Способ гидравлической вибрационной классификации и устройство для его осуществления Советский патент 1993 года по МПК B03B5/02 

Изобретение относится к области обогащения полезных ископаемых, в частности к гидравлической классификации зернистых материалов по крупности;

Целью изобретения является повышение эффективности классификации тонкозернистых материалов за счет уменьшения граничной крупности разделяемых зерен.

В способе гидравлической вибрационной классификации, включающем подачу пульпы на рабочую поверхность классификатора, перемещение пульпы тонким слоем по рабочей поверхности, выделение крупных частиц через свободную поверхность пульпы, сбор крупных частиц со стороны свободной поверхности пульпы, перемещение пульпы осуществляют по вибрирующей рабочей поверхности, амплитуда составляющей виброускорение которой в направлении к свободной поверхности пульпы больше, чем

a - 3+sIn(o:+900),

где ai - составляющая виброускррения, направленная к свободной поверхности пульпы, текущей по горизонтальной рабочей поверхности, при которой обеспечивается выброс зерен из пульпы;

а-угол наклона рабочей поверхности.

В диапазоне частот от f 0 до f fn виброускорение ai определяют из выражения

ai 2тЛ/п

Э° + f2

(27tVn)2 2,1/2

1/2

а0

наименьшее

Га2 - а2У где fn п л - наименьшая частота

ЛЛ/п

вибраций, начиная с которой слой пульпы становится полностью вибровозбужденным;

6ст(0,00013 + 0,288d)

rfp

виброускорение рабочей поверхности, достигаемое при стремлении частоты вибраций к нулю, обеспечивающее придание зерну силы инерции, достаточной для преодоления сил поверхностного натяжения невозмущенного вибрациями слоя пульпы;

an -г-о - наименьшее виброускорение

/XI2

рабочей поверхности, обеспечивающее придание зерну силы инерции, достаточной для преодоления сил поверхностного натяжения вибровозбужденного слоя пульпы;

Vn

4а

1/2

- виброскорость рабочей

поверхности, при которой давление скоро- стного напора зерна на вибровозбужденную границу раздела жидкость - воздух больше капиллярного давления;

а - поверхностное натяжение жидкости;

р, d- плотность и диаметр зерен граничной крупности разделения;

f - частота колебаний рабочей поверх- . ности.

В диапазоне от f fn до f виброуско- рение ai определяют из выражения ai - an,

/а vi где fd -7г- - наименьшая частота вибb dl

раций рабочей поверхности, достаточная для выброса зерна из слоя пульпы при амплитуде виброперемещения А d/4.

При частотах свыше виброускорение ai определяют из выражения ai f2.

Вектор виброускорения ориентируют перпендикулярно к рабочей поверхности.

Вектор виброускорения увеличивают в направлении тока пульпы,

В устройстве для осуществления способа классификации, включающем рабочий орган, связанный с ним вибрационный привод и устройства для подачи питания и приема продуктов классификации, рабочий орган выполнен в виде пакета установленных с зазором параллельных пластин,вдоль верхних кромок которых расположены с зазором относительно друг друга наклонные полки, шаг установки которых меньше их ширины.

Поверхность пластин может быть вы- полнена волнистой, причем выступы расположены горизонтально.

На фиг. 1 показано устройство для осуществления предлагаемого способа; на фиг. 2 и 3 - варианты полок; на фиг. 4 - график. иллюстрирующий предлагаемый способ.

Устройство состоит из вибрационного привода 1, устройства 2 для подачи пульпы, пакета пластин 3 (рама, соединяющая между собой пластины, не показана), зазоры между которыми перекрыты наклонными полками 4, желобов 5 для отвода крупнозернистого материала (песка) и желобов б для приема пульпы после выделения из нее крупных зерен (слив).

Вибрационный привод сообщает вибрации пакету пластин. По наклонным полкам пульпа из питателя поступает на поверхности вибрирующих пластин и стекает по ним в виде пленки, Подлойствием вибрации зерна, размер которчх Гюлыио граничного зсрна, выбрасываются из пульпы через ее свободную поверхность в зазор между пласти- НЈ ми и падают в желоб 5. Пульпа с оставшимися в ней мелкими зернами стекает

в желоб 6.

эн ся во ра

Выброс из пульпы зерен заданной крупности происходит в связи с тем, что под де йютвием вибраций они приобретают уско- ре -же, достаточное для преодоления повер- хн эстного натяжения жидкости и выхода из ел я пульпы через ее свободную поверх- но|:ть.

При этом пульпа не может оторваться от гкперхности классификатора. Причина эта за слючается в том, что сообщаемая пульпе ;ргия переходит в энергию образующихна ее поверхности волн. Частота этих ж в два раза меньше частоты колебаний ючей поверхности. В результате пульпа у с|зоей открытой поверхности получает ускорения меньшие, чем ускорения вибрирующей поверхности.

Таким образом, существует диапазон ускорений, при котором происходит выброс зе{ ен заданной крупности из тонкого слоя бе; отрыва самой пульпы от вибрирующей по ерхности классификатора.

Отрыв пульпы от рабочей поверхности начинается при виброускорении больше, чем

аотр ,

где: R - радиус мениска устойчивой формы жидкости.

Указанное расположение наклонных по/ок обеспечивает формирование в виде пленки на поверхностях вибрирующих пла- сти 1 всей подаваемой на классификацию

пул

Щ61 ДУГ кот зер пы.

пы. Этим же предотвращается переме40 ций описывается уравнениями: в диапазон

ие пульпы в средней части зазора меж- А° fn. 67 с гиперболы, в диапазоне от fn

ластинами, служащих пространством, в рое осуществляется выброс крупных гн через свободную поверхность пуль- Таким образом, можно сделать вывод, что |заявляемые изобретения связаны между собой единым изобретательским замыслом

ha серийном электродинамическом сте де ВЭДС-200, имеющем возможность изм гнения угла наклона, закреплена пла- стж а длиной 0,3 м. На пластину подавали пул пу железной руды измельченной до круг ности 100% менее 74 микрон. В пульпу

11

67с до fd 121 с - горизонтальной пря мой, в диапазоне свыше fd 121 - пара болы.

45 Прим е р 2. Слой пульпы толщиной

мм течет по вертикальной пластине (о 90°

Результаты опытов приведены на фиг. 4

ПОЗИЦИЯ 32.

П р и мерЗ. Слой пульпы толщиной 50 мм расположен под пластиной (а 180° удерживаясь там за счет сил поверхностно го натяжения. Наблюдение за началом вы броса зерен осуществлялось только пр повышении виброускорения. 55Результаты опытов приведены на фиг. 4 позиция аз. Из результатов опытов второг и третьего примеров следует, что с увеличе нием угла наклона пластины до 180° умень шается величина виброускорения

доб, Нео

влены зерна крупностью-0,6-1,0 мм.

эходимо удалить из пульпы зерна круп- Hocibio 1,0 мм.

В соответствии с заданными условиями спытов имеют: поверхностное натяже- -з

нив воды сг 72 , плотность частиц р 3 -103 кг/м3. Подставляя эти значения в соответствующие расчетные формулы, получают а0 60 м/с2; ап 144 vn - 0,31 м/с; fn 5 67c 1:fd 121 с 1.

Опыты выполнены при угле наклона а пластин 0° (пример 1), 90° (пример 2) и 180° (пример 3), то есть при расположении пульпы на горизонтальной, на вертикальной и под

10 горизонтальной рабочей поверхностями. При расположении пульпы на горизонтальной и под горизонтальной поверхностями пульпа была неподвижна. При вертикальном расположении рабочей поверхности течение пульпы

5 осуществлялось с удельной производительностью 0,72 м3/ч на 1 м ширины фронта подачи питания.

В каждом из трех примеров при любой заданной частоте плавно изменяли вибро0 ускорение, величина которого измерялась на выходе вибропреобразователя типа-Д- 14, закрепленного на столе, вибратора. Кри- тическая величина виброускорения, обеспечивающая выброс зерен крупностью

5 1,0 мм, определялась путем визуального наблюдения: при увеличении виброускорения выброс зерен начинался, з при уменьшении виброускорения - прекращался при дости- . жении критического значения виброускоре0 ния.

Пример 1. Слой пульпы толщиной 1 мм расположен на пластине (а 0°).

Результаты опытов точками показаны на фиг. 4, позиция аь Из результатов опытов

5 следует: в исследованном диапазоне частоты вибраций существуют значения виброускорений, при которых происходит выброс зерен крупностью 1 мм; зависимость величины виброускорений от частоты вибра0 ций описывается уравнениями: в диапазоне

А° fn. 67 с гиперболы, в диапазоне от fn

А° fn. 67 с гиперболы, в диапазоне от fn

11

67с до fd 121 с - горизонтальной прямой, в диапазоне свыше fd 121 - параболы.

5 Прим е р 2. Слой пульпы толщиной 1

мм течет по вертикальной пластине (о 90°).

Результаты опытов приведены на фиг. 4,

ПОЗИЦИЯ 32.

П р и мерЗ. Слой пульпы толщиной 1 0 мм расположен под пластиной (а 180°), удерживаясь там за счет сил поверхностного натяжения. Наблюдение за началом выброса зерен осуществлялось только при повышении виброускорения. 5Результаты опытов приведены на фиг. 4, позиция аз. Из результатов опытов второго и третьего примеров следует, что с увеличением угла наклона пластины до 180° уменьшается величина виброускорения,

необходимого для выброса из пульпы зерен заданной крупности, но характер зависимости виброускорения от частоты вибраций сохраняется таким же, что и при расположении пульпы на горизонтальной пластине (fif 0°).

Пример 4. Слой пульпы толщиной 1,8 мм течет по вертикальной пластине (а 90. В пульпу добавлены зерна крупностью 0,6- 1,6 мм. Частота вибраций f 50 . Из пульпы необходимо выбросить зерна крупностью 1,5; 1,0 и 0,75 мм. Продукты классификации собирались и подвергались ситовому анализу. Результаты замера виброускорений, при которых происходит выброс зерен, приведены в таблице.

Из полученных результатов следует возможность осуществления способа тонкой классификации зернистых материалов в широком диапазоне крупностей разделения.

Из графиков, приведенных на фиг. 4, и из таблицы видно, что результаты экспериментов удовлетворительно описываются заявляемыми аналитическими зависимостями.

Описание зависимостей виброускорения от частоты вибраций выполнено следующим образом.

При расположении пульпы на горизонтальной поверхности (2 0°) кривая зависимости виброускорения от частоты вибраций разделена на три участка (фиг. 4, позиция ai). Границы участков соответствуют частотам fn и fd.

На первом участке, лежащем в диапазоне частот от f 0 до f fn, эта зависимость аппроксимирована гиперболой. Коэффициенты гиперболы определены по координате ее вершины и уравнению асимптоты.

Вершина гиперболы лежит в точке f О, а - ао. Величина ai определена из условия равенства силы инерции зерна капиллярным силам, препятствующим выходу этого зерна из пульпы. Последние определены с учетом пережатия столба жидкости под частицей в процессе ее выхода из слоя пульпы, подобно тому как пережимается капля воды в момент и в месте ее отрыва от среза водопроводного крана. Выражение ао в общем виде приведено в формуле изобретения.

Асимптота гиперболы описывается известной зависимостью

ар 2 Tt fvn,

между ускорением и виброскоростью рабочей поверхности.

Величина vn определена из условия равенства давления зерна на границу раздела

жидкость - воздух величине капиллярного давления, препятствующего выходу зерна из пульпы. При этом принято, что зерно и граница раздела жидкость - воздух движутся навстречу друг друга с одинаковыми скоростями.

Асимптота сближается с гиперболой при относительно высоких частотах вибраций, поэтому при определении vn пережатие столба жидкости под частицей при ее выходе из пульпы не учитывалось, так как вибрации с высокими частотами препятствуют формированию этого способа. Именно различие в поведении жидкости при выходе

из нее зерна при низких и высоких частотах вибраций явилось физической основой для того, чтобы в настоящей заявке слой пульпы при f О именозать невозмущенными, а при - вибровозбужденными.

В окончательном виде уравнение гиперболы, описывающее зависимость виброускорения от частоты вибраций, необходимого для выброса зерен крупностью d и плотностью р при течении пульпы по вибрирующей поверхности, имеет вид

1/2

81 27ZVn

30

(2дап)2

+

0

В диапазоне частот от f fn до f fd виброускорение, необходимое для выброса зерен, принято постоянным (зависимость ai от f аппроксимирована уравнением гори- 5 зонтальной прямой линии), хотя при эксперименте получено некоторое увеличение ускорения с ростом частоты вибраций. Такое расхождение объясняется следующим. Виброускорение Зп получено из условия равенства силы инерции зерна силам поверхностного натяжения вибровозбужденного слоя пульпы. Казалось бы, при любой частоте вибраций f fn, ускорения ап должно быть достаточно, чтобы выбросить зерно из слоя

5 пульпы. Но с приближением частоты еибра- ций к величине fd амплитуда виброперемещения А стремится к своему нижнему пределу, равному d/4. Существование этого предела обусловлено кинематикой выброса.

0 При амплитуде, равной четверти диаметра зерна, зерно выходит из пульпы только на половину своего диаметра. Если выход будет меньше, то зерно не будет выброшено. Поэтому виброперемещение должно быть

5 больше четверти диаметра зерна.

Существование нижнего предела амплитуды виброперемещения приводит к тому, увеличении частоты вибраций несколько возрастает виброускоренне. Час

то а вибраций fd. при которой амплитуда ви юперемещения достигает своего ниж- не о предела, является верхней границей рассмотренного участка.

При частотах свыше fd амплитуда виб- ро юремещения остается постоянной и равно л своему нижнему пределу по условию вы эроса зерна. Поэтому на этом участке с ро :том частоты вибраций ускорение возраст ет по параболической зависимости.

Как показали исследования, величина ви ipoyc-корения, необходимого для выброса зе| на, изменяется по синусоидальному за кону при изменении угла наклона рабочей по- ве хности. В связи с этим выражение ви роускорения а получено путем вычитания из шражения виброускорения ai величины

(a + 90°)

оторую можно уменьшить виброускоре- рабочей поверхности при отклонении т горизонтального положения, соблю- при этом условие выброса зерен из слоя пы.

В окончательном виде выражение виброускорения а приведено в формуле изобретения.

Использование способа классификации

и конструкции классификатора позволит по сравнению с прототипом значительно повысить эффективность классификации зерен по крупности менее 1,5-2,0 мм. Способ и устройство могут быть использованы для

классификации зернистого материала по крупности в циклах его измельчения и обогащения, для очистки пульпы перед ее поступлением в обогатительные аппараты, имеющие подверженные засорению узкие

зазоры, например, для очистки пульпы перед гидравлическим конусными сепараторами или электромагнитными сепараторами при обогащении тонкозернистых слабомагнитных руд. Устранение грохотов исключит трудоемкую операцию замены сит, которые к тому же являются дефицитным изделием.

(56) Авторское свидетельство СССР N 1832547, кл. В 03 В 5/02, 1987. Авторское свидетельство СССР № 94356. кл. В 03 В 1/00, 1948.

Формула изобретения

Способ гидравлической вибрационной классификации, включающий подачу пуль 1Ы на рабочую поверхность классифи- като| а, перемещение пульпы тонким слоем г о рабочей поверхности, выделение крупных частиц через свободную поверх- ност пульпы, сбор крупных частиц со стороны свободной поверхности пульпы, отличающийся тем, что, с целью повышения : ффективности классификации тонко- зерн стых материалов за счет уменьшения rpaw чной крупности разделяемых зерен, nepei 1ещение пульпы осуществляют по вибр рующей рабочей поверхности, при амплитуде а составляющей виброускорения i направлении поверхности пульпы, опре/ еляемой из выражения

„, at

H3+sln(a+90 ),

гд

ai - составляющая виброускорения, травленная к свободной поверхно0

5

0

сти пульпы, текущей по горизонтальной рабочей поверхности, при которой обеспечивается выброс зерен из пульпы;

а -угол наклона рабочей поверхности. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в диапазоне частот 0 - fn виброускорение ai определяют из выражения

-I 1/2

аЗ

(2nvny 1/2

rff2

- наименьшая частота

- -%

вибраций, начиная с которой слой пульпы становится полностью вибровозбужденным;

- наименьшее

6g(0.00013+0.288d)

ао-- ----о-;----

d3p

виброускорение рабочей поверхности, достигаемое при стремлении частоты вибрации к нулю, обеспечивающее придание зерну силы инерции, достаап

наименьшее виброускорение

точной для преодоления сил поверхностного натяжения невозмущенного слоя пульпы;

6(7

рабочей поверхности, при которой

давление скоростного напора зерна на вибровозбужденную границу раздела жидкость - воздух больше капиллярного давления;

1/2

vn |-;rl - виброскорость рабочей по(Л И

верхности, при которой давление скоростногонапора зерна вибровозбужденную границу раздела жидкость - воздух больше капиллярного давления;

о- поверхностное натяжение жидкости; р.д - плотность и диаметр зерен граничной крупности разделения; f - частота колебаний рабочей поверхности.

о 1/2 Эп

где fd

2d

- наименьшая частота

вибраций рабочей поверхности, достаточная для выброса зерна из слоя

W

З-пМ У

пульпы при амплитуде виброперемещения А d/4.

30 8 Устройство по п.7, отличающееся тем, что поверхность пластин выполнена волнистой, причем выступы расположены горизонтально.

фиг.2

V/ Н

-Рч .

П

5

Фиг. 5