Лабораторный сепаратор сыпучих материалов

Полезная модель относится к оборудованию для гравитационного разделения и может быть применена для лабораторных исследований тонких и мелких классов материалов.
Технологии гравитационного разделения позволяют проводить сепарацию или обогащение при помощи высокоэффективного и не сложного оборудования с минимальным энергопотреблением по сравнению с другими процессами обогащения. Гравитационное разделение - это физический процесс, в котором разделение частиц одного размера от другого зависит от их относительного движения под действием силы тяжести и каких-либо других (одной или нескольких) сил. Основными параметрами, определяющими относительное движение частиц, являются: их масса, размеры и плотность. Если эти параметры значительно отличаются друг от друга, то разделение происходит относительно легко. Необходимо так же иметь в виду, что если две частицы имеют одинаковую плотность, то частица большего диаметра имеет более высокую конечную скорость, это характерно для однородного материала, а если две частицы имеют одинаковый диаметр, то более тяжелая частица имеет более высокую конечную скорость, что имеет место при обогащении.
Существует достаточно большое разнообразие оборудования, которое разделено на два широких класса: относящееся к движению частицы в вертикальной плоскости - обогащение в объеме пульпы; и относящееся к движению частиц по наклонной плоскости - сепарация в тонком слое. Эффективность сепарации по крупности является важным фактором при получении окончательного продукта. Таким образом, идеальный процесс гравитационной сепарации должен отделять 100% одного размера продукта в одной фракции и 100% отличного размера в другой.
В лабораторных условиях применяются в основном концентрационные столы. Частицам материала сообщается периодическое движение, обусловленное движением рабочей поверхности - деки. При воздействии поперечного потока пульпы и продольных колебаний деки происходит перемещение частиц в продольном и поперечном направлениях. Каждая частица разделяемого материала в зависимости от ее плотности и крупности приобретает определенную скорость и направление движения относительно деки концентрационного стола.
-1
За прототип принят лабораторный сепаратор Мозли, который состоит из рабочей поверхности - деки, установленной с продольным наклоном относительно основания и механический привод для передачи рабочей поверхности простых гармонических колебаний. (Anon (1979). British-developed laboratory separator aids small-scale mineral studies. Min. Mag, Jan. 45-48.) Разделение порции материала крупностью от 10 до 200 мкм осуществляется продольным встряхиванием и поперечными колебаниями посредством буферов. Буферы оттягиваются от стержня кулачковым механизмом и роликовой системой и возвращаются пружиной. Пробы массой 5-100 г помещают в верхней части лотка, смачивают и включают вибрацию рабочей поверхности в течение 3-5 минут. Тяжелые частицы остаются на поверхности сепарации или (при разновидности удара по концу) медленно движутся вверх. Легкие частицы стекают вниз в разгрузочный контейнер под действием небольшого потока орошающей воды. В зависимости от необходимого результата, выбирается продольный наклон поверхности сепарации 1,75-3°, частота колебаний 60-110 мин, амплитуда при этом составляет 6-15 мм, и расход орошающей жидкости около 3 л/мин.
К недостаткам прототипа относится недостаточная эффективность разделения материалов, не позволяющая выделить более узкие фракции.
Задачей полезной модели является повышение эффективности разделения тонких и мелких классов материалов.
Поставленная задача решается тем, что в лабораторном сепараторе сыпучих материалов, состоящим из основания, на котором наклонно установлена поверхность сепарации с возможностью совершения колебаний, источника колебаний  и патрубка подачи, согласно полезной модели, на поверхности
сепарации выполнены под углом 65-85 градусов  на расстоянии 50 мм друг от друга поперечные рифли.
Угол наклона поверхности сепарации равен  5-16 градусам.
Поперечные рифли поверхности сепарации выполнены высотой 0,2 мм.
Патрубок подачи обеспечивает подачу сыпучего материала между верхними рифлями.
В качестве источника колебаний применен дебалансный вибратор, размещенный в верхней части поверхности сепарации с тыльной ее стороны.
Технический результат предложенного решения, заключающийся в повышении эффективности разделения тонких и мелких классов материалов, обусловлен наличием на поверхности сепарации, шарнирно установленной под углом к основанию, поперечных рифлей, выполненных под углом 65-85 градусов  на расстоянии 50 мм друг от друга, что исключает возникновение вторичных циркуляционных потоков, и способствует более эффективному разделению материла, и подачей сыпучего материала между верхними рифлями, находящимися в зоне с наибольшей амплитудой колебаний поверхности сепарации.
Полезная модель поясняется чертежами.
На фиг. 1 приведена принципиальная схема лабораторного сепаратора.
На фиг. 2 представлен вид сверху на поверхность сепарации с системой нарифлений.
Сепаратор (фиг. 1) содержит основание 1, поверхность сепарации 2 из медной отполированной пластины, которая установлена под углом 5-16 градусов к основанию при помощи шарниров 6. Дебалансный вибратор 3, жестко закрепленный с тыльной стороны поверхности сепарации, задает частоту и амплитуду ее колебаний. Регулировочный винт 4 служит для изменения угла наклона рабочей поверхности. Буфер 5 создает дополнительный удар по рабочей поверхности, способствуя разделению слипшихся частиц материала. Разделяемый материал поступает на поверхность сепарации через питающий патрубок 7.
Для повышения эффективности разделения тонких и мелких классов материалов на поверхности сепарации выполнены рифли 8.1-8.4 (фиг. 2), определяющие места концентрации частиц материала. Конструкция рабочей поверхности должна быть выполнена так, чтобы исключить вероятность возникновения вторичных циркуляционных потоков в межрифельных пространствах. (Шохин В.Н., Лопатин А.Г. Гравитационные процессы обогащения. - М.: Недра, 1980. с. 256-257).
В результате проведенных исследований для исключения вероятности возникновения вторичных циркуляционных потоков была разработана система поперечных нарифлений: высота рифлей примерно равна максимальному размеру частиц разделяемого материала, угол наклона а составляет 65-85 градусов относительно продольной стороны деки.
Устройство работает следующим образом. Питающий патрубок 7 (фиг. 1) располагают над вибрирующей поверхностью сепарации 2, между 8.1 и 8.2 рифлями, считая от верхнего края, на высоте 3-5 см и подают разделяемый материал. Дебалансный вибратор, представляет собой неуравновешенный ротор, приводимый во вращение двигателем постоянного тока. Управляя оборотами двигателя, добиваются частоты вибрации поверхности сепарации, при которой начинается разделение потока частиц на два или более ручьев в зависимости от требований сепарации. Ручьи могут образовываться от питающего патрубка вверх, выше 8.1-ой рифли; вправо или влево между 8.1 и 8.2, 8.2 и 8.3, 8.3 и 8.4 рифлями и вниз - ниже 8.4-ой рифли.
Процесс разделения частиц в предлагаемом устройстве непрерывный (в отличие от прототипа). Движение частиц зависит от угла наклона поверхности сепарации. При углах до 5 градусов крупные частицы движутся вверх, при больших - вниз.
4
Разделению подвергали порошок ВС фракции F150 в состоянии поставки. Разделение осуществлялось без применения орошающей жидкости, что позволило исключить последующую операцию сушки.
Угол наклона поверхности сепарации установили 12 градусов, высота рифлей 0,2 мм; расстояние между рифлями 50 мм, угол наклона α составил 80 градусов.
Предварительной сепарацией, проведенной на этом же сепараторе, была выделена часть порошка с размером от 5 до 40 мкм.
При работе на лабораторном сепараторе, высыпающийся из питающего патрубка 7 сепарируемый материал разделялся на 4 ручья в различных частях поверхности сепарации. Первый - низ, стекал ниже 8.4 рифли, второй - середина 1, между 8.3 и 8.4 рифлями, середина 2 - между 8.3 и 8.2 рифлями и четвертый - верх, выше 8.1 рифли. Из материала этих ручьев были отобраны пробы для фракционного анализа.
Анализ проводился на микроскопе LevenhukDTX 30 при увеличении х230. С помощью программного обеспечения MicroCapture Plus, входящего в комплект поставки микроскопа. Результаты анализа приведены в таблице 1.
Как видно из таблицы 1 оптимальным является угол наклона поверхности сепарации 12 градусов, а также частота и амплитуда вибрации, достигаемые при напряжении на дебалансном вибраторе в 11,2 В. При других напряжениях наблюдается перекрытие размера частиц в разных пробах. При напряжениях 11 и 14,2 В разделения не происходило. Увеличение угла наклона поверхности сепарации до 16 градусов позволило выделить более узкую фракцию 5-14 мкм. Расход порошка составил 100 г/мин.
За счет изменения частоты и амплитуды вибрации, а также регулирования угла наклона поверхности сепарации, возможно перемещение и регулирование скорости движения разного по свойствам и размерам исследуемого материала.
Заявленный сепаратор повышает эффективность разделения сыпучих материалов, а именно, позволяет выделить более узкие фракции (более узкий размерный диапазон).
Кроме того, уменьшено время сепарации, за счет того, что процесс сепарации идет при непрерывной подаче материалов из питающего патрубка, кроме того угол наклона поверхности сепарации, составляющий 5-16 градусов позволяет свободно перемещаться частицам материала без применения орошающей жидкости: процесс разделения идет одновременно по нескольким размерным диапазонам. Упрощена конструкция за счет применения дебалансного вибратора, установленного в верхней части рабочей поверхности с ее тыльной стороны.
Конструкция сепаратора проста в изготовлении и эксплуатации, при необходимости ее можно быстро переналадить. Компактность сепаратора позволяет транспортировать его. Заявляемый сепаратор, в отличие от прототипа, имеет простой механизм, обеспечивающий колебания поверхности сепарации - дебалансный вибратор.