Центробежный сепаратор с непрерывной разгрузкой Российский патент 2025 года по МПК B03B5/32 

Предполагаемое изобретение относится к области обогащения полезных ископаемых, в частности к устройствам для выделения в центробежном поле свободных частиц тяжелых полезных компонентов, в которых разделение материалов по плотности происходит в жидкой среде. Экологичность процесса, простота использования, эффективность извлечения продукта при небольшой потребляемой мощности сделали такие устройства (концентраторы, сепараторы и пр.) доминирующими при гравитационном обогащении мелкозернистых пульп. Однако, иногда приходится отказываться от столь прогрессивного оборудования из-за его особенности - необходимости периодической остановки устройства для выгрузки накопленного концентрата. Чем выше содержание полезного в пульпе, тем чаще приходится разгружать устройство, и, когда потребная периодичность выгрузки составляет минуты, применение «центробежника» теряет экономический смысл.

Известны конструкции, которые в той или иной мере решают проблему экономии времени при выгрузке концентрата, например, путем разгрузки «на ходу» или непрерывной разгрузки. Так, широко известный сепаратор Knelson компании Batman Enginering Incorporation, содержащий вертикально установленный ротор в форме усеченного конуса с двойными стенками, внутренняя поверхность конуса содержит кольцевые канавки на дне которых имеются отверстия для подачи воды из межстенного пространства для разрыхления материала, модернизирован до уровня разгрузки «на ходу» (модель концентратора KC-CVD). Его чаша представляет собой (гладкий) футерованый усеченный конус, в верхней части которого находится приемник концентрата, снабженный системой клапанов и насадок. Выход концентрата обеспечивается блоком непрерывного контроля, который открывает «нужные» клапаны с расчетной периодичностью и на определенное время. Похожим образом модернизирован Falcon (модель «С»). Конструкции значительно усложнились, эксплуатационные свойства снизились, цена значительно увеличилась. Кроме того, такая разгрузка является «псевдонепреывной», что неизбежно приводит к снижению качества концентрата, т.к. после каждого выпуска концентрата процесс вынужден «переустанавливаться».

Есть ряд отечественных конструкций, где непрерывная разгрузка представлена в «чистом» виде. Так, например, патент RU 2354455 С2. Ротор центробежного сепаратора, содержащий чашу с выходным открытым срезом, соединенную с приводом, чаша снабжена направленным внутрь нее кольцевым порогом, который расположен таким образом, что между торцом боковых стенок чаши и кольцевым порогом образована щель (на представленных графических материалах к патенту ряд отверстий). Такая конструкция будет хорошо ловить тяжелое, но количество концентрата будет ненамного меньше количества хвостов, т.к. свободное истечение пульпы через несколько отверстий «разубожит» концентрат.

Конструкция концентратора непрерывного действия (патент RU 2301113 С2) исключает свободное истечение пульпы посредством создания противодавления на выходе концентрата. Центробежный концентратор непрерывного действия, который включает корпус, внутреннюю вращающуюся коническую чашу с отверстиями для вывода тяжелой фракции, причем внутренняя чаша выполнена с Z-образными в поперечном сечении рифлями, а устройство для подачи воды выполнено в виде установленного в корпусе ватержакета с наклонными соплами для нагнетания и регулирования потока воды. Такое решение притормаживает выходящий через щели концентрат, однако, наличие нескольких выходов в одной рифле (а рифлей несколько) влечет увеличение суммарной площади выхода концентрата, что в совокупности с необходимостью регулирования потока «противоводы» будет создавать серьезные проблемы при эксплуатации аппарата.

Наиболее близким к предлагаемому решению является центробежно-вибрационный концентратор (RU 2321460 С1) содержащий рабочую камеру в форме конической чаши с улавливающим покрытием в виде кольцевых нарифлений на ее внутренней поверхности, инерционный дебаласный вибратор выполненный в виде двух одинаковых кинематически независимых друг от друга устройств несущих неуравновешенные роторы, валы которых скрещиваются, а кольцевые нарифления улавливающего покрытия выполнены по винтовой одно или многозаходной линии, при этом в межрифельной канавке верхнего витка имеется сквозное отверстие для вывода концентрата. При однозаходной винтовой линии степень сокращения, возможно, будет приемлимой, однако, с увеличением заходов степень сокращения будет уменьшаться пропорционально числу заходов, т.к. возрастет суммарная площадь выхода концентрата. Так, при четырехзаходной винтовой выход концентрата составит более 50%. (13x4=52. 13% - в материалах патента). Кроме того, вызывает сомнения, что два или даже три отверстия обеспечат «чистый сбор» тяжелого с периметра чаши, т.к. смещение пристенных слоев материала относительно боковой поверхности чаши не обеспечено (оно максимально на свободной поверхности пульпы). Наличие вибрации, конечно, повышает текучесть пульпы, но не создает направленного ее движения, что не способствует «чистому» сбору концентрата.

Предлагаемое техническое решение имеет целью повышение эффективности работы центробежного концентратора (сепаратора) с непрерывной разгрузкой, а также снабжение его функцией по извлечению продукта промежуточной плотности.

Заявленная цель достигается путем придания конической чаше переменной угловой скорости, причем, внутренняя поверхность чаши не имеет нарифлений и снабжена одним или несколькими отверстиями для вывода концентрата. Верхний (больший) срез чаши имеет кольцевой порог, который обеспечивает практически постоянный объем пульпы, участвующий в процессе разделения исходного материала на фракции. Содержимое этого объема непрерывно обновляется при подаче питания и исчезает (уходит в отверстия для вывода концентрата) при прекращении подачи питания.

Кинематическая связь привода с чашей обеспечивает непрерывное изменение передаточного отношения, например, посредством кулисного механизма с вращающейся кулисой. В этом случае чаша, не меняя направления вращения, последовательно ускоряется - тормозится дважды за оборот. Такой закон вращения чаши как нельзя лучше подходит для организации выгрузки тяжелого компонента пульпы, так как материал в чаше пытается угнаться за ней и, естественно, делает это с запозданием. Запаздывание приводит к неизбежному в этом случае отставанию по угловому перемещению материала от чаши в каждом цикле движения, а за один оборот чаши происходит два цикла «разгон -торможение». Возникает постоянное, хотя и неравномерное, движение материала в чаше относительно ее поверхности, т.е. пристенный материал в чаше вращается попутно ей с несколько меньшей скоростью.

На Фиг. 1 изображен предлагаемый сепаратор. Здесь чаша без нарифлений 1 имеет кольцевой порог (крышку), обращенный внутрь и одно или несколько сквозных отверстий 2 в стенке чаши у среза большего основания для выгрузки концентрата (разгрузочные отверстия). При равномерном вращении чаши свободная поверхность пульпы при минимальном питании и максимальной скорости будет очерчена параболой 3, а при минимальной скорости и максимальном питании - параболой 4. Заключенная между параболами зона 5 есть зона больших вертикальных скоростей материала, т.к. через нее идет основной поток пульпы (хвосты) при работе сепаратора. Зона 6 является зоной малых вертикальных скоростей материала, т.к. через нее идет имеющий большую площадь поперечного сечения поток в разгрузочные отверстия. Из зоны 6 тяжелый материал не может попасть в хвосты, так как он находится на большем радиусе, чем поток хвостов. Постоянное истечение из разгрузочных отверстий способствует разделению материала по плотности, так как во всем объеме с материалом нет застойных зон. Это обеспечивает непрерывный приток тяжелого к верхнему срезу чаши и отвод его в эфелесборник 7 с разгрузочным устройством и секциями для хвостов и для концентрата.

На отверстие(я) для выгрузки концентрата наложено обязательное условие: оно должно быть проходимо для исходного материала, т.е. оно напрямую зависит от крупности питания и не может быть меньше определенного размера. Этим обстоятельством обусловлена величина максимально возможного сокращения при известных параметрах процесса: крупность питания, центробежная сила, производительность и т.п.

При работе с бедным содержанием полезного продукта (0,5 г/т. и менее) концентрат в большинстве случаев получится разубоженым. В этом случае можно было бы установить управляемый клапан на разгрузочное отверстие, но тогда процесс станет нестабильным и устоявшиеся потоки будут периодически «переоформляться», что скажется на качестве концентрата. Вообще, восходящие медленные потоки существенно облегчают тяжелому «пробиться» к стенке чаши. Прерывать эти потоки перекрытием разгрузочного отверстия на время накопления концентрата явно не на пользу результату. Чтобы как-то уклониться от излишнего «захвата» исходного при истечении из разгрузочного отверстия (см. Фиг. 2) напротив разгрузочного отверстия в крышке с некоторым зазором со стенкой чаши (на меньшем радиусе) выполнено сквозное окно 8, поток из которого сливается с хвостами. Оно сбрасывает давление в зоне своего влияния, уменьшая столб пульпы, разгоняющий концентрат в разгрузочном отверстии, т.е. уменьшает скорость истечения через разгрузочное отверстие. Без окна столб пульпы 9, разгоняющий ее (пульпу) в разгрузочном отверстии, существенно больше столба пульпы 10 после окна 8. В разгрузочное отверстие будет меньше попадать материал из слоев расположенных ближе к оси вращения. Количество окон соответствует количеству разгрузочных отверстий.

При работе с двумя полезными продуктами, такая конструкция легко преобразуется в сепаратор с тремя выходами (см. Фиг. 3): концентрат, промпродукт 11 и хвосты. Для этого достаточно организовать сбор материала из окон в крышке (порог в чаше) в дополнительную секцию 12 эфелесборника.

Следует заметить, что поток концентрата самый стабильный (небольшой) из имеющихся «течений» в сепараторе - с него начинается и им же заканчивается процесс сепарации. При отсутствии тяжелого объем «концентрата» будет практически таким же, как и при богатом исходном. Самым изменчивым является поток хвостов - на нем отражается вся неравномерность питания. Так как условия разделения пульпы по плотности обеспечены лучше, чем в концентраторах периодического действия, то и качество извлечения будет не хуже.

С началом работы привод приводит во вращение чашу, на дно которой подается пульпа из загрузочного устройства. Под действием центробежной силы пульпа прижимается к стенкам чаши, образуя слой, движущийся вверх «на выход». Толщина слоя зависит, в основном, от производительности, величины порога и от скорости вращения чаши, а поскольку скорость вращения чаши, как и центробежная сила, постоянно меняется, то толщина слоя «пульсирует», облегчая тяжелому путь к стенке чаши. С учетом постоянного смещения пристенных слоев в окружном направлении, тяжелое просто «проваливается» до упора в стенку чаши. Так как через разгрузочные отверстия постоянно течет концентрат, и этот поток мал, то весь пристенный материал находится в движении вверх, но со значительно меньшей скоростью, чем поток, текущий через порог (крышку), что существенно увеличивает время нахождения тяжелого в чаше. В варианте с бедным исходным

постоянно открытое окно 8 локально снижает давление в зоне своего влияния, в которой находится разгрузочное отверстие 2, что снижает скорость истечения концентрата, т.е. увеличивает степень сокращения.

В варианте с промпродуктом поток, истекающий из окна 8, направляется в дополнительную секцию 12 эфелесборника.

В изготовленном действующем опытном образце сепаратора реализовано соотношение скоростей K=3,4 (т.е. максимальная скорость вращения чаши в цикле больше минимальной в 3,4 раза, соответственно центробежная сила меняется более чем в 10 раз). При крупности питания 1,2 мм, диаметре разгрузочного отверстия 4 мм, диаметре чаши 141 мм, меняющейся центробежной силе (5,2…60)g и производительности по твердому 350 кг/час при Т:Ж=1:1,5 и содержании тяжелого в 1% одно разгрузочное отверстие обеспечивает сбор тяжелого (магненита) с тем же результатом, что при двух и при трех разгрузочных отверстиях, т.е. одного отверстия достаточно для сбора тяжелого со всего периметра чаши. При больших размерах чаши или при большем содержании тяжелого, возможно, потребуется несколько разгрузочных отверстий. Скорость истечения чистой воды из разгрузочного отверстия при указанных параметрах вращения чаши около 1,5 м/сек. Следует отметить, что скорость выхода воды (концентрата) из разгрузочного отверстия существенно зависит от величины центробежной силы и мало зависит от производительности. Поэтому для увеличения сокращения необходимо поднимать производительность сепаратора, однако, увлечение этим не безобидно - вероятен снос продукта.

Предложенное изобретение относится к области обогащения полезных ископаемых, в частности к устройствам для выделения в центробежном поле свободных частиц тяжелых полезных компонентов, в которых разделение материалов по плотности происходит в жидкой среде. Центробежный сепаратор с непрерывной разгрузкой может быть использован при обогащении мелкозернистых пульп в центробежном поле. Центробежный сепаратор с непрерывной разгрузкой содержит вращающуюся коническую чашу без нарифлений, загрузочное и разгрузочное устройства, для обеспечения постоянной выгрузки концентрата чаша выполнена с обращенным внутрь кольцевым порогом-крышкой, а в ее боковой стенке у верхнего среза выполнено несколько сквозных разгрузочных отверстий для постоянной выгрузки тяжелой фракции в секцию разгрузочного устройства. Чаша выполнена с возможностью вращения с переменной угловой скоростью. В кольцевом пороге-крышке выполнены сквозные окна, расположенные напротив каждого сквозного разгрузочного отверстия в боковой стенке чаши. Каждое окно в кольцевом пороге-крышке выполнено с возможностью сбора промпродукта с промежуточной плотностью в кольцевом пороге-крышке и последующего направления его в дополнительную секцию разгрузочного устройства. Технический результат - повышение эффективности работы центробежного концентратора с непрерывной разгрузкой, а также снабжение его функцией по извлечению продукта промежуточной плотности. 3 ил.

Центробежный сепаратор с непрерывной разгрузкой, содержащий вращающуюся коническую чашу без нарифлений, загрузочное и разгрузочное устройства, для обеспечения постоянной выгрузки концентрата чаша выполнена с обращенным внутрь кольцевым порогом-крышкой, а в ее боковой стенке у верхнего среза выполнено несколько сквозных разгрузочных отверстий для постоянной выгрузки тяжелой фракции в секцию разгрузочного устройства, отличающийся тем, что чаша выполнена с возможностью вращения с переменной угловой скоростью, при этом в кольцевом пороге-крышке выполнены сквозные окна, расположенные напротив каждого сквозного разгрузочного отверстия в боковой стенке чаши, причем каждое окно в кольцевом пороге-крышке выполнено с возможностью сбора промпродукта с промежуточной плотностью в кольцевом пороге-крышке и последующего направления его в дополнительную секцию разгрузочного устройства.