ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ КОНЦЕНТРАТОР
CENTRIFUGAL CONCENTRATOR

Изобретение относится к области обогащения полезных ископаемых и может быть использовано для разделения твердых частиц по плотности, например, на предприятиях полиметаллической отрасли, оловянных фабриках, золотодобывающих предприятиях, как при первичном обогащении, так и при переработке техногенных отвалов.
Известно, что гравитационное обогащение является наиболее экологически безопасным методом. При этом центробежный способ является наиболее прогрессивным и наиболее эффективным при обогащении мелкозернистых смесей (россыпей или измельченных руд), содержащих мелкие и тонкие классы тяжелых минералов. Применение центробежных сил позволяет значительно снизить минимальный размер извлекаемых частиц по сравнению с традиционной гравитационно-флотационной технологией. В тех случаях, когда ценная тяжелая компонента в исходном продукте может составлять десятые доли процента и более, требуются концентраторы с непрерывной разгрузкой тяжелой фракции.
Известны центробежные концентраторы с непрерывной разгрузкой. Например, центробежная отсадочная машина Kelsey (1). Машина содержит цилиндрическую камеру, внутри камеры вокруг вертикальной оси вращается ротор, вертикальная стенка которого служит решетом отсадочной машины. По периметру камеры расположена серия конических камер, создающих пульсации воды в направлении, противоположном центробежной силе с помощью специальных вибраторов. В процессе работы тяжелые частицы сырья уходят в подрешетный продукт, а легкие через верхний - в слив. Недостатком такой машины является ее сложность, как конструктивная, так и эксплуатационная, а также вымывание тяжелых частиц тонких классов.
Известен также центробежный концентратор с непрерывной разгрузкой Knelson-CVD (2). Концентратор содержит вращающийся конусообразный ротор с двумя канавками в верхней части с установленными в них по окружности пережимными клапанами. На дне канавки содержатся отверстия для подачи флюидизирующей воды. В процессе работы тяжелая фракция накапливается в канавках и клапаны периодически открываются для сброса накопленного концентрата. Выход концентрата варьируется в зависимости от частоты и продолжительности открытия пережимных клапанов. Недостатком такого концентратора является сложность конструкции, высокие требования к чистоте флюидизирующей воды, износ клапанов при работе с абразивным сырьем.
Также известен центробежный концентратор Falcon-C непрерывного действия (3). Он близок к концентратору Knelson-CVD и по конструкции, и по принципу действия. Концентратор содержит кожух с установленным в нем вращающимся конусом, с центральной трубой для подачи питания и отводными патрубками для хвостов и концентрата. Конус содержит кольцевую канавку в верхней части. В процессе работы тяжелая фракция осаждается на гладкой внутренней поверхности конуса и постепенно сползает в кольцевую канавку. Разгрузка концентрата осуществляется непрерывно через выпускные клапаны. Недостатки такого концентратора те же, что и концентратора Knelson-CVD: сложность конструкции, абразивный износ выпускных клапанов. Кроме того, режим работы того и другого аппарата представляет собой условно непрерывный, так как выпуск тяжелой фракции осуществляется путем периодического открытия клапанов, а это неизбежно снижает качество концентрата.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является центробежный концентратор Лейтеса А.Б. (4). Концентратор содержит ротор в виде концентрично установленных внутреннего усеченного конуса со шнеком на наружной поверхности и внешнего конуса, сидящих на валах редуктора, обеспечивающего возможность их вращения с собственными скоростями. Малые основания обоих конусов закрыты днищами. Внешний конус со стороны меньшего основания имеет сквозные отверстия, а со стороны большего снабжен кольцевым порогом. Между кольцевым порогом и торцом внутреннего конуса имеется кольцевая щель.
При работе концентратора внутрь ротора на дно внутреннего конуса подается пульпа, которая под действием центробежных сил движется в направлении кольцевого порога. При этом тяжелые минералы оседают на внутреннюю поверхность внутреннего конуса, сползают к кольцевой щели, захватываются шнеком и через сквозные отверстия внешнего конуса выбрасываются в приемник концентрата. Легкая фракция через кольцевой порог уходит в слив.
Недостатком такого аппарата является сложность конструкции, а также износ шнека и внешнего конуса при переработке абразивного сырья.
Техническим результатом предлагаемого устройства является упрощение конструкции, повышение надежности работы аппарата и качества получаемого концентрата.
Сущность изобретения заключается в том, что в центробежном концентраторе, содержащем ротор в виде концентрично установленных внутреннего усеченного конуса с днищем на малом основании и внешней обечайки с кольцевой щелью между ней и торцом большего основания конуса, а также порогом на внешней обечайке со стороны большего основания внутреннего конуса, внутренний конус и внешняя обечайка жестко связаны между собой, внешняя обечайка содержит кольцевой порог на стороне меньшего основания внутреннего конуса, причем ротор содержит каналы для подачи воды во внешнюю обечайку.
Кроме того, в центробежном концентраторе по оси ротора на днище внутреннего конуса может быть установлен патрубок с уплотнением, в который, со стороны большего основания внутреннего конуса, вставлена неподвижная труба подачи воды, а патрубок соединен с каналами, направленными во внешнюю обечайку.
Для облегчения процесса вымывания тяжелой фракции и повышения эффективности работы концентратора, он может быть снабжен механизмом, придающим вращению ротора крутильные колебания, например, двухкривошипным механизмом.
Благодаря тому, что внутренний конус и внешняя обечайка жестко связаны, внешняя обечайка содержит кольцевой порог со стороны меньшего основания внутреннего конуса, а ротор содержит каналы для подачи воды во внешнюю обечайку, то в процессе работы тяжелая фракция, накапливаясь у большего основания конуса, проходит через кольцевую щель, собирается во внешней обечайке и, при подаче воды во внешнюю обечайку, тяжелая фракция вымывается в приемник тяжелой фракции.
На рисунке представлен общий вид концентратора.
Концентратор содержит ротор 1, установленный на валу вращения, патрубок подачи питания 2, приемник легкой фракции 3 и сборник тяжелой фракции 4. Ротор 1 содержит конус 5 с днищем и цилиндрическую обечайку 6 с кольцевым порогом слива 7 со стороны приемника легкой фракции и кольцевой порог сбора тяжелой фракции 8. Между торцом большего основания конуса и цилиндрической обечайкой 6 выполнена кольцевая щель 9. Внутренний конус ротора жестко связан с цилиндрической обечайкой спицами 10. На оси ротора на днище внутреннего конуса установлен патрубок 11 с уплотнением, в которое вставлена неподвижная труба 12. Патрубок 11 соединен с каналами, направленными внутрь обечайки 6. Каналы могут иметь прямой радиальный выход 13 внутрь обечайки или могут быть проведены вдоль конуса с выходом 14 к месту расположения кольцевой щели 9.
Концентратор работает следующим образом. Исходное сырье в виде пульпы подается в ротор через питающий патрубок 2 на днище конуса 5. Под действием центробежных сил пульпа отбрасывается на стенку конуса и, двигаясь к порогу 7, расслаивается. Тяжелые минералы оседают на внутреннюю поверхность конуса 5, сползают к щели 9 и попадают внутрь обечайки 6, из которой под действием воды, подаваемой из трубы 12, вымываются через порог 8 в сборник тяжелой фракции 4. Легкая фракция уходит через порог 7 в приемник 3. Внутренний диаметр порога 8 может быть выполнен равным внутреннему диаметру порога 7 или может быть меньше его. Это зависит от расположения оси ротора, величины центробежных сил, а также от минерального состава сырья. Выход тяжелой фракции, при фиксированной величине внутреннего диаметра порога 8, регулируется подачей воды по трубе 12. Внутренний конус может быть выполнен с расширением диаметра большего основания.
Для повышения эффективности процесса разделения сырья в процессе работы концентратора и облегчения разгрузки тяжелой фракции концентратор может быть снабжен механизмом, накладывающим на вращение вала крутильные колебания.
Примером конкретного выполнения может служить изготовленный концентратор производительностью 500 кг/час с внешним диаметром ротора 200 мм. Длина внешней обечайки была равна 210 мм. Внутренний диаметр обоих порогов составлял 160 мм. Частота вращения ротора 700 об/мин. На вращение ротора были наложены крутильные колебания частотой 25 герц.
Переработка смеси кварцевого песка крупностью минус 0,3 мм и магнетита той же крупности дало следующие результаты. Выход тяжелой фракции составил 7,5% (т.е. сокращение в 13 раз) при извлечении 78%. При этом соотношение т/ж исходного сырья составляло 1 к 2,5. Расход смывной воды 30 литров в час.
Для специалистов в этой области техники очевидно, что в конструкцию вышеописанного устройства могут быть внесены изменения и дополнения, не выходящие за рамки сути изобретения, объем которых определен в формуле изобретения.
Источники информации
1. Патент Австралии №04269, 1986 г.
2. Информационно-рекламный бюллетень «Золотодобыча», ИРГИРЕДМЕТ, Октябрь 2008, №119, с.23
3. Горный журнал, 1999, №3, с.78
4. Патент RU 2123884 кл. B03B 5/32 от 20.02.1998 г.