ПРЕЦЕССИОННЫЙ ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ КОНЦЕНТРАТОР
PRECESSION CENTRIFUGAL CONCENTRATOR

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности, а именно к обогащению полезных ископаемых, преимущественно руд и песков драгоценных и цветных металлов.
Известен прецессионный центробежный концентратор для разделения зернистых материалов, включающий конусообразную чашу, смонтированную на наклонном валу с возможностью вращения вокруг вертикальной оси, питающее и разгрузочное приспособления, стопор, не позволяющий конусообразной чаше совершать вращательное движение вокруг собственной оси, но не препятствующий движению вокруг вертикальной оси, наклонный вал в нижней части установлен шарнирно, а в верхней части наклонного вала установлен подшипник и входящий в него штифт, жестко связанный с приводным валом через закрепленное на нем соединительное устройство с пазом для регулирования угла наклона, причем стопор закреплен в нижней части наклонного вала, концентратор снабжен разгрузочным приспособлением для тяжелой фракции (Патент РФ №2136373, 27.05.1998, В03В 5/32 - аналог).
Недостатками известного устройства являются:
низкая производительность концентратора;
необходимость остановки аппарата для ручной разгрузки тяжелой фракции.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности является центробежный концентратор, включающий раму, питающее и разгрузочные приспособления, двухсекционную чашу, жестко смонтированную на полом валу, который одним концом установлен на раме шарнирно с исключением вращения чаши вокруг собственной оси, а другим концом через подшипник соединен с водилом, придающим чаше прецессионное движение, устройство для регулирования угла наклона оси чаши к оси приводного вала водила, где первая секция чаши выполнена в виде усеченного конуса, а паз зоны концентрации второй секции чаши выполнен в виде цилиндра или слабоконического барабана с углом уклона образующей меньшим угла наклона оси чаши и снабжен для разгрузки тяжелой фракции кольцевой щелью и перекрывающим ее кольцевым порогом, который спицами закреплен с продольной подвижностью на полом валу (Патент РФ №2707111, 24.06.2019, В03В 5/32 - прототип).
Недостатками известного устройства являются:
наличие одного паза зоны концентрации, что снижает область и эффективность его использования;
постоянный контакт спиц подвижного кольцевого порога с абразивной средой потока пульпы, что вызывает их повышенный износ и снижает коэффициент использования концентратора из-за вынужденных простоев.
Решаемая задача: повышение эффективности использования прецессионного концентратора.
Поставленная задача достигается тем, что, в известном прецессионном центробежном концентраторе для обогащения полезных ископаемых, включающем раму, жестко соединенные между собой двухсекционную чашу, питающее и разгрузочное устройства и полый вал, который одним концом установлен на раме шарнирно с исключением вращения чаши вокруг собственной оси, а другим концом через подшипник соединен с водилом, придающим чаше прецессионное движение, устройство для регулирования и установления угла наклона оси чаши больше угла уклона образующей паза зоны концентрации второй секции чаши, паз зоны концентрации выполнен в виде улитки между неподвижными улавливающими кольцами, а улитка снабжена выпускным окном с клапаном, при этом образующая улитки выполнена в виде плоской или конической спирали с прямой или обратной конусностью, а вторая секция чаши выполнена в виде набора таких пазов, где смежные пазы выполнены с равными размерами или с последовательным изменением их размеров и каждый паз снабжен устройством для открытия клапана выпускного окна улитки.
Из источников, ставших общедоступными, не выявлены технические решения, где в известном прецессионном центробежном концентраторе для обогащения полезных ископаемых во второй секции чаши паз зоны концентрации выполнен в виде улитки между неподвижными улавливающими кольцами, а улитка снабжена выпускным окном с клапаном, при этом образующая улитки выполнена в виде плоской или конической спирали с прямой или обратной конусностью, а вторая секция чаши выполнена в виде набора таких пазов, где смежные пазы выполнены с равными размерами или с последовательным изменением их размеров и каждый паз снабжен устройством для открытия клапана выпускного окна улитки.
Сопоставимый анализ заявляемого технического решения с прототипом показывает наличие в нем существенных признаков, отличающих его от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию «новизна».
Совокупность его существенных признаков обеспечивает аппарату новое качество, выражающееся:
1). В повышении эффективности использования предлагаемого прецессионного концентратора при обогащении полезных ископаемых, которое достигается за счет установки во второй секции чаши набора пазов с улавливающими кольцами, каждый из которых имеет свой механизм для разгрузки концентрата.
В прототипе паз зоны концентрации второй секции выполнен в виде цилиндра или слабоконического барабана, а улавливающее кольцо паза представлено подвижным кольцевым порогом, который перекрывает кольцевую щель для вывода концентрата из паза зоны концентрации. При этом кольцевой порог спицами закреплен на полом валу внутри чаши с возможностью его перемещения вдоль вала по оси чаши для открытия кольцевой щели при разгрузке концентрата из паза. Такое конструктивное исполнение механизма разгрузки концентрата в прототипе исключает возможность установки набора пазов во второй секции чаши.
В предлагаемом прецессионном концентраторе возможность установки набора пазов с улавливающими кольцами во второй секции достигается тем, что изменены форма паза для концентрации тяжелой фракции и механизм для разгрузки тяжелой фракции.
Паз зоны концентрации между улавливающими кольцами выполнен в виде улитки между неподвижными улавливающими кольцами, а улитка выполнена в виде плоской или конической спирали с прямой или обратной конусностью и углом уклона образующей спирали меньшим угла наклона оси чаши. На улитке, в месте ее наибольшего радиуса, выполнено выпускное окно для разгрузки концентрата, перекрытое клапаном с внешней боковой поверхности чаши, который соединен с устройством для открытия клапана.
Исполнение паза в виде улитки между неподвижными улавливающими кольцами со своим механизмом для разгрузки концентрата позволяет реализовать возможность установки набора таких пазов во второй секции чаши.
Техническое решение по установке во второй секции чаши набора пазов, каждый из которых имеет свой механизм разгрузки тяжелой фракции, позволяет в предлагаемом прецессионном концентраторе переводить каждый паз отдельно из работы в режиме накопления тяжелой фракции в режим разгрузки тяжелой фракции, без остановки питания концентратора и без прекращения работы в режиме накопления других смежных пазов второй секции чаши.
То есть, предлагаемое техническое решение позволяет прецессионному концентратору приобрести такое новое качество, как возможность производить периодическую или непрерывную регулируемую (варьируемую) разгрузку тяжелой фракции при непрерывной работе прецессионного концентратора в режиме накопления.
Таким качеством не обладают прототип и все известные безнапорные центробежные концентраторы сегрегационного типа, работающие в режиме накопления тяжелой фракции. Все известные центробежные концентраторы сегрегационного типа, работающие в режиме накопления тяжелой фракции, являются аппаратами периодического действия. Для разгрузки полученного концентрата в этих аппаратах прекращают подачу питания или прекращают подачу питания вместе с остановкой вращения чаши.
В предлагаемом прецессионном концентраторе разгрузка тяжелой фракции из паза при открытии клапана происходит в течение короткого времени за счет воздействия на зерна тяжелой фракции центробежных сил инерции, возрастающих в соответствии с увеличением радиуса спирали в сторону выпускного окна улитки, что обеспечивает движение тяжелых зерен по дну паза к выпускному окну улитки. Быстрой разгрузке тяжелой фракции способствует также то, что основной объем тяжелой фракции, достигшей оптимальной степени сокращения, накапливается в сегменте паза, примыкающем к выпускному окну, а минеральная постель находится в разрыхленном состоянии и не спрессовывается у дна паза сколь угодно долго (в предлагаемом прецессионном концентраторе реализуется способ разделения минеральной смеси по патенту РФ №2676111, 25.12.17 г., В03В 5/32).
Известно, что объемная производительность центробежного концентратора определяется длиной окружности по среднему диаметру, толщиной продукционного слоя и величиной продольной составляющей линейной скорости. Эти параметры при разгрузке тяжелой фракции из каждого паза отдельно остаются неизменными, а значит и производительность концентратора не меняется.
Придание предлагаемому прецессионному концентратору такого качества, как возможность производить разгрузку концентрата из каждого паза отдельно, в короткое время и в определенной последовательности, без остановки питания и без прекращения работы в режиме накопления других смежных пазов расширяет область его применения и повышает эффективность его использования как самостоятельного аппарата, так и в технологических схемах в комплексе с другими аппаратами.
Становится возможным применять предлагаемый прецессионный концентратор сегрегационного типа как аппарат с непрерывным накоплением концентрата.
Эксплуатация аппарата может осуществляться в трех режимах.
Первый режим: с циклом непрерывного накопления концентрата два часа и более при бедном минеральном сырье, с периодической разгрузкой концентрата из каждого паза отдельно, без отключения подачи питания и без прекращения работы в режиме накопления других смежных пазов.
Второй режим: с циклом непрерывного накопления концентрата до 3-10 минут при богатом минеральном сырье, с непрерывной регулируемой (варьируемой) разгрузкой концентрата из каждого паза отдельно, без отключения подачи питания и без прекращения работы в режиме накопления других смежных пазов.
Третий режим: предлагаемый прецессионный концентратор может работать в режиме с традиционной периодической разгрузкой концентрата из всех пазов одновременно с отключением подачи питания, но без изменения скорости прецессионного движения чаши концентратора. Этот режим может применяться при бедном минеральном сырье и цикле накопления концентрата значительно более двух часов.
2). В повышении коэффициента использования концентратора в связи с устранением вынужденных простоев, вызванных повышенным износом механизма разгрузки тяжелой фракции от постоянного контакта с абразивной средой потока пульпы.
В прототипе механизм разгрузки концентрата включает кольцевой порог, подвижно закрепленный на полом валу с помощью спиц. Спицы примыкают к кольцевому порогу в зоне перемещения потока пульпы и находятся в постоянном контакте с абразивной средой потока пульпы при работе концентратора в режиме обогащения полезного ископаемого. Абразивное воздействие потока пульпы на спицы вызывает их повышенный износ и приводит к вынужденным простоям концентратора для проведения работ по их замене. Это приводит к снижению коэффициента использования концентратора.
В предлагаемом техническом решении механизм разгрузки концентрата исключает применение спиц для подвижного закрепления кольцевого порога на полом валу чаши концентратора, как в прототипе.
В предлагаемом техническом решении паз зоны концентрации между улавливающими кольцами выполнен в виде улитки, что позволяет каждый паз обеспечить выпускным окном для разгрузки концентрата с перекрывающим его клапаном, установленным с внешней поверхности чаши. Такое исполнение исключает постоянный контакт механизма разгрузки концентрата с абразивной средой всего объема пульпы при работе предлагаемого концентратора в режиме обогащения полезного ископаемого. Контакт выпускного окна и клапана с абразивной средой осуществляется не со всем объемом потока пульпы исходного материала, а только с небольшим объемом концентрата при непродолжительной работе предлагаемого прецессионного концентратора в режиме разгрузки концентрата.
Исключение постоянного контакта механизма разгрузки концентрата с абразивной средой всего объема пульпы в предлагаемом прецессионном концентраторе устраняет вынужденные простои, связанные с повышенным износом механизма разгрузки тяжелой фракции, и повышает коэффициент использования концентратора.
Таким образом, совокупность существенных признаков заявляемого прецессионного центробежного концентратора для обогащения полезных ископаемых обеспечивает ему вышеперечисленные новые качества, что не следует явным образом из известного уровня техники и позволяет признать заявляемое решение соответствующим критерию «изобретательский уровень».
Заявляемое изобретение соответствует критерию «промышленная применимость», так как оно может быть использовано в горной промышленности при обогащении полезных ископаемых в схемах промывочных приборов и драг на промывке золотосодержащих песков, на шлихообогатительных фабриках при обработке золотосодержащих концентратов, а также на золотоизвлекательных фабриках, на фабриках по обогащению руд цветных металлов и полиметаллических руд.
На фиг. 1 изображен прецессионный центробежный концентратор, где смежные пазы с улавливающими кольцами в наборе выполнены с последовательным изменением их размеров, вид сбоку, на фиг. 2 то же - вид сверху, на фиг. 3 - вид паза зоны концентрации в виде улитки, на фиг. 4 - корпус концентратора, где смежные пазы с улавливающими кольцами в наборе выполнены с равными размерами.
Прецессионный центробежный концентратор (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4) состоит из рамы 1, водила 2, приводного вала 3 водила с двигателем 4, шарнира Гука 5, загрузочной воронки 6, двухсекционной чаши 7, улитки 8 для вывода хвостов обогащения.
Загрузочная воронка 6, двухсекционная чаша 7, улитка 8 для вывода хвостов обогащения жестко соединены между собой и представляют единый корпус 9 концентратора, жестко закрепленный на валу 10, который выполнен полым для возможности подачи технологической воды.
2
Полый вал 10 концентратора по оси О-О со стороны загрузочной воронки жестко соединен с горизонтальным валом 11 шарнира Гука.
4
5
4
5
3
2
С двух сторон горизонтального вала 11 шарнира Гука по оси О-О выполнены цапфы 12 с подшипниками 13. С цапфами шарнирно соединен вертикальный вал 14 шарнира Гука. Вертикальный вал укреплен в подшипниках 15 на раме 1. Такая конструкция шарнирного крепления корпуса концентратора к раме (по принципу шарнира Гука) допускает колебательные движения корпуса с незначительной амплитудой относительно горизонтальной О-О и вертикальной О-О осей шарнира Гука, однако полностью исключает возможность вращения корпуса 9 и, соответственно, чаши 7 вокруг своей продольной оси О-О.
2
2
1
1
2
3
4
5
На другом конце полого вала 10 по оси О-О, в торце улитки 8 для вывода хвостов обогащения, на корпусе концентратора жестко закреплена обойма 16 с подшипником 17. В подшипник плотно входит штифт 18, который имеет возможность перемещаться вдоль водила 2 в пазу 19 водила для регулирования угла наклона β продольной оси О-О чаши концентратора к оси вращения O-O приводного вала 3 водила 2. После установки оптимального угла наклона β штифт прочно закрепляется в пазу водила. Паз 19 водила выполнен в виде дуги относительно точки О с одинаковым до нее расстоянием от всех точек дуги. Точка О является точкой пересечения всех осей: O-O и О-О, вертикальной О-О и горизонтальной О-О осей шарнира Гука.
Водило 2 своей ступицей насажено на приводной вал 3 водила. Приводной вал 3 водила закреплен на шарикоподшипниковой опоре 20, установленной на раме 1. Вращение приводному валу водила передается через клиноременную передачу от двигателя 4, установленного на раме 1.
2
1
Корпус 9 концентратора посредством вала 10, к которому жестко соединена обойма 16 с подшипником 17 и плотно входящим в подшипник штифтом 18, шарнирно соединен с водилом 2 и получает от него прецессионное движение по круговому конусу с вершиной в точке О. При этом ось О-О будет являться образующей кругового конуса, а ось O-O - осью кругового конуса.
Первая секция чаши 7, выполненная в виде усеченного конуса 21 с углом конусности γ, своим большим основанием ступенчато примыкает ко второй секции.
2
1
Вторая секция чаши представлена набором пазов 22 между неподвижными улавливающими кольцами 23. Пазы зоны концентрации выполнены в виде улиток (фиг. 3). Образующая каждой улитки выполнена в виде плоской или конической спирали с прямой или обратной конусностью. При конической спирали угол уклона ее образующей имеет значения меньше, чем угол β наклона оси О-О вала чаши 7 к оси O-O приводного вала 3 водила независимо от прямой или обратной конусности спирали.
Каждый паз 22 зоны концентрации в виде улитки снабжен окном 24 для разгрузки тяжелой фракции и, перекрывающим его, клапаном 25 с пружиной 26. Клапан 25 посредством, например, тросика 27 соединен с предназначенным для него устройством 28 для открытия клапана (например, электромагнитом). Устройства 28 для открытия клапанов закреплены с внешней стороны на корпусе концентратора и их количество равно количеству пазов.
Смежные пазы 22 зоны концентрации с улавливающими кольцами в наборе могут быть выполнены, в зависимости от условий применения, с равными размерами или с последовательным изменением их размеров. На фиг. 1 и фиг. 2 смежные пазы с улавливающими кольцами в наборе изображены с последовательным изменением их размеров. На фиг. 4 смежные пазы с улавливающими кольцами в наборе изображены с одинаковыми размерами.
Полый вал 10 разделен на секции 29, число которых равно количеству пазов 22. Длина каждой секции полого вала равна длине паза. Каждая секция 29 полого вала находится напротив соответствующего паза и имеет по всей длине и по всей ее поверхности отверстия 30. Каждая секция полого вала герметично отделены одна от другой и снабжается технологической водой от предназначенного для нее водовода, размещенного внутри полой трубы вала (на фигурах не указаны). Водоводы соединены со шлангами 31, находящимися со стороны крепления полого вала 10 к горизонтальному валу 11 шарнира Гука.
Для работы прецессионного концентратора приводной вал 3 через водило 2 и штифт 18 передает прецессионное движение полому валу 10 и, жестко закрепленным на нем и между собой, двухсекционной чаше 7, загрузочной воронке 6 и улитке 8 для вывода хвостов обогащения.
При работе прецессионного концентратора в режиме обогащения клапаны 25 плотно прижаты к окнам 24 пазов 22 с помощью пружин 26. Исходная минеральная смесь в виде пульпы поступает через загрузочную воронку 6 в первую секцию чаши 7 прецессионного концентратора. В первой секции чаши пульпа равномерно растекается по поверхности конуса и за счет продольной составляющей центробежной силы приобретает необходимую транспортную скорость. В пазах второй секции чаши происходит разделение исходной минеральной смеси по плотности (способ разделения минеральной смеси по патенту РФ №2676111, 25.12.17 г., В03В 5/32). Полезное ископаемое, являясь тяжелой фракцией, накапливается в пазах второй секции чаши между неподвижными улавливающими кольцами в виде минеральной постели, а легкая фракция исходного материала (хвосты обогащения) в виде пульпы переливается через неподвижные улавливающие кольца в улитку 8 для вывода хвостов обогащения, где выводится через окно 32 улитки 8 в приемный лоток для вывода хвостов обогащения. (Приемный лоток на фигурах не указан).
При достижении оптимальной степени сокращения тяжелой фракции в пазах второй секции чаши работу концентратора переводят в режим разгрузки тяжелой фракции.
Предлагаемое техническое решение позволяет применять два варианта работы концентратора в режиме разгрузки тяжелой фракции.
Первый вариант: разгрузка тяжелой фракции производится из каждого паза отдельно, в определенной последовательности, без остановки питания и без остановки работы в режиме накопления других смежных пазов. Как отмечалось выше, это достигается благодаря наличию нескольких пазов, каждый из которых имеет свой механизм разгрузки тяжелой фракции.
При первом варианте разгрузки тяжелой фракции питание не отключают и, не прекращая прецессионного движения чаши концентратора и не снижая частоты вращения приводного вала 3 водила, посредством устройства 28 для открытия клапана (например, электромагнита) открывают окно 24 одного из пазов для разгрузки концентрата. После разгрузки тяжелой фракции из одного паза окно этого паза закрывают посредством пружины 26 (что сразу переводит этот паз в работу режима накопления) и приступают к разгрузке тяжелой фракции со следующего паза и так далее. После завершения разгрузки тяжелой фракции все пазы работают в режиме накопления.
Второй вариант: разгрузка тяжелой фракции производится из всех пазов одновременно.
При втором варианте питание отключают. Не прекращая прецессионного движения чаши концентратора и не снижая частоты вращения приводного вала 3 водила, одновременно посредством всех устройств 28 для открытия клапанов открывают все окна 24 пазов 22 и через шланги 31 подают технологическую воду во все секции 29 в полом валу 10. После разгрузки тяжелой фракции из всех пазов окна пазов посредством пружин 26 закрывают, отключают подачу технологической воды в полый вал и включают питание концентратора исходным материалом, то есть переходят на работу в режиме накопления.
Прецессионное движение чаши 7 и исполнение паза 22 зоны концентрации в виде улитки обеспечивает разгрузку тяжелой фракции кучно в узком секторе, всегда в одну, наперед заданную, сторону в приемный лоток.
Предлагаемое изобретение позволяет:
создавать конструктивно простые прецессионные центробежные концентраторы сегрегационного типа, эффективные и надежные в промышленной эксплуатации при высоких показателях единичной производительности, коэффициента использования и степени извлечения частиц полезного ископаемого малого размера;
создавать прецессионные центробежные концентраторы сегрегационного типа с широкими функциональными возможностями и областью применения, которые могут эксплуатироваться в режимах: с непрерывным накоплением концентрата и периодической разгрузкой концентрата из каждого паза отдельно; с непрерывным накоплением концентрата и непрерывной регулируемой (варьируемой) разгрузкой концентрата из каждого паза отдельно; с периодической разгрузкой концентрата из всех пазов одновременно.