2015-01-04

1

Metody wzbogacania

surowców

Dr inż. Aldona Krawczykowska

Katedra Przeróbki Kopalin i Utylizacji Odpadów

Zespół krzywych wzbogacalności Henry’ego

dla węgla

Wskaźniki oceny wzbogacania węgla

Uzysk popiołu w odpadach















100

100

k

k









o

o



uzysk substancji użytecznej (części palnych i lotnych;

substancji palnej) w koncentracie :

Gdzie:



k

– wychód procentowy koncentratu,



o

– wychód procentowy odpadów,



– średnia procentowa zawartość popiołu w nadawie,

β – średnia procentowa zawartość popiołu w odpadach,



– średnia procentowa zawartość popiołu w koncentracie.

• uzysk metalu (składnika użytecznego) w

koncentracie:

• straty metalu w odpadach:









k

k











o

o



Do oceny ekonomicznej wzbogacania rud
wykorzystywane są następujące wskaźniki:

Sposób wykreślania podstawowej krzywej

wzbogacalności



dla rud

0

80

40

60

20

100

10

20

30

40

50

I

II

III

V

IV



V





IV





III





II





I







V









IV









II

I









II









I









RUDY

A

100

B

D

C

Wychód frakcji

γ

i

[%]

Zawartość składnika

użytecznego we frakcji



i

[%]

15

45

20

38

20

26

15

16

30

6

Bilansowanie produktów wzbogacania

1

Q

Q

Q

Q

n

o

n

k





n

o

k

Q

Q

Q





(100%)

1

γ

γ

o

k





















n

o

k

γ

γ

γ

















n

o

k

γ

γ

γ

Dla rud

Dla węgla

2015-01-04

2

Krzywa wzbogacalności Henry’ego

20

40

60

80

100

0

Zespół krzywych wzbogacania Henry’ego

Krzywa Mayera

Krzywa Fuerstenaua

2015-01-04

3

Wzbogacanie grawitacyjne

Stoły koncentracyjne i separatory zwojowe

Stół koncentracyjny

Rys. Budowa stołu koncentracyjnego podpartego: 1 –

płaszczyzna stołu, 2 – mechanizm napędu, 3 – podajnik nadawy,

4 – koryto podajnika wody, 5, 6 – miejsce odbioru produktów

Rys. Układ sił działających na ziarno

na stole koncentracyjnym

Zasada rozdziału na

stole koncentracyjnym

Rys. Wypadkowe kierunki ruchu ziaren

o dwu różnych gęstościach i wymiarach

Rys. Układ kierunków ruchu ziaren produktów

wzbogacania na powierzchni roboczej płyty stołu

Czynniki wpływające na wyniki

wzbogacania na stołach

1. Czynniki związane z przygotowaniem nadawy i jej charakterystyką
• różnica w gęstości rozdzielanych ziaren,
• wielkość ziaren, skład granulometryczny, densymetryczny
• gęstość nadawy (zawiesiny) – ok. 20-40% (im mniejsze ziarna

tym może być mniejsza gęstość nadawy.

• odmulanie nadawy
2. Czynniki wynikające z konstrukcji stołu:
• kształt płyty i rodzaj powierzchni stołu,
• częstość i amplituda wahań (im większe ziarna tym dłuższy skok i

mniejsza ampltuda.

3. Czynniki wynikające z technicznych i technologicznych warunków

pracy stołu:

• Kąt nachylenia płyty (w kierunku poprzecznym, dla grubych

większy),

• Ilość wody spłukującej (zależy od uziarnienia i kąta nachylenia)

2015-01-04

4

• siła ciężkości

• siła unoszenia strumienia wody


u

– średnia prędkość strumienia wody

v

– prędkość ziarna

• prostopadła do powierzchni stołu składowa siły unoszenia


• siła tarcia

Stół koncentracyjny

Kąt nachylenia stołu: 3 ÷ 10



Amplituda i częstotliwość drgań: 200 ÷ 400/min
Zużycie wody spłukującej (grubość warstwy: 2 ÷ 3 razy większa od głębokości rowków)
~ 1,5 m

3

/Mg dla ziarn <10 mm

~ 2,5 ÷ 11 m

3

/Mg dla d <1 mm



- 1000 kg/m

3

Separatory strumieniowo-zwojowe

Rys. Działanie sił na ziarno lekkie (a) i na ziarno ciężkie (b)

oraz trajektorie ich ruchu w korycie: P

o

, P

y

, P

z

- siła ciężkości i

jej składowe, Q, Q

y

, Q

z

- odśrodkowa siła bezwładności i jej

składowe, F, F

y

- siła naporu hydrodynamicznego i jej składowa,

T

y

- składowa siły tarcia, d - średnica ziarna, U - prędkość ruchu

strumienia, V - prędkość ruchu ziarna,



- współczynnik oporu,



- średnica krzywizny

Ziarno lekkie

Ziarno ciężkie

Wzbogacalniki strumieniowe zwojowe – do wzbogacania materiałów drobno
uziarnionych
Koryto zwinięte śrubowo dookoła pionowej osi
-Przekrój koryta – wycinek koła, paraboli lub bardziej złożony

Humphrey, Reichert

Na przebieg procesu wzbogacania zasadniczy wpływ mają:
•profil poprzecznego przekroju koryta (najkorzystniejszy – zbliżony do
wycinka paraboli lub elipsy – duży promień zaokrąglenia – ostrzejszy rozdział)
•długość koryta (liczba zwojów koryta) (2 ÷ 4 zwojów dla większej gęstości
•

∢ nachylenie linii śrubowej koryta najlepszy 16 ÷ 20



- większe

zróżnicowanie prędkości końcowej ziarn

2015-01-04

5

Wzbogacanie grawitacyjne

Wzbogacanie w osadzarkach

Wzbogacanie w osadzarkach

Rozdział zachodzi w pulsującym ośrodku wodnym, wg różnic w prędkościach

opadania ziaren . Różnice te wynikają z różnic w gęstościach rozdzielanych
składników.

Założenie: v

0

= f (



)

Warunki konieczne:

1.



1

>



2



1

-



2

:> l g/cm

3

2.

- odpowiednie przygotowanie nadawy tak aby

nie zawierała ziaren równoopadających, czyli: V

1

≠ V

2

(wykres Czeczotta - zależność (v ; d ), dla minerałów o różnej gęstości)

Zastosowanie:

- do wzbogacania węgla, szczególnie miałów węglowych [ 20 -1(0,5) mm],

- drobno uziarnionych rud, np.: barytowych (klasy: 6 - 2,5mm: 2,5 -1 mm)

Rodzaje osadzarek

Rys. Schemat osadzarki tłokowej:

1 – nadawa, 2 – sito, 3 – tłok, 4 -

mimośród

Rys. Schemat osadzarki

beztłokowej: 1 – nadawa, 2 – sito,

5 - pulsator

1.odpowiednie dobranie skali klasyfikacji wzbogacanego materiału

2.prawidłowe ustalenie wysokości pulsacji wody roboczej

3.prawidłowe dobranie liczby pulsacji wody roboczej

Podstawowe warunki

prawidłowej pracy osadzarek

Zasada działania osadzarki

Rys. Zasada działania osadzarki tłokowej: u

s

– prędkość wznosząca wody,

u – prędkość wody pod sitem, u

t

– prędkość tłoka

Osadzarka tłokowa

2015-01-04

6

Przebieg wzbogacania w osadzarce

Zasada działania osadzarki

Typowy schemat procesowy

Mechanizm ruchu ziarn

w osadzarce

2015-01-04

7

Poglądowe tory ruchu ziaren w

osadzarce: 1- 3 tory

odpowiednio dla ziaren o gęstościach - 1300, 1600 i 2000

[kg/m

3

]

u

t

– prędkość unoszenia (transportowa) ziaren,

u

p

– prędkość wody podsitowej

v – wypadkowa prędkość ziarna

v

x,

v

y

– odpowiednio składowa pozioma i pionowa i

prędkość opadania ziarna = const

Maksymalna wysokość pulsacji wody

w przedziale roboczym osadzarki

r

– promień mimośrodu,

d

max

- maksymalny wymiar wzbogacanych ziaren,

ρ

smax

– maksymalna gęstość ziaren

B

– szerokość czynna łoża roboczego, m

H

– wysokość rozluzowanej warstwy materiału, m

v

p

– prędkość ruchu warstwy wzbogacanego materiału, m/s



n

– gęstość nasypowa wzbogacanego materiału, Mg/m

3

pulsacji/min

Mg/h

bo ingeruje w tę prędkość
tylko pół obrotu mimośrodu

Liczba pulsacji i wydajność

osadzarki

m/s

Na efektywność wzbogacania w osadzarce ma wpływ:
 skład granulometryczny nadawy (d

max

- 100 ÷ 150 mm)

ze zwiększaniem się zawartości klas drobnych E maleje, a rośnie gęstość rozdziału
(odmulanie przed wzbogacaniem)
 skład densymetryczny nadawy

 ilość nadawy
 ilość wody dolnej (40 ÷ 70% ogólnej ilości wody)
 reżim pulsacji (niska częstotliwość wyższa E)
 sposób odprowadzania produktu ciężkiego

Długość łoża osadzarki

Czynniki wpływające na

skuteczność rozdziału w osadzarce

• Właściwości wzbogacanego materiału
- skład ziarnowy, d↓ E↓ ρ

r

↑,

dla węgla d

max

: 100-150 mm d

min

= 0,5

mm,

dla rud d

max

: 50-60 mm, d

min

= 0,2 mm.

- kształt ziaren,
- skład densymetryczny,Δρ↑ E↑
- zawartość fazy stałej w nadawie,
- gęstość zawiesiny,
- lepkość zawiesiny.

Czynniki wpływające na

skuteczność rozdziału w osadzarce

• Wynikające z konstrukcji osadzarki

(parametrów technicznych), np.:

– sposób powstawania pulsacji,
– częstotliwość i amplituda d↓ n↑ a↓:

np. dla: d>4mm n ~130-200/min, d<4mm

n~280-350/min

– powierzchnia przestrzeni sitowej, itp.
– ilość sekcji,

-

pościel

(d

pościeli

~2-2,5 d

max

nadawy,

H

poś

~ 5-7 d

max

)

2015-01-04

8

Czynniki wpływające na skuteczność

rozdziału w osadzarce

Parametry technologiczne wynikające ze sposobu

prowadzenia procesu wzbogacania (hydrodynamiczne,

areodynamiczne):

- równomierność i ilość podawanego materiału

grubość łoża [H = kd

max

], dla:

d

max

> 5 mm, k = 5 - 7(12)

d

max

<

5 mm, k do 20,

„H" zależy też od jakości nadawy:

ruda bogata - większe rozluzowanie łoża,

ruda uboga - większa grubość łoża,

im mniejsze różnice gęstości, tym grubsze łoże.

Czynniki wpływające na skuteczność

rozdziału w osadzarce

- zużycie wody - zależy od rodzaju surowca,

uziarnienia

- (transportująca, podsitowa (dolna),

ogólna)

- podsitowa 40 - 70% Vog.
- ciśnienie wody
- własności reologiczne -(zawartość części

stałych, gęstość ośrodka, lepkość itp.)

- ciśnienie i zużycie powietrza

Model rozdziału w osadzarce Yanga

Migracja ziaren w komorze roboczej

osadzarki

Ocena dokładności rozdziału

Krzywe rozdziału

Liczby rozdziału



,



• Dla odpadów

2015-01-04

9

Poglądowa krzywa rozdziału dla

wzbogacania grawitacyjnego

Krzywa rozdziału dla separacji idealnej

E

P

= 0

Wskaźniki dokładności rozdziału

Rozproszenie prawdopodobne E

P

Gdzie:



(



=75) =



75

i



(



=25) =



25

– stanowią odczytane z krzywej rozdziału

wartości gęstości dla rzędnych odpowiednio: 75% i 25%

Imperfekcja I – wskaźnik porównawczy dla różnych gęstości rozdziału

lub

Czynniki wpływające na ostrość rozdziału

Rozproszenie prawdopodobne oraz imperfekcja są zależne od:

• wydajności procesu,
•rodzaju cyklu pulsacji,
•zawartości w nadawie ziaren poniżej 1 mm,
• właściwości geometrycznych ziaren
•rozkładu gęstości ziaren w nadawie.

Zależność imperfekcji od wydajności

właściwej

Wpływ zawartości ziaren <1mm w nadawie

na wartość wskaźnika imperfekcji

2015-01-04

10

Zależność imperfekcji od wydajności

właściwej dla różnych cykli pulsacji