АППАРАТ ДЛЯ ОБОГАЩЕНИЯ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ Российский патент 2004 года по МПК B03B5/34 B04C5/08 

Изобретение относится к обогащению полезных ископаемых, в частности к разделению материала по крупности и плотности в центробежном потоке, и может быть использовано на углеобогатительных предприятиях и других отраслях промышленности.

Известен аппарат для обогащения шлама в водной среде, включающий цилиндрический и цилиндроконический гидроциклоны, сопряженные переходным патрубком, причем в разгрузочной части сгущенного продукта цилиндрического гидроциклона и в переходном патрубке установлены патрубки для дополнительной подачи воды с целью регулировки процесса разделения (А.С. СССР № 471117, В 03 В 3/45, БИ № 19, 1975).

Недостаток известной конструкции заключается в том, что цилиндрическая форма разделительной камеры степени не позволяет в достаточной степени сгустить поступающий материал. Кроме того, дополнительная подача воды через тангенциальный патрубок в зону разгрузки сгущенного продукта приводит к хаотическому перемешиванию материала, что способствует взаимозасорению продуктов разделения.

Известен также аппарат для обогащения полезных ископаемых, включающий гидроциклон для разделения исходного материала с расположенной в его нижней части перечистной камерой и сообщенный с ней через переходной патрубок своей цилиндрической частью перечистной цилиндроконический гидроциклон, гидроциклон для разделения исходного материала выполнен цилиндроконическим с установленной в конической части на расстоянии 1/2-2/3 ее высоты от основания перечистной камеры кольцевой вставкой с водоподводящим патрубком и расположенным по оси калибровочным цилиндропараболическим стержнем (А.С. СССР № 1808379, В 03 В 5/32, БИ № 14, 1993).

Недостатком вышеописанного устройства является то, что в гидроциклоне для разделения исходного материала не обеспечивается в достаточной степени разделение поступающего питания по крупности и плотности. Это обусловлено тем, что установленная в конической части на расстоянии 1/2-2/3 ее высоты от основания перечистной камеры кольцевая вставка (вихревая камера) с водоподводящим патрубком и расположенным по оси калибровочным цилиндропараболическим стержнем позволяет обеспечить достаточную точность разделения только при постоянных параметрах исходного питания (крупность, плотность, содержание твердого). Подача дополнительной воды через кольцевую вставку (вихревую камеру) при недостаточном исходном питании приводит к хаотичному перемешиванию материала, что способствует взаимозасорению продуктов разделения.

В случае подачи дополнительной воды с пониженным гидродинамическим давлением процесс разделения происходит как в стандартном гидроциклоне, а при значительном давлении подпитки будет происходить засорение сливного продукта крупными зернами, а его исходное питание будет преимущественно разгружаться через сливной патрубок с минимальной эффективностью разделения.

При повышенном содержании твердого в исходном питании аппарата уменьшение коэффициента использования объема в зонах вихревой камеры и цилиндропараболического стержня приводит к ухудшению разделения, затруднению разгрузки сгущенного продукта и возможности забивания гидроциклона с прекращением работы аппарата.

Последний из аналогов принимается за прототип.

Предлагаемое изобретение позволяет повысить эффективность разделения за счет дополнительного извлечения тонких и легких фракций. Кроме того, повышается ресурс работы гидроциклона для разделения исходного материала за счет увеличения толщины стенок нижней конусной части аппарата благодаря наличию кольцевых выступов.

Для достижения указанного технического результата в описываемом аппарате для обогащения полезных ископаемых, включающем цилиндроконический гидроциклон для разделения исходного материала с расположенной в его нижней части перечистной камерой и осевым калибровочным стержнем, и сообщенный с ней через переходной патрубок своей цилиндрической частью перечистной цилиндроконический гидроциклон, в нижней конической части внутренней поверхности гидроциклона для разделения исходного материала установлены два кольцевых выступа, при этом ширина колец выступов составляет 0,12-0,2 диаметров сечения круглого прямого конуса на расстоянии 1/4-1/2 его высоты от верхней части перечистной камеры, а перечистная камера имеет равную высоту с соосно расположенным к ней калибровочным стержнем.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что отличительными признаками изобретения являются:

- установление кольцевых выступов на внутренней поверхности нижней конической части гидроциклона для разделения исходного материала;

- выполнение кольцевых выступов шириной 0,12-0,2 диаметров сечения круглого прямого конуса на расстоянии 1/4-1/2 его высоты от верхней части перечистной камеры;

- выполнение перечистной камеры высотой, равной с соосно расположенным к ней калибровочным стержнем.

Таким образом, заявляемое техническое решение является новым.

Анализ других технических решений, относящихся к устройствам для обогащения полезных ископаемых, не позволил выявить в них признаки, отличающие заявленное решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "изобретательский уровень".

В предлагаемом изобретении благодаря наличию новых отличительных признаков имеются следующие существенные отличия.

Установление в цилиндроконическом гидроциклоне для разделения исходного материала на внутренней поверхности его нижней конической части кольцевых выступов позволяет создать локальные зоны турбулентности.

Этот процесс способствует освобождению тонких и легких частиц, прижатых в процессе разделения к стенкам аппарата крупными и тяжелыми частицами, и направлению их внутренним потоком в сливной патрубок.

Исследованиями установлено, что толщина пристенного слоя в гидроциклоне зависит от концентрации зерен в исходном питании, соотношения центробежного ускорения в этих зонах и радиальной составляющей скорости потока как усредненного ее значения, так и пульсационной составляющей ее в радиальном направлении.

Вне пристенного слоя существует турбулентный диффузионный перенос, то есть зерна в этой части потока находятся во взвешенном состоянии. В конической части гидроциклона толщина пристенного слоя нарастает, при этом увеличиваются также радиальные скорости потока, в результате чего пористость большей части этого слоя остается еще высокой, что обеспечивает достаточную подвижность слоев потока, а также турбулентный характер движения этих слоев, но с меньшим параметром турбулентности.

Процесс разделения начинается в цилиндрической части гидроциклона, становится интенсивным в верхней и средней зонах конической части и практически заканчивается в зоне, близкой к вершине конуса аппарата.

Экспериментально установлено, что время пребывания зерен в цилиндрической части гидроциклона в несколько раз больше, чем в конической.

Частицы материала распределяются в радиальном направлении в начальный период движения, который значительно меньше полного времени пребывания зерен в гидроциклоне. Содержание твердой фазы класса - 0,035 мм на высоте конической части гидроциклона менее 1/4, 1/4-1/2 и более 1/2 от верхней части перечистной камеры составляет соответственно 35, 50 и 15%, то есть наибольшее количество частиц содержится в зоне на высоте 1/4-1/2, а основная масса частиц (85%) выделяется на высоте менее 1/2 от верхней части перечистной камеры.

Таким образом при установке кольцевых выступов на высоте менее 1/4 от верхней части перечистной камеры гидроциклона перечистка материала будет недостаточно эффективной из-за дополнительного перемешивания полностью распределенного в радиальном направлении материала, что увеличит засорение слива граничными, тяжелыми и крупными частицами. При установке кольцевых выступов на высоте более 1/2 от верхней части перечистной камеры гидроциклона перечистка материала будет недостаточно эффективной из-за перемешивания не до конца разделенного материала, что увеличит засорение сгущенного продукта граничными легкими и мелкими частицами.

Экспериментально установлена ширина колец выступов 0,12-0,2 диаметров сечений конуса, что позволяет обеспечить максимальную эффективность разделения материала с оптимальными параметрами турбулентности. Так при ширине колец выступов более 0,2 диаметров сечений круглого прямого конуса происходит постепенное увеличение содержания твердого в объеме нижней конусной части гидроциклона до полного забивания проходного сечения конусной части, а ширина колец выступов менее 0,12 достаточно мала, что не оказывает влияния на процесс разделения материала.

Выполнение перечистной камеры высотой, равной с соосно расположенным к ней калибровочным стержнем, обеспечивает увеличение коэффициента использования объема перечистной камеры, что интенсифицирует действие центробежных сил и увеличивает эффективность перечистки разделяемого материала в аппарате.

На фиг.1 изображен общий вид аппарата для обогащения полезных ископаемых; на фиг.2 - разрез по А-А на фиг.1.

Аппарат состоит из цилиндроконических гидроциклонов 1 и 2, соединенных между собой переходным патрубком 3. Гидроциклон 1 состоит из цилиндрической камеры 4 с тангенциальным водоподводящим патрубком 5 и сливным патрубком 6, конической камеры 7, перечистной камеры с патрубком подвода воды 8, калибровочного стержня 9, кольцевых выступов 10, 11. Гидроциклон 2 состоит из цилиндрической камеры 12 со сливным патрубком 13, конической камеры 14 с песковой насадкой 15.

Аппарат для обогащения полезных ископаемых работает следующим образом.

Исходный материал подается через тангенциальный патрубок 5 в цилиндрическую камеру 4. Под действием гидродинамического давления потока частицы крупностью менее 0,074 мм разгружаются через сливной патрубок 6. Под действием центробежной силы частицы крупностью более 0,074 мм отбрасываются к стенке аппарата и нисходящим потоком транспортируются в сторону конической камеры 7 гидроциклона 1. Кольцевые выступы 10, 11, установленные в нижней конической части гидроциклона 1, резко отклоняют пристенную часть потока, создавая в этой зоне циркулирующий вихревой поток, который перечищает пристенный продукт, и нисходящим потоком частицы крупностью более 0,074 мм перемещаются в сторону перечистной камеры 8. В перечистной камере 8 с расположенным в ней калибровочным стержнем 9 происходит более тонкая перечистка обогащаемого материала, при этом создается давление, позволяющее эффективно работать гидроциклону 2.

Сгущенный продукт гидроциклона 1 через переходной патрубок 3 направляется в цилиндрическую камеру 12 гидроциклона 2 второй стадии процесса.

В гидроциклоне 2 происходит разделение материала по плотности и крупности.

Под действием центробежной силы частицы крупностью более 0,3 мм отбрасываются к стенке аппарата и нисходящим потоком перемещаются по цилиндрической 12 и конической 14 камерам, разгружаясь через песковую насадку 15.

Частицы крупностью 0,074-0,3 мм выносятся восходящим потоком через сливной патрубок 13.

Предлагаемый аппарат для обогащения полезных ископаемых позволяет повысить эффективность разделения обогащаемого материала за счет дополнительного извлечения тонких и легких фракций и повысить ресурс работы аппарата.

Изобретение может быть использовано на углеобогатительных предприятиях и других отраслях промышленности. Аппарат для обогащения полезных ископаемых содержит цилиндроконический гидроциклон для разделения исходного материала с расположенной в его нижней части перечистной камерой и осевым калибровочным стержнем, и сообщенный с ней через переходной патрубок своей цилиндрической частью перечистной цилиндроконический гидроциклон. Гидроциклон для разделения исходного материала снабжен кольцевыми выступами, установленными на внутренней поверхности его нижней конической части. Ширина колец выступов составляет 0,12-0,2 диаметров сечений круглого прямого конуса на расстоянии 1/4-1/2 его высоты от верхней части перечистной камеры. Перечистная камера имеет равную высоту с соосно расположенным к ней калибровочным стержнем. Изобретение позволяет повысить эффективность разделения материала за счет дополнительного извлечения тонких и легких фракций и повысить ресурс работы аппарата. 2 ил.

Аппарат для обогащения полезных ископаемых, включающий цилиндроконический гидроциклон для разделения исходного материала с расположенной в его нижней части перечистной камерой и осевым калибровочным стержнем, и сообщенный с ней через переходной патрубок своей цилиндрической частью перечистной цилиндроконический гидроциклон, отличающийся тем, что гидроциклон для разделения исходного материала снабжен кольцевыми выступами, установленными на внутренней поверхности его нижней конической части, при этом ширина колец выступов составляет 0,12-0,2 диаметров сечений круглого прямого конуса на расстоянии 1/4-1/2 его высоты от верхней части перечистной камеры, а перечистная камера имеет равную высоту с соосно расположенным к ней калибровочным стержнем.