Изучение закономерностей и разработка метода расчета расслоения минеральных частиц по плотности в стесненных условиях при гравитационном обогащении

Гравитационное обогащение — один из старейших процессов переработки минерального сырья. Тем не менее, он все еще остается не полностью понятым.

В последнее время стали все шире распространяться аппараты, реализующие гравитационную сепарацию в восходящем потоке воды. Они просты, отличаются большой производительностью при повышенном качестве концентрата. Типичным примером является гравитационный сепаратор Р1оа1ех фирмы Ои-1:о1ес.

То, что в подобных аппаратах идет не классификация, а разделение по плотности, объясняется стесненными условиями падения минеральных частиц в рабочей зоне.

Явление увеличения коэффициента равнопадаемости и улучшения расслоения по плотности в стесненных условиях хорошо известно. Это явление — одно из фундаментальных для гравитационного обогащения. И тем не менее оно не получило пока убедительного теоретического объяснения. Непонимание основ этого явления сдерживает развитие гравитационного оборудования и технологии.

Поэтому актуальной является задача совершенствования теории стесненного падения минеральных частиц, установления причин улучшения разделения по плотности в стесненных условиях.

При разработке технологических схем для гравитационного обогащения важной проблемой является определение количества классов и диапазона их крупности для последующего раздельного обогащения. Для этого требуется предсказывать состав классов, как правило, выделяемых сепарацией в вертикальном потоке среды, а также оценивать гравитационную обогатимость классов по распределению материала по крупности и плотности. Требуется также иметь надежный метод прогноза качества работы аппаратов, осуществляющих разделение по плотности в стесненных условиях в восходящем потоке воды.

Поэтому актуальна разработка метода, позволяющего расчетным путем оценивать обогатимость сырья сепарацией в восходящем потоке при разной степени стесненности и предсказывать достижимые технологические показатели.

Цель диссертационной работы — создание метода расчета расслоения минеральных частиц в восходящем потоке среды в стесненных условиях для прогнозирования технологических показателей гравитационного обогащения.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

• экспериментальное изучение расслоения минеральных взвесей в стесненных условиях;

• установление причины явления, заключающегося в повышении в стесненных условиях роли плотности как фактора разделения;

• установление зависимости коэффициента сопротивления движению минеральных частиц от параметра Рейнольдса и разрыхленности взвеси;

• разработка алгоритма и компьютерной программы расчета расслоения полиминеральных, полидисперсных взвесей в стесненных условиях и для прогноза технологических показателей разделения.

Принятые обозначения основных физических величин.

• Н — координата (координатная ось направленная верх).

• и время.

• /л — динамический коэффициент вязкости жидкой среды.

• 8- плотность жидкой среды.

• с1 — эквивалентный диаметр частиц.

• рплотность частиц.

• g = 981 см/с ускорение свободного падения.

• вразрыхленность.

• рдавление в жидкой фазе в координате Н.

• Б — площадь поперечного сечения аппарата.

• у/- коэффициент гидродинамического сопротивления частиц.

• X — коэффициент гидродинамического сопротивления частиц.

• Яе — параметр Рейнольдса движения частиц.

• Уо — скорость свободного падения.

• Vскорость жидкости относительно частиц в слое.

• В{ - объёмное содержание сорта г частиц в общем объёме твердого.

• IIскорость частиц относительно стенок аппарата.

• и^г— скорость жидкости относительно стенок аппарата.

• ?) — коэффициент продольного перемешивания частиц в аппарате.

• 0^ — расход воды в аппарате.

• Асредняя плотность взвешенного слоя.

• сила тяжести.

• Ервыталкивающая сила.

• Елсила гидродинамического сопротивления.

Остальные величины объясняются в тексте работы.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.

1. В работе экспериментальным и расчетным путем установлено, что закономерность расслоения минеральных частиц в стесненных условиях определяется наличием в жидкой среде градиента давления, дополнительного к градиенту давления в свободной жидкости. Это приводит к псевдоутяжелению среды. Увеличение градиента давления происходит как вследствие уменьшение разрыхленности, так и вследствие увеличения доли тяжелого минерала во взвеси, что имеет положительное значение для практики гравитационного обогащения.

2. Предложен вид закономерности для расчета коэффициента гидродинамического сопротивления движению минеральных частиц в зависимости от параметра Рейнольдса и разрыхленности. Соответствующая формула применима для полиминеральных, полидисперсных взвесей.

3. Разработаны метод и компьютерная программа для расчета расслоения полиминеральных полидисперсных взвесей в стесненных условиях. Корректность результатов расчета проверена экспериментально.

4. Разработанная компьютерная программа применима для оценки обогати-мости минерального сырья гравитационной сепарацией в восходящем потоке воды. ООО «Интегра Групп.Ру», приняло программу к использованию для оценки обогатимости природного и техногенного сырья разделением в восходящем потоке.

5. Теоретические и экспериментальные результаты работы внедрены в учебный процесс в курсе «Гравитационные методы обогащения» г.