РАДИАЛЬНЫЙ СГУСТИТЕЛЬ С НАПРАВЛЯЮЩИМ РАЗГРУЗОЧНЫМ ДИСКОМ

Полезная модель радиального сгустителя относится к горнодобывающей отрасли переработки сырья и может быть использована на обогатительных фабриках для сгущения измельченной руды перед технологическими процессами такими как флотация, магнитная сепарация, фильтрация, а также для осветления оборотной воды в схемах обогатительных фабрик.
Известно множество моделей радиальных сгустителей, отличающихся конструкцией механической части сгустителя- с центральным и периферическим приводом, одноярусные и двуярусные- и элементов, влияющих на гидромеханические параметры движения пульпы и технологические показатели в том числе распределение поступающей в сгуститель пульпы по горизонтальному сечению чана сгустителя (патенты №№1099977, 1263298, 1044306, 301161, 1022720, 582202), ламиниризацию потоков пульпы (№1558471), удаления из объема пульпы захваченных ею пузырьков воздуха и образующейся при движении пульпы пены(№№946593, 940590, 850133, 710122, 2273606), а также загрузочного и разгрузочного устройств (№№514636, 2079331, 210474, 1044307) и гребков (№106024).
Наиболее близким к заявляемой полезной модели является радиальный сгуститель, состоящий из чана, сливного желоба, загрузочного стакана, центрального вала, граблин, привода центрального вала и механизма подъема вала с граблинами. См. сайт Конструкция радиальных сгустителей. - Студопедия. Сгуститель работает следующим образом. Пульпа по подводящей трубе поступает в загрузочный стакан (цилиндр) с поперечной решеткой для улавливания крупных предметов, вытесняя заполняющую его пульпу, которая, выходя за пределы стакана, движется согласно законам гидродинамики по пути с наименьшим сопротивлением, в данном случае концентрическим слоем вверх вдоль внешней поверхности стакана. Траектория поднимающегося вверх слоя пульпы в верхней зоне чана наклоняется в сторону сливного желоба, при этом образуется слабо наклонная от центра к периферии поверхность пульпы в чане. При существующей схеме движения поступающей в сгуститель пульпы большая часть зерен твердой фазы, поступающей с пульпой в донную часть стакана в глубине чана, поднимается затем восходящим потоком пульпы в верхний слой пульпы, из которого затем зерна осаждаются на днище сгустителя. Осевшие частицы образуют рыхлый осадок, который сгребается граблинами в разгрузочный конус, из него откачиваются диафрагмовым или центробежным насосом. Производительность сгустителя определяется величиной скорости осаждения твердой фазы пульпы с образованием слоя осветленной воды. Недостатком данной конструкции сгустителя является низкая производительность, которая ограничена низкой скоростью осаждения зерен твердой фазы, обусловленной отсутствием конструктивных элементов, снижающих гидродинамическое сопротивление пульпы движению зерен. Величина скорости осаждения минеральных зерен зависит от параметров зерен и воды и определяются
следующей зависимостью между ними/1/:
где d - диаметр зерна, b - плотность зерна, Δ - плотность воды,  - ускорение силы тяжести, Ψ - коэффициент гидродинамического сопротивления пульпы движению зерна, V - скорость падения зерна относительно пульпы.
Из-за различия в скоростях осаждения разных по величине и плотности зерен происходит повышение концентрации зерен в объеме пульпы по высоте чана, при этом свободное движение зерен переходит в стадию стесненного движения, при котором резко до 5 раз увеличивается коэффициент гидродинамического сопротивления пульпы падению зерен.[1] В результате соответственно снижается скорость осаждения твердой фазы пульпы, увеличивается время, необходимое для образования осадка на дне сгустителя и осветления пульпы и, как следствие, производительность сгустителя при достижении заданных параметров сгущения падает.
На фиг. 1а приведен общий вид радиального сгустителя с направляющим разгрузочным диском, на фиг. 1б - вид сверху по сечению А-А. На фиг. 2а - общий вид сгустителя с установленным отбойником, на фиг. 2б - вид сверху по сечению Б-Б.
Задачей настоящей полезной модели является увеличение производительности сгустителя при сгущении пульпы и осветлении оборотной воды. Поставленная задача решается путем уменьшения концентрации рудных зерен в осаждаемом объеме пульпы по высоте чана, снижении за счет этого коэффициентов гидродинамического сопротивления стесненного движения зерен и увеличения соответственно скорости их осаждения. Уменьшение концентрации зерен достигается путем уменьшения объема поднимаемых восходящей струей пульпы частиц за счет локального (обособленного) осаждения части их в нижней зоне чана при выходе пульпы из загрузочного стакана. Технический результат достигается тем, что в радиальном сгустителе, состоящем из чана 1, сливного желоба 2, загрузочного стакана 3, разгрузочного конуса 4, центрального вала 5, граблин 6, привода центрального вала 8, механизма подъема вала с граблинами 9 к нижнему торцу загрузочного стакана присоединен концентрически горизонтально направляющий движение пульпы разгрузочный диск 11 (фиг. 1а) диаметром, равным 2-3 диметрам стаканами с центральным отверстием, равным диаметру стакана. Диск обеспечивает максимальное использование потенциальной энергии поступающей в загрузочный стакан пульпы на горизонтальное ее перемещение на нижнем уровне чана. При выходе пульпы из стакана слой пульпы движется под направляющей пластиной в горизонтальной плоскости с уменьшающейся радиальной скоростью пропорционально увеличению пересекаемой площади. Зона под диском благодаря отсутствию вертикального движения пульпы является зоной максимальной скорости осаждения зерен на днище чана, что позволяет погрузить на днище значительный объем рудных зерен. Для уменьшения времени локального осаждения зерен разгрузочный стакан опускается и устанавливается в чане на высоте, равной 0,3-0,5 высоты чана.
Вторым фактором, уменьшающем количество поднимаемых восходящим потоком пульпы тонких частиц, является снижение скорости потока пропорционально увеличению площади его сечения, расширяемого при выходе из разгрузочного стакана диском. Таким образом реализуется новый способ оптимизации сгущения пульпы с применением зоны первичного интенсивного осаждения частиц и вывода значительного их объема из общего объема осаждаемой пульпы, с обеспечением при этом минимального коэффициента гидродинамического сопротивления при осаждении основной массы пульпы. Новизна данной полезной модели сгустителя заключается в присоединении горизонтально к нижнему торцу распределительного стакана диска диаметром, равным 2-3 диаметрам стакана, с центральным отверстием в диске диаметром, равным диаметру выходного отверстия стакана, направляющего выходящую вертикально из стакана пульпу в радиальное движение в горизонтальной плоскости. Направляющий диск обеспечивает радиальное перемещение пульпы в горизонтальной плоскости на отрезке от центра стакана до торца диска. Устройство распределительного стакана с направляющим диском создает гидродинамические параметры движения пульпы, обеспечивающие осуществление локального в нижней зоне чана сгустителя ускоренного осаждения твердых частиц и вывод их из зоны осаждения основной массы зерен. Дополнительным конструктивным элементом полезной модели, ускоряющим переход от вертикального движения пульпы к горизонтальному при выходе ее из распределительного стакана, является отбойник 12, устанавливаемый под направляющим диском (фиг. 2а). Отбойник гасит вертикальную скорость потока и направляет движение пульпы строго в горизонтальной плоскости. Применение указанных выше конструктивных элементов сгустителя позволяет при увеличении производительности сохранять и улучшать прежние показатели качества процесса сгущения: заданные характеристики осадка и осветления пульпы.
Положительный эффект модели заключается в том, что за счет локального (обособленного) осаждения нижнего слоя зерен и снижения объема поднимаемого восходящей струей воды зерен их концентрация при последующем осаждении от поверхности пульпы в чане снижается, благодаря чему коэффициент сопротивления стесненного движения зерен в пульпе уменьшается, а скорость осаждения увеличивается. Соответственно увеличивается производительность сгустителя и снижается себестоимость его применения. Отбойник имеет форму круга диаметром 0,3-0,4 диаметра направляющего диска и крепится к направляющему диску горизонтально болтами 13, позволяющими регулировать расстояние отбойника от диска. При работе новой модели сгустителя разгрузка сгущенного продукта из чана производится граблинами через разгрузочный конус, слив поступает в сливной желоб.
Особенности работы нового сгустителя приведены выше при обосновании его преимуществ. Размеры параметров, предлагаемые для реализации в новой модели, апробированы экспериментально на сооруженном авторами стенде. Область применения нового сгустителя: обогатительные фабрики горнодобывающей отрасли металлургической промышленности. При его изготовлении применяются известные способы изготовления радиальных сгустителей; новые элементы: разгрузочный диск и отбойник делаются из листовой стали или из прочного литьевого полиуретана, диск крепится болтами и фланцевым соединением к разгрузочному стакану, отбойник - болтами к разгрузочному диску. Промышленная полезность полезной модели заключается в увеличении производительности сгустителя при обеспечении заданных технологических показателей сгущения.
Литература. 1. Шинкоренко С.Ф. О критерии Рейнольдса для стесненного движения минеральных зерен.
Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. АН СССР №5 1974 г.