Способ разделения минералов Советский патент 1992 года по МПК B03B7/00 

Изобретение относится к обогащению полезных ископаемых и может быть использовано для селективного выделения легкоиспаряемых или возгораемых частиц из минеральных смесей, например алмазов.

Известно устройство, осуществляющее способ разделения минералов по упругим свойствам, которое включает подачу разделяемого материала на виб- рирующуюся отражательную плоскость, выполненную из магнитнострикционного материала, и последующее разделение. Материалы, обладающие высокой прыгучестью, отскакивают от вибрирующей поверхности в соответствующий бункер.

Однако при использовании данного способа при разделении тонких и тон- кодисперсных частиц газовая подушка,

образующаяся над колеблющейся поверхностью, не дает достаточно полного контакта ее со всеми частицами разделяемого материала, ч го приводит к ухудшению качества разделения.

Известен также способ разделения минералов-, включающий подачу смеси минералов в зону импульсного электромагнитного облучения и последующее избирательное силовое воздействие на нее,

Недостатком данного способа чв ляется то, что избирательное силовое воздействие оказывается только на электропроводные частицы. Кроме того этот способ требует использования лазерного излучения, что ограничивает его производительность, требует существенных удельных энергетических

VI ы ь, со ел

hO

затрат и сложен в аппаратурной реализации.

Известен способ, описанный в авт св. СССР № 127207 (прототип), вклю- чаюший подачу материала на наклонную вибрирующую поверхность и вывод разделенных фракций о

Однако данный способ не обеспечивает высокое качество и селективность выделения ценных минералов, поскольку разделение минеральной смеси осуществляется только по плотностным свойствам частиц без учета других свойств, например термических„

Целью изобретения является повышение качества разделения минеральной смеси, содержащей легкоиспаряемые или возгораемые ценные частицы

Поставленная цель достигается тем, что вибрирующую поверхность нагревают до температуры испарения или возгорания ценного минерала

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем

При подаче разделяемого материала в тепловое поле поверхности, нагретой до температуры, достаточной для испарения или возгорания ценного компонента минеральной смеси, последний при частичном возгорании или испарении со стороны контакта с поверхность образует газовую подушку, которая заставляет ценные частицы как бы парить над поверхностыое Прочие же частицы, т«е не испаряемые или не возгораемые ,. продолжают контактировать (без парения) с нагретой поверхностью Поскольку нагретая поверхность, согласно предлагаемому способу, имеет наклон и вибрирует, то частицы на- чинают скатываться с нее Причем ценные частицы из-за наличия газовой подушки под ними скатываются практическ без трения, а остальные с трением Вследствие этого в момент схода частиц с поверхности образуются два потока с различными скоростями, которые при дальнейшем свободном падении пространственно разделяются и улавливаются соответствующими бункерами для ценного компонента и хвостов.

На фиг.1 представлено устройство осуществляющее предлагаемый способ

Устройство сосюиг из питающего бункера 1, жестко скрепленного со стороны подачи (справа) разделяемого материала на вибрирующей поверхности 2, в которой впвтан вмонтированы

5

5

0

5

0

5

0

5

электронагреватели 30 Вибрирующая поверхность с уклоном в сторону разгрузки материала через направляющие

4опирается на подшипники скольжения

5таким образом, чтобы могла совершать на них горизонтальные колебания Подшипники скольжения через стойки

6крепятся к основанию 7„ Вибратор 8 дебалансного типа жестко крепится в правом торце (со стороны питающего бункера) к вибрирующей поверхности. Приемные бункеры для ценного компонента 9 и хвостов 10 располагаются ниже разгрузочной кромки вибрирующей поверхности слева и примыкают к ней „

Способ осуществляют следующим образом

Минеральная смесь из бункера 1 подается на вибрирующую наклонную поверхность 2 При этом температура поверхности поддерживается электронагревателем на уровне температуры испарения или возгорания ценного компонента Вибрация поверхности 2, опирающейся через направляющие 4, подшипники скольжения 5 и стойки 6 на основание 7, осуществляется вибратором 8 Под действием скатывающей силы тяжести и вибрации минеральная смесь начинает двигаться к разгрузочному концу Поскольку температура нагретой поверхности поддерживается на уровне испарения или возгорания .частиц ценных минералов, то под ними образуется газовая подушка из пара или продуктов горения, на которой эти частицы начинают скользить практически без трения к разгрузочному концу Прочие минеральные частицы под воздействием вибрации также движутся к разгрузочному концу, но при этом из-за трения о поверхность набирают существенно меньшую скорость. В результате такого различия скоростей частиц в момент схода их с поверхности образуются два потока, которые при дальнейшем свободном падении пространственно разделяются и улавливаются раздельно бункером для ценного компонента 9 и бункером для хвостов 10.

Предлагаемый способ и устройство могут быть использованы, например, для селективного выделения алмазов из природных минеральных смесей.

Пример Прямой эксперимент на нагревательном столике микроскопа, используемого для термических исследований минералов, показал,

тица алмаза размера 25 мкм совершает хаотическое броуновское движение на раскаленной плите, подобное тому, какое совершает капля воды, при тем- пературе нагретой поверхности 600 - 800°С о Этот факт указывает на то, что под частицей алмаза образуется йая подушка из COg. согласно реакции горения С + 0Ј С0Ј, Причем при наклоне столика частица скатывается с поверхности нагрева, На основе этого факта ниже приводится инженерно-чфи- зический расчет, проясняющий суть способа и позволяющий определить основные параметры устройства для выделения алмазов.

Рассмотрим частицу алмаза на горячей поверхности, которая начинает гореть в момент контакта с последней При этом горение будет не самоподдер.- живающимся пи следующим причинам При соприкосновении частицы с горячей поверхностью она вспыхивает со стороны контакта, в результате чего возникает действующая на частицу реактивная тяга от продуктов горения и она подпрыгивает При этом газовое облако СО, отразившись от горячей поверхности, как бы накрывает частицу и тем самым перекрывает доступ кислорода к участку возгорания, в результате чего реакция горения прерывается Частица вновь падает на горячую поверхность и процесс повторяется, тем самым создавая эффект броуновского движения,

Реакция горения алмаза

С +

°1СОх

1 В этом случае в единицу времени

образуется следующая масса газа

вСс) «jr(UCo4uco (2)

где МсОя молярная масса газа С02; 1/сОд - количество моль газа, образуемого в единицу времени в процессе горения. В процессе горения частица получае некоторый импульс Р, обусловленный реактивной отдачей продуктов горения, направленный вверх (фиг.2).

Ч .СО 3 где V „ ff. - относительная скорость

4 продуктов горения (С0г) в направлении к нормали поверхности (постоянная величина) „

Сила отдачи, соответствующая импульсу (3), определяется из уравнения

F - dP

F2- dc

У«тн.СОг А(с)

(4J

Поскольку частица находится во взвешенном состоянии, то сила (4) должна быть уравновешенной силой массы частицы, Тое.

, т2§ vorH.C02 fUco2vomCOzucos

(5) где т2 - масса частицы

Относительную, скорость горения в направлении нормали можно определить через относительную скорость VOTHCO которую в свою очередь можно определить через среднеквадратичную скорость продуктов горения, т.е.

5

5

0

otH.co

где V2,

V2 vrop

(6)

гор

- усредненная по поверхности горения среднеквадратичная скорость

Если возгорание частицы происходит с одной стороны, то усреднение в полуплоскости будет

I V,(7)

V2 vrop

0

V2 rap

где V2

ЛН V2 (V)

скорость тепловых частиц продуктов горения, которую можно определить из закона сохранения энергии

i/UcofV.

2UH//UCOe,

)2 -АН/,

(8) (9) (10),

отн.сОг fHcflg S где ЛН - теплота сгорания алмаза. Можно показать усреднением по направлениям, что относительная скорость продуктов горения в направления к нормали поверхности равна 2 ../ 2JTH

0

Уотн.сОг -|Уотн.СОг -ftjUco ; (П) Подставляя Cl1) в (5)а

°«8 | JUCOCC02 Л. (12)

Но

получаем

AJSC tipcot

масса частицы во ремени при стационарном горении, а это предположение в рамках инженерно-физического расчета вполне приемлемо (для времени, превышающего время единичного отскока частицы от горячей поверхности) , изменяется по закону

5

т,

т„ Ъ ш |Чсисс (13) где Uc - количество моль алмаза, сгораемых в единицу времени; |UC - молярная масса алмаза;

т„

- начальная маза,

масса частицы ал-

Согласно закону сохранения массы

(UCUC - {UCO,)

С помощью выражений) (13) и (14) можно определить время полного сгора ния частицы (тг 0)

сгор rao/|Ueuc VfUco COs 15 Из уравнения (12) найдем оценку скорости сгорания при Раз мере частицы D 25 мкм, теплоте сгорания алмаза ДН 393-1C3 Дж/моль, плотности 0 3,4-1C3 кг/моль, уско-, рении свободного радения

|UC02UC02

ю м/с2

,4640 4

кг/с

У

(16)

|lt(2)3p - принята масса сфе-1

3 Ч2

рической частицы, что не нарушает общности оценки.

полного сгорания такой часза, согласно выражению (15),

6fUcOiucda к 190 с 3,2 мин.

(17)

Как видно из (17), время полного сгорания частицы алмаза, даже такого малого размера как 25 мкм, над горя- чей поверхностью достаточно велико. За такой промежуток времени поле тяжести может его сместить на значительные расстояния Однако нас интересует возможность неполного сгорания, поэтому определим время сгора- ния с некоторой доли частицы у, Из выражения (13) следует, что данное время определится уравнением

- tyUcUc/mo c T8 с &m«/|UcUc) tftrop . (19)

Например, время сгорания 0,01 ис ходной массы частицы (об 0,01) буде

t

гор

0,01-190 - 1,9 с.(20)

За это время частица пройдет по наклонной горячей поверхности со средней скоростью V 0,5 .м/с расстояние

1 - 0,5-1,9 - 0,95« 1 м (21)

5

Данная величина пути и определит длину горячей поверхности для уверенного селективного выделения тонких алмазов из минеральной смеси Причем угол наклона горячей поверхности можно определить Из системы уравнений

VM 2gT,

h - 1 sinp,(22)

V,. 2 V,

5

01

где V

0(

0

о

- скорость схода частиц алмаза с горячей поверхностиJ условно принято V0 ( 2V0 - удвоенная

скорость скольжения частицы на пути ее перемещения;

h - возвышение края горячей поверхности над горизонтальным уровнем; 1 - длина горячей поверхности; А угол наклона горячей поверхности. Из (22) следует, что

шг

sin(5« - 0,224

или

pfcO,226 рад я: 13°.

Использование предлагаемого способа позволит существенно повысить селективность извлечения легко испаряемых или возгораемых минералов из минеральной смеси особенно, если разделяемый материал представлен тонкими или тонкодисперсными фракциями

Формула изобретения

Способ разделения минералов, вклюп чающий подачу материала на наклонную вибрирующую поверхность и вывод полученных фракций, отличающийся тем, что, с целью повышения качества разделения при переработке легко испаряемых или возгораемых ценных минералов, наклонную поверхность нагревают до температуры испарения или возгорания ценного ми- ({врала.

Использование: обогащение полезных ископаемых при селективном выделении легко испаряемых или возгораемых частиц из минеральных смесей. Сущность: при переработке легко испаряемых или возгораемых ценных минералов на наклонной вибрирующей поверхности, последнюю нагревают до температуры испарения или возгорания ценного минерала. При частичном возгорании или испарении ценного компонента образуется газовая подушка, на которой частицы начинают скользить без трения к разгрузке Прочие минеральные частицы двилутся с трением и поэтому с меньшей скоростью В результате образуются два потока, которые разделяются и улавливаются в разные бункеры. 2 ил. w Ј

Фие.1

огпм.СОг

Кя R$i кЭ

BSL.

Фие.г