СПОСОБ КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ ТЯЖЕЛЫХ МИНЕРАЛОВ И КОНЦЕНТРАТОР ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF CONCENTRATING HEAVY MINERALS AND CONCENTRATOR TO THIS END

Группа изобретений относится к процессам и устройствам для центробежного обогащения тонкозернистых материалов по плотности и крупности в водной среде и предназначено для разделения частиц тяжелых минералов и менее плотных зерен пустой породы.
Известны способы обогащения, использующие принципы обогащения в криволинейных потоках.
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известных способов, относится то, что известные способы обогащения в криволинейных потоках используются при постоянном радиусе потока (винтовые сепараторы), при увеличивающемся (или уменьшающемся) радиусе потока (спиральные аппараты) или при использовании поперечного сечения аппарата эллиптической формы, нарушение структуры потока используют для большего перемешивания и проявления различий в плотностях разделяемых зерен, но удерживание плотных тяжелых минералов в закольцованных канавках вращательной составляющей потока от уноса их осевой компонентой осевосходящего спирального потока не рассматривают, причем большее перемешивание в заявляемой группе изобретений рассматривается как отрицательное явление.
Известны циклонные обогатительные аппараты, имеющие общее свойство - различные устройства на внутренней поверхности для регулирования турбулизации придонной части опускающегося (или поднимающегося) потока. Аппараты могут иметь спиральные канавки или желобки другого сечения (выполненные по ходу вращения потока) или выступы различной формы на поверхности.
Также известны обогатительные гидроциклоны, у которых изменена конфигурация поперечного сечения аппарата - вместо круглого цилиндрического гидроциклона (и цилиндр и конус) выполнены эллиптическими. При этом плотность разделения в водной среде также возрастает. Любое нарушение структуры потока, конечно, до определенного предела, приводит к большему перемешиванию и проявлению различий в плотностях разделяемых зерен.
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известных устройств, относится то, что в известных циклонных аппаратах различные устройства на внутренней поверхности аппарата или изменение конфигурации поперечного сечения аппарата влияют на эффективность обогащения, а так как разгрузка концентрата происходит непрерывно, то степень сокращения материала не может превышать определенного предела.
Более сложны по конструкции циклонные обогатительные аппараты, в которых вращающийся взвесенесущий поток подвергается дополнительному механическому воздействию.
В одном аппарате внутри размещена вертушка - крыльчатка с радиальными лопастями, свободно насаженная на сливной патрубок. Другая разновидность - аппарат с вращающимся обогатительным конусом. Есть аппараты с разрыхлением постели путем рассредоточенной подачи дополнительной воды через перфорации в нижней части конуса.
Воздействовать на степень разрыхления придонных слоев вращающегося потока можно также путем наложения вибраций. Известны конструктивные решения, в которых вибрациям подвергаются сами гидроциклоны или их конусы (см. Лопатин А.Г. Центробежное обогащение руд и песков. - М.: Недра. - 1987. - С.103-105).
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известных устройств, относится то, что в известных устройствах для достижения более высокой эффективности разделения зерен по плотности и крупности необходимо наложение дополнительных механических воздействий и, как следствие, усложнение конструкции аппарата в целом.
Сущность изобретения заключается в следующем.
Заявляемая группа изобретений решает проблему концентрирования мелких и тонких тяжелых минералов в водной среде.
Технический результат - эффективное концентрирование зерен тяжелых минералов при большей степени сокращения без дополнительных механических воздействий на обрабатываемую пульпу.
Указанный технический результат при осуществлении группы изобретений по объекту - способу концентрирования тяжелых минералов - достигается тем, что в известном способе создают закрученный спиральный поток обрабатываемой пульпы вокруг оси аппарата, поперечное сечение которого имеет измененную конфигурацию, и разгружают разделившиеся зерна в выделившихся зонах.
Особенность заключается в том, что закрученный спиральный поток пульпы осевосходящий, который образуют на внутренней боковой поверхности чаши, изменяющей радиус по угловой координате периметра чаши по периодическому закону, причем амплитуда колебаний изменения радиуса имеет знакопеременное значение относительно среднего радиуса этой поверхности по поперечным сечениям чаши, а на этой поверхности образованы разнесенные по высоте закольцованные концентрационные канавки. Легкие частицы минералов уносятся осевой составляющей закрученного спирального потока, а плотные тяжелые зерна минералов - концентрат - удерживают вращательной составляющей спирального потока в концентрационных канавках, накопленный концентрат периодически разгружают.
При вращательном движении пульпы вокруг оси внутренней поверхности с изменяющимся радиусом минеральные частицы в потоке, проходя минимальный радиус этой поверхности, под действием центробежных сил начинают радиально падать на дно концентрационных канавок, увеличивающих радиус, с различными скоростями, в зависимости от плотности, крупности и формы зерен. К области наибольшего радиуса более тяжелые и плотные частицы перемещаются ближе ко дну концентрационных канавок и остаются двигаться в них, а легкие частицы минералов, отставая в скорости радиального падения от увеличения радиуса поверхности по угловой координате, оказываются вне концентрационных канавок и, захватываясь осевой составляющей спирального осевосходящего потока, выносятся на уровень следующей концентрационной канавки и, в конце концов, выносятся из зоны обогащения.
Указанный технический результат при осуществлении группы изобретений по объекту - концентратору - достигается тем, что в известных устройствах, содержащих цилиндроконический корпус с эллиптическим сечением поперечного профиля, тангенциальный патрубок для подачи пульпы во внутреннюю поверхность аппарата для создания закрученного потока, патрубок для разгрузки концентрата и приспособление для разгрузки хвостов.
Особенность заключается в том, что 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, при этом боковая внутренняя поверхность концентратора выполнена в виде чаши, расширяющейся кверху, причем радиус по угловой координате чаши выполнен переменным, изменяющимся относительно ее среднего радиуса по поперечному срезу чаши, по периодическому знакопеременному закону. На вершине конусного дна чаши, направленной вниз, расположен патрубок для разгрузки концентрата, а на уровне открытого верхнего среза чаши концентратора установлен приемник разгрузки хвостов.
При подаче исходной пульпы под напором в тангенциальный патрубок центральной трубы образовавшийся закрученный поток по этой трубе поступает на конусообразный распределитель питания, который равномерно подает пульпу на внутреннюю боковую поверхность чаши, не нарушая установившийся при этом трехмерный осевосходящий спиральный закрученный поток внутри чаши концентратора. Поток, попадая на внутреннюю поверхность боковой стенки с переменным радиусом, начинает испытывать дополнительные радиальные колебания, при этом происходит центробежное седиментационное распределение зерен минералов по радиусу, при котором тяжелые зерна минералов двигаются у дна концентрационных канавок, оставаясь в них, а легкие зерна минералов захватываются осевосходящим потоком и выносятся из чаши концентратора в приемник разгрузки хвостов. Накопленные в концентрационных канавках тяжелые минералы периодически смывают, прекратив подачу питания и приподняв конусообразный распределитель питания, через открывшуюся кольцевую щель и патрубок разгрузки концентрата в приемную емкость.
Заявленная группа изобретений соответствует требованию единства изобретения, поскольку группа разнообъектных изобретений образует единый изобретательский замысел, причем один из заявленных объектов группы - концентратор - предназначен для осуществления другого заявленного объекта группы - способа концентрирования тяжелых минералов, при этом оба объекта группы изобретений направлены на решение одной и той же задачи с получением единого технического результата.
На фиг.1 изображена развертка поперечного сечения части стенки 1 чаши концентратора, на боковой внутренней поверхности которой образованы концентрационные канавки 2. На чертеже также показан поток обрабатываемой пульпы 3 и траектории движения тяжелых 4 и легких 5 зерен минералов.
На фиг.2 представлен концентратор, включающий центральную трубу 6 с тангенциальным патрубком 7. Конусообразный распределитель питания 8 расположен над коническим дном чаши 9, на внутренней боковой поверхности которой образованы закольцованные концентрационные канавки 2. На коническом дне чаши 9 имеется патрубок разгрузки концентрата 11, а на уровне верхнего среза чаши 9 расположен приемник хвостов 10.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления каждого объекта заявленной группы изобретений с получением указанного технического результата
По объекту - способу концентрирования тяжелых минералов. Если на внутренней боковой поверхности чаши, имеющей изменяющийся по угловой координате радиус, образовать закрученный спиральный поток поступающей исходной пульпы, например, подачей тангенциально или посредством мешалки, то поток, помимо вращательной и осевой составляющих, обретает также пульсирующую радиальную компоненту движения. Зерна минералов, движущиеся в таком потоке, испытывают отсадочные движения. Законом изменения радиуса внутренней боковой поверхности чаши по угловой координате должна быть периодической функцией, знакопеременной относительно среднего радиуса, зависящей от ее среднего радиуса, угловой скорости вращения потока, плотностей среды и разделяемых зерен минералов, а также их крупности. Так, наиболее резкое увеличение радиуса этой поверхности ограничивают условием неотрывности потока от стенки, так как при несоблюдении этого условия возникают зоны развитой турбулентности, что приведет к перемешиванию разделяемых зерен и ухудшению обогащения. Оптимальным является, когда увеличение радиуса стенки повторяет траекторию радиального падения концентрируемых тяжелых минералов под действием центробежных сил, а амплитуда изменения радиуса должна быть такой, чтобы отстающие от стенки в радиальном падении легкие зерна минералов оказывались вне концентрационных канавок, образованных на внутренней боковой поверхности, при этом легкие зерна захватываются осевосходящим спиральным потоком и выносятся из зоны обогащения, а тяжелые зерна, двигаясь внутри закольцованных концентрационных канавок, накапливаются в них. При этом частота этих изменений должна быть по возможности большей. Согласно формуле
,
m
m
'
'
0,5
'
'
где υ=[3,33∗(σ-σ)∗g∗d/σ]; B=σ∗υ/[2∗(σ-σ)∗g]; d - диаметр частицы, м; σ и σ - плотности частицы и среды; t - время падения частицы,
в начальное время на величину пройденного пути частицы больше влияет плотность зерен, чем их крупность, однако при увеличении времени движения скорости зерен выравниваются по массе, поэтому чем чаще будут радиально подниматься и падать зерна минералов, тем больше будет проявляться разница в плотностях зерен. Уменьшение радиуса внутренней поверхности чаши должно быть по возможности пологим, что уменьшит сопротивление стенки потоку. На фиг.1 изображена развертка части такого потока, образованного на внутренней боковой поверхности чаши 1 с закольцованными концентрационными канавками 2 на этой поверхности.
По объекту - концентратору. Концентратор (фиг.2) включает центральную трубу 6 с тангенциальным патрубком 7 в верхней части, конусообразный распределитель питания 8, установленный с возможностью осевого перемещения и в рабочем положении герметично прижатый ко дну чаши 9, боковая внутренняя поверхность которой имеет концентрационные канавки 2 и переменный радиус по периметру, патрубок разгрузки концентрата 11 и приемник разгрузки хвостов 10.
Работа концентратора осуществляется следующим образом.
Для образования закрученного потока исходную пульпу подают под напором в тангенциальный патрубок 7 центральной трубы 6. Образовавшийся закрученный поток через открытый низ центральной трубы 6 поступает на конусообразный распределитель питания 11, по которому пульпа равномерно распределяется по нижнему периметру боковой внутренней поверхности чаши 9, при этом поступающая пульпа не нарушает установившийся поток в рабочей зоне. Так как в рабочем положении дно чаши 9 закрыто прижатым конусообразным распределителем питания 8, то на внутренней поверхности чаши образуется закрученный осевосходящий спиральный поток, переливающийся через открытый верхний срез чаши 9 в приемник разгрузки хвостов 10. Чаша 9 имеет боковую внутреннюю поверхность с переменным радиусом и разнесенными по высоте концентрационными канавками 2 на ней. Концентрирование зерен тяжелых минералов на такой поверхности описано выше, в сведениях, подтверждающих возможность осуществления способа концентрирования тяжелых минералов. Для разгрузки тяжелого концентрата, накопленного в концентрационных канавках 2, прекращают подачу питания, приподнимают конусообразный распределитель питания 8 и через образовавшуюся кольцевую щель и патрубок разгрузки концентрата смывают в приемную емкость.
Таким образом, изложенные сведения показывают, что при использовании заявленной группы изобретений выполнена следующая совокупность условий:
- средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, предназначено для использования в промышленности, а именно в горно-обогатительных предприятиях;
- для заявленной группы изобретений в том виде, как она охарактеризована в независимых пунктах изложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов.
Следовательно, заявленная группа изобретений соответствует условию «промышленная применимость».