ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ СЕПАРАТОР Российский патент 1997 года по МПК B03B5/32 

Изобретение относится к центробежным сепараторам для разделения частиц материалов разной плотности и может быть использовано, например, для выделения частиц золота из пульпы золотоносной руды.

Известен сепаратор по авт.св. СССР N 1801576, кл. В 03 В 5/32, опубл. 15.03.93.

Этот сепаратор состоит из канонической чаши с нарифлениями, установленной на раме и приводимой в движение с помощью привода, загрузочного приспособления в виде круглой трубы и разгрузочного приспособления в виде кольцевого эфелесборника, приспособления для съема концентрата в виде лотка, жестко присоединенного к чаше внутреннего коаксиального сосуда, закрепленного на чаше посредством распорных втулок.

Сепаратор работает следующим образом.

В чашу через загрузочное устройство подается пульпа, содержащая тяжелый компонент. Проходя в полости, образуемой между нарифленной поверхностью чаши и коаксиальными сосудами, пульпа выгружается в эфелесборник, а тяжелый компонент остается в рифлях. После пропускания пробы сепаратор останавливают, снимают коаксиальный сосуд и смывают концентрат через лоток.

Такое выполнение сепаратора позволяет повысить извлечение частиц тяжелого компонента мелкого и тонкого класса круглой формы. Однако частицы в виде чешуек не улавливаются вследствие завихрения потока на рифлях. В эти завихрения легко вовлекаются пластинчатые частицы и выносится с пульпой. Такой сепаратор не пригоден, например, для извлечения золота из руды, в которой содержится значительная его часть в виде чешуек.

Известен концентратор для отделения зернистого материала ( прототип) по патенту СССР N 1676440, кл. В 03 В 5/32, опуб. 07.09.91.

Концентратор (сепаратор) включает полный барабан с рабочей камерой, имеющий вертикальную ось вращения, привод для вращения, приспособление для подачи пульпы в нижнюю часть камеры, приспособление для слива отработанной пульпы в верхней части камеры. Приспособление для поддержания барабана на оси. Внутренняя поверхность рабочей камеры имеет три зоны. Внизу расположена зона перемещения, вверху зона удержания. При этом зона перемещения и зона сливного порога выполнены расширяющимися по направлению к зоне удержания. Уклон зоны перемещения к оси вращения составляет 10:1. Уклон зоны сливного порога к оси вращения составляет 10:1. Соотношение длины зоны перемещения, удержания и сливного порога составляет 6:3:1.

Недостатки прототипа связаны со следующим.

Поток золотосодержащей пульпы, попадая во вращающуюся рабочую камеру, закручивается к стенкам и образует по стенкам вращающийся движущийся снизу вверх ламинарный слой пульпы. При этом на каждую частицу потока действует центробежная сила, зависящая от плотности частиц, скорости вращения барабана и вызывает расслоение пульпы, при этом тяжелые частицы оказываются во внешнем слое у стенок рабочей камеры.

Для того, чтобы более тяжелые частицы золота переместились во внешний слой потока и остались в зоне удержания они должны пробыть определенное время в зоне перемещения, которое зависит от скорости возрастания центробежной силы по мере изменения диаметра рабочей камеры.

Выполнение рабочей камеры в зоне перемещения в виде конуса не обеспечивает достаточно быстрого нарастания центробежной силы и достаточно высокую начальную скорость слоя вдоль оси, что не обеспечивает улавливание частиц тонкой фракции и, например, пластинчатой формы.

Кроме того, переход конуса в цилиндр в области зоны удерживания способствует турбулизации потока и соответственно уносу частиц тонкой фракции.

Задача изобретения разработка такой конструкции сепаратора, рабочая камера которого обеспечивает формирование вдоль стенок камеры плавное движение потока пульпы (без турбулизации).

Поставленная задача решается в центробежном сепараторе, включающем рабочую камеру, привод для вращения, приспособление для подачи пульпы на дна камеры, приспособление для слива отработанной пульпы со сливной кромкой выполненной с противоположной дну камеры стороны, согласно изобретению, рабочая камера вдоль оси вращения выполнена с овальным сечением, кривизна которого определяется величиной угла между осью вращения и касательной к внутренней поверхности рабочей камеры, который изменяется к внутренней поверхности рабочей камеры, который изменяется от дна до сливной кромки рабочей камеры в пределах от +45 град. до -20 град.

Второе отличие в том, что дно рабочей камеры заполнено жидким сорбентом.

Третье отличие в том, что на стенках расширяющейся части рабочей камеры выполнены спиральные или кольцевые выступы, образующие волнообразную поверхность.

Четвертое отличие в том, что рабочая камера во впадинах волнообразной поверхности и по большему диаметру снабжена кольцами, выполненными из эластичного материала с плотностью в пределах от 20 до 1 г/см³.

Пятое отличие в том, что рабочая камера перед сливной кромкой имеет раструб, поверхность которого плавно сопряжена с поверхностью рабочей камеры, на поверхности раструба выполнена кольцевая полость с отверстиями, наружу рабочей камеры, прикрытая дополнительным кольцом из эластичного материала плотность 20 1г/см³.

Рабочая камера, имеющая овальное сечение вдоль оси, обеспечивает интенсивное изменение центробежной силы при изменении кривизны рабочей камеры, которая определяется величиной угла между осью вращения от дна до сливной кромки рабочей камеры от +45 до -20 град. т.к. изменение величины радиуса камеры происходит по криволинейному закону. Угол 45 град. определен экспериментально, исходя из условия четкого расслоения потока уже на начальной стадии, при этом на стенках рабочей камеры формируется слой самого плотного компонента. При движении потока по стенкам камеры за счет увеличения центробежной силы происходит дальнейшее перемещение частиц высокой плотности к стенкам камеры. В области кривизны 0 град. камера имеет чашеобразную форму, т. к. далее угол кривизны становится отрицательным. Это зона удержания плотного компонента.

Отрицательный угол 20 град. также определен экспериментально. Чем больше этот угол, тем больше вероятность, что мелкие частицы улавливаемого компонента не будут уносится с отработанной пульпой, однако при больших углах происходит как бы слой потока, турбулизация его и, следовательно, вынос частиц полезного компонента в отработанную пульпу.

При наличии жидкого сорбента, например ртути, на дне рабочей камеры и при приведении сепаратора во вращение на стенках камеры в общем потоке пульпы формируется слой ртути. Так как плотность золота близка к плотности ртути, то частицы золота попадают в зону ртути, происходит его амальгомация. Золото накапливается в ртути. Количество ртути выбирается экспериментально, из условия, что она не должна переливаться с отработанной пульпой.

При волнообразной рабочей поверхности сформировавшийся слоистый равномерный поток во впадинах имеет максимальную скорость и наименьшую толщину, а на гребнях за счет потери скорости сжимается, не вызывая турбулизацию. Это ускоряет перемещение полезных частиц к рабочей поверхности, где они накапливаются.

Кольца из эластичного материала с заданной плотностью и прикрепленные к рабочей поверхности во впадинах во волнообразной поверхности (свободный конец направлен навстречу потоку) выполняют роль ловушек. При этом плотность материала выбирается из условия, что она должна быть меньше, чем у полезного компонента и больше, чем у пустой породы. Эти кольца могут быть сменными и изготавливаться из материалов разной плотности в зависимости от назначения сепаратора, для выделения какого материала он предназначен.

Частицы полезного компонента, отброшенные центробежной силой на стенки рабочей камеры, имеющие плотность больше, чем плотность эластичного материала колец, двигаясь с потоком, поднимают незакрепленный край кольца и накапливаются под ним. Пустая порода, имеющая меньшую плотность, не может попасть под кольцо.

Выполнение раструба, поверхность которого плавно сопряжена с рабочей поверхностью и имеющая кольцевую полость на поверхности, обеспечивает управление и отвод полезного компонента и позволяет работать сепаратору в непрерывном режиме. При этом кольцо из эластичного материала выполняет роль делителя потока, так как отсекает его часть, в которой собраны частицы полезного компонента. Эти частицы, скользя по поверхности, попадают под эластичное дополнительное кольцо, так как плотность его материала меньше плотности улавливаемого материала.

Отработанная пульпа проходит над кольцом, так как частицы пустой породы имеют плотность меньше, чем плотность материала кольца и не могут проникнуть под дополнительное кольцо.

На фиг.1 схематично показан разрез сепаратора по ось вращения; на фиг.2
установка колец из эластичного материала; на фиг.3 вариант конструкции с раструбом.

Сепаратор включает рабочую камеру 1, которая имеет вертикальную ось вращения, однако может иметь любую другую. Поверхность 2 рабочей камеры имеет овальное сечение относительно оси вращения. Начальная кривизна камеры L1 45 град. конечная кривизна L2 минус 20 град. (фиг.2)
Дно камеры соединено с патрубком 3 для слива полезного компонента, который закрыт пробкой 4. На патрубке 3 установлены подшипники 5 и 6 ременной передачи 7. Другой шкив 8 ременной передачи установлен на валу электродвигателя 9. Торец рабочей камеры закрыт крышкой 10, через которую пропущен патрубок 11 для подачи пульпы на дно камеры. На крыше смонтировано приспособление 12 для смыва концентрата с поверхности рабочей камеры. Снизу патрубка 3 установлен рычаг 13 для открытия пробки 4. На стенках рабочей камеры выполнены спиральные или кольцевые выступы 14, между которыми образованы впадины 15. Выступы и впадины образуют волнообразную поверхность. Рабочая поверхность покрыта эластичным износостойким слоем 16, например, резиной, полиуретаном и тому подобным. Поверхность камеры снабжена кольцами или лентами 17 (фиг.2), выполненными из эластичного материала плотностью 20 - 1г/см³. Кольца или ленты закреплены во впадинах на рабочей поверхности. В зоне удержания расположено кольцо 18 с плотностью материала 20 1 г/см³. Кольца могут быть съемными. Сепаратор может быть снабжен несколькими комплексами этих колец, выполненных из материалов разной плотности в зависимости от назначения. Например, для улавливания разной плотности в зависимости от назначения. Например, для улавливания золота плотность этого материала должна быть 8 -11 г/см³. Такой эластичный материал можно изготовить из резины с добавкой порошков различных металлов, например, свинца.

Для того, чтобы обеспечить непрерывную работу сепаратора в рабочей камере, перед сливом имеется раструб 19 (фиг. 3). Поверхность раструба плавно сопряжена с поверхностью рабочей камеры. На поверхности раструба выполнена кольцевая полость 20, имеющая отверстия 21 для отвода полезного компонента. Полость 20 прикрыта дополнительным кольцом 22 из эластичного материала плотностью 20 -1 г/см³. Кольцо прикреплено к сливной кромке раструба. По контуру барабана установлены ловушки для отходов 23 и для концентрата 24. Нижняя часть камеры заполнена ртутью 25, которая при вращении сепаратора ложится на стенки камеры в зоне удержания.

Сепаратор работает следующим образом.

Рабочую камеру 1 приводят во вращение с заданной скоростью. Скорость вращения выбирают достаточно высокой, в результате чего составляющая центробежной силы, действующая от дна к сливу вдоль рабочей поверхности оказывается достаточно большой для того, чтобы перемещать поток по рабочей поверхности. Далее непрерывно на дно камеры по патрубку 11 подают, например, золотосодержащую пульпу требуемой консистенции. На выпускном конце патрубка 11 может быть установлено закручивающее поток сопло (не показано) для поступления пульпы тангенциально в направлении вращения барабана с тем, чтобы добавить пульпе момент количества движения. Поток пульпы, выходящий из сопла, закручивается и отбрасывается на начальный участок криволинейной поверхности 2 рабочей камеры 1. При вращении пульпы центробежная сила, зависящая от массы частиц, скорости вращения барабана и радиуса, на котором частицы находятся от оси камеры, действует на каждую частицу и вызывает расслоение пульпы таким образом, что наиболее крупные частицы материала, имеющие наибольшую плотность, находятся во внешнем слое, непосредственно на рабочей поверхности, далее по направлению к оси вращения располагается слой частиц наименьшего размера и меньшей плотности, ближе всего к оси формируется слой воды. В слое твердых частиц пустой породы много мелких частиц улавливаемого компонента. Начальный угол кривизны рабочей поверхности 45 град. обеспечивает такую величину изменения центробежной силы и за счет этого изменение толщины слоя, которая необходима для расслоения пульпы на начальном участке. Далее слоистый поток пульпы движется по рабочей поверхности к приспособлению для слива отработанной пульпы. По мере изменения кривизны рабочей поверхности от 45 град. до 0 град. увеличивается радиус рабочей камеры и, следовательно, центробежная сила. За счет этого происходит дальнейший отброс частиц полезного компонента меньшего размера к рабочей поверхности. Интенсивность нарастания центробежной силы такова, что в области кривизны 0 град. собираются 90-97% частиц полезного компонента от крупных до мельчайших. В этой области рабочая поверхность имеет форму чаши, так как далее от 0 град. угол кривизны становится отрицательным. В этой области происходит уменьшение центробежной силы, что не позволяет подняться на сливной порог слою тяжелых частиц, которые остаются в зоне удерживания. Отработанная пульпа сливается и накапливается в ловушке 23, установленной вокруг барабана. Улавливаемый материал, например золото, накапливается в зоне удержания. Если сепаратор выполнен в виде устройства периодического действия, то после пропускания определенного количества пульпы его останавливают, открывают пробку 4 с помощью рычага 13, промывают рабочую камеру водой с помощью приспособления 12. Частицы золота вместе с водой попадают в емкость 26.

Если рабочая поверхность выполнена волнообразной, то выступы 14 и впадины 15, не нарушая плавного течения потока, не вызывая его турбулизации, растягивают его во впадинах и сжимают на выступах, что способствует перемещению из слоя в слой мелких частиц улавливаемого компонента.

Если на дно рабочей камеры помещен сорбент, например ртуть, то при работе сепаратора на стенках рабочей камеры ртуть 25 образует один из слоев. Так как плотность ртути близка к плотности золота, то они занимают в потоке соседние зоны, приходит амальгомация частиц золота. Ртуть с захваченным золотом накапливается в зоне удержания. После цикла работы ее сливают через патрубок 3 в емкость 26. Далее золото от ртути отделяют известным способом. При наличии на рабочей поверхности ловушек в виде колец 17 из эластичного материала под каждым кольцом накапливаются частицы, например золота, разных размеров. Частицы, отброшенные в слой на рабочей поверхности и имеющие плотность больше плотности материала кольца, отодвигают свободный конец кольца, направленный навстречу потоку, проникают под кольцо и там накапливаются. Пустая же порода, имеющая немного меньшую плотность, не может проникнуть под кольцо. При этом, чем дальше кольцо находится по ходу потока от дна рабочей камеры, тем более мелкая фракция под ним накапливается с высокой концентрацией полезного компонента.

Если сепаратор предназначен для работы в непрерывном режиме, т.е. он имеет раструб 19, то в таком сепараторе поток пульпы вместе со слоем, например золота, из зоны удержания перемещается на поверхность раструба, где дополнительное кольцо 22 из эластичного материала выполняет роль делителя потока, так как под него проникают только частицы золота, имеющие плотность больше, чем материал кольца. Затем частицы золота попадают в полость 20, и через отверстия 21 в накопительную емкость 24, закрепленную вокруг барабана.

Таким образом, прелагаемый сепаратор позволяет решить поставленную задачу, так как обеспечивает интенсивное изменение центробежной силы от дна к сливу и исключает турбулизацию рабочего потока. Конструктивные особенности предлагаемого сепаратора обеспечивают улавливание частиц полезного компонента разного размера и разной формы.

Использование: для разделения частиц материалов разной плотности и может быть использовано, например, для выделения золота из пульпы золотоносной руды. Сущность изобретения: центробежный сепаратор включает рабочую камеру, привод для вращения, приспособление для слива обработанной пульпы с противоположной части камеры. При этом рабочая камера вдоль оси вращения выполнена с овальным сечением, кривизна которого определяется величиной угла между осью вращения и касательной к внутренней поверхности рабочей камеры, которой изменяется от дна рабочей камеры до сливной кромки рабочей камеры в пределах 45 - (-20)^o относительно оси вращения, от дна к сливу имеет переменную величину 45 - 0^o и 0 - (-20^o). Дно рабочей камеры заполнено ртутью. На стенках рабочей камеры выполнены спиральные выступы, образующие волнообразную поверхность. Рабочая поверхность во впадинах волнообразной поверхности и по большему диаметру снабжена кольцами, выполненными из эластичного материала плотностью 20-1 г/см³. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Центробежный сепаратор, включающий рабочую камеру, привод для вращения, приспособление для подачи пульпы на дно камеры, приспособление для слива отработанной пульпы со сливной кромкой, выполненное с противоположной дну камеры стороны, отличающийся тем, что рабочая камера вдоль оси вращения выполнена с овальным сечением, кривизна которого определяется величиной угла между осью вращения и касательной к внутренней поверхности рабочей камеры, который изменяется от дна рабочей камеры до сливной кромки рабочей камеры в пределах от +45 до -20^o. 2. Сепаратор по п. 1, отличающийся тем, что дно рабочей камеры заполнено жидким сорбентом. 3. Сепаратор по п. 1, отличающийся тем, что на стенках расширяющейся части рабочей камеры выполнены спиральные выступы, образующие волнообразную поверхность. 4. Сепаратор по пп. 1 или 2 и 3, отличающийся тем, что рабочая камера во впадинах волнообразной поверхности и по большему диаметру снабжена кольцами, выполненными из эластичного материала с плотностью материала в пределах 20 1 г/см³. 5. Сепаратор по п. 1, отличающийся тем, что рабочая камера перед сливной кромкой имеет раструб, поверхность которого плавно сопряжена с поверхностью рабочей камеры, на поверхности раструба выполнена кольцевая полость с отверстиями наружу рабочей камеры, кольцевая полость по раструбу прикрыта дополнительным кольцом из эластичного материала плотностью 20 1 г/см³.