ДЕКА КОНЦЕНТРАЦИОННОГО СТОЛА

Полезная модель относится к гравитационному разделению твердых материалов с помощью концентрационных столов, может найти применение в горнорудной отрасли для обогащения полезных ископаемых.
Гравитационные методы обогащения минералов занимают ведущее место среди других методов обогащения, особенно в технологиях переработки угля, золотосодержащих, вольфрамовых, молибденовых руд, руд черных металлов. Особенности гравитационного разделения позволяют реализовать технологию обогащения при помощи простого, высокопроизводительного, высокоэффективного и недорогого оборудования с минимальным энергопотреблением по сравнению с другими процессами обогащения.
Гравитационное обогащение на концентрационном столе является процессом разделения твердых частиц материала по плотности и крупности в потоке воды (пульпы, суспензии), текущей по плоской слабонаклонной деке, совершающей асимметричные возвратно-поступательные движения в горизонтальной плоскости. На рабочей поверхности деки выполнены нарифления.
Частицам материала сообщается периодическое движение вдоль рифлей, обусловленное движением деки. Под действием поперечного потока пульпы и продольных колебаний деки происходит транспортирование частиц по рабочей поверхности деки в продольном и поперечном направлении. Каждая частица разделяемого материала в зависимости от ее плотности и крупности приобретает определенную скорость и направление движения относительно деки стола.
При этом в нижних слоях потока располагаются самые крупные зерна большой плотности, над ними - более мелкие той же плотности в смеси с крупными зернами меньшей плотности, еще выше - мелкие и тонкие зерна малой плотности. Промывочная вода сносит зерна малой плотности с деки стола в первые сборники продукта (со стороны привода). Зерна большой плотности, передвигаясь под действием качаний деки быстрее, чем под действием смывного потока, сходят с деки стола дальше выгрузки продукта малой плотности. То есть в первых зонах кромки стола разгружаются наиболее легкие и тонкие зерна, в последующих зонах крупность материала и их плотность возрастает.
Эффективность процесса разделения на концентрационных столах зависит от многих факторов. К их числу относятся плотность, крупность, форма частиц, характер гидродинамическое воздействие потока, параметры колебательного движения деки стола и др. Кроме того, на эффективность разделения существенно влияет форма нарифлений на деке стола, как по длине рифлей, так и в их поперечном сечении.
Как правило, нарифления на деке выполняют с переменной высотой по длине, а в поперечном сечении (в большинстве случаев) профили рифлей имеют квадратную, прямоугольную, треугольную или пилообразную форму. Наиболее распространенные типы нарифлений описаны в «Справочнике механика рудообогатительной фабрики», Донченко А.С., Донченко В.А., Москва, «Недра», 1975, с.171-179. К ним относятся нарифления прямоугольного типа (например, рис.36-а, рис.36-з, рис.36-н, рис.36-о), треугольного типа (например, рис.36-и, рис.36-л), фигурного типа (например, прямоугольный профиль с выступом на верхней гране, рис.36-к, прямоугольный профиль со скошенной верхней гранью, рис.36-м).
Дека с нарифлениями пилообразной формы в поперечном сечении использована, например, в способе обогащения металлоносных песков и устройстве для реализации способа по патенту Российской Федерации №2393019, МПК В03В 5/74, дата подачи заявки 20.05.2009. Нарифления выполнены пилообразной формы с наклоном зубьев в сторону выхода концентрата, шаг зубьев меньше длины хода возвратно-поступательного перемещения деки. Такое выполнение обеспечивает разрыхление материала в межрифельном пространстве и его продольное транспортирование путем зацепления частиц зубьями с последующим относительным сдвигом в сторону разгрузки концентрата, что увеличивает скорость расслоения материала по плотности и производительность устройства.
Примером практического применения дек с нарифлениями прямоугольного профиля является концентрационный стол, выпускаемый Новосибирским заводом «Труд», Российская Федерация, (http://sibecotechnika.narod.ru/>index1.html).
При разработке концентрационных столов с использованием традиционных нарифлений на деках сталкиваются с факторами, ограничивающими эффективность разделения материала, особенно при необходимости обогащения тонких фракций обрабатываемого материала. Эти факторы определяются, как правило, несовершенством геометрических форм межрифельного пространства деки.
Объясняется это следующим.
Характер движения пульпы разделяемого материала совместно с промывочной водой по рабочей поверхности деки концентрационного стола на примере нарифлений прямоугольного типа показан на фиг.1. В результате завихрений потока в межрифлевой зоне деки концентрационного стола в областях, примыкающих к рифлям, образуются застойные циркуляционные вихри трубчатой формы, внутри которых крупные частицы материала с наибольшей плотностью могут захватить и удерживать легкие тонкие частицы. Причиной этого является поле скоростей вихря в поперечном сечении, благоприятное для отмеченного явления. Наличие циркуляционных турбулентных потоков приводит к перемешиванию зерен обогащаемого материала, ограничению взвешивания легких тонких частиц, увеличению глубины эффективного обогащения. В наибольшей степени эти негативные условия разделения проявляются при обогащении тонкодисперсных полезных ископаемых. Указанное явление приводит к снижению степени извлечения тонких фракций полезного ископаемого, снижению выхода концентрата, засорению отходов полезным компонентом, то есть к снижению эффективности извлечения ценного компонента.
Известно, что при обогащении мелкозернистых материалов необходима минимальная турбулизация потока в межрифельном пространстве (Шохин В.Н., Лопатин А.Г. Гравитационные процессы обогащения. - М.: Недра, 1980. с.256-257). Поэтому для повышения эффективности разделения тонких и мелких классов материалов необходимо создание концентрационных столов, оптимизированных с гидродинамической точки зрения. Конструкция такого стола должна снижать вероятность возникновения вторичных циркуляционных потоков в межрифельных пространствах. В результате проведенных исследований была разработана система нарифлений фигурного типа под названием «Обратная волна», которая позволяет ликвидировать крупномасштабные вихри, обеспечивает более равномерное распределение микропульсаций скорости в межрифельном пространстве деки (Виноградов Н.Н., Коллодий К.К., Гурвич Г.М., Беловолов В.В. «Интенсификация процесса обогащения углей мелких классов», в книге «Обогащение углей в СССР» под редакцией И.С. Благова, Москва, «Недра», 1973, с.34-45). Дека концентрационного стола с нарифлениями типа «Обратная волна» принята в качестве прототипа заявляемого решения.
На фиг.2 показана форма поперечного сечения рифлей фигурного типа «Обратная волна», выполненных на деке концентрационного стола. Фронтальная сторона каждой рифли (со стороны набегающего потока) в поперечном сечении образована верхним выпуклым участком с радиусом R1 и нижним вогнутым участком с радиусом R2. Тыльная сторона каждой рифли выполнена наклонной с положительным углом наклона. В нижней части фронтальная и тыльная стороны рифли плавно сопрягаются с рабочей поверхностью деки концентрационного стола. Такая форма поперечного сечения нарифлений явилась результатом исследований интенсивности турбулентных пульсаций, давления на зерна разделяемого материала и особенностей взвешивания зерен в различных точках межрифельного пространства деки. По утверждению авторов нарифления типа «Обратная волна» позволяют ликвидировать крупномасштабные вихри, обеспечивают более равномерное распределение микропульсаций скорости в межрифельном пространстве деки и, тем самим, повышают эффективность гравитационного разделения (обогащения) материала.
Несмотря на гидродинамическое совершенство рифли типа «Обратная волна» дека с такими рифлями не технологична для серийного производства. Сложный профиль рифли с отрицательными углами в поперечном сечении рифли - с «поднутрением» в нижней части фронтальной стороны рифли, образованным вогнутым участком с радиусом R2, практически не позволяет формовать настил деки совместно с рифлями, например из резины или полиуретана, так как возникают значительные сложности при проектировании и изготовлении пресс-формы с такими параметрами поперечного сечения рифлей. Изготовление настила деки с рифлями методом экструзии через соответствующую матрицу невозможно из-за переменной высоты рифли по ее длине. Изготовление рифлей отдельно от настила с последующим их закреплением на рабочей поверхности деки не технологично.
В основу полезной модели поставлена задача усовершенствования деки концентрационного стола, в которой за счет формы поперечного сечения нарифлений обеспечивается технологичность деки при сохранении эффективности разделения (обогащения) материала.
Поставленная задача решается тем, что в деке концентрационного стола, на рабочей поверхности которой выполнены рифли с поперечным сечением фигурного типа, согласно полезной модели, поперечное сечение каждой рифли образовано плоской фронтальной стороной рифли, перпендикулярной к рабочей поверхности деки, и выпуклой тыльной стороной рифли.
Указанные признаки является существенным признаком полезной модели.
Целесообразно выполнять выпуклость тыльной стороны рифли с радиусом в пределах 1,0-1,5 высоты рифли.
Существенные признаки полезной находятся в причинно-следственной связи с достигаемым результатом.
Так отличительные признаки полезной модели (поперечное сечение каждой рифли образовано плоской фронтальной стороной рифли, перпендикулярной к рабочей поверхности деки, и выпуклой тыльной стороной рифли) в совокупности с существенными признаками, общими с прототипом, обеспечивают технологичность деки при сохранении эффективности разделения (обогащения) материала.
Объясняется это следующим.
Форма поперечного сечения рифли (плоская, перпендикулярная к поверхности деки фронтальная сторона и выпуклая тыльная сторона) не имеет отрицательных углов («поднутрений»), что позволяет наладить серийное производство дек по высоко эффективной технологии формования настила деки совместно с рифлями, например, из резины или полиуретана, с применением простой пресс-формы.
Перпендикулярная к поверхности деки фронтальная сторона рифли обеспечивает необходимое разрыхление материала в межрифельном пространстве и его транспортирование со сдвигом в сторону разгрузки, что увеличивает скорость расслоения материала по плотности и производительность процесса. Выпуклая форма тыльной стороны рифли снижает вероятность возникновения крупномасштабных поперечных вихрей, обеспечивает более равномерное распределение пульсаций скорости в межрифельном пространстве деки, что увеличивает эффективность разделения, особенно мелкодисперсного материала.
Таким образом, конструкция деки концентрационного стола с указанной формой поперечного сечения рифлей является оптимизированной с точки зрения гидродинамического совершенства и технологичности серийного производства деки.
Ниже приводится описание заявляемой деки концентрационного стола со ссылками на чертежи, на которых показано:
Фиг.1 - Дека концентрационного стола, характер течения пульпы при использовании нарифлений традиционной прямоугольной формы.
Фиг.2 - Дека концентрационного стола, фрагмент поперечного сечения деки с фигурными рифлями типа «Обратная волна», прототип.
Фиг.3 - Дека концентрационного стола, фрагмент поперечного сечения заявляемой деки.
Фиг.4 - Дека концентрационного стола, поперечное сечение рифли заявляемой деки, радиус выпуклости тыльной стороны рифли равен высоте рифли.
Фиг.5 - Дека концентрационного стола, поперечное сечение рифли заявляемой деки, радиус выпуклости тыльной стороны рифли равен 1,5 высоты рифли.
Дека концентрационного стола содержит основание 1, на рабочей поверхности 2 которого выполнены рифли 3 с поперечным сечением фигурного типа (фиг.3).
Поперечное сечение каждой рифли 3 образовано плоской фронтальной стороной 4 рифли 3, перпендикулярной к рабочей поверхности 2 основания 1 деки, и выпуклой тыльной стороной 5 рифли 3 (фиг.4, 5). Радиус R выпуклости тыльной стороны 5 рифли 3 выбирают в пределах 1,0-1,5 высоты рифли h. На фиг.4 радиус R выпуклости равен высоте рифли 3, R=h, на фиг.5 - R=1,5 h. Как видно, с увеличением радиуса R выпуклости увеличивается ширина рифли b в нижней ее части. Увеличение радиуса R свыше 1,5 h нецелесообразно, так как при этом непроизводительно занимается рабочий объем межрифельного пространства. Уменьшение радиуса R усложняет форму сопряжения тыльной стороны 5 рифли 3 с рабочей поверхностью 2 основания 1.
Изготавливают деку по широко распространенной технологии формования настила деки совместно с рифлями, например, из резины или полиуретана, с применением простой пресс-формы.
Конструкция деки концентрационного стола с указанной формой поперечного сечения рифлей является оптимальной с точки зрения гидродинамического совершенства и технологичности серийного производства деки, так как обеспечивает снижение вероятности возникновения поперечных вихрей в межрифельных пространствах деки и позволяет наладить серийное производство дек по эффективной технологии.