УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫДЕЛЕНИЯ ПРОВОДЯЩИХ ЧАСТИЦ ИЗ СМЕСИ ДИСПЕРСНЫХ НЕМАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 2008 года по МПК B03C1/02 

Изобретение относится к разработке и обогащению полезных ископаемых и может быть использовано для извлечения немагнитных проводящих дисперсных материалов из смеси с дисперсными непроводящими немагнитными материалами, таких как частицы редких и благородных металлов, содержащихся в естественных и техногенных россыпных месторождениях.

Известно устройство для выделения проводящих частиц из смеси дисперсных немагнитных материалов, содержащее загрузочное устройство, приемный бункер, имеющий три отсека: центральный и боковые, средство для формирования в рабочем пространстве высокочастотного электромагнитного поля, электромагнитная сила которого направлена перпендикулярно оси потока смеси с возможностью формирования трех потоков дисперсных материалов, в центральном из которых локализованы непроводящие частицы, а в боковых проводящие (см. а.с. СССР №784922, кл. В03С 1/02, 1980).

Недостатком известного устройства является ограниченный диапазон крупности частиц, подлежащих разделению, вследствие низкой величины магнитной индукции в рабочей зоне.

Известно также устройство для выделения проводящих частиц из смеси дисперсных немагнитных материалов, содержащее загрузочный бункер, приемную емкость для проводящих частиц, приемную емкость для непроводящих частиц, магнитную систему, включающее источник тока и индуктор магнитного поля, средство подачи смеси в зону формирования магнитного поля (см. а.с. СССР №1297908, кл. В03С 1/02, 1987).

Недостаток этого решения - невозможность эффективного извлечения мелких и тонких частиц цветных, редких и самородных металлов из смеси дисперсных немагнитных материалов, особенно при первичном обогащении. Существующие магнитные сепараторы позволяют эффективно выделять из потока обрабатываемого материала крупные (более 1 мм) частицы металлов. В настоящее время извлечение частиц такого размера уже не может удовлетворить требованиям горной промышленности, прежде всего, ее золотодобывающей отрасли. Актуальной стала задача извлечения частиц металла размером 0,1 мм и менее.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является обеспечение возможности извлечения мелких и тонких фракций цветных, редких и драгоценных металлов из смеси дисперсных немагнитных материалов.

Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, выражается в обеспечении возможности почти полного выделения (улавливания более 90% частиц свободного золота размерностью 0,1 мм и практически полное улавливание фракций до 0,5 мм) тонкодисперсных цветных редких и драгоценных металлов и тем самым возможности создания эффективного обогатительного оборудования для первичного обогащения россыпных месторождений различной природы (естественных и техногенных) безреагентным способом (т.е. экологически безопасным по выбросам реагентов в окружающую среду).

Поставленная задача решается тем, что устройство для выделения проводящих частиц из смеси дисперсных немагнитных материалов, содержащее загрузочный бункер, приемную емкость для проводящих частиц, приемную емкость для непроводящих частиц, магнитную систему, включающее источник тока и индуктор магнитного поля, средство подачи смеси в зону формирования магнитного поля, отличается тем, что в качестве индуктора магнитного поля использован соленоид, выполненный с возможностью генерирования мощного импульсного магнитного поля, с напряженностью (H(t)) не менее 10⁶ А/м, при скорости изменения (dH(t)/dt) не менее 10⁷ А/м·с и градиенте (grad Н) не менее 10⁸ А/м², при этом в качестве источника тока использован генератор импульсных токов, выполненный с возможностью генерирования мощных импульсов тока, со скоростью нарастания тока в импульсе dI(t)/dt порядка 10⁸ А/с, при ассиметричной во времени форме импульсов тока, с длительностью переднего фронта импульса, меньшей заднего. Кроме того, средство подачи смеси выполнено в виде питателя с вибрационным приводом. Кроме того, средство подачи смеси выполнено в виде ротора, снабженного приводом вращения, установленного с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси. Кроме того, средство подачи смеси выполнено в виде ленточного конвейера. Кроме того, соленоид расположен под разгрузочной кромкой средства подачи смеси.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию "новизна".

Признаки отличительной части формулы изобретения обеспечивают решение комплекса функциональных задач:

Совокупность признаков «... в качестве индуктора магнитного поля использован соленоид, выполненный с возможностью генерирования мощного импульсного магнитного поля, с напряженностью (H(t)) не менее 10⁶ А/м, при скорости изменения (dH(t)/dt) не менее 10⁷ А/м·с и градиенте (grad Н) не менее 10⁸А/м²» обеспечивает формирование мощного высокоградиентного импульсного магнитного поля, при взаимодействии которого с частичками проводящих материалов, в последних будут индуцироваться вихревые токи (в металлических частицах благодаря их высокой проводимости вихревые токи будут значительно сильнее, чем в частицах, вмещающих пород, которые, чаще всего, являются хорошими изоляторами), взаимодействие которых с индуцирующим их магнитным полем приводит к выталкиванию таких частиц в пространство, где магнитное поле слабее, т.е. к пространственному разделению смеси на поток проводящих и непроводящих частиц.

Признаки «... в качестве источника тока использован генератор импульсных токов, выполненный с возможностью генерирования мощных импульсов тока, со скоростью нарастания тока в импульсе dI(t)/dt порядка 10⁸ А/с при ассиметричной во времени форме импульсов тока, с длительностью переднего фронта импульса, меньшей заднего» обеспечивают формирование мощного импульсного магнитного поля с вышезаданными параметрами, причем форма генерируемых импульсов тока исключает обратное "гашение" импульсов движения металлических частиц при снижении напряженности магнитного поля (когда начинается спад внешнего магнитного поля, частицу начинает тащить обратно, но тащит обратно ее уже с меньшей силой, т.к. задний фронт импульса пологий (медленнее меняется во времени), и потому металлическая частица после окончания импульса останется в точке пространства, отличной от той, из которой она стартовала.

Признаки второго-четвертого пунктов формулы изобретения конкретизируют конструктивные особенности средства подачи смеси в зону формирования магнитного поля, которые могут найти применение в случае отсутствия в исходной смеси магнитных частиц или их присутствия.

Признаки пятого пункта формулы изобретения обеспечивают уменьшение величины силы взаимодействия магнитного поля с частицами за счет воздействия на свободный «падающий» поток смеси, когда отсутствует трение частиц смеси с поверхностью транспортирующего механизма.

Заявленное изобретение иллюстрируется чертежами на фиг.1 - схема обогатительного устройства (вариант с вибропитателем); на фиг.2 показана форма и амплитуда импульса тока, вырабатываемого генератором импульсных токов.

На чертежах показаны загрузочный бункер 1, желоб 2 вибрационного питателя 3, соленоид 4, продольная ось 5 соленоида, направление 6 действия магнитного поля соленоида на этапе переднего фронта импульса (его возрастающем участке), генератор 7 импульсных токов, приемная емкость 8, емкость сбора отходов 9. Кроме того, показаны слой 10 смеси дисперсных немагнитных материалов и направление 11 движения ее потока, направление 12 движения потока проводящих частиц, направление 13 движения потока непроводящих частиц, направление 14 движения желоба питателя.

Конструктивно названные элементы обогатительного устройства не отличаются от известных устройств, используемых по сходному назначению.

Вибрационный питатель 3 представляет собой желоб с плоским дном, прикрепленный к основанию через плоские пружины и снабженный приводом движения, что позволяет каждой точке поверхности желоба совершать движение по замкнутой траектории, передаваемое частицам транспортируемого материала, как вертикальные и горизонтальные (вдоль продольной оси желоба) возвратно-поступательные движения. При необходимости разделения смесей, содержащих магнитные материалы, транспортировку дисперсной смеси в рабочую зону 15 соленоида можно осуществлять конвейером типа ленточного или перепускать по наклонному желобу или использовать роторный орган подачи. Соленоид 4 выполнен в виде горизонтального ряда одинаковых соосных кольцевых катушек прямоугольного сечения, в каждой соседней паре которых протекают импульсные токи встречного направления. Ось катушек (продольная ось 5 соленоида) перпендикулярна направлению потока сепарируемого материала, подающегося вибрационным питателем 3 в рабочую зону соленоида 4. Соленоид установлен на кронштейне под желобом вибрационного питателя так, что дисперсная смесь, сходя с желоба 2 вибропитателя 3, попадает в его рабочую зону 15. Обязательное требование к соленоиду - сохранение работоспособности в диапазоне токов, поступающих от генератора 7 импульсных токов, с возможностью формирования высокоградиентного мощного импульсного магнитного поля с параметрами: с напряженностью (H(t)) не менее 10⁶ А/м, при скорости изменения (dH(t)/dt) не менее 10⁷ А/м·с и градиенте (grad Н) не менее 10⁸ А/м².

В качестве генератора 7 импульсных токов можно использовать генератор импульсных токов с емкостным накопителем энергии и тиристором, в качестве прерывателя тока. Скорость нарастания тока в импульсе dI(t)/dt) не менее 10⁸ А/с (что позволяет получать в соленоиде dH(t)/dt) порядка 10⁶-10⁷ А/м·с). Форма, амплитуда и длительность импульса тока генератора показаны на фиг.2.

Заявленный способ реализуется следующим образом.

Смесь немагнитных дисперсных материалов, содержащих проводящие и непроводящие частицы (например, россыпной материал, содержащий частицы редких и благородных металлов и пустую породу), подается самотеком из загрузочного бункера 1 в желоб 2 вибрационного питателя 3 и за счет направленных вибраций последнего "растекается" в сравнительно тонкий слой 1, а также перемещается в направлении 11. Дойдя до края желоба 2 вибрационного питателя 3, смесь немагнитных дисперсных материалов падает вниз, попадая в рабочую зону 15 соленоида 4. Здесь в результате взаимодействия с мощным высокоградиентным импульсным магнитным полем, сепарируемым частицам, в зависимости от их физических свойств сообщаются различные траектории движения и осуществляется их пространственное разделение. Например, золото- и платиносодержащие россыпные месторождения представляют собой естественные дисперсные смеси минералов, в которых частицы свободного металла отличаются от вмещающих пород своей высокой электропроводностью. При воздействии на такую смесь импульсным магнитным полем в частичках минералов будут индуцироваться вихревые токи (в металлических частицах благодаря их высокой проводимости вихревые токи будут значительно сильнее, чем в частицах вмещающих пород, которые, чаще всего, являются хорошими изоляторами). Импульсы магнитного поля имеют ассимметричную форму - крутой подъем (передний фронт) и пологий спуск (задний фронт), соответствующую форме импульсов тока, генерируемых генератором 7 импульсных токов. Во время нарастания импульса внешнего магнитного поля в частицах индуцируется сильный вихревой ток (причем величина этого тока тем больше, чем быстрее нарастает, меняется во времени внешнее магнитное поле). Вихревые токи в металлических частицах взаимодействуют с индуцирующим их магнитным полем, и частица выталкивается в пространство, где магнитное поле слабее (что обеспечивается неоднородностью поля - его высокоградиентностью).

Когда начинается спад внешнего магнитного поля, частицу начинает тащить обратно. Но тащит обратно ее уже с меньшей силой, т.к. задний фронт импульса пологий (медленнее меняется во времени), и частица после окончания импульса продолжает двигаться на участке пространства, лежащем вдоль направления 12 (на расстоянии от направления 13, вдоль которого движутся непропроводящие частицы). Кроме того, ко времени начала спада магнитного поля частицы металла находятся уже на значительном расстоянии от соленоида и уже не могут возвратиться в общий поток.

После достаточно большого числа импульсов достигается пространственное разделение потоков проводящих и непроводящих частиц (их траектории соответственно 12 и 13), что обеспечивает их размещение в различных приемных емкостях (частицы вмещающих пород с магнитным полем практически не взаимодействуют и падают в емкость сбора отходов 9, расположенную непосредственно под кромкой желоба вибропитателя). При необходимости "оптимизации" процесса сепарации под конкретный материал оперируют данными об удельной проводимости материала частицы и ее крупностью, при этом используют математическое выражение, позволяющее определить требуемую величину силы взаимодействия (F˜σ×r⁴×H(t)×dH(t)/dt, где σ - удельная проводимость частицы; r - линейный размер частицы; H(t) - напряженность магнитного поля; dH(t)/dt - скорость изменения магнитного поля) и рассчитать необходимые конструктивные параметры магнитной системы.

Для проверки работоспособности предложения проводились эксперименты с искусственными смесями минералов, составленными из кварцевого песка крупностью от 0,5 до 0,1 мм и опилок меди, алюминия и латуни, крупностью от 3,0 до 0,1 мм. Смеси не были классифицированы, чтобы сразу было видно, частицы каких размеров извлекаются. В результате экспериментов выяснилось, что в извлеченном материале присутствуют частицы всех металлов и всех классов крупности, в том числе класса 0,1 мм. Основную массу извлеченного металла составляют частицы классов 0,5-0,2 мм, причем частицы алюминия выталкиваются магнитным полем дальше, чем латунь и медь. Это объясняется тем, что алюминий имеет проводимость, лишь ненамного меньшую, чем медь, а плотность - в три раза меньшую. Легкие частицы выталкиваются дальше.

Лабораторный образец аппарата, работающего на этом принципе, был испытан. Испытания показали работоспособность способа и возможность его реализации в рамках существующих в настоящее время технических средств.

Устройство позволяет надежно извлекать из россыпи частицы золота размером 0,1 мм или других более легкоизвлекаемых материалов. Наиболее эффективной областью его использования является переработка отвалов (известно, что при разработке россыпей традиционными способами хорошо извлекаются достаточно крупные фракции (более 0,5 мм), а, то, что мельче, при промывке уходит в отвалы (по разным оценкам с мелочью уходит ˜40-60% золота).

Изобретение может быть использовано для извлечения немагнитных проводящих дисперсных материалов из смеси с дисперсными непроводящими немагнитными материалами, таких как частицы редких и благородных металлов, содержащихся в естественных и техногенных россыпных месторождениях, в цветной металлургии, металлообрабатывающей промышленности, производстве строительных материалов и пищевой промышленности. Позволяет обеспечить возможность извлечения мелких и тонких фракций цветных, редких и драгоценных металлов из смеси дисперсных немагнитных материалов. Устройство содержит загрузочный бункер, приемную емкость для проводящих частиц, приемную емкость для непроводящих частиц, магнитную систему, включает источник тока и индуктор магнитного поля, средство подачи смеси в зону формирования магнитного поля. В качестве индуктора магнитного поля использован соленоид, выполненный с возможностью генерирования мощного импульсного магнитного поля, с напряженностью H(t) не менее 10⁶ А/м, при скорости изменения (dH(t)/dt) не менее 10⁷ А/м·с и градиенте (grad Н) не менее 10⁸ А/м². В качестве источника тока использован генератор импульсных токов, выполненный с возможностью генерирования мощных импульсов тока, со скоростью нарастания тока в импульсе dl(t)/dt порядка 10⁸ А/с, при асимметричной во времени форме импульсов тока, с длительностью переднего фронта импульса, меньшей заднего. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для выделения проводящих частиц из смеси дисперсных немагнитных материалов, содержащее загрузочный бункер, приемную емкость для проводящих частиц, приемную емкость для непроводящих частиц, магнитную систему, включающее источник тока и индуктор магнитного поля, средство подачи смеси в зону формирования магнитного поля, отличающееся тем, что в качестве индуктора магнитного поля использован соленоид, выполненный с возможностью генерирования мощного импульсного магнитного поля, с напряженностью H(t) не менее 10⁶ А/м, при скорости изменения (dH(t)/dt) не менее 10⁷ А/м·с и градиенте (grad Н) не менее 10⁸ А/м², при этом в качестве источника тока использован генератор импульсных токов, выполненный с возможностью генерирования мощных импульсов тока, со скоростью нарастания тока в импульсе dI(t)/dt порядка 10⁸ А/с, при асимметричной во времени форме импульсов тока, с длительностью переднего фронта импульса, меньшей заднего.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средство подачи смеси выполнено в виде питателя с вибрационным приводом.3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средство подачи смеси выполнено в виде ротора, снабженного приводом вращения, установленного с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси.4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средство подачи смеси выполнено в виде ленточного конвейера.5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что соленоид расположен под разгрузочной кромкой средства подачи смеси.