Трубно-тупиковый концентратор тяжелых металлов

Полезная модель относится к горной промышленности и наиболее эффективно может использоваться для повторного обогащения хвостов (отходов) золотоизвлекательных фабрик по переработке руд драгметаллов (золота, платины, олова и др.), а также песков россыпных месторождений драгметаллов, находящихся в исходной горной массе в свободном состоянии, в том числе, введенных в такое состояние специальными приемами, например, рассевом, дроблением или их комбинациями.
Существует достаточно большое количество технических решений, направленных на повышение качества извлечения драгметаллов из исходной горной массы, как непосредственно в производственном процессе обогащения, так и в процессе повторной переработки отходов с целью доизвлечения утерянного ранее полезного продукта.
Известны технические решения и устройства (сепараторы) центробежно-вибрационного и вибрационно-гравитационного типа, в которых разделение материала (обогащаемой горной массы) по плотности, предварительно расклассифицированного на грохоте с задаваемыми параметрами ячеи, осуществляется в жидкой среде за счет центробежных сил, действующих на суспензию, подаваемую во вращающуюся цилиндрическую или усечено-коническую емкость с нарифлениями различной формы [АС №1651955, МПК В03В 5/32, опубл. 1991 г; патент RU №21000086, МПК В03В 5/32, опубл. 1993 г; патент RU №2100087, МПК В03В 5/32, опубл. 1995 г., а также концентратор Falcon фирмы SEPRO MINERAL SYSTEMS].
Недостатком указанных устройств является периодичность работы с остановками для выгрузки концентрата с перенастройкой режима работы аппарата, невозможность управлять направлением перемещения исходного сырья при изменении вектора результирующей продольной составляющей центробежной силы, что понижает производительность процесса обогащения и снижает его качество.
Известно также устройство [Патент RU №2432996, МПК В03В 5/70, опубл. 10.11.2011], выполненное в виде трубы, наклоненной к горизонтали и подключенной верхним концом к источнику пульпы, а нижним - к средству отвода хвостов обогащения в отвал. Продольное сечение трубы представляет собой синусоидальную волну. На высшей точке верхних полуволн трубы расположен прямолинейный участок. Нижние полуволны, являющиеся ячейками для сбора концентрата, снабжены разрыхляющим механизмом и средством выпуска концентрата, например, в виде механического или электромеханического клапана.
Недостатком устройства является его сложность, необходимость применения разрыхляющих механизмов и клапанов на каждой из полуволн.
Известно устройство по способу концентрирования тяжелых минералов и концентратор для его осуществления [Патент RU №2423183, МПК В03В 5/32, опубл. 10.07.2011], который реализуется путем создания осевосходящего спирального потока поступающей обрабатываемой пульпы внутри корпуса концентратора, непрерывной разгрузки легких минералов и концентрирования тяжелых минералов в выделившихся зонах. Способ осуществляют с помощью концентратора, включающего корпус с разнесенными по высоте боковой внутренней поверхности концентрационными канавками и расположенным в нижней части коническим дном, тангенциальный патрубок для подачи исходной пульпы внутрь, приспособление для разгрузки легких зерен минералов - хвостов и патрубок для разгрузки тяжелых зерен минералов - концентрата, выполненный в центральной части конического дна. Концентратор снабжен вертикальной центральной трубой с закрытой верхней частью, к которой присоединен тангенциальный патрубок подачи исходной пульпы, и расположенным под ее открытым нижним концом конусообразным распределителем питания, установленным с возможностью осевого перемещения и прижатым герметично к коническому дну концентратора в рабочем положении. Боковая внутренняя поверхность концентратора выполнена в виде чаши, расширяющейся кверху. Радиус по угловой координате чаши выполнен переменным, изменяющимся относительно ее среднего радиуса по поперечному срезу чаши, по периодическому знакопеременному закону.
Недостаток: сложность в изготовлении, в обеспечении паспортных режимов работы, недостаточная улавливающая способность вследствие высокой турбулентности потоков жидкой среды.
Задачей является повышение производительности устройства, повышение качества концентрата, обеспечение возможности оперативного управления процессом обогащения и повышение экологической безопасности.
Техническим результатом предлагаемого по данной заявке устройства - трубно-тупикового концентратора (далее по тексту «ТТК»), является снижение эксплуатационных затрат и повышение коэффициента извлечения тяжелых компонентов из обогащаемой горной массы за счет регулирования процесса обогащения пульпы простыми приемами изменения плотности пульпы и скорости потока пульпы в корпусе концентратора.
Технический результат достигается за счет того, что трубно-тупиковый концентратор включает приемно-смесительную камеру с расположенными в ней поплавковым регулятором, лопаточным смесителем и валом с электродвигателем, вертикальную трубу, ось которой отклонена от вертикали на несколько (3÷5) градусов, с участком выпрямления потока, состоящим из нескольких вертикальных разделительных полос для придания пульпе поступательного движения, и оканчивающийся пластинами криволинейной формы, направляющими поток пульпы в сторону трубного отвода с вентилем, регулирующим расход пульпы, причем в нижней части трубы расположен сборник концентрата, а перед отводом наклонно закреплен отражатель тяжелых частиц.
На Фиг. 1 представлена принципиальная конструкция трубно-тупикового концентратора.
На Фиг. 2 показан участок трубы концентратора в зоне размещения криволинейных направляющих пластин.
На Фиг. 3 показаны поперечные сечения трубно-тупикового концентратора, соответственно, в точках А, В, С и в зоне расположения выпрямителей потока пульпы.
На Фиг. 4 показаны векторы скоростей частицы драгметалла (а), частицы породы (б) в точке А (то же в точках В и С) и наложенные друг на друга векторные треугольники скоростей (в) для тех же частиц породы и драгметалла.
ТТК выполнен в виде трубы 8 (корпуса) (круглого или квадратного сечения), располагаемой с отклонением от вертикали на угол 3÷5° (в сторону, противоположную отводу), по которой непрерывно сверху вниз движется пульпа, состоящая из сыпучей горной массы, поступающей из бункера 1 через дозатор 2 в приемно-смесительную камеру 3, и воды, которая одновременно подается в задаваемом количестве. Уровень воды в приемно-смесительной камере 3 регулируется поплавковым регулятором 6. В приемно-смесительной камере 3 размещен лопаточный смеситель 7 для получения однородной пульпы, приводимый во вращение электродвигателем 4 с помощью вала 5.
Дезинтегрированная пульпа, получившая вращение, поступает вниз по трубе 8 (корпусу) через участок выпрямления, состоящий из нескольких вертикальных разделительных полос 9, придающих пульпе поступательное движение. Участок выпрямления движения пульпы оканчивается несколькими пластинами 10 криволинейной формы, направляющими поток пульпы в сторону трубного отвода 12, примыкающего к трубе 8 (корпусу) под некоторым углом α (α≈20÷25°). Трубный отвод 12 оканчивается вентилем 13, регулирующим расход пульпы, а следовательно, и производительность ТТК.
Размеры трубы 8 (корпуса) (высота и диаметр) определяются задаваемой производительностью и могут иметь практические значения в следующих пределах: диаметр до 1,0÷1,5 м, высота до 2,0 м в зависимости от физико-механических характеристик исходного сырья, типа полезного ископаемого, гранулометрической характеристики исходного сырья.
Принцип работы заявляемого ТТК состоит в следующем.
В приемно-смесительную камеру 3 подаются одновременно в задаваемых пропорциях сыпучая горная масса определенного класса крупности из бункера 1 (отходы переработки обогащения предыдущих лет) и вода, образуя рабочую смесь - пульпу. В приемно-смесительной камере 3 пульпа подвергается дополнительной дезинтеграции за счет соударения частиц друг об друга и поверхность смесителя 7, а также перемешиванию для придания однородности, после чего поступает в трубу 8 (корпус) тупикового концентратора. Труба 8 (корпус) может иметь как круглое, так и прямоугольное (в т.ч. квадратное) сечение и устанавливается с отклонением от вертикали на некоторый угол (3÷5 град.) в сторону противоположную отводу 12. Труба 8 (корпус) внутри разделена перегородками-успокоителями, выполненными в виде вертикальных разделительных полос 9, на вертикальные каналы для придания пульпе, получившей в приемно-смесительной камере 3 вращение, поступательного ламинарного движения. На выходе из вертикальных каналов в трубе 8 (корпусе) закреплены криволинейные направляющие пластины 10, а напротив устроен отвод 12 из трубы такого же сечения и формы, что и труба 8 (корпус). Продольная ось отвода 12 наклонена к горизонту под углом α≈25÷30 град. в сторону выхода, а на оконечности отвода 12 установлен вентиль 13.
Частицы твердого в составе пульпы (породы и драгметалла) наталкиваются на криволинейные направляющие пластины 10 и изменяют направление движения в соответствии с их геометрическими параметрами. При этом частицы породы, как имеющие плотность в 6-7 раз меньшую в сравнении с драгметаллом, подхватываются потоком пульпы и выносятся через отвод 12 в сборник отходов 15, а частицы драгметалла, также подхватываемые потоком пульпы, но вследствие значительно большего удельного веса не достигают до отвода 12 и опускаются в сборник концентрата 14. Для придания направленного движения тяжелых частиц в сборник концентрата 14 и одновременно предотвращения попадания их в отвод 12 трубе 8 придается наклон на некоторый угол (3÷5°) в сторону, противоположную отводу 12, а непосредственно у входа в отвод 12 над ним укрепляется наклонный отражатель 11 тяжелых частиц, не попадающих в зону действия криволинейных направляющих пластин 10. В связи со множеством факторов, влияющих на кинематику этого процесса, предусмотрено его повторение указанного процесса не менее 3-х раз в зоне отвода (точки А, В, С). Причем площадь перекрытия поперечного сечения трубы 8 (корпуса) в точке А составляет 30÷40%, в точке В - 50÷60% и в точке С - до 90%. Рассмотрим в деталях протекание процесса разделения частиц породы и полезного компонента в зоне расположения криволинейных направляющих пластин 10, в целях выявления параметрических зависимостей и оптимизации их связей.
Расчет параметров (размеров и положения) криволинейно направляющих пластин 10.
Введем обозначения:
D - диаметр трубы 8 (корпуса) концентратора или размер стороны квадрата (в случае, если труба 8 квадратного сечения), мм;
α - угол пристыковки (присоединения) отвода 12 к трубе 8, град;
а, b, с, f, h, y, - размеры, понятные из чертежа, мм;
R - радиус изгиба пластины 10, в мм;
п
V - скорость потока пульпы в трубе 8 (в корпусе концентратора), см/с;
оп
V - скорость витания частиц породы в воде, см/с;
од
V - скорость витания частиц драгметалла в воде, см/с;
рп
V - вектор результирующей скорости породной частицы, см/с;
рд
V - вектор результирующей скорости частицы драгметалла, см/с.
Как следует из принципа работы ТТК, радиус изгиба криволинейно направляющих пластин 10 примерно равен радиусу трубы 8 (корпуса) или половине стороны квадрата R=D/2, а положение криволинейной направляющей пластины 10 в плоскости рисунка - касательная в точках А, В, С к продольной оси отвода 12. При этом точка В расположена на центральной оси симметрии отвода 12, а положение точки А и точки С определяется расчетом.
Частица твердого (породы или драгметалла) после столкновения с криволинейной направляющей пластиной 10 под действием потока приобретает скорость потока (или близкую к ней по величине и направлению). При этом можно утверждать, что приобретаемая скорость частиц драгметалла (вследствие их более высокой плотности) будет меньше скорости, приобретаемой частицей породы. Суммарный вектор скорости движения частицы, покинувшей направляющую (точки А, В, С), слагается из векторов скорости среды (пульпы) и скорости опускания частицы в жидкости (воде), т.е. скорости ее витания. Графическое изображение этого процесса для частицы породы и частицы драгметалла показано на Фиг. 4.
Как следует из представленных диаграмм, различие в ориентации результирующих векторов скорости частиц породы и драгметаллов довольно существенно: угол β значительно больше угла γ. На учете этой разницы и основан принцип работы заявляемого устройства. Т.е. если создать соответствующие условия, можно получить в результате, что частица породы войдет (под действием потока пульпы) в зону отвода 12, а частица драгметалла окажется вне ее пределов. Эти условия обеспечиваются соответствующими координатами точек А, В, С. А это и есть указанные на Фиг. 2 размеры а, b, с, f, h, y,. Размеры y, h - это фактически диаметр трубы D (или стороны квадрата) (y) и половина этого диаметра (h). Размеры а, b, с, f определятся из решения векторных треугольников (рис. 4). Как известно, длина результирующего вектора суммы двух векторов определится по модулю:
Тогда положение указанных векторов скорости на плоскости определится равенствами:
а) для частицы драгметалла:
б) для частицы породы:
Используя приведенные зависимости между сторонами треугольника (в данном случае векторного), можно на стадии проектирования, путем графических построений определить необходимые геометрические и кинематические размеры заявляемого устройства, обеспечивающие разделение частиц драгметалла и пород в зоне обогащения. Производительность ТТК определяется геометрическими размерами трубы и скоростью потока пульпы в трубе. Например, при диаметре трубы 0,5 м и скорости потока пульпы в трубе 0,1 м/с производительность одного ТТК по твердому (при Т:Ж=1:8) составит 550 т/сут. Поставив рядом несколько таких ТТК можно достичь желаемой производительности всего комплекса ТТК.