ШЛЮЗ ДЛЯ ДОБЫЧИ ТЯЖЕЛЫХ МИНЕРАЛОВ ИЗ ПУЛЬПЫ
SLUICE FOR EXTRACTING HEAVY MINERALS OUT OF PULP

Область техники
Изобретение относится к конструкции шлюзов для добычи тонкодисперсных тяжелых минералов типа золота, ртути и т.п., их гравитационным осаждением из потока пульпы и дополнительного извлечения с помощью магнитных сепараторов ферромагнитных частиц магнетита, ильменита, железа, чугуна, стали и железной окалины как побочных целевых продуктов. В частности, такие шлюзы наиболее пригодны для разработки измельченных отвалов некоторых горных и металлургических предприятий и золы тепловых электростанций, которые работают на твердом топливе.
Известный уровень техники
Общеизвестны методы гравитационного осаждения частиц тяжелых минералов с высокой плотностью из потока пульпы, содержащей такие частицы естественных или искусственных минералов с существенно меньшей плотностью, которые смываются указанным потоком в хвосты (Шохин В.Н., Лопатин А.Г. «Гравитационные методы обогащения», М.: НЕДРА, 1993).
Однако гравитационное обогащение тем менее эффективно, чем меньше разность между плотностью целевого продукта и примесей, которые присутствуют в пульпе, и чем больше концентрация ферромагнитных частиц в этой пульпе.
Этот недостаток особенно заметен при применении шлюзов мелкого наполнения с монолитными ячеистыми улавливающими ковриками и жесткими неподвижными трафаретами (Кармазин В.И. Процессы и машины для обогащения полезных ископаемых. - М.: НЕДРА, 1974, с.115-188).
3
Ячейки ковриков в таких шлюзах за 1,5-2 часа работы забиваются осадком настолько плотно, что частицы тяжелых минералов проскакивают в потоке пульпы над «постелью» и сносятся в отвал с существенным снижением доли целевого продукта в концентрате. Если же в пульпе присутствуют ферромагнитные или иные частицы с относительно высокой (более 7,5 г/см) плотностью, то они в значительной мере оседают в ячейках улавливающих ковриков вместе с частицами тяжелых минералов. Это обедняет концентрат и снижает эффективность процесса в целом.
Поэтому не прекращаются попытки предотвратить быстрое уплотнение "постели" и оседание в ячейках улавливающих ковриков частиц минералов с относительно высокой плотностью.
Так, целенаправленное локальное разрыхление концентрата для выталкивания из него частиц с относительно высокой плотностью и замедления уплотнения "постели" обеспечивает шлюз согласно RU 2095147 С1. Он (см. фиг.1 и соответствующие части патентного описания) имеет:
(а) наклоненный к горизонтали проточный желоб, у которого по меньшей мере дно выполнено из неферромагнитного материала и который в рабочем положении подключен верхним концом к источнику пульпы, а нижним концом - к средству отвода хвостов обогащения в отвал;
(б) уложенный на дно желоба ячеистый улавливающий коврик, который по меньшей мере под некоторыми ячейками оснащен вкладышами в виде пластинок постоянных магнитов;
(в) комплект кинематически связанных между собою жестких трафаретов мелкого наполнения, каждый из которых имеет волнистые в плане рифли с плавно соединенными «полуволнами» и которые последовательно расположены над улавливающим ковриком на одном уровне по меньшей мере в два продольных ряда и подключены по меньшей мере к одному приводу возвратно-поступательного движения вдоль бортов желоба и указанного коврика,
(г) средство возбуждения вертикальных колебаний в потоке пульпы на базе импульсного генератора переменного тока и соленоидов, в которых обмотки подключены по питанию к этому генератору, а торцы расположены под теми ячейками улавливающего коврика, которые оснащены магнитными вкладышами.
В описанном шлюзе волнистые рифли и поперечные рифли колеблющихся трафаретов и бортики ячеек улавливающего коврика тормозят поток пульпы и целенаправленно деформируют поле скоростей твердых частиц. При этом «легкие» частицы отдаляются от каждой выпуклости той волнистой рифли, которую огибает часть потока пульпы, а частицы тяжелых минералов остаются вблизи или приближаются к этим выпуклостям. Вертикальные колебания частей коврика под импульсным действием соленоидов разрыхляют оседающий в ячейках коврика концентрат, что способствует многократному перераспределению тяжелых частиц в поле скоростей и обогащению концентрата целевым продуктом.
Однако описанный шлюз с ячеистым ковриком, имеющим магнитные вкладыши, во время работы с пульпой, которая содержит ферромагнитные частицы, улавливает их вместе с тяжелыми минералами. Это ухудшает качество концентрата и затрудняет его переработку в целевой продукт.
Шлюз, наиболее близкий по технической сути к предлагаемому далее шлюзу, известен из международной публикации WO 2006/085831 от 17.08.2006 или из RU 2262385, который выдан на изобретение "Шлюз для осаждения концентратов тяжелых минералов из пульпы и улавливающий коврик для него". Известный шлюз имеет:
(а) наклоненный к горизонтали проточный желоб, у которого по меньшей мере дно выполнено из неферромагнитного материала и который в рабочем положении подключен верхним концом к источнику пульпы, а нижним концом - к средству отвода хвостов обогащения в отвал;
(б) ячеистый улавливающий коврик, уложенный на дно желоба и по меньшей мере под некоторыми ячейками оснащенный вкладышами в виде пластинок постоянных магнитов;
(в) комплект кинематически связанных между собою жестких трафаретов мелкого наполнения, каждый из которых подключен по меньшей мере к одному приводу возвратно-поступательного перемещения вдоль бортов желоба и указанного коврика и имеет:
расположенные на одном уровне над улавливающим ковриком по меньшей мере в два продольных ряда волнистые в плане рифли, полуволновые части каждой из которых последовательно чередуются по направлению выпуклости и соединены плоскими вставками, высота которых практически равна высоте полуволновых частей, и
поперечные рифли, которые расположены в промежутках между рядами волнистых рифлей и между крайними рядами таких рифлей и бортами желоба и в каждом ряду выполнены в виде отдельных пластин, установленных с возможностью поворота внутри соответствующих каналов между продольными рифлями и/или бортами желоба;
(г) средство возбуждения вертикальных колебаний в потоке пульпы на базе импульсного генератора переменного тока и соленоидов, в которых обмотки подключены по питанию к этому генератору, а торцы расположены под теми ячейками улавливающего коврика, которые оснащены магнитными вкладышами;
д) по меньшей мере один магнитный сепаратор, который имеет:
неферромагнитный короб, установленный по меньшей мере над одним выбранным трафаретом, и подключен к приводу возвратно-поступательного перемещения относительно этого трафарета, и
установленный в этом коробе на подвесках набор плоских постоянных магнитов, количество и расположение которых в плане соответствуют количеству и расположению магнитных вкладышей под ячейками улавливающего коврика и которые подключены к приводу синхронного возвратно-вращательного движения относительно дна короба.
Описанный шлюз в сравнении с предшествующим аналогом позволяет выделять из потока пульпы даже тонкодисперсные и пластинчатые частицы тяжелых минералов на фоне засоренности потока ферромагнитными частицами. Действительно, известный магнитный сепаратор временно выделяет ферромагнитные частицы во время локальных всплесков колеблющейся пульпы и возвращает их в поток над поперечными рифлями трафаретов в моменты локального снижения уровня пульпы.
Такое простое перенесение ферромагнитного материала в отвал эффективно лишь при условиях, если его концентрация в пульпе незначительно отличается от концентрации целевого продукта и не представляет самостоятельного экономического интереса. Такая ситуация возможна, например, во время осаждения рассыпного золота из естественных песков с примесями ильменита или магнетита.
Однако известно, что в отвалах многих горных и металлургических предприятий и в золе тепловых электростанций, которые работают на твердом топливе, ферромагнитные материалы присутствуют в концентрациях, которые намного превышают концентрацию золота или других тяжелых минералов.
Поэтому периодическое выхватывание ферромагнитных частиц из потока пульпы и возврат их в этот поток с частотой действия описанного выше средства возбуждения вертикальных колебаний уже не может гарантировать надежное оседание частиц ценных тяжелых минералов в ячейках улавливающих ковриков. Действительно при условии высокой концентрации ферромагнитного материала в пульпе под коробом, в котором размещены поворотные постоянные магниты, из ферромагнитных частиц возникает "борода", а окончательное намагничивание этих частиц стабилизирует эту «бороду» в потоке пульпы. Далее намагниченные ферромагнитные частицы будут надежно закрепляться в тех ячейках улавливающего коврика, под которыми расположены вкладыши из постоянных магнитов. И, наконец, сбрасывание ферромагнитного материала в отвал экономически нецелесообразно.
Краткое изложение сущности изобретения
В основу изобретения положена задача путем разделения путей отбора выделенных из потока пульпы ферро- и неферромагнитных целевых продуктов и усовершенствования магнитного сепаратора создать такой шлюз, который существенным образом уменьшал бы риск совместного осаждения в концентрат частиц ценных тяжелых минералов и ферромагнитных материалов и, вследствие этого, был бы пригоден для перечистки отвалов железорудных горно-обогатительных комбинатов, предприятий черной металлургии и угольных тепловых электростанций.
Поставленная задача решена тем, что шлюз для осаждения тяжелых минералов из потока пульпы согласно изобретению имеет:
(а) по меньшей мере один наклоненный к горизонтали основной проточный желоб из неферромагнитного материала для пропуска потока пульпы, содержащей смесь частиц тяжелых минералов и произвольных примесей, который в рабочем положении подключен верхним концом к источнику пульпы, а нижним концом - к средству отвода хвостов обогащения в отвал;
(б) ячеистый коврик, уложенный на дно основного проточного желоба для улавливания и накопления в ячейках концентрата тяжелого минерала;
(в) по меньшей мере один комплект кинематически связанных жестких неферромагнитных трафаретов мелкого наполнения, расположенный между бортами основного желоба над указанным ковриком и подключенный по меньшей мере к одному приводу возвратно-поступательного перемещения вдоль бортов желоба и коврика, в котором каждый трафарет имеет продольные и поперечные рифли;
(г) по меньшей мере один дополнительный также наклоненный к горизонтали неферромагнитный желоб для сбрасывания в него и отдельного отвода ферромагнитных частиц, выделенных из потока пульпы в основном желобе, который в рабочем положении подключен к сборнику ферромагнитного концентрата;
(д) по меньшей мере один установленный над желобами с возможностью шагового вращения и вертикального возвратно-поступательного перемещения магнитный сепаратор на основе по меньшей мере двух управляемых электромагнитов для улавливания из потока пульпы в основном желобе ферромагнитных частиц и их переноса и сбрасывания в дополнительный желоб.
В таком шлюзе управляемые электромагниты попеременно погружаются в поток пульпы, которая течет в основном желобе, отбирают из него ферромагнитные частицы и переносят их в дополнительный желоб для последующего формирования ферромагнитного концентрата. Соответственно существенно улучшаются условия для осаждения частиц драгоценных тяжелых минералов типа золота или экологически опасных тяжелых минералов типа ртути из обедненного ферромагнитным материалом потока пульпы. Кроме того, включенные электромагниты при погружении в поток пульпы в основном желобе служат возбудителями ее вертикальных колебаний. Эти колебания замедляют уплотнение "постели" в ячейках ковриков и способствуют возвращению в пульпу частиц тех естественных или искусственных минералов, которые не являются целевыми продуктами гравитационного обогащения.
Первое дополнительное отличие состоит в том, что шлюз оснащен по меньшей мере одним дополнительным средством возбуждения вертикальных колебаний в потоке пульпы над ячейками коврика. Это целесообразно, если пульпа содержит заметные примеси неферромагнитных частиц свинца, меди, вольфрама и других металлов с высокой плотностью или оксидов, или карбидов таких металлов.
Второе дополнительное отличие состоит в том, что шлюз содержит расположенные рядом практически одинаковые по ширине один основной и один дополнительный желоб, и такой магнитный сепаратор, который имеет ось, расположенную над зоной стыка бортов указанных желобов, и установленный на этой оси держатель крестообразно размещенных управляемых электромагнитов. Это простейший вариант реализации изобретения, пригодный для добывания тяжелых минералов и ферромагнитных материалов из большинства измельченных промышленных отходов.
Третье дополнительное отличие состоит в том, что шлюз содержит один относительно широкий основной желоб и два относительно узких дополнительных желоба, расположенные по бокам основного желоба, и такой магнитный сепаратор, который имеет ось, расположенную над средней частью основного желоба, и установленный на этой оси держатель крестообразно размещенных управляемых электромагнитов. Этот вариант желателен, если пульпа насыщена ферромагнитными частицами, более крупными в сравнении с частицами выделяемого тяжелого минерала.
Четвертое дополнительное отличие состоит в том, что шлюз содержит два относительно широких основных желоба и один расположенный между ними относительно узкий дополнительный желоб, а поворотный магнитный сепаратор имеет ось, которая расположена над средней частью дополнительного желоба, и установленный на этой оси держатель крестообразно размещенных управляемых электромагнитов. Этот вариант желателен, если пульпа насыщена ферромагнитными частицами, которые близки по размерам к частицам выделяемого тяжелого минерала.
Специалистам понятно, что приведенные ниже примеры конструкции шлюзов никоим образом не ограничивают объем прав, определенный формулой изобретения, и что этот замысел может быть дополнен и/или уточнен с использованием обычных инженерных познаний (особенно в части типа, количества и расположения электромагнитов, конкретной конструкции приводов их держателей и системы автоматического управления их работой).
Краткое описание чертежей
Далее сущность изобретения поясняется подробным описанием конструкции и работы предложенного шлюза со ссылками на чертежи, где изображены на:
фиг.1 - простейший шлюз с двумя желобами для осаждения тяжелых минералов из потока пульпы, засоренного ферромагнитными частицами (вид в плане);
фиг.2 - схема расположения магнитного сепаратора относительно желобов шлюза, показанного на фиг.1;
фиг.3 - пример шлюза с центральным основным желобом и двумя боковыми дополнительными желобами (вид в плане);
фиг.4 - пример шлюза с двумя боковыми основными желобами и центральным дополнительным желобом (вид в плане).
Наилучшие примеры осуществления изобретения
В любом варианте воплощения изобретения предложенный шлюз имеет (см. фиг.1-4):
по меньшей мере один наклоненный к горизонтали основной проточный желоб 1 из неферромагнитного материала, который в рабочем положении подключен верхним концом к не показанному источнику пульпы, а нижним концом - к также не показанному средству отвода хвостов обогащения в отвал;
ячеистый улавливающий коврик 2, уложенный на дно основного проточного желоба 1 (показанный явно на фиг.2 и условно в "окнах" на фиг.1, 3 и 4) для улавливания и накопления в ячейках концентрата тяжелого минерала как основы главного целевого продукта;
по меньшей мере один комплект кинематически связанных жестких неферромагнитных трафаретов 3 мелкого наполнения, расположенный между бортами основного желоба 1 над ковриком 2 и подключенный по меньшей мере к одному пригодному приводу возвратно-поступательного перемещения вдоль бортов желоба 1 и коврика 2, в котором каждый трафарет 3 имеет не обозначенные особо продольные (в частности, прямые или волнистые в плане) и поперечные (обычно прямые в плане) плоские рифли;
по меньшей мере один обычно также наклоненный к горизонтали дополнительный желоб 4 для сбрасывания в него и отдельного отвода ферромагнитных частиц, выделенных из потока пульпы в основном желобе 1, который преимущественно изготовлен из неферромагнитного материала и в рабочем положении подключен (например, с помощью скребкового транспортера) к не показанному сборнику ферромагнитного концентрата как основы дополнительного целевого продукта;
по меньшей мере один установленный над основным 1 и дополнительным 4 желобами с возможностью шагового вращательного движения и вертикального возвратно-поступательного перемещения магнитный сепаратор на основе по меньшей мере двух управляемых электромагнитов 5 для улавливания из потока пульпы в основном желобе 1 ферромагнитных частиц и их перенесения и сбрасывания в дополнительный желоб 4.
Привод возвратно-поступательного перемещения трафаретов 3 условно показан парами встречных прямых стрелок на фиг.1, 3 и 4.
Как правило, магнитный сепаратор (см. фиг.1-4) имеет ось 6 и посаженный на нее держатель 7 управляемых электромагнитов 5, которые расположены в плане крестообразно. Привод шагового вращательного движения держателя 7 условно показан на фиг.1, 3 и 4 дуговыми стрелками. Привод вертикального возвратно-поступательного перемещения держателя 7 относительно оси 6 (или вместе с осью 6) условно показан на фиг.2 верхней парой прямых встречных стрелок. Понятно, что упомянутые поводы должны быть подключены к не показанной особо системе автоматического управления шлюзом. Эта система нужна для включения электромагнитов 5 на время их погружения в поток пульпы в основном желобе и переносе ферромагнитных частиц между основным 1 и дополнительным 4 желобами и выключения этих электромагнитов 5 на время пребывания над дополнительным желобом 4.
В простейшем варианте воплощения изобретения (фиг.1) шлюз имеет расположенные рядом практически одинаковые по ширине один основной желоб 1 и один дополнительный желоб 4, а ось 6 магнитного сепаратора расположена над зоной стыка бортов этих желобов 1 и 4.
В одном из более сложных вариантов шлюз имеет один относительно широкий основной желоб 1 и два относительно узких дополнительных желоба 4, расположенные по бокам основного желоба 1, а ось 6 магнитного сепаратора расположена над средней частью основного желоба 1.
Во втором более сложном варианте шлюз имеет два относительно широких основных желоба 1 и один расположенный между ними относительно узкий дополнительный желоб 4, а ось 6 магнитного сепаратора расположена над средней частью дополнительного желоба 4.
Предложенный шлюз может быть оснащен по меньшей мере одним пригодным дополнительным средством возбуждения вертикальных колебаний в потоке пульпы над ячейками коврика 2. Это средство условно показано на фиг.2 нижней парой прямых встречных стрелок.
Работает описанный шлюз следующим образом.
Проточные желоба 1 и 4 устанавливают в рабочее положение так, чтобы дно любого из них было наклонено к горизонтали под углом, выбранным преимущественно в интервале от 6° до 11°. Далее каждый основной желоб 1 подключают верхним концом к избранному источнику пульпы, а нижним концом - к средству удаления хвостов обогащения в отвал, укладывают улавливающий коврик 2 на дно каждого основного желоба 1 и устанавливают над ним трафареты 3. Далее:
выводят магнитный сепаратор в исходное положение, в котором по меньшей мере одна группа управляемых электромагнитов 5 опущена почти вплотную к трафаретам 3 и расположена поперек (фиг.1, 2 и 4) или вдоль (фиг.3) бортов основного желоба (или желобов) 1,
включают электромагниты 5 и привод возвратно-поступательного перемещения трафаретов 3 и начинают подачу пульпы, которая содержит неферромагнитные частицы выщеляемого тяжелого минерала, неферромагнитные частицы примесей и ферромагнитные частицы.
После выдерживания группы включенных электромагнитов 5 в потоке пульпы к накоплению "бороды" из ферромагнитных частиц держатель 7 поднимают над уровнем бортов желобов 1 и 4, поворачивают на 90° и снова опускают до погружения в пульпу очередной группы электромагнитов 5. Во время такого опускания использованные электромагниты 5 выключают, а погружаемые электромагниты 5 включают. Промежуток времени, на который надо погружать электромагниты 5 в пульпу, обычно определяют экспериментально в ходе пробной эксплуатации шлюза с пульпой определенного состава.
Описанные манипуляции с электромагнитами 5 приводят к следующим следствиям. Их погружение в поток и подъем из потока порождают вертикальные колебания уровня (то есть всплески) пульпы, которые способствуют перераспределению частиц между ячейками коврика 2 и потоком и замедляют уплотнение "постели". "Бороды" из ферромагнитных частиц отпадают от электромагнитов 5, расположенных над соответствующим дополнительным желобом 4, сразу после их отключения.
Затем процесс изменения положение групп электромагнитов 5 относительно желобов 1 и 4 повторяется, как описано выше, до заполнения ячеек коврика 2 концентратом выделяемого тяжелого минерала. После этого:
подачу пульпы в шлюз прекращают,
улавливающий коврик 2 извлекают из основного проточного желоба 1,
концентрат тяжелого минерала удаляют из ячеек коврика 2 и упаковывают в контейнеры для сохранения и перевозки на завод по извлечению целевого продукта,
на дно желоба 1 укладывают очищенный (или сменный, или новый) коврик 2 и
весь процесс повторяют, как описан выше.
Осадок ферромагнитных частиц смывают или соскребают со дна каждого дополнительного желоба 4 по меньшей мере периодически.
Если в составе шлюза применено дополнительное средство возбуждения вертикальных колебаний в потоке пульпы над ячейками коврика 2, то его целесообразно включать во время выдерживания электромагнитов 5 в потоке пульпы и/или во время поворотов держателя 7.
Промышленная применимость
Описанный шлюз в любом из вариантов может быть легко изготовлен из доступных материалов и комплектующих изделий на существующих машиностроительных заводах и эффективно использован при перечистке отвалов железорудных горно-обогатительных комбинатов, предприятий черной металлургии и угольных тепловых электростанций с существенным снижением риска совместного осаждения частиц ценных тяжелых минералов и ферромагнитных материалов.