СЕПАРАТОР ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ ПО ТРЕНИЮ И УПРУГОСТИ

Полезная модель относится к сепараторам - для разделения материалов на фракции и может быть использовано в горной промышленности для обогащения руды и других сыпучих материалов, в частности асбестовой руды, содержащих компоненты с разными свойствами по трению и упругости.
Известно устройство включающее питатель, систему наклонных плоскостей и приемники [1].
Недостатком устройства является низкая производительность и эффективность разделения асбестосодержащих материалов из-за высокой чувствительности процесса к таким факторам как нагрузка, изменение фракционного состава и агрегатного состояния асбеста, поверхностных свойств частиц, влажность материала и как следствие колебания ширины веера материала на сходе с плоскости. Необходимость узкой классификации руды, небольшая удельная производительность установок, предопределяет необходимость строительства громоздких зданий и сооружений. [1]
Наиболее близким к данной полезной модели по технической сущности и достигаемому результату является устройство для фракционирования сыпучих материалов по упругости, включающее корпус, загрузочное приспособление, ударную разделительную поверхность, состоящую из консольно закрепленных сепарирующих элементов, расположенных ярусами и разгрузочные приспособления с поворотными отсекателями [2].
В данном устройстве исходный материал подают на первый сепарирующий элемент (ступень) плоским потоком по ширине загрузочного приспособления. Частицы материала в зависимости от упругости после удара о наклонный сепарирующий элемент перемещаются по разным траекториям (образуется веер падающих частиц) и при помощи поворотного шиберного отсекателя разделяются на две фракции. Полученные фракции отдельно друг от друга направляются на последующие сепарирующие элементы с получением на них новых фракций. Процесс разделения многократно повторяется с получением множества промежуточных продуктов (фракций), которые в зависимости от требования к качеству объединяются в готовые продукты. По сравнению с аналогом в этом устройстве происходит белее четкое разделение материала на фракции за счет многократности процесса разделения.
Однако данное устройство имеет не высокую производительность и эффективность разделения из за низкого расслоения материала на продукты с различными фрикционными свойствами.
Целью полезной модели является повышение производительности и качества разделения материала состоящего из частиц с различными коэффициентами трения и восстановления.
Поставленная цель достигается тем, что в известном сепараторе для разделения материалов по трению и упругости, включающем корпус, наклонную плоскость, ударную разделительную поверхность, состоящую из консольно закрепленных элементов расположенных ярусами, разгрузочное приспособление с поворотными шиберными отсекателями, он снабжен дополнительным узлом стратификации, выполненным в виде криволинейного трамплина и ребер, шарнирно закрепленных на наклонной плоскости под углом до 90 град. раскрытым навстречу движения материала. Кроме того для разделения горных пород, имеющих различные коэффициенты трения и восстановления, криволинейный трамплин снабжен дефлекторами, выполненными в виде шаровых сегментов с механизмом изменения их высоты относительно плоскости криволинейного трамплина, а отражательные элементы закреплены в корпусе в шахматном порядке.
Разделение на предлагаемом сепараторе основано на различии коэффициентов трения и упругости материалов (асбеста и породы, сланца и угля, слюды и гранатов). Очевидно что, эффект расслоения материала на два продукта (асбест и порода) на наклонной плоскости будет тем выше, чем больше различие в коэффициентах трения разделяемых частиц.
В табл.1 приведены коэффициенты трения продуктов на поверхностях с различным покрытием. Максимальная разница в коэффициентах трения разделяемых частиц соответствует покрытию наклонной плоскости из асбеста.
Таким образом, использование асбеста в качестве покрытия плоскости для расслоения материала на два продукта (продукта с более высоким коэффициентом трения) позволит повысить эффективность разделения.
Для создания покрытия из асбеста, на наклонной плоскости для расслоения материала на два продукта, в нижней части плоскости поперек потоку материала закреплены ребра, направленные в сторону противоположную движению материала, под углом наклона к плоскости не более 90°. Использование такого технического решения, как закрепленные ребра, позволяет из смеси продуктов выделять фракцию свободного асбеста в процессе движения материала по плоскости. Это осуществляется следующим образом, частицы, имеющие низкий коэффициент восстановления, движутся с большей скоростью и ударяясь о поверхность ребер, проскакивают не заполняя межреберное пространство, асбест и пылевидные включения, обладающие высоким коэффициентом трения и низким коэффициентом восстановления скользя по поверхности, удерживаются ребрами и заполняют межреберное пространство, создавая, таким образом, специальное равномерное покрытие, которое в дальнейшем участвует в расслоении материала на два продукта, за счет удержания их поверхностью асбеста из выделенного материала. В процессе движения материала" по наклонной плоскости свободное "волокно асбеста", выделяемое из потока транспортируется к краю плоскости. Формирование специального покрытия осуществляется только при углах наклона ребер, равных 70-90°, тогда ребра способствуют удержанию части свободного волокна асбеста на плоскости. При этих углах эффективность процесса и выход хвостов практически не меняются.
При угле наклона ребер, большем 90°, например 100, 110° свободный асбест начинает перекатываться через ребра и равномерное покрытие наклонной плоскости не создается. При дальнейшем увеличении угла наклона, ребра не задерживают асбест на наклонной плоскости и эффект от использования в качества покрытия продукта с более высоким коэффициентом трения (асбеста) полностью пропадает.
Таким образом, расслоение материала на два продукта на наклонной плоскости с трамплином, образованном из продукта с более высокими коэффициентом трения и установка для этой цели ребер шарнирно закрепленных на наклонной плоскости под соответствующим углом (не более 90°) раскрытым навстречу движения материала, а использование в узле стратификации криволинейного трамплина снабженного дефлекторами, выполненными в виде шаровых сегментов с механизмом изменения их высоты относительно плоскости криволинейного трамплина, установленных в нижней части трамплина и расположенных на линии наибольшего ската, по которой скользят куски горной породы, позволяет увеличить разницу между скоростями разделяемых компонентов с различными коэффициентами трения и упругости. Установка в сепараторе отражательных элементов закрепленных в корпусе в шахматном порядке обеспечивает лучшие условия реализации двойного ударного взаимодействия породных частиц с поверхностью элементов и повышает эффективность разделения компонентов с разными коэффициентами трения и восстановления.
На криволинейном трамплине 2 осуществляется подготовка частиц к разделению.
Сила трения на этом участке меняется в зависимости от места нахождения частицы, так как в различных точках трамплина нормальное давление частицы на криволинейную поверхность различное. Следовательно, и скорость этих частиц различна. Дефлектор еще более замедляет их скорость движения (сланца, асбеста, слюды), в то время как (породные куски, уголь, гранат) катятся со с увеличивающейся скоростью по дефлектору или при ударе отскакивают от него.
В результате при выходе частиц на участок свободного пролета они имеют существенно различные скорости, а вылет частиц происходит по настильным траекториям.
Чем меньше коэффициенты трения пород, тем больше достигнутая ими скорость при той же длине наклонной плоскости и длиннее траектория полета.
Порода с большим коэффициентом трения, в конце наклонной плоскости достигает меньшей скорости и, соответственно, скатывается с ее края на отражательные элементы.
Таким образом, образуется веер разделения, благодаря которому возможно формирование продуктов (частиц) с различным содержания полезного компонента, что позволяет повышать не только производительность, но и качества разделения материала.
В известных технических решениях не обнаружено признаков сходных с признаками, отличающими заявляемое решение от прототипа, на основании чего можно сделать вывод в соответствии предлагаемого решения критерию «существенные отличия».
b
п
п
b
Устройство поясняется чертежами, где на фиг.1 - изображен общий вид сепаратора, на фиг.2 вид А фиг.1 вертикальный разрез узла стратификации; фиг 3 схема траектории движения частиц в устройстве и соотношении длины отражательных элементов, где 1 - дальность падения не упругих частиц (волокна от вертикальной линии загрузки: I - дальность падения упругих частиц (породы от вертикальной линии. 1-1 - ширина веера:
1, 11, 111 - зоны сбора фракций., фиг.4.разрез узла регулирования угла наклона отражательных элементов.
Сепаратор для разделения материалов по трению и упругости содержит корпус 1; загрузочное приспособление - наклонную плоскость 2 с дополнительными узлом стратификации в виде криволинейного трамплина 3 закрепленного в нижней части наклонной плоскости и ребер 4 шарнирно закрепленных на наклонной плоскости под углом до 90 град. раскрытым навстречу движения материала, кроме этого, трамплин узла стратификации снабжен дефлекторами 5, выполненными в виде шаровых сегментов с механизмом изменения их высоты 6 относительно плоскости криволинейного трамплина 2.
Ударную разделительную поверхность, выполненную из отражательных элементов 7, закрепленных консольно и расположенных ярусами, закрепленных в корпусе в шахматном порядке, разгрузочные приспособления 8-10, соответственно, для упругой промежуточной и неупругой фракций с поворотным шиберными отсекателями 11. отражательные элементы 7 выполнены в виде продольных двугранных профилей с углом между гранями 100-°120°., длина их в нижерасположенных ярусах меньше, чем в вышерасположенных. Каждый отражательный элемент 7 нижерасположенного яруса размещен под щелью 12, образованной соседними отражательными элементами 7 выше расположенного яруса и имеющий ширину не больше поперечной ширины 12 отражательного элемента 7. Со стороны загрузочного приспособления 2 по ширине корпуса 1 размещены параллельно решетки 14 и 15 с поперечными пластинами, соответственно, 16 и 17. В поперечных пластинах 16 решетки 14 выполнены треугольные пазы 18, в поперечных пластинах 17 решетки 15 выполнены пазы 19 прямоугольной формы. Одна из решеток, например решетка 14, установлена с возможностью перемещения по направляющим 20. Со стороны загрузки по ширине корпуса 7 смонтирован диффузор 21, соединенный с системой вытяжной аспирации. Элементы - 7 размещены в пазах 18 и 19.
Сепаратор для разделения материалов по трению и упругости работает следующим образом.
Исходный материал, например асбестосодержащий продукт, включающий породные частицы с большей степенью упругости и неупругие асбестовые волокна подают на наклонную плоскость 2. В нижней части, которой поперек потока материала закреплены ребра 4. В процессе движения материала по наклонной плоскости ребра 4 задерживают свободный распушенный асбест и частично пылевую фракцию и создают, таким образом, покрытие из асбеста на наклонной плоскости 2.
В результате движения материала по асбестовому покрытию происходит расслоение материала. В нижнем слое концентрируется основная масса неупругих частиц (асбестовое волокно). Верхний слой более крупные частицы, в основном из упругих породных частиц. Расслоенный продукт поступает на криволинейный трамплин с дефлектором 5.
Криволинейный трамплин является элементом, обеспечивающим второй этап подготовки частиц с различными коэффициентами трения к разделению. Сила трения на этом участке меняется, так как в различных точках криволинейной траектории нормальное давление частицы на поверхность различное. Поэтому, если на первом этапе движение равноускоренное, то на втором - замедленное с ускорением изменяющемся по нелинейному закону. На выходе с криволинейного трамплина установлен дефлектор 5, который располагается по линии наибольшего ската, по которой скользят, например волокна асбеста. Движение их еще более замедляется при поднятии на дефлектор и на выходе с него, у края трамплина волокна асбеста падают вертикально вниз, в то время как, породные частицы катится с все увеличивающейся скоростью, поднявшись на дефлектор или ударившись об дефлектор, проскакивает далее. В результате при выходе частиц на участок свободного полета они имеют существенно различные скорости, а вылет частиц происходит по настильным траекториям. Таким образом, образуется веер разделения материала, благодаря которому возможно формирование продуктов частиц с различным содержанием полезного компонента.
Поток исходного материала на выходе из узла стратификации 2 формируется в предварительный веер частиц, падающий, на первый ярус отражательных элементов 7. После удара (контакта) о двугранные поверхности отражательных элементов 7 установленных в шахматном порядке, исходный материал делится по ширине потока на отдельные, элементарные потоки. При ударе о отражательные элементы 7 материал распределяется вдоль их граней, в зависимости от упругих свойств частиц. Породные частицы отскакивают на большее расстояние от места удара о грани и перемещаются вдоль их по зигзагообразной траектории с большей скоростью, чем частицы неупругие и с упругими промежуточными свойствами. Породные частицы попадают в разгрузочное приспособление 8, размещенное на большем расстоянии от загрузочной части устройства. Неупругие частицы, падая на поверхность отражательных элементов 7 сползают по их граням в поперечном направлении относительно продольной оси элементов 7 и, пересыпаясь по ним сверху вниз, попадают в разгрузочное приспособление 9. Менее упругие частицы сростки и породы (промежуточный продукт) имеют меньшую длину отскока, чем породные частицы и перемещаются по грани с какой-то средней скоростью, занимая при этом положение на отражательных элементах 7 между упругими и неупругими частицами. Длина отскока частиц промежуточного продукта от яруса к ярусу уменьшается за счет постепенного выделения из него частиц с более выраженными упругими свойствами на каждом вышележащем ярусе отражательных элементов 7. Своевременное выделение на каждом вышележащем ярусе отражательных элементов 7 частиц с более выраженными упругими свойствами обуславливает длину нижележащих отражательных элементов 7. Основная масса упругих частиц выделяется на первых ярусах. Нет необходимости выполнять отражательные элементы 7 одинаковой длины во всех ярусах, которая необходима для выделения в основном упругих частиц с большой длиной отскока. Выполнение отражательных элементов 7 в каждом нижерасположенном ярусе меньшей длины (короче), чем в выше - расположенном, дает возможность получить более широкий веер частиц падающих с граней элементов 7 Чем шире веер, тем меньше плотность потока материала (концентрация твердого на единицу плотности или объема) и более благоприятные условия для разделения по упругости.
Увеличивая ширину веера, можно увеличивать производительность до достижения такой предельной плотности потока, превышение которой влечет снижение эффективности разделения, отражательные элементы 7 нижерасположенного яруса расположенные в шахматном порядке перекрывают щель 12 между соседними отражательными элементами 7 вышерасположенного яруса, что исключает попадание (проскакивание) крупных породных частиц в неупругие и менее упругие. Угол между гранями двугранного профиля определен экспериментально и должен быть в пределах от 100 до 120.
При двугранном угле менее 100° упругие частицы при падении на двугранные отражательные элементы 7 не получают такого удара о грани, силы которой было бы отражательные элементы 7. При этом упругие частицы попадают в неупругую фракцию и фракцию с упругими промежуточными свойствами. При двугранном угле более 120° затрудняется скольжение неупругой фракции по граням отражательных элементов 7. При пересыпании ее с яруса на ярус происходит накопление последней на гранях. Эффективность разделения материала снижается. Обеспечение заданной эффективности разделения при этом требует снижения производительности устройства. В зависимости от изменения фракционного состава исходного материала регулируют угол наклона отражательных элементов 7. Экспериментами установлено, что данное устройство обеспечивает достаточно высокую производительность без снижения эффективности разделения при размещении 25° -35 к горизонту. В случае увеличения крупности исходного материала угол наклона отражательных элементов 7 несколько уменьшают для исключения проскакивания частиц материала по ним. Для этого решетку 14 опускают относительно решетки 15 по направляющим 20. При этом отражательные элементы 7, свободно размещенные в прямоугольных пазах 19 пластин 77 решетки 15 и треугольных пазах 18 пластин 16 решетки 14, которые устанавливаются под меньшим углом к горизонту. При уменьшении крупности исходного материала угол наклона отражательных элементов 7 увеличивают, перемещая решетку 14 вверх относительно решетки 15 по направляющим 20. В зависимости от требований к качеству получаемых фракций меняют положение шиберных отсекателей 11, установленных между разгрузочными приспособлениями 8, 9, 10 упругой промежуточной и неупругой фракций. Для исключения случайного механического захвата упругими частицами асбестового волокна веер частиц падающих с отражательных элементов 7 обдувается встречным потоком воздуха со скоростью меньшей скорости витания асбестового волокна. Для этого воздух отсасывается через диффузор 11 соединенный с системой вытяжки аспирации21.
Использование шарнирного закрепления ребер на наклонной плоскости позволяет регулировать их угол наклона по отношению к разделяемому материалу, тем самым управлять скоростью движения материала по поверхности наклонной плоскости.
Регулятор высоты дефлектора 5 также обеспечивает, за счет поднятия сегмента, снижать скорость движения продуктов с высоким коэффициентом трения и повышать скорость движения продуктов с низким коэффициентом за счет ударного контакта с поверхностью дефлектора и отбрасывания их на большее расстояние от первых частиц, что позволяет эффективно проводить последующий процесс разделения этих частиц друг от Друга.
Экспериментальная проверка устройства проведена в условиях асбестовой опытной фабрики на экспериментальной модели сепаратора для разделения материала по трению и упругости на различных асбестосодержащих продуктах.
Режимы проведения опытов и результаты разделения приведены в табл.2
Результаты экспериментальных данных свидетельствуют, что при наклонной плоскости с криволинейным трамплином, снабженным ребрами и дефлектором; позволяющими создать поверхность из асбеста; эффективность разделения и выход хвостов выше, чем при наклонной плоскости с криволинейным трамплином из стали и резины 74,9 и 80,2 против 59,4 и 55,9 (сталь) и 60,5 и 58,2 (резина) (таблица 2, опыты 1, 2, 4)
При увеличении угла наклона ребер выше 90% эффективность разделения и выход хвостов снижаются 67,5 и 68,0 (α=100°); 65,6 и 67,7 (α=110°) против 85,1 и 79.3 (α=80°), 74,9 и 80,2 (α=90°) (табл.2, опыты 3-6).
Таким образом, данное устройство для фракционирования сыпучих материалов по трению и упругости обеспечивает повышение производительности, не снижая при этом качество процесса разделения.
ЛИТЕРАТУРА
1. Практика обогащения асбестовых руд / Под ред. Ф.П.Сафронова- М.: Недра, 1975. 224 с.
4
2. А.с. 1366235 СССР, МКИ В07В 13/04. Вероятностный многофракционный классификатор / Шишкин А.А., Хаустов В.В., - 3 с.:ил.2
Результаты определения физико-механических свойств асбестовой руды
Таблица 1
Вид покрытия
Кинематический коэффициент трения, f<sub>ск</sub>
разница в коэффициентах
Коэффициент восстановления, k
Коэффициент трения по породе, Х
Разница в коэффициентах
асбест
порода
асбест
порода
асбест
порода
k
λ
Сталь
0.73
0.33
0.33
0.01
0.46
0.29
0.1
0.45
0.28
Резина
0.84
0.43
0,43
0.01
0.52
0.44
0.09
0.51
035
асбест
1.21-1.36
0.69
0.69
0.01
0.34
0.01
0.12
0.33
0.79
Результаты разделения асбестосодержащих продуктов (-15+0) мм с расположением элементов шахматном порядке
Таблица 2
№п.\п
Название продукта
Вид покрытия
Угол наклона ребер, град дефлектор
Выход, %
Массовая доля, %
Извлечение, %
Показатель эффективное та, %
свободного волокна
Пород Фракции+0,5
свободного волокна
Породной фракции
+0,5
-0,5
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
1
Исходный
сталь
Ребер, Дефлектора нет
100
2,45
92,4
100
100
100
59,4
Концентрат
16
12,12
66,8
79,1
11,6
65,1
Промпродукт
27,8
1,69
94,6
19,1
28,5
19,8
Хвосты
55,9
0,02
99,1
0,5
59,9
9,9
Вынос
0,3
10,80
-
1,3
-
5,2
2
Исходный
Резина
Ребер, Дефлектора нет
100
2,28
91,4
100
100
100
60,5
Концентрат
14,8
10,80
68,7
70,2
11,1
48,3
Промпро дукт
26,7
2,33
93,7
27,4
27,4
16,6
Хвосты
58,2
0,04
96,6
1,0
61,5
30,9
Вынос
0,3
10,80
-
1,4
-
4,2
3
Исходный
асбест
80, дефлектор
100
2,70
86,2
100
100
100
85,1
Концентрат
15,1
14,48
34,3
80,8
6,0
69,4
Промпродукт
5,0
6,38
67,7
11,8
3.9
11,6
Хвосты
79,3
0,17
97,8
5,0
90,1
14,2
Вынос
0,6
11,04
-
2,4
-
4,8
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
4
Исходный
асбест
90, дефлектор
100
2,45
84,5
100
100
100
74,9
Концентрат
14,7
11,50
30,5
69,1
5,3
65,2
Промпродукт
4,5
6,61
70,9
12,2
3,8
7,7
Хвосты
80,2
0,49
95,8
16
90,9
23
Вынос
0.6
11,04
-
2,7
4,1
5
Исходный
асбест
100, дефлектор
24,5
100
2,69
92,1
100
100
67,5
Концентрат
10,7
15,85
57,8
63
6,7
Промпродукт
21,0
3,84
88
30
20
Хвосты
68,0
0,23
99,3
5,8
73,3
Вынос
0,3
10,80
-
1,2
-
6
Исходный
асбест
110, дефлектор
26,6
100
2,39
92,5
100
100
65,6
Концентрат
12,2
13,70
60,4
70
8,0
Промпродукт
19,8
2,59
90,2
21,5
19,3
Хвосты
67,7
0,25
99,3
7,1
72,7
Вынос
0,3
10,80
-
1,4
-