ציוד להטבת כבידה הוא מכשיר מפתח המשמש בתעשיית הכרייה להפרדת חלקיקי מינרלים על סמך הבדלי הצפיפות שלהם. ניתן לסכם את עקרון העבודה הליבה באופן הבא: במדיום נע (כגון מים, אוויר או מתלה כבד), ההשפעות המקיפות של כוח הכבידה, כוח הצנטריפוגלי, דינמיקת נוזלים וכוח מכני משמשות ליצירת מהירויות ומסלולים שונים של חלקיקי מינרלים בעלי צפיפות שונה, ובכך להשיג תהליך של "התרופפות הפרדת השכבות".
להלן ניתוח מפורט של עקרון העבודה של מכשיר הבחירה מחדש:
1. עקרונות יסוד
תהליך הבחירה מחדש- הוא בעצם תהליך מתמשך של שלושה שלבים: "התרופפות ההפרדה בשכבות":
רופף: קבוצת חלקיקי המינרלים משתנה ממצב ארוז בחוזקה למצב תלוי רופף תחת הציפה, כוח הפגיעה או הרטט המכני שנוצר על ידי הנוזל (בדרך כלל מים). זהו תנאי מוקדם לריבוד.
ריבוד: במצב רופף, עקב צפיפות חלקיקי מינרלים שונה, כוח המשיכה (או הכוח הצנטריפוגלי) ועמידות הנוזלים שחווה שונים.
חלקיקי מינרלים בצפיפות גבוהה (כגון זהב וקסטיריט) מתיישבים במהירות ונוטים לכיוון הקצה התחתון או הפנימי של הציוד.
חלקיקי מינרלים בצפיפות נמוכה (כגון קוורץ וגנג) מתיישבים באיטיות ונוטים לכיוון הקצה העליון או החיצוני של הציוד.
הפרדה: חלקיקי העפר השכבתיים נפלטים בנפרד דרך מבנים ספציפיים של ציוד (כגון יציאות פריקה, מיכלי קליטת עפרות) או שטיפת זרימת מים, וכתוצאה מכך תרכיז, עפרות ביניים וזנב.
2. ניתוח כוח
במהלך תהליך-הבחירה מחדש, חלקיקי המינרלים נתונים בעיקר לפעולה המשולבת של הכוחות הבאים:
כוח הכבידה (G): הוא גורם לחלקיקי מינרלים לשקוע כלפי מטה, וככל שהצפיפות גבוהה יותר, כך השפעת כוח הכבידה משמעותית יותר.
ציפה והתנגדות נוזלים: הכוח כלפי מעלה שמפעיל המדיום (מים או אוויר) על חלקיקי מינרלים והכוח המעכב את תנועתם.
כוח צנטריפוגלי: בציוד מסתובב, כגון מכונות הטבה צנטריפוגליות ומצנחים ספירליים, הכוח הצנטריפוגלי יכול להיות גדול בעשרות או אפילו מאות מונים מכוח הכבידה, מה שמגביר משמעותית את אפקט ההפרדה של מינרלים עדינים-.
כוח מכני: כוח הרטט, הרעד או הדחיפה המופעל על ידי ציוד (כגון דופק של ג'יג'ים או תנועה הדדית של שייקר), המשמשים לשמירה על הרפיון של המיטה ולקידום התנועה הצידית של חלקיקי מינרלים.
3. מכשירי בחירה חוזרת נפוצים ושיטות העבודה הספציפיות שלהם
סוגים שונים של התקני בחירה מחדש משיגים את העיקרון הנ"ל באמצעות מנגנונים שונים:
לוּחַ
שם הציוד, עקרון העבודה, מאפיינים, תרחישים ישימים
מכונת ג'יג משתמשת בזרימת מים דופק תקופתית כדי לשחרר את שכבת המיטה. כאשר זרימת המים עולה, חלקיקי המינרלים מרחפים, וכאשר הם נופלים, הם מרובדים לפי צפיפות. מינרלים כבדים עוברים דרך צלחת המסננת ונופלים לתוך תא התרכיז התחתון, בעוד מינרלים קלים נפלטים עם זרימת המים. מתאים לעיבוד עפרות גסות ובינוניות כגון טונגסטן, פח, זהב ופחם, בעלי יכולת עיבוד גדולה.
שולחנות ניעור מסתמכים על תנועה הדדית א-סימטרית של משטח המיטה וזרימת מים לרוחב לצורך שטיפה. חלקיקי המינרלים נעים לאורך מסלולים שונים בתוך החריצים המפוספסים על פני המיטה עקב ההשפעות של כוח הכבידה, זרימת המים ואינרציה, ויוצרים אזורים בצורת מניפה-. דיוק המיון גבוה במיוחד, מתאים במיוחד לבחירה של מינרלים עדינים- כגון זהב עדין- ועפרות פח טונגסטן.
תרחיץ ספירלה מצנח נע כלפי מטה בתנועת מערבול לאורך החריץ הספירלי, יוצר כוח צנטריפוגלי. מינרלים כבדים נוטים לכיוון הקצה הפנימי של השוקת, בעוד שמינרלים קלים נוטים לכיוון הקצה החיצוני, מופרדים על ידי יירוט השוקת. מבנה פשוט, ללא צריכת חשמל, מתאים לעיבוד מינרלים עדינים-(כגון עפרות ברזל ועפרות חול חוף).
מצנח ספירלה
רכז צנטריפוגלי מנצל את שדה הכוח הצנטריפוגלי החזק שנוצר על ידי סיבוב-במהירות גבוהה (עד עשרות פעמים כבידה) כדי לשפר את השקיעה וההחלמה של מינרלים כבדים עדינים-. משמש במיוחד למיחזור מינרלים עדינים-וקשים לבחירה (כגון זהב עדין- וקסטיריט).
רכז צנטריפוגלי
הציקלון הבינוני הכבד משתמש במתלה כבדה עם צפיפות בין מינרלים קלים לכבדים בתור המדיום. בשדה צנטריפוגלי מינרלים קלים צפים ועולים על גדותיהם ואילו מינרלים כבדים שוקעים ונפלטים. דיוק מיון גבוה, משמש בדרך כלל להכנת פחם וקשה לבחירה במיון עפרות.
4. יתרונות ומגבלות של-שיטת הבחירה מחדש
יִתרוֹן:
עלות נמוכה: בדרך כלל יש צורך רק במים ובכמות קטנה של חשמל, ללא צורך בחומרים כימיים יקרים.
הגנת סביבה: לא מזהם, קל לטפל בזנב.
קל לתפעול: מבנה המכשיר פשוט יחסית וקל לתחזוקה.
מגבלות:
דרישת הבדלי צפיפות: רק כאשר ההבדל בצפיפות בין מינרלים שימושיים לגנג הוא משמעותי (בדרך כלל נדרש)
Δρ>0.5g/cm3), אפקט המיון הוא הטוב ביותר.
הגבלת גודל החלקיקים: לבחירה מחדש מסורתית יש שיעור התאוששות נמוך יותר עבור עדין במיוחד (<0.04mm) minerals (requiring centrifugal equipment).
ניתוק מונומרים: העפרה חייבת לעבור ריסוק וטחינה כדי להשיג ניתוק מונומרים של מינרלים שימושיים למיון יעיל.
לסיכום, ציוד הבחירות מחדש-מנצל בחוכמה את התכונה הפיזית של "הבדל בצפיפות" על ידי שילוב של זרימת מים וכוח מכני כדי לגרום ל"כבדים לשקוע ולקלים לצוף", ובכך להשיג את העשרה של משאבי מינרלים.
