СПОСОБ ЦЕНТРОБЕЖНО-ВИБРАЦИОННОГО РАЗДЕЛЕНИЯ СМЕСЕЙ Российский патент 1997 года по МПК B03B5/32 

Изобретение относится к обогащению полезных ископаемых, в частности к способам обогащения песков россыпных месторождений золота, платины и других тяжелых металлов.

Известен способ гравитационного обогащения сыпучих материалов во вращающейся чаше с внутренними нарифлениями [1] Для лучшего обмена частиц с целью концентрации тяжелых металлов применяют встряхивающие воздействия, которые осуществляют путем сообщения чаше планетарного вращения.

Недостатком известного способа является низкая эффективность разделения и быстрое забивание межрифельных канавок исходным материалом. Это происходит из-за того, что не учитываются соотношения центробежного и планетарного ускорений, действующих на материал. Так, например, в центробежно-вибрационном сепараторе типа СВЦ-400 при диаметре чаши 400 мм, частоте вращения чаши 500 об/мин, частоте планетарного вращения 500 об/мин и амплитуде планетарного вращения 10 мм центробежное ускорение равно 55g, а планетарное ускорение 2,7g. При таком соотношении ускорений происходит очень слабое встряхивающее воздействие на материал. В фазе уплотнения материала суммарное значение этих ускорений равно 55g + 2,7g 57,5g, а в фазе разрыхления 55g 2,7g 52,3g.

Из этого следует, что материал в чаше находится под постоянным воздействием ускорения одного направления с небольшой пульсацией его абсолютного значения. Следовательно, обмен частиц происходит в стесненных условиях, что и определяет слабую эффективность разделения.

Одним из известных и наиболее близким техническим решением является центробежно-вибрационный способ разделения смесей, включающий подачи суспензии во вращающуюся чашу с нарифлениями, воздействие на чашу силовыми импульсами таким образом, что отношение частоты силовых импульсов к частоте вращения чаши составляет более 3, но не более 11.

Однако при этом не учитываются радиус чаши и радиус планетарного вращения. Рассмотрим пример конкретного применения известного способа. Введем обозначения: R_ч радиус чаши, R_п радиус планетарного вращения, ω_в угловая скорость вращения чаши вокруг своей оси, ω_п угловая скорость планетарного вращения чаши. Если принять, что R_ч 50R_п а соотношение скоростей ω_п:ω_в=4:1, то на основании известных зависимостей получим значения ускорений чаши центробежного a_ц=ω2в

•R_ч=50ω2в•R_п и планетарного a_п=ω2п•R_п=16ω2в•R_п Отсюда видно, что центробежное ускорение в несколько раз больше планетарного, следовательно, разделение частиц материала происходит в стесненных условиях и диапазон соотношений частот, приведенных в известном способе неэффективен.

Кроме того, в известном способе при определенном соотношении частоты силовых импульсов к частоте вращения чаши график траектории движения материальной точки чаши приобретает вид, показанный на фиг. 1 Характерной особенностью этого графика является наличие резкой границы 1 между участком 2, определяющим движение стенки чаши навстречу материалу (фаза уплотнения), и участком 3, определяющим движение стенки чаши от материала (фаза разрыхления). При этом в точке 1 происходит мгновенная смена этих режимов (планетарное ускорение меняет свой знак). Эта точка соответствует моменту наиболее интенсивного встряхивания материала.

Однако в известном способе это встряхивание происходит в конце участка 2, то есть в момент наибольшего уплотнения материала и поэтому приводит к еще большему его уплотнению. Следствием этого является постоянное забивание кольцевых канавок чаши исходным материалом.

Целью изобретения является создание таких условий, при которых обмен частиц и их разделение происходило бы в максимально свободном состоянии материала.

Сущность изобретения поясняется фиг. 2, где показан график траектории движения материальной точки чаши, и заключается в том, что у внутренних стенок чаши создается периодическое гарантированное разрыхление материала. Это достигается при выполнении следующего условия: ускорение планетарного вращения должно быть больше или по крайней мере равно центробежному ускорению: а_п ≥ а_ч. Последовательно приведем это условие к соотношению скоростей:
ω2п

•R_п≥ ω2в•R_r;
;

Поскольку центробежное ускорение является постоянным, а планетарное ускорение знакопеременным, то это условие в определенный момент обеспечивает отход стенки чаши от материала или отсутствие с ее стороны какого-либо воздействия на материал. Это означает гарантированное разрыхление материала, при котором легко происходит разделение материала.

Этот эффект можно усилить путем осуществления встряхивающих воздействий в момент наибольшего разрыхления материала. Это достигается, в частности, за счет изменения направления планетарного вращения в сторону, противоположную центробежному вращению. В этом случае график траектории движения принимает другой вид, показанный на фиг. 2. Участок 4 соответствует отходу стенки чаши от материала (фаза разрыхления), а участок 5 движению стенки чаши навстречу материалу (фаза уплотнения). Точка 6 граница смены этих режимов (встряхивание) теперь происходит в конце участка 4, то есть в момент наибольшего разрыхления материала, и значит наиболее эффективного для его разделения.

На фиг. 3 показано в целом известное устройство для осуществления заявляемого способа, выполненное в виде вертикально расположенной чаши 1, укрепленной на валу 2, который установлен с возможностью вращения во втулке 3, которая, в свою очередь, установлена с возможностью вращения в корпусе 4. Вращение обеспечивают подшипники 5 и 6. Внутренняя цилиндрическая поверхность втулки 3 относительно наружной выполнена с экцентриситетом R_п, который в сущности является радиусом планетарного вращения. Внутренняя поверхность чаши выполнена кольцевыми канавками 7, а вал 2 выполнен полым и снабжен пробкой 8. Вращение валу и втулке обеспечивают шкивы 9 и 10, которые вращаются в разные стороны.

Предложенный способ осуществляют следующим образом.

В зависимости от частоты вращения чаши выбирают частоту планетарного вращения по приведенному в формуле соотношению. Обогащаемый материал смешивают с водой и полученную пульпу подают на дно чаши. Под действием центробежного ускорения твердые частицы стремятся к периферии чаши и попадают в канавки 7, где в результате планетарного ускорения происходит чередование фаз уплотнения и разрыхления в соответствии с графиком, приведенным на фиг. 2. При этом в фазе разрыхления со стороны стенки чаши отсутствует какое-либо воздействие на материал, так как ускорение отхода стенки чаши от материала больше или по крайней мере равно центробежному.

При этих условиях происходит свободный обмен между легкими и тяжелыми частицами с концентрацией последних пре-имущественно у стенки чаши. Этот эффект усиливается благодаря встряхивающим воздействиям, которые возникают в конце каждой фазы разрыхления (точка 6 на фиг. 2). Таким образом, легкие частицы постепенно вытесняются и выносятся из чаши, а тяжелые накапливаются в канавках 7. По окончании работы чашу останавливают, вынимают пробку 8 и смывают тяжелый металл через полый вал 2 в сборник (не показан). При этом смыв тяжелого металла является легкой операцией, так как отсутствует причина для его уплотнения.

Согласно изобретению были изготовлены экспериментальные образцы центробежно-вибрационных концентраторов, которые имели следующие технические характеристики: наибольший внутренний диаметр чаши 100 мм; радиус планетарного вращения 1 мм; частота вращения чаши 700 об/мин и 950 об/мин; частота планетарного вращения 7000 1/мин и 10000 1/мин. Такие параметры устройства обеспечивают двукратное превышение планетарного ускорения относительно центробежного. Прошедший переработку материал включал примерно 70% воды, 25% песка, 5% магнетита. Содержание золота в песке колебалось от 2 до 670 на 1 т, а крупность его частиц от 5 мкм до 0,5 мм. Материал подавали с производительностью 160 л в час и 500 л в час. Было установлено, что извлечение золота крупностью менее 100 мкм составило 95% а крупностью до 0,5 мм 80-85% Увеличение частоты планетарного вращения приводит к увеличению извлечения тонкого золота (менее 0,1 мм) и относительным потерям (около 5%) крупного. При производительности 160 л в час среднее извлечение золота составило 85% а при производительности 500 л в час 90%
В параметры данного способа могут быть внесены изменения и дополнения, не выходящие за рамки сущности изобретения. В частности был описан вариант осуществления способа в устройстве с вертикальной осью вращения, однако возможны варианты с различными наклонами оси вращения.

Использование: обогащение песков россыпных месторождений золота, платины и других тяжелых металлов. Сущность изобретения: способ основан на создании режимов уплотнения и разрыхления материала со встряхивающими воздействиями на материал, находящийся в рабочем органе виде в виде чаши, совершающем вращательные движения вокруг своей оси и планетарное. Для получения указанных режимов определяют скорость планетарного вращения чаши из соотношения , где ω_п - угловая скорость планетарного вращения чаши, рад/с, ω_в - угловая скорость вращения чаши вокруг своей оси, рад/с, R_ч - наибольший внутренний вращения чаши, м, R_п - радиус планетарного вращения чаши, м. Встряхивающее воздействие осуществляют в момент наибольшего разрыхления материала в чаше. 3 ил.

Способ центробежно-вибрационного разделения смесей, включающий подачу материала в чашу с нарифлениями, придание чаше вращений вокруг своей оси и планетарного, способствующих созданию режимов уплотнения и разрыхления материала со встряхивающими воздействиями, отличающийся тем, что скорость планетарного вращения выбирают из соотношения

где ω_п угловая скорость планетарного вращения чаши, рад/с;
ω_в угловая скорость вращения чаши вокруг своей оси, рад/с;
R_r наибольший внутренний радиус чаши, м;
R_п радиус планетарного вращения чаши, м,
а встряхивающее воздействие осуществляют в момент наибольшего разрыхления материала.