гидравлического аппарата или машины со спецификацией, описание 
работы аппарата и расчет по заданной производительности. 

Содержательная часть записки состоит из следующих разделов: 
- теоретическое введение; 

7 

- определение выходов тяжелого минерала и ценного компонента 
в тяжелом минерале; 

- определение содержания тяжелого минерала и ценного компонента 
в заданной руде и россыпных песках и распределение (извлечение тяжелого минерала и ценного компонента по классам крупности); 

- определение конечных скоростей свободного движения минеральных частиц. 

Все таблицы, графики, гистограммы должны иметь название и 
нумерацию. Страницы пояснительной записки должны быть пронумерованы, в конце записки должен быть приведен список используемой литературы с указанием автором, издательства, года издания. 

В конце каждого раздела, в квадратных скобках, должны быть 
указаны ссылки на использованные источники информации. 

Записка должна начинаться с титульного листа, форма которого 
приведена в приложении Б. 

За титульным листом должно следовать содержание пояснительной записки с указанием номеров страниц начала каждого раздела. 

После защиты работа оценивается по пятибалльной системе. 
Выполненная работа представляется преподавателю в пятом семестре не позднее 15 декабря и после исправлений недочетов, указанных преподавателем, должна быть защищена. 

Результаты расчетов вывести в форме таблиц. 
В пояснительной записке приводятся также исходные данные, результаты расчетов в виде таблиц, графики распределения твердого, 
содержания ценного компонента по классам крупности (ось абсцисс - размер частиц) и по классам равнопадаемости (ось абсцисс конечная скорость свободного падения частиц), а также графики зависимостей конечной скорости свободного падения частиц от крупности частиц. 

8 

ЭТАПЫ ПРОВЕДЕНИЯ РАСЧЕТА 

2.1 Определение выходов тяжелого минерала и 

ценного компонента по классам крупности. 

Распределение тяжелого минерала и ценного 

компонента по классам крупности 

Определение суммарного выхода материала по классам крупности (материальный баланс): 

Yi + Y2 + Y3 + Y4 + Y5 + Y6 + Y7=100, 
(2) 

где Yi - выход г-го класса крупности, % масс. 

Таким образом, по формуле (2) получаем: О + 2 + 15 + 13 + 30 + 
+ 35 + 5 = 100. 

Определение выхода тяжелого минерала по классам крупности 
Для примера рассмотрим класс крупности -5+2,5 мм, выход которого (Y2) составляет 2 %, содержание в нем тяжелого минерала (Р,.„) - 1 % 
масс. По пропорции определяем выход тяжелого минерала: 

2%-100%; 

YT.M- 1 % , 
таким образом, получаем YT.M = 0,02 %. 

Определение содержания ценного компонента в тяжелом минерале (ильмените) fi, доли единицы: 

где Mr (РеТЮз) - молекулярная масса ильменита; 
Mr (Ti) 
- молекулярная масса титана. 

Таким образом, по формуле (3) получим: В™ в™к мин = — • 100 %= 31,6 %. 

152 

Определение содержания ценного компонента по классам 
крупности Д„; 

п 
^ Рц.к.втяж.мин-Рт.м 

№ 
100 

9 

где Рцк. в тяж. мин - содержание ценного компонента в тяжелом минерале ильмените, % масс.; 
Ртм 
- содержание тяжелого минерала, % масс. 

Таким образом, для класса крупности -5+2,5 мм получаем: 

Зцк= ^ ^ ^ = 0 , 3 1 6 . 

100 

Определение выхода ценного компонента: 

^ 
Укдасса-Рц.к 

100 

где укласса " ВЫХОД класса крупности, % масс; 

Рцк - содержание ценного компонента в классе крупности, % масс. 

Таким образом, для класса крупности -5+2,5 мм получаем: 

2^0^316 ^QQQg32. 

100 

Определение количества тяжелого минерала по классам крупности (баланс тяжелого минерала по классам крупности): 

YrPi ^ r P i ^ r P i ^ r P i ^ r P i ^ r P i ^ r P i = 100-a,.M, 
(6) 

где Yi - выход г-го класса, массовая доля %; 

Pi - содфжание тяжелого минерала в г-м классе крупности, % масс; 
а^.м- содержание тяжелого минерала в исходном материале, % масс. 

Таким образом, по формуле (6) получаем: а,.„= 0,01 • (2 • 1 + 15 • 1 + 
+ 13 • 3 + 30 • 10 + 35 • 8+5 • 4) = 6,56 %. 

Определение количества ценного компонента по классам 
крупности (баланс ценного компонента по классам крупности): 

Yi • Pi ^ 1 • Pi ^ 1 • Pi +Yi • Pi +Yi • Pi +Yi • Pi +Yi • Pi = 100 • ац.к, 
(7) 

где Yi - выход г-го класса, массовая доля %; 

Pi - содфжание ценного компонента в г-м классе крупности, % масс; 
ацк- содержание ценного компонента в исходном материале, % масс. 

Таким образом, по формуле (7) получаем: 

10 

ац.к= 0,01 • (2 • 0,316 + 15 • 0,316 + 13 • 0,948 + 
+ 30 • 3,16 + 35 • 2,528 + 5 • 1,264) = 2,07 %. 

Определение извлечения тяжелого минерала по классам крупности: 

_ I класса ' Рт.м 

где укласса " ВЫХОД класса крупности, % масс; 

Ртм. - содержание тяжелого минерала в классе крупности, % масс; 
а^м - содфжаниетяжелого минфала в исходном матфиале,% масс 

Таким образом, для класса -5+2,5 мм по формуле (8) получаем: 

s,„ = ^ ^ = 0,304878%. 
6,56 

Определение извлечения ценного компонента по классам крупности: 

(класса ' Рц.к 
_ 
класса 
ц.к 

где Укласса- ВЫХОД класса крупности, массовая доля %; 

Рцк - содержание тяжелого минерала в классе крупности, % масс; 
ацк - содержание тяжелого минерала в исходном матфиапе, % масс 

Таким образом, для класса -5+2,5 мм по формуле (9) получаем: 
_ 2-0,316 
_
^
^ 
'^"•''~ 2,07296 ~ ' 

2.2 Определение конечной скорости 

свободного падения зерен тяжелых и легких 

минералов по классам крупности 

2.2.1 Формулы для вычислений 

Содержание ценного компонента в тяжелом минфале Рцен. ко™, в ™с минер, 
доли единицы: 

11 

М-т
Рцен.комп.в тяж.минер. ~ , , 
' i U U / o , 
\^^^) 

^•^РеТЮз 

где Afji 
- молекулярная масса титана; 

Mpgjjo - молекулярная масса ильменита. 

Выход тяжелого минерала в г'-м классе крупности у^.м, % масс.: 

_ I класса ' Рт.м 
(}}\ 

Ут.м- 
^QQ 
, 
u i ; 

где Укласса- выход /-ГО класса крупности, % масс; 

Рт.м - содержание тяжелого минерала в г'-м классе крупности, % масс. 

Содержание ценного компонента в г'-м классе крупности Рцк, % масс: 

г, 
_ Рцен.комп. в тяж. минер. ' Рт.м 
/104 

Рц.к- 
: ^ 
. 

Выход ценного компонента в г'-й класс крупности f^^., % масс: 

(класса 
Рц.к 

Уц.к 
100 

Извлечение тяжелого минерала в г'-й класс крупности ST.M, % масс: 

_ Укласса Рт.м 
''т.м ~ 
' 

'-^т.м 

где От.м - содержание тяжелого минерала в исходной руде, % масс. 

Извлечение ценного компонента в г'-й класс крупности 8ц.к, % масс: 

(класса ' Рц.к 

'^ц.к 

'-^ц.к 

где ац к - содержание ценного компонента в исходной руде, % масс. 

Распределение тяжелого минерала и ценного компонента по классам крупности представлено в табл. 1. 

12 

Таблица 1 - Распределение тяжелого минерала и ценного комноненга но классам ьфунности 

Класс 

крупности, 

мм 

-10+5 
-5+2,5 
-2,5+1,25 
-1,25+0,63 
-0,63+0,315 
-0,315+0,16 
-0,16+0 
Итого 

Выход у, % масс. 

клас 
са 

0 
2 
15 
13 
30 
35 
5 
100 

тяжелого 
минерала 

0,0 
0,02 
0,15 
0,39 
3,0 
2,8 
0,2 
6,56 

ценного 
компонента 

0,0 

0,006 
0,047 
0,123 
0,948 
0,885 
0,063 
2,073 

Содержание 
Р, % масс. 

тяжелого 
минерала 

0,0 
1 
1 
3 
10 
8 
4 

6,56 

ценного 
компонента 

0,0 

0,316 
0,316 
0,948 
3,16 
2,528 
1,264 
2,073 

Произведение, 

УР 

тяжелого 
минерала 

0,0 
2 
15 
39 
300 
280 
20 
656 

ценного 
компонента 

0,0 

0,632 
4,74 
12,324 
94,8 
88,48 
6,32 
207,3 

Распределение s, 
% масс. 

тяжелого минерала 

0,0 

0,3049 
2,2866 
5,9451 
45,7317 
42,6829 
3,0488 
100,00 

ценного 
компонента 

0,0 

0,3049 
2,2866 
5,9451 
45,7317 
42,6829 
3,0488 
100,00 

Скорости свободного падения частиц по классам крупности определяются с использованием параметра Архимеда и числа Рейнольдса. 
Конечная скорость падения зерна vo, м/с: 

vo 

Ar-ix^ 

t/-A-(18 + 0,61->/Ar) 

где Ar 
- параметр Архимеда; 

Цводы - динамическая вязкость воды, Пуаз; 
А 
- плотность воды, кг/м^; 
d 
- крупность зерна, м. 

Параметр Архимеда рассчитывается по формуле 

(16) 

Аг 

3 
3 , - A ) - A - g 

см ,м ) 
^ 
° 
2 
г-воды 

(17) 

где g 
- ускорение свободного падения, м/с ; 

Рт(л) - плотность тяжелого (легкого) минерала, кг/м^. 

Таким образом, для зерна ильменита размером 10 мм получим 

^^0,01^.(4,7-1)-1000.1000.9,8^ 
^^.^^, 

О, О Г 

и, далее - VQ 

36,26-10 -0,01 

0,01-1000-(18+ 0,61-^36,26-10^) 

0,941м/с. 

13