ВИНТОВОЙ СЕПАРАТОР
SCREW SEPARATOR

Изобретение относится к сепарации материалов, обладающих магнитной восприимчивостью, и может быть использовано в горнообогатительной и металлургической промышленности, а также на очистных сооружениях для переработки производственных и бытовых сточных вод и отходов.
Для обогащения мелкозернистых песков и измельченных руд применяются винтовые сепараторы. Винтовые сепараторы представляют собой разновидность аппаратов, работающих по принципу разделения дисперсного материала в безнапорном потоке малой глубины. У винтовых сепараторов неподвижный наклонный гладкий желоб (русло) выполнен в виде спирали с вертикальной осью. Пульпа загружается в верхнюю часть желоба и под действием силы тяжести стекает вниз в виде тонкого, разной глубины по сечению, желоба потока. При движении в закрученном потоке помимо обычных гравитационных и гидродинамических сил, действующих на зерна, развиваются центробежные силы. В результате чего тяжелые минералы концентрируются у внутреннего борта желоба, а легкие - у внешнего.
Известны винтовые сепараторы, включающие пульпоприемник, винтовой желоб, устройство для разделения и вывода продуктов обогащения, распределитель смывной воды и состоящий из вертикальной осевой станины несущий каркас (Шохин В.Н., Лопатин А.Г. Гравитационные методы обогащения. М.: Недра, 1993. - С.249-260; Аникин М.Ф., Иванов В.Д., Певзнер М.Л. Винтовые сепараторы для обогащения руд. М.: Недра, 1970. - С.61-89). Данные винтовые сепараторы являются наиболее близким аналогом (прототипом) к предлагаемому устройству.
Однако они неэффективны при обогащении слабомагнитных и магнитных материалов, так как факторами разделения в них являются только крупность, плотность и форма зерен, в то время как ярко выраженное различие свойств минеральных веществ по магнитной восприимчивости в этих сепараторах не используется.
Известны магнитные сепараторы для обогащения руд железа, марганца, хрома, титана, вольфрама, тантала и ниобия и многих других цветных, редких и благородных металлов, основанные на разделении рудных и нерудных минералов по различию магнитных свойств. Существуют магнитные сепараторы двух типов: электромагнитные и с постоянными магнитами. В большинстве случаев магнитные сепараторы состоят из следующих основных частей: магнитной системы; устройства для разделения магнитной и немагнитной фракций, в котором создается силовое поле и находится разделительная перегородка; устройства для транспортирования материала относительно поля; питателя для равномерного распределения исходного материала по ширине рабочего пространства; вспомогательных механизмов. Имеется, в зависимости от конструкции устройств для перемещения материала относительно магнитной системы, большое количество разнообразных магнитных сепараторов: барабанные, ленточные, дисковые, роликовые, валковые, трубчатые и др. Но в основе работы всех их лежит один принцип: раздробленная до необходимой крупности руда подается тонким слоем в рабочую зону аппарата, где создано магнитное поле. Под действием силы тяжести или динамического напора воды частички, не обладающие магнитными свойствами (хвосты), свободно удаляются из этой зоны, в то время как частички, обладающие магнитными свойствами, удерживаются в магнитном поле и транспортирующей системой выносятся в другую сторону (Кармазин В.В., Кармазин В.И. Магнитные, электрические и специальные методы обогащения полезных ископаемых. М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2005. - Т.1: Магнитные и электрические методы обогащения полезных ископаемых. - С.481-552).
Магнитные сепараторы конструктивно сложны, малопроизводительны, трудоемки в эксплуатации, недостаточно эффективны при обогащении слабомагнитных и окисленных железных руд. К их недостаткам также относится то, что влияние различия свойств по крупности, плотности и форме зерен не играет существенной роли при разделении продуктов на магнитные и немагнитные части путем воздействия напряженности магнитного поля в среде обрабатываемого продукта.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является разработка винтового сепаратора, который бы при простоте конструкции, высокой производительности, малой трудоемкости в эксплуатации обеспечивал высокую эффективность разделения исходного материала на магнитную и немагнитную части.
Технический результат, достигаемый в заявленном изобретении, заключается в повышении эффективности разделения исходного материала за счет воздействия реагентов на поверхность твердой фазы пульпы, создания благоприятного состава водной фазы и использования большего количества факторов разделения - помимо плотности, размеров, формы зерен, также отличий свойств веществ по магнитной восприимчивости.
Указанный технический результат достигается тем, что винтовой сепаратор, включающий пульпоприемник, винтовой желоб, устройство для разделения и вывода продуктов обогащения, распределитель смывной воды и состоящий из вертикальной осевой станины несущий каркас, согласно изобретению снабжен встроенными в пульпоприемник аэратором пульпы воздухом или газами и устройством для подачи необходимых реагентов.
Кроме того, винтовой сепаратор снабжен магнитной системой, создающей магнитную напряженность в зоне разделения продукта обогащения с направлением магнитных сил на выделяемые зерна.
Кроме того, магнитная система вмонтирована в каркас сепаратора.
2
3
Вертикальная осевая станина несущего каркаса винтового сепаратора может быть выполнена из любых магнитных сплавов, например ЮНДК-24 или из керамических анизотропных магнитов из феррита бария (ВаО·6FeO).
Кроме того, магнитная система винтового сепаратора может быть выполнена из электромагнитов, питаемых постоянным током, или электромагнитов, питаемых переменным током.
Кроме того, магнитная система винтового сепаратора может быть выполнена из отдельных элементов любой формы, например спиралевидной.
Кроме того, аэратор пульпы может состоять из патрубка с форсункой.
В предпочтительном варианте выполнения сепаратора магнитная система установлена с регулируемым напряжением магнитного поля в пространстве разделения обрабатываемого материала с величиной напряженности магнитного поля от 39790 А/м и выше.
Целесообразно винтовой желоб, выполненный в виде спирали с вертикальной осью, изготавливать из чугунного или стального литья, железобетона, стального проката, обычно футерованного износостойкой резиной, предпочтительно марки 6253; а также из пластикового материала звеньями, соединенными между собой с помощью пазов, выполненных в торцевых частях каждого звена, смазанных клеем или без него, а по всей длине укрепленными стяжными шпильками.
Аэрация (газирование) жидкостей представляет собой различного рода способы перемешивания пульпы с воздухом или газами, например доменным (сильный восстановитель, повышающий магнитную восприимчивость слабомагнитных руд). Аэратор пульпы воздухом или газами может быть, например, выполнен в виде патрубка с форсункой. Так как способность смачиваться жидкостью у зерен полезных минералов и частиц пустой породы различна, то для усиления различий в смачиваемости отдельных минералов и для улучшения условий разделения процесс на винтовом сепараторе проводят с добавкой специальных реагентов, которые собираются на поверхности раздела твердое тело-жидкость и на границе раздела жидкость-воздух. К первой группе реагентов относятся собиратели - поверхностно-активные вещества, ухудшающие смачиваемость поверхности минералов водой, что сокращает время, необходимое для прилипания частицы к пузырьку, например древесно-каменноугольные смолы и др. Модификаторы усиливают или ослабляют действие собирателей. Для улучшения условия взаимодействия собирателей с поверхностью минералов применяют активаторы (известь, цианиды, силикат натрия и др.) Для ухудшения или полного прекращения взаимодействия в пульпу вводят депрессоры, ухудшающие смачиваемость минерала водой, например желатин, крахмал, гуммиарабик и др. Для тонкого диспергирования вводимого воздуха и образования устойчивой пены используют пенообразователи, например спирты, фенолы, сосновое, пихтовое и другие масла и др. К вспомогательным реагентам относятся: регуляторы рН среды, изменяющие концентрацию гидроксидных и водородных ионов в пульпе, например серная кислота, известь, сода и др.; модификаторы пены - реагенты, меняющие структуру пены или гасящие ее. Оптимальный расход воздуха (газа) определяют расходом других реагентов, рН среды, плотностью пульпы, степенью окисленности руды и степенью измельчения. Ассортимент реагентов определяют в зависимости от типа и характеристики минерального продукта, степени его измельчения и кондиций, предъявляемых к продуктам обогащения.
Конструкция магнитной системы данного винтового сепаратора может быть любой: электромагнитной, в частности - сверхпроводящей; на постоянных магнитах; выполненной из отдельных элементов любой формы, например спиралевидной, магнитные силы в которой направлены в сторону оси сепаратора. Она должна обеспечивать при работе винтового сепаратора поддержание необходимой магнитодвижущей силы на поверхности полюсов при минимальной стоимости магнитных материалов и минимальных эксплуатационных расходах (стоимость электроэнергии, охлаждающей среды и т.д.). Винтовые сепараторы с электромагнитной, питаемой постоянным током, конструкцией магнитной системы менее надежны по сравнению с винтовыми сепараторами с электромагнитной, питаемой переменным током, конструкцией магнитной системы, в связи с тем что их работа зависит не только от наличия электроэнергии в сети переменного тока, но и от состояния преобразователей и пускорегулирующей аппаратуры сети постоянного тока. Наиболее надежными являются винтовые сепараторы с магнитными системами, набранными из постоянных магнитов. Регулировать напряженность магнитного поля в пространстве разделения обрабатываемого материала винтового сепаратора с магнитной системой, выполненной из постоянных магнитов, например, возможно путем перемещения разделительных элементов (экранов) между магнитами и обрабатываемым материалом, путем управления рабочим магнитным сопротивлением магнитного шунта в цепи постоянного магнита и т.д.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 и фиг.2 изображен вариант выполнения винтового сепаратора.
Винтовой сепаратор состоит из пульпоприемника 1, винтового желоба 2, устройства для разделения и вывода продуктов обогащения 3, распределителя смывной воды 4, вертикальной осевой станины 5 несущего каркаса 6, аэратора пульпы воздухом или газами 7, устройства для подачи необходимых реагентов 8, магнитной системы 9.
Винтовой сепаратор работает следующим образом.
Включается магнитная система 9. Из распределителя смывной воды 4 подается равномерно распределяемая по всему периметру внутреннего борта винтового желоба 2 смывная вода, которая образует поток небольшой глубины. Исходный материал (пульпа) поступает в пульпоприемник 1, где при помощи аэратора пульпы воздухом или газами 7 и устройства для подачи необходимых реагентов 8 создают аэрацию пульпы с подачей необходимых реагентов. В пульпоприемнике 1 формируется поток с кинематической структурой, близкой к винтовому, а также осуществляется плавный ввод потока в винтовой желоб 2, смонтированный на несущем каркасе 6. Далее пульпа по винтовому желобу 2 под действием силы тяжести стекает вниз в виде тонкого, разной глубины по сечению желоба потока. По мере прохождения потока пульпы через межполюсное пространство магнитной системы 9 в закрученном потоке помимо гравитационных (силы тяжести), гидродинамических (динамический напор воды), центробежных сил на зерна материала также воздействуют магнитные силы. Из общего потока движущейся пульпы выделяются металломагнитные частицы, изменяющие свой путь по направлению движения магнитной силы. Тяжелые частицы, обладающие магнитными свойствами, концентрируются у внутреннего борта винтового желоба 2, а легкие частицы, не обладающие магнитными свойствами, - у внешнего. Под действием силы тяжести или динамического напора воды частички, не обладающие магнитными свойствами (хвосты), свободно удаляются из этой зоны, в то время как частички, обладающие магнитными свойствами, удерживаются в магнитном поле и транспортирующей системой устройства для разделения и вывода продуктов обогащения 3 выносятся в другую сторону.
Использование данного винтового сепаратора дает возможность повысить эффективность разделения исходного материала на магнитную и немагнитную части за счет воздействия реагентов на поверхность твердой фазы пульпы, создания благоприятного состава водной фазы и использования большего количества факторов разделения - помимо плотности, размеров, формы зерен, также отличий свойств веществ по магнитной восприимчивости.