Концентрационные столы

Обогащение в потоке воды, текущей по наклонной плоскости

Сепарация в безнапорном потоке жидкости малой толщины осуществляется на концентрационных столах, в шлюзах, на винтовых сепараторах, в струйных желобах и струйных концентраторах, в конусных сепараторах, в орбитальных шлюзах и др. аппаратах. Общим для них является то, что движение воды, увлекающей сепарируемые частицы, осуществляется на наклонных поверхностях под действием силы тяжести.

Перемещение сепарируемых зерен в таком потоке осуществляется в результате действия следующих сил: силы тяжести G и ее тангенциальной и нормальной составляющих, выталкивающей силы Архимеда FA, силы трения о твердую поверхность течения Ft, динамической силы взаимодействия с потоком Fd, имеющем по высоте распределение продольной скорости U(y) и силы, вызванной эффектом Магнуса при циркуляционном обтекании зерен FM.

Рис. 1. Схема сил, действующих на частицу в безнапорном потоке.

Если частица неподвижна, то набегающий поток жидкости вызовет появление силы давления, точка приложения которой и направление определяются распределением скорости потока и кривизной поверхности зерна.

Суперпозиция названных сил приводит к образованию момента сил, который вызывает вращение частиц в направлении движения потока. При вращении возникает подъемная сила, вызванная циркуляционным обтеканием частицы (сила Магнуса). Если сумма силы Магнуса, силы Архимеда и вертикальных составляющих силы динамического воздействия потока и силы трения будут больше силы тяжести, то частица начнет подниматься. Но при отрыве от плоскости скольжения исчезнет сила трения и крутящий момент. По мере замедления вращения в вязкой жидкости сила Магнуса снижается, и частица опускается вниз. При восстановлении контакта с плоскостью вновь появляется сила трения и крутящий момент. Это приводит к повторению цикла подъема и последующего опускания частицы. Когда частица находится в отрыве от плоскости, она перемещается потоком жидкости вдоль плоскости. Таким образом, частицы, в зависимости от их крупности и плотности будут двигаться вдоль плоскости скачкообразно: менее плотные частицы будут совершать более длинные скачки, более плотные – короткие, либо будут скользить по плоскости.

Рис.2. Траектории движения частиц различной плотности в потоке воды на наклонной плоскости.

Таким образом, частицы с меньшей плотностью будут иметь большую среднюю скорость перемещения вдоль потока, и скорее покинут плоскость, тяжелые – меньшую и отстанут от легких.

Концентрационные столы

Обогащение на концентрационных столах происходит в тонком слое воды, текущем по слабонаклоненной плоскости (деке стола). Дека снабжена продольными рифлями, расположенными параллельно друг другу. Дека совершает асимметричные возвратно-поступательные движения в направлении, совпадающем с направлением рифлей (медленно вперед и быстро назад). Поток воды течет в направлении, перпендикулярном рифлям и направлению колебаний.

Рис.3. Схема сотрясательного концентрационного стола.

Частицы с малой плотностью взвешиваются потоком воды и преодолевают рифли, поэтому траектория их движения по деке такова, что они покидают ее пределы вначале, по ходу движения исходного продукта.

Частицы с большей плотностью имеют меньшую вероятность преодоления рифлей, поэтому они остаются в каналах, образованных рифлями и за счет колебаний деки продвигаются вдоль них, покидая деку в месте окончания рифлей. Таким образом, по периметру деки стола образуется веер сходящих частиц различной плотности. Задача получения продуктов сепарации нужного качества в таком случае заключается в установке делителей этого веера.

Плотность разделения материала на концентрационном столе определяется его подачей и фракционным составом, расходом смывной воды, углом наклона деки, ее амплитудой и частотой колебаний.

Поперечный угол наклона деки определяет скорость смывного потока воды. При обогащении мелкого материала он составляет 1,5…2,50, для грубозернистого он возрастает до 4…80.