СПОСОБ МОКРОЙ ИНЕРЦИОННО-ДИНАМИЧЕСКОЙ КЛАССИФИКАЦИИ ПОРОШКОВОГО МАТЕРИАЛА
METHOD OF WET INERTIAL-DYNAMIC CLASSIFICATION OF POWDER MATERIALS

Данное предложение относится к области разделения твердых материалов с помощью жидкостей и может быть использовано при обогащении минерального сырья, геологических и технологических исследованиях.
Известен способ мокрой инерционно-динамической классификации порошкового материала, включающий загрузку жидкости с исходным материалом на верхнюю часть рабочей наклонной поверхности с препятствиями, расположенными по ее краям, создание направленного потока пульпы, разделение частиц исходного материала на фракции с использованием возвратно-поступательного движения рабочей поверхности, вывод получаемых фракций производят в нижней части рабочей поверхности (патент РФ №2149063, Аполицкий В.Н., 2000 г.) (патент РФ №2092244, Аполицкий В.Н., 1997 г).
Наиболее близким по техническому решению к данному предложению является способ мокрой инерционно-динамической классификации порошкового материала, включающий загрузку жидкости с исходным материалом на верхнюю часть рабочей наклонной поверхности с препятствиями, расположенными по ее краям, создание направленного потока пульпы с использованием ограничения высоты потока пульпы в нижней части наклонной рабочей поверхности посредством герметичного перекрытия, помещаемого сверху препятствий, и выводом основного потока пульпы вверх через выходную герметичную трубу, разделение частиц исходного материала на фракции с использованием возвратно-поступательного движения рабочей поверхности с резкими ускорениями, вывод получаемых фракций производят в нижней части рабочей поверхности, осуществляют выбор оптимальных условий классификации (патент РФ №2317149, Способ мокрой инерционно-динамической классификации порошкового материала, Аполицкий В.Н., 2006 г.).
Недостатком известных технических решений (аналога и прототипа) являются невысокое качество классификации частиц порошковых материалов, особенно при их крупности менее 100 мкм.
Целью предложения является повышение качества классификации частиц порошкового материала.
Поставленная цель достигается за счет того, что согласно способу мокрой инерционно-динамической классификации порошкового материала, включающему загрузку жидкости с исходным материалом на верхнюю часть наклонной рабочей поверхности с препятствиями, расположенными по ее краям, создание направленного потока пульпы с использованием ограничения высоты потока пульпы в нижней части наклонной рабочей поверхности посредством герметичного перекрытия, помещаемого сверху препятствий, расположенных по краям рабочей поверхности, и выводом основного потока пульпы вверх через выходную герметичную трубу, разделение частиц исходного материала на фракции с использованием возвратно-поступательного движения рабочей поверхности с резкими ускорениями, вывод получаемых фракций в нижней части рабочей поверхности, выбор оптимальных условий классификации, герметичное перекрытие, помещаемое сверху препятствий, расположенных по краям рабочей поверхности, делают магнитопроницаемым, а сверху герметичного перекрытия закрепляют магниты с целью выделения магнитной фракции порошкового материала из пульпы, после завершения классификации магнитную фракцию отделяют от перекрытия, устраняя действие магнитного поля на магнитную фракцию; для периодического вывода магнитной фракции в процессе классификации изготавливают накопитель магнитной фракции, в верхней боковой части препятствий делают герметичный выход (отверстие) с герметичной магнитонепроницаемой трубой для перемещения магнитной фракции в накопитель этой фракции, магниты над перекрытием закрепляют с возможностью их свободного периодического перемещения, в процессе классификации порошкового материала осуществляют периодическое перемещение магнитов и частиц накопленной магнитной фракции через оптимальное время в сторону герметичного выхода (отверстия) магнитной фракции, оптимальное время периодического перемещения накопленной магнитной фракции выбирают в зависимости от классифицируемого порошкового материала.
Сущность предлагаемого способа.
При обогащении минерального сырья обычно используются какие-либо характерные свойства частичек минералов, в которых находятся полезные компоненты, - плотность, магнитные свойства и др.
В основе мокрого инерционно-динамического способа классификации лежит разделение частиц исходного порошкового материала на фракции с использованием потока пульпы, скорость которого изменяется по мере его движения по рабочей поверхности. Рабочая поверхность совершает возвратно-поступательные движения с резкими ускорениями, а по краям ее расположены препятствия, ограничивающие движение пульпы. В известных мокрых способах инерционно-динамической классификации разделение порошкового материала на фракции происходит в результате гравитационного разделения частиц порошкового материала в пульпе по ее высоте. Вначале этот процесс происходит под действием динамического потока пульпы на частицы в тонком слое пульпы в верхней части рабочей поверхности, а затем в толстом слое пульпы в нижней части рабочей поверхности за счет инерционного движения отдельных частиц среди других частиц (сегрегации) в результате резкого возвратно-поступательного движения рабочей поверхности. Недостатком этого метода является ухудшение качества разделения частиц на фракции за счет возникновения турбулентного движения в толстом слое пульпы в нижней части рабочей поверхности в результате резкого движения верхних слоев пульпы под воздействием возвратно-поступательного движения рабочей поверхности. В предлагаемом способе для устранения этой турбулентности (поверхностного волнения пульпы) на расположенные по краю препятствия в нижней части рабочей поверхности помещают герметичное перекрытие (крышку), которое резко уменьшает турбулентное движение верхнего слоя пульпы. При этом происходит полное заполнение пульпой пространства между рабочей поверхностью и этой крышкой, создаются новые управляемые условия движения пульпы в области формирования тяжелой фракции. Вывод пульпы с рабочей поверхности осуществляют в верхней части через герметичный выход, который дополнительно способствует устранению турбулентности вблизи рабочей поверхности в конце ее нижней части. Это создает условия для сохранения в тяжелой фракции мелких частиц и повышения качества концентрата (тяжелой фракции).
Качество классификации ухудшается, если объем тяжелой фракции, выделяемой в нижней части наклонной рабочей поверхности, быстро возрастает. При этом увеличивается вязкость среды, ухудшается процесс сегрегации частиц с различной плотностью. Особенно этот процесс осложняется в случае наличия в порошковом материале частиц с магнитными свойствами. С целью выделения дополнительной магнитной фракции и улучшения качества выделяемой тяжелой фракции предлагается расположить сверху герметичного перекрытия (крышки) магниты. В этом случае поток пульпы, текущий между рабочей поверхностью и герметичным перекрытием, попадает под воздействие магнитного поля - происходит поднятие вверх частиц, обладающих магнитными свойствами, к поверхности герметичного перекрытия, удержание и накопление их в процессе классификации материала за счет действия магнитного поля магнитов, расположенных над перекрытием. При этом объем тяжелой фракции в нижней части рабочей поверхности может существенно уменьшаться, что способствует улучшению процесса сегрегации тяжелых частиц, повышает качество получаемого концентрата (тяжелой фракции).
Примеры реализации предлагаемого способа
3
Пример 1. Необходимо для проведения геологических поисковых работ выделить в тяжелую фракцию от поисковой минеральной пробы (крупность исходного материала менее 0,1 мм) частицы плотностью более 10 г/см, крупность которых менее 4 0 мкм.
Изготавливают установку из нержавеющей стали (магнитопроницаемого материала), подобную прототипу, - наклонный сужающийся книзу желоб 1 (фиг.1) с препятствиями (боковыми стенками 2) по его краям и поперечной перегородкой 3 в самой нижней части желоба. Желоб 1 располагают на платформе 4. В нижней части желоба 1 сверху на боковые стенки 2 кладут герметично перекрытие (крышку) 5, прижимая его к желобу, например, болтами закрепляя ее к платформе 4 (на фиг.1 не показано). На верхней части герметичного перекрытия (крышки) 5 (сверху) располагают магниты 6, которые закрепляют непосредственно к перекрытию (крышке) 5 болтами (на фиг.1 не показано). В нижней части желоба 1 устанавливают герметичный выход 7 в виде трубы для вывода пульпы из желоба 1. Размеры герметичного выхода 7 и высота расположения герметичного перекрытия (крышки) 5 от дна желоба 1 выбираются экспериментально в зависимости от состава классифицируемого исходного материала и поставленной задачи. Верхнюю часть желоба закрепляют к станине (на фиг.1 станина не показана) через шарнир 8, а нижнюю часть желоба 1 через платформу 4 свободно располагают на опоре 9, с помощью которой можно изменять угол наклона желоба к горизонту, опуская или поднимая опору 9 (для рассматриваемого примера был выбран угол наклона желоба к горизонту 25°). На станине размещают механизм возвратно-поступательного движения желоба и устанавливаются преграды 10 для резкой остановки возвратно-поступательного движения желоба.
3
При осуществлении мокрой инерционно-динамической классификации поисковой минеральной пробы от нее берут представительную навеску пробы массой 150 г, отделяют от нее частицы крупностью менее 0,1 мм и смешивают с водой - получают пульпу. Включают механизм возвратно-поступательного движения желоба 1, осуществляют возвратно-поступательные движения желоба 1 вокруг шарнира 8 по опоре 9. Подают пульпу с исходным материалом и воду в соотношении 1:3 на верхнюю часть сужающегося желоба 1 в течение 10 минут (соотношение исходного материала и воды, а также скорость подачи пульпы в верхнюю часть желоба выбирается экспериментально в зависимости от классифицируемого материала). Пульпа, сбегая вниз в верхней части желоба 1, под действием на частицы гравитационной силы и силы потока пульпы разделяется - у поверхности желоба медленно перемещаются частицы с относительно большой плотностью, частицы с меньшей плотностью энергично переносятся верхним тонким слоем потока. При заполнении пространства пульпой между перекрытием (крышкой) 5 и дном желоба в его верхней части в относительно тонком слое пульпы под действием магнитного поля магнитов 6 происходит отделение от пульпы частиц классифицируемого материала, обладающих магнитными свойствами, - перемещение их вверх к нижней поверхности перекрытия 5 и удержание их там. Движение желоба и резкие удары его о преграды 10, возникающие при возвратно-поступательном движении желоба, создают благоприятные условия для получения более чистого концентрата магнитной фракции. В нижней части желоба 1 образуется толстый слой пульпы, где происходят процессы пространственного разделения частиц исходного материала на фракции за счет сегрегации, чему способствует возвратно-поступательное движение желоба с резкими ускорениями за счет резкого удара (остановки) желоба 1 о преграды 10 в процессе его возвратно-поступательного движения. В моменты остановки частицы двигаются по инерции. При этом их скорость и путь движения в среде тем больше, чем больше их масса (плотность). Более тяжелые частицы расталкивают и вытесняют вверх более легкие частицы - происходит процесс сегрегации, расслоение частиц по плотности по высоте пульпы. В нижней части желоба 1 у перегородки 3 формируется тяжелая фракция, отделение от пульпы частиц, обладающих магнитными свойствами, в верхней части желоба с помощью магнитного поля способствует более эффективному выделению тяжелой фракции. Поток пульпы в этом месте расширяется, снижается его скорость, особенно в ее нижней части у перегородки 3, так как поток пульпы выливается из желоба 1 в продольном направлении через герметичный выход 7 (трубу), расположенный выше перегородки 3. За счет наличия крышки 5 и герметичного выхода 7 волнение верхнего слоя пульпы при возвратно-поступательных движениях желоба 1 в этом случае практически отсутствует. Создаются условия для более ламинарного движения потока пульпы в области формирования тяжелой фракции с повышенной скоростью движения потока в его верхней части. Скорость верхней части потока пульпы, в которую попадают частицы, вытесняемые вверх частицами тяжелой фракции, формирующейся у перегородки 3, зависит от количества пульпы, подаваемой в верхнюю часть желоба 1, угла наклона желоба 1 и герметичного выхода 7 к горизонту, размеров этого выхода, скорости выходящего потока пульпы из желоба 1. Оптимальная скорость потока, выходящего из желоба 1, подбирают в зависимости от исходного исследуемого материала и выделяемой тяжелой фракции (ее плотности, крупности выделяемых частиц) путем предварительных экспериментальных исследований, варьирования скоростью потока, выходящего из желоба 1. В нашем случае были подобраны условия движения потока пульпы по желобу, при котором в тяжелой фракции поисковой минеральной пробы остаются особо тонкие частицы с плотностью более 10 Г/см с крупностью менее 10 микрон.
3
По прошествии 10 минут классификации на нижней поверхности герметичного перекрытия (крышки) 5 у магнитов 6 происходит накопление магнитной фракции различной крупности, которую извлекают путем откручивания болтов крышки 5 и отсоединения ее от желоба. Сухая масса магнитной фракции составила 60 мг. В нижней части желоба образуется тяжелая фракция, в которой находятся частицы поисковой минеральной пробы с плотностью частиц более 10 г/см и крупностью менее 40 мкм. Сухая масса тяжелой фракции составила 100 мг, а масса отделенной с помощью сита ее части крупностью менее 40 мкм оказалась 30 мг, в которой под микроскопом хорошо видны частицы крупностью менее 5 мкм.
Таким образом, закрепление магнитов на верхней части герметичного перекрытия (крышки) желоба, совершающего возвратно-поступательное движение с ускорениями, позволило произвести выделение дополнительной магнитной фракции и создать более благоприятные условия для выделения тяжелой фракции из мелкодисперсного порошкового материала, что сделать с помощью прототипа невозможно.
3
3
Пример 2. Необходимо от пробы минерального сырья массой в 10 кг отделить тяжелую фракцию (концентрат благородных металлов) с плотностью частиц более 10 г/см, а также фракцию частиц с плотностью от 4 до 10 г/см, в которой концентрируются полезные компоненты товарного продукта.
Для осуществления задачи (Пример.2) используют два желоба 1, рассмотренных в примере 1 (фиг.1), расположенных последовательно, подобно тому, как это делается в прототипе. В углах в нижней части желобов 1 делают отверстия 11, через которые непрерывно выводят накапливающиеся в процессе классификации тяжелые фракции из желобов в их накопители (на фиг.1 они не показаны). Кроме этого для периодического вывода магнитной фракции в процессе классификации изготавливают для каждого желоба накопитель магнитной фракции (на фиг.1 он не показан), в верхней боковой части препятствий делают герметичный выход (отверстие) 12 с герметичной магнитонепроницаемой трубой (на рис.1 не показано) для перемещения магнитной фракции в накопитель этой фракции, магниты над перекрытием закрепляют с возможностью их свободного периодического перемещения с помощью тяги 13, которая в процессе классификации порошкового материала позволяет осуществлять периодическое перемещение магнитов (например, используя реле времени) и частиц накопленной магнитной фракции через оптимальное время в сторону герметичного выхода (отверстия) 12 магнитной фракции. Оптимальное время периодического перемещения накопленной магнитной фракции выбирают в зависимости от классифицируемого порошкового материала.
Два желоба 1 устанавливают на станине последовательно, так, чтобы  пульпа из первого желоба выливалась в верхнюю часть второго желоба (на фиг.1 это не показано).
3
3
Процесс классификации осуществляется подобно примеру 1. Отличием является периодический вывод магнитной фракции через выходные герметичные отверстия 12 с помощью тяги 13. Время для периодического вывода магнитной фракции через выходные герметичные отверстия 12 с помощью тяги 13 зависит от классифицируемого порошкового материала и подбирается экспериментально по накоплению магнитной фракции на нижней поверхности герметичного перекрытия 12 в процессе классификации порошкового материала. В нашем случае оно составило 2 мин. Частицы тяжелой фракции, накапливающиеся в самой нижней части желоба 1, в процессе классификации в моменты резких ускорений (ударов желоба 1 о преграды 9) через узкие отверстия 10 под действием силы инерции постепенно покидают рабочую поверхность желоба и попадают в накопители тяжелых фракций. После завершения подачи пульпы в первый желоб подают воду до полного смывания тяжелых фракций с рабочих поверхностей обоих желобов. В накопитель тяжелой фракции первого желоба, как и в случае примера 1, попадают частицы с плотностью более 10 г/см, в накопителе тяжелой фракции второго желоба сосредотачиваются частицы с плотностью от 4 до 10 г/см и большим количеством частиц меньше 5-10 мкм. Извлечение и концентрация благородных металлов возрастает по сравнению с прототипом за счет отделения магнитной фракции и создания более благоприятных условий для выделения наиболее тяжелой фракции исходного материала в нижней части желоба. При этом получают дополнительную полезную магнитную фракцию без затраты дополнительного времени на ее извлечение из тяжелой фракции, а также возможность для непрерывной классификации порошкового материала большого объема.
Таким образом, за счет выделения в процессе инерционно-динамической классификации порошкового материала дополнительной магнитной фракции с помощью расположения магнитов над герметичным магнитопроницаемым перекрытием, размещенным на преградах, расположенных по краям рабочей поверхности, и автоматического вывода через отверстия в верхней части боковых преград в накопитель магнитной фракции создаются условия для повышения качества инерционно-динамической классификации порошкового материала, выделения дополнительной полезной магнитной фракции, ускорения процесса классификации по сравнению с прототипом.