ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ КОНЦЕНТРАТОР Российский патент 1999 года по МПК B03B5/32 

Изобретение относится к области обогащения полезных ископаемых, в частности к устройствам для выделения свободных благородных металлов и других тяжелых полезных компонентов в центробежном поле из песков рассыпных месторождений, измельченных руд, хвостов обогащения, черновых концентратов.

Широко известны концентраторы, в которых разделение материала (пробы) по плотности происходит в жидкой среде (пульпе) за счет центробежных сил, действующих на массу материала, помещенную во вращающийся рабочий орган, выполненный в виде конической чаши с кольцевыми нарифлениями. При этом чаще всего для обеспечения разрыхления материала и повышения тем самым эффективности разделения, наряду с вращением вокруг своей оси, чаше сообщают еще и планетарное движение. Таким образом выполнен, например, концентратор по авторскому свидетельству СССР N 1651955, кл. B 03 B 5/32, 1991 г.

Недостатком указанного концентратора является низкая эффективность разделения материала, поскольку возникающие при работе ускорения (центробежное и планетарное) действуют на частицы материала в одной плоскости. Кроме того, в указанном концентраторе встряхивающие воздействия на чашу происходят в момент наибольшего уплотнения материала, так как направление вращения чаши вокруг своей оси совпадает с направлением ее планетарного вращения. В результате этого происходит быстрое забивание межрифельных канавок чаши исходным материалов и слабое замещение легких частиц тяжелыми.

В связи с этим известный концентратор имеет ограниченное применение (частые остановки для сполоска рифлей чаши снижают производительность) и применяются в основном при опробовании золотосодержащих песков малого объема при геологоразведочных работах.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является центробежный концентратор сыпучих материалов (заявка PCT/RU95/00266, публик. WO 97/20632, B 03 B 5/32), включающий рабочий орган в виде чаши, приводимой во вращение механизмом привода через гибкий элемент, обеспечивающий возможность отклонения оси вращения чаши от вертикали, и ограничитель угла наклона чаши в виде кожуха с отверстием, внутренняя контактирующая поверхность которого обеспечивает фрикционное планетарное движение чаши.

В указанном концентраторе направление планетарного движения происходит в сторону, противоположную центробежному вращению чаши, что обеспечивает встряхивание воздействия в момент наибольшего разрыхления материала.

Недостатком данного концентратора является снижение его ожидаемой эффективности из-за значительных потерь тяжелого полезного компонента в среднем и крупном классах из-за резкого возрастания радиуса планетарного вращения чаши в направлении от вершины ее конуса к его основанию, т.е. увеличения амплитуды колебаний чаши, вследствие отклонения оси ее вращения от вертикали. Это отклонение является также причиной сноса потоком жидкости части мелких классов тяжелого полезного компонента (особенно пластинчатой и чешуйчатой форм), так как возникающее вследствие наклона чаши дополнительное ускорение, направленное поперек рифлей, способствует не только разрыхлению материала в кольцевых канавках, но и сносу части полезного компонента из канавок, обращенных несколько кверху (крайнее отклоненное положение чаши). Это приводит к потерям полезного компонента и к необходимости дополнительной перечистки, что резко снижает производительность концентратора.

Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности работы центробежного концентратора.

Поставленная задача в заявленном изобретении решается за счет достижения технического результата, который заключается в создании благоприятных условий для извлечения - одинаковых условий интенсивного обмена легких частиц на тяжелые во всех рифлях чаши независимо от крупности обогащаемого материала.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в центробежном концентраторе, включающем рабочий орган в виде чаши, приводимой во вращение с возможностью отклонения оси вращения от вертикали через ведомую часть гибкого элемента механизма привода, и ограничитель угла наклона чаши, взаимоконтактирующие поверхности которых выполнены с различным профилем, гибкий элемент выполнен с возможностью пространственного смещения его ведомой части (одновременно в горизонтальной и вертикальной плоскостях). Причем максимальное смещение ведомой части в горизонтальной плоскости равно разнице между диаметрами взаимоконтактирующих поверхностей, профили которых выполнены с возможностью обеспечения самоустановки чаши из начального режима вращения под углом к вертикали в рабочий режим планетарного вертикального или близкого к вертикальному вращения.

По результатам проведенного заявителем анализа уровня техники не выявлен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения, а определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "новизна" по действующему законодательству.

Выполнение гибкого элемента с возможностью смещения его ведомой части одновременно в горизонтальной и вертикальной плоскостях создает условия для самоустановки чаши из начального режима вращения под углом к вертикали в рабочий режим планетарного вертикального или близкого к вертикальному вращения и позволяет чаше совершать вертикальные движения. Максимальное смещение ведомой части в горизонтальной плоскости, равное разнице между диаметрами взаимоконтактирующих поверхностей, является условием для выхода чаши на орбиту рабочего режима планетарного вращения. Все это может быть обеспечено выполнением гибкого элемента, например, в виде многоэлементной упругой муфты, которая помимо передачи крутящего момента способна генерировать мягкие вертикальные гармоничные колебания с малой амплитудой (пульсации) под воздействием возмущающей динамической нагрузки, создаваемой от вращения чаши, а также допускать в установленных пределах необходимые смещения своей ведомой части в горизонтальной плоскости.

Выполнение профилей взаимоконтактирующих поверхностей ограничителя и чаши с возможностью обеспечения указанной самоустановки чаши позволяет осуществить плавный переход чаши из одного режима вращения в другой и самоустанавливаться на орбите рабочего режима планетарного вертикального или близкого к вертикальному вращения. Это может быть обеспечено, например, выполнением контактирующей поверхности ограничителя в виде цилиндрической поверхности, а контактирующей поверхности чаши - в виде выпуклой сферической поверхности и наоборот.

Таким образом, с помощью указанных технических решений достигается постоянство амплитуды планетарных колебаний и равенство в связи с этим планетарных ускорений по высоте чаши, т. е. во всех ее рифлях, а также улучшение перемешивания материала в межрифельном пространстве. Это создает благоприятные условия для извлечения и снижает потери средних и крупных классов тяжелых полезных компонентов из верхних рифель чаши.

Таким образом, все перечисленные признаки обеспечивают решение поставленной задачи - повышение эффективности работы концентратора за счет увеличения степени извлечения ценного компонента и повышения производительности концентратора.

Для проверки соответствия заявленного изобретения критерию "изобретательский уровень" проводилось его сравнение с другими техническими решениями, известными как из специальной технической литературы, каталогов и научных публикаций, так и из источников, включенных в "уровень техники".

Заявляемый центробежный концентратор соответствует требованию изобретательского уровня, так как совокупность его существенных признаков обеспечивает концентратору новое качество, выражающееся в повышении эффективности процесса обогащения (увеличении извлечения и производительности), что не следует явным образом из известного уровня техники.

Сущность изобретения поясняется на примере выполнения концентратора, иллюстрируемого чертежами, на которых изображены:
на фиг. 1 - общий вид центробежного концентратора;
на фиг. 2 - схема движения чаши в начальный период;
на фиг. 3 - схема движения чаши при рабочем режиме;
на фиг. 4 - схема воздействия сил на обогащаемый материал при вращении чаши.

Предложенный в соответствии с настоящим изобретением центробежной концентратор включает рабочий орган 1, выполненный в виде конической чаши с кольцевыми нарифлениями, имеющий наружную контактирующую поверхность 2. Чаша приводится во вращение механизмом привода 3 посредством гибкого элемента 4, выполненного с возможностью перемещения его ведомой части 5 одновременно в горизонтальной и вертикальной плоскостях и передачи этого отклонения через непосредственную связь чаше. Гибкий элемент 4, в частном случае, выполнен в виде многоэлементной упругой муфты.

Чаша имеет возможность отклонения оси своего вращения от вертикали. Пределы этой возможности устанавливаются ограничителем 6 угла наклона чаши, имеющим внутреннюю контактирующую с чашей поверхность 7 и смонтированным в кожухе 8 на опорах 9. Максимальное смещение ведомой части 5 в горизонтальной плоскости равно разнице между диаметрами взаимоконтактирующих поверхностей 2 (чаши) и 7 (ограничителя). Профили взаимоконтакирующих поверхностей выполнены с возможностью обеспечения самоустановки чаши из начального режима вращения под углом к вертикали в рабочий режим планетарного вертикального или близкого к вертикальному вращения. Загрузка чаши осуществляется через воронку 10. Для вывода легкой фракции концентратор имеет сборник 11. Для вывода тяжелого полезного компонента из кольцевых межрифельных канавок 12 чаша имеет каналы 13 с заглушками 14, а сбор этого компонента осуществляется коническим лотком 15 и сборником 16.

В варианте исполнения концентратора, показанном на фиг. 1, контактирующая поверхность 7 ограничителя 6 и контактирующая поверхность 2 чаши выполнены в виде цилиндрических поверхностей. В другом варианте (фиг. 2 и 3) контактирующая поверхность 2 чаши выполнена в виде выпуклой сферической поверхности. Для исключения проскальзывания контактирующие поверхности 2 и 7 могут быть выполнены из материалов с повышенными фрикционными свойствами.

Концентратор работает следующим образом. Перед началом процесса обогащения запускают в работу механизм привода 3. При его включении чаша 1 через гибкий элемент 4 получает вращение вокруг своей оси и отклоняется от вертикали (на практике, это первоначальное отклонение может произойти и в состоянии покоя чаши, так как она находится в неустойчивом равновесии). Возникающие при вращении чаши центробежные силы обеспечивают достижение максимально возможного значения угла ее наклона "α" (фиг. 2), при котором входят в соприкосновение контактирующие поверхности 2 чаши 1 и 7 ограничителя 6. В результате этого контакта и под действием центробежных сил возникает момент качания чаши (относительно опоры - зоны контакта чаши и ограничителя) в вертикальной плоскости, проходящей через ось вращения чаши, причем эта условная плоскость вращается вместе с вращением чаши. Момент качания через чашу воздействует на ведомую часть 5 гибкого элемента 4, вызывая ее смещение в плоскости качания. За счет упругих свойств гибкого элемента обеспечивает равенство моментов: активного (создается чашей 1) и реактивного (создается упругими силами гибкого элемента 4). При этом максимальное горизонтальное смещение ведомой части 5 гибкого элемента 4 равно разнице между диаметрами взаимоконтактирующих поверхностей ограничителя 6 и чаши 1. Этим обеспечивается условие, при котором чаша самоустанавливается из начального режима вращения под углом к вертикали в рабочий режим на орбите планетарного вертикального или близкого к вертикальному вращения, чему способствует выполнение профилей взаимоконтактирующих поверхностей 2 и 7 - с возможностью обеспечения этой самоустановки. Рабочий режим протекает устойчиво в результате фрикционного взаимодействия поверхностей 2 и 7.

После вхождения чаши в рабочий режим подают исходную пульпу, содержащую, например, тяжелый полезный компонент, в приемную воронку 10, из которой она поступает во вращающуюся чашу 1. Под действием центробежных сил материал попадает в кольцевые межрифельные канавки 12, где за счет интенсивных гираций, совершаемых чашей в результате ее планетарного движения, разрыхляется, тяжелые частицы постепенно концентрируются у внутренних стенок канавок, а более легкие фракции вымываются водой в верхнюю часть чаши и далее выносятся в сборник 11. После проведения цикла обогащения останавливают привод, снимают воронку 10 и вынимают из каналов 13 заглушки 14. Струей воды концентрат полезного компонента вымывают из канавок 12 на дно чаши, откуда он через каналы 13 поступает сначала на конический лоток 15, а затем в сборник 16.

Отличительные признаки изобретения обеспечивают следующие преимущества предлагаемого концентратора по сравнению с прототипом.

Выполнение гибкого элемента с возможностью смещения его ведомой части 5 одновременно в горизонтальной и вертикальной плоскостях на величины, соизмеримые соответственно с амплитудами колебаний чаши по вертикали и горизонтали, и выполнение профилей взаимоконтактирующих поверхностей чаши и ограничителя с возможностью обеспечения самоустановки чаши из начального режима вращения под углом к вертикали в рабочий режим планетарного вертикального или близкого к вертикальному вращения обеспечивает постоянство амплитуды "ε" планетарных колебаний и равенство планетарных ускорений "a_п" по высоте чаши, что снижает потери средних и крупных классов тяжелых полезных компонентов из канавок верхних рифель чаши и повышает эффективность обогащения. Кроме того, как показано на фиг. 4, при рабочем режиме планетарного движения чаши вокруг вертикальной оси на частицы материала действуют кроме обычных ускорений (центробежного "a_ц" и планетарного "a_п") еще и дополнительное "a_д", создаваемое деформацией гибкого элемента 4 под действием гираций чаши и направленное поперек кольцевых канавок. Это способствует лучшему разрыхлению материала в процессе обогащения и снижает вероятность сноса мелких классов тяжелых полезных компонентов потоком жидкости из канавок рифель, так как внутренние верхние грани канавок перпендикулярны оси вращения чаши и расположены под тупым углом к направлению движения пульпы внутри чаши вверх.

По приведенному выше описанию был создан экспериментальный образец концентратора для гравитационного обогащения зернистого материала, содержащего свободное золото и другие благородные металлы, при низкомасштабной переработке рудных и россыпных месторождений, а также нетрадиционного (техногенного) сырья. Концентратор имел следующие технические характеристики:
Наибольший внутренний диаметр чаши, мм - 190
Глубина чаши, мм - 105
Амплитуда планетарных колебаний чаши, мм - 2,5
Число планетарных колебаний чаши в мин., - 8500
Частота вращения чаши, об./мин - 700
Установленная мощность, кВт - 0,75
Габаритные размеры, мм - 425x480x900
Масса, кг - 75
Обработке подвергались золотосодержащие пески крупностью минус 5 мм, содержащие 1% и 25% тяжелых минералов (магнетит, ильменит, циркон, а также самородное скатанное на 25 - 50% золото различной размерности частиц: от 1 мм до 0,05 мм). Содержание золота в пробах соответственно составляло 2 г и 50 г на тонну песков. Материал подавался в виде пульпы с соотношением твердого к жидкому от 1 : 3 до 1 : 5 с производительностью 1,5 м³/час и 1 м³/час по твердому. Для усложнения опытов в пробы были искусственно внесены по 200 г свинцовой дроби диаметром от 3 до 5 мм (как имитация крупных золотин соответствующей размерности). Извлечение в концентрат составило: в первом случае - золота 96%, дроби 99%; во втором случае - золота 93%, дроби 97%, что существенно выше показателей при обогащении подобного материала на известных отечественных (СЦВ-4; СЦ-0,3; РС-400М; ЦКИ-1) и зарубежном ("Кнельсон", КЦ-МД7,5; Канада) центробежных концентраторах.

Концентраторы различных типоразмеров, изготовленные по предлагаемому техническому решению, могут найти широкое применение:
- в лабораторной практике геологоразведочных работ при минералого-технологических исследованиях минерального сырья, содержащего тяжелые минералы и благородные металлы;
- при отработке технологий извлечения благородных металлов из россыпей и измельченных руд, а также из нетрадиционного техногенного сырья (отходов металлургического производства предприятий, перерабатывающих концентраты благородных металлов);
- при прямой добыче благородных металлов из россыпей и измельченных руд, а также при переработке эфельных отвалов прошлых выработок;
- при попутном извлечении золота из продуктов песчано-гравийных ГОКов.

Для специалистов в данной области техники очевидно, что в конструкцию вышеописанного концентратора могут быть внесены изменения и дополнения, не выходящие за рамки сути изобретения, объем которого определен в формуле изобретения.

Изобретение может использоваться для обогащения полезных ископаемых из песков россыпных месторождений черновых концентратов и др. Центробежный концентратор содержит рабочий орган в виде чаши, приводимой во вращение с возможностью отклонения оси вращения от вертикали через ведомую часть гибкого элемента механизма привода, и ограничитель угла наклона чаши. Профили взаимоконтактирующих поверхностей чаши и ограничителя выполнены с возможностью обеспечения самоустановки чаши из начального режима вращения под углом к вертикали в рабочий режим планетарного вертикального или близкого к вертикальному вращения. Гибкий элемент выполнен с возможностью смещения его ведомой части одновременно в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Максимальное смещение ведомой части в горизонтальной плоскости равно разнице между диаметрами взаимоконтактирующих поверхностей. Изобретение повышает степень извлечения полезных компонентов, например благородных металлов. 4 ил.

Центробежный концентратор, включающий рабочий орган в виде чаши, приводимой во вращение с возможностью отклонения оси вращения от вертикали через ведомую часть гибкого элемента механизма привода, и ограничитель угла наклона чаши, взаимоконтактирующие поверхности которых выполнены с различным профилем, отличающийся тем, что гибкий элемент выполнен с возможностью смещения его ведомой части одновременно в горизонтальной и вертикальной плоскостях, причем максимальное смещение ведомой части в горизонтальной плоскости равно разнице между диаметрами взаимоконтактирующих поверхностей, профили которых выполнены с возможностью обеспечения самоустановки чаши из начального режима вращения под углом к вертикали в рабочий режим планетарного вертикального или близкого к вертикальному вращению.