СПОСОБ ОЧИСТКИ МИНЕРАЛЬНЫХ ЗЕРЕН ОТ ФЛОТАЦИОННЫХ РЕАГЕНТОВ И ШЛАМОВЫХ ПОКРЫТИЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ПРИ ОБОГАЩЕНИИ РУДЫ Российский патент 2009 года по МПК B03B5/34 B03B1/00 B03B7/00 

Данное изобретение касается способа и устройства для очистки минеральных зерен, содержащихся в пульповых продуктах при обогащении руды, от флотационных реагентов и шламовых покрытий.

В процессе подготовки руд перед обогащением в пульпе находятся как первичные, так и вторичные шламы, которые в одинаковой степени отрицательно влияют на последующие технологические процессы.

Также известно, что в процессе флотационного обогащения и вообще при контактировании минеральных зерен с водой на поверхности минеральных зерен образуются окисные пленки и химические соединения, затрудняющие взаимодействие с флотационными реагентами, что в конечном итоге отрицательно сказывается на технологической эффективности флотации.

Известно несколько способов «оттирки» окисных пленок (очистка минеральных зерен от флотационных реагентов и шламовых покрытий) или «старых» химических соединений флотационных реагентов с поверхности минеральных зерен. Эти способы можно разделить на следующие две группы:

- «грубая оттирка» в мельницах или

- «тонкая оттирка» в специальных аппаратах.

Первый способ очистки поверхности минеральных зерен от флотационных реагентов и шламовых покрытий - «грубая оттирка» в мельницах - происходит в плотной суспензии при повышенном содержании твердого вещества в пульпе, что оказывает положительное влияние на последующие технологические процессы, но сопровождается переизмельчением рудных зерен, что отрицательно сказывается на извлечении полезного компонента в концентрат и на повышенных потерях металлов с хвостами в последующих операциях обогащения или переработки. На практике не всегда имеется возможность создания требуемой высокой плотности пульпы для проведения «оттирки», кроме того, процесс проведения данной операции требует значительных энергозатрат.

Недостатком известного способа является узкая область применения плотных пульп с большим содержанием твердого вещества и переизмельчение рудных зерен.

При втором способе очистки минеральных зерен от флотационных реагентов и шламовых покрытий - «тонкой оттирке» в специальных аппаратах - очистка происходит в оттирочных чанах за счет центробежных сил путем перемешивания разбавленной пульпы. Поскольку осадительные эффекты противодействуют осуществлению этого способа, то не могут использоваться ни большие объемные потоки, ни высококонцентрированные пульпы. Так что этот способ малоэффективен и требует значительного времени обработки и, как следствие, больших производственных площадей. Создание турбулентных потоков во всем объеме сильно разбавленной пульпы не обеспечивает достаточную вероятность столкновения зерен руды друг с другом из-за низкого содержания твердого вещества в пульпе. Дополнительно оттирка происходит за счет трения зерен о неподвижную стенку корпуса чана. Однако этот эффект на практике не дает существенных преимуществ.

На практике при обогащении руды доля твердого вещества в загрузочном материале после подготовительных процессов составляет 20-30%. При такой доле твердого вещества вероятность столкновений между зернами руды очень незначительна. Оттирочные чаны с мешалками малоэффективны и к тому же требуют много времени.

Существует ряд методов раздельного кондиционирования частей пульпы и очистки минеральной поверхности для последующей их как раздельной, так и совместной переработки. Различают следующие виды раздельного кондиционирования и очистки минеральной поверхности:

- очистка только зернистой фракции и ее дальнейшая переработка (тонкие шламы не перерабатываются);

- раздельная очистка зернистой и шламовой фракций перед их раздельной переработкой;

- раздельная очистка зернистой и шламовой фракций перед их совместной переработкой.

Для всех трех способов кондиционирования и очистки минеральной поверхности необходим аппарат для разделения на зернистую и шламовые фракции. Для первого способа необходим дополнительно аппарат для обработки зернистой фракции, а для второго и третьего видов обработки необходимы дополнительные аппараты очистки зернистой и шламовой фракций.

Существенным недостатком известных способов очистки минеральной поверхности являются громоздкость аппаратурного оформления.

В отрасли обогащения руды для классификации руды уже давно применяется безимпеллерное устройство гидроциклонного типа, содержащее корпус, имеющий цилиндрическую и коническую части, тангенциальный входной патрубок, а также расположенные симметрично относительно оси цилиндра сливной и песковый патрубки.

Из патента DE 4224948 А1 известна технология обработки мелкозернистой загрузки, при которой водяной столб в емкости кипящего слоя полностью или частично подвергается вибрации.

Из патента DE 3838500 А1 известен способ и устройство для гидромеханической обработки диспергирующих в воде минеральных веществ с помощью турбодиспергирующего устройства, в котором могут применяться в том числе и обычные гидроциклоны.

В основу данного изобретения положена задача - разработать способ для особенно эффективной очистки минеральных зерен от флотационных реагентов и шламовых покрытий и разработать энергосберегающее, компактное и не требующее трудоемкого обслуживания устройство.

Решение вышеназванной задачи происходит с помощью способа с признаками согласно пункту 1 формулы изобретения и с помощью устройства согласно пункту 3 формулы изобретения.

Предпочтительные выполнения данного изобретения следуют из зависимых пунктов формулы изобретения.

В отношении способа поставленная задача решается тем, что при способе очистки загружаемого материала, находящегося в водной суспензии, в частности для очистки минеральных зерен в рудной суспензии от нежелательных отложений, таких как флотационные реагенты и шламовые покрытия, включающем тангенциальную подачу под давлением исходной суспензии в рабочую зону цилиндрической части корпуса, разгрузку тяжелых зерен через песковую насадку в конической части корпуса и легких зерен через сливной патрубок, согласно изобретению подачу исходной суспензии осуществляют, по меньшей мере, двумя потоками, смещенными по высоте и по периметру цилиндрической части корпуса, через делитель потока с возможностью сталкивания встречных потоков в зоне сжатия и деформации потоков, ограниченной внутренней стенкой цилиндрической части корпуса и криволинейной внешней поверхностью рассекателя, установленного на сливном патрубке.

При подаче исходного питания тангенциально под давлением в рабочую зону отвод пены флотационного реагента осуществляют через сливной патрубок.

В отношении устройства поставленная задача решается тем, что в устройстве для очистки минеральных зерен, находящихся в суспензии, от флотационных реагентов и шламовых покрытий, при обогащении руды, включающем цилиндрический корпус с тангенциальным питающим патрубком и сливным патрубком, находящуюся под цилиндрической коническую часть корпуса с песковой насадкой, согласно изобретению цилиндрическая часть корпуса снабжена дополнительным тангенциальным питающим патрубком и рассекателем, насаженным на сливной патрубок и выполненным в виде внешней и внутренней цилиндрических поверхностей, причем внутренняя поверхность рассекателя имеет радиус r₁, рассчитанный исходя из радиуса R цилиндрического участка корпуса, а внешняя поверхность рассекателя, ограничивающая зону сжатия и деформации потоков, выполнена в форме эллипса с полуосями r₁ и r₂, причем радиус r₂ больше, чем r₁, при этом тангенциальные питающие патрубки расположены на разной высоте, смещены вдоль периметра цилиндра примерно на 180° и сообщены между собой посредством делителя, подающего в них исходную суспензию.

Радиус r₁ внутренней поверхности рассекателя рассчитан исходя из радиуса R цилиндрического участка корпуса согласно формуле r₁=(0,75-0,85)R, и радиус r₂ внешней поверхности рассекателя предпочтительно составляет (0,8-0,9)R.

На внешней поверхности рассекателя выполнен вертикальный паз.

Рассекатель насажен на сливной патрубок в определенном угловом диапазоне с возможностью свободного поворота относительно оси, которая приблизительно совпадает со средней осью цилиндрического корпуса.

Существенный аспект способа согласно изобретению заключается в подготовке зерен к последующим процессам. При этом происходит деление исходного материала на два (в случае необходимости и больше) потока, а очистка минеральной поверхности происходит за счет ударного столкновения зерен двух потоков по принципу «поток в поток».

Встреча этих двух потоков происходит предпочтительно в зоне сжатия и деформации потоков, отделенной от остального рабочего поля рассекателем. Наличие рассекателя обеспечивает выполнение нескольких функций: распределение потока, движущегося из входного патрубка по касательной, по размерам зерен с последующим выделением и направлением пристенных потоков в зону сжатия и деформации с одновременным сжатием и повышением концентрации твердого. Толщина пристенного слоя зависит от концентрации зерен в исходном питании и от центробежного ускорения.

Наличие у рассекателя поверхности, описываемой эллипсом, интенсифицирует изменяющую направление деформацию потоков за счет сужения рабочего пространства между стенкой корпуса аппарата и наружной стенкой рассекателя. В результате усиливается действие различных факторов и видов трения, влияние которых предопределяет характер и эффективность очистки минеральной поверхности. К числу таких факторов относятся механическое взаимодействие зерен между собой и со стенками цилиндра и рассекателя, наличие в потоках локальных неравномерностей и турбулентных вихрей, вызванных встречающимися друг с другом потоками, и также неравномерность полей концентраций.

Кроме того, форма наружной стенки рассекателя, выполненная в виде криволинейного профиля переменного сечения, способствует резкому возмущению потоков зерен, движущихся по цилиндрической стенке корпуса навстречу друг к другу, что создает условия для перемешивания уже сконцентрированных зерен в пристенном слое. Форма зоны сжатия является источником дополнительной турбулизации, что позволяет повысить интенсивность перемешивания в рабочей зоне и существенно увеличивает эффективность очистки минеральных зерен от флотационных реагентов и шламовых покрытий.

Предпочтительные эффекты данного изобретения достигаются, в частности, за счет компрессии линий потока; повышения давления за счет сужения рабочего пространства; реверсирования направления потоков в зоне сжатия и деформации потока; специфической формы рассекателя, а также предпочтительно предусмотренного вертикального паза в рассекателе, который делает возможной турбулентность и разгрузку потоков под действием результирующей силы в направлении силы тяжести.

Ниже изобретение поясняется более подробно на примере выполнения с привлечением чертежей, на которых показано:

Фиг.1 - вид сверху устройства согласно изобретению;

Фиг.2 - вид сбоку устройства согласно изобретению;

Фиг.3 - увеличенное изображение зоны сжатия и деформации потока;

Фиг.4 - изображение образующихся линий потоков.

Соответственно фиг.1 и 2 устройство для очистки минеральных зерен от флотационных реагентов и шламовых покрытий состоит из следующих элементов: цилиндрический корпус 1 с двумя входными патрубками 2 и 3, тангенциально соединенными 4 и 5 с цилиндрическим корпусом 1, а также рассекатель 6, насаженный на сливной патрубок 9 с возможностью поворота относительно оси устройства.

Согласно фиг.3 рассекатель 6 направлен цилиндрической внутренней поверхностью 12 к сливному патрубку 9. Внешняя поверхность 13, образованная кривой эллипса, обращена к цилиндрическому корпусу 1 устройства. Зона 14 сжатия и деформации потока занимает пространство между внутренней стенкой цилиндрического корпуса 1 и внешней поверхностью 13 рассекателя 6.

Согласно фиг.4 зона 14 сжатия и деформации потока ограничена внешней поверхностью 13 рассекателя 6, внутренняя поверхность 12 которого составляет окружность с радиусом r₁, предпочтительно в диапазоне

r₁=(0,75-0,85)R,

где R - радиус цилиндрического корпуса 1.

Внешняя поверхность 13 рассекателя 6 описывается образующей поверхности эллипса с полуосями r₁ и r₂,

где:

r₂=(0,8-0,9)R,

причем

r₁<r₂.

Устройство очистки минеральных зерен от флотационных реагентов и шламовых покрытий работает следующим образом.

Исходная суспензия с определенным содержанием твердого под давлением из напорного трубопровода поступает в делитель 11 потока, из которого по двум патрубкам 2, 3, расположенным тангенциально к местам 4, 5 их входа в цилиндрический корпус 1, попадает в нагнетательную камеру цилиндрического корпуса 1. Под действием центробежной силы зерна различной крупности перемещаются по различным траекториям к стенкам цилиндрического корпуса 1.

Самые крупные и тяжелые зерна выделяются на стенку сразу же после поступления исходной пульпы в центробежный аппарат и в конечном итоге осаждаются через песковую насадку 16. При движении вниз сгущенная фракция из патрубка 2 встречается с потоком из патрубка 3 в зоне 14 сжатия и деформации потока, ограниченной криволинейной внешней стенкой 13 рассекателя 6. Два потока суспензии, направленных друг в друга, встречаются в зоне 14 сжатия и деформации потока, одна часть зерен проникает во встречный поток, где возникает усиленное механическое трение между зернами. Другая часть зерен подвергается реверсированию и завихрению. В результате оба потока совместно разгружаются в расширяющуюся часть зоны 14 сжатия и деформации, образуемую вытянутым в продольном направлении пазом 7.

Рассекатель 6, с одной стороны, обеспечивает отделение потока с низким содержанием твердого и шламовыми зернами от потока с повышенным содержанием твердого и зернистыми компонентами потока и, с другой стороны, образует зону 14 сжатия и деформации потока.

Поскольку рассекатель 6 с узлом 8 крепления рассекателя расположен по меньшей мере в определенном угловом диапазоне с возможностью свободного поворота относительно средней оси цилиндрического корпуса 1, действие каждого из потоков уравновешивается рассекателем 6 в зависимости от количества протекающего вещества и давления пульпы в каждом из питающих патрубков 2 и 3, и рассекатель 6 автоматически ориентируется в зоне 14 сжатия и деформации потока. Тем самым рассекатель 6 устанавливается и уравновешивается потоками суспензии за счет свободного поворота вокруг оси корпуса таким образом, что разности давлений каждый раз выравниваются. Так как рассекатель 6 согласно данному изобретению предпочтительно закреплен на сливном патрубке 9 с возможностью поворота, то рассекатель 6 всегда находится в уравновешенном состоянии и, тем самым, в центре взаимодействия сил.

В заявленном устройстве для очистки минеральных зерен от флотационных реагентов и шламовых покрытий, кроме двух основных внешних потоков исходного питания, встречающихся в зоне 14 сжатия и деформации потоков, образуется еще и внутренний поток, проходящий по спирали вверх к сливному патрубку 9. Восходящий приосевой поток, в который попадают тонкие шламовые зерна и продукты оттирки как остатки пленок флотационных реагентов, шламовые покрытия и др., разгружается через выход 15 сливного патрубка 9. Очищенная зернистая часть пульпы выгружается из устройства через песковую насадку 16 конической части 10 корпуса.

В вышеописанных устройствах в основном подвергается обработке концентрированный материал зернистой части пульпы за счет центробежных сил, возникающих при тангенциальном вводе пульпы с двух сторон. Соударение двух потоков с более высоким содержанием твердого также оказывает активирующее воздействие на обрабатываемую суспензию.

Устройство согласно изобретению может быть применено для механической активации руд цветных и черных металлов, угля и других полезных ископаемых, минеральные зерна которых длительное время находились в контакте с жидкой фазой и флотационными реагентами.

Кроме того, такие устройства могут применяться перед операциями десорбции, перед операциями селективного разделения концентратов, перед перечистными операциями получения готового концентрата.

Согласно данному изобретению устройство для очистки минеральных зерен от флотационных реагентов и шламовых покрытий может быть успешно применено для пульповых продуктов обогащения, флотационная активность которых снижена в процессе флотационного обогащения вследствие длительного пребывания рудных зерен в контакте с водной средой.

Еще одна область применения данного устройства - это оттирка окисных пленок с кварцевых песков, применяемых в стекольной промышленности.

Ссылочные обозначения

1 - цилиндрический корпус

2, 3 - питающие патрубки

4, 5 - входные отверстия питающих патрубков

6 - рассекатель

7 - паз в рассекателе

8 - узел крепления рассекателя

9 - сливной патрубок

10 - коническая часть корпуса

11 - делитель потока

12 - внутренняя поверхность рассекателя

13 - внешняя поверхность рассекателя

14 - зона сжатия и деформации потока

15 - выход сливного патрубка

16 - песковая насадка

Изобретение относится к очистке минеральных зерен, содержащихся в пульповых продуктах при обогащении руды, от нежелательных отложений, таких как флотационные реагенты и шламовые покрытия, и может быть применено для механической активации руд цветных и черных металлов, угля и других полезных ископаемых перед операцией десорбции, перед операциями селективного разделения концентратов, перед перечистными операциями получения готовых концентратов. Способ очистки минеральных зерен в рудной суспензии от нежелательных отложений, таких как флотационные реагенты и шламовые покрытия, включает тангенциальную подачу под давлением исходной суспензии в рабочую зону цилиндрической части корпуса, по меньшей мере, двумя потоками, смещенными по высоте и по периметру цилиндрической части корпуса, через делитель потока с возможностью сталкивания встречных потоков в зоне сжатия и деформации потоков, ограниченной внутренней стенкой цилиндрической части корпуса и криволинейной внешней поверхностью рассекателя, установленного на сливном патрубке. Способ осуществляют с помощью устройства, включающего цилиндрический корпус с двумя тангенциальными питающими патрубками, расположенными на разной высоте, смещенными вдоль периметра цилиндра примерно на 180° и сообщенными между собой посредством делителя, подающего в них исходную суспензию, находящуюся под цилиндрической коническую часть корпуса с песковой насадкой и сливной патрубок с насаженным на него рассекателем, выполненным в виде внешней и внутренней цилиндрических поверхностей. Внутренняя поверхность рассекателя имеет радиус r₁, рассчитанный исходя из радиуса R цилиндрического участка корпуса. Внешняя поверхность рассекателя, ограничивающая зону сжатия и деформации потоков, выполнена в форме эллипса с полуосями r₁ и r₂, причем радиус r₂ больше, чем r₁. Технический результат - повышение эффективности очистки минеральных зерен от флотационных реагентов и шламовых покрытий, а также снижение энергозатрат. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ очистки загружаемого материала, находящегося в водной суспензии, в частности для очистки минеральных зерен в рудной суспензии от нежелательных отложений, таких как флотационные реагенты и шламовые покрытия, включающий тангенциальную подачу под давлением исходной суспензии в рабочую зону цилиндрической части корпуса, разгрузку тяжелых зерен через песковую насадку в конической части корпуса и легких зерен через сливной патрубок, отличающийся тем, что подачу исходной суспензии осуществляют, по меньшей мере, двумя потоками, смещенными по высоте и по периметру цилиндрической части корпуса, через делитель потока с возможностью сталкивания встречных потоков в зоне сжатия и деформации потоков, ограниченной внутренней стенкой цилиндрической части корпуса и криволинейной внешней поверхностью рассекателя, установленного на сливном патрубке.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при подаче исходного питания тангенциально под давлением в рабочую зону отвод пены флотационного реагента осуществляют через сливной патрубок.

3. Устройство для очистки минеральных зерен, находящихся в суспензии, от флотационных реагентов и шламовых покрытий, при обогащении руды, включающее цилиндрический корпус с тангенциальным питающим патрубком и сливным патрубком, находящуюся под цилиндрической коническую часть корпуса с песковой насадкой, отличающееся тем, что цилиндрическая часть корпуса снабжена дополнительным тангенциальным питающим патрубком и рассекателем, насаженным на сливной патрубок и выполненным в виде внешней и внутренней цилиндрических поверхностей, причем внутренняя поверхность рассекателя имеет радиус r₁, рассчитанный, исходя из радиуса R цилиндрического участка корпуса, а внешняя поверхность рассекателя, ограничивающая зону (14) сжатия и деформации потоков, выполнена в форме эллипса с полуосями r₁ и r₂, причем радиус r₂ больше чем r₁, при этом тангенциальные питающие патрубки расположены на разной высоте, смещены вдоль периметра цилиндра примерно на 180° и сообщены между собой посредством делителя, подающего в них исходную суспензию.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что радиус r₁ внутренней поверхности (12) рассекателя (6) рассчитан, исходя из радиуса R цилиндрического участка (1) корпуса, согласно формуле r₁=(0,75-0,85)R, и радиус r₂ внешней поверхности (13) рассекателя (6) предпочтительно составляет (0,8-0,9)R.

5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что на внешней поверхности рассекателя выполнен вертикальный паз.

6. Устройство по любому из пп.3-5, отличающееся тем, что рассекатель (6) насажен на сливной патрубок в определенном угловом диапазоне с возможностью свободного поворота относительно оси, которая приблизительно совпадает со средней осью цилиндрического корпуса (1).