Устройство для тяжелосредной сепарации материала
DEVICE FOR DENSE MEDIUM SEPARATION OF MATERIAL

Изобретение относится к области обогащения полезных ископаемых, а именно к процессу разделения материалов (руда, уголь и др.) по плотности в тяжелой среде в ванне сепаратора.
В промышленности применяется несколько видов тяжелосредных сепараторов. Они различаются формой ванны и механическими устройствами для выгрузки потонувших продуктов разделения, такими как скребковые конвейеры, ковши на колесах, лопасти и т.д. Эти устройства решают задачу разгрузки потонувшего продукта, но при этом являются причиной возникновения проблем с нарушением спокойного гидродинамического режима в ванне сепаратора и периодическим ремонтом этих механических разгрузочных устройств, требующих остановки сепаратора.
Известен сепаратор для обогащения широких классов крупности полезных ископаемых с различными удельными весами, включающий глубокую коническую ванну, загрузочное приспособление, с разгрузкой всплывшего продукта (легкой фракции) через сливной порог с тяжелой суспензией, с разгрузкой потонувшего продукта (тяжелой фракции) через трубу на дне ванны, разгрузочный конец которой поднят выше уровня дна ванны (патент US 2,954,870, выдан 04.10.1960).
В этом сепараторе диапазон крупности частиц обогащаемого материала (руда, уголь и др.) может быть 6×1/4''.
Существующие гравитационные тяжелосредные процессы в ваннах сепараторов доказали эффективность их использования для разделения частиц различных удельных весов с размерами частиц больше чем 1/4''. Во всех этих процессах частицы различных удельных весов погружают в тяжелую жидкость, имеющую удельный вес выше, чем у легкой фракции, и ниже, чем у тяжелой фракции. Разделение осуществляется с использованием свойств легких частиц всплывать и более тяжелых частиц тонуть в жидкой тяжелой среде промежуточной плотности.
На практике, жидкая тяжелая среда представляет собой водную суспензию тонкоизмельченных твердых веществ с высоким удельным весом, например магнетита. Существенно, не только поддерживать заданный удельный вес тяжелой среды постоянным, но и осуществлять подачу питания, разгрузку всплывшего и потонувшего продуктов без вмешательства в равномерный гидродинамический режим потока суспензии с материалом. Это является необходимым условием оптимального режима работы сепаратора. Применение магнетита в качестве утяжелителя в суспензии нашло широкое применение, потому что, используя его магнитные свойства, его легко отделять от материала на магнитных сепараторах и возвращать обратно в процесс приготовления магнетитовой суспензии.
Недостаток приведенного выше сепаратора - глубокая ванна, что предполагает относительно высокое давление суспензии на дне ванны и, соответственно, высокую скорость ее истечения. Для решения этой проблемы конец разгрузочной трубы для потонувшего продукта поднят выше дна ванны для создания противодавления. Но это решение предполагает необходимость подачи под избыточным давлением дополнительного количества суспензии в трубу только для разгрузки тяжелого потонувшего материала. Другой недостаток глубокой ванны требует подачи внизу ванны суспензии для создания восходящего потока, чтобы предотвратить расслоение суспензии (осаждение магнетита) по глубине ванны.
Задача изобретения - снижение энергопотребления и повышение надежности, за счет отказа от дополнительных механических устройств, поднимающих потонувший продукт над уровнем суспензии в ванне, повышение эффективности разгрузки потонувшего продукта непосредственно на обезвоживающее устройство (грохот) со дна ванны сепаратора самотеком, без применения механических разгрузочных устройств и без подачи дополнительного количества суспензии для разгрузки потонувшего продукта.
Поставленная задача решается устройством для тяжелосредной сепарации материала, содержащим сужающуюся в направлении вниз ванну, имеющую в верхней части загрузочное приспособление и переливной порог с противоположной стороны ванны для выгрузки всплывшего продукта и отверстие в нижней части, соединенное с разгрузочной трубой для выгрузки потонувшего продукта, при этом согласно изобретению устройство снабжено вибрационными грохотами для всплывшего и потонувшего продуктов, датчиком уровня потонувшего продукта и блоком управления, выходное отверстие разгрузочной трубы расположено над ситом вибрационного грохота для потонувшего продукта, а блок управления соединен с датчиком уровня и с вибрационным грохотом для потонувшего продукта с возможностью регулирования частоты колебаний сита грохота, тем самым регулирования скорости разгрузки потонувшего продукта и поддержания уровня потонувшего продукта на дне ванны.
Технический результат изобретения заключается в сокращении расхода суспензии вследствие исключения необходимости подачи дополнительного количества суспензии под давлением для разгрузки потонувшей тяжелой фракции материала путем обеспечения ее разгрузки непосредственно на обезвоживающее устройство (грохот) со дна ванны самотеком. Для этого из потонувшего продукта исходного материала широкой крупности от 6 до 200 мм в нижней части ванны создается управляемый по высоте слой, который разгружается самотеком через разгрузочную трубу на дне ванны непосредственно на сито вибрационного грохота для отделения и отмывки тяжелосредной суспензии от потонувшего продукта. Потонувший продукт из трубы разгружается непосредственно на сито дренажно-промывочного грохота. Скорость выгрузки потонувшего продукта из трубы и высота его слоя в нижней части ванны также регулируется изменением частоты вибрации грохота.
В частных случаях выполнения устройство характеризуется тем, что:
- ванна имеет форму пирамиды, повернутой вершиной вниз, при этом стенка ванны со стороны загрузочного приспособления имеет в своем вертикальном сечении форму дуги, вогнутой внутрь ванны;
- стенка ванны со стороны сливного порога и смежные с ней боковые стенки являются плоскими и расположены под углом 45-60 градусов к горизонту;
- на выходном отверстии разгрузочной трубы установлена задвижка.
- на разгрузочной трубе установлен магнитный затвор, соединенный с блоком управления с возможностью регулирования скорости истечения магнетитовой суспензии и потонувшего продукта;
- разгрузочная труба расположена вертикально или с углом наклона оси к горизонту от 90 до 45 градусов;
- со стороны сливного порога ванны размещено гребковое устройство.
Сущность изобретения поясняется чертежом.
Устройство для тяжелосредной сепарации материала содержит ванну 1, в которую подается исходный материал 2 и магнетитовая суспензия 3. Ванна 1 имеет в нижней части выходное отверстие, соединенное с разгрузочной трубой 4, расположенной вертикально или с углом наклона оси к горизонту от 90 до 45 градусов. На выходном отверстии трубы 4 установлена задвижка 5. В верхней части ванна 1 имеет загрузочное приспособление 6 и противоположной стороны сливной порог 7. Устройство содержит два дренажно-промывочных вибрационных грохота 8 и 9 для всплывшего и потонувшего продуктов соответственно. Вибрационный грохот 8 расположен рядом со сливным порогом 7, а вибрационный грохот 9 - непосредственно под выходным отверстием разгрузочной трубы 4. В ванне 1 установлен датчик 10 уровня потонувшего продукта. На разгрузочной трубе 4 установлен магнитный затвор 11. Блок 12 управления соединен с датчиком 10 уровня, с вибрационным грохотом 9, с магнитным затвором 11 и датчиком 13 измерения плотности среды.
Зумпф 14 с магнетитовой суспензией посредством насоса 15 соединен с трубопроводом 16 подачи суспензии в загрузочное устройство 6 и ванну 1. Поддоны 17 и 18 сбора суспензии с вибрационных грохотов 8 и 9 соединены трубопроводом 19 для подачи суспензии в зумпф 14.
Над сливным порогом 7 установлено гребковое устройство 20 для облегчения разгрузки крупных кусков всплывшего продукта.
Устройство для тяжелосредной сепарации на примере обогащения угля работает следующим образом. Исходный материал (уголь) 2 поступает в ванну 1 в виде пирамиды, вершиной направленной вниз. Передняя стенка ванны 1 сепаратора изогнута по дуге внутрь ванны. Стенка ванны 1 со стороны сливного порога 7 и смежные с ней боковые стенки являются плоскими и расположены под углом 45-60 градусов к горизонту.
Вместе с углем 2 в загрузочное приспособление 6 сепаратора подается насосом 15 из зумпфа 14 по трубопроводу 16 кондиционная магнетитовая суспензия 3 заданной плотности в загрузочное устройство 6, которая заполняет ванну 1 сепаратора. Исходный материал представляет собой смесь легких (уголь) и тяжелых (порода) фракций. Оптимальное отношение объема суспензии к объему исходного твердого материала должно быть в диапазоне 3:1-4:1. В ванне 1 сепаратора происходит разделение материала: уголь всплывает (на чертеже черный цвет частиц), а порода тонет и опускается на дно ванны 1 сепаратора (на чертеже белый цвет частиц). Всплывший чистый уголь вместе с большей частью суспензии (до 80% от общего поступающего объема) разгружается через регулируемый сливной порог 7 с помощью лопастного гребкового устройства 20 на горизонтальный вибрационный грохот 8 для отделения чистого угля от суспензии и обезвоживания. Обезвоженный уголь конвейером подается на склад готовой продукции.
Угол при вершине ванны 1 (пирамиды) выбирается из условия обеспечения скольжения потонувшей породы по граням ванны 1 к разгрузочной трубе 4.
В начале работы задвижка 5 на разгрузочной трубе 4 закрыта до момента, пока труба 4 не заполнится породой, что зафиксирует датчик 10 уровня, представляющий собой, например, шток с концевым выключателем и поплавком. После этого задвижка 5 открывается, и потонувший продукт (порода) вместе с некоторым количеством суспензии (не более 20% от общего поступающего в сепаратор объема) разгружается на горизонтальный вибрационный грохот 9. На грохоте 9 порода отделяется от суспензии, отмывается от частиц налипшего магнетита и обезвоживается. Далее порода конвейером направляется в бункер породы и вывозится в породный отвал. Отделенная от продуктов обогащения на вибрационных грохотах 8 и 9 магнетитовая суспензия собирается в поддоны 17 и 18 грохотов 8 и 9 и по трубопроводу 19 сливается в зумпф 14 кондиционной суспензии для подачи обратно в ванну 1 сепаратора.
Автоматическая регулировка разгрузкой потонувшего продукта осуществляется блоком 12 управления, который управляет открытием задвижки 5, магнитным затвором 11 для формирования регулируемой магнетитовой пробки в разгрузочной трубе 4, частотой вибрации грохота 9 с целью регулировки скорости выгрузки породы из разгрузочной трубы 4.
Датчик 13 плотности, в виде, например, дифференциального датчика давления необходим для контроля плотности среды, уровня суспензии с материалом в ванне 1 сепаратора.
Высота слоя потонувшего продукта на дне ванны 1 и в трубе 4 поддерживается на постоянном уровне, обеспечивающем оптимальный расход суспензии через разгрузочную трубу 4 (за счет фильтрации суспензии через промежутки между частицами потонувшего продукта и ее унос при его движении в трубе 4), не превышающем 20% от объема суспензии, подаваемой в ванну сепаратора. Размер сечения разгрузочной трубы 4 выбран из условия 3-кратного превышения максимального размера куска потонувшего продукта для обеспечения свободной разгрузки материала. Чтобы ограничить скорость истечения тяжелосредной суспензии через нижнюю разгрузочную трубу 4 с расходом до 20% и менее от общего объема суспензии, подаваемой в ванну 1 сепаратора с исходным материалом, необходимо выполнить следующие условия.
1. Глубина ванны 1 сепаратора должна быть не более 7-кратного размера наиболее крупного куска исходного материала, чтобы уменьшить давление суспензии на входе в разгрузочную трубу 4 на дне ванны и обеспечить оптимальные условия разделения материала по глубине ванны 4 и при этом избежать расслоения суспензии по глубине ванны 4.
2. Передняя стенка ванны 1 сепаратора имеет вогнутость внутрь ванны для формирования преимущественно горизонтального поверхностного потока суспензии в верхней части ванны сепаратора. Длина разгрузочной трубы для потонувшего продукта, угол ее наклона определяются в зависимости от гранулометрического состава потонувшего продукта и его плотности, от состава тяжелой среды, ее вязкости и плотности, т.е. от коэффициента фильтрации тяжелосредной суспензии через поровое пространство потонувшего продукта в разгрузочной трубе 4.
3. В нижней части разгрузочной трубы 4 делается вставка из немагнитного материала, на которой установлен магнитный затвор 11 для магнетитовой суспензии (на основе электромагнитов или постоянных магнитов). Магнитный затвор 11, воздействуя на магнитную составляющую тяжелой среды (магнетит), формирует внутри трубы 4 регулируемую магнитную кольцеобразную пробку, в результате можно регулировать сужение канала трубы 4 и скорость истечения потонувшего материала и суспензии из разгрузочной трубы 4.
4. Потонувший продукт из трубы 4 разгружается непосредственно на сито дренажно-промывочного вибрационного грохота 9. Скорость выгрузки потонувшего продукта из трубы 4 и высота его слоя в нижней части ванны 1 регулируется изменением частоты вибрации грохота 9. Новизна предлагаемого устройства (сепаратора) заключается в применении самотечной разгрузки потонувшего продукта широкой крупности от 6 до 200 мм непосредственно на вибрационный грохот 9. Для ограничения расхода магнетитовой суспензии с потонувшим продуктом применен регулируемый магнитный затвор 11, устанавливаемый на разгрузочной трубе 4, неглубокая ванна 1 сепаратора, изогнутая внутрь передняя стенка ванны 1 сепаратора и, при необходимости, устанавливаемая под углом к горизонту разгрузочная труба 4.
Предлагаемое устройство по сравнению с рассмотренным прототипом позволит значительно уменьшить расход тяжелосредной суспензии через нижнюю разгрузочную трубу 4 и обеспечит более высокую эффективность разделения материала в ванне 1 сепаратора в связи с уменьшением турбулентности потоков в ванне 1 сепаратора. По сравнению с широко распространенными сепараторами с механической разгрузкой потонувшего продукта будут исключены простои и затраты из-за ремонта этих устройств, повышена надежность и снижено энергопотребление.