Górnictwo

Górnictwo : przeróbka mechaniczna węgla – wzbogacenie w cieczach ciężkich

Wzrost trudności wzbogacania surowych kopalin użytecznych, spowodowany wzrostem zawartości w nich przerostów, a więc ziarn o gęstości mieszczącej się pomiędzy gęstością ziarn zaliczanych do koncentratu i ziarn zaliczanych do odpadów, wymaga zastoso­wania ośrodka (w którym przebiega proces wzbogacania), którego gęstość jest dostosowana do gęstości rozdziału. Tego rodzaju ośro­dek wzbogacania jest stosowany również w tych przypadkach, gdy jest wymagany bardzo dokładny rozdział materiału surowego o wy­sokiej jednorodności parametrów jakościowych otrzymywanych koncentratów. Takim ośrodkiem są ciecze ciężkie.

Ciecze ciężkie

Cieczą ciężką stosowaną w procesach technologicznych wzbo­gacania nazywa się każdą ciecz, której gęstość jest większa od gęstości wody. Zastosowanie cieczy ciężkich w przeróbce mechanicz­nej opiera się na znanym prawie fizycznym pływania po powierz­chni cieczy ziarn ciała stałego o gęstości mniejszej od gęstości tej cieczy i tonięcia w niej ziarn o gęstości większej. W tym przypadku ciecz ciężka jest sama czynnikiem rozdziału materiału surowego na dwa produkty wzbogacania i potencjalnie zupełnie wystarcza do przeprowadzenia procesu rozdziału pod warunkiem, że gęstość cieczy odpowiada ustalonej gęstości rozdziału wzbogacanego materiału. Przy tego rodzaju założeniu proces technologiczny przebiega praktycznie zupełnie statycznie, bez udziału dodatkowych czynników mechanicznych, mających istotny wpływ na przebieg tego procesu. Stosowane w tym procesie urządzenia mechaniczne we wzbogacalnikach mają zapewnić ciągłość przepływu cieczy ciężkiej przez wzbogacalnik oraz umożliwić ciągłość odbioru produk­tów wzbogacania, W niektórych przypadkach urządzenia mechaniczne, zabudowane we wzbogacalnikach, służą do utrzymania w sposób ciągły pełnych własności technologicznych stosowanej cieczy ciężkiej.

Bardzo wysoka dokładność przebiegu procesu wzbogacania w cieczach ciężkich, mała wrażliwość na okresowe przeciążenia wzbogacalnika wzbogacanym materiałem oraz wiele innych zalet spowodowało, że są one coraz szerzej stosowane do wzbogacani węgla surowego, rud żelaza, rud cynkowo-ołowiowych, manganu, wolframu, cyny, magnetytu, rud niemetalicznych i wielu innych kopalin użytecznych.

Do podstawowych zalet wzbogacania kopalin w cieczach cięż­kich należy zaliczyć:

• możliwość zastosowania tego procesu do wstępnego i bardzo dokładnego wydzielenia całkowitej ilości czystych odpadów z surowych rud o uziarnieniu już od 2 mm, z węgla i wielu innych kopalin od 6 mm; we wzbogacalnikach specjalnie do tego celu dostosowanych można obniżyć dolną granicę wymiaru wzbogacanej kopaliny nawet do 0,2 mm;
• zastosowanie tego procesu do wzbogacania głównego wszel­kiego rodzaju surowych kopalin użytecznych, których górny wymiar największych ziarn może być teoretycznie nieogra­niczony; ograniczenie górnego wymiaru ziarn kierowanych do wzbogacania (w tym również węgla surowego) spowo­dowane jest zazwyczaj wymaganiami konstrukcyjnymi bu­dowanych wzbogacalników; w niektórych przypadkach ogra­niczenie górnego wymiaru ziarn nadawy jest spowodowane wymaganiami odbiorców koncentratu;
• ze względu na krótki okres przebywania wzbogacanej kopaliny we wzbogacalniku, można wzbogacać materiał surowy zawierający odpady ilaste, łatwo rozmakające, bez obawy zasilenia w nadmiernym stopniu roboczej cieczy ciężkiej;
• możliwość wzbogacania materiału surowego o dowolnie wy­sokim stopniu trudności wzbogacania ze względu na bardzo wysoką dokładność rozdziału składników nadawy przy ma­łej różnicy ich gęstości; różnica gęstości pomiędzy tymi składnikami może wynosić 0,1 g/cm³ (w innych procesach wzbogacania grawitacyjnego różnica ta powinna wynosić co najmniej 1,0 g/cm³, aby uzyskać taką samą dokładność rozdziału);
• możliwość uzyskania bardzo wysokiej jednorodności parametrów jakościowych użytecznych produktów wzbogacania;
• wyeliminowanie strat ziarn produktu użytecznego w odpa­dach;
• wysoką przeciążalność okresową wzbogacalników bez zasadniczego wpływu na jakość produktów wzbogacania oraz małą wrażliwość na nierównomierne zasilanie ich nadawą;
• stosunkowo prosty przebieg procesu technologicznego we wzbogacalniku;
• nieskomplikowaną budowę wzbogacalników;

— mały rozchód wody roboczej, wynoszący od 150 do 200 l/t nadawy;

— małe zapotrzebowanie na energię elektryczną, wynoszące od 0,5 do 1,1 kWh/t nadawy;

— niedużą liczbę obsługujących urządzenia wzbogacające;

— bardzo wysoką wydajność wzbogacalników, wynoszącą przy wzbogacania rud żelaza i manganu o uziarnieniu powyżej 8 mm — od 35 do 50 t/(h*m²) powierzchni roboczej; 10 do 20 t/(h*m²) przy wzbogacaniu rud cynkowo-ołowianych gru­bo wpryśniętych i o małej zawartości produktu pośredniego; 2 do 5 t/(h*m²) przy wzbogacaniu drobno wpryśniętych rud cynkowo-ołowianych; 25 do 40 t/(h*m²) przy wzbogacaniu węgla surowego o uziarnieniu powyżej 25 mm i 15 do 25 t/(h*m²) przy wzbogacaniu węgla surowego o uziarnieniu poniżej 25 mm (przy wzbogacaniu trójproduktowym);

— możliwość uzyskania dużej koncentracji zabudowy maszyn i urządzeń w węźle wzbogacania, przy dużej ich wydajności, przyczynia się do zmniejszenia kubatury budynku płuczki;

— możliwość bezpośredniego kontrolowania przebiegu procesu wzbogacania w dowolnej chwili przez badanie gęstości ro­boczej cieczy ciężkiej; wprowadzenie wysokosprawnej auto­matycznej kontroli i regulacji gęstości cieczy ciężkiej spo­wodowało, że wzbogacanie w cieczach ciężkich jest obecnie najdokładniejszym procesem wzbogacania.

Ciecze ciężkie stosowane do wzbogacania kopalin surowych dzieli się na dwa rodzaje:

— ciecze ciężkie właściwe (jednorodne),

— ciecze ciężkie zawiesinowe (niejednorodne).

Ciecze ciężkie właściwe.

Ciecze ciężkie właściwe są to wodne roztwory związków chemicznych (soli) o stosunkowo dużej gęstości. Do związków tych należy przede wszystkim chlorek cynku i chlorek wapnia. Roztwór wodny chlorku cynku, którego gęstość w stanie suchym wynosi 2,92 g/cm³, tworzy ciecz ciężką właściwą o największej gęstości 1,74 g/cm³; uzyskuje się ją przez rozpuszczenie 60 g ZnCl₂ w 100 g wody. Roztwór wodny chlorku wapnia, którego gęstość w stanie suchym wynosi 2,15 g/cm³, tworzy ciecz ciężką o maksymalnej gęstości 1,4 g/cm³. Do soli nieorganicznych, które można stosować po ich rozpuszczeniu   w   wodzie,   zaliczyć   również   należy   azotan   magnezu (Mg(N0₃)₂) o maksymalnej gęstości roztworu 1,39 g/cm³, azotan wapnia (Ca(N0₃)₂) o maksymalnej gęstości roztworu 1,55 g/cm³, siarczan żelazowy (Fe₂(S0₄)₃) o maksymalnej gęstości roztworu 1,6 g/cm³, chlorek żelazowy (FeCl₃) o maksymalnej gęstości roztworu 1,55 g/cm³, azotan żelaza (Fe(N0₃)₃) o maksymalnej gęstości roztworu 1,47 g/cm³, chlorek żelazawy (FeCl₂) o maksymalnej gęstości roztworu 1,38 g/cm³. Z wymienionych soli, sole CaCl₂ oraz Ca(N0₃)₂ stanowią odpady przemysłu chemicznego.

Do cieczy ciężkich właściwych zalicza się również płynne związki chemiczne, takie jak czterochlorek węgla (CC1₄) o gęstości 1,633 g/cm³, bromoform (CHBr₃) o gęstości 2,96 g/cm³. W USA jako ciecze ciężkie właściwe stosuje się czterobromoetan (C₂H₂Br₄) o gęstości 2,964 g/cm³, etylendibromid (C₂H₄Br₂) o gęstości 2,17 g/cm³, pięciochloroetan (C2HC1₅) o gęstości 1,678 g/cm³ trójchloroetylen (C₂HC1₃) o gęstości 1,462 g/cm³. Gęstość tych cieczy obniża się przez dodanie rozpuszczalnika o mniejszej gęstości (np. spirytusu, benzolu) lub podwyższa się przez zmieszanie cieczy lżej­szej z cięższą.

W celu zmniejszenia zużycia cieczy ciężkiej właściwej natrys­kuje się materiał surowy wodnymi roztworami zawierającymi 0,01% kwasu taninowego lub acetatu skrobii. Przy wzbogacaniu węgla zużycie cieczy ciężkich właściwych wynosi od 160 do 280 g/t nadawy.

Zastosowanie cieczy ciężkich właściwych jako ośrodka wzboga­cającego wymaga uprzedniego zbadania, czy ciecz ta nie jest che­micznie aktywna w stosunku do ziarn wzbogacanego materiału. Przy stosowaniu cieczy właściwych o małej gęstości należy, w celu podwyższenia gęstości rozdziału, wprowadzić ją w ruch wznoszący się, a rozdział oprzeć na zasadach klasyfikacji hydraulicznej gra­witacyjnej, wyzyskując różnice prędkości opadania ziarn mate­riału surowego. Tego rodzaju rozwiązanie wymaga jednak zasto­sowania uprzedniej klasyfikacji nadawy na węższe klasy ziarnowe w celu wydzielania ziarn równopadających. Ze względu na wię­kszą gęstość ośrodka (ciecz ciężka) graniczne wymiary klas ziarno­wych będą znacznie szersze niż w przypadku rozdziału w ośrodku wodnym.

Wiele spośród cieczy ciężkich właściwych ma własności żrące, a pary niektórych cieczy mają własności trujące, dlatego też ob­serwuje się stosunkowo małe ich rozpowszechnienie jako ośrodka wzbogacającego.

Ciecze ciężkie, takie jak chlorek cynku, chlorek wapnia, czte­rochlorek węgla i bromoform, stosowane są szeroko do badań densymetrycznych węgla i kopalin o zbliżonej gęstości, a ciecze właś­ciwe o większej gęstości do badań rud. Badanie densymetryczne jest to rozdział ziarn kopaliny surowej na grupy ziarn, frakcja w wąskich granicach ich gęstości.

Stosowanie cieczy ciężkich właściwych, a więc płynnych związków chemicznych lub roztworów wodnych soli, jest korzystne i opłacalne, jeżeli stanowią one produkt odpadowy lub małowartościowy przemysłu chemicznego.

Ciecze ciężkie zawiesinowe.

Podstawową cieczą ciężką dla przemysłowych procesów wzbogacania jest ciecz ciężka zawiesinowa. Ciecz ciężka zawiesinowa to mieszanina wody i miałko rozdrobnionego minerału ciężkiego, nierozpuszczalnego w wodzie, lecz tworzącego w niej zawiesinę. Minerał ciężki stosowany do tworzenia zawiesiny nazywa się obciążnikiem. Wymiar największych ziarn obciążnika nie przekracza zazwyczaj 0,1 do 0,3 mm.

Można zatem przyjąć następujące określenie definiujące ciecz ciężką zawiesinową: jest to bardzo drobno uziarniona zawiesina utworzona z jednego lub kilku ciał stałych o wysokiej gęstości w podstawowym ośrodku wodnym.

Ze względów ruchowych cieczą podstawową jest zawsze woda, którą niekiedy podgrzewa się nieco w celu zmniejszenia lepkości cieczy ciężkiej.

Obciążnikami do sporządzania cieczy ciężkich zawiesinowych są: piasek kwarcowy (SiO₂) o gęstości 2,6 g/cm³, który tworzy z wodą ciecz ciężką zawiesinową o gęstości do 1,64 g/cm³, baryt (BaS0₄) zawierający 65,7% BaO i 34,3% SO3 o gęstości od 4,3 do 4,6 g/cm³, który daje ciecz zawiesinową o gęstości do 2,5 g/cm³, magnetyt (Fe₃0₄) zawierający 72,4% Fe i 27,6% O o gęstości od 4,9 do 5,3 g/cm³, dający ciecz zawiesinową o gęstości 2,55 do 2,7 g/cm³, hematyt (Fe₃0₂) zawierający 70,0% Fe i 36,0 % O — o gęstości od 4,9 do 5,3 g/cm³, tworzący ciecz zawiesinową o gęstości od 2,5 do 2,7 g/cm³, piryt (FeS₂) zawierający 46,7% Fe i 53,3% S o gęstości od 4,9 do 5,2 g/cm³ i dający ciecz zawiesinową o gęstości od 2,5 do 2,7 g/cm³, wypałki pirytowe o gęstości od 4,5 do 5,0 g/cm³, tworzące ciecz zawiesinową o gęstości dochodzącej do 3,0 g/cm³, zendra kuzienna o gęstości od 4,3 do 5,0 g/cm³, dająca ciecz zawiesinową o gęstości od 2,3 do 2,6 g/cm³, glinka lessowa zawierająca 50 do 80% SiO₂, 7 do 16% Al₂O₃, 3 do 5% Fe₂0₃, 1,5 do 1,7% CaO i inne o gęstości 3,2 g/cm³, tworząca ciecz zawiesinową o gęstości 1,6 g/cm³, rozdrobnione odpady płuczkowe i flotacyjne, nieilaste i nierozmywalne w wodzie, o gęstości 2,5 g/cm³, dające ciecz zawiesinową o gęstości do 1,55 g/cm³, żelazokrzem będący stopem żelaza i krzemu (15 do 20% Si) o gęstości 6,5 do 6,8 g/cm³, tworzący ciecz zawiesinową o gęstości od 3,2 do 3,5 g/cm³, galena zawierająca 75 do 80% Pb o gęstości 7,5 g/cm³, dająca ciecz zawiesinową o gęstości do 3,3 g/cm³.

Ciecz ciężka zawiesinowa stanowi zbiór bardzo drobnych ziarn obciążnika równomiernie rozproszonych w wodzie i znajdujących się w stanie pozornego zawieszenia lub pływania. Ziarna te jednak w rzeczywistości opadają w wodzie z mniejszą lub większą prędkością w zależności od rodzaju zastosowanego obciążnika i jego uziarnienia.

Mając na uwadze prędkość opadania ziarn obciążnika w wodzi ciecze ciężkie zawiesinowe można podzielić na dwie grupy:

• ciecze ciężkie o zawiesinie stałej,
• ciecze ciężkie o zawiesinie niestałej.

Charakterystyczne własności   cieczy   ciężkiej   zawiesinowej

Ciecz ciężką zawiesinową charakteryzuje wiele czynników fizycznych, z których najważniejsze są:

• gęstość,
• lepkość,
• stałość zawiesiny (obciążnika),
• odporność obciążnika na rozdrabianie mechaniczne ziarn w okresie jego obiegu roboczego,
• odporność ziarn obciążnika na działanie chemiczne ośrodka.

Gęstość cieczy zawiesinowej. Ciecz ciężka właściwa, będąca roztworem soli lub płynnym związkiem chemicznym, ma określoną gęstość praktycznie w każdej wydzielonej najmniejszej jej obję­tości. Ciecz zawiesinowa natomiast ma określoną gęstość dla pew­nej dużej jej objętości. Ziarna obciążnika są zawieszone w wodzie w pewnych odległościach pomiędzy sobą tak, że bardzo drobny ele­ment objętościowy cieczy może stanowić woda o gęstości 1,0 g/cm³ lub tym elementem może być ziarno obciążnika otoczone warstew­ką wody o gęstości zbliżonej do gęstości obciążnika.

Z tej też przyczyny w teorii cieczy zawiesinowych wpro­wadzono pojęcie gęstości pozornej dla cieczy ciężkich z obciążni­kiem o makroskopowym wymiarze ziarn. Badania wykazały, że mieszanina wody i zawiesiny wykazuje własności naturalnej cie­czy ciężkiej, jeżeli wymiar wzbogacanego ziarna materiału suro­wego jest przynajmniej dwa do trzy razy większy od przecię­tnej odległości pomiędzy ziarnami obciążnika. Dla orientacji podaje się, że ciecz ciężka z zawiesiną magnetytową o gęstości 1,6 g/cm³ i o średnicy ziarn zawiesiny wynoszącej 50 µm ma śred­nią odległość pomiędzy ziarnami wynoszącą 75µm.

W takim przypadku, w wyniku zjawisk dynamicznych zacho­dzących pomiędzy wodą a ziarnami obciążnika, na ziarna wzbogacanego materiału surowego działać będzie wypór cieczy zawiesinowej zgodnie z prawem Archimedesa i będzie równy wyporowi, jaki nadziałałby na to ziarno przy zanurzeniu go w cieczy jednorod­nej o tej samej gęstości co gęstość pozorna cieczy zawiesinowej. Wyporem cieczy określa się wypadkowe parcie cieczy na ciało stałe całkowicie lub częściowo zanurzone w cieczy. Wypór jest równy ciężarowi cieczy o objętości równej objętości ciała zanurzo­nego i jest skierowany ku górze; pozioma składowa parcia cieczy na ciało jest równa zeru. Ciało tonie, pozostaje w zawieszeniu lub wynurza się z cieczy zależnie od tego, czy jego masa jest większa, równa lub mniejsza od wyporu.

Pomiędzy wodą a obciążnikiem zachodzą zjawiska dynamiczne, które wymagają wzajemnego ruchu ziarn zawiesiny i wody tak, aby cząstki tworzące zawiesinę były równomiernie rozproszone wodzie.

Ponieważ gęstość cieczy zawiesinowej zależy bezpośrednio od gęstości zastosowanego obciążnika oraz od maksymalnego uzyski­wanego zagęszczenia tego obciążnika w jednostce objętości wody, przeto gęstość cieczy zawiesinowej, odpowiednią do założonych wy­magań procesu technologicznego, uzyskać można przez zastosowa­nie jako obciążnika minerału o odpowiednio dużej gęstości. W nie­których przypadkach dla uzyskania odpowiedniej gęstości cieczy zawiesinowej stosuje się dwa różne obciążniki, o różnych gęsto­ściach, zmieszane ze sobą w odpowiednim stosunku ilościowym.

Lepkość cieczy zawiesinowej jest jedną z podstawowych cech fizycznych, mających istotny wpływ na przebieg procesu technologicznego. Ma ona zasadniczy wpływ na prędkość opadania ziarn wzbogacanego materiału surowego, których gęstość jest nieznacznie większa od gęstości cieczy zawie­sinowej. Zwiększająca się lepkość cieczy powoduje zmniejszanie prędkości opadania tych ziarn, wpływając między innymi na zmniejszenie wydajności wzbogacalnika. Niekorzystny wpływ wzrastającej lepkości cieczy zawiesinowej występuje szczególnie wyraźnie przy zmniejszaniu dolnego wymiaru wzbogacanej klasy ziarnowej. W miarę wzrastania lepkości cieczy prędkość opadania ziarn o małej średnicy stopniowo zmniejsza się, aż do prędkości równej zeru. Ziarna te pozostają wówczas w stanie zawieszenia w cieczy, pomimo że ich gęstość jest większa od gęstości cieczy
zawiesinowej. Stąd też można wyprowadzić wniosek, że przy danej lepkości cieczy zawiesinowej wymiar najmniejszego ziarna wzbogacanego materiału surowego musi być odpowiednio dobrany do tej lep­kości. Obniżenie wymiaru tych ziarn wymagać będzie obniżenia lepkości cieczy. Równocześnie należy stwierdzić, że lepkość cieczy nie powinna przekroczyć pewnej określonej wielkości, aby nie wywołać zaburzeń w procesie wzbogacania, charakteryzujących się zawartością zanieczyszczeń w koncentracie, pochodzących z drobnych ziarn produktu pośredniego, a nawet ziarn odpadów zawieszonych w górnych warstwach cieczy i odprowadzanych wraz z koncentratem.

Ze względu na to, że ciecze zawiesinowe stosowane w praktyce myślowej mają bardzo różnorodną naturę fizyczną, ich lepkość można określić tylko w skali makroskopowej i podobnie jak ich gęstość uznaje się ją za lepkość pozorną. Lepkość rzeczywistą można określać tylko dla cieczy jednorodnych, dla których lepkość oznaczona dla dowolnie dużej objętości tej cieczy odpowiada w swej wielkości dowolnie małej jej objętości. Dla cieczy zawiesi­ach określa się lepkość dynamiczną (w ruchu), która jest spowodowana oporami, występującymi w wyniku wewnętrznego tarcia pomiędzy przepływającymi warstewkami cieczy.

Prawidłowe prowadzenie procesu technologicznego wymaga stałej kontroli lepkości cieczy zawiesinowej i utrzymania jej w określonych granicach przy równoczesnym zachowaniu ustalonej gęstości cieczy roboczej. Wzrost lepkości cieczy w okresie prowa­dzenia procesu wzbogacania jest spowodowany stałym jej zanie­czyszczeniem iłami i mułami doprowadzanymi wraz z nadawą oraz stałym rozdrabianiem się ziarn obciążnika, w czasie trwania procesu. Lepkość cieczy w żądanych granicach utrzymuje się przez systematyczne, prowadzone w sposób ciągły, oczyszczanie cieczy zawiesinowej (jej odmulanie) oraz przez częste kontrolowanie skła­du ziarnowego obciążnika i usuwanie nadmiaru ziarn najdrobniej­szych. Ciecz roboczą odmula się najczęściej w zagęszczaczach pro­mieniowych lub w hydrocyklonach.

W przypadku gdy obciążnik jest dostarczany w postaci goto­wej (rozdrobionej) do tworzenia cieczy zawiesinowej, należy usta­lić z dostawcą jego normatywny skład ziarnowy oraz dopuszczalną zawartość ziarn najdrobniejszych. Bardzo często obciążnik przygotowuje się wprost w zakładzie przeróbczym w kruszarce kulowej uruchamianej okresowo dla wyrównania strat obciążnika w odpro­wadzanych produktach wzbogacania.

Przygotowanie obciążnika w zakładzie wymaga zainstalowania kruszarki kulowej współpracującej z klasyfikatorem mechanicz­nym (rys. 1). Obciążnik o wymaganych wymiarach ziarn otrzy­muje się z przelewu klasyfikatora, przy czym bardzo łatwo można regulować i kontrolować jego uziarnienie.

Lepkość cieczy zawiesinowej można zmniejszyć przez podwyż­szenie jej temperatury, przy czym lepkość cieczy szybko spada równocześnie ze wzrostem temperatury. Najkorzystniejsza tempe­ratura cieczy zawiesinowej, dająca wystarczający spadek lepkości cieczy, wynosi od 30 do 35°C.

Rys. 1. Zespół   kruszarka-klasyfikator   mechaniczny służący do przygotowania obciążnika cieczy zawiesinowej

Zawiesina obciążnika w wodzie tworzy ciecz ciężką, której własności powinny być jak najbardziej zbliżone do własności cieczy jednorodnej, nie zmieniającej swej gęstości w czasie trwania procesu wzbogacania. Stałość (trwałość) zawiesiny określa się prędkością opadania ziarn obciążnika w wodzie. Prędkość opadania ziarn z kolei zależy od ich wymiaru, gęstości, kształ­tu oraz od ilości obciążnika w wodzie i stopnia jego zagęszczenia. Poza tym stałość zawiesiny zależy od gęstości samej cieczy. Obser­wuje się bowiem, że ciecz zawiesinowa o dużej gęstości, a więc o dużym stosunku objętościowym obciążnika do wody, charaktery­zuje się większą stałością niż ta sama ciecz obciążona tym samym obciążnikiem, ale o mniejszej gęstości cieczy zawiesinowej.

Z uwagi na konieczność utrzymania wymiaru ziarn obciążnika w określonych granicach, ze względu na konieczność zachowania wymaganej lepkości cieczy zawiesinowej, każdy obciążnik będzie opadał w wodzie z mniejszą lub większą prędkością. W warunkach gracy zakładu przeróbczego ciecz zawiesinową określa się jako stałą, jeżeli w okresie jej przepływu przez wzbogacalnik zacho­ruje ona taką samą gęstość na całej swej głębokości w skrzyni roboczej wzbogacalnika. Ciecz zawiesinowa niestała już w czasie napływu przez wzbogacalnik zwiększa swoją gęstość ze wzrostem głębokości strumienia cieczy, wskutek zbyt szybkiego opadania ziarn obciążnika i zagęszczania się ich w głębszych warstwach cieczy.

Opadanie ziarn zawiesiny w czasie trwania procesu wzbogacania jest zjawiskiem technologicznie niekorzystnym zarówno przy wzbogacaniu rud, jak i przy wzbogacaniu kopalin nierudnych. W przypadku konieczności stosowania cieczy zawiesinowych niestałych zapobiega się częściowo temu zjawisku przez utrzymanie cieczy w stałym ruchu, przez przyspieszenie prędkości jej przepływu przez wzbogacalnik, w granicach umożliwiających prawidłowe prowadzenie procesu, przez doprowadzenie jej od dołu skrzyni roboczej i wytworzenie wznoszącego się jej przepływu przez utrzymanie jej w stałym ruchu działaniem mieszalnika oraz przez doprowadzenie powietrza sprężonego do dolnej części wzbogacalnika, które przepływając przez ciecz w postaci drobnych pę­cherzyków powietrza wywołuje jej dodatkowe zamierzone mie­szanie.

Skład ziarnowy obciążników cie­czy zawiesinowych, nawet tych samych minerałów ciężkich, w różnych krajach zmienia się w stosunkowo dużych granicach. Skład ziarnowy obciążnika zależy przede wszystkim od charakteru fizycznego użytego minerału ciężkiego, jego zdolności tworzenia zawiesiny stałej i od lepkości przygotowanej cieczy zawiesinowej. Niezależnie od tego skład ziarnowy obciążnika dostosowuje się do wy­miarów klasy ziarnowej   wzbogacanej   kopaliny surowej,   typu wzbogacalnika, miejsca podawania do niego cieczy roboczej, cha­rakteru ruchu cieczy roboczej przepływającej przez wzbogacalnik raz zaleceń fabryk produkujących wzbogacalniki. Skład ziarnowy obciążnika magnetytowego zalecany do stoso­wania w krajowych wzbogacalnikach zawiesinowych (Disa) podano tabeli 8.10.

Tabela 8.11. Według danych francuskich najkorzystniejszy skład ziarnowy magnetytu powinien się kształtować w wysokościach danych w tabl. 8.12.

Przykładowe składy ziarnowe obciążników przygotowanych z ferrosilikonu i galeny zestawiono w tabeli 8.14. Obciążnik ferrosilikonowy o składzie ziarnowym A jest stosowany do wzbogacania rud drobno uziarnionych, natomiast o składzie ziarnowym B jest stosowany do wzbogacania rud grubo uziarnionych.

Skład ziarnowy obciążnika kwarcowego (piasku) podano przykładowo w tabeli 8.16. wzbogacaniu. Zawartość domieszek ilastych w piasku nie może przekraczać 5%, a domieszek organicznych nie powinno być więcej niż 2%.

Ogólne zasady wzbogacania w cieczach ciężkich.

Ciecze zawiesinowe stosowane do wzbogacania surowych kopa­lin na skalę przemysłową powinny odznaczać się dużą stałością za­wiesiny w celu uniknięcia wahań jej gęstości, a tym samym w celu uzyskania produktów wzbogacania o ustabilizowanych paramet­rach jakościowych. Poza tym w celu uzyskania możliwości wzbo­gacania klas ziarnowych o dość niskim dolnym wymiarze tej kla­sy, ciecz zawiesinowa powinna charakteryzować się małą lepkością. Równocześnie jednak dla łatwiejszego odzyskania obciążnika, po wykonaniu pracy wzbogacania, i zmniejszenia jego strat korzystna jest mniejsza jego stałość, w przypadku gdy odzysk obciążnika jest prowadzony sposobem grawitacyjnym. Odzysk obciążnika, charak­teryzującego się bardzo wysoką stałością w urządzeniach typu gra­witacyjnego, wymaga zainstalowania urządzeń o dużej pojemności i powierzchni roboczej. System grawitacyjnego odzysku obciążni­ka stosowany jest głównie w przypadku obciążników o dużej gę­stości i małej stałości.

Proces odzysku obciążnika jest określany jako regeneracja. Nie­zależnie od grawitacyjnej regeneracji obciążnika, stosowanej prze­de wszystkim do obciążników kwarcowych (piaskowych), stosuje się regenerację magnetyczną dla obciążników o własnościach mag­netycznych (magnetyt, hematyt, ferrosilikon) lub regenerację flo­tacyjną dla takich obciążników jak baryt i piryt. W celu zwiększe­nia odzysku obciążnika wszystkie produkty wzbogacania muszą być dokładnie spłukane czystą wodą. Woda ta, określana jako ciecz zawiesinowa rozcieńczona, kierowana jest do urządzeń regenera­cyjnych. Jednak w przemysłowym procesie wzbogacania część ob­ciążnika jest odprowadzana wraz   z produktami wzbogacania, a pewna jego część jest tracona w urządzeniach regeneracyjnych i w procesach odmulania cieczy zawiesinowej.

Ubytek obciążnika w cieczy zawiesinowej jest spowodowany nie tylko jego stratą w produktach wzbogacania, lecz również przez częściową utratę jego własności. Na przykład magnetyt, charakteryzujący się wyraźną strukturą krystaliczną, dość trudno w czasie jego obiegu roboczego — rozdrabia się na ziarna o wymiarze koloidalnym i nie jest odprowadzany z obiegu w procesie odmulania cieczy zawiesinowej. Obciążniki o miękkiej i kruchej strukturze ziarn ulegają stopniowemu rozdrobieniu w obiegu roboczym, przy czym niektóre z nich tworzą zawiesinę o charakterze koloidalnym, zwiększając lepkość cieczy. Ziarna tego rodzaju muszą być usuwane z obiegu w procesie odmulania, co powoduje zwiększanie się strat (zużycia) obciążnika.

Ubytek obciążnika w obiegu roboczym cieczy zawiesinowej uzu­pełnia się w sposób ciągły tak, aby wahania gęstości cieczy były minimalne. Uzupełnianie obciążnika w obiegu roboczym w nowo­czesnych zakładach przeróbczych jest prowadzone automatycznie.

W celu uniknięcia zaburzeń w procesie wzbogacania pewna określona ilość cieczy zawiesinowej jest kierowana w sposób ciągły do procesu odmulania. Proces odmulania prowadzony jest najczę­ściej grawitacyjnie w odmulnikach promieniowych, zbiornikowych lub w hydrocyklonach.

Wzbogacanie w cieczach zawiesinowych może przebiegać w sposób statyczny, ściśle według założonej gęstości tej cieczy. Niemniej jednak w warunkach wzbogacania przemysłowego nie istnieje możliwość utrzymania cieczy zawiesinowej w zupełnym bezruchu choćby ze względu na konieczność odprowadzenia ze wzbogacalnika produktów wzbogacania. Z tej też przyczyny, dla uzyskana ciągłości procesu, ciecz zawiesinowa musi mieć ruch (przepływ poziomy, umożliwiający odprowadzenie produktu pływającego. Umieszczenie krawędzi progu przelewowego poniżej krawędzi rynny nadawczej zapewnia poziomy przepływ cieczy. Przy założonej niskiej warstwie strumienia odprowadzanej cieczy ze wzbogacalnika, a więc przy małej prędkości przepływu cieczy, zabudowuje się nad progiem przelewowym urządzenie zgarniające, którego elementy robocze są zanurzone poniżej zwierciadła cieczy.

W niektórych rozwiązaniach konstrukcyjnych wzbogacalników wprowadza się dodatkowy ruch pionowy cieczy zawiesinowej ku górze lub ku dołowi, którego zadaniem jest ułatwienie wynoszenia wraz z cieczą ziarn o gęstościach zbliżonych do gęstości cieczy lub w przypadku ruchu ku dołowi — ułatwienie (przyspieszenie) opa­dania ziarn cięższych. Dodatkowy ruch cieczy ku górze, przy ściśle określonej jego prędkości, umożliwia zastosowanie do wzbogaca­nia cieczy o mniejszej gęstości i wzbogacanie np. bardzo ciężkich rud w cieczy roboczej o mniejszej gęstości, lecz przy zachowaniu wszystkich innych własności cieczy, zapewniających wysoką do­kładność procesu rozdziału materiału surowego. Zastosowanie wznoszącego się ruchu cieczy zawiesinowej powoduje jednak ko­nieczność zwiększenia wymiaru najdrobniejszych ziarn kierowa­nych do wzbogacania. Stosowanie wznoszącego się ruchu cieczy jest konieczne przy obciążnikach o małej stałości (np. piasek kwarco­wy). Gęstość rozdziału przy tych obciążnikach jest sumą gęstości cieczy zawiesinowej i wpływu prędkości wznoszącego się ruchu strumienia cieczy. Jeżeli wznoszący się ruch cieczy roboczej skie­ruje się do wydzielonej części wzbogacalnika skonstruowanej w po­staci kolumny, to można wydzielić ze wzbogacanego materiału pro­dukt pośredni (przejściowy), który w głównej części wzbogacalnika opada na jego dno wraz z ziarnami produktu ciężkiego.

Proces wzbogacania we wzbogacalnikach zawiesinowych pozwa­la w zasadzie — w pojedynczym wzbogacalniku — na wydzielenie tylko dwu produktów wzbogacania przy gęstości rozdziału ustalo­nej gęstością zastosowanej cieczy zawiesinowej. W przypadku ko­nieczności wzbogacania trójproduktowego stosuje się układ dwu odrębnych wzbogacalników zasilanych dwoma odrębnymi obiega­mi cieczy roboczej o odpowiednio dobranych gęstościach. Wzbogacalniki trójproduktowe są konstruowane jako zwarty zespół kon­strukcyjny dwu wzbogacalników dwuproduktowych. W niektórych rozwiązaniach konstrukcyjnych uzyskuje się wzbogacanie trójproduktowe, wykorzystując mniejszą stałość zawiesiny, która opada­jąc zwiększa gęstość niższych warstw cieczy we wzbogacalniku, oraz doprowadzając do tej warstwy określoną ilość dodatkowej cieczy zawiesinowej o zwiększonej gęstości. Wzbogacalniki tego ro­dzaju są wyposażone w dodatkowe urządzenia mechaniczne, słu­żące do odprowadzenia ziarn produktu pośredniego (przejścio­wego).

Wzbogacanie w cieczach zawiesinowych zalicza się do bardzo dokładnych procesów rozdziału, dzięki czemu uzyskuje się koncen­traty jednorodne o wyrównanych parametrach jakościowych. Dzię­ki tak wysokiej dokładności można we wzbogacalnikach zawiesi-_nowych prowadzić wzbogacanie precyzyjne cennych kopalin uży­tecznych. Zasadniczym warunkiem wzbogacania precyzyjnego jest utrzymanie podczas przebiegu procesu stałej i niezmiennej gęstości cieczy przy zastosowaniu dokładnych automatycznych urządzeń do jej regulacji i automatycznego dozowania uzupełniających ilości obciążnika. Wzbogacanie precyzyjne może być prowadzone również w cieczach ciężkich właściwych.

Proces wzbogacania w cieczach zawiesinowych wymaga wpro­wadzenia dodatkowych operacji pomocniczych, związanych bezpo­średnio z tym rodzajem technologii wzbogacania; do operacji tych zalicza się:

– wyodrębnione obiegi cieczy zawiesinowej o gęstości roboczej i obiegi cieczy rozcieńczonej; przy wzbogacaniu trójproduktowym konieczne są dwa odrębne obiegi roboczej cieczy za­wiesinowej o różnych gęstościach cieczy oraz obieg cieczy rozcieńczonej;

– obieg odmulania i oczyszczania cieczy zawiesinowej;

– regenerację obciążnika i uzupełnianie strat obciążnika w obiegu roboczym;

– kontrolę i regulację gęstości cieczy roboczej.