Патент на изобретение №2201805

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБОГАЩЕНИЯ ШЛАМОВ

(57) Реферат:

Изобретение относится к обогащению полезных ископаемых и может быть использовано в горнодобывающей и других отраслях промышленности при переработке тонковкрапленных руд цветных, черных, редких и благородных металлов. Устройство для обогащения шламов включает рабочий орган, выполненный в виде двух цилиндров, установленных концентрично и жестко скрепленных между собой, при этом радиус внутреннего цилиндра равен 1/3-1/2 радиуса наружного цилиндра, приводной механизм колебаний рабочего органа вокруг своей оси, загрузочное и разгрузочное приспособления, шибер для разгрузки тяжелой фракции и нож-рассекатель. Заявленное изобретение позволяет повысить эффективность обогащения шламов в нестационарном центробежном поле. 3 ил., 2 табл.

Изобретение относится к обогащению полезных ископаемых и может быть использовано в горнодобывающей и других отраслях промышленности при переработке тонковкрапленных руд цветных, черных, редких и благородных металлов.

Известно устройство (центробежно-вибрационный концентратор) по а.с. 957966, содержащее вертикально размещенный ротор-трубу, вибратор, установленный на сливном кольце, загрузочное и разгрузочное приспособления, применение которого для обогащения шламов основано на способе наложения колебаний, заключающемся в том, что рудный материал разделяется по плотности в центробежном поле и подвергается дополнительным вибрационным воздействиям.

Недостатком этого устройства является низкая эффективность разделения рудного материала по плотности. В устройстве при обогащении тонкодисперсных материалов осаждение и накапливание тяжелых зерен в зоне разгрузки под действием вибраций приводит к повышению гидродинамического сопротивления потоку пульпы, в результате чего тяжелые частицы начинают уносится в легкую фракцию. Это приводит к снижению технологических показателей работы устройства и снижению эффективности разделения.

Известно устройство, по а. с. 1427664, включающее загрузочное приспособление, вертикально ориентированную цилиндрическую трубу, совершающую вращательно-реверсивные колебания, и разгрузочный узел. Под действием центробежно-реверсивных и гравитационных сил тонкие частицы в нем концентрируются на внутренней поверхности цилиндрической трубы и выгружаются через соответствующие разгрузочные устройства.

Недостаточно высокая эффективность разделения материала на легкую и тяжелую фракции в данном устройстве связана с тем, что при вращательно-реверсивном колебании вокруг вертикальной оси внутри цилиндрической трубы образуется зона динамического равновесия, в которой радиальная скорость как легких, так и тяжелых частиц, независимо от их массы и размера, имеет близкое значение или равна нулю в районе оси цилиндра. Следовательно, кинетическая энергия частиц, прилегающих к зоне оси вращения, недостаточна для того, чтобы переместить мелкие частицы ценного компонента к стенкам цилиндра, в результате чего часть шламовых рудных минералов снова уходит с пустой породой в отвальный продукт. В то же время крупные частицы минералов вмещающих пород, имея большую скорость осаждения в вертикальной плоскости и значительную инерционную массу на периферии цилиндра, попадают в зону разгрузки обогащенного материала, что в целом снижает эффективность обогащения.

Рудный материал, находящийся в центральной части цилиндрической трубы, на определенном расстоянии от ее оси при минимальном (или нулевом) значении центробежных сил не разделяется по плотности и крупности в течение всего времени обогащения (30-45 с). Тонкие минеральные частицы ценного компонента, находящиеся в зоне оси цилиндра, при работе устройства опускаются в сторону разгрузки минералов пустых пород в центральной части рабочего органа, за счет чего увеличиваются потери ценного компонента и снижаются технологические показатели процесса обогащения. Шламовые частицы ценного компонента, находящегося в осевой части аппарата, со временем могут приблизиться к периферической части рабочего органа, однако, как показывают эксперименты, для этого требуется время, в несколько раз превышающее оптимальное для этой конструкции.

Известно выполнение рабочего органа устройств для обогащения в виде двух цилиндров, установленных концентрично (SU 344891 A, 14.07.1972, B 03 B 5/32, 2c. ) и жестко скрепленных между собой (см. SU 77434 А, 31.01.1950, В 03 В 5/32, 2с.), которые позволяют повысить эффективность обогащения шламов. Однако в этих устройствах эффективность разделения минералов зависит от места расположения внутреннего цилиндра, которое в приведенных изобретениях не обосновано и не определялось.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство по а.с. RU 2021026 C1, 15.10.1994, В 03 В 5/34, содержащее рабочий орган, приводной механизм колебания рабочего органа вокруг своей оси, загрузочное и разгрузочное приспособления. Данное устройство позволяет значительно улучшить процесс разделения минералов, однако недостатки, характерные для предыдущего устройства, остаются.

Причины потерь ценного компонента с отвальным продуктом поясняются на фиг. 1, где показана схема сил, действующих на минеральные частицы при их разделении. Из схемы видно, что в горизонтальном направлении основное влияние на движение минеральных частиц ценного компонента оказывает центробежная сила (F_Ц), которая для осуществления процесса обогащения должна превышать значение гравитационной силы (F_Г).

Центробежные силы, как известно, определяются по формуле:
F_ц = m²R,
где m – масса частицы;
– угловая скорость движения частицы;
R – расстояние от оси вращения.

В соответствии с этой формулой интенсивность движения частиц определяется величиной центробежной силы, которая возрастает с увеличением расстояния от оси вращения (радиуса вращения). Наиболее интенсивное движение тяжелых частиц ценного компонента, а соответственно и эффективность их отделения от частиц пустой породы наблюдается в зоне 1. Достигая в этой зоне стенок цилиндра, частицы ценного компонента перемещаются вниз и разгружаются в периферической части цилиндра. По оси вращения значение центробежной силы равно нулю, поэтому все находящиеся там частицы будут перемещаться только вертикально вниз и разгружаться с минералами пустой породы. Частицы ценного компонента, находящиеся на небольшом расстоянии от оси вращения, преимущественно испытывают действие гравитационных сил и также перемещаются вертикально вниз, разгружаясь вместе с пустой породой и увеличивая потери рудных минералов. Поэтому в зоне 2, ограниченной на фиг.1 пунктирной линией, обогащения не происходит. При ее ликвидации снизятся потери ценного компонента, уменьшится расстояние прохождения частиц ценного компонента и за счет этого ускорится процесс разделения минералов.

Предлагаемое изобретение позволяет повысить эффективность обогащения шламов в нестационарном центробежном поле.

Сущность изобретения в том, что устройство для обогащения шламов, включающее рабочий орган, приводной механизм колебания рабочего органа вокруг своей оси, загрузочное и разгрузочное приспособления, отличается тем, что рабочий орган выполнен в виде двух цилиндров, установленных концентрично и жестко скрепленных между собой. Радиус внутреннего цилиндра равен 1/3 – 1/2 радиуса наружного цилиндра.

Сущность изобретения состоит в том, что внутрь рабочего цилиндра встраивается второй цилиндр, соответствующий по диаметру размеру зоны 2 (фиг. 1), в которой обогащение не происходит. Исходный материал поступает в промежуток между внешним и внутренним цилиндрами и таким образом уменьшается расстояние прохождения тяжелыми частицами ценного компонента до периферической части внешнего цилиндра. При этом сокращается и время движения частиц за счет уменьшения толщины разделяемого слоя материала и увеличения значения центробежной силы. Увеличивается эффективность обогащения и сокращаются потери ценного компонента в хвостах.

Эти выводы подтверждают результаты исследования математической модели движения частиц в нестационарном центробежном поле. В табл. 1 показаны результаты расчетов движения минеральных частиц плотностью 6,15 т/м³, крупностью 24 мкм в среде плотностью 2,1 т/м³.

Результаты, приведенные в табл. 1, показывают, что с увеличением расстояния расположения тяжелой минеральной частицы от оси вращения рабочего цилиндра с 5 до 11,75 мм время ее перемещения до стенок цилиндра после начала вращательно-реверсивных колебаний рабочего органа устройства уменьшается с 59,4 до 17,8 с, т.е. процесс разделения частиц ускоряется.

Анализируя материалы таблицы 1, можно видеть, что только при радиусе внутреннего цилиндра, равном 1/3-1/2 радиуса наружного цилиндра (для наружного цилиндра диаметром 54 мм 9,25-11,75 мм), резко возрастает скорость движения тяжелых минеральных частиц (в 1,8-2,2 раза), сокращается время движения тяжелых частиц до стенки цилиндра (в 2,2-3,3 раза) и соответственно за счет этого повышается эффективность разделения тяжелых и легких частиц. В связи с этим радиус внутреннего цилиндра должен быть равным 1/3-1/2 радиуса наружного цилиндра, что входит в качестве отличительного признака в формулу изобретения.

Расчеты модели данного процесса, выполненные на ЭВМ, подтверждают эффективность разделения тяжелых и легких частиц при уменьшении толщины разделяемого слоя исходного материала (фиг.2). Траектории движения частиц размером 24 мкм породных (=2,65 т/м³, кривые 1, 2) и минеральных (=6,15 т/м³, кривые 3, 4) в среде (=2,1 т/м³) для разных стартовых позиций: кривые 1, 3 – R=5 мм, кривые 2, 4 – R=7 мм (ось ординат является одновременно осью вращения цилиндра).

На фиг. 3 изображено устройство, состоящее из рабочего органа в виде загрузочного приспособления 1, металлического крепления 2 для стеклянных цилиндров наружного 3 и внутреннего 4, шибера 5, разгрузочного механизма для концентрата 6, ножа-рассекателя 7, переходника 8, контейнера для пустой породы 9. Рабочие цилиндры соединены между собой и работают как единое целое, осуществляя колебания вокруг своей оси. Радиус внутреннего цилиндра равен 1/3-1/2 радиуса наружного цилиндра.

Устройство работает следующим образом. Исходный материал, содержащий тонкодисперсные тяжелые минеральные частицы, загружается во внутреннюю полость рабочего органа, который совершает вращательно-реверсивные колебания вокруг своей оси. Размеры наружного цилиндра: диаметр 54 мм, высота 400 мм. Размеры внутреннего цилиндра: диаметр 25 мм, высота 400 мм. В процессе работы устройства тяжелые частицы движутся к внутренней стенке наружного цилиндра и одновременно перемещаются к нижней ее части, разгружаясь через механизм вывода этого продукта. Частицы пустых пород перемещаются на меньшие расстояния и остаются в зоне разделения между внутренним и наружным цилиндрами. Вертикальное движение этого материала под действием гравитационных сил приводит к его разгрузке в отдельный приемник для хвостов в нижней части устройства. Частота колебаний рабочего органа 8 кол./с, амплитуда колебаний 13 мм.

Эксперименты выполнены на танталито-колумбитовых рудах с крупностью рудных минералов менее 30 мкм. Вмещающие породы представлены песчаниками. Результаты обогащения при разовом прохождении руды через устройство приведены в табл.2.

Экспериментальные данные подтверждают большую эффективность обогащения при разделении исходного материала на тонкие слои и исключении из зоны разделения центральной части наружного цилиндра.

Формула изобретения

Устройство для обогащения шламов, включающее рабочий орган, приводной механизм колебаний рабочего органа вокруг своей оси, загрузочное и разгрузочное приспособления, шибер для разгрузки тяжелых частиц и нож-рассекатель, отличающееся тем, что рабочий орган выполнен в виде двух цилиндров, установленных концентрично и жестко скрепленных между собой, при этом радиус внутреннего цилиндра равен 1/3-1/2 радиуса наружного цилиндра.

РИСУНКИ