ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ ДИСКОВЫЙ КОНЦЕНТРАТОР

Техническое решение относится к области горнодобывающей промышленности и может быть использовано для разделения различных по плотности сыпучих материалов.
Известны различные центробежные концентраторы руды (см., например, патенты: РФ №№: 31340, МПК В03В 5/32, опубликован 10.08.2003; 113677, МПК В03В 5/00, опубликован 27.02.2012; CN №103394405, МПК В03В 5/48, опубликован 20.11.2013), содержащие в общем случае установленную с возможностью вращения вокруг вертикальной оси конусную чашу с кольцевыми нарифлениями на внутренней поверхности, приспособление для подачи питания, приспособление для подачи в чашу разрыхляющей и смывной воды и приспособления для выгрузки легкой и тяжелой фракций.
Известные концентраторы имеют ряд недостатков, присущих всем концентраторам подобной конструкции:
- они имеют неудовлетворительные массогабаритные характеристики (большие и тяжелые);
- высокое удельное энергопотребление (за счет собственной большой массы);
- сложны в ремонте и обслуживании.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению, по мнению заявителя, является гравитационно-центробежный сепаратор (см. патент РФ №140291, МПК В03В 5/32, В03В 5/74, опубликован 10.05.2014), содержащий установленную с возможностью вращения вокруг своей вертикальной оси дискообразную рабочую поверхность (чашу) с нарифлениями, распределительный бункер, приводной механизм стола и кольцевой приемник для продуктов разделения рабочая поверхность которого выполнена вогнутой формы и разделена на разгрузочные сектора.
В известном сепараторе отсутствуют некоторые недостатки, присущие другим аналогам (размеры, вес, высокое удельное энергопотребление), однако он имеет низкую надежность вследствие того, что процесс разделения в нем требует постоянной смены направления вращения (что существенно увеличивает нагрузку на узел соединения чаши с двигателем). Кроме того, поскольку рабочий объем сепаратора открыт, часть сырья и промывочной жидкости в процессе разделения разбрызгивается, что снижает технологичность и производительность устройства.
Основной задачей заявляемой полезной модели является возможность высокоэффективного разделения сырья, в частности различных руд, в том числе вторичная переработка обедненных с целью обогащения.
Техническим результатом полезной модели является повышение удельной производительности и технологичности процесса разделения.
Технический результат достигается тем, что центробежный дисковый концентратор состоит из двух сопряженных между собой и имеющих не менее трех элементов фиксации, расположенных равномерно по их окружности, дисков, каждый из которых содержит на сопрягаемой поверхности не менее двух кольцевых выступов, расположенных от центра к краю диска таким образом, что при сопряжении выступы одного из дисков входят в желоба, образованные поверхностью и выступами другого, с образованием между дисками криволинейного пустотелого объема, причем расстояние от выступов одного диска до внутренней поверхности другого меньше расстояния между соседними выступами разных дисков, а в одном из дисков выполнено осевое отверстие.
При этом в заявляемом центробежном дисковом концентраторе угол наклона между внутренними стенками кольцевых выступов и плоскостью диска может быть выполнен одинаковым для всех выступов на диске и составлять от 60° до 90°.
В данном описании термин «внутренняя стенка кольцевого выступа» означает стенку, расположенную ближе к центру диска.
Также в приведенном ниже тексте описания обозначения заявляемого технического решения могут различаться по степени конкретизации (например, «центробежный дисковый концентратор», или «дисковый концентратор», или «заявляемое устройство» и т.п.). Следует понимать, что все возможные описания являются синонимами и относятся к одному и тому же объекту, а именно - заявляемому техническому решению.
Конструкция заявляемого устройства поясняется схематическими чертежами, где на фиг. 1 изображен вертикальный радиальный разрез концентратора, на фиг. 2 - вид сверху на каждый их дисков.
Центробежный дисковый концентратор содержит диски 1, с выполненным в нем осевым отверстием 5, и 2 с кольцевыми выступами 3, элементы 4 фиксации. При фиксации в сопряженном положении между дисками 1 и 2 образуется криволинейный пустотелый объем с концентрическими «карманами» 6, в котором расстояния 7 меньше расстояний 8.
Разделение сырья (например, руды) с помощью заявляемого концентратора производят следующим образом.
Концентратор устанавливают и фиксируют на валу таким образом, чтобы центр масс концентратора приблизительно совпадал с осью вращения вала, плоскости дисков 1 и 2
были расположены перпендикулярно оси вращения вала, а осевое отверстие 5 находилось условно сверху (диск 1 расположен над диском 2). Возможна работа концентратора при вертикальном расположении плоскости дисков 1 и 2 относительно поверхности земли, однако в этом случае требуется специальным образом организованная подача сырья в концентратор (в нижеприведенном описании данный вариант не рассматривается).
В качестве элементов 4 фиксации, соединяющими диски 1 и 2 концентратора между собой, могут использоваться винтовые соединения, клипсы, застежки и другие соединительные устройства, обеспечивающие стабильное положение дисков 1 и 2 относительно друг друга. При этом гарантированное взаимное положение дисков 1 и 2 (без смещений как в горизонтальном, так и вертикальном положениях во время работы, при вращениях с высокой частотой) обеспечивается размещением элементов 4 фиксации равномерно по окружности дисков 1 и 2 в количестве не менее трех.
Фиксация устройства на валу может быть осуществлена любым известным способом (например, винтовым соединением, сваркой, склеиванием торца вала с нижним диском концентратора). При этом следует иметь ввиду, что вышеперечисленные способы фиксации заявляемого концентратора на валу не являются приоритетными и/или исчерпывающими, и приведены исключительно как возможные варианты.
Вал, в свою очередь, соединен через привод с двигателем, либо является непосредственно элементом самого двигателя. В данном случае термин «двигатель» понимается в широком смысле, а именно как устройство, преобразующее какой-либо вид энергии в механическую.
В начале работы производят включение/запуск двигателя, обеспечивая вращение с заданной скоростью вала с установленным на нем концентратором.
Сырье (материал) подают в загрузочную воронку, установленную сверху в отверстие 5 диска 1, либо в виде пульпы (совместно с промывочной жидкостью), либо отдельно в сухом виде. В этом случае промывочную жидкость также подают в загрузочную воронку, обеспечивая там перемешивание сухого материала с ней.
Из загрузочной воронки сырье вместе с промывочной жидкостью в виде пульпы через отверстие 5 попадает в центральную часть внутреннего пространства между дисками 1 и 2. Под действием центробежной силы пульпа начинает радиально перемещаться внутри концентратора от центра к окружности по образованному посредством кольцевых выступов 3 криволинейному пустотелому объему. При этом радиальное смещение отдельных составляющих пульпы будет различным в зависимости от их удельного веса. Частицы с большим удельным весом смещаются ближе к периферии концентратора и скапливаются в концентрических «карманах» 6, образованных внутренними стенками кольцевых выступов
3 и внутренней поверхностью диска 2 (в большей степени) и внутренними стенками кольцевых выступов 3 и внутренней поверхностью диска 1 (в меньшей степени). Частицы же с меньшим удельным весом переносятся промывочной жидкостью к краям концентратора, при этом различное проходное сечение в разных местах криволинейного пустотелого объема (обеспечиваемое разными расстояниями 7 и 8) приводит к тому, что скорость перемещения промывочной жидкости, содержащей в себе легкие частицы, выше в промежутках между выступами 3 одного из дисков 1 или 2 и внутренней поверхностью другого, и ниже - в промежутках между соседними выступами 3 дисков 1 и 2. Это, в свою очередь, обеспечивает более эффективное разделение частиц (высокая скорость перемещения более легких частиц в составе пульпы, необходимая в определенных местах, не позволяет им оседать в «карманах» 6 вместе с более тяжелыми, а менее высокая -необходимая в других определенных местах, обеспечивает дополнительное отделение и оседание в «карманы» 6 тяжелых частиц).
Наличие на поверхности каждого из дисков 1 и 2 не менее двух кольцевых выступов 3 обеспечивает достаточную эффективность осаждения в «карманах» 6 тяжелой фракции разделяемой смеси. В процессе экспериментальных запусков было выяснено, что в «карманах», образованных первыми кольцевыми выступами 3 осаждается до 64% тяжелых частиц (до 50% - в нижнем; до 14% - в верхнем), в «карманах» 6, образованных первыми и вторыми кольцевыми выступами 3 в совокупности не менее 95% тяжелых частиц.
При этом в выполнение угла наклона между внутренними стенками кольцевых выступов 3 и плоскостью дисков 1 и 2 от 60° до 90° позволяет увеличить осаждение тяжелых частиц в верхних «карманах» 6 на 1-2%.
Достигнув внешнего края (окружности) концентратора промывочная жидкость вместе с содержащимися в ней отсеянными частицами сырья сливается (например, в специальную емкость, трубопровод и т.п.) через расположенное по окружности концентратора щелевое отверстие между дисками 1 и 2.
При накоплении в концентрических «карманах» 6 определенного количества выделенных их пульпы частиц с высоким удельным весом прекращают подачу пульпы, двигатель останавливают, диски 1 и 2 разъединяют и изымают находящийся в их «карманах» 6 продукт (тяжелые частицы). После этого снова соединяют и фиксируют диски 1 и 2 концентратора и повторяют процесс разделения.
Заявляемое устройство надежно в эксплуатации, компактно и позволяет осуществлять эффективное и технологичное разделение различного, в том числе обедненного сырья, как на предприятиях, так и в полевых условиях.