СПОСОБ ЦЕНТРОБЕЖНО-ВИБРАЦИОННОГО РАЗДЕЛЕНИЯ СМЕСЕЙ Российский патент 2000 года по МПК B03B5/32 

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности, а именно к способам обогащения измельченной руды и песков рассыпных месторождений золота и платины.

Общеизвестно применение центробежной силы для отделения зерен тяжелых материалов, например золота, от зерен легких материалов, например "хвостов" обогащения, состоящих преимущественно из песка.

Общепризнанным является применение вращающейся чаши, в которую загружают пульпу (смесь твердого с жидким). Полезный компонент, имеющий более высокий удельный вес, чем другие материалы, проникает в глубину слоя пульпы и по мере его накопления удаляется.

Известен, например, центробежный сепаратор, включающий чашу с кольцевыми нарифлениями, приводимую во вращение от электродвигателя [1]. Данное устройство имеет периодический принцип действия, т.к. концентрат, скапливающийся в межрифельных канавках, требуется удалять по мере его накопления, что вынуждает периодически останавливать чашу и промывать канавки. На практике это делается гораздо чаще, т.к. из-за сильного уплотнения концентрата ухудшается перемешивание частиц твердого, и дальнейший процесс обогащения идет с потерями полезного компонента.

Забивание кольцевых канавок является распространенным недостатком в концентраторах, имеющих чашу с нарифлениями. Предлагаются различные решения этой проблемы, например установка внутри канавок неподвижных стержней-рыхлителей, которые при вращении чаши интенсивно перемешивают материал в канавках [2] . Однако такое техническое решение из-за быстрого износа стержней приводит к частым остановкам для проведения ремонтных работ.

В других устройствах чаше помимо вращательного придается планетарное движение, создающее встряхивающее воздействие. Так, в центробежно-вибрационном способе разделения смесей на вращающуюся чашу воздействуют силовыми импульсами в плоскости, перпендикулярной оси чаши, причем отношение частоты силовых импульсов к частоте вращения чаши составляет более 3, но менее 11 [3 - прототип]. Однако, как показывают расчеты, планетарное ускорение при таком выполнении устройства может оказаться в несколько раз меньше центробежного. Таким образом, мощности силовых импульсов оказывается недостаточно для разрыхления материала в канавках, и наблюдается описанный выше процесс забивания канавок.

Наиболее интенсивно процесс забивания канавок происходит при обогащении мелкозернистого материала, который образует в канавках плотную многослойную "подушку". В ее слоях по мере удаления от стенок чаши происходит затухание вибрационных волн, т.к. мелкие зерна обладают малой массой. Наличие в материале глинистых фракций еще более осложняет решение этой проблемы, поэтому полезным оказался известный способ добавки к обогащаемой смеси до 30% более крупных зерен легких минералов [4]. Такой способ, однако, приводит к снижению производительности процесса обогащения и увеличению затрат на извлечение полезного компонента.

Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности процесса центробежно-вибрационного разделения смесей мелкозернистого материала.

Поставленная задача в заявленном изобретении решается за счет достижения технического результата, который заключается в создании благоприятных условий для извлечения полезного компонента (например, благородных металлов) - интенсивного разрыхления и перемешивания материала в кольцевых канавках чаши для лучшей сегрегации материала, т.е. проникновения тяжелых минералов через слои легких минералов.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в способе центробежно-вибрационного разделения смесей, включающем подачу пульпы в чашу с кольцевыми нарифлениями, придание чаше одновременных вращений вокруг своей оси и планетарного и вывод продуктов разделения, перед подачей пульпы в чашу предварительно вводят зерна твердых материалов плотностью от 7,0 до 20,0 г/см³, при этом максимальный размер зерен не превышает 0,5 высоты нарифления.

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 позволило 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.

Введение перед подачей пульпы в канавки чаши зерен твердых материалов плотностью от 7,0 до 20,0 г/см³, максимальный размер которых не превышает 0,5 высоты нарифления, создает в процессе центробежно-вибрационного обогащения благоприятные условия для концентрации полезного компонента в кольцевых канавках чаши. Зерна обогащаемого материала располагаются между введенными тяжелыми зернами, которые совершают интенсивные колебательные движения за счет вибрации, передаваемой от чаши, и создают тем самым необходимый эффект разрыхления, перемешивания и сегрегации полезного компонента. В отличие от прототипа указанные зерна не являются составной частью обогащаемого материала и остаются в чаше на протяжении всего цикла концентрации.

Таким образом, все перечисленные признаки заявляемого объекта обеспечивают решение поставленной задачи - повышение эффективности процесса центробежно-вибрационного разделения смесей мелкозернистого материала за счет увеличения извлечения полезного компонента и повышения производительности процесса.

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 способ центробежно-вибрационного разделения смесей соответствует требованию изобретательского уровня, так как совокупность его существенных признаков обеспечивает способу новое качество, выражающееся в повышении эффективности процесса обогащения мелкозернистого материала (увеличении извлечения и производительности), что не следует явным образом из известного уровня техники.

На фиг. 1 показано в целом известное устройство для осуществления заявляемого способа. На фиг. 2 показаны условно фрагмент кольцевой канавки чаши данного устройства и момент концентрации в ней полезного компонента.

Устройство выполнено в виде вертикально расположенной чаши 1, укрепленной на валу 2, установленном с возможностью вращения во втулке 3, которая в свою очередь установлена с возможностью вращения в корпусе 4. Вращения чаши обеспечивают подшипники 5 и 6. Внутренняя цилиндрическая поверхность втулки 3 относительно ее наружной поверхности выполнена с эксцентриситетом R_п, который в сущности является радиусом планетарного вращения. Внутренняя поверхность чаши имеет кольцевые нарифления 7 с канавками 8, а вал 2 выполнен полым и снабжен пробкой 9. Вращение валу и втулке обеспечивают шкивы 10 и 11 ременной передачи (не показана).

Предложенный способ осуществляют следующим образом. Перед началом обогащения мелкозернистого материала в канавки 8 чаши 1 в режиме ее вращения на "холостом ходу" загружают твердые тяжелые зерна 12 плотностью от 7,0 до 20,0 г/см³ предпочтительно шарообразной формы, которые за счет центробежной силы удерживаются в канавках. Максимальный размер зерен 12 не превышает 0,5 высоты h нарифления 7, что существенно больше зерен обогащаемого материала.

Обогащаемый мелкозернистый материал смешивают с водой, и полученную пульпу подают на дно чаши. Под действием центробежного ускорения твердая часть пульпы устремляется к периферии чаши, попадает в канавки 8 и взаимодействует с более тяжелыми и крупными зернами 12. Последние за счет встряхивающих воздействий от планетарного вращения чаши находятся в состоянии интенсивного колебательного движения, т.к. обладают гораздо большей массой по сравнению с массой окружающих их зерен обогащаемого материала. Таким образом, происходит эффективное разрыхление слоев материала и его перемешивание, при этом более легкие зерна материала постепенно вытесняются из канавок более тяжелыми зернами материала, проникающими в зазоры между зернами 12. Происходит концентрация полезного компонента. По окончании работы чашу останавливают, вынимают пробку 8 и смывают тяжелый шлих (концентрат) вместе с введенными зернами 12 через полый вал 2 в сборник (не показан). Зерна 12 отделяют от шлиха, например с помощью сита (как более крупные), и вновь используют в следующих циклах концентрации.

Согласно настоящему изобретению был изготовлен экспериментальный образец центробежно-вибрационного концентратора, который имел следующие технические характеристики:
1. Наибольший внутренний диаметр чаши (Д_ч) - 200 мм.

2. Радиус планетарного вращения (R_п) - 1 мм.

3. Частота вращения чаши - 700 об/мин.

4. Частота планетарного вращения - 7000 ¹/мин.

5. Высота рифли (глубина канавки) чаши (h) - 10 мм.

6. Суммарный объем канавок чаши - 500 см³.

Способ центробежно-вибрационного разделения был реализован путем введения в канавки чаши 200 см³ свинцовой дроби диаметром 4 мм.

Прошедший переработку материал включал примерно 80% воды, 15% песка, 5% магнетита. Содержание золота в песке около 50 г/т. Средний размер зерен обогащаемого материала около 0,2 мм. Материал подавали с производительностью 2000 л/ч. Извлечение золота в концентрат составило 90%, что существенно выше показателей обогащения без использования дроби (не более 80%).

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР N 208587, кл. В 03 В 5/32, 1986 г.

2. Патент РФ N 2062149, кл. В 03 В 5/32, 1996 г.

3. Патент РФ N 2031727, кл. В 03 В 5/32, 1995 г. (прототип).

4. В.Н. Шохин, А.Г. Лопатин. Гравитационные методы обогащения.- М.: Недра, 1980, с. 363.

Изобретение может быть использовано для обогащения измельченной руды и песков россыпных месторождений золота и платины. Способ центробежно-вибрационного разделения смесей (пульпы) включает подачу пульпы в чашу кольцевыми рифлями, вращающуюся вокруг своей оси и планетарно. Перед подачей пульпы в чашу вводят зерна твердых материалов плотностью от 7,0 до 20,0 г/см³ и крупностью не более 0,5 высоты рифли. Изобретение повышает извлечение полезного компонента из смесей мелкозернистого материала. 2 ил.

Способ центробежно-вибрационного разделения смесей, включающий подачу пульпы в чашу с кольцевыми нарифлениями, придание чаше одновременных вращений вокруг своей оси и планетарного, вывод продуктов разделения, отличающийся тем, что перед подачей пульпы в чашу предварительно вводят зерна твердых материалов плотностью от 7,0 до 20,0 г/см³, при этом максимальный размер зерен не превышает 0,5 высоты нарифления.