ЦЕНТРОБЕЖНО-ВИБРАЦИОННЫЙ КОНЦЕНТРАТОР Российский патент 2008 года по МПК B03B5/32 

Изобретение относится к области горно-обогатительной техники, в частности к устройствам для разделения частиц по удельному весу, и может быть использовано при гравитационном обогащении россыпей и руд черных, цветных, редких и благородных металлов.

Известно, что центробежный способ обогащения минерального сырья является прогрессивным, экологически чистым и наиболее эффективным при гравитационном обогащении мелкозернистых пульп (россыпей или измельченных руд), содержащих мелкие и тонкие классы тяжелых ценных металлов. В России и за рубежом данный способ получил широкое распространение в золотодобывающей промышленности, где при отработке песков россыпей и руд, содержащих благородные металлы (золото, платину, серебро), в схемах обогащения применяются центробежные аппараты (концентраторы, сепараторы) различных конструкций, отличающиеся способом расслоения (разрыхления) материала пульпы и формирования концентрата [1].

В общем случае эти аппараты включают вращающийся от привода рабочий орган, выполненный в виде конусообразной чаши с улавливающим покрытием на внутренней ее поверхности, чаще всего в виде кольцевых нарифлений, питающее и разгрузочное устройства.

К известным недостаткам указанных аппаратов следует отнести периодический принцип их работы, обусловленный тем, что для выгрузки полученного концентрата прекращают питание, аппарат останавливают (или резко снижают обороты вращения чаши) и вручную или с помощью специальных оросительных систем водой смывают из кольцевых канавок концентрат.

Однако такой принцип работы приемлем только при обогащении бедных руд или россыпей благородных металлов, содержащих менее 1-2 г/т золота, серебра или платины, когда цикл накопления концентрата составляет от 20 минут до 2 часов.

При обогащении полиметаллических руд (оловянных, медных, цинковых, вольфрамовых, титаноциркониевых), а также железосодержащих руд, где содержание тяжелых ценных компонентов может достигать 0,5% и более, цикл накопления концентрата составляет от 3 до 10 минут. В связи с этим производительность процесса обогащения из-за частых остановок для разгрузки концентрата резко снижается и применение центробежных аппаратов периодического действия становится неэффективным.

Наиболее близкими по применению для обогащения подобного сырья являются центробежные концентраторы с постоянной (непрерывной) разгрузкой концентрата канадских фирм «Knelson Concentrators» (модель KC-CVD) и «Falcon Concentrators» (модель «С») [2].

Эти концентраторы конструктивно похожи друг на друга. Их рабочий орган представляет собой гладкую футерованную изнутри износостойким материалом вертикально установленную в подшипниковом узле коническую чашу, имеющую в верхней части приемник концентрата, снабженный системой автоматических клапанов и выпускных насадок. В концентраторах Knelson приемник концентрата имеет две последовательно установленные по ходу движения пульпы цилиндрические камеры, одна из которых (первая) предназначена для сбора наиболее богатой части концентрата, другая - для бедного концентрата. В концентраторах Falcon приемник концентрата имеет одну камеру. Выход концентрата в известных аппаратах непрерывного действия регулируется блоком автоматического контроля путем последовательного открытия клапанов через определенные равные промежутки времени.

Основными недостатками концентраторов Knelson и Falcon непрерывного действия, резко ограничивающих их применение, являются:

- невысокое извлечение тонких классов крупности (-100 мкм) тяжелой фракции в концентрат, что не позволяет эффективно использовать их при обогащении продуктов флотации и лежалых хвостов полиметаллических и железорудных ГОКов для извлечения минералов, содержащих железо, олово, вольфрам, титан, хром и др.;

(Невысокое извлечение тонких классов тяжелых минералов обусловлено малым временем нахождения обогащаемого материала на улавливающей поверхности чаши, имеющей низкий коэффициент трения между собой и пульпой, что не создает благоприятных условий для быстрого расслоения материала пульпы по плотности).

- сложность конструкции и недостаточная надежность системы клапанов и выпускных насадок, постоянно работающих в контакте с абразивной средой (плотность питания до 45% измельченной руды), что вызывает их повышенный износ и, как следствие, снижение качества концентрата (увеличение его выхода) и производительности процесса обогащения из-за вынужденных простоев;

- чрезмерно высокая стоимость концентраторов, превышающая стоимость концентраторов периодического действия аналогичного типоразмера в 3,5-4 раза.

Известные из литературных и патентных источников конструкции отечественных концентраторов непрерывного действия имеют общий недостаток: большой выход низкосортного концентрата вследствие использования большого количества щелевых разгрузочных окон (каналов) в чашах и низкое извлечение мелких и тонких классов тяжелых минералов вследствие малой интенсивности процесса расслоения минеральной смеси во вращающейся чаше (отсутствие механического или гидравлического разрыхления минеральной смеси на поверхности чаши) [1, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15].

В связи с этим в настоящее время в горно-геологической отрасли России практически не используется ни один отечественный концентратор непрерывного действия.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является центробежно-вибрационный концентратор, включающий рабочую камеру в форме конической чаши с улавливающим покрытием в виде кольцевых нарифлений на ее внутренней поверхности, приводимую во вращение вокруг вертикальной оси механизмом привода, инерционный дебалансный вибратор и корпус, установленные на опоре посредством эластичных амортизаторов, при этом вибратор расположен в плоскости центра тяжести концентратора, а также загрузочное и разгрузочное приспособления [16].

Данный концентратор за счет возможности регулировок величины амплитуды и частоты колебаний чаши независимо от частоты ее вращения позволяет наилучшим образом подбирать оптимальные режимы обогащения тонкозернистой пульпы в зависимости от ее минерального состава для достижения максимального извлечения тяжелого полезного компонента. Однако периодический режим работы такого концентратора, определяемый временем накопления концентрата в межрифельных кольцевых канавках чаши, не позволяет эффективно использовать его в схемах обогащения золотосульфидного, полиметаллического и железорудного минерального сырья из-за необходимости остановки схемы питания и самого концентратора на период разгрузки концентрата.

Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности работы центробежно-вибрационного концентратора.

Поставленная задача решается путем достижения технического результата, который заключается в повышении производительности аппарата за счет создания условий для непрерывного вывода концентрата из канавок чаши, без остановки исходного питания.

Указанный технический результат по предлагаемому изобретению достигается тем, что в центробежно-вибрационном концентраторе, содержащем рабочую камеру в форме конической чаши с улавливающем покрытием в виде кольцевых нарифлений на ее внутренней поверхности, приводимую во вращение вокруг вертикальной оси механизмом привода, инерционный дебалансный вибратор и корпус, установленные на эластичных амортизаторах на опоре, загрузочное и разгрузочное приспособления и приемник концентрата, вибратор выполнен в виде двух одинаковых кинематически независимых друг от друга устройств, несущих неуравновешенные роторы, оси вращения которых скрещиваются, при этом каждый из роторов снабжен собственным двигателем, установленным на опоре, и имеет с ним упругую динамическую связь, например, в виде лепестковой муфты. Кроме того, кольцевые нарифления улавливающей поверхности рабочей камеры этого концентратора выполнены по винтовой однозаходной или многозаходной линии, при этом в межрифельной канавке конечного (верхнего) ее витка имеется сквозное отверстие для вывода концентрата, размеры которого выполняют из соотношения

l=k·b,

где l - длина отверстия в направлении винтовой линии, мм;

b - ширина отверстия, равная или близкая ширине межрифельной канавки, мм;

k - коэффициент приведения, равный 1-3.

Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с прототипом показывает наличие в нем существенных признаков, отличающих его от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию «новизна».

Благодаря предложенному исполнению инерционного дебалансного вибратора при его работе корпус центробежного концентратора и смонтированные на нем чашеобразная рабочая камера с приводом ее вращения испытывают вертикальные и крутильные горизонтальные колебания, обеспечивающие в совокупности винтовые колебательные движения. При выполнении кольцевых нарифлений улавливающей поверхности рабочей камеры по винтовой линии со сквозным отверстием на конечном витке межрифельной канавки образующийся в канавках при работе концентратора концентрат тяжелых минералов за счет направленных по окружности крутильных колебаний с одновременным подбрасыванием двигается вверх по винтовым канавкам к отверстию и непрерывно разгружается.

Благодаря тому, что винтовые канавки могут быть выполнены в виде однозаходной или многозаходной линии, достигается оптимальная степень сокращения концентрата в зависимости от содержания тяжелого полезного компонента в обогащаемом сырье.

Предложенное согласно изобретению соотношение размеров разгрузочного отверстия рабочей камеры обеспечивает при работе концентратора непрерывную выгрузку тяжелой фракции из межрифельных канавок в диапазоне крупности обогащаемого материала от 0,1 до 3 мм.

Таким образом, совокупность существенных признаков обеспечивает осуществление задачи изобретения, при этом возможность достижения технического результата не вытекает из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию «изобретательский уровень».

На фиг.1 схематично показан общий вид (продольный разрез) центробежно-вибрационного концентратора; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.1.

Концентратор состоит из рабочей камеры 1, встроенной в подшипниковый узел 2, смонтированный на корпусе 3, на котором закреплены привод 4 вращения камеры и инерционный дебалансный вибратор 5. Корпус 3 установлен с помощью эластичных амортизаторов 6 на опоре 7, на которой смонтированы загрузочное (для пульпы) 8 и разгрузочное для хвостов) 9 приспособления и приемник концентрата 10.

Рабочая камера 1 выполнена в форме конической чаши, внутренняя поверхность которой имеет улавливающее покрытие 11 в виде кольцевых нарифлений, выполненных по винтовой однозаходной или многозаходной линии, при этом в межрифельной канавке 12 конечного (верхнего) ее витка имеется сквозное отверстие 13 для вывода концентрата.

Инерционный дебалансный вибратор 5 выполнен в виде двух одинаковых кинематически независимых друг от друга устройств 14, несущих неуравновешенные роторы 15, оси вращения которых скрещиваются, при этом каждый из роторов снабжен собственным двигателем 16, установленным на опоре 7, и имеет с ним упругую динамическую связь, например, в виде лепестковой муфты 17.

Концентратор работает следующим образом. Последовательно запускают в работу электродвигатель привода 4 вращения рабочей камеры 1 через клиноременную передачу, а затем - электродвигатели 16 двух кинематических устройств 14, которые через лепестковые муфты 17 сообщают вращение неуравновешенным (дебалансным) роторам 15. Возникающие при этом при вращении каждого ротора 15 маховые моменты за счет действия их в перекрещивающихся плоскостях и благодаря смещению узлов крепления роторов относительно оси вращения рабочей камеры 1 создают корпусу 3 и всем смонтированным на нем элементам 1, 2, 4 наклонные крутильные колебания, чему способствует установка корпуса 3 на опоре 7 с помощью эластичных (упругих) амортизаторов 6. Далее через загрузочное приспособление 8 на дно камеры 1 подают, например, золотосульфидную пульпу требуемой плотности, которая вращающимися лопастями, закрепленными на дне, закручивается и отбрасывается к периферии камеры. Под действием центробежного ускорения твердые частицы пульпы попадают в межрифельные канавки улавливающего покрытия 11 рабочей камеры 1, где в результате интенсивных направленных колебаний происходит разрыхление материала и сегрегация частиц тяжелых минералов и сульфидов золота внутрь образующейся минеральной «постели» с концентрацией их преимущественно у стенки камеры 1. За счет крутильных по окружности колебаний с одновременным подбрасыванием материал медленно движется вверх по винтовым канавкам, многократно перечищаясь и освобождаясь от легких минеральных частиц, формируя концентрат. На последнем витке концентрат непрерывной струйкой через сквозное отверстие 13 под действием центробежной силы разгружается из камеры 1 в приемник концентрата 10 и далее самотеком в приемную емкость (на чертеже не показана).

Легкая фракция пульпы (хвосты обогащения) при этом, увлекаемая вертикальной составляющей центробежной силы, восходящим потоком перекатывается через рифли и выносится через край из рабочей камеры 1 в разгрузочное приспособление 9 и далее в хвостохранилище.

Таким образом, процесс центробежного обогащения происходит в непрерывном режиме, без остановки концентратора для разгрузки концентрата.

Для обеспечения более эффективного обогащения пульпы с различным вещественным и гранулометрическим составом твердой фазы, более высокого извлечения мелких и тонких классов ценных тяжелых минералов (полиметаллов и благородных металлов) концентратор может настраиваться на достижение наиболее оптимальных режимов за счет изменения амплитуды и частоты крутильных колебаний. При этом изменение амплитуды колебаний обеспечивается изменением махового момента вращающихся неуравновешенных роторов 15 (чем выше момент, тем больше амплитуда). Подбором массы дебалансов роторов определяется необходимый маховой момент. Изменение частоты крутильных колебаний обеспечивается изменением частоты электрического тока, питающего электродвигатели 16, вращающие роторы 15, например, с помощью известных преобразователей частоты.

Согласно описанной выше конструктивной схеме центробежно-вибрационного концентратора под руководством авторов разработана, изготовлена и в настоящее время испытывается его действующая модель (уменьшенный вариант промышленного концентратора).

Концентратор имеет следующие параметры:

Наибольший внутренний диаметр рабочей камеры (по кольцевым верхним нарифлениям), мм165Глубина рабочей камеры, мм100Число заходов винтовых кольцевых нарифлений1Размеры разгрузочного отверстия, l×b, мм16×8Частота вращения рабочей камеры, об/мин650Частота крутильных колебаний, мин^-12820Амплитуда крутильных колебаний, мм2,5Установленная мощность эл. двигателя привода вращения рабочей камеры, кВт0,37Установленная мощность эл. двигателя вибропривода крутильных колебаний, кВт2×0,09Габаритные размеры, Д×Ш×В, мм610×575×790

Испытания проводились на искусственной смеси кварцевого песка крупностью <2 мм и гранулированного мартита крупностью <0,5 мм (содержание 10%), в первом приближении имитирующей хвосты Лебединского железорудного ГОКа Курской магнитной аномалии.

Материал подавался в виде пульпы с соотношением твердого к жидкому от 1:4 до 1:6 с производительностью 800 кг/ч и 1000 кг/ч по твердому.

Извлечение железа в концентрат составило: в первом случае 91%; во втором случае - 87% при выходе концентрата ˜13%, что существенно выше показателей при обогащении железорудного сырья на зарубежных центробежных концентраторах [17].

Концентраторы различных типоразмеров, изготовленные по предлагаемому техническому решению, могут найти широкое применение:

- в лабораторной практике геологоразведочных работ при минералого-технологических исследованиях минерального сырья, содержащего более 0,3% тяжелых ценных компонентов (полиметаллические, железные и золотосульфидные руды);

- при отработке технологий обогащения и промышленной переработке указанных руд и их отвальных хвостов.

Источники информации

1. Лопатин А.Г., Центробежное обогащение руд и песков. - М.: Недра, 1987, с.167-176.

2. Проспекты (рекламные листки) канадских фирм «Knelson Concentrators» (19855-98 Avenue, Langley, ВС Canada V1M 2×5), (Email: knelson@knelson.com) и «Falcon Concentrators» (9663-199A Street, Langley, British Columbia, Canada V1M 2×7), (Email: falcon@concentrators.net) на центробежные гравитационные концентраторы.

3. Авторское свидетельство СССР № 724192, Кл. В03В 5/32, 20.10.78.

4. Авторское свидетельство СССР № 845848, Кл. В03В 5/32, 12.10.79.

5. Авторское свидетельство СССР № 897294, Кл. В03В 5/32, 20.10.78.

6. Авторское свидетельство СССР № 919745, Кл. В03В 5/32, 27.06.80.

7. Патент РФ № 2026745 C1, Кл. В03В 5/32, 18.08.92.

8. Патент РФ № 2094122 С1, Кл. В03В 5/32, 27.10.97.

9. Патент РФ № 2094123 С1, Кл. В03В 5/32, 27.10.97.

10. Патент РФ № 2094124 C1, Кл. В03В 5/32, 27.10.97.

11. Патент РФ № 2101090 С1, Кл. В03В 5/32, 21.05.96.

12. Патент РФ № 2104790 С1, Кл. В03В 5/32, 17.05.96.

13. Патент РФ № 2123884 С1, Кл. В03В 5/32, 20.02.98.

14. Патент РФ № 2151006 С1, Кл. В03В 5/32, 29.06.99.

15. Патент РФ № 2159680 С1, Кл. В03В 5/32, 27.11.2000.

16. Патент РФ № 2220772 С1, Кл. В03В 5/32, 24.04.2002.

17. Енбаев И.А., Руднев Б.П., Шамин А.А., Качевский А.Н. Переработка отвальных хвостов фабрик и нетрадиционного сырья с применением эффективных обогатительных процессов. - М.: 1998, с.49-51.

Изобретение относится к технике для гравитационного обогащения полезных ископаемых, для выделения благородных металлов и других тяжелых ценных минералов. Устройство содержит рабочую камеру в форме конической чаши с улавливающим покрытием в виде кольцевых нарифлений на ее внутренней поверхности, выполненных по винтовой однозаходной или многозаходной линии. В межрифельной канавке конечного витка имеется сквозное отверстие. Инерционный дебалансный вибратор выполнен в виде двух одинаковых кинематических независимых друг от друга устройств, несущих неуравновешенные роторы, оси вращения которых скрещиваются. Каждый из роторов снабжен собственным двигателем и имеет с ним упругую динамическую связь в виде лепестковой муфты. Корпус установлен с помощью эластичных амортизаторов на опоре, на которой смонтировано загрузочное и разгрузочное приспособление и приемник концентрата. Устройство позволяет повысить эффективность работы центробежно-вибрационного концентратора за счет непрерывности процесса обогащения без остановок для разгрузки концентрата. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Центробежно-вибрационный концентратор, содержащий рабочую камеру в форме конической чаши с улавливающим покрытием в виде кольцевых нарифлений на ее внутренней поверхности, механизм привода вращения рабочей камеры вокруг вертикальной оси, инерционный дебалансный вибратор и корпус, установленные на эластичных амортизаторах на опоре, загрузочное и разгрузочное приспособления и приемник концентрата, отличающийся тем, что вибратор выполнен в виде двух одинаковых кинематически независимых друг от друга устройств, несущих неуравновешенные роторы, оси вращения которых скрещиваются, при этом каждый из роторов снабжен собственным двигателем, установленным на опоре, и имеет с ним упругую динамическую связь, например в виде лепестковой муфты, а кольцевые нарифления улавливающего покрытия рабочей камеры выполнены по винтовой однозаходной или многозаходной линии, при этом в межрифельной канавке конечного (верхнего) ее витка имеется сквозное отверстие для вывода концентрата.2. Центробежно-вибрационный концентратор по п.1, отличающийся тем, что отверстие для вывода концентрата из межрифельных канавок улавливающего покрытия рабочей камеры выполнено из соотношения

l=k·b,

где l - длина отверстия в направлении винтовой линии, мм;

b - ширина отверстия, равная или близкая ширине межрифельной канавки, мм;

k - коэффициент приведения, равный 1-3.