ФОТОМЕТРИЧЕСКИЙ СЕПАРАТОР Российский патент 1995 года по МПК B07C5/342 

Изобретение относится к обогащению руд и может быть использовано при фотометрической сепарации кусковых материалов в горной, строительной и других отраслях.

Наиболее близким техническим решением по технической сущности и достигаемому результату является известный фотометрический сепаратор для покусковой сепарации минерального сырья, содержащий вибролоток, гравитационный питатель с колосниками, редуктор давления светопроводящей жидкости, формирователи световодов, установленные под колосниками, выполненные в виде двух соединенных под острым углом корпусов, один из которых снабжен осветителем, а другой светоприемником, входная часть корпусов формирователей выполнена в виде цилиндрического насадка, а выходная в виде сходящегося конического насадка, окна формирователей выполнены путем среза конического насадка, жидкие световоды между осветителем и фотометрируемой поверхностью куска, между фотометрируемой поверхностью куска и светоприемником имеют разветвление, компаратор, подключенный к исполнительному механизму, бункера для породы и полезного ископаемого [1]
Недостатком известного сепаратора является низкая производительность, так как скорость движения кусков в области фотометрирования не превышает 0,5 м/с (эта скорость определяет максимальную производительность сепаратора) и в сочетании со скоростью истечения жидкого световода определяет наилучшую отмывку поверхности кусков от налипших частиц шлама и пыли.

Другим недостатком является малый рабочий участок жидкого световода, равный 2-3 cм. Это определяет положение формирователей световодов под колосниками гравитационного питателя и направление истечения жидкого световода по восходящей линии, что также отражается на качестве отмывки сортируемых кусков. Силу ламинарной струи, направленную нормально к поверхности куска, можно определить из следующего выражения (Седов Л.И. Механика сплошной среды. Т-I, "Наука", М. 1973)
P ρS + 2gH (1) где Р₁ давление жидкости внутри формирователей;
Р_атм атмосферное давление;
g ускорение свободного падения;
Н высота падения ламинарной струи;
ρ плотность жидкости;
S площадь сечения струи в плоскости соприкосновения с поверхностью куска.

Из выражения видно, что при прочих равных условиях сила, действующая на поверхность куска, зависит от высоты.

Третий недостаток несовершенство конструкции формирователей световодов заключается в том, что осветитель и светоприемник располагаются в разных корпусах и каждый из них формирует свою ламинарную струю жидкости. Струя световода осветителя сливается со струей световода светоприемника под углом. В точке слияния наблюдается сжатие, которое дестабилизирует новую струю и она приобретает волнообразную поверхность, что нарушает свойство световода и он начинает рассеивать свет, за счет чего длина его рабочей части резко сокращается. Кроме того, сокращают рабочий участок световода и выделяющиеся в световоде пузыри воздуха, которые приводят к нарушению сплошности среды (появляются границы раздела между оптически разнородными средами) и к ухудшению свойств жидкой струи, используемой в качестве световода.

Цель изобретения увеличение производительности сепаратора за счет увеличения длины рабочей части жидкости световода.

Указанная цель достигается тем, что фотометрический сепаратор, содержащий вибрационно-гравитационный питатель, редуктор давления светопроводящей жидкости, формирователь световода, компаратор, подключенный к исполнительному механизму, бункер для породы и полезного ископаемого, формирователь световода снабжен камерой для стабилизации давления и удаления пузырьков воздуха из светопроводящей жидкости и выполнен так, что осветитель и светоприемник располагаются последовательно один за другим по ходу течения жидкости, при этом светоприемник снабжен экраном-обтекателем, который выступает из корпуса формирователя через окно-фильеру и помещен в жидкий световод; формирователь световода расположен над вибрационно-гравитационным питателем, а световод направлен по вертикали вниз.

На фиг.1 показан общий вид фотометрического сепаратора; на фиг.2 зависимости длины ламинарно истекающей струи от длины выноса экрана-обтекателя; на фиг. 3 графики зависимости интенсивности отраженного света от местоположения поверхности куска на оси световода; на фиг.4 сечение части формирователей для заявляемого сепаратора и аналога в сравнении; на фиг.5 графики интенсивности отраженного света от местоположения поверхности куска на оси световода для заявляемого сепаратора и аналога.

Фотометрический сепаратор содержит вибрационно-гравитационный питатель 1, трубопровод 2 подачи светопроводящей жидкости (воды), редуктор 3, камеру 4 формирователя для стабилизации давления и удаления пузырьков воздуха, снабженную переливным патрубком 5, корпус 6 формирователя, пробку 7, осветитель 8, светоприемник 9, экран-обтекатель 10, окно-фильеру 11, жидкий световод 12, компаратор 13, разделяющее устройство 14, бункеры 15 и 16 для полезного ископаемого и породы.

Камера формирователя 4 представляет собой емкость, которая соединена трубопроводом 2 с редуктором 3 и имеет в верхней части переливной патрубок 5, диаметр камеры в 5-10 раз больше ее высоты. Высота камеры соизмерима с высотой корпуса формирователя 6, которая определяется размерами осветителя 8 и светоприемника 9.

Корпус формирователя 6 имеет цилиндрическую форму, в его боковую поверхность герметично вмонтирована пробка 7, которая смещена от середины в сторону окна-фильеры 11. В тело пробки вмонтирован осветитель 8 и экран-обтекатель 10. Экран-обтекатель выполнен из прозрачной трубки, которая в области продольной оси корпуса изогнута под углом 90^о. После изгиба часть экрана-обтекателя располагается вдоль продольной оси корпуса и коаксиально пропущена в окно-фильеру 11. Торец экрана-обтекателя сходит на конус (диаметр основания конуса равен половине его образующей). Внутри экрана-обтекателя установлен светоприемник 9 (в конусообразной области). Светоприемник 9, находясь внутри экрана-обтекателя, относительно корпуса располагается так, что его рабочая плоскость совпадает с плоскостью, проходящей по плоскости торцовой части корпуса формирователя 6. Экран-обтекатель 10 выдвинут за пределы корпуса формирователя на величину, которую можно определить из практически снятых зависимостей, показанных на фиг.2. При этом диаметр экрана-обтекателя был взят 5 мм.

Из фиг. 2 видно, что длину ламинарной части можно задавать (увеличивать или уменьшать), варьируя диаметр окна-фильеры 11 и величину выноса экрана-обтекателя за пределы корпуса формирователя, т.е. длина ламинарной части жидкого световода, расположенного вертикально, увеличивается с увеличением диаметра окна-фильеры (среднее приращение длины составляет 60 мм на 1 мм приращения диаметра) и длина ламинарной части световода увеличивается с увеличением длины выноса, достигает максимального значения и затем уменьшается до величины, при которой ламинарное течение нарушается, а световод прекращает свое существование (среднее приращение длины жидкого световода составляет 3 мм на 1 мм приращения выноса).

В качестве осветителя используется лампа накаливания, а в качестве светоприемника фотодиод. Выводы фотодиода проходят внутри экрана-обтекателя и выходят за пределы корпуса через пробку 7.

Фотометрический сепаратор работает следующим образом.

Горнорудная масса, представляющая смесь кусков углистых сланцев и пегматитов, которые отличаются между собой окраской (темно-серые до черного и светло-серые до белого цвета соответственно), подаются вибрационно-гравитационным питателем 1 так, что каждый кусок пересекает жидкий световод 12.

Световод формируется следующим образом.

Светопроводящая жидкость по трубопроводу 2 подводится в камеру формирователя 4. Редуктором 3 задается такой ее расход, чтобы небольшое количество, равное 1-2 л/ч, постоянно вытекало через переливной патрубок 5. Это позволяет поддерживать давление жидкости на заданном уровне. Из светопроводящей жидкости, находящейся в камере формирователя 4, начинает выделяться воздух, который в ней был растворен, когда она находилась под давлением, имеющим место в магистрали трубопровода 2 до редуктора 3. Пузырьки воздуха всплывают на поверхность и лопаются либо сливаются через переливной патрубок 5. Подготовленная таким образом светопроводящая жидкость проходит во внутреннее пространство корпуса формирователя 6, затем кольцевое пространство, образованное окном-фильерой 11 и экраном-обтекателем 10, вытекает в воздушное пространство ламинарной струей 12. Параметры ламинарной струи (световода) задаются согласно графикам, изображенным на фиг.2. При этом свет от осветителя 8 также проходит через кольцевое пространство в световод 12. Если на пути светового потока встречается поверхность куска, то лучи света диффузно отражаются от его поверхности и за счет полного внутреннего отражения собираются стенками световода в обратно направленный отраженный световой поток. Одна его часть достигает светоприемника 9, а другая возвращается во внутреннее пространство корпуса формирователя. Полезная составляющая отраженного светового потока I, достигшая светоприемника, преобразуется в электрический ток, который подводится к компаратору 13. Если отраженный световой поток превышает заданное пороговое значение I_n, то компаратор 13 включает разделяющее устройство 14, которое известным путем изменяет траекторию движения куска, и он направляется в бункер 15 концентрата, в любом другом случае кусок попадает в бункер 16 хвостов.

Обтекаемая конусообразная часть экрана-обтекателя исключает образование режима пузыря.

Верхняя поверхность куска пересекает вертикально расположенный световод в любом месте на рабочем участке его длины (это связано с крупностью кусков). Для доказательства этого утверждения на фиг.3 показана зависимость интенсивности отраженного света J от расстояния между светоприемником и поверхностью куска руды Н. Эта зависимость была снята при следующих условиях: диаметр светоприемника 4 мм, диаметр экрана-обтекателя 5 мм, диаметр окна-фильеры 7,5 мм, длина выноса экрана-обтекателя из окна-фильеры 20 мм, в качестве отражающей поверхности были использованы в одном случае кусок пегматита (светло-серая поверхность), в другом кусок углистого сланца (темно-серая поверхность), расстояние Н измерялось от торца экрана-обтекателя (от вершины конуса) и равно нулю, когда кусок упирается в экран-обтекатель.

Как видно из зависимости, приведенной на фиг.3, отраженный сигнал от куска пегматита постепенно уменьшается до фонового значения, а отраженный от поверхности сланца лежит на уровне фонового значения. Если пороговое значение, по которому можно установить границу разделения, выбрать на уровне, в три раза превышающем фоновое, то длина рабочего участка Н_раб составит 180 мм, что в 5 раз больше, чем у прототипа.

Подставляя значение Н_раб в выражение 1 (при прочих равных условиях), можно видеть, что сила жидкого световода, действующая на кусок, пропорционально возрастает (практически в 5 раз). Это существенно улучшает отмывку поверхности кусков от налипших частиц шлама и пыли.

Испытания макетного образца сепаратора показали, что при заданной погрешности разделения рабочая скорость движения кусков составляет 1,5 м/с.

Проверка соответствия заявляемого технического решения критерию "существенные отличия" произведена методом сопоставления признаков заявляемого решения и аналога (прототипа), показанного в таблице.

Формула совокупности признаков
А (Б + В + Д + З + И + К) А (Б + Г + Ж)
Устройство А имеет общий признак Б. Устройство А для заявляемого объекта имеет новые признаки В,Д,З,И,К, а признаки Г,Ж отсутствуют.

Новые и отсутствующие признаки позволяют проявить заявляемому объекту следующие новые и полезные свойства.

Признаки В, Д,З,И,К позволяют использовать один общий световод, который имеет в сечении правильную форму круг, и не позволяют пузырькам воздуха появиться внутри жидкого световода. В таком световоде световой поток затухает слабее, чем в световоде прототипа. На фиг.4 сопоставлен аналог (фиг.4а) и заявляемое устройство (фиг.4б), где стрелками показан наиболее характерный (с позиции сопоставления) ход световых лучей.

На фиг.4а видно, что волнообразная поверхность способствует выходу световых лучей из световода, а у заявляемого устройства форма световода имеет правильную поверхность и световые лучи рассеиваются менее интенсивно. Это подтверждают сопоставленные зависимости, показанные на фиг.5.

Как видно из этих графиков, длина рабочей части световодов увеличилась в 5 раз (для одинакового расхода жидкости). При увеличении расхода жидкости длину рабочей части можно увеличить до любого заранее заданного значения (исходя из зависимостей, показанных на фиг.2).

Если удалось увеличить длину рабочего участка световода (при прочих равных условиях) в 5 раз, то согласно выражению 1 возрастает сила ламинарной струи, которая улучшает отмывку кусков от прилипшего шлама и пыли. Это позволило в свою очередь увеличить скорость движения кусков через жидкий световод до 1,5 м в секунду. Производительность сепаратора прямо пропорциональна скорости движения кусков, поэтому при прочих равных условиях (крупность, коэффициент загрузки вибрационно-гравитационного питателя, тип горнорудной массы) производительность увеличена в 3 раза. Повышение производительности позволяет увеличить количество выпускаемой продукции при неизменных затратах.

Следовательно, благодаря указанным свойствам, устройство А дает положительный эффект и соответствует критерию "существенные отличия".

Изобретение относится к фотометрической сепарации и направлено на повышение производительности сепарации. Фотометрический сепаратор содержит питатель 1, систему 2 подвода светопрозрачной жидкости, связанную через редуктор 3 с камерой и фильерой 11, с размещенными в ней источником света 8, фотоприемником 9, с жидким световодом 12. Фотоприемник снабжен прозрачным обтекателем 10, коаксиально вынесенным из фильеры в жидкий световод 12. 5 ил.

ФОТОМЕТРИЧЕСКИЙ СЕПАРАТОР, содержащий питатель, систему подвода светопроводящей жидкости, связанную через редуктор с фильерой, жидкий световод, источник света и фотоприемник, размещенные в камере, блок управления, связанный с фотоприемником и разделяющим устройством, приемный бункер, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности за счет увеличения размеров жидкого световода, камера с фильерой расположена под питателем, источник света и фотоприемник расположены на одной оптической оси жидкого световода, фотоприемник снабжен светопрозрачным обтекателем, установленным в фильере коаксиально жидкому световоду.