Теоретический прогноз некоторых технологических особенностей разделения минеральных частиц в нестационарном поле центро-бежных сил Текст научной статьи по специальности «Физика»

вых предприятий Восточное Забайкалье может стать одной из основных сурьмяных провинций России. Использование опыта Китая при переработке руд сурьмяных месторождений в Забайкалье может значительно ускорить развитие данной отрасли в Россию.

Целесообразно использование мобильных обогатительно-гидрометал-лургических комплексов с получением товарной продукции еще в период разведки месторождений. Это даст возможность отработки месторождений с небольшими запасами сырья.

-------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Васильев В.Г. Сурьмяные месторождения // Месторождения Забайкалья.

- М.: Геинформмарк, 1995. - Т.1, кн.2.- С.67-75.

2. Соложенкин П.М. Технология обогащения комплексных сурьмяных руд Китая/ Обзорная информация// М.: Центральный научно-исследовательский институт экономики и информации цветной металлургии, 1992 - Выпуск 1. 53 с.

— Коротко об авторах -------------------------------------------

Тюменцев Юрий Александрович - аспирант кафедры “Обогащение полезных ископаемых и вторичного сырья” Г орного института Читинского государственного университета,

А__________

------------------------------- © А.В. Фатьянов, Л.Г. Никитина,

С.В. Никитин, 2007

УДК 622.7

А.В. Фатьянов, Л.Г. Никитина, С.В. Никитин ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ ПРОГНОЗ НЕКОТОРЫХ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОСОБЕННОСТЕЙ РАЗДЕЛЕНИЯ МИНЕРАЛЬНЫХ ЧАСТИЦ В НЕСТАЦИОНАРНОМ ПОЛЕ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ СИЛ

Для анализа использованы уравнения 1 и 2. В связи с тем, что, как отмечалось ранее, уравнение 1 не имеет пригодного для практического применения аналитического решения, при анализе характера радиального движения частиц в среде, совершающей гармонические колебания вокруг вертикальной оси, использовались результаты численного решения указанного уравнения в среде Mathcad.

а =

„ 4— f

1 + -к*-

sin2 (2— - у) - Р (1 + —^ш2 (2—)

К - куЧ; (1)

Рч К

I

^ + *£-(1 -Р)у = 0 (2)

& ш рч

Решение уравнения 1 определяется частотой колебаний среды /, их угловой амплитудой а, плотностью среды рС, плотностью частицы рч, коэффициентом сопротивления движению частицы К, который зависит от размеров и массы частицы, вязкости дисперсионной среды пульпы и содержания твердого в пульпе.

Зависимости решений уравнений 1 и 2 рассчитаны от вышеперечисленных факторов для частиц двух типов: первые - частицы породообразующих минералов с плотностью 2650 кг/м3 и крупностью 1 мм; вторые - частицы рудных минералов с плотностью 6100 кг/м 3 и крупностью 0,1 мм.

Зависимости угловых скоростей от времени для этих типов частиц и угловых скоростей слоев жидкости от времени при различном содержании твердого в пульпе показывают, что частицы первого типа колеблются практически с той же амплитудой и в той же фазе, что и слои пульпы, и эти зависимости сохраняются неизменными при увеличении содержания твердого с 40 до 80 %. Частицы второго типа колеблются с меньшей амплитудой и с существенным сдвигом по фазе в сравнении с колебаниями слоев пульпы. С увеличением содержания твердого в пульпе эти отличия сглаживаются.

4—2 f2 а2

При содержании твердого в пульпе 40 % для частиц первого типа параметр РА = 3,08, сдвиг по фазе у = 1,24 рад, для частиц полезного компонента параметр РА = 1,035, сдвиг по фазе у = 0,026 рад. При содержании твердого в пульпе 80 % для частиц породообразующих минералов параметр РА = 1,467, сдвиг по фазе у = 0,8 рад, для частиц полезного компонента РА = 1,005, сдвиг по фазе у = 0,0098 рад.

Исследованиями зависимости угловых скоростей рассматриваемых типов частиц и слоев пульпы от времени при различных частотах гармонических колебаний столба пульпы установлено, что при частоте колебания 4 и 8 Гц частицы полезного компонента колеблются практически с той же амплитудой и в той же фазе, что и слои пульпы, и это почти не зависит от частоты колебаний столба пульпы. Частицы породообразующих минералов колеблются с меньшей амплитудой и с существенным сдвигом по фазе по сравнению с колебаниями слоев пульпы. С увеличением частоты колебаний эти различия усиливаются.

При частоте гармонических колебаний столба пульпы 4 Гц для частиц породообразующих минералов параметр РА= =1,335, сдвиг по фазе у = 0,724 рад; для частиц полезного компонента параметр РА =1,003, сдвиг по фазе у = 0,081 рад. При частоте колебаний 8 Гц для породных частиц параметр РА= 2,032, сдвиг по фазе у = 1,056 рад; для частиц рудных минералов параметр РА = 1,013, сдвиг по фазе у = 0,161 рад.

Установлено, что зависимости угловых скоростей частиц от времени при регулировании амплитуды колебаний вертикального столба пульпы аналогичны изменению этих скоростей при изменении частоты колебаний.

Критерий определения направления ускорения, обусловленного центробежными силами инерции имеет вид

На рис. 1 представлены зависимости критерия CR содержания твердого в пульпе для различных значений частоты гармонических колебаний столба пульпы.

График (рис. 1, а) свидетельствует о том, что частицы породообразующих минералов, имеющие большие размеры и меньшую плотность, при всех содержаниях твердого в пульпе и в широком диапазоне частот гармонических колебании под действием центробежных сил приобретают ускорение, направленное к оси вращения. Частицы же

(3)

ценного компонента, имеющие меньшие размеры и большую плотность, как показывает график (рис. 1, б), при всех содержаниях твердого в пульпе и в широком диапазоне частот гармонических колебаний под действием центробежных сил приобретают ускорение, направленное от оси вращения. При приближении критерия СЯ для частиц первого типа к единице траектория частиц по форме приближается к траектории этих частиц в поле стационарных центробежных сил. Эти различия сказываются на траекториях частиц, если они движутся в горизонтальном направлении под действием центробежных сил, а в вертикальном направлении - под действием гравитационных сил общая траектория движения частиц будет определяться суммой решений обоих уравнений, описывающих радиальное и вертикальное движения.

На рис. 2 показаны траектории рассматриваемых нами частиц при содержании твердого в пульпе 60 % и частоте гармонических колебаний: для графика а f = 6 Гц, для графика б f = 8 Гц.

а

CR 4

1

\1

20 40 60 80

% твердого

б

CR 0,8

0,6

0,5

0,4

1 У

У

3

20 40 60 80

% твердого

3

2

Рис. 1. Зависимость критерия CR от содержания твердого в пульпе: а - для частиц породообразующих минералов, б - для частиц ценного компонента. При частоте колебаний: 1- 8 Гц; 2 - 6 Гц; 3 - 4 Гц

а б

2

0,3

2

0,3

Рис. 2 Траектории движения минеральных частиц в вертикальном столбе пульпы, совершающем гармонические колебания: а - при частоте колебаний 6 Гц, б - при

частоте колебаний 8 Гц: 1 - траектория движения частиц ценного компонента; 2 - траектория движения частиц породообразующих минералов

Графики рис. 2 показывают, что при гармонических колебаниях вертикального столба пульпы частицы породообразующих минералов, имеющие большие размеры и меньшую плотность в начальный период движения перемещаются к оси вращения и по достижении ее движутся вдоль нее. Частицы рудного компонента, имеющие меньшие размеры и большую плотность, опускаясь под действием гравитационных сил, смещаются в радиальном направлении от оси вращения. Это обуславливает существенное различие траекторий движения частиц вышеуказанных типов, которое усиливается с увеличением частоты колебаний.

Сравнение графиков рис. 2 с аналогичными графиками рис. 3, на которых представлены траектории движения рассматриваемых частиц в вертикальном столбе пульпы, вращающемся с постоянной угловой скоростью, показывает большую эффективность разделения минеральных частиц в столбе пульпы, совершающем гармонические колебания, нежели в таком же столбе пульпы, вращающемся с постоянной угловой скоростью. При этом, если увеличение частоты колебаний столба пульпы улучшает разделение частиц, то увеличение частоты вращения столба пульпы ухудшает это разделение.

Эффективность разделения минеральных частиц в столбе пульпы, совершающем гармонические колебания, определяется соотношением критерия CR для разделенных частиц. Если для а б

287

0,03 R, м

0 0,01 0,02 0,03 ^

м

Рис. 3. Расчетные траектории разделяемых минеральных частиц при различных частотах вращения рабочего органа (а - 4 об/с, б - 6 об/с): 1 - для рудных частиц; 2

- для породообразующих

рассматриваемой частицы предпочтительнее движение под действием гравитационных сил, то следует выбирать характеристики частиц, среды и колебаний таким образом, чтобы величина критерия CR была как можно больше единицы. Если же желательно, чтобы частица двигалась в радиальном направлении, то величины, определяющие критерий СИ, должны быть таковы, чтобы он был существенно меньше единицы.

Таким образом, с помощью теоретического анализа доказано, что направление траекторий движения рудных и породообразующих минеральных частиц резко различаются при разделении в поле нестационарных сил, что подчеркивает преимущества этого метода перед методом, связанным с разделением частиц при вращении пульпы с постоянной угловой скоростью.

Установлено, что частицы рудных минералов при всех высоких содержаниях твердого в пульпе и в широком диапазоне гармонических колебаний под действием нестационарных центробежных сил приобретают ускорение, направленное от оси вращения пульпы в рабочем органе обогатительной установки, а минеральные частицы вмещающих пород - ускорение, направленное к оси вращения этого органа.

Управляя размерами минеральных частиц, вязкостью жидкой фазы, частотой колебаний столба пульпы, физико-химическими свойствами поверхности разделяемых частиц и др. можно добиваться необходимого качества разделения полезных компонентов и частиц минералов вмещающих пород.

— Коротко об авторах ----------------------------------------------

Фатьянов Альберт Васильевич - член.-корр. РАЕН, доктор технических наук, профессор кафедры “Обогащение полезных ископаемых и вторичного сырья”,

Никитина Людмила Георгиевна - кандидат технических наук, декан Горного факультета Горного института,

Никитин Сергей Владимирович - кандидат технических наук, проректор,

Читинский государственный университет.

-------------------------------- © А.В. Фатьянов, Л.Г. Никитина,

С.В. Никитин, 2007

УДК 622.7

А.В. Фатьянов, Л.Г. Никитина, С.В. Никитин

ОСНОВНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ПЕРЕРАБОТКИ ТОНКОДИСПЕРСНЫХ РУД, СВЯЗАННЫЕ С ФИЗИЧЕСКИМИ ОСОБЕННОСТЯМИ РАЗДЕЛЕНИЯ МЕЛКИХ И ТОНКИХ ЧАСТИЦ

Гранулометрический состав руд вовлекаемых в эксплуатацию в последние десятилетия значительного количества месторождений и размеры вкраплений в них минеральных частиц весьма разнообразны, а эффективность их переработки зависит в первую очередь от характера вкрапленности ценных компонентов, физико-химических свойств минералов, способа подготовки рудного материала к процессам обогащения, технологической схемы и вида применяемых аппаратов и др., определяющих степень первичного и вторичного ошламования руды. В связи с постоян-