ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3. ΜΕΘΟΔΟΙ ΕΜΠΛΟΥΤΙΣΜΟΥ 3.1. Γενικά Μέθοδος εμπλουτισμού λέγεται η διεργασία η οποία εφαρμόζεται με σκοπό την εκμετάλλευση της φυσικής ή τεχνητής διαφοράς στις ιδιότητες του χρήσιμου συστατικού και του στείρου ενός μεταλλεύματος ή ορυκτού για το μεταξύ τους διαχωρισμό. Για να εφαρμοστεί μια μέθοδος εμπλουτισμού πρέπει από τη μια μεριά να έχει επέλθει αποδέσμευση του μεταλλεύματος από το στείρο και από την άλλη να έχει εξευρεθεί η φυσική ή επιβληθεί η τεχνητή διαφορά στις μεταξύ τους ιδιότητες. Το κριτήριο της δυνατότητας εφαρμογής του εμπλουτισμού υπαγορεύεται μόνο από την οικονομική ωφέλεια, δηλαδή από το κόστος εμπλουτισμού. Μια μέθοδος εμπλουτισμού είναι εφαρμόσιμη στην πράξη αν συνεπάγεται μια οικονομική τάξη μεγέθους στο κόστος. Η εξέταση της εφαρμογής μιας μεθόδου εμπλουτισμού είναι αναπόσπαστη με τη διερεύνηση των οικονομικών περιθωρίων αυτής. Στον Πίνακα που ακολουθεί δίνονται οι μέθοδοι εμπλουτισμού σε συνάρτηση με τις ιδιότητες εκμετάλλευσης, με το μέγεθος των τεμαχίων της τροφοδοσίας των αντίστοιχων μηχανών και τις εφαρμογές.

Εκμεταλλευόμενη διαφορά ιδιοτήτων Πίνακας 1. Βασικές ιδιότητες για τον εμπλουτισμό μεταλλευμάτων ή ορυκτών σε συνάρτηση με τις αντίστοιχες μεθόδους, το μέγεθος τεμαχίων τροφοδοσίας, τις μηχανές και τις εφαρμογές. Ομάδα Εκμεταλλευόμενη διαφορά ιδιοτήτων Μέθοδος εμπλουτισμού Μέγεθος τεμαχίων (mm) Μηχανή εμπλουτισμού Εφαρμογή Α Διαφορική συνεκτικότητα ή ευθραυστότητα Διαφορική θραύση, υδροαυτοκαθαρισμός, έκπλυση 300-2 Κυλινδρικοί και σκαφοειδείς τύποι υδροαυτοκαθαριστών Μεταλλεύματα πηλούχου πυρολουσίτη, βωξίτη, φωσφορίτη κ.α. Β Χρώμα, λάμψη, σχήμα (φωσφορισμός) Χειροδιαλογή, οπτικός διαχωρισμός 200-30 200-6 Ταινίες, τράπεζες, οπτικοί διαχωριστές Μεταλλεύματα σιδήρου, χρωμιτών, μαγνησίτη, μαρμαρυγία κ.α. Γ Ειδικό Βάρος Βαρυτομετρικές μέθοδοι, υδρομηχανικός εμπλουτισμός, αερομηχανικός εμπλουτισμός, βαριά διάμεσα 30-0,2 Υδροσυγκεντρωτές, παλλόμενες τράπεζες, αεροσυγκεντρωτές, μηχανές βαρέων διαμέσων Μεταλλεύματα χρωμίτη, μαγνησίτη, μαγγανίου, κασσιτερίτη, βολφραμίτη, ιλμενίτη κ.α. Δ Ιονισμός, επιφανειακή ενέργεια προσρόφησης κ.λ.π. Επίπλευση, κροκίδωση-διασπορά 0,8-0,01 0,5-0,001 Κυψέλες επίπλευσης, πυκνωτές κ.λ.π. Μεταλλεύματα μικτών θειούχων, χαλκού, μολυβδαινίτη, αντιμονίτη, μαγνησίτη, βαρύτη, αστρίων κ.α. Ε Μαγνητικότητα Μαγνητικός διαχωρισμός (ξηρός-υγρός) 200-1 10-0,01 Μαγνητικοί διαχωριστές διαφόρων τύπων και εντάσεων Μεταλλεύματα σιδήρου, χρωμίτου, μαγνητικών άμμων κ.α. Ζ Ηλεκτρική αγωγιμότητα Ηλεκτροστατικός διαχωρισμός 2-0,1 Ηλεκτροστατικοί διαχωριστές, ηλεκτροστατικοί κονιοσυλλέκτες Μεταλλεύματα αστρίων, μαγνησίτη κ.α., συλλογή κόνεων (σκόνη) Η Χημική αντίδραση, διαλυτότητα, εξαγωγή με διαλύτη, εναλλαγή ιόντων Εκχύλιση, εξαγωγή με διαλύτη, ιοντοεναλλαγή, κυάνωση κ.α. 5-0 Μηχανές εκχύλισης, εξαγωγής διαλύτου, κατακρήμνισης, αναμικτήρες πύκνωσης Μεταλλεύματα χαλκού, νικελίου, χρυσού, ουρανίου κ.α. Θ Ραδιενέργεια Ραδιενεργός διαχωρισμός 30-5 Διαχωριστής ραδιοηλεκτρικής αυτοσήμανσης Ραδιενεργά ορυκτά

3.2. Υδροαυτοκαθαρισμός και έκπλυση μεταλλευμάτων Ο υδροαυτοκαθαρισμός και η έκπλυση αποτελούν αυτοτελείς ή ενδιάμεσες επεξεργασίες στον εμπλουτισμό των μεταλλευμάτων ή ορυκτών. Στην πρώτη παράγεται τελικό συμπύκνωμα ενώ η δεύτερη αποτελεί απαραίτητη προεργασία για την παραπέρα εφαρμογή άλλης μεθόδου εμπλουτισμού. Με τον όρο «υδροαυτοκαθαρισμός» εννοείται η επεξεργασία στα μεταλλεύματα ή ορυκτά με την εφαρμογή ελαφρών σχετικά αλλά ικανών δυνάμεων για την αποσύνθεση υλικών χαλαρά συνδεδεμένων (κολλημένα) και με διαφορετική σκληρότητα και μέγεθος. Η επεξεργασία αυτή επιτυγχάνεται με την τριβή των μεγαλυτέρων και σκληρότερων τεμαχίων με τα μικρότερα ή μαλακότερα μέσα στο νερό, με περιστροφή ή ανάδευση ή ακόμη με την εκτόξευση νερού με πίεση. Με τον όρο «έκπλυση», εννοείται η πλύση μεταλλευμάτων με νερό η οποία διενεργείται για την απομάκρυνση αποκολλημένων υλικών από τον υδροαυτοκαθαρισμό ή ανεξάρτητα από αυτόν, όπως π.χ. της ιλύος (λάσπης), αργίλων κ.λπ. κολλοειδών υλικών, συνήθως χωρίς οικονομική σημασία. Συνήθως, οι παραπάνω 2 εργασίες είναι αλληλένδετες και βρίσκονται σε σειρά στο κύκλωμα επεξεργασίας. 3.2.1. Υδροαυτοκαθαρισμός Ο υδροαυτοκαθαρισμός εφαρμόζεται σε : Ο υδροαυτοκαθαρισμός πετυχαίνεται : Ανεξάρτητα από τον υδροαυτοκαθαρισμό που κύρια εφαρμόζεται για τον καθαρισμό των μεταλλευμάτων, μπορεί να χρησιμοποιηθεί και ξηρός αυτοκαθαρισμός, δηλαδή χωρίς την παρουσία νερού. 1. Υλικά που βρίσκονται χαλαρά συνδεδεμένα μεταξύ τους (κροκαλοπαγή, λατυποπαγή με αργιλικό ως συνδετικό υλικό) 2. Σκληρά τεμάχια καλυμμένα με στρώμα αργίλου, άλατος ή άλλου υλικού 1. Με εκτόξευση νερού υπό πίεση από ειδικούς εκτοξευτήρες (Κυλινδρικός υδροαυτοκαθαριστής Loro e Parisini) 2. Με ανάδευση και απόξεση του υλικού μέσα σε επιμήκη σκάφη (Πτερυγιοφόρος σκαφοειδής υδροαυτοκαθαριστής) 3. Με δόνηση του υλικού με νερό μέσα σε 2 κυλίνδρους, σχετικά μικρής διαμέτρου (Δονούμενος υδροαυτοκαθαριστής Dragon)

3.2.2. Έκπλυση Η έκπλυση (πλύσιμο) καταλήγει σε διαχωρισμό κατά μεγέθη, αφού τελικά τα μικρομερή τεμάχια απομακρύνονται με καταιονισμό νερού. Με την έκπλυση ακόμη, εξαιτίας της απομάκρυνσης των λεπτομερών ή της ιλύος κ.λπ., εξασφαλίζεται άνετη λειτουργία των μηχανών θραύσης γιατί αποφεύγονται οι εμφράξεις (φρακαρίσματα) ή άλλες κυκλωματικές ανωμαλίες. Η έκπλυση πετυχαίνεται με καταιονισμό νερού πάνω στο μετάλλευμα ή ορυκτό κατά τη ροή του σε διάτρητη επιφάνεια, δηλαδή κατά τη διάρκεια της κοσκίνισης. Επίσης, έκπλυση των μεταλλευμάτων πετυχαίνεται με εκτόξευση νερού με πίεση στο σημείο τροφοδοσίας του υλικού αλλά στην περίπτωση αυτή η κατανάλωση του νερού είναι μεγαλύτερη. 3.3. Χειροδιαλογή Η χειροδιαλογή ή απλά διαλογή θεωρείται μια από τις παλαιότερες μεθόδους εμπλουτισμού μεταλλευμάτων ή ορυκτών. Αποτελεί μέθοδο διαχωρισμού δύο ή περισσότερων μεταλλευμάτων με τα χέρια να καθοδηγούνται από τα χαρακτηριστικά εκείνα που γίνονται αντιληπτά με τα μάτια. Τα χαρακτηριστικά είναι το χρώμα, η λάμψη, η διαφάνεια και η μορφή. Σε ορισμένες περιπτώσεις η χειροδιαλογή αποτελεί ακόμη και σήμερα τη μόνη μέθοδο διαχωρισμού μεταλλεύματος ή ορυκτού από το στείρο. Για να εφαρμοστεί με επιτυχία απαιτείται αποδέσμευση σε χονδρά τεμάχια. 3.4. Ηλεκτρομηχανικοί διαλογείς 3.4.1. Οπτική – Ηλεκτρομηχανική διαλογή Ο οπτικός διαχωρισμός με υπεριώδεις ακτίνες και ειδικές μηχανές εφαρμόζεται για τον εμπλουτισμό άμμου με διαμάντια. 3.4.2. Φωτομετρικός διαλογέας με ακτίνες laser Η μηχανή έχει χρησιμοποιηθεί για το διαχωρισμό χρυσοφόρων τεμαχίων, αμιάντου, μαγνησίτη, βολφραμίτη, χρωμίτη, ιλμενίτη και ασβεστόλιθου.

Αρχή εμπλουτισμού μεταλλευμάτων σε αιώρημα με βαριά διάμεσα 3.5. Πραγματικές βαρυτομετρικές μέθοδοι εμπλουτισμού 3.5.1. Γενικές αρχές μεθόδου βαρέων διαμέσων Η μέθοδος των βαριών διαμέσων είναι μια πραγματική βαρυτομετρική επεξεργασία η οποία με τη δημιουργία ενδιάμεσου ειδικού βάρους, διαχωρίζει μεταλλεύματα ή ορυκτά από το στείρο ή μεταξύ τους με διαφορά ειδικού βάρους 0,1. Ο διαχωρισμός επιτυγχάνεται με διοχέτευση της τροφοδοσίας μέσα σε υγρό ενδιάμεσου (μεταξύ μεταλλεύματος και στείρου) ειδικού βάρους οπότε το ελαφρότερο επιπλέει και το βαρύτερο βυθίζεται. Η αρχή του διαχωρισμού δείχνεται στο Σχήμα που ακολουθεί. Σχήμα 7. Αρχή εμπλουτισμού μεταλλευμάτων σε αιώρημα με βαριά διάμεσα Η μέθοδος των βαριών διαμέσων μπορεί να εφαρμοστεί γενικά με οποιοδήποτε μετάλλευμα ή ορυκτό του οποίου η αποδέσμευση επιτεύχθηκε σε χονδρομερή τεμάχια και η διαφορά ειδικών βαρών είναι τουλάχιστον της τάξης του 0,1. Το ειδικό βάρος 3,8 αποτελεί το όριο εφαρμογής διαχωρισμού με βαριά διάμεσα. Η παρασκευή του αιωρήματος επιτυγχάνεται με την προσθήκη πολύ μικρομερών τεμαχιδίων από βαριά διάμεσα μέσα σε υγρό (π.χ. σε νερό) με συνεχή ανάδευση μέχρις ότου να επιτευχθεί το επιζητούμενο ειδικό βάρος. Έτσι, δημιουργείται ένα αιώρημα βαριών διαμέσων του οποίου οι ιδιότητες επιδρούν ουσιαστικά στον εμπλουτισμό που εκτελείται μέσα σ’ αυτόν. Η αύξηση της συγκέντρωσης των βαριών διαμέσων επιφέρει αύξηση του φαινόμενου ειδικού βάρους και του ιξώδους του αιωρήματος. Στην πράξη, εφαρμόζεται μηχανική ανάδευση για τη διατήρηση των βαριών διαμέσων σε αιώρηση και σε εργάσιμο ιξώδες στο αντίστοιχο ειδικό βάρος. Η οικονομική και σχεδόν ολοκληρωτική ανάκτηση των Β. Δ. που παρασύρονται με τα διαχωριζόμενα προϊόντα για επαναχρησιμοποίηση αποτέλεσε τη βασική προϋπόθεση της βιομηχανικής ανάπτυξης της μεθόδου και την επιβολή της εφαρμογής στην πράξη.

Χρησιμοποιούμενα βαριά διάμεσα Στον Πίνακα που ακολουθεί δίνονται τα κυριότερα σε χρήση βαριά διάμεσα, το πραγματικό ειδικό τους βάρος, το μέγιστο φαινόμενο ειδικό βάρος που πετυχαίνουν στο αιώρημα και η μέθοδος ανάκτησης. Πίνακας 2. Χρησιμοποιούμενα βαριά διάμεσα ΒΑΡΥ ΔΙΑΜΕΣΟ ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΟ ΕΙΔΙΚΟ ΒΑΡΟΣ ΜΕΓΙΣΤΟ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ ΕΙΔΙΚΟ ΒΑΡΟΣ ΑΙΩΡΗΜΑΤΟΣ ΜΕΘΟΔΟΣ ΑΝΑΚΤΗΣΗΣ ΒΑΡΥΤΗΣ 4,4-4,5 2,05 ΜΕ ΠΥΚΝΩΣΗ ΣΙΔΗΡΟΠΥΡΙΤΗΣ 5,0-5,2 2,38 ΜΕ ΕΠΙΠΛΕΥΣΗ ΜΑΓΝΗΣΙΤΗΣ ΜΕ ΜΑΓΝΗΤΙΚΟ ΔΙΑΧΩΡΙΣΜΟ ΣΙΔΗΡΟΠΥΡΙΤΙΟ ΑΠΟ ΑΛΕΣΗ 6,7 3,2 ΣΙΔΗΡΟΠΥΡΙΤΙΟ ΑΠΟ ΕΚΤΟΞΕΥΣΗ 3,8 ΓΑΛΗΝΙΤΗΣ 7,0-7,6 2,75 ΜΟΛΥΒΔΟΣ 11,3 6,2

3.5.2. Μηχανές βαριών διαμέσων σε στατικό αιώρημα Οι μηχανές των Β.Δ. κατατάσσονται σε δύο κύριες κατηγορίες ανάλογα με τον τρόπο διαχωρισμού. Η πρώτη κατηγορία περιλαμβάνει τους κώνους, τους κυλίνδρους ή τύμπανα και τις επιμήκεις ή σκαφοειδείς μηχανές. Οι μηχανές αυτές πραγματοποιούν το στατικό διαχωρισμό, δηλαδή το διαχωρισμό μέσα σε σχετικά ήρεμο αιώρημα. Η δεύτερη κατηγορία περιλαμβάνει τους κυκλώνες και κυκλωνικούς κυλίνδρους και πετυχαίνει το δυναμικό διαχωρισμό, δηλαδή το διαχωρισμό μέσα σε στροβιλιζόμενο (δυναμικό) αιώρημα. Σήμερα η δυνατότητα εφαρμογής της μεθόδου των Β.Δ. εξετάζεται σχεδόν σε όλες τις περιπτώσεις εμπλουτισμού μεταλλευμάτων ή ορυκτών, αρκεί να υπάρχει μια μικρή διαφορά ειδικών βαρών και η αποδέσμευση να μην απαιτεί μικρομερή τεμάχια. Εξετάζεται ακόμη η εφαρμογή της όταν σε χονδρομερή τεμάχια αποδεσμεύεται το στείρο για προεμπλουτισμό του μεταλλεύματος ή του ορυκτού. Η εξέταση αυτή επιβάλλεται γιατί η μέθοδος διακρίνεται από την απλότητα των κυκλωμάτων και μηχανών, το χαμηλό κόστος επεξεργασίας και το σχετικά μικρό κεφάλαιο επένδυσης. Ανεξάρτητα από αυτά η μέθοδος παρουσιάζει τα παρακάτω πλεονεκτήματα : 1. Ικανότητα διαχωρισμού σε οποιοδήποτε προϋπολογιζόμενο ειδικό βάρος αιωρήματος που κυμαίνεται μεταξύ 1,2 – 3,4 2. Το σχηματιζόμενο ειδικό βάρος του αιωρήματος παραμένει σταθερό καθ’ όλη τη διάρκεια του διαχωρισμού και σε όρια που κυμαίνονται μεταξύ του ±0,1 (ή και λιγότερο) αυτού 3. Το ειδικό βάρους του αιωρήματος μπορεί να μεταβληθεί σε οποιαδήποτε στιγμή και σε λίγα λεπτά όταν αυτό απαιτηθεί, εξαιτίας αλλαγής των χαρακτηριστικών της τροφοδοσίας 4. Ικανότητα επεξεργασίας όλων σχεδόν των διαστάσεων του μεταλλεύματος ή ορυκτού χωρίς την ανάγκη ταξινόμησης 5. Οι εγκαταστάσεις των βαριών διαμέσων μπορούν να διακόψουν ή να επαναρχίσουν τη λειτουργία τους χωρίς οικονομικές ή άλλες απώλειες 6. Τα χρησιμοποιούμενα Β.Δ. ανεξάρτητα της αξίας τους, είναι ανακτήσιμα και οι απώλειες κατά την επεξεργασία είναι μικρές (100-500gr/ton τροφοδοσίας) 7. Οι εγκαταστάσεις των βαριών διαμέσων έχουν χαμηλό κόστος λειτουργίας και συντήρησης 8. Οι μηχανές Β. Δ. έχουν μεγάλη δυναμικότητα και καταλαμβάνουν σχετικά μικρό χώρο 9. Το εργοστάσιο των Β. Δ. απαιτεί μικρό αρχικό κεφάλαιο σε σύγκριση με άλλη εγκατάσταση ίδιας δυναμικότητας και απόδοσης 10. Η χρησιμοποίηση σιδηρούχων διαμέσων εξασφαλίζει υψηλά ειδικά βάρη αιωρήματος και ευχερή ανάκτηση με μικρές απώλειες

Σχεδίαση και αρχή λειτουργίας τρίροου διαχωριστή Β.Δ. 3.5.3. Βαριά διάμεσα σε δυναμικά αιωρήματα Πέρα από τον κλασικό κυκλώμα, έχουν αναπτυχθεί και άλλα συστήματα δυναμικού διαχωρισμού με Β.Δ. σε ειδικά κυλινδρικά δοχεία με σχετικά μικρές διαστάσεις (σύστημα δυναμοστροβιλικού διαχωριστή). Τα τελευταία χρόνια αναπτύχθηκε και ο τρίροος διαχωριστής που αποτελεί μια εύλογη εξέλιξη του δυναμοστροβιλικού διαχωριστή. Ο τρίροος διαχωριστής παράγει 3 προϊόντα με 2 στάδια διαχωρισμού. Σχήμα 8. Σχεδίαση και αρχή λειτουργίας τρίροου διαχωριστή Β.Δ. Γενικά ο κυκλωνισμός του αιωρήματος των βαριών διαμέσων επιφέρει μια μικρή διαφορά στην πυκνότητα μεταξύ υπερχείλισης και απορροής. Η πυκνότητα της απορροής (ειδικό βάρος) είναι κατά 0,2 – 0,3 μεγαλύτερη της υπερχείλισης. Η διαφορά αυτή οφείλεται στην φυγοκέντριση μέρους των βαριών διαμέσων προς την απορροή με αποτέλεσμα την αύξηση του ειδικού βάρους της. Είναι συνάρτηση του ιξώδους και αφού διατηρείται σε χαμηλά επίπεδα δεν επηρεάζει τον διαχωρισμό.

3.5.4. Στάδια επεξεργασίας με βαριά διάμεσα Τα βασικά στάδια διαχωρισμού μεταλλευμάτων ή ορυκτών σε μια εγκατάσταση Β.Δ. είναι : 3.5.5. Εφαρμογές βαριών διαμέσων Η μέθοδος των Β.Δ. εφαρμόζεται κύρια όταν το προς διαχωρισμό μετάλλευμα ή ορυκτό βρίσκεται αναμεμειγμένο με το στείρο εξαιτίας καθολικής εξόρυξης ή όταν αποδεσμεύεται με απλή θραύση. Επίσης, εφαρμόζεται όταν ζητείται προεμπλουτισμός του μεταλλεύματος ή του ορυκτού, δηλαδή απευθείας απομάκρυνση στείρου και περαιτέρω επεξεργασία του προσυμπυκνώματος. Η κοκκομετρική σύνθεση της τροφοδοσίας για τις μηχανές των Β.Δ. κυμαίνεται μέσα σε μεγάλα όρια και δεν απαιτείται ταξινόμηση ή ομάδες μεγεθών. Το ανώτερο όριο μεγέθους είναι περίπου 200 mm ενώ το κατώτερο φθάνει τα 0,5 mm. Για μεγάλες διαφορές ειδικών βαρών χρησιμοποιούνται οι στατικές μηχανές Β.Δ. και μέχρι μεγέθους τεμαχίων 2 mm ενώ για μικρές διαφορές το όριό τους ανέρχεται σε 5 mm. Αν η αποδέσμευση απαιτεί τεμάχια –30 mm και η διαφορά των ειδικών βαρών είναι σχετικά μικρή τότε χρησιμοποιούνται οι δυναμικές μηχανές βαριών διαμέσων μέχρι μεγέθους τεμαχίων 1 mm. Στην Ελλάδα, έχουν εφαρμοστεί με επιτυχία για τον προεμπλουτισμό του μαγνησίτη (Μαντούδι Εύβοιας) κυκλώνες και τύμπανο, του χρωμίτη τύμπανο και τρίροος (Σκούμτσα Κοζάνης) και για τον εμπλουτισμό βωξίτη (Μάντρα Ελευσίνας και Ιτέα) τύμπανα. 1. Προπαρασκευή της τροφοδοσίας η οποία κύρια συνίσταται στην απομάκρυνση των μικρών τεμαχίων με έκπλυση και κοσκίνιση. 2. Παρασκευή του αιωρήματος των Β.Δ. που γίνεται με συνεχή ανάδευση κατά την προσθήκη της υπολογισμένης ποσότητας των Β.Δ. για την επίτευξη του επιθυμητού ειδικού βάρους του αιωρήματος (προστίθεται και η απαιτούμενη ποσότητα μπεντονίτη -αν απαιτείται- για τη σταθεροποίηση του αιωρήματος). 3. Διοχέτευση της προπαρασκευασμένης τροφοδοσίας (έκπλυση – απομάκρυνση ψιλών) στο αιώρημα των Β.Δ. στο οποίο εκτελείται ο διαχωρισμός, δηλαδή τα ελαφρά επιπλέουν ενώ τα βαριά βυθίζονται. Αμφότερα απομακρύνονται από τη μηχανή με κατάλληλο μηχανισμό ή αντλητικό σύστημα. 4. Απομάκρυνση των Β.Δ. από τα διαχωρισμένα προϊόντα για άμεση επαναχρησιμοποίηση. Στο στάδιο αυτό τα Β. Δ. απομακρύνονται με αποστράγγιση από τα διαχωρισθέντα προϊόντα αμέσως μετά από την απομάκρυνση από τη μηχανή. Η αποστράγγιση γίνεται με διέλευση των προϊόντων (σε ξεχωριστά διαμερίσματα) πάνω σε οριζόντια κόσκινα με σχάρες (σχισμές) διακένων 1-0,8 mm. 5. Έκπλυση των διαχωρισμένων προϊόντων με άφθονο νερό με καταιονισμό για την απομάκρυνση των υπολειμμάτων των Β.Δ. 6. Καθαρισμός και ανάκτηση των Β.Δ. προς ανακυκλοφορία. Η εργασία αυτή διενεργείται με κατάλληλα μηχανήματα διαχωρισμού, ανάλογα με τη φύση των Β.Δ. όπως επίπλευση αν ως Β.Δ. χρησιμοποιείται γαληνίτης ή μαγνητικό διαχωρισμό αν το Β.Δ. είναι μαγνητίτης ή σιδηροπυρίτιο.

3.6. Μηχανικές βαρυτομετρικές μέθοδοι εμπλουτισμού 3.6.1. Βασικές αρχές και μηχανισμός λειτουργίας Ο μηχανικός βαρυτομετρικός εμπλουτισμός αποτελεί γενικό όρο με τον οποίο ορίζεται ο διαχωρισμός τεμαχίων από δυνάμεις που εξαρτώνται κατά σειρά σημασίας από το ειδικό βάρος, το μέγεθος και το σχήμα τους. Οι δυνάμεις αυτές οι οποίες δημιουργούν τους παράγοντες για την επίτευξη βαρυτομετρικού διαχωρισμού είναι : Κύρια, ο διαχωρισμός των τεμαχίων σύμφωνα με το ειδικό βάρος επιτυγχάνεται με τον συγκερασμό των συνθηκών της : Ταξινόμησης - Διαφορικής επιτάχυνσης - Παρεμποδιζόμενης καταβύθισης - Μικρομερούς διείσδυσης Η ταξινόμηση διαπραγματεύεται το διαχωρισμό τεμαχίων κατά μεγέθη αλλά οι αρχές που τη διέπουν επιδρούν και στην υδροσυγκέντρωση, δηλαδή στο διαχωρισμό των τεμαχίων σύμφωνα με το ειδικό βάρος. Όταν 2 τεμάχια με διαφορετικά ειδικά βάρη αλλά του ίδιου χρόνου καταβύθισης σε ελεύθερες συνθήκες, δηλαδή καταβυθιστικά ισοδύναμα, αφήνονται να καταβυθιστούν χωριστά μέσα σε 2 αγωγούς με περιορισμένη διατομή και ο στενότερος αγωγός έχει διάμετρο περίπου ίση με τη διάμετρο του τεμαχίου, τότε το βαρύτερο καταβυθίζεται ταχύτερα από το ελαφρότερο. Το φαινόμενο αυτό λέγεται παρεμποδιζόμενη καταβύθιση. Όταν τεμάχια με διαφορετικό μέγεθος, του αυτού ή μη ειδικού βάρους διανύουν άνισες αποστάσεις κατά την περίοδο της καταβύθισης ηρεμούν σε διαφορετικές στιγμές. Το φαινόμενο αυτό λέγεται μικρομερής διείσδυση. 1. Η δύναμη της βαρύτητας η οποία επιδρά σε κάθε τεμάχιο και είναι ανάλογη με τη μάζα του 2. Η δύναμη της άνωσης του υγρού (νερού) 3. Η σύνθετη δύναμη αντιστάσεων που προέρχεται από τη σχετική κίνηση των τεμαχίων στο νερό, την αλληλεπίδραση των γειτονικών και τη δημιουργούμενη δίνη μεταξύ τους

Επεξεργαζόμενο μέγεθος (mm) Με τις μηχανές του βαρυτομετρικού εμπλουτισμού επιδιώκεται η περιοδική ή εναλλακτική χαλάρωση και σύμπτυξη του στρώματος των τεμαχίων, η διατήρηση αιωρήματος υψηλής πυκνότητας και ελεύθερης κινητικότητας ανακατάταξης, δηλαδή συνθήκες συγκεντρωτικότητας και η διεισδυτικότητα των μικρομερών. 3.6.2. Υδρομηχανικός εμπλουτισμός-υδροσυγκέντρωση Ο υδρομηχανικός εμπλουτισμός αποτελεί μέρος των μηχανικών βαρυτομετρικών μεθόδων. Πραγματεύεται το διαχωρισμό κατά ειδικό βάρος μεταλλευμάτων ή ορυκτών μέσα στο νερό. Οι συνθήκες του υδρομηχανικού διαχωρισμού, όπως αναπτύχθηκαν, δηλαδή η παρεμποδιζόμενη καταβύθιση, η δράση της ταξινόμησης, η διαφορική επιτάχυνση στην αρχή της καταβύθισης, η μικρομερής διείσδυση στο τέλος της και η τοπική φαινομενική αύξηση του ειδικού βάρους του μέσου, πραγματοποιούνται μέσα στις διάφορες μηχανές του υδρομηχανικού εμπλουτισμού. Οι μηχανές αποτελούν το μέσο για να επιτευχθούν οι ιδανικές συνθήκες διαχωρισμού των τεμαχίων σύμφωνα με τα ειδικά βάρη τους. Η μηχανική κίνηση και η ροή του νερού, κατάλληλα ρυθμιζόμενες, φέρνουν το αποτέλεσμα του διαχωρισμού του μεταλλεύματος ή του ορυκτού από το στείρο. Για να περιοριστεί η αδράνεια των καταβυθιστικά ισοδύναμων τεμαχίων και η δράση της ταξινόμησης, επιδιώκεται η αυστηρή κατά μεγέθη ταξινόμηση των τεμαχίων της τροφοδοσίας της μηχανής εμπλουτισμού. Η προσπάθεια επεξεργασίας κάθε κοκκομετρικού κλάσματος ξεχωριστά δημιούργησε τις αντίστοιχες μηχανές εμπλουτισμού οι κυριότερες από τις οποίες ανήκουν σε κατηγορίες, σύμφωνα με το μέγεθος των τεμαχίων που επεξεργάζονται. Πίνακας 3. Μηχανές υδρομηχανικού εμπλουτισμού α/α Ονομασία Μηχανής Επεξεργαζόμενο μέγεθος (mm) 1 Υδροσυγκεντρωτές 25-1 2 Κινούμενοι ιμάντες, κυκλικές τράπεζες 1-0,2 3 Παλλόμενες τράπεζες ή τράπεζες 5-0,05 4 Σπειροειδής συγκεντρωτής 4-0,07 5 Κυκλώνας 0,5-0,0

Υδροσυγκεντρωτές παλλόμενης σχάρας – νερό σε ηρεμία Οι υδροσυγκεντρωτές είναι ειδικά μηχανήματα μέσα στα οποία πετυχαίνεται η στρωμάτωση των τεμαχίων του μεταλλεύματος σύμφωνα με το ειδικό βάρος τους, με την περιοδική κίνηση του υγρού και των τεμαχίων ώστε να εξασφαλιστούν και να επιδράσουν οι συνθήκες του βαρυτομετρικού διαχωρισμού. Tα χαρακτηριστικά λειτουργίας και σχεδίασης των υδροσυγκεντρωτών είναι: Οι υδροσυγκεντρωτές διαιρούνται σε 5 κύριες κατηγορίες, ανάλογα με τον τρόπο κίνησης του νερού και των τεμαχίων : 1. Υδροσυγκεντρωτές σταθερής σχάρας – κίνηση νερού με έμβολο ή με διάφραγμα 2. Υδροσυγκεντρωτές σταθερής σχάρας – κίνηση νερού με περιοδική αυξομείωση της παροχής 3. Υδροσυγκεντρωτές σταθερής σχάρας – κίνηση νερού με διάφραγμα με ταυτόχρονη ρύθμιση της περιοδικής παροχής του 4. Υδροσυγκεντρωτές σταθερής σχάρας με συνδυασμό μικροδονήσεων και παλμικών κινήσεων από διάφραγμα 5. Υδροσυγκεντρωτές παλλόμενης σχάρας – νερό σε ηρεμία 3.6.3. Εφαρμογές υδροσυγκεντρωτών Οι υδροσυγκεντρωτές χρησιμοποιούνται κύρια στον εμπλουτισμό χονδρομερών τεμαχίων. Στα μεταλλεύματα και βιομηχανικά ορυκτά το μέγεθος των τεμαχίων της τροφοδοσίας μπορεί να φθάσει μέχρι 25 mm ή ακόμη 30 mm ενώ για τους λιθάνθρακες έχουν αναφερθεί μεγέθη τεμαχίων μέχρι 100-125 mm. Από την άλλη, με τους υδροσυγκεντρωτές εμπλουτίζονται τεμάχια μεταλλεύματος μέχρι 0,8 mm και λιθανθράκων μέχρι 3 mm. 1. Δημιουργία κατάλληλου κύκλου παλμικής κίνησης με ευχέρεια ρύθμισης του εύρους και της μορφής πάλμωσης και της διάρκειας της περιόδου 2. Χρησιμοποίηση κατάλληλης βαλβίδας στην περίπτωση διαχωρισμού μέσα από τη σχάρα για να δημιουργηθούν καλύτερες στρωμάτωσης κατά ειδικά βάρη και ελέγχου της διέλευσης των τεμαχίων 3. Ταχεία αποκομιδή των προϊόντων διαχωρισμού και κίνηση των στρωματώσεων στο διαμέρισμα επεξεργασίας χωρίς να επηρεάζονται οι συνθήκες του βαρυτομετρικού διαχωρισμού 4. Επίδραση του ποσοστού των βαρύτερων προς τα ελαφρότερα στη σχεδίαση της μηχανής 5. Μεγαλύτερο μήκος παλμικής κίνησης και λιγότερες παλμώσεις ανά λεπτό με την αύξηση του μεγέθους των τεμαχίων και αντίστροφα 6. Αύξηση των παλμικών κινήσεων ανά λεπτό (συχνότητα) για μη αυστηρά κοκκομετρημένα τεμάχια, ώστε να διατίθεται ελάχιστος χρόνος καταβύθισης και αντίστροφα

Τροχιά και θέση τεμαχίων κατά τη ροή μεμβράνης νερού Εξακολουθούν να χρησιμοποιούνται στον καθαρισμό (εμπλουτισμό) των λιθανθράκων, εμπλουτισμό βιομηχανικών ορυκτών (βαρύτη κ.α.) καθώς και μεταλλευμάτων όπως χρωμίτης, πυρολουσίτης κ.α. Στα θειούχα μεταλλεύματα χρησιμοποιούνται μόνο για προεμπλουτισμό σε οποιαδήποτε περίπτωση που η αποδέσμευση του στείρου πετυχαίνεται σε σχετικά χονδρομερή τεμάχια (30-1 mm). 3.7. Ροή μεμβράνης νερού – Συγκέντρωση με τράπεζες 3.7.1. Βασικές αρχές και μηχανισμός λειτουργίας Η στρωτή ροή μεμβράνης νερού παρουσιάζει μηχανικές ιδιότητες οι οποίες δημιουργούν κατάλληλες συνθήκες διαχωρισμού μεταλλευμάτων και στείρων, σύμφωνα με το ειδικό βάρος τους. Η αξιόλογη αυτή ιδιότητα προέρχεται από τη διαφορά ταχύτητας του υγρού μεταξύ του πυθμένα και της επιφάνειας της μεμβράνης που ρέει. Η ταχύτητα είναι μηδενική στον πυθμένα και μέγιστη λίγο πιο κάτω από την επιφάνεια της μεμβράνης. Η διαφορά της ταχύτητας εξαρτάται και από το ιξώδες του υγρού (δηλαδή από την εσωτερική τριβή των νοητών λεπτών στρωμάτων κίνησης μέσα στη μεμβράνη του υγρού). Η απλούστερη μορφή συγκέντρωσης μεταλλεύματος από ροή μεμβράνης είναι η κεκλιμένη επίπεδη επιφάνεια, η καλούμενη «τράπεζα». Η συγκέντρωση μεταλλεύματος με την επίδραση της μεμβρανοειδούς ροής σε κεκλιμένο κατάστρωμα παρουσιάζει την παρακάτω κατανομή τεμαχίων, από το επάνω μέρος προς τα κάτω : 1. Βαριά μικρά τεμαχίδια 2. Βαριά μεγάλα τεμαχίδια και ελαφρά μικρά τεμαχίδια 3. Ελαφρά μεγάλα τεμαχίδια Σχήμα 9. Τροχιά και θέση τεμαχίων κατά τη ροή μεμβράνης νερού

Η συμπεριφορά των τεμαχίων σε κατάστρωμα ροής μεμβράνης νερού εξαρτάται από τους παρακάτω παράγοντες : 3.7.2. Απλές τράπεζες συγκέντρωσης Οι κυριότεροι τύποι από τις απλές μηχανικές τράπεζες συγκέντρωσης μικρομερών τεμαχίων μεταλλευμάτων είναι οι «κινούμενοι ιμάντες» και οι «κυκλικές περιστρεφόμενες τράπεζες». Αμφότερες οι μηχανές αυτές χρησιμοποιήθηκαν πολύ στο παρελθόν αλλά σχεδόν εγκαταλείφθηκαν ή αντικαταστάθηκαν από άλλες, αποδοτικότερες εξελιγμένες μορφές τους. 3.7.3. Παλλόμενες τράπεζες συγκέντρωσης Η τεχνολογική εξέλιξη των παλλόμενων με «ραβδώσεις» τραπεζών δημιούργησαν σταθμό στο βαρυτομετρικό εμπλουτισμό μικρομερών τεμαχίων μεταλλευμάτων. Η αύξηση της ικανότητας επεξεργασίας και της εκλεκτικότητας έδωσε μεγάλη ώθηση στις εφαρμογές οι οποίες συνεχίζουν μέχρι σήμερα να καλύπτουν σημαντικό πεδίο στις βαρυτομετρικές μεθόδους για το διαχωρισμό μεταλλευμάτων και ορυκτών. Παρ’ όλες τις προσπάθειες ανάπτυξης νέων μηχανημάτων, η επικράτηση της «τράπεζας» είναι ισχυρή και ίσως αναντικατάστατη σε βασικά πεδία εφαρμογών όπως είναι στον χρωμίτη, πυρολουσίτη και βαρύτη. Η αύξηση της δυναμικότητας της τράπεζας με ραβδώσεις προέρχεται από το γεγονός της επεξεργασίας πολυτεμαχιακού στρώματος τεμαχίων σε αντίθεση με τις λείες επιφάνειες καταστρωμάτων που επεξεργάζονται πολυτεμαχιακό στρώμα. Κάθε χώρος μεταξύ 2 γειτονικών ραβδώσεων δημιουργεί συνθήκες παρεμποδιζόμενης καταβύθισης και μικρομερούς διείσδυσης με αποτέλεσμα την αύξηση της εκλεκτικότητας του διαχωρισμού. 1. Την κλίση του καταστρώματος 2. Το πάχος της μεμβράνης υγρού 3. Το συντελεστή τριβής μεταξύ διαφόρων τεμαχιδίων και του καταστρώματος 4. Το ειδικό βάρος των τεμαχιδίων 5. Το σχήμα και τη μορφή των τεμαχιδίων 6. Την ομαλότητα του καταστρώματος 7. Την ασύμμετρη επιτάχυνση των τεμαχιδίων πάνω στο κατάστρωμα από αντίστοιχη παλμική κίνηση του καταστρώματος

Πορεία τεμαχίων στο κατάστρωμα της τράπεζας Σχήμα 10. Πορεία τεμαχίων στο κατάστρωμα της τράπεζας Σχήμα 11. Ιδανική κατανομή τεμαχίων διαφορετικού ειδικού βάρους και μεγέθους στο κατάστρωμα τράπεζας (Richards) Για τη σχεδίαση μιας τράπεζας εμπλουτισμού ή για τη ρύθμιση της λειτουργίας πρέπει να γίνεται μελέτη για : 1. Την κλίση του καταστρώματος 2. Το πάχος της μεμβράνης νερού (παροχής νερού) 3. Τη σχέση μεταξύ επιτάχυνσης (παλμικής κίνησης) και χρόνου (ταχύτητα και εύρος) 4. Το συντελεστή τριβής μεταξύ τεμαχιδίων και καταστρώματος (εάν και εφόσον μπορεί να αλλαχτεί η φύση του καλύμματος του καταστρώματος) 5. Τις ραβδώσεις

Συνθήκες επίτευξης διαχωρισμού Πίνακας 4. Συνθήκες επεξεργασίας με τράπεζες Η δυναμικότητα της τράπεζας, δηλαδή η υπό επεξεργασία ποσότητα τροφοδοσίας ανά ώρα εξαρτάται από : 3.7.4. Εφαρμογές τραπεζών Σήμερα οι τράπεζες βρίσκουν εφαρμογή : Σκοπός επεξεργασίας Συνθήκες επίτευξης διαχωρισμού Χαονδροειδής διαχωρισμός Περισσότερο νερό - Περισσότερη τροφοδοσία - Μεγαλύτερη κλίση και εύρος παλμικής κίνησης Καθαρός διαχωρισμός Λιγότεροι νερό – Λιγότερη τροφοδοσία – μικρότερη κλίση και εύρος παλμικής κίνησης Εμπλουτισμός λεπτομερών τεμαχίων Λιγότερο νερό – Λιγότερη τροφοδοσία – μεγαλύτερη συχνότητα και μικρότερο εύρος παλμικών κινήσεων Εμπλουτισμός χονδρομερών τεμαχίων Περισσότερο νερό – Περισσότερη τροφοδοσία – μικρότερη συχνότητα και μεγαλύτερο εύρος παλμικών κινήσεων 1. Το μέγεθος των τεμαχίων 2. Τη μέθοδο διαχωρισμού (χονδροειδής ή καθαρός) 3. Τη διαφορά ειδικών βαρών μεταξύ μεταλλεύματος και στείρου 4. Τη σχετική αφθονία των δεσμευμένων τεμαχιδίων 5. Τη μέση τιμή ειδικού βάρους του μεταλλεύματος 1. Στον εμπλουτισμό του κασσίτερου 2. Στη συγκέντρωση χρυσού 3. Στον εμπλουτισμό χαλαζιακής άμμου, χρωμίτη, πυρολουσίτη, βολφραμίτη κ.α. 4. Στον προεμπλουτισμό μικτών θειούχων (ένα προϊόν), όταν η αποδέσμευση είναι σε χονδρομερή τεμάχια 5. Στον εμπλουτισμό ορισμένων σιδηρομεταλλευμάτων 6. Στον εμπλουτισμό του λιθάνθρακα

3.7.5. Σπειροειδής συγκεντρωτής Στην παράλληλη επεξεργασία ανάκτησης χρυσού από επίπλευση ή κυάνωση 8. Στον άμεσο έλεγχο εργοστασίων επίπλευσης (ελέγχει μέρος του απορρίμματος και μακροσκοπικά εκτιμάται η απώλεια) 9. Στην απόληψη παραπροϊόντων σε μεταλλουργικές επεξεργασίες Επιπρόσθετα, οι τράπεζες χρησιμοποιούνται πολύ ως μέσο εμπλουτισμού στη μεμβρανοειδή επίπλευση ή επίπλευση συσσωματωμάτων. 3.7.5. Σπειροειδής συγκεντρωτής Ο σπειροειδής συγκεντρωτής συγκαταλέγεται στα μηχανήματα των βαρυτομετρικών μεθόδων. Είναι μηχάνημα με το οποίο πετυχαίνεται ο διαχωρισμός ορισμένων μεταλλευμάτων από το στείρο, αμφότερα σε μικρομερή κατάσταση. Χρησιμοποιείται ακόμη για την απομάκρυνση ιλύος από μικρομερή λιθάνθρακα. Ο σπειροειδής συγκεντρωτής είναι βασικά μηχάνημα διαχωρισμού με βάση τη διαφορά των ειδικών βαρών μεταλλεύματος και στείρου. Για το λόγο αυτό η διαφορά των ειδικών βαρών πρέπει να είναι τουλάχιστον η μονάδα. Στον Πίνακα 5 δίνονται τα μεταλλεύματα και τα ορυκτά που μπορούν με επιτυχία να υποβληθούν σε επεξεργασία με σπειροειδείς συγκεντρωτές. Πίνακας 5. Μεταλλεύματα και ορυκτά αντικείμενα επεξεργασίας με σπειροειδή συγκεντρωτή Μεταλλεύματα Ορυκτά Αιματίτης Μαγνητίτης Ιλμενίτης Μαρτίτης Ζιρκόνιο Ρουτίλιο Βολφράμιο Αυτοφυής Χαλκός Χρωμίτης Σιδηροπυρίτης Βαρύτης Φωσφορικά Ορυκτά Μαρμαρυγίες Βερμικουλίτης Τάλκης Ανθρακίτης Λιθάνθρακας

Συγκρότημα σπειροειδούς συγκεντρωτή για δοκιμές Σχήμα 12. Συγκρότημα σπειροειδούς συγκεντρωτή για δοκιμές 3.8. Αεροσυγκέντρωση 3.8.1. Βασικές αρχές και μηχανισμός λειτουργίας Η κύρια φυσική ιδιότητα πάνω στην οποία βασίζεται ο διαχωρισμός είναι η διαφορά του ειδικού βάρους. Επίσης, σε ορισμένες περιπτώσεις ο διαχωρισμός οφείλεται στη διαφορά του σχήματος των τεμαχίων. Οι αρχές που διέπουν τον υδρομηχανικό εμπλουτισμό ανταποκρίνονται και στον αερομηχανικό. Η θεωρητική ανάλυση της κίνησης τεμαχίου μέσα σε ομαλό ρεύμα αέρα ακολουθεί τους νόμους των Stokes, Reynolds κ.α. δηλαδή, περίπου ίδια διαδικασία όπως στην περίπτωση κίνησης του μέσα σε υγρό. Το οποιοδήποτε ρεύμα νερού αντικαθίσταται από ρεύμα αέρα. Σημειώνεται μόνο η πολύ μεγαλύτερη ταχύτητα καταβύθισης του τεμαχίου μέσα στον αέρα (πτώσης) και η μικρότερη άνωση. Οι βασικοί παράγοντες οι οποίοι επιδρούν στα τεμάχια για την επίτευξη διαχωρισμού είναι : 1. Η ταχύτητα του ρεύματος αέρα 2. Το ειδικό βάρος των τεμαχίων 3. Η αντίσταση του αέρα κατά την κίνησή τους

Κατανομή ισοδιάστατων τεμαχίων με ανερχόμενο ρεύμα αέρα Ο τρόπος εφαρμογής του ρεύματος του αέρα καθορίζει την μεθοδολογία του διαχωρισμού. Η μεθοδολογία διακρίνεται σε : - Εμφύσηση πλάγιου ρεύματος αέρα - Εμφύσηση ανοδικού ρεύματος αέρα - Κυκλωνισμό του ρεύματος Σχήμα 13. Κατανομή ισοδιάστατων τεμαχίων με ανερχόμενο ρεύμα αέρα Στην εμφύσηση ανοδικού ρεύματος διακρίνονται 2 περιπτώσεις : Όπως στην περίπτωση του υδρομηχανικού, έτσι και στην του αερομηχανικού εμπλουτισμού οι μηχανές συγκέντρωσης αναπτύχθηκαν ως αεροσυγκεντρωτές και αεροτράπεζες. 1. Ελεύθερη πτώση τεμαχίων (αραιό αιώρημα) και ελεύθερη άνοδος του ρεύματος του αέρα. Η μέθοδος χρησιμοποιείται κύρια στην αεροταξινόμηση 2. Στρώμα τεμαχίων (πυκνό αιώρημα) και παρεμποδιζόμενη άνοδος του ρεύματος του αέρα (συνεχής ή περιοδική)