ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ СЕПАРАТОР Российский патент 1998 года по МПК B03B5/32 

Изобретение относится к области обогащения полезных ископаемых и может быть использовано для переработки золотосодержащих руд и песков тонких классов.

Известен широкий спектр машин для разделения твердых частиц по плотности, в которых разделение происходит под действием пульсирующих потоков воды и собственного веса, называемых отсадочными машинами.

Однако при относительно высокой производительности эти устройства не способны эффективно перерабатывать материал крупностью менее 0,1 мм, так как силы гидродинамики, действующие на мелкие частицы, намного превосходят силу их веса (1).

Известны центробежные аппараты, в которых на частицы материала действуют центробежные силы, во много раз превышающие силу собственного веса. Например, сепаратор Knelson компании "Batman Enginering Incorporation" (2). Сепаратор содержит вертикально установленный ротор, выполненный в форме усеченного конуса с двойными стенками. Питания сепаратора осуществляется через центральную трубу, не доходящую до дна ротора. Внутренняя поверхность конуса содержит кольцевые канавки, на дне которых имеются перфорации для подачи воды из межстенного пространства конуса для разрыхления пристенного слоя. В таком сепараторе на частицы действуют, с одной стороны, центробежные силы, в десятки раз превосходящие силу собственного веса и, с другой стороны, восходящие потоки волны. Разгрузка концентрации осуществляется периодически по мере накопления его в рифлях.

Недостатками такого устройства являются периодичность действия и невысокая эффективность обогащения без предварительной узкой классификации обогащаемого материала. Это обусловлено тем, что по существу данное устройство представляет собой классифицирующий аппарат, где разделение частиц осуществляется в основном по их гидравлической крупности в восходящем потоке воды.

Наиболее близким к изобретению является сепаратор для минералов (3), включающий внутренний вращающийся конус с перфорацией в виде узких щелей, на внутренней поверхности которого установлены ребра. Сепаратор содержит невращающийся внешний конус, питающий патрубок для подачи воды, причем внешний конус установлен с возможностью осевых колебаний.

В таком сепараторе вода подается через водопитающий патрубок в межконусное пространство, исходное сырье в нижнюю часть внутреннего конуса. Под действием центробежных сил частицы сырья прижимаются к его поверхности и образуют пристенный слой, толщина которого определяется высотой ребер. При этом осевые колебания внешнего конуса создают пульсирующий поток сквозь щели конуса и пристенный слой сырья. В пристенном слое происходит расслаивание частиц сырья по плотности и тяжелая фракция проникает через щели внутреннего конуса в межконусное пространство, а легкая фракция разгружается через верхнюю часть конуса.

Недостатками такого аппарата являются, во-первых, низкая надежность конструкции, а именно: уплотнения между вращающимся и неподвижным конусами в сопрягаемом месте в верхней части аппарата. Здесь возникает самое высокое давление воды от вращения внутреннего конуса и от осевых колебаний внешнего конуса, что при наличии самых малых зазоров приводит к возникновению значительных паразитных потоков суспензии, быстрому забиванию этих зазоров частицами сырья и выходу аппарата из строя. Во-вторых, такой аппарат не способен работать при высоких частицах вращения внутреннего конуса, т.к. с увеличением частоты вращения происходит интенсивное обезвоживание пристенного слоя материала по мере уменьшения диаметра оболочки конуса. Следовательно, эффективность работы сепаратора при переработке мелких классов сырья сразу снижается. Кроме того, в данном сепараторе разгрузка тяжелой фракции в межконусное пространство осуществляется только через перфорированную поверхность конуса, что может снизить либо качество концентрата, либо привести к потере крупных частиц ценного продукта в тяжелой фракции.

Задачей изобретения является повышение надежности конструкции и эффективности процесса обогащения.

Сущность изобретения заключается в том, что в сепараторе, содержащем ротор в виде усеченного конуса с перфорированной поверхностью и питающим патрубком в зоне меньшего основания конуса, помещенный в емкость с устройством подачи воды и пульсации последней, а также с установленным на ней приемником легкой фракции со стороны большого основания конуса и приемником тяжелой фракции со стороны меньшего основания, согласно изобретению, конус в плоскости большего основания снабжен кольцевой стенкой с цилиндрическим козырьком, укрепленным на меньшем диаметре кольцевой стенки и обращенным в сторону приемника легкой фракции, образуя сливное отверстие, а емкость содержит фланец, центральное отверстие которого охватывает козырек конуса, причем в зазоре между фланцем емкости и кольцевой стенкой конуса размещено уплотнение, например лабиринтное.

Кроме того, в том же сепараторе в зоне большого основания конуса, на его боковой поверхности выполнена щель для выхода тяжелой фракции.

Благодаря тому что конус в плоскости большого основания снабжен кольцевой стенкой с цилиндрическим козырьком, укрепленным на меньшем диаметре кольцевой стенки и обращенным в сторону приемника легкой фракции, образуя сливное отверстие, а емкость содержит фланец, центральное отверстие которого охватывает козырек конуса, нежелательный выход воды из внешней емкости сепаратора возможен лишь через край внутреннего диаметра фланца, который максимально приближен к внутреннему диаметру кольцевой стенки конуса, т.е. к поверхности сырья, находящегося во вращающемся конусе. Таким образом, минимизирован перепад давления воды, определяющий паразитные утечки из внешней емкости. Установка уплотнения между фланцем емкости и кольцевой стенкой конуса способна свести эти утечки к нулю.

Кроме того, кольцевая стенка ротора способна обеспечить создание водонасыщенного слоя сырья в пристенном слое без установки дополнительных ребер, как в установке-прототипе. А отсутствие таких ребер позволяет продвигаться частицам тяжелой фракции, если они крупнее перфораций на поверхности конуса, по внутренней его поверхности в сторону наибольшего диаметра, где выполнение разгрузочной щели делает возможным проникновение этих частиц во внешнюю емкость, что повышает эффективность работы сепаратора и расширяет его технологические возможности.

По существу предлагаемое устройство является центробежной отсадочной машиной, способной перерабатывать тонкие классы сырья.

На чертеже представлен общий вид сепаратора.

Сепаратор содержит ротор в виде усеченного конуса 1 с полым валом 2, емкость 3 с патрубком 4 для подачи воды, с устройством 5 для генерации пульсаций воды и приспособлением 6 для разгрузки тяжелой фракции. Ротор включает кольцевую стенку 7 с цилиндрическим козырьком 8, образующим сливное отверстие ротора. Емкость 3 содержит фланец 9, центральное отверстие которого охватывает козырек конуса. В зазоре между фланцем и кольцевой стенкой установлено уплотнение 10, например лабиринтное. Подвижное дно 11 емкости крепится через эластичный элемент 12 к корпусу емкости и при совершении осевых возвратно-поступательных движений генерирует пульсации воды. Ротор 1 приводится во вращение приводом через шкив 13. На емкость 3 укреплено приспособление 14 для разгрузки легкой фракции. Конус может быть выполнен с разгрузочной кольцевой щелью 15.

Сепаратор работает следующим образом.

Ротор 1 через шкив 13 приводится во вращение. Емкость 3 наполняется водой через патрубок 4. Вода под действием колебательных движений дна 10 начинает пульсировать. Исходный материал по полому валу 2, на выходном конце которого находится питающий патрубок, поступает в нижнюю часть ротора 1 и под действием центробежных сил прижимается к перфорированной поверхности, образуя в конусе цилиндрическую ванну с материалом, внутренний диаметр поверхности которой определяется внутренним диаметром кольцевой стенки 8. Образованный на перфорированной поверхности конуса пристенный слой сырья под действием пульсирующей воды разрыхляется. Частицы тяжелой фракции, содержащиеся в обогащаемом материале, приникают в поры разрыхленного слоя и под действием центробежных сил перемещаются к поверхности конуса. Здесь частицы тяжелой фракции проникают сквозь перфорацию конуса во внешнюю емкость и разгружаются через приспособление 6. Если в конструкции предусмотрена разгрузочная щель 15, а частицы тяжелой фракции крупнее перфораций на поверхности конуса, то в процессе работы сепаратора эти тяжелые частицы, осевшие на поверхности конуса, под действием вращения и пульсаций потока воды перемещаются к разгрузочной щели 15, проникают в емкость 3 и разгружаются через приспособление 6. Частицы легкой фракции, вытесненные из пристенной зоны тяжелой фракцией и пульсациями воды, концентрируются ближе к поверхности слоя и под действием центробежных сил перемещаются к сливному отверстию, образованному цилиндрическим козырьком 8, и разгружаются в приемник легкой фракции 14.

Поверхность конуса 1 может быть выполнена из сетки с проходным отверстием заданной величины, исходя из крупности перерабатываемого материала.

Устройство для создания пульсаций воды может быть выполнено таким же, как и в типовых отсадочных машинах: мембранным, воздушно-пульсационным и т. д.

Примером конкретного выполнения может служить центробежный сепаратор производительностью 1 т/ч для материала крупностью минус 0,1 мм, который содержит перфорированный ротор в виде усеченного конуса с углом конусности 8^o. Внутренний диаметр кольцевой стенки ротора 150 мм, внешний 200 мм. Частота вращения ротора 600 об/мин, частота колебаний воды 700 об/мин при амплитуде около 2 мм в слое материала на конической поверхности ротора. Радиальный зазор между цилиндрическим козырьком и отверстием фланца емкости составляет 1 мм. Между фланцем и кольцевой стенкой ротора установлено лабиринтное уплотнение с тремя кольцевыми выступами.

Ряд предварительных экспериментов по обогащению золотосодержащих песков вышеуказанной крупности показал извлечение золота более 80% что на 15-20% выше показателей лучших аналогов.

Для специалистов в этой области техники очевидно, что в конструкцию устройства могут быть внесены изменения и дополнения, не выходящие за рамки сути изобретения, объем которых определен в формуле изобретения.

Использование: обогащение полезных ископаемых, предназначен для разделения минералов по плотности. Сущность изобретения: сепаратор содержит вращающийся ротор в виде усеченного конуса с перфорированной поверхностью, помещенный в емкость с устройством подачи воды и пульсации последней. Конус в плоскости большого основания снабжен кольцевой стенкой с цилиндрическим козырьком, укрепленным на меньшем диаметре кольцевой стенки и обращенным в сторону приемника легкой фракции, образуя сливное отверстие. Емкость снабжена фланцем, центральное отверстие которого охватывает козырек конуса. Сырье подается в ротор через полый вал в зону меньшего основания корпуса. В рабочем режиме частицы тяжелой фракции оседают на коническую поверхность ротора и проникают через перфорации в емкость и далее в сборник тяжелой фракции. Частицы легкой фракции движутся по поверхности ванны ротора и через сливное отверстие уходят в приемник легкой фракции. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Центробежный сепаратор, содержащий ротор в виде усеченного конуса с перфорированной поверхностью и питающим патрубком в зоне меньшего основания конуса, помещенный в емкость с устройством подачи воды и пульсации последней, а также с приемником легкой фракции, установленным со стороны большего основания конуса, и приемником тяжелой фракции со стороны меньшего основания, отличающийся тем, что конус в плоскости большего основания снабжен кольцевой стенкой с цилиндрическим козырьком, укрепленным на меньшем диаметре кольцевой стенки и обращенным в сторону приемника легкой фракции, образуя сливное отверстие, а емкость содержит фланец, центральное отверстие которого охватывает козырек конуса, причем в зазоре между фланцем емкости и кольцевой стенкой конуса размещено уплотнение, например, лабиринтное. 2. Сепаратор по п.1, отличающийся тем, что в зоне большего основания конуса на его боковой поверхности выполнена кольцевая щель для выхода тяжелой фракции.