СПОСОБ ОБОГАЩЕНИЯ ШЛАМОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1994 года по МПК B03B5/34 

Изобретение относится к обогащению полезных ископаемых и может быть использовано в горнообогатительной и др. отраслях промышленности при переработке тонковкрапленных руд цветных, черных, редких и благородных металлов.

Известен способ обогащения шламов, реализованный в устройстве (центробежно-вибрационный концентратор), заключающийся в том, что рудный материал в центробежном поле подвергается дополнительным вибрационным воздействиям, в результате чего достигается интенсификация процесса разделений минералов по плотности [1].

Недостатком этого способа является низкая эффективность разделения рудного материала по удельному весу. Тяжелые зерна под действием центробежного поля извлекаются с большей эффективностью, чем зерна малой плотности, поэтому обогащение материалов, содержащих значительное количество тяжелых зерен промежуточной плотности, проходит с малой эффективностью. Дополнительно к этому возрастающая со временем вязкость густой пульпы и сплоченность ее зерен препятствуют не только центробежному, но и сегрегационному расслоению материала.

Устройство, реализующее этот способ, состоит из вертикального ротора, загрузочного и разгрузочного приспособлений и вибратора, размещенного на боковой поверхности ротора. Разделение шламов на легкую и тяжелую фракции осуществляется под действием сил центробежного поля и дополнительного вибрационного воздействия на боковую поверхность ротора.

Недостатком устройства является то, что при обогащении тонкодисперсных материалов осаждение и накапливание тяжелых зерен в зоне разгрузки перед действием вибраций приводит к повышению гидродинамического сопротивления потоку пульпы, в результате чего тяжелые частицы начинают уноситься в легкую фракцию. Это приводит к снижению технологических показателей работы устройства и снижению эффективности разделения.

Наиболее близким к заявляемому является способ обогащения шламов, заключающийся в разделении исходной пульпы с утяжелителем в нестационарном центробежном поле путем ее вращательно-реверсивного колебания вокруг вертикальной оси [2].

Этот способ имеет преимущества по сравнению с обогащением материалов в центробежном поле, однако расслоение материала происходит медленно, особенно в области, прилегающей к оси вращения. Вращательно-реверсивные колебания, сообщаемые пульпе, обеспечивают перемещение мелких частиц под влиянием центробежных и гравитационных сил к периферии зоны разделения. Однако, в результате того, что мелкие частицы обладают меньшей массой по сравнению с утяжелителем, и окружная скорость, сообщаемая всей массе частиц уменьшается до нуля при приближении к вертикальной оси вращения, радиальная сила, выталкивающая частицы из этой зоны к периферии, снижается. Траектория движения этих частиц представляет крутопадающую кривую, т.к. осевая гравитационная сила, действующая на рудные частицы в данном случае, значительно превосходит по величине радиальную. В результате невысокой радиальной скорости движения частиц, лежащих в зоне оси движения, в горизонтальной плоскости их кинетическая энергия мала и не позволяет им за время перемещения пульпы достичь зоны разделения фракций. На фиг.1 представлена схема движения рудных частиц при вращательно-реверсивном колебании массы вокруг вертикальной оси. Обогащение материалов данным способом пpоисходит недостаточно эффективно, т.к. часть рудных минералов оказывается вне зоны разгрузки обогащенного материала и уходит с пустой породой.

Устройство, реализующее этот способ, включает загрузочное приспособление, вертикально ориентированную цилиндрическую трубу, совершающую вращательно-реверсивные колебания и разгрузочное устройство. В данном устройстве под действием центробежно-реверсивных и гравитационных сил тонкие частицы концентрируются на внутренней поверхности цилиндрической трубы и выгружаются через соответствующие разгрузочные патрубки.

Недостаточно высокая эффективность разделения материала на легкую и тяжелую фракции в данном устройстве связана с тем, что при вращательно-реверсивном колебании вокруг вертикальной оси внутри цилиндрической трубы образуется зона динамического равновесия, в которой радиальная скорость как легких, так и тяжелых частиц, независимо от их масс и размеров близка или равна нулю. Следовательно, кинетическая энергия частиц, прилегающих к зоне оси вращения недостаточна для того, чтобы переместить мелкие обогащенные частицы к стенкам цилиндра, в результате часть зерен рудных минералов снова уходит с пустой породой в шламы. В то же время крупные частицы нерудного материала, имея скорость осаждения в вертикальной плоскости и значительную инерционную массу на периферии цилиндра, попадают в зону разгрузки обогащенного материала, что в целом снижает эффективность обогащения.

Целью изобретения является повышение эффективности обогащения шламов.

Указанная цель достигается тем, что в известном способе обогащения шламов, включающем непрерывную подачу исходной пульпы с утяжелителем в рабочую зону, ее разделение в нестационарном центробежном поле путем вращательно-реверсивного колебания и вывод полученных продуктов, разделение пульпы осуществляют вокруг наклонной оси, а вывод продуктов обогащения производят послойно. Поставленная цель достигается также тем, что в устройстве для обогащения шламов, включающем загрузочное приспособление, ротор, механизм, обеспечивающий вращательно-реверсивные колебания ротора вокруг своей оси, и разгрузочное устройство, согласно изобретению ротор установлен в опоре, имеющей ось вращения в плоскости, перпендикулярной оси вращения ротора, и снабжен шибером, расположенным выше разгрузочного устройства. Кроме того, разгрузочное устройство снабжено ножами-рассекателями, установленными ступен- чато.

Сущность изобретения состоит в том, что при вращательно-реверсивном колебании вокруг наклонной оси движение рудных частиц к стенкам сосуда будет происходить более интенсивно под действием центробежных и гравитационных сил, совпадающих по направлению (фиг.2). Благодаря тому, что ротор установлен в опоре, имеющей ось вращения в плоскости, перпендикулярной оси вращения ротора, последний совершает вращательно-реверсивные колебания вокруг наклонной оси, в результате чего изменяется направление действия сил и происходит увеличение равнодействующей силы, в большей степени ее проекции на вертикальную ось. На рудные частицы, находящиеся в зоне, прилегающей к оси вращения, где инерционный механизм практически не играет роли в продвижении частиц к стенкам ротора из-за малых окружных скоростей, действует гравитационная сила, направленная вертикально вниз к стенке ротора и вращательно-реверсивные колебания, создающие вибрации при знакопеременных движениях ротора. За счет однонаправленного действия сил и перераспределения частиц по крупности и удельной массе в вертикальной плоскости рудным минералам легче набрать ту скорость, при которой они за время обогащения достигнут зоны разделения фракций. Таким образом, практически весь рудный материал концентрируется на периферии канала ротора, образуя обогащенный слой, движущийся по наклонной плоскости.

Принцип разделения обогащенной массы на слои с различной концентрацией рудного материала позволит увеличить выход обогащенного материала из шламов, повысит производительность процесса переработки шламов и снизит затраты процесса обогащения за счет проведения вторичной обработки слабообогащенного материала. Высококонцентрированный слой, образующийся на периферии ротора в результате однонаправленного действия гравитационных и центробежных сил, содержит высокий процент рудного материала и готов к промышленному использованию. Порода в средней части канала отсекается слоями различной толщины, определяемыми в зависимости от диметра отсечения и могут поступать на повторную переработку в виде добавления в исходную пульпу или прохождения полного повторного цикла обогащения. Такое обогащение снизит время протекания процесса разделения материала на фракции и повысит процент содержания рудного материала в концентриро- ванном слое.

Установка в разгрузочном устройстве ножей-рассекателей обеспечивает выход высококонцентрированного материала. Разделившаяся масса, проходя через разгрузочное устройство, послойно отсекается ножами-рассекателями, образуя поток частей обогащенного материала с различной концентрацией ценных компонентов, увеличивающейся с приближением к периферии ротора. Таким образом, исключается перемешивание граничных слоев мелкой (рудной) и крупной (нерудной) фракций, происходит отделение пустой породы и материала с низкой концентрацией рудных частиц и получение высококонцентрированного слоя на периферии ротора. При ступенчатом расположении ножей материал после расслоения при дальнейшем движении вниз продолжает разделяться, подвергаясь тому же комплексу однонаправленных сил. До следующего разделения рудные частицы в слое перемещаются к стенкам ротора, образуя высококонцентрированный слой, а пустая порода отсекается и выводится через центральное отверстие ротора. Выполнение ножей-рассекателей с определенным соотношением размеров режущих граней обеспечивает гарантированное отсекание обогащенной части руды при ее продвижении по каналу ротора и вывод полученных продуктов разделения.

Наличие шибера в полости ротора обеспечивает создание условий для предварительного обогащения в рабочей зоне, где исходная пульпа под действием вращательно-реверсивных колебаний вокруг наклонной оси разделяется на фракции, образуя на внутренней поверхности ротора концентрированный слой. Создание зоны предварительного разделения в полости ротора обеспечивает частичное разделение исходной пульпы и более полный выход рудного материала в начальный период работы установки.

Совокупность признаков, отличающих разработанное устройство от прототипа, в известных технических решениях не обнаружена.

На фиг. 1 изображена схема движения рудных частиц при обогащении и область динамического равновесия при вертикальном расположении ротора; на фиг. 2 - схема движения рудных частиц под действием гравитационных и радиальных сил при наклонном расположении ротора.

Устройство для обогащения шламов состоит из загрузочного I и разгрузочного II устройств, рамы 1, ротора 2 и опоры 3, имеющей цапфы 4, на которых она имеет возможность поворачиваться относительно рамы 1. Опора 3 снабжена блоком подшипников, в которых установлен ротор 2, совершающий возвратно-реверсивные колебания при помощи любого механизма возвратно-поступательных движений. В верхней части ротора расположено загрузочное устройство I, ведущее непрерывную подачу исходной пульпы в полость ротора 1. В нижней части ротора 1 установлены ножи-рассекатели 5, расположенные ступенчато, по которым обогащенный материал поступает в разгрузочные приемники 6, а пустая порода выводится через центральное отверстие 8 ротора. Выше разгрузочного устройства в полости ротора 1 установлен шибер 7 для создания зоны предварительного разделения исходной пульпы в полости ротора.

Способ осуществляют следующим образом.

Шламовую пульпу, составленную из воды и шламов с добавлением утяжелителя, с общей плотностью выше критической, непрерывно подают во внутреннюю полость ротора, совершающего вращательно-реверсивные колебания вокруг своей оси. В качестве утяжелителя использовали песчаники. Ротор представляет собой стеклянный цилиндр диаметром 54 мм, установленный в опоре, которая отклонена от вертикали на определенный угол в зависимости от состава и концентрации ценных компонентов в исходном материале и необходимого качества выводимых продуктов обогащения. Вращательно-реверсивные колебания ротора осуществляются с помощью любого привода возвратно-поступательных движений, например, посредством кривошипно-шатунного механизма.

Пульпа, попадая в зону предварительного разделения, образуемую за счет того, что канал ротора перекрыт шибером, начинает разделяться на продукты обогащения. За счет наклона ротора и вращательно-реверсивных колебаний рудные частицы под действием гравитационных и инерционных сил перемещаются к нижней поверхности ротора. Через 30-45 секунд при режимах (частота колебаний ротора 6-8 колеб./с.; амплитуда движения 53 мм; амплитуда поворота 40-50^о) происходит выделение обогащенного слоя на периферии ротора, что может наблюдаться визуально через стеклянные стенки рабочего органа, после чего открывается шибер и пульпа с частично обогащенным слоем движется к разгрузочному устройству, продолжая перераспределяться по крупности и плотности в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Время, определяющее полное разделение материала до рассечения на фракции, зависит от наклона ротора, физических свойств материала, внутренней поверхности ротора и т.д. Достигая зоны разгрузки рудная масса разделяется первым ножом-рассекателем, отделяющим слой обогащенного материала. При дальнейшем движении вниз отсеченный обогащенный слой, находясь в зоне с повышенными окружными скоростями, начинает более интенсивное разделение до следующего расслоения. Так, переходя в зоны, где наблюдаются более высокие скорости перемещения частиц к стенкам ротора, рудные частицы полностью концентрируются на периферии канала, достигая перед последним разделением той толщины слоя, которая представляет собой наиболее ценную часть продуктов обогащения. Данный слой поступает в приемники любой конструкции, а пустая порода выводится через центральное отверстие ротора. Средние слои с низким содержанием ценных компонентов поступают на повторную переработку. Вновь подаваемый через загрузочное устройство материал проходит через полость ротора, подвергаясь воздействию комплекса сил в верхней его части, и за счет больших скоростей продвижения частиц к стенкам ротора рудные частицы в зоне разгрузки достигают обогащенного слоя.

Эксперименты выполнялись на искусственно приготовленных смесях, состоящих из песчаника крупностью -1000 +50 мкм и танталита-колумбита крупностью -50 мкм, представляющих собой по крупности материал, не поддающийся извлечению обычными методами обогащения. Плотность пульпы составляла 80-82 % твердого.

Результаты эффективности обогащения после трехкратного пропускания исходного материала через устройство приведены в таблице.

Экспериментальные данные показывают, что эффективность обогащения возрастает для данного типа руды с 85,22% при вертикальном расположении ротора до 94, 55% при угле наклона 60^о.

Оптимальный угол расположения ротора может быть различным в зависимости от характеристики породообразующих и рудных минералов.

Использование: обогащение полезных ископаемых и может быть использовано в горнообогатительной и др. отраслях промышленности при переработке тонковкрапвленных руд цветных, черных, редких и благородных металлов. Сущность изобретения: исходную пульпу подают в ротор, совершающий вращательно-реверсивные колебания. Ротор установлен на опоре с наклоном и имеет шибер, расположенный над разгрузочным приспособлением. В разгрузочном приспособлении расположены ступенчато ножи-рассекатели. За счет наклона ротора и вращательно-реверсивных колебаний рудные частицы под действием гравитационных и инерционных сил перемещаются к нижней части ротора. Происходит выделение обогащенного слоя. Достигая зоны разгрузки, рудная масса разделяется ножом-рассекателем и выводится. При дальнейшем движении происходит более интенсивное расслоение и разделение до достижения той толщины слоя, которая представляет собой концентрат. 2 с. и 3 з.п. ф-лы. 2 ил.

1. Способ обогащения шламов, включающий непрерывную подачу исходной пульпы с утяжителем в зону разделения, разделение пульпы на концентрат и хвосты, вывод полученных продуктов, отличающийся тем, что , с целью повышения эффективности обогащения, разделение пульпы осуществляют под воздействием вращательно-реверсивных колебаний вокруг наклонной оси. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что вывод подуктов обогащения осуществляют послойно. 3. Устройство для обогащения шламов, включающее загрузочное приспособление, ротор, механизм колебания ротора вокруг своей оси и разгрузочное приспособление, отличающееся тем, что ротор установлен на опоре, имеющей ось вращения в плоскости, перпендикулярной оси вращения ротора, а разгрузочное приспособление выполнено с ножами-рассекателя. 4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что ножи-рассекатели установлены ступенчато. 5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что в роторе выше разгрузочного приспособления установлен шибер.