ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ СЕПАРАТОР С ОТСАДКОЙ Российский патент 2004 года по МПК B03B5/10 B03B5/24 B03B5/32 

Изобретение относится к устройствам в области обогащения полезных ископаемых, а именно к центробежным сепараторам, работающим на принципе разделения материалов в центробежном поле при их отсадке в пульсирующем потоке водной суспензии, и предназначено для разделения преимущественно мелких и тонких частиц минералов по плотности, в частности, для извлечения золота, платиноидов, серебра, олова, а также для предконцентрации руд цветных металлов перед флотационными методами обогащения в схемах действующих предприятий.

Известно, что в центробежных полях происходит резкое увеличение скорости падения минеральных зерен в воде, что приводит к их гидравлическому укрупнению, они начинают вести себя как частицы таких крупностей, для которых методы разделения успешно решены в статических условиях. Практическая реализация “укрупнения” частиц возможна только в том случае, если удастся сохранить все достоинства статических сепараторов и, прежде всего, не допустить усиления перемешивания продуктов в зоне разделения. Необходимая величина центростремительного ускорения для успешного обогащения рудных частиц крупностью 10 мкм и даже менее составляет несколько десятков g, верхней его разумной границей следует считать 100 g. Наиболее перспективно в настоящее время идти по пути создания центробежных аналогов наиболее совершенных, работоспособных и простых по конструкции гравитационных статических сепараторов (желоба, шлюзы, концентрационные столы, отсадочные машины и др.) (см. Богданович А.В. Разделение минеральных частиц в центробежных полях обогатительная технология будущего //Горный журнал. - 1997. - С. 24-26).

Из общего курса технологии гравитационного обогащения известно, что для отсадки минимально необходимое число колебаний среды при заданной амплитуде устанавливается из условия создания достаточной для взвешивания постели над решетом скорости потока, которое тем больше, чем больше скорость стесненного падения частиц, резко увеличивающаяся в центробежных полях. Максимальное же число колебаний среды определяется исходя из ограничения максимального ускорения жидкости величиной ускорения силы тяжести, которая для центробежных аппаратов заменяется величиной центростремительного ускорения.

Испытаны центробежные отсадочные машины, которые действуют как гравитационный концентратор с повышенной силой тяжести. Это обеспечивает возможность применения гравитационной сепарации для очень тонких частиц, а также с малой разницей в плотности, которые не могут быть разделены обычными гравитационными процессами (см. Берт Р.О. Технология гравитационного обогащения. - М.: Недра. - 1990. – 389 с.).

Известна планетарная отсадочная машина, включающая цилиндрическое решето, установленное на эксцентриковом валу главного вала. Посредством пальца цилиндрическое решето связано с конической емкостью. Палец вставлен в ограничительное отверстие. При вращении коническая емкость увлекает за собой посредством пальца цилиндрическое решето. При этом цилиндрическое решето проворачивается вокруг эксцентрикового вала неподвижного вала и совершает гармонические колебания. На цилиндрическом решете происходит взвешивание и уплотнение постели (см. патент США №4279741, кл. В 03 В 5/10, опубл. 1981).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, относится то, что в известном устройстве масса цилиндрического решета с постелью динамически неуравновешена, что обуславливает возникновение центробежных сил и вынужденных колебаний, в связи с чем практически невозможно задать большие частоту и амплитуду колебаний цилиндрического решета, необходимость крепления к фундаменту, ненадежность.

Известна центробежная отсадочная машина, включающая две цилиндрические отсадочные камеры, вращающиеся на независимых вертикальных осях, эксцентриковый балансирный привод и диафрагмы, создающие пульсирующие колебания воды. Одновременное действие двух процессов весьма эффективно, поскольку при центрифугировании частицы, обладающие одинаковой массой, но разной крупностью, выделяются в общий продукт, который затем подвергается перечистке в пульсирующем потоке воды и разделяются на легкие и тяжелые фракции (см. Митин Л.А., Зиновьев В.А., Агафонова Т.А. Центробежная отсадочная машина ЦОМ-1 //Горный журнал. - 1997. - №2. - С. 43-45). Этот аналог является наиболее близким устройством к заявленному изобретению по следующей совокупности признаков: отсадочная камера, вращающаяся на вертикальной оси, эксцентриковый привод и диафрагмы, создающие пульсирующие колебания воды.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относится то, что в прототипе отсадочные камеры вращаются внутри неподвижного корпуса, в котором создаются пульсирующие колебания воды, отчего пульсации воды происходят не в радиальном, а в тангенциальном направлении, усиливающие перемешивание продуктов в зоне разделения, имеет относительно большую площадь отсадочного решета, требующую большего расхода подрешетной воды, а так как диафрагмы находятся в горизонтальной плоскости, воспринимая тяжесть подрешетной воды и массивной рамы балансирного привода, то при колебаниях диафрагм возникают большие инерционные силы, обуславливающие установку мощного привода, возникновение вибраций и уменьшение верхнего предела частоты и амплитуды колебаний диафрагм.

Заявляемое устройство применяется для центробежного мокрого разделения частиц минералов по плотности, направлено на увеличение эффективности сепарации мелких и тонких классов крупности и имеет следующие преимущества: относительно меньшая площадь отсадочного решета при одинаковых типоразмерах, общая площадь диафрагмы распределена на большее число динамически взаимоуравновешенных меньших диафрагм и связанная с этим возможность увеличения частоты и амплитуды колебаний диафрагм, отсутствие неуравновешенных масс.

Технический результат: уменьшение расхода подрешетной воды при увеличении эффективности разделения мелких и тонких частиц минералов по плотности, устранение вибраций.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что центробежный сепаратор с отсадкой содержит отсадочное решето в виде вертикальной чаши с крыльчаткой на дне и кольцевым сливным порогом на открытом верхнем конце, установленный с возможностью вращения на полом валу, имеющем подшипниковые опоры и связанном с приводом вращения, корпус, закрепленный между чашей и полым валом соосно им, водяную рубашку с внешней стороны отсадочного решета, образованная вторыми герметичными стенками, которая соединена с узлом подачи подрешетной воды и соединяет отсадочное решето с камерами, имеющими диафрагмы для создания колебаний подрешетной воды. Сепаратор также содержит приспособление для создания колебаний диафрагм, расположенное в корпусе и связанное с валом, пропущенным по оси полого вала и установленным с возможностью вращения относительно него, узел подвода питания в чашу в виде осесимметричной к чаше трубы, выпускные узлы для отвода подрешетного и надрешетного продуктов.

Особенность заключается в том, что чаша выполнена с расширяющейся от дна конической частью, над которой расположено отсадочное решето, имеющее вид поверхности вращения, на внутренней поверхности которого выполнены выступы, установленные по окружности на образующих линиях отсадочного решета с образованием вертикальных суживающихся к сливному порогу и отсадочному решету желобов, боковые сходящиеся стенки которых соединены с отсадочным решетом, на котором на дне желобов выполнены горизонтальные рифли, разнесенные вдоль продольной оси этих суживающихся желобов. Напротив каждого суживающегося желоба кольцевой сливной порог имеет разгрузочный патрубок со входом между уровнями края кольцевого сливного порога и дна суживающегося желоба, выход которого расположен с наружной стороны чаши, причем площадь сечения отверстий этих патрубков недостаточна для разгрузки всего слива надрешетного продукта сепаратора. Камеры с диафрагмами, создающими колебания подрешетной воды, выполнены радиальными, расположены симметрично относительно оси чаши на уровне корпуса, а диафрагмы расположены на ближней к оси чаши стороне. Приспособление для создания колебаний диафрагм выполнено в виде трехзвенного дифференциального механизма с водилом, которым является корпус, центральным колесом и сателлитами напротив каждой радиальной камеры, которые имеют эксцентриковый палец, соединенный с диафрагмой соответствующей радиальной камеры посредством шатуна, причем углы между направлениями на полюса зацеплений сателлитов с центральным колесом и на эксцентриковые пальцы сателлитов установлены одинаковыми. Центральное колесо дифференциального механизма кинематически связано с приводом колебаний диафрагм, имеющим регулируемую частоту вращения, посредством вала, пропущенного по оси полого вала, а патрубки разгрузки подрешетного продукта выполнены в нижней части радиальных камер.

Целесообразно выполнять эксцентриковые пальцы сателлитов с регулируемым эксцентриситетом с обеспечением его одинаковой величины для всех эксцентриковых пальцев.

На Фиг.1 показан продольный разрез центробежного сепаратора с отсадкой со схемами подвода питания и подрешетной воды, разгрузки надрешетного и подрешетного продуктов. Элементы крепления выпускного узла для подрешетного продукта поз. 25 и крепления выпускного узла для надрешетного продукта поз. 26 к основанию поз. 31 не показаны.

Основные элементы Фиг.1: 1 - чаша; 2 - коническая часть чаши, 3 - выступы, образующие суживающиеся желоба, на дне которых расположены отсадочное решето и горизонтальные рифли; 4 - кольцевой сливной порог; 5 - водяная рубашка; 6 - радиальная камера; 7 - диафрагма; 8 и 19 - узел подачи подрешетной воды; 9 - патрубок разгрузки подрешетного продукта; 10 - полый вал; 11 - вал; 12 - центральное колесо; 13 - сателлит; 14 - эксцентриковый палец; 15 - шатун; 16 - корпус; 17, 18, 21, 22, 23 и 24 - элементы приводов; 20 - узел подвода питания; 25 и 26 - выпускные узлы для под- и надрешетного продуктов; 27 - крышка; 28 - подшипниковая опора; 31 - основание; 32 - несущая плита; 33 - упругий элемент.

На Фиг.2 и 3 показана рабочая зона центробежного сеператора с отсадкой, где 34 - разгрузочный патрубок; 35 - отсадочное решето; 36 - горизонтальные рифли.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением вышеуказанного технического результата, заключаются в том, что центробежный сепаратор с отсадкой содержит чашу 1 с открытым верхом, крыльчаткой на дне, расширяющейся от дна чаши 1 к верху конической части 2, кольцевого сливного порога 4 на открытом верхнем конце чаши 1 и расположенного между ними отсадочного решета в виде поверхности вращения, на поверхности которого находятся выступающие внутрь и расположенные по окружности на образующих линиях отсадочного решета выступы 3, которые образуют суживающиеся к кольцевому сливному порогу 4 и дну (к периферии чаши 1) желоба. Боковые стенки таких суживающихся желобов, сходящиеся в периферийную сторону, соединены с отсадочным решетом 35 (см. Фиг.2), на поверхности которого, т.е. на дне суживающихся желобов, расположены разнесенные по высоте (вдоль продольной оси суживающихся желобов) горизонтальные рифли 36. Напротив каждого суживающегося желоба кольцевой сливной порог 4 имеет по разгрузочному патрубку 34 со входом между уровнями края кольцевого сливного порога 4 и дна суживающихся желобов (поверхности отсадочного решета 35) и с выходом с наружной верхней стороны внутренней рабочей поверхности чаши 1. Площадь сечения отверстий этих разгрузочных патрубков 34 недостаточна, чтобы через них разгружался весь слив сепаратора. С наружной стороны отсадочного решета выполнены вторые герметичные стенки, образующие полость - водяную рубашку 5, соединенную с узлом подачи подрешетной воды. Узел подачи подрешетной воды содержит переходную муфту 19, обеспечивающую герметичное сопряжение неподвижного напорного рукава с вращающейся вместе с чашей 1 трубой 8, нижние ответвления которой соединены с дном чаши 1 с образованием крыльчатки. Отверстия отсадочного решета 35 через водяную рубашку 5 сообщаются с хотя бы двумя радиальными камерами 6, расположенными симметрично относительно оси чаши 1 и на уровне корпуса 16, закрепленного снизу чаши 1. Каждая радиальная камера 6 имеет диафрагму 7 на ближней к оси чаши 1 стороне и в нижней части содержит патрубок для разгрузки подрешетного продукта 9. Привод вращения чаши содержит установленный с возможностью вращения в подшипниковых опорах 28 полый вал 10, закрепленный снизу корпуса 16 внизу чаши 1 соосно с ними как единое тело. Вращение чаши 1 осуществляют от электродвигателя 22, соединенного с полым валом 10 с помощью ременной передачи со шкивами 17 и 21. В корпусе 16, закрепленном между чашей 1 и полым валом 10, расположено приспособление для создания колебаний диафрагм 7 в виде трехзвенного дифференциального механизма с центральным колесом 12, сателлитами 13 по числу радиальных камер 6, расположенными на одной радиальной линии с ними и водилом, которым является корпус 16. Сателлиты 13 имеют эксцентриковые пальцы 14, соединенные с соответствующей диафрагмой 7 посредством шатуна 15. Частота колебаний диафрагм 7 (частота вращения сателлитов вокруг своих осей) суммируется от привода вращения чаши и от привода колебаний диафрагм, имеющего электродвигатель с регулируемой частотой вращения 24, кинематически соединенного с центральным колесом 12 дифференциального механизма посредством ременной передачи со шкивами 18, 23 и вала 11, пропущенного по оси полого вала 10 и установленного с возможностью вращения относительно него. Частным случаем является случай, когда центральное колесо заторможено, при котором дифференциальный механизм превращается в планетарный механизм. Узел подвода питания выполнен в виде трубы 20, установленной соосно чаше 1 на крышке 27 выпускного узла для надрешетного продукта 26. Выпускной узел для подрешетного продукта 25 расположен на уровне патрубков для разгрузки подрешетного продукта 9. Подшипниковые опоры 28 с вращающимися элементами сепаратора закреплены на несущей плите 32, установленной на основании 31 через упругие элементы 33, уменьшающие частоту собственных колебаний вращающихся частей сепаратора. Это обеспечивает работу сепаратора за критической (резонансной) зоной частоты вращения, когда центр тяжести возможной несбалансированной массы приближается к геометрической оси вращения, т.е. самобалансируется (см. Иванов М.Н. Детали машин. - М.: Высшая школа, 1984. - 269 с.).

Работа центробежного сепаратора с отсадкой осуществляется следующим образом.

Чаша 1 вращается от электродвигателя 22 со скоростью, обеспечивающей необходимое центробежное поле для конкретного разделяемого материала, например с центростремительным ускорением в 40 g. При помощи узла подачи подрешетной воды водяная рубашка 5 непрерывно наполняется водой для обеспечения восходящего потока подрешетной воды. Включают электродвигатель 24 и устанавливают обороты, соответствующие оптимальному числу колебаний диафрагм 7 при их заданной амплитуде. Например, при эксцентриситете эксцентриковых пальцев 14, равном 15 мм, максимальное число колебаний среды, определяемое исходя из ограничения максимального ускорения жидкости величиной центростремительного ускорения в 40g, будет равно 2184 колебаниям в минуту (при условии одинаковых площадей отсадочного решета и диафрагм). Минимально же необходимое число колебаний среды зависит от скорости стесненного падения разделяемых частиц. При вращении центрального колеса 12 от электродвигателя 24 и вращении чаши 1 вместе с корпусом 16 (водилом) от электродвигателя 22, сателлиты 13 получают их суммированную частоту вращения. При вращении сателлитов вокруг своих осей их эксцентриковые пальцы 14 при помощи шатунов 15 воздействуют на соответствующую диафрагму 7, заставляя совершать осевые возвратно-поступательные колебания. Причем колебания диафрагм 7 совершаются в противофазе друг к другу относительно оси вращения чаши 1, чем достигается динамическое взаимоуравновешивание колебающихся элементов сепаратора. При колебаниях диафрагм 7 в радиальных камерах 6, сообщающихся с водяной рубашкой 5, создаются колебания объема, обеспечивающие пульсирующие колебания подрешетной воды через отверстия отсадочного решета 35.

По мере достижения подрешетной водой уровня края кольцевого сливного порога 4 устанавливают ее необходимый расход, укладывают постель на отсадочное решето 35 и подают питание в виде пульпы в чашу 1 по трубе 20. Пульпа, попадая на вращающуюся вместе с чашей 1 крыльчатку, раскручивается ею и отбрасывается к конической части 2, где, столкнувшись со стенками, приобретает осевую скорость с образованием восходящего потока и параболоида вращения. По мере движения поток пульпы попадает в суживающиеся желоба между выступами 3, где действуют радиальные пульсации подрешетной воды. В верхнем слое потока в суживающихся желобах с меньшей радиальной скоростью пульсирующей подрешетной воды, достигнутой расширением поперечного сечения желоба к оси чаши и более ожиженной пульпой благодаря наличию разгрузочных патрубков 34, не дающих накапливаться минеральным частицам в верхнем слое потока, минеральные частицы разделяются по гидравлической крупности. На дне суживающихся желобов с постелью на поверхности отсадочного решета 35, находящейся между горизонтальными рифлями 36, и с меньшей площадью поперечного сечения этих желобов радиальные пульсации подрешетной воды действуют с большей скоростью, достаточной для разрыхления и уплотнения постели с расслоением по плотности. Плотные частицы, успевшие пройти постель до ее уплотнения, проходя отверстия отсадочного решета 35, через водяную рубашку 5 попадают в радиальные камеры 6 и разгружаются через патрубки для разгрузки подрешетного продукта 9 в выпускной узел для подрешетного продукта 25. Легкие частицы, не прошедшие сквозь постель, вытесняются из постели восходящим потоком подрешетной воды при разрыхляющей пульсации на верхний слой потока и, захватываясь осевосходящим потоком пульпы, переливаются через кольцевой сливной порог 4 и разгрузочные патрубки 34 в выпускной узел для надрешетного продукта 26.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного изобретения следующей совокупности условий:

- средство, воплощающее заявленное устройство при его осуществлении, предназначено для использования в обогащении полезных ископаемых, а именно для центробежного мокрого разделения преимущественно мелких и тонких частиц минералов по плотности, а также для сепарации частиц с малой разницей в плотности;

- для заявленного устройства в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте изложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных и известных до даты приоритета средств и методов;

- преимущество изобретения состоит в том, что возможность достижения в центробежном сепараторе с отсадкой при относительно большом центробежном поле оптимального числа колебаний среды, в 5-10 раз превышающих аналогичные показатели машин с балансирным приводом и эксцентриковой установкой отсадочного решета, с одновременным использованием принципа разделения в желобах при бесступенчатом регулировании числа колебаний среды при непрерывной разгрузке концентрата значительно расширяет технологические возможности машины при ее эффективной работе. Кроме того, уменьшается потребление подрешетной воды.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию “промышленная применимость”.

Изобретение относится к области обогащения полезных ископаемых и предназначено для центробежного мокрого разделения мелких и тонких частиц минералов по плотности. Технический результат - уменьшение расхода подрешетной воды при увеличении эффективности разделения, устранение вибраций. Сепаратор включает отсадочное решето в виде вертикальной конической чаши с крыльчаткой на дне и кольцевым сливным порогом на открытом верхнем конце, привод вращения чаши, корпус, закрепленный снизу чаши и сверху полого вала соосно им, водяную рубашку с внешней стороны отсадочного решета, узел подачи подрешетной воды, радиальные камеры, сообщающиеся с решетом, имеющие диафрагмы для создания колебаний подрешетной воды, узел подвода питания в чашу, выпускные узлы для отвода подрешетного и надрешетного продуктов. На внутренней поверхности решета выполнены выступы, установленные по окружности на его образующих с образованием вертикальных суживающихся желобов, на дне желобов выполнены горизонтальные рифли, а напротив каждого желоба имеется разгрузочный патрубок с выходом с наружной стороны чаши. Приспособление для создания колебаний диафрагм выполнено в виде трехзвенного дифференциального механизма с водилом, которым является корпус, центральным колесом и сателлитами напротив каждой радиальной камеры, которые имеют эксцентриковый палец, соединенный с диафрагмой посредством шатуна. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Центробежный сепаратор с отсадкой, включающий отсадочное решето в виде вертикальной чаши с крыльчаткой на дне и кольцевым сливным порогом на открытом верхнем конце, установленный с возможностью вращения на полом валу, имеющем подшипниковые опоры и связанном с приводом вращения, корпус, закрепленный снизу чаши и сверху полого вала соосно им, водяную рубашку с внешней стороны отсадочного решета, соединенную с узлом подачи подрешетной воды и соединяющую отсадочное решето с камерами, имеющими диафрагмы для создания колебаний подрешетной воды, приспособление для создания колебаний диафрагм, расположенное в корпусе и связанное с валом, пропущенным по оси полого вала и установленным с возможностью вращения относительно него, узел подвода питания в чашу в виде осесимметричной к чаше трубы, выпускные узлы для отвода подрешетного и надрешетного продуктов, отличающийся тем, что чаша выполнена с расширяющейся от дна конической частью, над которой расположено отсадочное решето, на внутренней поверхности которого выполнены выступы, установленные по окружности на образующих линиях отсадочного решета, с образованием вертикальных суживающихся к сливному порогу и отсадочному решету желобов, боковые сходящиеся стенки которых соединены с отсадочным решетом, на котором на дне желобов выполнены горизонтальные рифли, разнесенные вдоль продольной оси этих суживающихся желобов, а напротив каждого суживающегося желоба кольцевой сливной порог имеет разгрузочный патрубок со входом между уровнями края кольцевого сливного порога и дна суживающегося желоба и с выходом с наружной стороны чаши, причем площадь сечения отверстий этих патрубков выполнена недостаточной для разгрузки всего слива надрешетного продукта сепаратора, а камеры с диафрагмами, создающими колебания подрешетной воды, выполнены радиальными, расположены симметрично относительно оси чаши на уровне корпуса, а диафрагмы расположены на ближней к оси чаши стороне, а приспособление для создания колебаний диафрагм выполнено в виде трехзвенного дифференциального механизма с водилом, которым является корпус, центральным колесом и сателлитами напротив каждой радиальной камеры, которые имеют эксцентриковый палец, соединенный с диафрагмой соответствующей радиальной камеры посредством шатуна, причем углы между направлениями на полюса зацеплений сателлитов с центральным колесом и на эксцентриковые пальцы сателлитов установлены одинаковыми, а центральное колесо дифференциального механизма кинематически связано с приводом колебаний диафрагм, имеющим регулируемую частоту вращения, посредством вала, пропущенного по оси полого вала, а патрубки разгрузки подрешетного продукта выполнены в нижней части радиальных камер.2. Сепаратор по п.1, отличающийся тем, что эксцентриковые пальцы сателлитов выполнены с регулируемым эксцентриситетом с обеспечением его одинаковой величины для всех эксцентриковых пальцев.