ТРЕХКОМПОНЕНТНЫЙ ГИДРОЦИКЛОН

Полезная модель относится к классифицирующему оборудованию, а именно к устройству для классификации полидисперсных пульп по крупности на тонкий и грубый продукты и может быть применено в горнорудной, химической, металлургической и др. отраслях промышленности.
Широко известны гидроциклоны, содержащие вертикальные цилиндроконические корпуса с тангенциальным вводом в цилиндрическую часть, со сливным и песковым патрубками, установленными соответственно соосно цилиндрической части и в нижней конической части корпуса [Ю.И.Дешко и др. Измельчение материалов в цементной промышленности. М. 1966, С 84-89. Гидроциклон. Патент RU 2180272 С1 03.10.2002].
Недостатком известных устройств является то, что при классификации руд с большим удельным весом полезного компонента, например, золотосодержащих руд, полезный компонент или коренная порода с включением полезного компонента попадает в готовую пульпу - слив крупностью намного меньшей, чем граничная крупность разделения пульпы.
Физическая сущность разделения при работе гидроциклона заключается в том, что инерционные силы, действующие в гидроциклоне, на частицы пульпы при определенной скорости и диаметре гидроциклона зависят только от массы частицы. Кроме того, частица руды одинакового веса, но меньшего размера, быстрее выделяется в пески, проходя через слой вращающейся пульпы, из-за меньшего сопротивления пульпы (меньшей парусности частицы). Поэтому в линиях измельчения с возвратом (циркуляцией) песков в мельницу для домола происходит накапливание (аккумуляция) более тяжелого полезного компонента в системе мельница-гидроциклон и его переизмельчение.
Переизмельчение частиц с полезным компонентом, например, золота приводит к безвозвратным дополнительным потерям полезного компонента [В.П.Яшин и др. Теория и практика самоизмельчения. М., Недра 1978, С.189].
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является трехкомпонентный гидроциклон, включающий цилиндроконический корпус с тангенциальным входным патрубком и патрубками для отвода нефти, воды и шлама позволяющий разделять буровые и нефтепромысловые сточные воды на нефть, воду и шламы [Патент RU 2027524 С1 В04С 5/12 от 27.01.03.1995].
Недостатком известных трехкомпонентных гидроциклонов является невозможность выделения в них из песков полезного компонента, заданной крупности, с большим удельным весом.
Известно разделение смесей твердых материалов различных размеров, плотности и состава с использованием дуговых и конических сит.
Известны дуговые сита из клиновидных стержней которые широко применяются в промышленности для классификации. [В.Дуда. «Цемент», Стройиздат, М. 1981, С 148-250].
Классификация пульпы на коническом сите происходит аналогично его классификации на дуговом сите под действием инерционных сил и сил тяжести с той разницей, что на коническом сите пульпа движется по уменьшающейся спирали, а на дуговом сите - по дуге.
Ширина зазоров между клиновидными конусными стержнями устанавливается в зависимости от заданной крупности обогащенной полезным компонентом пульпы с учетом того, что диаметр зерен, проходящих через зазоры, обычно, почти, в два раза меньше ширины этих зазоров. Количество установленных стержней будет зависеть от содержания данной фракции полезного компонента в исходной пульпе.
Задачей полезной модели является выделение из песков в трехкомпонентном гидроциклоне полезного компонента заданной крупности с большим удельным весом.
Поставленная задача решается тем, что в трехкомпонентном гидроциклоне, содержащем вертикальный цилиндроконический корпус с тангенциальным вводом в цилиндрическую часть, со сливным и песковым патрубками, установленными соосно в цилиндрической части и в нижней конической части корпуса, а в конической части корпуса установлено коническое сито выполненное из клиновидных конусных стержней размещенных с зазорами и образующее между коническим корпусом и коническим ситом полость, оборудованную в нижней части выходным патрубком для пульпы, обогащенной тяжелым полезным компонентом;
- ширина зазоров между клиновидными конусными стержнями выполнена переменной по высоте, уменьшающейся к песковому патрубку;
- в полость между коническим корпусом и коническим ситом установлен патрубок для подачи воды.
- патрубки для подачи воды и отвода пульпы, обогащенной полезным компонентом с большим удельным весом, установлены тангенциально по ходу движения пульпы в гидроциклоне.
Технический результат достигается тем, что трехкомпонентный гидроциклон позволяет снизить аккумуляцию тяжелого компонента в системе мельница-зумф-насос- гироциклон за счет выделения из песков полезного компонента заданной крупности с большим удельным весом обогащенной тяжелым полезным компонентом.
Технический результат достигается также тем, что осуществляется дополнительная классификация тяжелого полезного компонента.
Технический результат достигается также тем, что увеличение эффективности классификации в трехкомпонентном гидроциклоне происходит за счет дополнительного количества готовой по крупности фракции уловленного тяжелого компонента.
Предложенный трехкомпонентный гидроциклон в конической части корпуса оборудован патрубком для подачи воды в полость. Подача воды снижает количество выделенной пульпы в полость. Вода, поданная по тангенциальному патрубку, исключит накапливание песков в полости.
Клиновидные конусные стержни установлены между собой с зазором переменной ширины по высоте, уменьшающейся к песковому патрубку. Это уменьшит количество частиц пустой породы, проходящих через дуговое коническое сито.
Патрубки для подачи воды и отвода пульпы, обогащенной полезным компонентом с большим удельным весом, установлены тангенциально по ходу движения пульпы в гидроциклоне.
Физический смысл разделения на коническом сите заключается в следующем:
- крупные частицы тяжелого полезного компонента быстро достигают поверхность этого сита (при соответствующем размере зазора между клиновидными конусными стержнями) и проходят через него в полость, а частицы пустой породы, таково же размера, не успевают достичь поверхности сита в этом месте, а при достижении поверхности уже не проходят через меньший зазор сита;
- мелкие частицы тяжелого полезного компонента медленнее достигают поверхность этого сита (при соответствующем размере зазора между клиновидными конусными стержнями) и проходят через него в полость, а частицы пустой породы такого же размера не успевают достичь поверхности сита в этом месте, а при достижении поверхности уже не проходят через меньшую щель сита.
Максимальный зазор соответствует проходу наибольшей частицы тяжелого полезного компонента, например, для руд Олимпиадинского месторождения, с учетом разубоживания коренной породы, зазор составляет 100-200 мкм. Минимальный зазор определяется крупностью тяжелого полезного компонента, исходя из скорости витания частицы в пульпе, так как дальнейшее уменьшение зазора не имеет смысла.
На фиг.1 показан разрез вертикального цилиндроконического трехкомпонентного гидроциклона.
На фиг.2 показано коническое сито и вырыв разреза в месте стыковки стержней 10.
Трехкомпонентный гидроциклон содержит цилиндрическую часть 1 цилиндроконического корпуса с тангенциальным патрубком 2 подачи пульпы и соосно цилиндрической части патрубок слива 3, коническую часть 4 цилиндроконического корпуса с установленным коническим ситом 5, образующими полость 6, соединенную с патрубками отбора обогащенной пульпы 7, песковым патрубком 8, и патрубком 9 подачи воды, коническое сито 5 выполнено из клиновидных конусных стержней 10 установленных с зазорами 11, выполненными с переменной шириной по высоте, уменьшающейся к песковому патрубку;
Предложенный трехкомпонентный гидроциклон работает следующим образом.
Исходная пульпа подается в цилиндрическую часть корпуса 1 цилиндроконического трехкомпонентного гидроциклона по тангенциальному патрубку 2. За счет тангенциальных сил происходит разделение твердой фазы пульпы на слив и пески (аналогично работы обычного гидроциклона). Роль внутренней поверхности конической части выполняет конус, образованный коническим ситом 5 из восьми клиновидных конусных стержней 10, установленных с зазорами 11, выполненными с переменной шириной по высоте, уменьшающейся к песковому патрубку.
Частички полезного компонента с большим удельным весом вытесняют с поверхности конического сита 5 частицы пустой породы и проходят с частью мелкодисперсной пульпы через зазоры 11 конического сита в полость 6 между коническим корпусом 4 и коническим ситом 5, а оттуда по патрубку 7, отбора обогащенной пульп, сливаются в специальную емкость (на фиг.1 емкость не показана). Пески, обедненные полезным компонентом, по песковому патрубку 8, возвращаются на домол в мельницу.
Пример:
При измельчении золотосодержащих руд удельный вес полезного компонента золота в 7 раз превышает удельный вес пустой породы.
Частица пустой породы при граничном размере зерна равном, например, 100 мкм (макс.200 мкм) будет весить:
3
3
Р=4/3πR⌷=4/3×3,14×0,05×2,7=0,00141 мг
Размер зерна частицы полезного компонента золота при таком же весе составит 52 мкм (макс.104 мкм).
Если учесть уменьшение поверхности (парусности) частицы полезного компонента по сравнению с частицей пустой породы в 3,7 раза, то граничным зерном для частиц будет размер 15-25 мкм. Частицы полезного компонента более 15-25 мкм при измельчении в замкнутом цикле с известными гидроциклонами будут попадать в пески и снова идти на измельчение.
В предлагаемом трехкомпонентном гидроциклоне при установке ширины зазоров в коническом сите между клиновидными коническими стержнями равной 300 мкм (0,3 мм) максимальный размер зерна составит 150 мкм. Частицы полезного компонента, менее 150 мкм, с частью пульпы пройдут через зазоры в коническом сите между клиновидными коническими стержнями и попадут в полость между коническим корпусом и коническим ситом, а оттуда по патрубку, в емкость продукта, обогащенного полезным компонентом