СПОСОБ СЕПАРАЦИИ АЛМАЗОСОДЕРЖАЩИХ СМЕСЕЙ МИНЕРАЛОВ
SEPARATION METHOD OF DIAMOND-CONTAINING MIXTURES OF MINERALS

Область, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области добычи полезных ископаемых и может быть использовано при сепарации смесей минералов на полезный компонент - алмазы и пустую породу, имеющие различную способность передавать тепло от одного тела к другому.
Уровень техники
В настоящее время для отделения алмазов из алмазозосодержащих пород и песков широкое практическое применение получили способы рентгенолюминесцентной сепарации, основанные на избирательной способности кристаллов алмаза люминесцировать в видимой области спектра электромагнитных волн под действием рентгеновских лучей [1]. Например, известен способ сепарации алмазосодержащей породы [2], при котором концентрат обогащаемой породы или песка в виде монослойного потока отдельных частиц определенного технологического класса крупности двигается на ленте транспортера. Участок породы на всю ширину ленты облучается пучком рентгеновского излучения, под воздействием излучения алмазы, содержащиеся в данном участке породы, флуоресцируют. Возникающее флуоресцентное излучение регистрируется с помощью детектора на основе фотоэлектронного умножителя, который включает механизм сброса алмазосодержащего участка породы в накопитель.
Все устройства, основанные на рентгенолюминесцентном способе разделения алмазосодержащей породы, имеют схожую функционально-конструктивную совокупность признаков: средства транспортировки и подачи исходной породы, средства обнаружения полезных минералов в исходной породе по выбранным разделительным признакам, включающие источник рентгеновского излучения и не менее одного фотодетектора, исполнительный механизм для отделения полезного минерала из исходной породы, электрически управляемый по сигналу фотодетектора, устройства для накопления полезных минералов и пустой породы, электронную систему управления, связанную с соответствующими блоками сепаратора.
Недостатком способа и устройств рентгенолюминесцентной сепарации является следующее: значительная часть кристаллов алмаза не флуоресцирует или слаболюминесцирует под воздействием рентгеновского излучения, многие сопутствующие минералы в алмазосодержащей породе или песках, такие как циркон, полевой шпат, галит и большинство кальцийсодержащих минералов, обладают рентгенолюминесцентными свойствами, в результате при сепарации они воспринимаются и извлекаются как алмазы. Кроме того, недостатками известного способа являются сложность конструкции, относительно большие энергопотребление, габариты, масса и высокая стоимость рентгенолюминесцентных сепараторов. Все это вместе взятое существенно увеличивает себестоимость обогащения алмазосодержащих пород и делает нерентабельным разработку небольших месторождений алмазов на малых сезонных обогатительных фабриках для первичной сепарации алмазов, которые удалены от энергетических магистралей и с которыми отсутствует круглогодичное наземное транспортное сообщение.
Известны также способы электрической сепарации для смесей минералов, отличающихся по электрическим свойствам [3, 4]. В этих способах электрической сепарации частицам сортируемой смеси минералов вначале сообщают электрический заряд с помощью коронного разряда или трибоэлектризации. Затем частицы сортируемой смеси подаются в зону разделения, в которой под действием электростатических сил материал разделяется на два или более продуктов. Селективность известных способов разделения зависит от соотношения электрофизических свойств частиц полезного и сопутствующего компонентов. Недостатками способов электрической сепарации являются низкая селективность разделения из-за малого различия в электропроводимости частиц алмаза и некоторых распространенных сопутствующих минералов и возможность использования сепарации только для мелкоразмерного материала. При увеличении размеров частиц разделяемого материала величина электрических сил становится соизмеримой с силой тяжести частиц, поэтому отклонение траектории движения заряженных частиц под действием электрического поля от траектории свободного падения становится сравнимым с величиной естественного разброса траекторий.
Известны методы обогащения руд, основанные на различии минералов по испусканию или ослаблению радиоактивного излучения, например способ извлечения алмазов из сыпучего материала, описанный в патенте Великобритании [5]. Способ основывается на различии интенсивностей проникающего излучения прошедшего слой жидкой вмещающей среды, часть которой вытеснена либо алмазом, либо сопутствующим минералом. Материал подается по наклонному желобу в потоке суспензии или растворе тяжелых солей, которые являются непрозрачными для рентгеновского излучения. Согласно известному способу поток тяжелой (малопрозрачной для рентгеновского излучения) жидкости имеет толщину меньше, чем зерна полезного минерала с низким атомным номером (например, алмаза) минимального размера. Наклонный желоб выполнен из легкого металла и просвечивается жестким рентгеновским или гамма-излучением. Излучение, прошедшее сквозь основание желоба и поток суспензии (или раствора солей тяжелых металлов), попадает на люминесцирующий экран и далее регистрируется детектором, который имеет пространственное разрешение (например, телевизионная камера). В данном способе согласно описанию патента алмазы должны давать на экране телевизионной камеры изображение в виде светлого пятна на общем темном фоне. Недостатками данного способа являются: во-первых, пузыри воздуха или газа будут восприниматься как зерна алмазов и вызывать ложные срабатывания; во-вторых, в случае образования волн или завихрений в потоке жидкости алмаз минимального размера может быть покрыт сверху слоем жидкости, то есть быть невидим на экране; в-третьих, алмазы как гидрофобные объекты, за счет поверхностного натяжения, могут плыть на поверхности жидкости, особенно, если эта жидкость представляет собой суспензию или раствор солей тяжелых элементов.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ для сортировки минералов по теплофизическим свойствам и устройство для его осуществления, описанные в заявке на изобретение РФ №94027468/03 от 19.07.1994 г., опубл. 10.06.1996 г., МПК B03B 5/44 [6]. Суть известного способа основана на высокой теплопроводности алмаза по сравнении с минералами и чистыми металлами и заключается в контактной передаче тепла от вращающегося нагревателя через сортируемые зерна минералов к термоадгезионному слою движущейся транспортной ленты, на поверхности которой закрепляются зерна полезных компонент с высокой теплопроводностью, а зерна пустой породы, имеющие более низкую теплопроводность, не прикрепляются, затем последовательно проводят отдельный съем не прикрепленных и прикрепленных зерен с транспортной ленты на соответствующие приемные копилки. Устройство, реализующее данный способ, содержит вибрационный питатель, обеспечивающий подачу сортируемого материала в виде монослоя частиц на поверхность транспортерной ленты из губчатого эластичного материала, например поролона или губчатой резины, сверху пропитанную легкоплавким веществом, например парафином, контактный нагреватель, в качестве которого, как следует из описания, используется барабан, отсекатель полезного компонента и приемные копилки извлекаемого минерала и пустой породы. Минералы, находящиеся на поверхности движущейся транспортерной ленты, проходят под контактным нагревателем, который, вращаясь навстречу потоку руды, вдавливает зерна в губчатую ленту, обеспечивая надежный тепловой контакт. После контактного нагрева минералы, двигаясь с лентой, находятся на ней достаточное время, за которое легкоплавкое вещество остывает под полезным компонентом и закрепляет зерна на ленте. При дальнейшем движении материала пустая порода, не прилипшая к ленте, отрывается от нее и поступает в приемный бункер. Закрепившиеся на ленте зерна полезного минерала, двигаясь дальше, отсекаются отсекателем и направляются в накопительную приемную копилку. Данный способ и устройство имеют высокую производительность при извлечении алмазов из алмазосодержащей смеси минералов.
Недостатком способа является низкая эффективность и селективность разделения зерен алмазов при сепарации смесей минералов мелких классов размерности, поскольку поверхность нагревателя при соприкосновении и вдавливании зерен с размерами менее 2 мм может касаться губчатой поверхности транспортера и расплавить пропитанную в ней легкоплавкое вещество и прикрепить на ленте наряду с зернами алмаза зерна пустой породы. Кроме того, при одновременном контакте нескольких зерен минералов, имеющие различные формы поверхности, с поверхностью барабанного нагревателя, как следует из описания изобретения, и ее наезда - непосредственного вдавливания зерен на губчатую поверхность транспортера через зерна минералов пройдет тепловой поток, зависящий от контактной площади соприкосновения поверхности нагревателя и зерна, зависящей от его формы, в результате которого их температура может достичь температуры плавления легкоплавкого вещества транспортера. В результате зерна пустой породы прикрепятся к термоадгезионному слою транспортера и, в конечном счете, окажутся в приемном бункере для зерен алмаза.
Раскрытие изобретения
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение эффективности сепарации за счет увеличения селективности разделения независимо от формы и размера отдельных зерен смеси минералов, а также упрощение и удешевление технологии и оборудования обогащения алмазосодержащих руд и песков.
Заявляемый способ включает ряд существенных признаков общих с прототипом изобретения: подачу сепарируемой смеси минералов в виде потока монослоя зерен определенного технологического класса крупности на поверхность движущийся транспортерной ленты, пропитанной или наполненной легкоплавким веществом, контактную передачу тепла от вращающегося навстречу потоку нагревателя через зерна минералов к поверхности транспортерной ленты, расплавление под зернами минералов с высокой теплопроводностью легкоплавкого вещества, их закрепление при последующем охлаждении легкоплавкого вещества.
Заявляемое изобретение имеет ряд существенных признаков, отличающихся от прототипа: на поверхности транспортерной ленты на всю ее ширину формируют продольные зигзагообразной формы желоба, которые не более чем на одну треть их высоты заполняют легкоплавким термоадгезионным веществом, а нагреватель выполняют в виде системы независимо вращающихся на встречу потоку одинаковых дисков с узкими контактными краями округленной формы и располагают их вертикально вдоль оси желобов, и оси вращения которых выполнены подвижными независимо друг от друга в вертикальном направлении так, чтобы при наезде диска контактными краями на зерна минералов и расплавлении под зернами легкоплавкого вещества имеют возможность приподниматься и опускаться. Формирование на поверхности транспортерной ленты продольных желобов зигзагообразной формы позволяет подавать зерна смеси минералов параллельными не соприкасающимися между собой упорядоченными ручьями, причем зерна независимо от их формы и незначительной разницы по размеру будут расположены по центру желобов вдоль их продольной оси. Заполнение желобов легкоплавким термоадгезионным веществом более чем на одну треть их высоты может привести к значительному смещению положения центра зерен относительно оси желобов. Диски-нагреватели располагают вертикально, так чтобы их контактные края находились вдоль оси желобов, что обеспечивает надежный тепловой контакт между ними и поверхностью зерен минералов, движущихся на ленте транспортера, при этом округленная форма контактного края дисков способствует созданию одинаковой контактной площади поверхности для потока тепла от нагревателя к поверхности зерен минералов независимо от их формы и рельефа поверхности. Придание независимой подвижности в вертикальном направлении дискам-нагревателям позволяет нивелировать разницу в форме и размерах зерен при их подаче под узкие контактные края дисков, обеспечивает непрерывный тепловой контакт между контактными краями и поверхностью зерен с момента наезда диска-нагревателя на зерно до его съезда с зерна минералов.
В качестве легкоплавкого термоадгезионного вещества предпочтительно использование канифоли, представляющей собой смесь различных изомеров, преимущественно абиетиновой кислоты с температурой плавления от 50 до 130°C, поскольку канифоль в размягченном и расплавленном состоянии обладает очень высокими адгезионными свойствами, кроме того, она доступна и экологически безопасна. В качестве материала для изготовления контактных краев дисков нагревателя предпочтительно использовать серебро и медь или сплавы на их основе, имеющие высокий коэффициент теплопроводности по сравнению с другими металлами [7].
Краткое описание чертежей
На фиг.1 представлена кинематическая схема подачи, отделения и съема зерен алмаза из потока смеси алмазосодержащих минералов. Здесь черными и светлыми кружками показаны зерна, соответственно, алмазов и пустой породы. На фиг.2 показана схема прохождения зерен минералов под вращающимся диском нагревателя и прикрепления алмазов к термоадгезионному слою транспортера. Здесь показаны положения диска-нагревателя, когда под ним находится зерно алмаза (правый диск), в отсутствии каких-либо зерен (средний диск), и когда под диском-нагревателем находится зерно пустой породы (левый диск).
Осуществление изобретения
Осуществление изобретения, охарактеризованного приведенной выше совокупностью признаков, подтверждается примером реализации способа, представляющим собой описание процесса сепарации зерен алмаза из алмазосодержащей смеси минералов (Фиг.1, Фиг.2).
На транспортерную ленту 1, на поверхности которой на всю ее ширину сформированы зигзагообразные желоба 2, при помощи вибропитателя 3 монослоем подают зерна исходной алмазосодержащей смеси минералов 4, например, технологического класса крупности -3+2 мм. Зигзагообразные желоба 2 не более чем на одну треть их высоты заполняют равномерным слоем легкоплавкого термоадгезионного вещества 5, например канифолью, при помощи специального устройства 6. При комнатной температуре канифоль не обладает адгезионным свойством и зерна смеси минералов 4 не прикрепляются к поверхности желобов 2 и перемещаются лентой 1 к вращающимся дискам-нагревателям 7, которые для придания им независимой подвижности в вертикальном направлении закреплены, например, на тонких упругих пластинах 8. При отсутствии зерен минералов 4 на желобах 2 диски-нагреватели 7 закреплены вдоль оси желобов 2 так, чтобы их контактные края 9, изготовленные, например, из серебра, не касаются поверхности желобов 2 (средний диск-нагреватель на фиг.2). При наезде зерен минералов на контактные края 9 дисков-нагревателей 7 за счет придания им независимой подвижности в вертикальном направлении осуществляется надежный тепловой контакт между округленными краями 9 и поверхностью зерен 4. С момента начала теплового контакта до его прерывания происходит передача тепла через зерна минералов 4 к термоадгезионному слою канифоли 5 между соприкасающимися поверхностями: округленными краями 9 дисков-нагревателей 7 и поверхностью зерен 4. При заданной скорости движения транспортерной ленты 1 температуру дисков-нагревателей 7 регулируют и устанавливают при помощи соответствующих контроллеров 10, так чтобы только под зернами алмаза, имеющего в широком интервале температур самую высокую теплопроводность среди всех природных минералов, расплавился слой канифоли 5 и прикрепил их на поверхности желоба 2 транспортера. Зерна других минералов (светлые кружки) в силу их низкой теплопроводности, чем алмаз при установленной температуре диска-нагревателя 7 и скорости движения ленты 1 не расплавляют под собой слой канифоли 5 и не прикрепляются к поверхности желобов 2 и транспортируются лентой 1, и сбрасываются в приемник пустой породы 11. Закрепившиеся на поверхности желобов зерна алмазов (темные кружки) направляются дальше и снимаются специальным устройством 12, основанным, например, на нагревании слоя канифоли путем продувки горячим воздухом, и поступают на приемник алмазов 13.
Таким образом, предлагаемый способ сепарации алмазов обеспечивает высокую селективность сепарации независимо от формы и рельефа поверхности и разброса размера отдельных зерен внутри определенного технологического класса крупности обогащаемой смеси минералов и позволяет упростить и существенно удешевить технологию и оборудование обогащения алмазосодержащих руд и песков.
Использованные источники информации
[1] М.И. Маланьин, А.П. Крупенина, М.М. Черкашина и В.В. Румянцева "Обогащение алмазосодержащих коренных пород и песков". Государственное научно-техническое издательство литературы по геологии и охране недр, Москва, 1961 год, с.152.
[2] Авдеев С.Е., Махрачев А.Ф., Казаков Л.В., Левитин А.И., Морозов В.Г. Рентгенолюминесцентные сепараторы ОАО «НПП «Буревестник» - аппаратурная основа российской технологии обогащения алмазосодержащего сырья. Горный журнал. 2005. №7.
[3] Справочник по обогащению руд. Основные процессы./Под ред. Богданова, 2 изд., перераб. и доп., М., Недра, 1983, стр.209-216, стр.240.
[4] Патент РФ №2353439, кл. МПК B07C 5/344, B03C 7/00 2009 г.
[5] Патент Великобритании, 1135232, GIA, МКИ G01 №23/12, 1968 г.
[6] Заявка на изобретение РФ №94027468/03 от 19.07.1994 г., опубл. 10.06.1996 г., МПК B03B 5/44.
[7] Бухмиров В.В., Ракутина Д.В., Солнышкова Ю.С. Справочные материалы для решения задач по курсу «Тепломассообмен» / ГОУ ВПО «Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина». - Иваново, 2009. - 102 с.