Центробежный концентратор Российский патент 2024 года по МПК B03B5/32 

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для обогащения полезных ископаемых, и может быть использовано для разделения твердых частиц по плотности, в частности для переработки золотосодержащих руд и тонкодисперсных песков.

Известен центробежный концентратор, представляющий собой устройство, содержащее монолитную конусообразную концентрационную чашу с канавками на внутренней поверхности, образованной кольцевыми выступами, установленную в полом роторе с возможностью вращения и периодического знакопеременного изменения скорости вращения чаши таким образом, что возникает сдвиг приграничного к стенке слоя пульпы относительно верхних ее слоев и смещение пульпы относительно канавок чаши. Боковая стенка каркаса содержит ряд металлических кольцевых ребер каркаса. Рабочая поверхность концентрационной чаши образована внутренней поверхностью концентрационной чаши и содержит ряд кольцевых выступов, образованных кольцевыми ребрами каркаса, и кольцевых полостей, расположенных между ними [RU 2579160 С1, опубл. 10.04.2016].

Недостатками устройства являются конструктивные особенности конусообразной чаши с внутренней рабочей поверхностью, образованной кольцевыми выступами с канавками между ними, а также сложность конструкции концентратора, обусловленная возможностью изменения параметров привода с взаимодействующими магнитами при подборе режима сепарации.

Известен центробежный концентратор, содержащий установленный с возможностью вращения полый ротор, связанный с размещенной в его полости центрифугирующей чашей, включающей кольцевые нарифления-углубления с отверстиями для инжекции промывочной воды, поступающей через полый вал ротора и полость между стенками ротора и центрифугирующей чаши, устройство для загрузки обогащаемого материала в центрифугирующую чашу, устройство для подачи промывочной воды и устройство удаления тяжелой фракции. Указанная центрифугирующая чаша выполнена составной и включает основание и цилиндрическую боковую стенку. В основании центрифугирующей чаши выполнен ряд прорезей, а у верхнего края стенки ротора - ряд сквозных отверстий. Вращение ротора обеспечивается электродвигателем, установленным с возможностью изменения скорости вращения ротора за счет перемещения по высоте клиноременной передачи вращения от шкива электродвигателя к одному из двух рабочих диаметров шкива [RU 2763488, опубл. 29.12.2021].

Недостатком данного центробежного концентратора является сложность подбора режима сепарации.

Известна чаша центробежного концентратора, содержащая съемный эластичный конический вкладыш, который имеет на внутренней поверхности кольцевые рифли, одна из которых превышает высоту остальных. Эта более высокая рифля расположена в верхней зоне чаши. Стенка данной рифли и/или стенка чаши в месте прилегания к ней этой рифли снабжены отверстиями. Высота указанной рифли может превышать высоту остальных рифлей в 1,5-3 раза. Таким образом, во всех межрифельных канавках создаются одинаковые условия для обогащения материала, что способствует эффективной концентрации тяжелых частиц и их извлечению путем снятия вкладыша и выворачивания его наружу [RU 2151642, опубл. 27.06.2000].

Данная конструкция повышает извлечение полезного компонента в концентрат. Недостатком устройства является сложность конструкции, так как необходимо обеспечить встряхивающие движения для ускорения концентрации тяжелых частиц.

Общим недостатком описанных выше центробежных концентраторов, ограничивающим их практическое применение, является то, что под действием центробежной силы внутри этих концентраторов происходит осаждение твердых частиц из состава промывочной воды, сопровождающееся уплотнением осадка, что постепенно приводит к заполнению полостей ротора твердыми (алеврито-глинистыми) частицами. Следствием этого является ограничение подачи промывочной воды в центрифугирующую чашу, вплоть до полного прекращения сепарации материала в ней.

В качестве прототипа принят центробежный концентратор, содержащий полый ротор, связанный с размещенной в его полости чашей, имеющей внутреннюю поверхность с углублениями между кольцевыми выступами и отверстиями для инжекции жидкости в углубления от устройства ее подачи через полый вал ротора и полость между стенками ротора и чаши, при этом чаша выполнена с цилиндрической стенкой, в углублениях которой между кольцевыми выступами образованы кольцевые полости со сходящимися в сторону наружной поверхности чаши гранями, на которых концентрично расположены перегородки треугольной в продольном сечении формы, смещенные по отношению к перегородкам на противоположной стороне на половину длины основания треугольника и направленные к осям отверстий для инжекции жидкости, а в верхней части углублений, образующих кольцевые полости, установлена проницаемая заглушка, состоящая из ловушек, сетки и полимерных жилок [RU 2778769, опубл. 24.08.2022, прототип].

Недостатком прототипа является то, что в таких сепараторах возможно обогащение золотосодержащих руд, имеющих относительно широкий диапазон крупности частиц, например, -5(3)+0 мм. Однако, при обогащении материалов с повышенным количеством крупных минералов с низким и средним (сульфиды, магнетит и др.) удельным весом показатели обогащения, а именно степень концентрации золота, полнота его извлечения и производительность сепараторов, снижаются из-за неизбежного накопления крупных частиц пустой породы, а особенно плохо окатанной и неокатанной (угловатой) форм, в углах между кольцевыми перегородками внутренней части углублений и снижения эффекта разрыхления. Кроме того, для эффективного их вывода из углублений проскоком кольцевых перегородок в сторону оси вращения ротора необходимы или импульсная подача разрыхляющей воды, или изменение скорости вращения ротора, что неизбежно приведет к нарушению структуры сформировавшейся постели.

Технической проблемой, решаемой изобретением, является повышение эффективности и производительности процесса обогащения руд за счет усиления эффекта сегрегации разделяемых частиц.

Технический результат изобретения заключается в усилении сегрегации разделяемых частиц в углублениях чаши за счет выполнения на гранях кольцевых полостей выступов, образующих криволинейную спираль, расположенную вокруг оси чаши с приближением к внутренней поверхности стенки и удалением от нее, что способствует изменению динамики перемещения частиц в пристеночных зонах углубления.

Для решения технической проблемы и достижения технического результата предложен центробежный концентратор, содержащий полый ротор, связанный с размещенной в его полости чашей, имеющей цилиндрическую стенку с углублениями на внутренней поверхности между кольцевыми выступами и с отверстиями для инжекции жидкости в углубления от устройства ее подачи через полый вал ротора и полость между стенками ротора и чаши. При этом в углублениях между кольцевыми выступами образованы кольцевые полости со сходящимися в сторону наружной поверхности чаши гранями, на которых выполнено рифление, а в верхней расширенной части углублений установлены перекрывающие кольцевые полости проницаемые заглушки, состоящие из сетки, соединенных с ней ловушек и полимерных жилок. Новым является то, что рифление на гранях кольцевых полостей образовано выступами, формирующими криволинейную спираль, расположенную вокруг оси чаши, сосной с ротором, причем один конец спирали приближен к внутренней поверхности чаши в широкой части углубления, а второй конец отдален от оси чаши и расположен в узкой части углубления, при этом спирали на противоположных гранях кольцевой полости смещены по отношению друг к другу на половину основания сечения выступа спирали.

Согласно изобретению, для его реализации возможны частные случаи исполнения спиралей, отраженные в зависимых пунктах формулы изобретения.

Согласно изобретению, спирали образованы выступами треугольной формы сечения.

Согласно изобретению, спирали образованы выступами прямоугольной формы сечения.

Согласно изобретению, спирали образованы выступами полукруглой формы сечения.

Согласно изобретению, спирали образованы выступами произвольной формы с уменьшением их высоты по мере отдаления от оси чаши.

Согласно изобретению, спирали образованы выступами произвольной формы с увеличением их высоты по мере отдаления от оси чаши.

Расположение спиралей по обеим сторонам кольцевой полости, со смещением по отношению к противоположной стороне на половину, например длины основания треугольника, позволяет осуществлять попеременное направление потока разделяемых частиц в зоны циркулирующих с различной скоростью и ускорением потоков, что способствует изменению их динамики.

С помощью указанных спиралей при вращении ротора крупные частицы пустой породы, двигающиеся с опозданием по отношению к внутренней поверхности чаши, принудительно выносятся из углублений по направлению к оси чаши, по аналогии с работой спирального элеватора, и далее в хвосты. При этом за счет перекатывания и механического подъема частиц по спирали усиливается разрыхление уплотненного пристеночного слоя, а также сегрегация мелких тяжелых зерен.

На фиг.1 схематично изображен центробежный концентратор, в частности продольный разрез чаши концентратора; на фиг. 2 изображен поперечный разрез А-А на фиг. 1, где:

1 - отверстия для инжекции жидкости,

2 - спирали,

3 - полуцилиндрические ловушки,

4 - полимерные переплетенные жилки,

5 - сетка,

6 - кольцевое крепление ловушек с сеткой,

7 - питающий патрубок,

8 - углубления, представляющие кольцевые полости,

9 - кольцевые выступы,

10 - чаша концентратора.

Центробежный концентратор работает следующим образом.

Обогащаемый материал, содержащий частицы тяжелой и легкой фракций и подлежащий обогащению, подают через неподвижный питающий патрубок 7 во вращающуюся чашу 10 концентратора, расположенную в полости ротора (на рис.не показано). Под действием центробежных сил частицы двигаются к проницаемой заглушке, состоящей из переплетенных полимерных жилок 4, сетки 5, соединенной с полуцилиндрическими ловушками 3 с помощью кольцевого крепления 6, и подвергаются встречному равномерно распределенному замедленному потоку жидкости, инжектируемой через отверстия 1. С помощью заглушки предотвращается попадание крупных частиц в углубление 8, и создается равномерный восходящий поток разрыхляющей воды, а также зона предварительной концентрации тяжелых частиц. Частицы, продвигаясь непрерывно вдоль поверхности заглушек, образуют кипящий слой, происходит завихрение и всасывание потоков воды, при этом осуществляется захват и удерживание преимущественно мелких тяжелых частиц и непрерывная их перечистка (отмывка от крупных легких). Большая часть легких частиц в кипящем слое в результате сегрегации и действия восходящего замедленного потока жидкости смываются в хвосты. Проходя через сетку 5, тяжелые и относительно крупные легкие частицы под действием центробежных сил, попадают в зоны действия ловушек 3. Далее частицы, двигаясь по направлению к стенкам углублений 8, вдоль них и стенок спиралей 2, захватываются в более крупных завихрениях воды, ускоряющихся ближе к отверстиям 1 инжектирования жидкости. При этом спирали 2, образованные выступами, например треугольной формы сечения, являющейся наиболее оптимальной, направленные вершинами к осям отверстий для инжектируемой жидкости, за счет смещения по отношению к спиралям на противоположной стороне на половину длины основания треугольника, позволяют создать каскадный, непрерывно изменяющийся в течении каждого оборота чаши характер передвижения частиц из зон циркуляции с меньшими в зоны циркуляции с большими скоростями потоков воды под действием центробежных ускорений, а также в обратном направлении при критической их концентрации (переполнении), что позволяет предотвратить задержку относительно крупных частиц пустой породы и более равномерно заполнить объем углублений 8 тяжелыми частицами ценного компонента.

При этом, кроме треугольной формы сечения выступов спирали, также могут быть использованы прямоугольная форма сечения выступов или полуцилиндрическая форма сечения. Вместе с тем, возможны варианты выполнения спирали с изменяющейся высотой выступов, увеличивающейся или уменьшающейся по мере отдаления от оси чаши, что также способствует изменению динамики потока частиц.

Легкая фракция удаляется самотеком через верхний переливной борт чаши 10 и далее через сливной патрубок (условно не показан).

После окончания цикла накопления тяжелой фракции (концентрата) прекращается подача обогащаемого материала, замедляется вращение чаши 10, и увеличивается расход инжектируемой воды для промывки углублений 8 от сконцентрированных частиц и вывода концентрата.

Таким образом, заявляемый центробежный концентратор при наличии конструктивных изменений кольцевой полости чаши позволяет усилить эффект разрыхления обогащаемого материала при инжекции текучей среды за счет динамики потока пристеночной области, а также сегрегацию разделяемых частиц в углублениях чаши, и, следовательно, повысить эффективность и производительность процесса обогащения руд.

Предложенное изобретение относится к устройствам, предназначенным для обогащения полезных ископаемых, и может быть использовано для разделения твердых частиц по плотности, в частности для переработки золотосодержащих руд и тонкодисперсных песков. Центробежный концентратор содержит полый ротор, связанный с размещенной в его полости чашей, имеющей цилиндрическую стенку с углублениями на внутренней поверхности между кольцевыми выступами и с отверстиями для инжекции жидкости в углубления от устройства ее подачи через полый вал ротора и полость между стенками ротора и чаши. В углублениях между кольцевыми выступами образованы кольцевые полости со сходящимися в сторону наружной поверхности чаши гранями, на которых выполнено рифление, а в верхней расширенной части углублений установлены перекрывающие кольцевые полости проницаемые заглушки, состоящие из сетки, соединенных с ней ловушек и полимерных жилок. Рифление на гранях кольцевых полостей образовано выступами, формирующими криволинейную спираль, расположенную вокруг оси чаши, сосной с ротором, причем один конец спирали приближен к внутренней поверхности чаши в широкой части углубления, а второй конец отдален от оси чаши и расположен в узкой части углубления, при этом спирали на противоположных гранях кольцевой полости смещены по отношению друг к другу на половину основания сечения выступа спирали. Технический результат - повышение эффективности сегрегации разделяемых частиц. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Центробежный концентратор, содержащий полый ротор, связанный с размещенной в его полости чашей, имеющей цилиндрическую стенку с углублениями на внутренней поверхности между кольцевыми выступами и с отверстиями для инжекции жидкости в углубления от устройства ее подачи через полый вал ротора и полость между стенками ротора и чаши, при этом в углублениях между кольцевыми выступами образованы кольцевые полости со сходящимися в сторону наружной поверхности чаши гранями, на которых выполнено рифление, а в верхней расширенной части углублений установлены перекрывающие кольцевые полости проницаемые заглушки, состоящие из сетки, соединенных с ней ловушек и полимерных жилок, отличающийся тем, что рифление на гранях кольцевых полостей образовано выступами, формирующими криволинейную спираль, расположенную вокруг оси чаши, сосной с ротором, причем один конец спирали приближен к внутренней поверхности чаши в широкой части углубления, а второй конец отдален от оси чаши и расположен в узкой части углубления, при этом спирали на противоположных гранях кольцевой полости смещены по отношению друг к другу на половину основания сечения выступа спирали.

2. Центробежный концентратор по п. 1, отличающийся тем, что спирали образованы выступами треугольной формы сечения.

3. Центробежный концентратор по п. 1, отличающийся тем, что спирали образованы выступами прямоугольной формы сечения.

4. Центробежный концентратор по п. 1, отличающийся тем, что спирали образованы выступами полукруглой формы сечения.

5. Центробежный концентратор по п. 1, отличающийся тем, что спирали образованы выступами с уменьшением их высоты по мере отдаления от оси чаши.

6. Центробежный концентратор по п. 1, отличающийся тем, что спирали образованы выступами с увеличением их высоты по мере отдаления от оси чаши.