СЕПАРАТОР ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ ПО ФРИКЦИОННО МАГНИТНЫМ ХАРАКТЕРИСТИКАМ

Сепаратор для разделения сыпучих материалов по фрикционно-магнитным характеристикам относится к области разделения слабомагнитных сыпучих рудных и нерудных материалов с различными фрикционными и магнитными характеристиками и может быть использован для разделения асбестовых руд.
Известно устройство для реализации данного способа включающее конвейер для транспортирования материала, матричный барабан расположенный под рабочей ветвью конвейера [Устройство для намагничивания: Патент РФ №460891, М.КЛ. В03С 1/00 / А.А. Бикбов, С.В. Рыжков - №145770/22-3; заявка от 25.02.1970; дата публикации 25.02.1975. Бюл. №33.]
Недостатком данного устройство является низкая энерго-эффективность процесса намагничивания материала обусловленная хаотичным расположением на ленте конвейера рудных частиц различной формы и недостаточное воздействие на них магнитного поля, что ухудшает эффективность процесса разделения
Также известно устройство для разделения сыпучих материалов по фрикционным характеристикам, включающее питатель, систему наклонных плоскостей и приемники продуктов [Практика обогащения асбестовых руд / Под ред. Ф.П. Сафронова - М.: Недра, 1975. 224 с.].
Недостатком известного устройства для его реализации является низкая производительность и эффективность разделения асбестосодержащих материалов из-за высокой чувствительности процесса к таким факторам, как нагрузка, изменение фракционного состава агрегатного состояния асбеста, поверхностных свойств частиц, влажность материала и как следствие колебания ширины веера на сходе с плоскости. Необходимость узкой классификации руды, низкая удельная производительность установок предопределяет необходимость строительства громоздких зданий и сооружений.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является устройство [Способ разделения твердых материалов по крупности: Патент РФ №1313530, В07В 13/00/ Матросов А.А., Панфилов Ф.В., Сысоев A.M., Никольский В.В.; заявитель и патентообладатель Государственный всесоюзный дорожный научно-исследовательский институт - №3398005/29-03, заявка от 18.02.1982; дата публикации 30.05.1987. Бюл. №20] включающее питатель, наклонный вибролоток, узел формирования воздушного потока, вращающийся разделительный барабан с приводом, приемники разделенных продуктов. Устройство работает следующим образом. Исходный материал с помощью наклонного вибролотка расслаивается по крупности (по плотности, когда необходимо разделить смесь различных материалов) и подается свободно падающим потоком на боковую поверхность вращающегося барабана. Под воздействием направленного в сторону вращения барабана воздушного потока расслоенный материал образует веер частиц. Частицы падают на поверхность барабана по разным траекториям. Частицы с большим коэффициентом трения и с меньшим коэффициентом восстановления удерживаются на поверхности барабана и увлекаются им в сторону вращения. Частицы (как правило, крупные) с большим коэффициентом восстановления отскакивают от поверхности барабана в сторону противоположную его вращению.
Недостатком данного устройства является невысокая эффективность разделения применительно к асбестовым продуктам, обусловленная тем, что частицы с различными физическими свойствами падают с вибролотка с одинаковой скоростью и веер частиц материала, над вращающейся поверхностью барабана формируется только за счет направленного на падающий материал потоком воздуха. В этих условиях трудно добиться устойчивого распределения частиц по их физическим свойствам по ширине веера. Другим недостатком является повышенная энергоемкость процесса связанная с расходами на создание воздушного потока.
r
Технический результат, достигаемый при реализации заявляемого изобретения, заключается в повышении эффективности разделения сыпучих материалов за счет того, что наклонный лоток выполнен в виде плоскости, с криволинейным трамплином с изменяющимся радиусом, в нижней части которой поперек потока материала закреплены поворотные ребра, способные изменять угол наклона навстречу движения материала не более чем на 90°, причем криволинейный трамплин снабжен выполненными в виде шаровых сегментов дефлекторами, установленными в шахматном порядке, а за разделительным барабаном установлен барабан с секторной магнитной системой и шибер с регулируемым наклоном для отделения магнитной фракции. Секторная магнитная система, расположенная с чередованием полюсов вдоль оси и по дуге сектора барабана разнополярных радиальных неодимовых магнитов обладает остаточной магнитной индукцией B=1,17-14,8 Тл.
Кроме того, для достижения технического результата узел формирования воздушного потока выполнен в виде радиальных загнутых лопаток, закрепленных на торцевых поверхностях барабана, при этом длина лопаток больше радиуса барабана.
Сущность изобретения поясняется чертежами:
Фиг. 1 - общий вид сепаратора;
Фиг. 2 - криволинейный трамплин, снабженный дефлекторами;
Фиг. 3 - представляет собой увеличенный выносной вид Б, барабана с магнитопроводом, показанный на фиг.1;
Фиг. 4. - представляет собой сечение барабана с магнитопроводом по линии А-А, показанной на фиг. 1;
Сепаратор (фиг. 1) включает:
1 - питатель; 2 - наклонный лоток; 3 - криволинейный трамплин; 4 - поворотные ребра; 5 - барабан с магнитопроводом; 6 - секторную магнитную систему; 7 - фрикционный разделительный барабан; 8 - бункеры для разгрузки пустой породы; 9 - бункер для разгрузки магнитной фракции; 10 - бункер для разгрузки концентрата; 11 - шибер с регулируемым наклоном для отделения ферромагнитного материала; 12 - шиберы; 13 - радиально вогнутые лопатки; 14 - дефлекторы
Работа предлагаемого устройства происходит следующим образом.
Эффект расслоения материала на два продукта (асбест - порода) на наклонной плоскости 2 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.
Результаты определения коэффициентов трения
*
Коэффициент трения различен при использовании асбеста разной длины в качестве вида покрытия поверхности.
Таким образом, использование асбеста в качестве покрытия плоскости 2 для расслоения материала на два продукта (продукта с более высоким коэффициентом трения) позволит повысить эффективность разделения.
Для создания покрытия из асбеста на наклонной плоскости 2, для расслоения материала на два продукта, на плоскости поперек потоку материала закреплены поворотные ребра 4, способные изменять угол наклона навстречу движения материала не более чем на 90°. Использование такого технического решения, как поворотные ребра, позволяет из смеси продуктов выделять фракцию свободного асбеста в процессе движения материала по плоскости.
Это осуществляется следующим образом. Частицы, имеющие низкий коэффициент трения и относительно большой коэффициент восстановления, движутся с большей скоростью и, ударяясь о поверхность поворотных ребер 4, проскакивают, не заполняя межреберное пространство. Асбест и пылевидные включения, обладающие высоким коэффициентом трения и низким коэффициентом восстановления скользя по поверхности 2, удерживаются поворотными ребрами 4 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 2 свободное «волокно асбеста» выделяемое из потока транспортируется к краю плоскости. Формирование специального покрытия осуществляется 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 поворотных ребер, большем 90°, например, 100, 110° свободный асбест начинает перекатываться через поворотные ребра и равномерное покрытие наклонной плоскости не создается. При дальнейшем увеличении угла наклона, поворотные ребра не задерживают асбест на наклонной плоскости и эффект от использования в качества покрытия продукта с более высоким коэффициентом трения (асбеста) полностью пропадает.
Криволинейный трамплин 3 с изменяющимся радиусом (Фиг. 2) 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, изменяющимся по нелинейному закону. На выходе с криволинейного трамплина установлены дефлекторы 14, которые располагаются по ширине криволинейного трамплина. Движение частиц замедляется при поднятии на дефлектор 14 и на выходе с него. За трамплином 3 волокна асбеста падают вертикально вниз, в то время, как породные частицы поднявшись на дефлектор 14 или, ударившись об дефлектор, проскакивают далее. В результате при выходе частиц на участок свободного полета они имеют существенно различные скорости, а вылет частиц происходит по настильным траекториям. Изменение радиуса криволинейного трамплина позволяет формировать веер разделения с учетом различных фрикционных характеристик разделяемых материалов. Таким образом, образуется веер разделения материала, благодаря которому возможно формирование продуктов с различным содержанием полезного компонента.
3
r
В результате исследования было установлено, что магнетит, входящий в асбестосодержащие минералы, формируется на границе контакта асбеста с породой, что позволяет использовать этот эффект для выведения сростков из общего объема горной массы с помощью магнитной системы, с радиальными ниодимовыми магнитами, являющимися мощными редкоземельными магнитами и обладающими высокой «силой на отрыв» В=263-406 кДж/м, с остаточной магнитной индукцией B=11,7-14,8 Тл. Установлено, что изменение остаточной магнитной индукции в этих пределах позволяет удерживать на поверхности барабана все частицы слабомагнитной асбестосодержащей руды, что так же повышает качество разделения этих продуктов (таблица 3).
В таблице 2 приведена удельная магнитная восприимчивость вмещающих пород, характеризующих химический состав хризотила.
3
r
Проведенные исследования по разделению асбестовых руд показали хорошую способность выделения магнитных фракций с использованием магнитов с «силой на отрыв» В=334 кДж/м и с остаточной магнитной индукцией в пределах B=13,25 Тл. Результаты исследования представлены в таблице 3.
Процесс прохождения кусков в магнитом поле происходит следующим образом: при сходе материала с криволинейного трамплина 3 куски с высоким коэффициентом восстановления, ударяясь о поверхность вращающегося фрикционного разделительного барабана 7, высвобождаются из скопления пород и летят по настильным траекториям в сторону, противоположную вращению барабана, при этом куски руды, содержащие магнетит, легко намагничиваются и ориентируются осями относительно полюсов магнитной системы 6. Далее намагниченные куски захватываются барабаном с магнитопроводом 5, и разгружаются в бункер для магнитной фракции 9. Увеличенный вид Б (Фиг. 3) и сечение по линии А-А (Фиг. 4) должны дать больше информации касающейся конструкции барабана с магнитопроводом 5 и магнитной системы 6.
Таким образом, материал разделяется на магнитную и породную фракции. В это же время куски, имеющие низкий коэффициент восстановления и высокий коэффициент трения при сходе с трамплина 3, ударяясь о поверхность фрикционного разделительного барабана 7, увлекаются в сторону его вращения и разгружаются в бункер для разгрузки концентрата 10.
С целью повышения эффективности разделения материала используется воздушный поток, сформированный с помощью радиально загнутых лопаток 13 с длиной больше радиуса барабана, закрепленных на торцевых поверхностях барабана 7. Радиальные загнутые лопатки 13 выполняются длиной больше радиуса барабана и закрепляются к торцевым поверхностям, чтобы формируемый воздушный поток был направлен к середине боковой поверхности барабана и максимальное усилие потока воздействовало на разделяемые продукты, что позволит отклонять частицы асбеста, обладающие более высокой парусностью. Данное решение обеспечивает эффективность разделения асбеста и породы, а также снижает энергоемкость процесса в отличие от известных устройств барабанного типа для разделения сыпучих материалов, где используется воздушное сопло для направленного движения воздуха в сторону вращения барабана.
В известных технических решениях не обнаружено признаков, сходных с признаками, отличающими заявляемое решение от прототипа, на основании чего можно сделать вывод о соответствии предлагаемого решения критерию «новизна».
Экспериментальная проверка устройства проведена в условиях асбестовой опытной фабрики на экспериментальной модели фрикционно-магнитного сепаратора на различных асбестосодержащих продуктах. Режим проведения опытов и результаты разделения приведены в таблице 3.
По результатам опытов было установлено что с использованием магнитной системы ФМС можно вернуть в цикл обогащения до 12,4% магнитной фракций не раскрытого асбеста в виде стростков, что позволяет снизить выброс переизмельченного асбеста с хвостами обогащения, таким образом обеспечить экологическую безопасность удаляемых хвостов с обогатительного предприятия.
В свою очередь использование наклонной плоскости, снабженной поворотными ребрами, позволяющими образовать поверхность из асбеста, что создает условия для удержания частиц с высоким коэффициентом трения и частиц с содержанием асбеста. Установлено, что эффективность разделения и выход хвостов выше, чем при наклонной плоскости из стали и резины: 42,9 и 66,7 против 30,9 и 48,3 (сталь) и 33,1 и 52,1 (резина) (таблица 3, опыты №№1, 2, 4).
При увеличении угла наклона ребер выше 90° эффективность разделения и выход хвостов снижаются:
38,1 и 58,8 (α=100°);
36,8 и 48,7 (α=110°) против 42,9 и 66,7 (α=80°);
42,5 и 65,6 (α=90°)
Способ формирования воздушного потока практически не влияет на эффективность разделения и на выход хвостов: 42,9 и 66,7 - (опыт №3, таблица 3) против 42,3 и 64,8 (опыт №7, таблица 3) соответственно, хотя при формировании воздушного потока с торцов барабана и направлению потока к центру боковой поверхности барабана эти показатели несколько выше (опыт №3).
В свою очередь использование криволинейного трамплина с изменяющимся радиусом, одновременно снабженным дефлекторами, установленными в шахматном порядке, и выполненными в виде шаровых сегментов позволяет увеличить выход магнитной фракции до 15,6% и повысить качество разделения фрикционных продуктов до 78,5% (опыт №1, таблица 3)
Предложенный способ и устройство для его реализации позволит повысить эффективность переработки асбестовых и слюдосодержащих промпродуктов, а при использовании в существующих технологических схемах снизить стадиальность переработки, следовательно, уменьшить количество энергоемких аппаратов. Кроме того, при использовании предложенного способа и устройства в большей степени будет сохраняться текстура.