УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ И ОБОГАЩЕНИЯ ПЕСКОВ Российский патент 2001 года по МПК B03B5/02 B02C19/06 

Изобретение относится к устройствам для очистки и обогащения песков, используемых, например, в стекольной промышленности, для производства строительных материалов, а также в горно-обогатительной промышленности для получения концентратов различных веществ из минерального сырья.

Известно устройство для обогащения полезных ископаемых (а.с. N 1750725 В 03 В 5/26 1992), в котором поток рудной пульпы перемещается в турбулентном режиме по трубе круглого сечения, затем поток переводят в ламинарный режим для дальнейшего отделения легких частиц от тяжелых за счет увеличения сечения трубы и придания ему прямоугольной формы. Задняя часть трубы выполнена в виде гасителя. При вертикальном перемещении пульпы (под действием гравитационных сил) ее облучают пучком электронов из источника электронного излучения с определенными длинами волн.

Основным недостатком устройства является его сложность как конструктивная, так и в эксплуатации, вызванная необходимостью выдерживания определенных длин волн потока электронов в условиях карьерного производства.

Известны устройства для очистки кварцевого сырья (а.с. N 1350121 C 03 C 1/02 1987, а.с. N 1537293 В 03 В 7/00 1990), в котором очистка осуществляется химическим путем с помощью кислот.

Недостатком устройства является экологическая опасность производства, связанная с утилизацией отходов используемых кислот - плавиковой - в а.с. 1350121, или монохлоруксусной - в а.с. 1537293.

Известен гидроциклон для обогащения и классификации песков (а.с. N 476024 В 03 В 5/34 1975), включающий цилиндрический корпус с патрубком для подвода питания, песковую насадку и вращаемую сливную насадку, которая снабжена радиальными лопатками сложной формы.

Недостатком гидроциклона является сложность и низкая надежность конструкции, обусловленная наличием внутренних вращающихся деталей.

Известна установка для разделения воды и песка (акц. заявка N 5-18628 В 03 В 5/28 1993), содержащая транспортер с бесконечной цепью, на которой закреплены ковши, подвергаемые вибровоздействию от вибратора. Ковши перемещают через бак с водой и песком, заполняют их смесью, поднимают из бака, подвергают вибровоздействию, после чего переворачивают, освобождая от обезвоженного песка.

Недостатком установки является ее сложность: от органа воздействия (вибратор) до объекта воздействия (песок) очень много передаточных звеньев.

Известно устройство для обработки песка и сортировки в тяжелой суспензии с пульсирующим водяным столбом (патент Германии N 4224948 В 03 В 5/30 1994), представляющий собой пульсационную колонну. Водяному столбу в резервуаре с вихревым слоем на всем его протяжении или на части сообщают колебания. Для этого нижняя часть резервуара с вихревым слоем выполнена подвижной относительно верхней части. Обе части соединены с помощью вибраторов.

Недостатком устройства является обязательный переход частоты колебаний водяного столба с изменением фракционного состава обрабатываемого материала. Поскольку фракционный состав материала изменяется произвольно, то в устройстве образуются в одном месте - пустоты, а в другом - пробки или "зависание" материала.

Известно устройство для гидромеханической обработки минеральных веществ, диспергированных в воде (заявка ФРГ N 3838500 В 03 В 5/02 1990). Устройство представляет собой ряд связанных между собой аппаратов, в которых минерал подвергают турбодиспергированию; затем - гомогенизации; далее - мокрой классификации при воздействии ударных и срезающих усилий, а также турбулентных потоков и при воздействии воды и/или химикатов.

Недостатком устройства является сложность обвязки вышеназванных функциональных аппаратов скоростного действия, и отсюда - сложность управления ими.

Известно устройство для очистки и обогащения песков (EP 0508335 В 03 В 5/62 1994), содержащее трубу подачи обрабатываемого материала, две кольцевые камеры, одна из которых предназначена для организации вихревого потока, и выводной транспортный канал. Камеры расположены концентрично, причем внешняя камера кольцеобразно опоясывает внутреннюю. Внешняя камера образует область сортировки с помощью вихревого слоя, в ней осуществляются перепуск и выделение легких фракций.

Недостатком устройства является то, что камера может осуществлять перепуск и выделение фракций только в периодическом режиме, т.к. при непрерывной подаче обрабатываемого материала легкая фракция попадает в канал выхода тяжелой фракции и фактически смешивается с ней снова. При использовании данного устройства происходит лишь частичное выделение легкой фракции.

Задачей изобретения является создание эффективного устройства для очистки и обогащения песков, дающего стабильный результат при длительном использовании в непрерывном режиме работы и при минимальных эксплуатационных расходах.

Задача в изобретении решается тем, что в устройстве для очистки и обогащения песков, содержащем трубу подачи обрабатываемого материала, две кольцевые камеры, одна из которых предназначена для организации вихревого потока, и выводной транспортный канал, камера, предназначенная для организации вихревого потока, содержит завихритель, разделяющий ее на коллектор и разгонную камеру, к одному торцу которой примыкает цилиндрическая рабочая камера, а к другому торцу примыкает выводной транспортный канал, выполненный в виде кольцевой камеры, все три камеры расположены соосно с трубой подачи обрабатываемого материала и имеют центральные отверстия, в открытом торце выводного транспортного канала вокруг трубы подачи обрабатываемого материала выполнены отверстия воздухозаборника, причем имеют место следующие соотношения:
D2<0,5D1, (1)
D2<D3<D1, (2)
где D1 - диаметр центрального отверстия разгонной камеры;
D2 - диаметр трубы подачи обрабатываемого материала;
D3 - диаметр воздухозаборника.

На фиг. 1 представлено устройство для очистки и обогащения песков; на фиг. 2 - сечение по А-А и эпюра распределения статических давлений в рабочей и разгонной камерах.

Устройство содержит кольцевые концентрично расположенные напорный коллектор 1, установленный в нем завихритель 2, отделяющий от коллектора разгонную камеру 3. На той же оси установлены кольцевые рабочая камера 4 и выводной транспортный канал 5. Все перечисленные элементы имеют центральные отверстия, в которых с зазором установлена труба 6 подачи обрабатываемого материала. Вокруг этой трубы на торце выводного транспортного канала выполнены отверстия, которые вместе с указанным зазором функционально являются воздухозаборником 7 (фиг. 1). Диаметр D1 центрального отверстия разгонной камеры 3 и диаметр D2 трубы 6 подачи обрабатываемого материала соотносятся как D2<0,5D1 (1). Диаметр D3 воздухозаборника 7 соотносится с упомянутыми диаметрами следующим образом: D2<D3<D1 (2).

Расстояние h между торцевой крышкой рабочей камеры 4 и нижним концом трубы 6 должно быть не менее 0,1 диаметра D2 трубы 6, т.е. должно выполняться соотношение h>0,1D2 (3).

Устройство работает следующим образом. Рабочее тело, например, вода подается в кольцевой коллектор 1, проходит через завихритель 2, превращаясь в закрученный поток, распространяющийся по разгонной камере 3 и рабочей камере 4, и выходящий по выводному транспортному каналу 5. В рабочую камеру 4 по трубе 6 подается обрабатываемый материал, который подхватывается закрученным водным потоком и, последовательно пройдя рабочую камеру 4 и разгонную камеру 3, выводится по выводному транспортному каналу 5. Одновременно с этим через воздухозаборник 7 вдоль наружной поверхности трубы 6 подсасывается атмосферный воздух за счет разряжения, созданного закрученным водным потоком (фиг. 2). Таким образом в рабочей камере 4 происходит взаимодействие всех трех компонентов: очищаемого материала в виде твердого, сыпучего материала или пульпы, рабочего тела (воды) и воздуха. Выполнение соотношений (1), (2) и (3) обеспечивает подачу обрабатываемого материала в зону разряжения и его контакт с закрученным водным потоком и засасываемым воздухом. В дальнейшем ненужные элементарные окислы отделяются любыми известными способами благодаря разнице в их удельных весах и фракционных составах.

Результаты рентгеноструктурного анализа очищенного материала показали, что при использовании данного устройства для очистки и обогащения происходит разрушение сложных минералов, таких как каолинит, полевой шпат и т.п. на элементарные окислы. Устройство эффективно использовать для очистки и обогащения песков, оно дает стабильный результат при длительном использовании в непрерывном режиме работы и при минимальных эксплуатационных расходах. Для сравнения можно сказать, что для того чтобы разложить полевой шпат на оксиды кремния и алюминия (SiO₂, Al₂O₃) термическим методом, необходима температура более 1200^oC.

Использование: в стекольной и горно-обогатительной промышленности, для производства строительных материалов. Устройство содержит трубу подачи обрабатываемого материала, две кольцевые камеры и выводной транспортный канал. Камера, предназначенная для создания вихревого потока, содержит завихритель, разделяющий ее на коллектор и разгонную камеру. К одному торцу разгонной камеры примыкает цилиндрическая рабочая камера, а к другому - выводной транспортный канал, выполненный в виде кольцевой камеры. Все три камеры расположены соосно с трубой подачи и имеют центральные отверстия, в которых с зазором установлена труба подачи обрабатываемого материала. Вокруг этой трубы на торце выводного транспортного канала выполнены отверстия, которые вместе с указанным зазором функционально являются воздухозаборником. Диаметр D1 центрального отверстия разгонной камеры и диаметр D2 трубы подачи обрабатываемого материала соотносятся как D2 < 0,5D1. Диаметр D3 воздухозаборника соотносится с упомянутыми диаметрами следующим образом: D2 < D3 < D1. Изобретение повышает эффективность очистки песков в непрерывном режиме работы устройства при минимальных эксплуатационных расходах. 2 ил.

Устройство для очистки и обогащения песков, содержащее трубу подачи обрабатываемого материала, две кольцевые камеры, одна из которых предназначена для организации вихревого потока, и выводной транспортный канал, отличающееся тем, что камера, предназначенная для организации вихревого потока, содержит завихритель, разделяющий ее на коллектор и разгонную камеру, к одному торцу которой примыкает цилиндрическая рабочая камера, а к другому торцу примыкает выводной транспортный канал, выполненный в виде кольцевой камеры, все три камеры расположены соосно с трубой подачи обрабатываемого материала и имеют центральные отверстия, в открытом торце выводного транспортного канала вокруг трубы подачи обрабатываемого материала выполнены отверстия воздухозаборника, причем имеют место следующие соотношения:
Д2 < 0,5 Д1,
Д2 < Д3 < Д1,
где Д1 - диаметр центрального отверстия разгонной камеры;
Д2 - диаметр трубы подачи обрабатываемого материала;
Д3 - диаметр воздухозаборника.