Изобретение относится к области разделения сыпучей массы, состоящей из частиц разной плотности и размеров, на слои из частиц одинаковой плотности (на слои из частиц одного минерала, если в сыпучей массе есть частицы разных минералов) и/или на слои из частиц одинакового размера (если в сыпучей массе все частицы из одного минерала одинаковой плотности).
Предложенное изобретение может быть использовано в горно-добывающей и металлургической промышленности для обогащения как первичной (исходной, то есть начальной, добываемой из недр Земли) рудосодержащей массы, так и при переработке отвалов (хвостов) горно-обогатительных комбинатов (ГОКов), а также концентратов (обогащенной известными способами и установками рудосодержащей массы с содержанием частиц полезного минерала в недостаточном для промышленного использования количестве). В этом варианте использования предложенное изобретение применяют для отделения частиц более плотных полезных минералов от частиц менее плотной породы.
Предложенное изобретение может быть также использовано в строительной промышленности для разделения песков по размерам частиц (фракций). Такое разделение песка иногда необходимо для изготовления из него строительных материалов разного качества и назначения. В этом варианте использования предложенное изобретение применяют для отделения крупных частиц одинакового по плотности строительного минерала (кварца, то есть песка) от мелких частиц.
Дополнительным немаловажным преимуществом предложенного изобретения является то, что оно позволяет получить из рудосодержащей массы одновременно высококачественный концентрат частиц металла для металлургической промышленности (нижний слой из частиц самородных металлов) и высококачественное сырье для строительной промышленности (верхняя часть верхнего слоя сыпучей массы из крупных частиц кварца, то есть песка).
В связи с тем что основной задачей предложенного изобретения является обогащение рудосодержащих масс (получение качественного концентрата частиц металлов), а выделение фракций песка (кварца) по размерам частиц является сопутствующим полезным эффектом, упор в дальнейших рассуждениях будет делаться на обогащение рудосодержащих масс, хотя техническая основа обеих технологий одинакова.
Известные промышленные способы и установки могут обогащать только рудосодержащие массы, имеющие в своем составе достаточно большое количество относительно крупных (размером не менее 0,3 мм) и магнитных частиц выбранных к использованию полезных минералов (SU 1129780, 1982, В 03 В 5/40; RU 2008975 C1, 1991, В 03 В 7/00 и др.), согласно которым исходную рудосодержащую массу вначале измельчают до требуемого значения (при необходимости), а затем обогащают различными технологиями и установками до требуемых приемлемых значений (например, гравитационным осаждением в лотках или в бассейнах в один или в несколько этапов (последовательно), магнитными ловушками и т.п.).
Основным недостатком известных способов и установок обогащения рудосодержащих масс (помимо их сложности, больших габаритов, больших материальных затрат) является то, что большое количество частиц полезных минералов (особенно мелких и немагнитных) они сбрасывают в отвал, а в полученный концентрат пропускают большое количество частиц породы.
Например, одному из ГОКов России для дальнейшей промышленной переработки требуется золотосодержащий концентрат с содержанием золота не менее 29 г/т и гематитовый концентрат с содержанием рудного железа не менее 52% которые он пытается получить известными способами и установками из имеющихся у него отвалов. До настоящего момента эти попытки не дают положительного результата, так как получаемый известными способами и установками концентрат имеет недостаточный процент содержания указанных полезных минералов и не пригоден к дальнейшему промышленному использованию. По этой причине ГОК не имеет возможности приступить к переработке огромного количества накопившихся у него отвалов и вынужден постоянно поднимать из недр на поверхность Земли новые порции первичной рудосодержащей массы с крупными и магнитными частицами полезных минералов.
Следует отметить, что получаемый на ГОКах известными способами и установками концентрат полезного минерала требует большого объема дополнительных (дообогащающих) работ, доводящих его до возможности промышленного использования. Чем выше процент содержания частиц полезного минерала в первоначальном концентрате, тем проще и дешевле его последующая доработка, тем дешевле производство конечного продукта ГОКа.
Мелкие и немагнитные частицы полезных минералов (в основном металлов) известными способами и установками практически не улавливаются и выбрасываются в отвал. По этой причине месторождения делятся на “промышленные”, то есть способные дать рентабельное сырье (первичный концентрат с достаточно большим количеством частиц полезного минерала) для металлургической промышленности, и “непромышленные”, то есть из которых получение сырья для металлургической промышленности является нерентабельным или даже невозможным.
“Промышленных” месторождений не очень много и они находятся в основном в труднодоступных, с плохими климатическими условиями местах и не имеют требуемого инфраструктурного развития (дорог, воды, электроэнергии, рабочей силы, жилья и т.п.).
“Непромышленных” месторождений большое количество, многие из них расположены в удобных и легко доступных местах, имеют рядом хорошо развитую инфраструктуру, однако использовать их не представляется возможным из-за несовершенства известных технологий и установок обогащения.
Согласно имеющимся данным ~70% запасов полезных минералов (металлов) на Земле находится в виде тонкодисперсных (1-5 мкм), пылевидных (5-50 мкм), мелких (0,05-2,0 мм) частиц, ~10% - в виде немагнитных частиц. Таким образом ~80% земных запасов полезных минералов находятся в “непромышленных” месторождениях и в отвалах ГОКов и для известных несовершенных технологий и установок являются “не берущимися”.
Известные способы и установки обогащения зачастую превращают “промышленные” месторождения в “непромышленные”, так как отвалы многих разрабатывающих ГОКов содержат большое количество мелких и немагнитных частиц полезных минералов. Для предложенных способа и установки отвалы ГОКов, содержащие достаточно большое количество указанных выше “не берущихся” частиц полезных минералов, предпочтительнее “непромышленных” месторождений, так как они уже находятся на поверхности Земли, измельчены и подготовлены к дальнейшему обогащению, а ГОКи к тому же уже имеют требуемую хорошо развитую инфраструктуру.
Следует особо отметить, что разработка “промышленных” месторождений известными способами и установками приводит не только к большим материальным затратам, потерям частиц полезных минералов, но и к ухудшению экологии окружающей среды, так как большая площадь поверхности вокруг ГОКов практически “отчуждается” (то есть выпадает из использования), так как занята плохо переработанными отвалами, содержащими большое количество “не берущихся” (мелких и немагнитных) частиц полезных минералов. ГОКи вынуждены поднимать на поверхность Земли все новые и новые порции первичной рудосодержащей массы с крупными и магнитными частицами минералов, а имеющееся огромное (и постоянно увеличивающееся) количество таких отвалов действующие законы РФ не позволяют уничтожать (например, спускать обратно в выработанные не действующие шахты).
Известен способ и установка для разделения сыпучей массы по плотности и/или по размерам частиц минералов разделителем, использующим механические и гравитационные силы, где в качестве разделителя используют ленту транспортера, с помощью которой сыпучую массу перемещают поступательно, под углом не более 450 к горизонту, и одновременно возвратно-поступательно, до расслоения на одинаковые по плотности и/или по размерам частицы минералов, после чего полученные слои частиц отделяют друг от друга и сбрасывают с ленты транспортера-разделителя отделителем (Таггарт А.Ф. Справочник по обогащению полезных ископаемых, т.2. /Процессы обогащения. - Горно-геолого-нефтяное издательство. Л.-М.-Н., 1933, с.195-196, рис.1, с.198-199, табл.1, с.203, с.209-212), которые являются наиболее близкими аналогами к предложенным способу и установке по совокупности существенных признаков и назначению и приняты в качестве прототипа.
Недостатками известных способа и установки являются плохое качество обогащения рудосодержащей массы, потеря достаточно большого количества частиц полезных минералов в отвалы, достаточно большая энергоемкость и сложность.
Целью заявленного изобретения является повышение качества обогащения, упрощение и удешевление технологии обогащения и конструкции установки, реализующей способ, сокращение потерь частиц полезных минералов.
Поставленная цель достигается тем, что в способе разделения сыпучей массы по плотности и/или по размерам частиц минералов транспортером-разделителем в виде транспортирующей ленты, с помощью которой сыпучую массу перемещают поступательно, под углом не более 45° к горизонту, и одновременно возвратно-поступательно, до расслоения на одинаковые по плотности и/или по размерам частицы минералов, после чего полученные слои частиц отделяют друг от друга и сбрасывают с ленты отделителем, согласно изобретению возвратно-поступательное перемещение ленты транспортера-разделителя и сыпучей массы на ней осуществляют в вертикальной плоскости с частотой в диапазоне не менее 0,1 Гц и не более 25 Гц, а верхний слой или слои сыпучей массы, состоящие из одинаковых по плотности и/или по размеру частиц минерала, сбрасывают с ленты отделителем, выполненным в виде неподвижных бортов, высота которых ступенчато уменьшается на толщину сбрасываемого слоя, улавливают и отводят уловителем.
Дополнительно к этому производят возвратно-поступательное перемещение - вибрацию ленты в вертикальной плоскости и сыпучей массы на ней с амплитудой не менее половины диаметра имеющихся в ней максимальных частиц минералов, например, вибратором, монтированным на транспортере-разделителе.
Дополнительно к этому могут производить поступательное волнообразное перемещение ленты транспортера-разделителя и сыпучей массы на ней, для чего ленту транспортера-разделителя с находящейся на ней сыпучей массой перемещают по направляющим, монтированным на горизонтальном расстоянии и на вертикальном уровне относительно друг друга, обеспечивающим совместно с выбранной скоростью поступательного горизонтального перемещения ленты ее плавное возвратно-поступательное перемещение в вертикальной плоскости, например, с частотой не менее 0,1 Гц и с амплитудой не менее 0,05 высоты слоя сыпучей массы на ленте.
При необходимости сыпучую массу над лентой транспортера-разделителя могут поступательно перемещать со скоростью, равной или большей скорости поступательного перемещения ленты, например, принудительно вращаемым винтовым конвейером или шнеком, монтированным над лентой транспортера-разделителя.
Верхний слой сыпучей массы, состоящий из одинаковых по плотности и/или по размерам частиц минералов и сбрасываемый отделителем с ленты транспортера-разделителя, улавливают и отводят в сборник уловителем, выполненным в виде транспортера и монтированным под лентой по ее бокам в районе ступенчатого уменьшения высоты бортов гравитационного отделителя.
Верхний слой сыпучей массы, сбрасываемый отделителем с ленты транспортера-разделителя и состоящий из частиц не нужных минералов, отводят на постоянное захоронение в выработанную шахту.
При необходимости сыпучую массу перед подачей на транспортер-разделитель градуируют по размерности частиц полезного минерала, предназначенных к выделению, например, просеивают решетами, размер ячеек которых меньше и/или больше размера не нужных, соответственно, крупных и/или мелких частиц минералов.
При необходимости разделение и отделение частиц минералов по плотности и/или по размерам производят циклами, в каждом из которых ленту транспортера-разделителя вначале выдерживают под постоянно работающим винтовым конвейером неподвижной в течение времени, достаточного для осаждения на нее слоя частиц полезного минерала требуемой толщины, а затем поступательно перемещают в течение времени, достаточного для перегрузки этого слоя с ленты транспортера-разделителя в сборник.
Длительность выдержки ленты транспортера-разделителя в неподвижном положении под постоянно работающим винтовым конвейером и/или поступательного ее перемещения - длительность цикла обеспечивают таймером, который периодически задействуют в систему управления приводом ленты программным устройством и/или механическим включателем, монтированным на неподвижной части рамы транспортера-разделителя и взаимодействующим с ее верхней подпружиненной частью, опускающейся под действием веса осажденных на ленту частиц полезного минерала.
В разделяемую сыпучую массу при необходимости подают воду:
- над лентой транспортера-разделителя, для улучшения разделения частиц минералов по плотности и по размерам, в объеме не менее объема свободного пространства между частицами минералов;
- над отделителем, для улучшения отделения слоев разделенной сыпучей массы, в объеме, обеспечивающем смыв с ленты верхнего слоя частиц менее плотного минерала и/или более крупных по размеру.
Перегруженный с ленты транспортера-разделителя нижний слой полезного минерала повторно перемещают на вибрирующую ленту транспортера-разделителя и дополнительно разделяют по плотности частиц, для повышения качества концентрата первого разделения.
Способ реализуют на установке, содержащей загрузочное устройство, соединенное с источником сыпучей массы, транспортер-разделитель частиц минералов в виде ленты, установленной с возможностью поступательного перемещения под углом не более 450 к горизонту и одновременного возвратно-поступательного перемещения, отделитель слоев частиц с одной плотностью и/или размером от слоев частиц с другой плотностью и /или размером, где согласно изобретению лента транспортера-разделителя установлена с возможностью возвратно-поступательного перемещения в вертикальной плоскости с частотой в диапазоне не менее 0,1 Гц и не более 25 Гц, отделитель слоев частиц выполнен в виде вертикальных пластин, закрепленных на подпружиненной раме транспортера-разделителя как продолжение корытообразных бортов ленты, ступенчато уменьшающихся по высоте на толщину сбрасываемого с ленты слоя, и снабжена уловителем сбрасываемых с ленты слоев частиц.
Транспортер-разделитель оснащен вибратором для возвратно-поступательного перемещения ленты с находящейся на ней сыпучей массой в вертикальной плоскости с амплитудой не менее половины диаметра максимальных частиц минералов в сыпучей массе, одним концом прикрепленным к верхней подпружиненной части рамы транспортера-разделителя, а другим концом - к нижней неподвижной части рамы транспортера-разделителя.
При необходимости лента транспортера-разделителя монтирована на фигурных, например, на шаровых и/или на роликовых направляющих одинакового и/или разного диаметра, оси которых параллельны горизонту и закреплены на верхней раме транспортера-разделителя на равном расстоянии и на разном вертикальном уровне относительно друг друга для обеспечения совместно с величиной скорости поступательного перемещения ленты ее плавное волнообразное возвратно-поступательное движение в вертикальной плоскости с амплитудой не менее 0,05 высоты слоя сыпучей массы на ленте.
На ленте транспортера-разделителя могут быть монтированы поперечные вертикальные перегородки, высота которых не менее половины толщины слоя сыпучей массы на ленте.
При необходимости между вертикальными пластинами отделителя монтирован винтовой конвейер, шаг и скорость вращения которого обеспечивают скорость поступательного перемещения сыпучей массы равной или большей скорости поступательного движения ленты, при этом поперечные вертикальные перегородки на дне ленты выполнены высотой не более высоты бортов ленты и толщины нижнего слоя частиц полезного минерала, осажденного гравитацией на дно ленты из сыпучей массы в конце ее разделения.
Винтовой конвейер может быть монтирован на раме транспортера-разделителя и погружен в сыпучую массу на глубину, обеспечивающую отсутствие механического контакта его перьев с бортами и вертикальными поперечными перегородками ленты транспортера-разделителя.
Установка может быть оснащена таймером, задействованным в систему управления приводом ленты транспортера-разделителя, и включателем привода ленты, обеспечивающими совместной работой требуемую длительность горизонтального перемещения и/или остановки ленты.
Таймер и включатель привода ленты транспортера-разделителя установлены на нижней неподвижной части рамы транспортера-разделителя, а верхняя подпружиненная часть рамы выполняет роль механического включателя таймера и/или включателя привода ленты при своем вертикальном перемещении от веса слоя осажденных на ленту частиц полезного минерала.
Уловитель верхнего слоя частиц с одинаковой плотностью и/или с одинаковым размером, сбрасываемого отделителем с транспортера-разделителя, выполнен в виде транспортера, монтированного под отделителем и соединенного со сборником и/или с шахтой.
Установка может быть оснащена источником воды, соединенным трубопроводами с сыпучей массой на ленте транспортера-разделителя при ее разделении на слои частиц одинаковой плотности и/или размера и/или при отделении этих слоев друг от друга.
В установке перед загрузочным устройством сыпучей массы на транспортер-разделитель могут быть монтированы решета, размер ячеек которых меньше и/или больше соответственно размера не нужных крупных и/или мелких частиц сыпучей массы.
Упрощенная схема установки, реализующей предложенный способ, приведена на фиг.1, на фиг.2 – вид по А-А на фиг.1, на фиг.3 – вид по Б-Б на фиг.1.
Установка содержит источник 1 сыпучей (рудосодержащей) массы, например, отвал ГОКа, соединенный транспортером 2 с загрузочным устройством 3 сыпучей (рудосодержащей) массы на ленту 4 транспортера-разделителя сыпучей массы. Лента 4 транспортеpa-разделителя наклонена к горизонту под углом не более 45° и выполнена коробчатой, например, корытообразного вида, с высотой h бортов, вмещающих только слой частиц самого плотного (полезного) в сыпучей массе минерала и/или самых мелких частиц, осажденных гравитацией из разделяемой сыпучей массы в конце ее перемещения над вибрирующей лентой 4 (ее нижний слой В толщиной S3).
На дне ленты 4 транспортера-разделителя могут быть монтированы поперечные вертикальные перегородки 5, высота которых должна быть близкой к толщине Н слоя сыпучей массы над лентой 4 (например, не менее половины толщины Н). Перегородки 5 такой высоты обеспечивают равномерное движение всей сыпучей массы над лентой 4 (вместе с лентой 4), то есть не позволяют ленте 4 “проскальзывать” под сыпучей массой при малом угле наклона к горизонту или, наоборот, не позволяют разделяемой сыпучей массе скользить над лентой 4 (при большом угле наклона к горизонту).
Расстояние между перегородками 5 назначают в каждом конкретном случае применительно к имеющимся условиям, характеристикам сыпучей массы, производительности и габаритам установки и т.д.
Лента 4 транспортера-разделителя сыпучей массы на слои частиц минералов с одинаковой плотностью и/или с одинаковыми размерами перемещается приводом по направляющим 6, выполненным в виде шаров или роликов одинакового и/или разного диаметра d, ось которых параллельна горизонту. Направляющие 6 (опоры ленты 4) монтированы на подвижной (подпружиненной) части 7 рамы транспортера-разделителя на одинаковом расстоянии друг от друга и на разном вертикальном уровне N относительно друг друга. Расстояние между направляющими 6 и разница N уровня их установки относительно друг друга в вертикальной плоскости выбраны такими, чтобы с учетом поступательной скорости движения ленты 4 обеспечить ее волнообразное перемещение (вибрацию) в вертикальной плоскости с частотой не менее 0,1 Гц (например, в диапазоне 0,1 1,0 Гц) и с амплитудой не менее 0,05 высоты слоя сыпучей массы на ленте 4 (например, в диапазоне 0,05 0,1 высоты слоя).
На конце ленты 4 (где она помогает отделителю слоев разделенной сыпучей массы) направляющие 6 установлены на одинаковом уровне относительно друг друга в вертикальной плоскости и имеют одинаковый диаметр d, в результате чего лента 4 в этом месте движется без волнообразного перемещения в вертикальной плоскости. Прямолинейное движение ленты 4 на конце транспортера-разделителя не мешает отделению и отводу разделенных слоев частиц минералов в сборники и способствует повышению качества отделения этих слоев (устраняет возможность попадания частиц другой плотности и/или размера из соседних слоев, которое возможно при волнообразном движении ленты 4).
Оси направляющих 6 закреплены на верхней (подпружиненной) части 7 рамы транспортера, к которой одним концом подсоединен вибратор 8, обеспечивающий перемещение (вибрацию) ленты 4 в вертикальной плоскости с частотой не более 25 Гц (например, в диапазоне 1,0-25,0 Гц) и с амплитудой не менее половины диаметра максимальных частиц минералов в сыпучей массе). Второй конец вибратора 8 закреплен на нижней (неподвижной) части 9 рамы транспортера.
К подпружиненной (верхней) части 7 рамы транспортера-разделителя, по обеим сторонам ленты 4, жестко прикреплены вертикальные пластины 10, выполняющие роль дополнительных (не подвижных относительно ленты 4) бортов транспортера-разделителя, которые имеют высоту не менее толщины Н и вмещают всю попадаемую из загрузчика 3 на ленту 4 сыпучую массу толщиной Н. Количество загружаемой на ленту 4 транспортера-разделителя сыпучей массы (высоту Н загружаемого слоя сыпучей массы и ширину ленты 4) выбирают в каждом конкретном случае исходя из характеристик разделяемой сыпучей массы и установки.
Вертикальные пластины 10 закреплены на верхней подпружиненной части 7 рамы транспортера-разделителя тягами 11 и наклонены к горизонту под тем же углом, что и лента 4 транспортера-разделителя.
Между вертикальными пластинами 10, над вибрирующей лентой 4, параллельно им, при необходимости может быть монтирован винтовой конвейер 12, имеющий шаг и скорость принудительного вращения, обеспечивающие перемещение сыпучей массы между вертикальными пластинами (бортами) 10 со скоростью, равной (близкой) или большей скорости поступательного горизонтального движения ленты 4.
Неподвижные вертикальные пластины (борта) 10 транспортера-разделителя могут быть выполнены не плоскими, а по конфигурации ответными кривизне внешней поверхности винтового конвейера 12 с небольшим зазором от его перьев, чтобы не было застойных, то есть не движущихся, зон сыпучей массы на ленте 4 (на фиг.2 указанная конфигурация специально не показана, чтобы упростить схему).
Вертикальные пластины 10 (неподвижные борта транспортера-разделителя вдоль ленты 4) в конце транспортера-разделителя выполнены со ступенчатым уменьшением по высоте (относительно ленты 4) на величину S1 и S2 (на толщину S1 и S2 сбрасываемых с ленты 4, образовавшихся разделением слоев А и Б частиц минералов одинаковой плотности и/или размера). Место и величину ступенчатого уменьшения высоты бортов 10 (место установки отделителя слоев) выбирают в зависимости от количества выделяемых частиц в сыпучей массе, количества сыпучей массы на ленте 4, характеристик работы транспортера-разделителя.
Под лентой 4 (по бокам ленты 4, в районе ступенчатого уменьшения высоты бортов 10), монтированы транспортеры-уловители 13 и 14, которые отводят сбрасываемые с ленты 4 слои частиц породы А и Б разных размеров соответственно в сборник 15 и в отвал 16. Если слои А и Б частиц породы разных размеров не используют в строительной промышленности (например, как песок) и их не нужно отделять друг от друга, то их сбрасывают с ленты 4 через одно общее (суммарное по величине) ступенчатое уменьшение высоты бортов 10 (одним отделителем) и отводят одним транспортером-уловителем в один сборник (например, в отвал 16).
Под концом ленты 4 монтирован сборник 17, в который перегружают с ленты 4 нижний слой В частиц самого плотного в сыпучей массе (обычно полезного) минерала и/или самых мелких по размеру частиц породы (например, песка, если сыпучая масса не содержит частиц полезных минералов и перерабатывается только как строительное сырье).
Лента 4 выполнена длиной L, обеспечивающей полное разделение транспортируемой над ней сыпучей массы выбранной высотой Н на слои частиц минералов с требуемыми характеристиками (например, на слои частиц минералов с одинаковой плотностью и/или с одинаковыми размерами).
Лента 4 в месте ступенчатого уменьшения высоты бортов 10 имеет направляющие 6 (опоры) одинакового диаметра d, установленные на одинаковом уровне в вертикальной плоскости (разница N=0).
На фиг.2 показана сыпучая масса в конце ленты 4, после разделения ее на слои, непосредственно перед отделением и сбросом образованных гравитацией слоев частиц с ленты 4 через борта 10 на транспортеры-уловители 13 и 14.
При необходимости, перед и/или после загрузчика 3 могут быть монтированы решето 18 с ячейкой, меньшей размера крупных ненужных частиц сыпучей массы, и/или решето 19 с ячейкой, большей размера мелких ненужных частиц сыпучей массы.
К сыпучей массе на ленте 4 (в районе разделения частиц по плотности и/или по размерам и в районе отделителя слоев друг от друга и сброса их на транспортеры-уловители) от источника 20 по трубопроводам 21 может быть подведена вода.
Подвижная (вибрирующая) часть 7 рамы транспортера-разделителя подпружинена пружинами 22, которыми она соединена с неподвижной частью 9 рамы транспортера-разделителя. Пружины 22 помогают вибратору 8 перемещать ленту 4 с находящейся на ней сыпучей массой возвратно-поступательно в вертикальной плоскости и одновременно помогают подвижной части 7 рамы выполнять роль силового элемента, сигнализирующего о количестве (весе) осажденного на неподвижной ленте 4 частиц плотного (полезного) минерала. Величина прогиба Z (величина проседания пружины 22 под действием веса накапливающегося нижнего слоя самого плотного минерала на ленте 4) равна расстоянию от подвижной части 7 рамы до включателя 23 и/или таймера 24, которые задействованы в систему управления приводом 25 горизонтального перемещения ленты 4. Подпружиненная часть 7 рамы при проседании под весом накопившихся на стоящей ленте 4 частиц полезного минерала механически контактирует с включателем 23 и таймером 24. Включатель 23 подключает привод 25 поступательного горизонтального перемещения ленты 4 к источнику 26 электропитания, а таймер 24 отключает привод 25 от источника 26 электропитания через заданный промежуток времени.
В случае применения винтового конвейера 12 (например, для разделения сыпучей массы, содержащей небольшое количество частиц полезного минерала), поперечные перегородки 5 не должны превышать высоту h бортов ленты 4 (толщину Sз нижнего слоя В частиц самого плотного в сыпучей смеси минерала и/или самых мелких частиц, осажденных гравитацией из сыпучей смеси в конце ее перемещения над вибрирующей лентой 4). В этом случае перегородки 5 не должны мешать перьям винтового конвейера 12 прогонять над лентой 4 сыпучую массу и необходимы для того, чтобы самый нижний слой осажденных частиц не мог раньше времени, самостоятельно, под действием гравитации, по наклоненной к горизонту ленте 4, перемещаться (скользить) вместе с породой в сборник полезного минерала. Поперечные перегородки 5 с бортами ленты 4 в этом случае выполняют роль временных сборников частиц полезного минерала (самого нижнего слоя на ленте 4).
Винтовой конвейер 12 (его шнек) имеет перья 27, которые перемещают сыпучую массу над лентой 4. Шнек винтового конвейера 12 может быть однозаходным или многозаходным, то есть иметь несколько перьев 27 (на фиг.2 и 3 условно показан однозаходный шнек, чтобы не усложнять схему). Перья 27 шнека винтового конвейера 12 не должны касаться вертикальных перегородок 5 и бортов ленты 4, то есть они должны иметь зазор, величина которого больше амплитуды вертикального перемещения ленты 4. Высота перьев 27 может быть выполнена меньшей или большей высоты Н сыпучей массы над поперечными вертикальными перегородками 5. Например, на фиг.2 высота T1 перьев 27 шнека показана большей высоты Н сыпучей массы, чтобы вал шнека винтового конвейера 12 не находился в сыпучей массе (был расположен выше ее) и не мешал ее возвратно-поступательному перемещению в вертикальной плоскости и поступательному движению в горизонтальной плоскости, а на фиг.3 высота Т2 перьев 27 показана меньшей высоты Н. В любых вариантах конструкции винтового конвейера 12 перья 27 его шнека не должны касаться перегородок 5 и бортов ленты 4.
Разделение сыпучей массы на слои частиц с одинаковой плотностью и/или с одинаковым размером по предложенному способу производят следующим образом.
Сыпучую массу, то есть смесь измельченных специально до нужных размеров или находящихся в измельченном природном виде частиц породы (например, кварца, то есть песка) и полезных минералов (например, гематита, то есть железной руды) подают из отвала ГОКа в загрузчик и далее на ленту транспортера-разделителя. При необходимости (например, если в разделяемой сыпучей массе частицы выделяемого полезного минерала имеют только один размер), сыпучую массу предварительно пропускают через решета и отсеивают ими ненужные более крупные и более мелкие частицы имеющихся в отвале минералов (оставляют только те частицы, размер которых совпадает с размером частиц выделяемого полезного минерала).
Для упрощения объяснений и облегчения понятия сути предложенного изобретения упростим задачу и рассмотрим (как пример) конкретный ГОК, в отвалах которого, например, основная масса частиц полезного минерала (гематита, то есть железной руды) имеет размер 0,3-0,5 мм. По заказу строительной промышленности из отвалов этого ГОКа параллельно с выделением частиц гематита необходимо выделить частицы породы (кварца, то есть песка) размером 1,0-1,5 мм из имеющихся в отвале частиц песка размером от 0,1 до 2,5 мм.
Для выполнения поставленной задачи сыпучую массу из отвалов этого ГОКа можно вначале просеять решетом с размером ячейки 1,5 мм, которым удаляют из сыпучей массы все частицы, размер которых больше 1,5 мм, а затем решетом с размером ячейки 0,29 мм, которым удаляют из сыпучей массы все частицы, размер которых меньше 0,3 мм. Следует отметить, что если бы не было задания выделить песок указанной размерности, то размер ячеек этого решета можно было бы установить 0,5 мм.
Указанное просеивание необязательно, так как предложенная технология позволяет выделить частицы гематита и песка требуемой размерности и без них. Решение о применении или не применении решет принимается в каждом конкретном случае в зависимости от местных условий и возможностей конкретного производства. Например, если частиц песка размером больше 1,5 мм и/или размером меньше 0,3 мм в сыпучей массе относительно немного, то соответствующие операции ее предварительного просеивания решетами целесообразно не проводить или заменить его дополнительным сбросом небольших слоев частиц песка этих размеров отделителем с ленты транспортера-разделителя.
Поданную из отвалов ГОКа на ленту транспортера-разделителя сыпучую массу перемещают лентой в плоскости, близкой к горизонтальной, например, под углом 15° к горизонту. Лента транспортера-разделителя принудительно (приводом) поступательно перемещается по фигурным опорам (направляющим) транспортера-разделителя, установленным на равном расстоянии друг от друга. За счет производственных неточностей и допусков изготовления и монтажа направляющих, а также за счет прогиба ленты между направляющими под действием тяжести сыпучей массы на ней лента транспортера-разделителя движется волнообразно (вибрирует в вертикальной плоскости) и перемещает относительно друг друга в вертикальной и горизонтальной плоскостях частицы разделяемой сыпучей массы. Такое волнообразное перемещение частиц (ворошение сыпучей массы) помогает более плотным частицам и/или частицам меньших размеров опуститься в нижние слои, а более легким и более крупным частицам подняться в верхние слои.
При большом слое сыпучей массы на ленте транспортера-разделителя возвратно-поступательных перемещений ленты, получаемых только за счет допусков и погрешностей изготовления и монтажа, может оказаться недостаточно, и процесс разделения сыпучей массы на слои частиц с одинаковой плотностью и/или с одинаковым размером может быть длительным и некачественным.
Чтобы обеспечить требуемое качество и скорость разделения сыпучей массы, амплитуду вышеописанного вертикального возвратно-поступательного перемещения ленты транспортера-разделителя (частиц сыпучей массы относительно друг друга на ленте транспортера-разделителя) в предложенном способе искусственно увеличивают путем специального монтажа фигурных опор ленты (например, шаровых и/или роликовых направляющих) на разном вертикальном уровне относительно друг друга. При этом оси опорнаправляющих располагают горизонтально и заделывают в верхнюю подпружиненную (подвижную) раму транспортера-разделителя. Дополнительно к разному уровню монтажа опор ленты (или вместо этого) амплитуду возвратно-поступательного перемещения ленты в вертикальной плоскости могут увеличивать путем установки этих опор с разными диаметрами.
Частоту вышеописанного вертикального возвратно-поступательного перемещения ленты транспортера-разделителя (частиц сыпучей массы на ленте транспортера-разделителя) регулируют скоростью принудительного поступательного горизонтального (близкого к горизонтальному) перемещения ленты. Чем больше скорость этого поступательного горизонтального перемещения ленты, тем выше частота ее возвратно-поступательного перемещения по разноуровневым направляющим (вибрации) в вертикальной плоскости.
Величину скорости поступательного перемещения ленты транспортера-разделителя приводом, величину расстояния между осями фигурных направляющих, разницу уровня вертикального расположения направляющих относительно друг друга, величину диаметра направляющих назначают (предварительно рассчитывают) такими, чтобы лента транспортера-разделителя двигалась волнообразно то вверх, то вниз (вибрировала в вертикальной плоскости) и принуждала повторять эти же движения лежащую на ней сыпучую массу с частотой не менее 0,1 Гц (например, в диапазоне 0,1-1,0 Гц) и с амплитудой не менее 0,05 ее высоты (например, в диапазоне 0,05-0,1 ее высоты). Частота перемещения ленты менее 0,1 Гц и амплитуда перемещения меньше 0,05 высоты сыпучей массы на ленте малоэффективны и требуют большой длины ленты транспортера-разделителя и длительного времени перемещения сыпучей массы на ленте, чтобы получить требуемое ее разделение.
Медленное волнообразное принудительное перемещение сыпучей массы в вертикальной плоскости “ворошит” (перемешивает) сыпучую массу и помогает осаждению частиц более плотного (более тяжелого) минерала (в нашем случае гематита, плотность которого 5,3 г/см3) гравитацией в самый нижний слой, и подъему частиц менее плотного (более легкого) минерала (в нашем случае кварца, плотность которого 2,6 г/см3) в верхний слой. При этом частицы минералов меньшего размера (каждые в своем слое) под действием гравитации “проваливаются” в свободное пространство между крупными частицами и в конечном итоге перемещаются в нижнюю часть своего слоя частиц с такой же плотностью, вытолкнув более крупные частицы такой же плотности в верхнюю часть этого слоя.
В нашем случае верхний слой сыпучей массы на ленте транспортера-разделителя через некоторое время после волнообразного перемещения будет состоять из более легких частиц песка, а нижний из более тяжелых частиц гематита. При этом верхний слой песка будет дополнительно разделен по размерам частиц песка самые крупные в самом верху, а самые мелкие в самом внизу этого слоя.
Дополнительно к этому волнообразному периодическому изгибанию (вибрации) в вертикальной плоскости с малой частотой и с большой амплитудой (или вместо него) ленту транспортера могут принудительно перемещать (вибрировать) в вертикальной плоскости с большей частотой, например, в диапазоне 1,0-25,0 Гц, и с меньшей амплитудой, например, не менее половины диаметра самых крупных частиц в сыпучей массе специальным вибратором. Частота перемещения ленты более 25 Гц и амплитуда перемещения меньше половины диаметра самых крупных частиц в сыпучей массе более трудоемки и малоэффективны, так как приводят к длительному “плаванию” частиц минералов на одном уровне и к ухудшению их разделения по плотности и по размерам.
Перемещение ленты транспортера-разделителя в вертикальной плоскости вибратором в указанных пределах частоты и амплитуды обеспечивает вначале периодическое принудительное подбрасывание всех частиц сыпучей массы вверх, а затем периодическое их возвращение на ленту свободным падением под действием силы тяжести (гравитации). При свободном падении вниз частицы более плотного (более тяжелого) минерала (гематита) опережают частицы менее плотного (более легкого) минерала (песка), перемещаются в самый нижний слой и выталкивают более легкие частицы песка в верхний слой.
Принудительная вибрация сыпучей массы в вертикальной плоскости вибратором помогает также частицам меньшего размера под действием гравитации эффективнее “проваливаться” в свободное пространство между более крупными частицами и в конечном итоге перемещаться в нижнюю часть слоя частиц своей плотности, выталкивая более крупные частицы такой же плотности в верхнюю часть этого слоя.
Указанное перемещение сыпучей массы вибратором ускоряет и улучшает ее разделение на слои частиц с одинаковой плотностью и/или с одинаковым размером и может применяться как отдельно, так и совместно с вышеописанным волнообразным движением ленты транспортера-разделителя для повышения производительности, например, для увеличения высоты слоя сыпучей массы на ленте транспортера-разделителя.
Разделенные по плотности и/или по размерам на ленте транспортера-разделителя частицы сыпучей массы послойно, через ступенчатое уменьшение высоты бортов транспортера-разделителя, отводят в соответствующие сборники.
При малом угле наклона к горизонту ленты транспортера-разделителя, достаточно большом количестве загруженной на нее сыпучей массы верхний слой этой сыпучей массы (а может быть даже вся ее основная часть) может замедлить (и даже полностью прекратить) свое поступательное в близком к горизонтальному направлении движение вместе с лентой транспортера-разделителя за счет трения о неподвижные борта транспортера-разделителя и друг об друга. В этом случае разделения сыпучей массы на слои частиц с разной плотностью и/или с разными размерами не будет (лента транспортера-разделителя будет скользить под сыпучей массой и не двигать ее).
При большом угле наклона к горизонту ленты транспортера-разделителя, достаточно большом количестве загруженной на нее сыпучей массы верхний слой этой сыпучей массы (а может быть даже вся ее основная часть) может самопроизвольно, с ускорением, начать быстро перемещаться (скользить) под углом к горизонту (от начала к концу ленты транспортера-разделителя) и тоже не будет разделяться на слои частиц по плотности и/или по размерности.
Для предотвращения вышеуказанной остановки или скольжения сыпучей массы на ленте транспортера-разделителя последняя может быть снабжена поперечными вертикальными перегородками, высота которых должна быть не менее половины толщины находящегося на ленте слоя сыпучей массы. Указанные перегородки являются тормозом и одновременно движителем сыпучей массы, обеспечивающим одинаковую скорость движения ленты транспортера-разделителя и находящейся над ней сыпучей массы.
В некоторых случаях одновременно с гравитационными силами и с движущейся лентой транспортера-разделителя сыпучую массу на ней дополнительно необходимо перемещать в том же направлении винтовым конвейером (шнеком с принудительным приводом). Необходимость такого дополнительного перемещения сыпучей массы винтовым конвейером обусловлена следующими факторами.
Винтовой конвейер внутри неподвижных бортов ленты транспортера-разделителя, выполненный в виде шнека с принудительным приводом вращения, не допускает ни остановки сыпучей массы на горизонтальной ленте транспортера, ни ее самопроизвольного “сползания” по сильно наклоненной ленте транспортера и может заменить собой вышеуказанные вертикальные перегородки. Винтовой конвейер независимо от ленты транспортера-разделителя может обеспечить равномерное горизонтальное поступательное движение всего объема сыпучей массы над вибрирующей лентой с практически любой требуемой скоростью, то есть обеспечивает качественное ее разделение на слои частиц по плотности и/или размерности. Дополнительно к этому винтовой конвейер помогает равномерному гравитационному сбросу (отделению гравитацией) образовавшихся верхних слоев частиц через неподвижные, ступенчато уменьшающиеся по высоте борта транспортера-разделителя, то есть улучшает работу отделителя слоев.
Варианты технологии и установок разделения сыпучей массы с винтовым конвейером или с поперечными вертикальными перегородками на всю толщину слоя сыпучей массы на ленте транспортера-разделителя выбирают в каждом конкретном случае в зависимости от характеристик сыпучей массы, условий, возможностей и потребностей производства. Однако оба эти варианта могут применяться только в том случае, если частиц отделяемого и отводимого в сборник полезного минерала в сыпучей массе достаточно много и скорость горизонтального поступательного перемещения верхнего слоя породы и нижнего слоя частиц полезного минерала может быть одинаковой и может обеспечить достаточно качественное отделение, сброс и отвод слоя частиц полезного минерала с ленты транспортера-разделителя в сборник.
В некоторых случаях скорость перемещения разделяемой сыпучей массы над лентой транспортера-разделителя должна превышать скорость поступательной горизонтальной скорости движения самой ленты транспортера-разделителя, так как иначе качественного разделения, сброса и отвода в сборники частиц одного из минералов (чаще всего полезного минерала) может не быть. Эту вышеуказанную требуемую “разноскорость” перемещения можно обеспечить только технологией и установкой с применением винтового конвейера.
Рассмотрим вышеперечисленные варианты технологий и установок разделения сыпучей массы на конкретных примерах.
1. Сыпучая масса отвалов одного из железорудных ГОКов России имеет в своем составе достаточно большое количество (до 30% от общей массы) полезного минерала (гематита). В предложенной технологии разделения скорость поступательного горизонтального перемещения сыпучей массы над вибрирующей лентой транспортера-разделителя может быть близкой к скорости поступательного горизонтального движения самой вибрирующей ленты, потому что количество частиц гематита в осажденном нижнем слое на конце вибрирующей ленты транспортера-разделителя будет достаточно большим (относительно верхнего слоя породы) и его можно легко и быстро отделить, сбросить с ленты транспортера и отвести в соответствующий сборник (одновременно с отводом в соответствующий сборник верхнего слоя из частиц породы).
В этом случае (для этого ГОКа) могут быть использованы для разделения сыпучей массы и винтовой конвейер, и поперечные вертикальные перегородки на ленте транспортера с требуемой высотой (например, на всю толщину сыпучей массы). Критерием для выбора лучшего варианта в этом случае может быть только экономическая сторона (производительность и экономические затраты).
2. Сыпучая масса одного из золотых приисков (как и все прииски драгоценных и редкоземельных металлов) содержит самородное золото в достаточно большом количестве для промышленной добычи (несколько десятков грамм на тонну), но в малом процентном отношении к общей сыпучей массе (иногда не более 0,001% от общей массы). При одинаковых скоростях поступательного горизонтального перемещения сыпучей массы над лентой транспортера-разделителя и самой ленты транспортера-разделителя объемное количество частиц золота в осажденном нижнем слое на конце вибрирующей ленты транспортера-разделителя будет настолько мало, что его будет трудно (практически невозможно) отделить от породы, перегрузить с ленты транспортера-разделителя в сборник (будет очень тонкий слой из частиц золота).
Чтобы получить физически ощутимый слой из частиц золота на конце вибрирующей ленты транспортера-разделителя, который можно было бы однозначно уловить и отвести в сборник, над лентой транспортера-разделителя необходимо “прогнать” несколько десятков (если не сотен) тонн исходной сыпучей (рудосодержащей) массы, то есть необходимо обеспечить скорость поступательного горизонтального перемещения сыпучей массы над лентой транспортера-разделителя значительно (во много раз) большей скорости поступательного горизонтального перемещения самой ленты транспортера-разделителя.
Указанную необходимую разницу относительных скоростей ленты и сыпучей массы над ней можно получить только в варианте использования винтового конвейера.
Очень большая скорость поступательного движения сыпучей массы винтовым конвейером относительно скорости непрерывного поступательного перемещения ленты транспортера-разделителя неприемлема, так как приведет к значительному увеличению длины ленты, ухудшению качества разделения, значительным техническим трудностям. В связи с этим разделение такой сыпучей массы целесообразно производить циклами, образуемыми временем выдержки ленты транспортера-разделителя в неподвижном состоянии под постоянно работающим (поступательно перемещающим сыпучую массу с небольшой скоростью) винтовым конвейером. В течение этого времени на неподвижной ленте транспортера-разделителя из транспортируемой над ней сыпучей массы осаждается нижний слой полезного минерала требуемой толщины, который можно легко отделить и перегрузить в сборник. После достижения этим нижним слоем требуемой толщины ленту транспортера-разделителя приводят в движение на время, в течение которого весь этот осажденный нижний слой частиц полезного минерала будет перегружен с ленты в сборник.
Длительность выдержки неподвижной ленты транспортера-разделителя под работающим с небольшой скоростью винтовым конвейером, необходимую для получения требуемого слоя, и длительность перемещения ленты для сброса всего осажденного слоя определяют расчетным путем и подтверждают опытными исследованиями. В зависимости от характеристик сыпучей массы (содержания в ней частиц полезного минерала), размеров и характеристик установки эта длительность может колебаться от нескольких часов до нескольких суток и более. Длительность перегрузки полученного слоя в сборник (длительность перемещения ленты после выдержки в неподвижном состоянии) зависит от длины ленты и скорости ее поступательного перемещения и может составлять всего несколько секунд.
Полученное время выдержки и перегрузки (стояния и перемещения ленты транспортера-разделителя) обеспечивают вручную (например, с помощью визуально наблюдающего оператора) или автоматически (например, с помощью таймера и включателя, задействованных в систему управления приводом ленты и управляемых проседающей под весом осажденных частиц полезного минерала лентой транспортера-разделителя).
При необходимости получения требуемого сырья для строительной промышленности (например, крупного или, наоборот, мелкого песка) вначале с вибрирующей ленты транспортера-разделителя сбрасывают верхнюю часть этого слоя из самых крупных частиц песка и направляют его транспортером в один сборник и далее для использования по назначению, а затем сбрасывают с ленты и отправляют в другой сборник оставшуюся часть слоя из более мелких частиц песка.
После верхнего слоя из более легких частиц породы, с конца вибрирующей ленты транспортера перегружают в сборник оставшийся на ленте нижний слой частиц более плотного (полезного) минерала в сыпучей массе.
Для улучшения разделения частиц разной плотности и/или разных размеров друг от друга в сыпучую массу над вибрирующей вибратором и/или движущейся волнообразно лентой транспортера-разделителя могут подавать воду в количестве, например, не менее объема свободного пространства между частицами минералов в транспортируемой по вибрирующей ленте сыпучей массе. В более плотной среде (вода плотнее воздуха) частицы минералов разной плотности и разных размеров быстрее и качественнее разделяются на соответствующие слои.
Для улучшения отделения, сброса и отвода слоев разделенных частиц в сборники в сыпучую массу над вибрирующей (только вибратором) лентой транспортера-разделителя могут подавать воду в количестве, обеспечивающем смыв с ленты всего сбрасываемого слоя частиц.
При необходимости более качественного разделения частиц по плотности (получения более качественного концентрата) уже отделенный слой частиц полезного минерала (полученный первичный концентрат) могут дополнительно (повторно) перемещать над вибрирующей лентой транспортера-разделителя и удалять из него оставшиеся частицы другой плотности и в конечном итоге получать более качественный вторичный концентрат.
Длину, скорость движения, угол наклона к горизонту ленты транспортера, высоту слоя сыпучей массы на ленте транспортера, частоту и амплитуду медленного волнообразного (направляющими роликами) и быстрого (вибратором) перемещений ленты в вертикальной плоскости, шаг и скорость вращения винтового конвейера, высоту поперечных вертикальных перегородок на ленте и расстояние между ними, высоту перьев шнека, необходимость и количество подачи воды в сыпучую массу на ленте-разделителе и ленте-отделителе транспортера, количество повторных перемещений лентой транспортера уже разделенных слоев частиц и т.п. выбирают в каждом конкретном случае исходя из плотности, размеров, количества находящихся в перерабатываемой сыпучей (рудосодержащей) массе частиц минералов и других имеющихся конкретных местных условий, потребностей и возможностей производства.
Предложенная технология позволяет без значительных затрат получать качественные концентраты нужных минералов (мелких и крупных частиц магнитных и немагнитных металлов, песков нужной размерности) как из первоначальной сыпучей рудосодержащей массы промышленных и непромышленных месторождений, так и из отвалов ГОКов.
В зависимости от характеристик сыпучей массы месторождений и отвалов находящихся на них ГОКов может быть два варианта способа использования предложенной технологии:
1. Первый вариант для добычи драгоценных и редкоземельных металлов, находящихся в сыпучей массе в малом количестве, использующий винтовой конвейер для прогона большого количества сыпучей массы над лентой транспортера-разделителя, поперечные вертикальные перегородки на ленте транспортера-разделителя высотой не более толщины нижнего слоя осажденных гравитацией из этой сыпучей массы частиц драгоценных и редкоземельных металлов и высоты бортов ленты, вибратор ленты транспортера-разделителя.
2. Второй вариант - для добычи черных и цветных металлов, использующий более экономичные и простые в эксплуатации поперечные вертикальные перегородки, высота которых не менее половины толщины слоя сыпучей массы над лентой транспортера-разделителя (без использования винтового конвейера), и разноуровневые и/или разного диаметра направляющие (опоры) ленты транспортера-разделителя (возможно без использования вибратора ленты транспортера-разделителя).
Чтобы обеспечить прогон относительно большого объема сыпучей массы над движущейся лентой транспортера-разделителя, нужно иметь большую разницу скоростей ленты и разделяемой сыпучей массы.
В первом варианте вибрирующую ленту транспортера-разделителя перемещают с периодическими остановками (прерывисто), а сыпучую массу над ней перемещают винтовым конвейером непрерывно (без остановок). В этом случае не нужно добиваться очень большой скорости перемещения сыпучей массы винтовым конвейером относительно скорости ленты транспортера-разделителя. Ленту транспортера-разделителя периодически останавливают на время, в течение которого на ней осаждается достаточной толщины слой частиц полезного минерала, который последующим перемещением ленты транспортера-разделителя затем легко отделяют и перегружают с ленты в специальный сборник.
При остановках ленты конвейера-разделителя в первом варианте наличие вибратора может оказаться обязательным (технически и экономически обоснованным), так как волнообразного перемещения ленты по направляющим нет, а перемешивания сыпучей массы винтовым конвейером может оказаться недостаточным для качественного разделения (особенно в нижнем слое на ленте, который не взаимодействует с перьями винтового конвейера), вследствие чего длина ленты транспортера-разделителя может потребоваться достаточно большой.
Следует отметить, что оба вышеуказанных варианта позволяют одновременно (дополнительно к выделению частиц полезных минералов) разделять сыпучую массу на слои частиц сопутствующей породы (песка) по размерам, а также отделять их друг от друга, снимать с ленты транспортера и отводить в специальный сборник для использования в строительной промышленности.
Предложенная технология разделения сыпучей массы позволяет также облегчить и удешевить рекультивацию отвалов ГОКов, улучшить экологию окружающей среды ГОКов за счет:
- полного освобождения отвалов от частиц полезных минералов, что делает отвалы экологически безопасными и дает возможность не только использовать их как обычную землю, но и позволяет по Закону РФ не сохранять их для потомков (дает возможность отводить их на захоронение в отработанные шахты);
- уменьшения количества рекультивируемой массы отвалов (которые иногда необходимо убирать с поверхности Земли в отработанные шахты) путем использования части этой массы как сырья для изготовления высококачественных строительных материалов.
В зависимости от характеристик сыпучей массы месторождений и ГОКов может быть шесть вариантов установок, использующих предложенную технологию:
1. На месторождениях черных и цветных металлов и на отвалах, перерабатывающих их ГОКов, имеющих большое количество мелких и немагнитных частиц полезных минералов.
В исходной рудосодержащей массе некоторых промышленных месторождений черных и цветных металлов и в отвалах обслуживающих их ГОКов содержится большое количество мелких и немагнитных частиц полезных минералов. Например, отвалы одного из ГОКов России почти на 30% состоят из мелких свободных частиц гематита (немагнитной железной руды), который существующие технологии и установки очень плохо отделяют от породы (практически не отделяют).
На этих месторождениях и ГОКах для выделения частиц полезных минералов можно использовать более простой второй вариант способа использования предложенной технологии обогащения (постоянно движущуюся вибрирующую ленту транспортера-разделителя без винтового конвейера, то есть непрерывную технологию обогащения), так как количество полезного минерала (гематита) в сыпучей массе достаточно велико и его можно непрерывно отделять от породы и непрерывно отводить в сборник (верхний слой породы непрерывно сбрасывать с ленты транспортера-разделителя в отвал, а нижний слой гематита непрерывно перегружать с ленты транспортера-разделителя в сборник).
На таких месторождениях и ГОКах винтовой конвейер можно применять только при необходимости, например, для увеличения производительности установки.
2. На месторождениях драгоценных и редкоземельных металлов, имеющих небольшое количество мелких и немагнитных частиц полезного минерала.
На промышленных и непромышленных месторождениях драгоценных и редкоземельных металлов и в отвалах обслуживающих их ГОКов количество частиц полезного минерала иногда не превышает 0,001% от количества породы. На этих месторождениях и ГОКах для выделения частиц полезных минералов необходимо использовать циклическую технологию обогащения, предусматривающую движение ленты транспортера-разделителя с периодическими остановками и непрерывное транспортирование над ней вращающимся винтовым конвейером сыпучей массы. В этом случае ленту транспортера-разделителя с находящейся над ней (на ней) сыпучей массой необходимо непрерывно возвратно-поступательно перемещать в вертикальной плоскости, например вибратором.
3. На месторождениях и ГОКах, имеющих относительно большое количество мелких и немагнитных частиц одного полезного минерала, и относительно небольшое количество мелких и немагнитных частиц другого полезного минерала.
Например, на одном месторождении России и в отвалах обслуживающего его ГОКа содержится до 30% гематита и до 0,0001% золота.
На этих месторождениях и ГОКах целесообразно применять смешанную технологию - для выделения частиц гематита непрерывную, а для выделения частиц золота - циклическую. Для этого всю сыпучую рудосодержащую массу непрерывно перемещают винтовым конвейером над неподвижной вибрирующей лентой транспортера-разделителя и через ступенчатое уменьшение высоты бортов транспортера-разделителя непрерывно сбрасывают гравитацией на транспортеры-уловители верхний слой частиц минералов. По ходу движения ленты вначале сбрасывают верхний слой частиц породы, затем средний (ставший после сброса породы верхним) слой гематита. Осажденные гравитацией в нижний слой на дне ленты транспортера-разделителя частицы золота (плотность самородного золота до 18,3 г/см3, то есть почти в четыре раза больше плотности гематита и почти в девять раз больше плотности кварца), после накопления их в требуемом количестве периодически, например, через каждые несколько суток, перегружают в сборник золотого концентрата, для чего перемещают ленту транспортера-разделителя в течение требуемого короткого промежутка времени, обеспечивающего замену находившегося под винтовым конвейером участка ленты с осажденными частицами золота на следующий участок без частиц золота.
4. На песчаных карьерах, содержащих только частицы песка, причем эти частицы имеют разный размер.
Практически все разрабатываемые песчаные карьеры имеют песок разной крупности, то есть частицы разного размера, что не всегда приемлемо для строительной промышленности. На этих карьерах для разделения песка по фракциям (по размерам частиц) применяют непрерывную технологию, описанную выше в варианте 1.
5. На песчаных карьерах, содержащих частицы песка разных размеров и незначительное количество частиц полезного минерала.
Некоторые разрабатываемые песчаные карьеры содержат частицы песка разных размеров и незначительное количество частиц полезного минерала, например золота.
На этих карьерах для разделения песка на фракции (по размерам частиц) и для выделения частиц полезного минерала применяют смешанную технологию, описанную выше в варианте 3.
6. На песчаных карьерах, содержащих среди частиц песка незначительное количество частиц полезного минерала.
Некоторые разрабатываемые песчаные карьеры содержат в песке незначительное количество частиц полезного минерала, например золота (так называемые непромышленные месторождения), и не требуют разделения песка на фракции (частицы песка одного размера или нет необходимости разделения песка на фракции по размерам частиц). На этих карьерах для выделения из песка частиц золота применяют циклическую технологию, описанную выше в варианте 2.
Установка, реализующая предложенный способ, работает следующим образом.
Из источника 1 (например, из отвала ГОКа) транспортером 2 измельченную сыпучую массу, содержащую требуемые полезные и неполезные минералы (например, железную руду в виде гематита и песок), подают в загрузчик 3, который перегружает ее в требуемом количестве на ленту 4 транспортера-разделителя между неподвижными бортами 10 транспортера-разделителя. В момент загрузки на ленте 4 (в самом ее начале) все частицы минералов перемешаны и находятся в хаотическом состоянии. Требуемое количество загружаемой сыпучей массы на ленте 4 обеспечивают высотой Н неподвижных бортов ленты 4 транспортера-разделителя, которая должна быть не менее толщины Н слоя сыпучей массы на ленте 4.
Ленту 4 непрерывно перемещают приводом в плоскости, близкой к горизонтальной (например, под углом 15° к горизонту). Лента 4 перемещается поступательно в этой плоскости вместе с загруженной на нее сыпучей массой. Одновременно лента 4 волнообразно (возвратно-поступательно) вместе с загруженной сыпучей массой перемещается в вертикальной плоскости с частотой не менее 0,1 Гц (например, в диапазоне 0,1-1,0 Гц) и с амплитудой не менее 0,05 высоты сыпучей массы на ленте 4 транспортера-разделителя (например, в диапазоне 0,05-0,1 высоты сыпучего слоя). Это волнообразное движение ленты 4 в вертикальной плоскости получается за счет ее скольжения по неровной поверхности, роль которой выполняют направляющие 6 (опоры ленты). Требуемую частоту и амплитуду этого волнообразного движения ленты 4 обеспечивают расстоянием между направляющими 6 (опорами), разницей их вертикального уровня N относительно друг друга за счет специального монтажа и/или за счет разницы их диаметра, а также скоростью поступательного горизонтального перемещения ленты 4.
При необходимости дополнительно к вышеуказанным волнообразным движениям (или вместо них) ленту 4 и вертикальные пластины 10 (неподвижные борта транспортера-разделителя), монтированные на верхней части 7 рамы транспортера-разделителя с помощью тяг 11, могут перемещать в вертикальной плоскости вибратором 8, закрепленным одним концом на верхней части 7 рамы транспортера-разделителя, с частотой не более 25 Гц (например, в диапазоне 1,0-25,0 Гц) и амплитудой не менее половины диаметра самых крупных частиц сыпучей массы.
Вертикальные поперечные перегородки 5, высота которых не менее половины толщины сыпучей массы на ленте 4, обеспечивают движение всего количества сыпучей массы вместе с лентой 4 (не дают возможности сыпучей массе соскальзывать с ленты 4 и самостоятельно двигаться под действием гравитации и угла наклона ленты 4 к ее концу или застопориться на ленте 4 и позволить ленте 4 проскальзывать под сыпучей массой).
В необходимых случаях дополнительно к непрерывному перемещению гравитацией и вибрирующей лентой 4 сыпучую массу над лентой 4 могут непрерывно перемещать в этом же направлении винтовым конвейером 12, монтированным над лентой 4 между неподвижными бортами 10 транспортера-разделителя. В случае применения винтового конвейера 12 высота вертикальных поперечных перегородок 5 не должна превышать толщины нижнего слоя частиц минерала на ленте 4, а перья винтового конвейера 12 должны находиться (вращаться) выше перегородок 5 и бортов ленты 4.
Ленту 4 и винтовой конвейер 12 монтируют под одинаковым углом к горизонту, обеспечивающим минимальное усилие для горизонтального перемещения сыпучей массы винтовым конвейером 12, а также обеспечивающим движение верхнего слоя сыпучей массы только вместе с лентой 4 (без самостоятельного скольжения над лентой 4).
Винтовой конвейер 12, так же как и большие (высокие) перегородки 5, выравнивает скорость движения всех частиц сыпучей массы в поперечном сечении вибрирующей ленты 4 и неподвижных бортов 10 транспортера-разделителя и предотвращает быстрое “сползание” сыпучей массы в конец ленты 4 до ее разделения на слои частиц по плотности и по размерам. Высота перьев шнека 12 (винтового конвейера), большая толщины сыпучей массы над лентой 4, позволяет валу шнека 12 находиться над сыпучей массой и не мешать ее перемещению в вертикальной и в горизонтальной плоскостях.
Дополнительно к этому винтовой конвейер “колышет” сыпучую массу из стороны в сторону и улучшает ее разделение, что позволяет увеличить толщину сыпучей массы над лентой 4 (позволяет повысить производительность установки и улучшить качество разделения).
При незначительном количестве частиц выделяемого минерала в разделяемой сыпучей массе ее транспортируют над неподвижной и вибрирующей лентой 4 винтовым конвейером 12, который позволяет в этом случае “прогонять” над неподвижной лентой 4 требуемое количество сыпучей массы с требуемой скоростью для получения слоя частиц полезного минерала на ленте 4 требуемой толщины.
Во время перемещения над вибрирующей лентой 4 частицы более плотного полезного минерала (например, железа) перемещаются гравитацией в нижний слой В, периодически транспортируются лентой 4 с поперечными перегородками 5 малой высоты h и затем перегружаются с конца ленты 4 в сборник 17.
Частицы менее плотной породы (например, песка), перемещаются гравитацией в верхние слои А и Б над лентой 4 и затем непрерывно сбрасываются гравитацией через ступенчато уменьшающиеся по высоте (на толщину S1 и S2 сбрасываемых слоев) борта 10 транспортера-разделителя (через отделители) на транспортеры-уловители 13 и 14 и отводятся в сборники 15 и 16.
При необходимости дополнительного отделения самого верхнего слоя песка из более крупных частиц (слой А) для строительной промышленности его сбрасывают гравитацией через свой отделитель на свой транспортер-уловитель 13 и отводят в свой сборник 15. Более мелкие частицы песка (слой Б) сбрасывают гравитацией через свой отделитель на свой транспортер-уловитель 14 и отводят в свой сборник 16 (в отвал).
Для облегчения послойного разделения сыпучей массы на вибрирующей ленте 4 (на разделителе) в нее от источника 20 по трубопроводам 21 могут подавать воду в объеме, не менее объема свободного пространства между частицами сыпучей массы.
Для облегчения отделения, сброса с вибрирующей ленты 4 отделителем разделенных слоев частиц сыпучей массы, в нее, в месте ступенчатого уменьшения высоты бортов 10 (в месте расположения отделителя), могут подавать воду в количестве, обеспечивающем смыв всего отделяемого и сбрасываемого с ленты 4 слоя частиц.
В зависимости от количества полезного минерала в сыпучей массе, характеристик частиц сыпучей массы и других условий скорость перемещения сыпучей массы винтовым конвейером 12 назначают равной или большей скорости перемещения ленты 4. При незначительном количестве частиц полезного минерала в разделяемой сыпучей массе движущуюся ленту 4 транспортера-разделителя могут периодически останавливать (или, наоборот, могут периодически приводить в движение неподвижную ленту 4) на время, за которое на ленте 4 осаждается (набирается) требуемой толщины Sз самый нижний слой В частиц полезного минерала из транспортируемой над ней винтовым конвейером 12 сыпучей массы, который можно легко отделить и перегрузить с ленты 4 и отвести в сборник 17 (включением движения ленты 4 транспортера-разделителя на непродолжительное время).
Включение и выключение движения ленты 4 производится системой управления транспортера-разделителя с помощью таймера 23, совмещенного с включателем, через заранее заданное время, обеспечивающее накопление требуемой толщины слоя частиц полезного минерала на ленте 4, а затем полной его перегрузки в сборник 17. Подключение привода 25 ленты 4 к источнику электропитания 26 может также производиться отдельным включателем 24. Таймер 23 и включатель 24 могут задействоваться в систему управления транспортером-разделителем вручную оператором (по результатам визуального наблюдения) или с помощью опускающейся под действием веса слоя частиц полезного минерала подвижной верхней части 7.
Использование предложенной технологии и установок позволяет ускорить, удешевить, улучшить качество отделения частиц полезных минералов от породы в исходной рудосодержащей массе, выделять частицы полезных минералов, “не берущиеся” известными технологиями и установками (в том числе из отвалов ГОКов), совместить процесс выделения частиц полезных минералов из рудосодержащей массы с одновременным выделением из нее элитного сырья (песка) для строительной промышленности (с разделением породы на фракции по размерам частиц).
Применение предложенных способов и установок не требует больших финансовых затрат и позволяет:
- на многих ГОКах выделять из первоначальной (исходной) рудосодержащей массы практически все частицы всех металлов (в том числе мелкие и немагнитные, не берущиеся известными технологиями и установками);
- на многих ГОКах уменьшить количество поднимаемой на поверхность Земли первоначальной рудной массы;
- на многих ГОКах организовать отдельное дополнительное производство переработки отвалов, то есть добычи дешевых металлов и дешевого элитного строительного сырья (песка требуемой размерности) из собственных отвалов;
- на многих ГОКах основное производство по добыче металлов дополнить производством дешевого элитного сырья (песка) требуемой размерности для строительной промышленности. Производство песка (строительного материала) требуемой размерности в этом случае для ГОКов будет сопутствующим, то есть практически не требующим дополнительных затрат;
- на многих ГОКах возвратить обратно в отработанные шахты полностью освобожденные от всех полезных минералов отвалы, то есть улучшить экологию окружающей среды;
- многие песчаные карьеры превратить в производителя дешевого элитного сырья (песка требуемой размерности) для строительной промышленности;
- на многих песчаных карьерах организовать дополнительное производство добычи драгоценных и/или редкоземельных металлов (многие песчаные карьеры имеют песок, содержащий незначительное, то есть “непромышленное” количество драгоценных и редкоземельных металлов, которое предложенные способы и установки могут выделить без больших затрат). Добыча драгоценных и редкоземельных металлов в этих песчаных карьерах будет сопутствующим, то есть практически не требующим дополнительных затрат.
Предложенное изобретение, при быстром и масштабном внедрении (не требующем больших материальных затрат), значительно увеличит государственный бюджет России, сохранит имеющиеся государственные запасы стратегического сырья, значительно улучшит экологическую обстановку многих регионов, позволит России быстро опередить развитые западные страны по объему, качеству, стоимости добычи и переработки рудосодержащих полезных ископаемых, что в настоящее время является одной из приоритетных государственных задач.
Изобретение относится к области обогащения первичной руды, хвостов и доводки концентратов и может использоваться в горно-добывающей и металлургической промышленности. Способ включает поступательное перемещение сыпучей массы на ленте транспортера-разделителя под углом не более 45° к горизонту и одновременно возвратно-поступательное в вертикальной плоскости с частотой от 0,1 до 25,0 Гц до расслоения на одинаковые по плотности и/или по размерам частиц слои, отделение слоев друг от друга и сбрасывание их с ленты отделителем, выполненным в виде неподвижных бортов, высота которых ступенчато уменьшается на толщину сбрасываемого слоя, улавливание и отвод уловителем. В разделяемую сыпучую массу подают воду. Установка содержит загрузочное устройство, транспортер-разделитель в виде перемещающейся наклонно ленты и отделитель слоев частиц в виде вертикальных пластин, закрепленных на подпружиненной раме транспортера-разделителя как продолжение корытообразных бортов ленты, ступенчато уменьшающихся по высоте на толщину сбрасываемого с ленты слоя, а также уловитель сбрасываемых с ленты слоев частиц. Технический результат - улучшение качества обогащения, упрощение и удешевление технологии. 2 с. и 20 з.п. ф-лы, 3 ил.
| ТАГГАРТ А.Ф | |||
| Справочник по обогащению полезных ископаемых | |||
| Аппарат для очищения воды при помощи химических реактивов | 1917 |
|
SU2A1 |
| Процессы обогащения, Горно-геолого-нефтяное издательство | |||
| Л.-М.-Н., 1933, с.195-196, рис.1, с.198-199, табл | |||
| Печь для непрерывного получения сернистого натрия | 1921 |
|
SU1A1 |
