Центробежный концентратор
CENTRIFUGAL CONCENTRATOR

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для обогащения полезных ископаемых, и может быть использовано для разделения твердых частиц по плотности, в частности для переработки золотосодержащих руд и тонкодисперсных песков.
Известен центробежный концентратор, представляющий собой устройство, содержащее монолитную конусообразную
концентрационную чашу с канавками на внутренней поверхности, образованной кольцевыми выступами, установленную в полом роторе с возможностью вращения и периодического знакопеременного изменения скорости вращения чаши таким образом, что возникает сдвиг приграничного к стенке слоя пульпы относительно верхних ее слоев и смещение пульпы относительно канавок чаши. Боковая стенка каркаса содержит ряд металлических кольцевых ребер каркаса. Рабочая поверхность концентрационной чаши образована внутренней поверхностью концентрационной чаши и содержит ряд кольцевых выступов, образованных кольцевыми ребрами каркаса, и кольцевых полостей, расположенных между ними [RU 2579160 С1, опубл. 10.04.2016].
Недостатками устройства являются конструктивные особенности конусообразной чаши с внутренней рабочей поверхностью, образованной кольцевыми выступами с канавками между ними, а также сложность конструкции концентратора, обусловленная возможностью изменения параметров привода с взаимодействующими магнитами при подборе режима сепарации.
Известен центробежный концентратор, содержащий установленный с возможностью вращения полый ротор, связанный с размещенной в его полости центрифугирующей чашей, включающей кольцевые нарифления-углубления с отверстиями для инжекции промывочной воды, поступающей через полый вал ротора и полость между стенками ротора и центрифугирующей чаши, устройство для загрузки обогащаемого материала в центрифугирующую чашу, устройство для подачи промывочной воды и устройство удаления тяжелой фракции. Указанная центрифугирующая чаша выполнена составной и включает основание и цилиндрическую боковую стенку. В основании центрифугирующей чаши выполнен ряд прорезей, а у верхнего края стенки ротора - ряд сквозных отверстий. Вращение ротора обеспечивается электродвигателем, установленным с возможностью изменения скорости вращения ротора за счет перемещения по высоте клиноременной передачи вращения от шкива электродвигателя к одному из двух рабочих диаметров шкива [RU 2763488, опубл. 29.12.2021].
Недостатком данного центробежного концентратора является сложность подбора режима сепарации.
Известна чаша центробежного концентратора, содержащая съемный эластичный конический вкладыш, который имеет на внутренней поверхности кольцевые рифли, одна из которых превышает высоту остальных. Эта более высокая рифля расположена в верхней зоне чаши. Стенка данной рифли и/или стенка чаши в месте прилегания к ней этой рифли снабжены отверстиями. Высота указанной рифли может превышать высоту остальных рифлей в 1,5-3 раза. Таким образом, во всех межрифельных канавках создаются одинаковые условия для обогащения материала, что способствует эффективной концентрации тяжелых частиц и их извлечению путем снятия вкладыша и выворачивания его наружу [RU 2151642, опубл. 27.06.2000].
Данная конструкция повышает извлечение полезного компонента в концентрат. Недостатком устройства является сложность конструкции так как необходимо обеспечить встряхивающие движения для ускорения концентрации тяжелых частиц.
Общим недостатком описанных выше центробежных концентраторов, ограничивающим их практическое применение, является то, что под действием центробежной силы внутри этих концентраторов происходит осаждение твердых частиц из состава промывочной воды, сопровождающееся уплотнением осадка, что постепенно приводит к заполнению полостей ротора твердыми (алеврито-глинистыми) частицами. Следствием этого является ограничение подачи промывочной воды в центрифугирующую чашу, вплоть до полного прекращения сепарации материала в ней.
В качестве прототипа принят центробежный концентратор, содержащий установленный с возможностью вращения ротор, связанный с размещенной в его полости чашей, имеющей конусную внутреннюю поверхность с углублениями и отверстиями для инжекции жидкости в углубления от устройства ее подачи через полый вал ротора и полость между стенками ротора и чаши [RU 2196004, опубл. 10.01.2003].
В таких сепараторах возможно обогащения руд, имеющих широкий диапазон содержания твердого в обогащаемом материале. Однако, при обогащении материалов с повышенным количеством тяжелых минералов с высоким удельным весом показатели обогащения, а именно степень концентрации, полнота извлечения и производительность сепараторов снижаются из-за уплотнения материала в пространстве между выступающими элементами центрифугирующей чаши и снижения эффекта разрыхления при инжекции текучей среды.
Недостатком прототипа является недостаточная сегрегация разделяемых частиц из-за уплотнения материала между выступающими элементами и снижения эффекта разрыхления при инжекции текучей среды.
Технической проблемой, решаемой изобретением, является повышение эффективности и производительности процесса обогащения руд за счет усиления эффекта сегрегации разделяемых частиц.
Технический результат изобретения заключается в усилении сегрегации разделяемых частиц за счет выполнения перегородок в углублениях чаши, установки в них проницаемой заглушки и создания каскадного характера передвижения частиц.
Для решения технической проблемы и достижения технического результата предложен центробежный концентратор, содержащий полый ротор, связанный с размещенной в его полости чашей, имеющей внутреннюю поверхность с углублениями между кольцевыми выступами и отверстиями для инжекции жидкости в углубления от устройства ее подачи через полый вал ротора и полость между стенками ротора и чаши, согласно изобретению, в углублениях цилиндрической стенки между кольцевыми выступами, на поверхности симметричных противоположных сторон расположены кольцевые перегородки треугольной в продольном сечении формы, смещенные по отношению к перегородкам на противоположной стороне на половину длины основания треугольника и направленные к осям отверстий для инжекции жидкости, при этом, в верхней части углублений расположена проницаемая заглушка, состоящая из ловушек, жестко связанных с сеткой, взаимосвязанной с полимерными жилками.
Частные случаи исполнения проницаемой заглушки и ловушек отражены в зависимых пунктах изобретения:
Проницаемая заглушка выполнена в виде незамкнутого кольца, соосного с чашей.
Ловушки выполнены полуцилиндрической формы в поперечном сечении.
Упомянутые перегородки, выполненные цельно с чашей и направленные во внутрь кольцевой полости, представляют собой искусственное препятствие для восходящего вдоль стенок потока разрыхляющей воды и захваченных в углубления конуса частиц. Перегородки треугольной в продольном сечении формы располагаются по обеим сторонам кольцевой полости, со смещением по отношению к противоположной стороне на половину длины основания треугольника, что позволяет осуществлять попеременное направление потока разделяемых частиц в зоны циркулирующих с различной скоростью потоков. С помощью данных перегородок плотные частицы задерживаются более длительное время в углублениях и принудительно непрерывно выносятся к основному потоку инжектируемой непосредственно через отверстие жидкости, где обеспечивается их перечистка.
Проницаемая заглушка предназначена для предотвращения попадания крупных частиц в углубления, создания равномерного восходящего потока разрыхляющей воды и зоны предварительной концентрации тяжелых частиц.
Выполнение заглушки в виде незамкнутого кольца из сетки и полимерных жилок, ввиду их гибкости, обеспечивает удобство при установке заглушки в полость углубления и выемку по окончании процесса обогащения.
Ловушки, расположенные в кольцевой полости, обеспечивают препятствие для восходящего потока разрыхляющей воды и захваченных в углублениях чаши частиц, в результате обтекания которых формируется ряд турбулентных циркуляционных завихрений с переменными характеристиками, отличающимися от основных струй выходящих из отверстий для инжекции жидкости. Полу цилиндрическая форма их исполнения позволяет создать зону с рядом равномерных завихряющихся во внутрь полуцилиндра потоков, образуя при этом зону всасывания и перечистки по аналогии с классическим понятием межрифельного пространства жестких улавливающих покрытий.
На фиг. 1 схематично изображен поперечный разрез одного из углублений чаши концентратора и направления движения в нем потоков, на фиг.2 - проницаемая заглушка, на фиг. 3 - продольный разрез чаши сепаратора, где:
1 - отверстие для инжекции жидкости,
2 - перегородки,
3 - ловушки,
4 - полимерные переплетенные жилки,
5 - сетка,
6 - кольцевое крепление ловушек с сеткой,
7 - питающий патрубок,
8 - углубления, представляющие кольцевые полости,
9 - кольцевые выступы,
10 - чаша концентратора.
Центробежный концентратор работает следующим образом.
Обогащаемый материал, содержащий частицы тяжелой и легкой фракций и подлежащий обогащению, подают через неподвижный питающий патрубок 7 во вращающуюся чашу 10 концентратора, расположенную в полости ротора (на рис. не показано). Под действием центробежных сил частицы двигаются к проницаемой заглушке, состоящей из переплетенных полимерных жилок 4, сетки 5, соединенной с ловушками с помощью кольцевого крепления 6, и подвергаются встречному равномерно распределенному замедленному потоку жидкости, инжектируемой через отверстия 1. С помощью заглушки предотвращается попадание крупных частиц в углубление 9, и создается равномерный восходящий поток разрыхляющей воды, а также зона предварительной концентрации тяжелых частиц. Проходя через сетку 5, тяжелые и относительно крупные легкие частицы под действием центробежных сил, проникая между жилками 4 и сеткой 5, попадают в зоны действия ловушек 3. Частицы, продвигаясь непрерывно вдоль поверхности заглушек, образуют кипящий слой, происходит завихрение и всасывание потоков воды, при этом осуществляется захват и удерживание преимущественно мелких тяжелых частиц и непрерывная их перечистка (отмывка от крупных легких). Крупные легкие частицы в кипящем слое в результате сегрегации и действия восходящего замедленного потока жидкости смываются в хвосты, где в зоне действия завихрений и ускоренных потоков воды периодически по мере накопления критического их количества выбрасываются в зону действия кипящего слоя и под действием сегрегации выводятся в верхние слои кипящего слоя. Тяжелые крупные и мелкие частицы, двигаясь по направлению к стенкам углублений 8, вдоль них и далее стенок перегородок 2 захватываются в более крупных завихрениях воды, ускоряющихся ближе к отверстию 1 инжектирования жидкости. При этом перегородки треугольной в продольном сечении формы 2, направленные к оси отверстия для инжектируемой жидкости, за счет смещения по отношению к перегородкам на противоположной стороне на половину длины основания треугольника, позволяют создать каскадный характер передвижения частиц из зон циркуляции с меньшими в зоны циркуляции с большими скоростями потоков воды под действием центробежных ускорений, а также в обратном направлении при критической их концентрации (переполнении), что позволяет равномерно заполнить объем углубления 9 тяжелыми частицами ценного компонента.
Легкая фракция удаляется самотеком через верхний переливной борт чаши и далее через сливной патрубок (не показан).
После окончания цикла накопления тяжелой фракции (концентрата) прекращается подача обогащаемого материала, замедляется вращение чаши и увеличивается расход инжектируемой воды для промывки углублений 8 от сконцентрированных частиц и в дальнейшем вывода концентрата.
Таким образом, заявляемый центробежный концентратор при наличии конструктивных изменений центрифугирующей чаши и кольцевой полости позволяет усилить эффект разрыхления обогащаемого материала при инжекции текучей среды и, следовательно, повысить эффективность и производительность процесса обогащения руд.