Gravitatsiya usulida boyitishning nazariy asoslari Gravitatsiyali boyitish

Gravitatsiya usulida boyitishning nazariy asoslari


Gravitatsiyali boyitish – bu ajraladigan komponentlar zichliklari farqiga asoslangan boyitish usulidir. Gravitatsiyali boyitish uchun dastlabki xomashyo zichligi bo`yichaadigan qattiq zarralarning mexanik aralashmasi hisoblanadi.
Gravitatsiyali boyitish jarayonlari – zichligi, o`lchami va shakli bilan farq qiladigan mineral zarralarning ajralishi og’irlik kuchi va ajralish muhitining qarshilik kuchi ta`siri ostida muhitda ularning harakati xususiyati va tezligidagi tafovut bilan yuzaga kelgan. Ajralish muhiti sifatida suvdan, havodan, og’ir suspenziya va suyuqlikdan foydalaniladi.
Gravitatsiya jarayonlari murakkab ko`p komponentli va ko`p fazali muallaq zarralarda amalga oshiriladi. Donalarning qatlamlanishiga quyidagi ajralish belgilarining bittasi bilan erishiladi: ajralish muhitining reologik o`lchamlari; suyuqlikning pulslanuvchi oqimida zarralar harakatlanishi tezligi; qiya tekislikda suvning yupqa qatlamida zarralar harakatlanishi tezligi va b.
Barcha gravitatsiya jarayonlari umuman ajralib turadigan ikkita toifaga bo`linadi: gidrostatik va gidrodinamik.
Amalga oshirilish usuli bo`yicha gravitatsiya jarayonlari quyidagi tarzda tasniflanadi: bo`tana hajmida amalga oshiriladigan (og’ir muallaq zarralarda boyitish, cho`ktirish, gidravlik tasnif, quyiltirish), qalinligi kam muallaq zarralar eltuvchi oqimda (konsentratsiya stollarida, shlyuzlarda, novlarda va konusli separatorlarda boyitish), markazdan qochirma maydonda (vintli separatorlarda va markazdan qochirma konsentratorlarda boyitish), pnevmatik boyitish jarayonlari (pnevmatik separatorlarda va pnevmatik cho`ktirish mashinalarida boyitish).
Magnitogidrodinamik (MGD) va magnitogidrostatik (MGS) separatsiyalar aralash jarayonlar hisoblanadi. MGS jarayonida ajralish muhiti og’irlashishini paramagnit tuzlar eritmalariga (MnCl<sub>2</sub>, CaCl<sub>2</sub> ) ta`sir qiladigan bir xil (bir jinsli) bo`lmagan magnit maydoni keltirib chiqaradi. MGD jarayonda ajralish muhiti og’irlashishiga (elektrolitga) magnit maydoniga joylashtirilgan elektrolit orqali tok o`tkazishda yuzaga keladigan kuchlar hisobiga erishiladi. Og’ir muallaq zarralardagi boyitish bilan taqqoslaganda, ushbu jarayonlardagi ajralish ta`sirchanligi keskin oshadi, chunki elektrolit qovushqoqligi og’ir suspenziya qovushqoqligidan past.
Gravitatsiyali boyitish jarayonlari yirikligining yuqori chegarasi 500 mm.gacha va pastkisi 0,074 gacha bo`lgan qattiq foydali qazilmalarning barcha turlarini qayta ishlash amaliyotida keng tarqalishga egadir.
Gravitatsiyali boyitishda zarralarning ajralishi, odatda, qattiqlarning yetarlicha ko`p miqdorli harakatlanuvchi muhitda sodir bo`ladi.
Boyitiladigan material zarralarini (donalarini) ko`chirish quyidagilar ta`siri ostida ro`y beradi:
og’irlik kuchi (zarra og’irligi)

ko`tarish kuchi (Arximed kuchi)

muhitning gidrodinamik qarshilik kuchlari:

laminar harakatlanishda (qovushqoqli qarshilik)

girdobli (turbulent) harakatlanishda (yon tomondan (shaklli) qarshilik)

girdobli (turbulent) bosim kuchlari

diffuziyali massa ko`chirish kuchlari

bunda, d – boyitiladigan material zarrasi diametri;

ρ₃ , ρ_s – zarra va muhit (muallaq zarralar) zichligi; kg/m³;
g – erkin tushish tezlanishi, kg/m²;
μ – muhitning dinamik elimshakligi, Pa·s;
- zarra harakatining o`rtalashtirilgan tezligi, m/s;
ψ – Re kriteriya funksiyasi hisoblanadigan o`lchovsiz koeffitsient;
υ(t) –zarrra harakatining lahzalik tezligi, m/s;
– mos ravishda o`rtalashtirilgan, eng yuqori va eng kam muallaq zarralar oqimi tezligi, m/s;
L – girdobning o`ziga xos o`lchami (L=d<sub>max</sub>);
K – girdobli qovushqoqlik tenglamasidagi koeffitsient (K=1);
h<sub>max</sub>– ko`chmas girdobning eng yuqori o`lchami, m.
Tinch bo`lgan yoki tezlanishsiz bir tekis harakatlanadigan muhitdagi zarralarni ko`chirishda, ya`ni, inertsiya kuchi bo`lmaganda, bir tomondan og’irlik kuchi va ko`tarish kuchi, boshqa tomondan muhitning gidrodinamik qarshilik kuchi tafovuti yuz beradi. Bu holatda yuqorida keltirilgan tenglamalardan zarraning erkin tushishi oxirgi tezligining ma`lum bo`lgan formulalari olinadi:
laminar tartib uchun

girdobli (turbulent) tartib uchun

Har qanday gravitatsiyali mashinada suyuqlikdagi mineral zarralarning muallaq zarralarini, taxminan, beqaror muvozanatdagi og’irlik kuchi maydonida joylashgan jismlarning mexanik tizimi sifatida qabul qilish mumkin. Bunday tizim potensial energiyaga ega, uning kattaligi (miqdori) turli zichlikdagi zarralar bir tekis taqsimlanishi sharoitida muallaq zarralar balandligi bo`yicha quyidagi ifoda bilan aniqlanadi

bunda, s – ajralish sodir bo`ladigan kameraning gorizontal kesimi maydoni; σ = (1-m) (ρ<sub>t</sub> –ρ<sub>j</sub>) - muallaq zarralarning nisbiy zichligi; m- muallaq zarralarni yumshatish koeffitsienti (muallaq zarralardagi suyuqlikning hajmiy miqdori); ρ<sub>t</sub> , ρ<sub>j</sub> - mos ravishda qattiq zarralar (o`rtacha o`lchangan) va suyuqlik zichligi; H₀ - muallaq zarralar balandligi.

Muallaq zarralar, Drixle qoidasiga muvofiq, potensial energiyaning kalingi sharoitida erishiladigan barqaror muvozanat holatini egallashga intiladi. Qatlamlarda muallaq zarralar ajralishi bu sharoitga javob beradi, qaysiki past qatlamlarda ko`pincha zichligi yuqori zarralar, yuqorilarida esa zichligi kam zarralar to`planadi.
To`liq ajralish natijasida ikkita zichlanish zarralarining muallaq zarralari potensial energiyasi o`zgarishi quyidagicha bo`ladi (51-rasm)

bunda, σ, σ₁ va σ₂ - mos ravishda barcha muallaq zarralarning ajralishgacha va uning qismlarining ajralishdan so`nggi nisbiy zichligi.

Zarralarning ajralishida tizim energiyasi kamayadi (ΔE > 0). Unda ajralishgacha va ajralishdan so`ng aralashma zarralari hajmi va massasining doimiyligida (6.10) tenglikdan gravitatsiya maydonidagi ikkita zichlanish zarralari muallaq zarralari ajralishining quyidagi sharoiti hosil bo`ladi:





1-Rasm. Aralashmaning ajralishgacha (a) va ajralishdan so`nggi (b) og’ir va yengil zarralari taqsimlanishi:
H₀ - ajralishgacha qatlam balandligi; H₁ va H₂ - mos ravishda og’ir va yengil zarralar qatlami balandligi

bunda

Agar ajralishda muallaq zarralarning umumiy balandligi o`zgarmasa

(H₀= H₁ + H₂), unda K=1 va tengsizlik quyidagi ko`rinishga ega bo`ladi:

σ₁ > σ₂ .

Shunday qilib, zichlik farqi (doimiy o`lchamlarda) yoki zarralar o`lchamlari (doimiy zichliklarda) oshishi bilan ularning ajralishi yaxshilanishi lozim, bu boyitish amaliyoti bilan tasdiqlanadi.

Keltirilgan o`zaro nisbatlar gravitatsiya maydonida zarralar ajralishining energetik nazariyasiga kiradi. Ular faqat ajralishning umumiy qoidalarini belgilaydi va gravitatsiya uskunalarida zarralar ajralishining aniq mexanizmini ko`rib chiqadi.