УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ ТОНКОЗЕРНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 2002 года по МПК B03B5/32 

Изобретение относится к разделению руд, в которых полезный компонент находится в составе минерала, имеющего повышенную плотность по отношению к основной массе руды, чаще всего это относится к рудам благородных, цветных и редких металлов.

Известны различные устройства для проведения процесса обогащения: шлюзы, гидроциклоны, отсадочные машины, концентрационные столы и т. д., в которых используется различие в плотности составляющих руду минералов [1]. Недостатком их является низкая эффективность при обогащении тонкодисперсных минералов. Наиболее эффективными для обогащения таких материалов являются аппараты, использующие центробежные силы в объеме раскрученной пульпы.

Ближе других к предлагаемому является устройство для обогащения полезных ископаемых, включающее цилиндрический корпус со спиральным каналом на внутренней поверхности для улавливания и перемещения тяжелой фракции, имеющим направление навстречу основному потоку обрабатываемой пульпы, приспособление для подачи пульпы, приспособление для отвода легкой фракции на выходе из корпуса, перечистную камеру для дообогащения поступающего из витков канала предварительного концентрата с приспособлением для вывода перечищенного концентрата.

Разжиженная пульпа подается тангенциально на внутреннюю поверхность цилиндрического корпуса, где приобретает вращательное движение. Под действием возникающей центробежной силы пульпа расслаивается на пристеночный слой, концентрирующий в углублении спирального канала тяжелые минералы, и внутренний слой, состоящий из легких минералов. Внутренний слой переливается через кольцевую диафрагму и выходит из корпуса, пристеночный слой в спиральном канале увлекается вращательным движением пульпы, смещается навстречу основному потоку и попадает в перечистную камеру, где за счет снижения турбулентности потока происходит эффективное разделение предварительного концентрата по плотности. Тяжелая фракция с ограничением потока выводится из периферийного слоя перечистной камеры, а легкая за счет разницы в объемах предварительного и перечищенного концентратов возвращается в цилиндрический корпус.

Таким образом, в корпусе устройства происходит два процесса:
- разделение по плотности твердых частиц на стадии их оседания из объема пульпы к внутренней стенке корпуса (процесс 1);
- разделение частиц по плотности в потоке пульпы на твердой поверхности внутренней стенки корпуса и спирального канала (процесс 2).

Средства воздействия для повышения эффективности этих процессов различны. В процессе 1 для этого требуется увеличивать скорость вращения объема пульпы, а оптимизация процесса 2 требует определенного для конкретного состава пульпы соотношения скорости и турбулентности потока.

Поэтому главный недостаток устройства заключается в отсутствии возможности интенсифицировать один из процессов без отрицательного влияния на другой.

Перечистная камера, установленная на выходе предварительного концентрата из спирального канала корпуса, увеличивает содержание полезного компонента в концентрате, но не может существенно влиять на извлечение, определяемое потерями полезного компонента с легкой фракцией из корпуса аппарата.

Целью изобретения является повышение эффективности процесса обогащения на основе интенсификации происходящих в корпусе аппарата разделительных процессов.

Указанный технический результат достигается тем, что предлагаемое устройство, имеющее цилиндрический корпус со спиральным каналом на внутренней поверхности для улавливания и перемещения тяжелой фракции, направленным навстречу основному потоку обрабатываемой пудьпы, а также приспособления для подачи пульпы, для вывода легкой фракции на выходе из корпуса, для вывода тяжелой фракции, отличается от ближайшего аналога следующими признаками:
1) Для оптимизации процесса разделения частиц по плотности в спиральном канале корпуса путем регулировки скорости потока в пристенном слое и подъемной силы турбулентных вихрей спиральный канал образован внутренней поверхностью корпуса и вставной пружиной с возможностью ее сжимания.

2) Для интенсификации процесса на стадии оседания твердых частиц из объема пульпы в витки канала в корпусе установлен цилиндрический вращающийся ротор с захватными приспособлениями (лопатками) по его наружной поверхности для раскручивания пульпы в зазоре между корпусом и ротором.

3) Оптимизированный противоточный режим обогащения пульпы, происходящий в витках пружины на внутренней стенке корпуса, позволяет отказаться от дополнительной ступени перечистки, которой в прототипе является перечистная камера. Поэтому вывод концентрата производится непосредственно из последних витков пружины через тангенциально установленный в корпусе калиброванный штуцер. Калибр штуцера устанавливается из расчета преобладания объемного расхода пульпы, поступающего по образованному пружиной и стенкой корпуса каналу, над объемным расходом выводимого через штуцер концентрата.

В частном случае использования устройства, когда дисперсный состав твердых частиц широк и турбулентность в витках пружины невозможно уменьшить, для качественного улавливания тонкой тяжелой фракции из-за застревания на стенках корпуса крупной тяжелой фракции (забивки витков) в корпусе устанавливается несколько пружин с различным зазором между витками и соответствующее количество калиброванных штуцеров. При этом пружина с большим зазором устанавливается на входе, а с меньшим - на выходе из аппарата.

Для предварительно рассеянного материала пульпы в этом варианте аппарат может быть применен для фракционированного разделения по плотности твердой фазы.

В частном случае конструктивного исполнения для придания аппарату дополнительной функции центробежного насоса входной узел оборудован лобовиной с центральным отверстием для всасывания пульпы, а торец ротора со стороны входа пульпы - крыльчатками для ее закачки в кольцевой зазор между ротором и корпусом.

На фиг. 1 изображен продольный разрез однопружинного устройства с дополнительной функцией откачки выводимых тяжелой и легкой фракций, на фиг.2 - его поперечный разрез.

Устройство состоит из вращающегося на валу цилиндрического ротора 1, снабженного крыльчатками 2 и лопатками 3; корпуса 4, снабженного спиралевидной пружиной 5, калиброванным штуцером 6, неподвижным упором пружины 7 и регулировочным упором 8. Зазор между витками пружины регулируется болтами 9. Входной узел исходной пульпы 10 с лобовиной 12 и выходная улита для обедненной пульпы снабжены подшипниковыми опорами вала и сальниковыми уплотнениями.

Устройство работает следующим образом.

Подлежащая обогащению пульпа подается через входной узел 10 на крыльчатки 2 ротора 1, где предварительно раскручивается и отбрасывается в кольцевой зазор между ротором и корпусом 4. Дальнейшее раскручивание пульпы производится лопатками 3 ротора. Преимущественно тяжелые частицы пульпы отбрасываются к стенке корпуса в витки пружины 5. В пристенных слоях пульпы скорость потока падает, поэтому мелкие тяжелые частицы сносятся со стенки меньше, чем крупные, что способствует улавливанию мелких частиц тяжелой фракции. Регулировкой зазора между витками пружины с помощью болтов 9 задается пороговое значение плотности вымываемых из канала мелких частиц тяжелой фракции. Исходная пульпа, вращаясь в узком кольцевом зазоре между ротором и корпусом и одновременно продвигаясь в продольном направлении к выходу из кольцевого зазора, обедняется тяжелой фракцией и откачивается аппаратом через выходную улиту 11. А пульпа в витках пружины, вращаясь в межвитковом пространстве и одновременно продвигаясь навстречу основному потоку обрабатываемой пульпы, обогащается тяжелой фракцией и откачивается аппаратом через калиброванный штуцер 6.

Настройка аппарата под параметры конкретной пульпы производится на основании ниже приводимых зависимостей.

В потоке жидкости на движущуюся по внутренней стенке корпуса частицу действует сила трения о стенку корпуса, сила лобового сопротивления потоку, подъемная сила от турбулентных вихрей, направленная перпендикулярно от стенки, и сила, определяемая геометрическим суммированием силы тяжести, выталкивающей и центробежной сил. При значительных скоростях вращения пульпы силой тяжести можно пренебречь, тогда результирующая центробежной и выталкивающей сил будет иметь направление, перпендикулярное к стенке корпуса. Условие удерживания частиц в канале - результирующая выталквающей и центробежной сил больше подъемной силы от турбулентных вихрей [3, с. 49].

Турбулентность потока в канале (подъемная сила турбулентных вихрей) зависит от критерия Рейнольдса
Re = wd_эквρ/μ,
где w - средняя скорость потока;
ρ - плотность пульпы;
μ - динамическая вязкость пульпы;
d_экв=4S/П - эквивалентный диаметр для каналов некруглого сечения:
S - площадь сечения потока;
П - смоченный периметр сечения [4, с. 144].

Таким образом, подъемной силой турбулентных вихрей (а значит, плотностью удерживаемых в канале частиц) можно управлять посредством изменения двух параметров:
1) через эквивалентный диаметр, изменяя соотношение площади сечения и периметра канала ( сжимая пружину );
2) изменяя скорость потока в канале.

Изменение скорости от ограничивающей стенки в глубину потока зависит от поверхности соприкосновения слоев жидкости. Применением непрямоугольной в сечение пружины (например, круглой или треугольной с вершиной треугольника к стенке корпуса) скорость потока в канале между корпусом и пружиной может быть резко уменьшена и отрегулирована зазором между витками пружины.

Представленные зависимости носят качественный характер, количественный расчет из-за множества эмпирически связанных параметров (состав пульпы, шероховатость поверхности и т. д. ) в значительной степени осложнен. Однако же его и не требуется производить, так как влияние неучтенных факторов может быть компенсировано регулировкой пружины.

Источники информации
1. Справочник по обогащению руд. Основные процессы. - М.: Недра, 1983.

2. Патент РФ 2008974, кл. В 03 В 5/32, 1994.

3. Под ред. Чугаева Л.В. Металлургия благородных металлов. - М.: Металлургия, изд. 2, 1978.

4. Плановский А.Н., Рамм В.М., Коган С.З. Процессы и аппараты химической технологии. - М.: ГХИ, изд. 2, 1962.

Изобретение может использоваться для обогащения руд благородных, цветных и редких металлов, например, из россыпей. Устройство для разделения тонкозернистых материалов содержит цилиндрический корпус со спиральным каналом на внутренней поверхности для улавливания и перемещения тяжелой фракции, имеющим направление навстречу основному потоку обрабатываемой пульпы, приспособление для подачи пульпы, приспособление для вывода тяжелой фракции, приспособление для вывода легкой фракции на выходе из корпуса. Для повышения эффективности обогащения путем регулирования турбулентности в канале он образован внутренней стенкой корпуса и вставной пружиной с возможностью ее сжимания, в корпусе установлен цилиндрический ротор с захватными приспособлениями на наружной поверхности для раскручивания пульпы в зазоре между ротором и корпусом. Приспособление для вывода тяжелой фракции из последних витков пружины выполнено в виде расположенного в корпусе калиброванного штуцера. Для расширения дисперсного состава улавливаемых частиц может быть установлено несколько пружин с различными межвитковыми зазорами и соответствующее количество штуцеров для вывода тяжелой фракции. Для придания аппарату дополнительной функции центробежного насоса входной узел оборудован лобовиной с центральным отверстием для всасывания пульпы, а торец ротора со стороны входа пульпы - крыльчатками для ее закачки в кольцевой зазор между ротором и корпусом. Изобретение повышает эффективность обогащения. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для разделения тонкозернистых материалов, включающее цилиндрический корпус со спиральным каналом на внутренней поверхности для улавливания и перемещения тяжелой фракции, имеющим направление навстречу основному потоку обрабатываемой пульпы, приспособление для подачи пульпы, приспособление для вывода тяжелой фракции, приспособление для вывода легкой фракции на выходе из корпуса, отличающееся тем, что для повышения эффективности обогащения путем регулирования турбулентности в канале он образован внутренней стенкой корпуса и вставной пружиной с возможностью ее сжимания, в корпусе установлен цилиндрический ротор с захватными приспособлениями на наружной поверхности для раскручивания пульпы в зазоре между ротором и корпусом, а приспособление для вывода тяжелой фракции из последних витков пружины выполнено в виде расположенного в корпусе калиброванного штуцера. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью расширения дисперсного состава улавливаемых частиц, установлено несколько пружин с различными межвитковыми зазорами и соответствующее количество штуцеров для вывода тяжелой фракции. 3. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что для придания аппарату дополнительной функции центробежного насоса входной узел оборудован лобовиной с центральным отверстием для всасывания пульпы, а торец ротора со стороны входа пульпы - крыльчатками для ее закачки в кольцевой зазор между ротором и корпусом.