ОБОГАТИТЕЛЬНЫЙ ШЛЮЗ
DRESSING SLUICE

Изобретение относится к области гравитационного обогащения полезных ископаемых, в частности к устройствам для разделения материалов в воде по плотности, и может применяться для разделения труднообогатительных руд, содержащих пылевидные и пластинчатые металлы и минералы.
В настоящее время для гравитационного обогащения минерального сырья из горных пород в движущемся водном потоке широкое применение находят шлюзы различной конструкции в форме желоба с бортами, плоским или криволинейным днищем, имеющие различные приспособления или покрывающие материалы для улавливания частиц тяжелых минералов. Как правило, навстречу движению водного потока перпендикулярно или под иным углом устанавливают преграды-барьеры, изготовленные из пластин (а.с. СССР №724194, МПК В03В 5/70), (п. РФ №2135292, МПК В03В 5/70) или имеющие иной профиль для более эффективного осаждения полезных минералов из обломочных горных пород (п. РФ №2074773, МПК В03В 5/70).
3
3
Существующие обогатительные установки различных конструкций, как правило, получают концентрат минералов с удельным весом в интервале от 5 до 20 г/см. Минералы, удельный вес которых менее 5 г/см, идут в отходы. Кроме того, на гравитационную концентрацию минералов большое влияние оказывают форма и размеры частиц. Пылевидные и пластинчатые частицы плохо поддаются обогащению, сносятся со шлюзов движущимся водным потоком. Известные устройства недостаточно хорошо позволяют разделить минералы по удельному весу, тем более получить несколько мономинеральных фракций за один цикл прохождения перерабатываемых материалов, что обусловлено конструктивными особенностями обогатительных шлюзов.
Известен шлюз для обогащения полезных ископаемых, включающий наклонный желоб с плоским дном и улавливающим покрытием. Концентрирующие камеры размещены в днище желоба, а над ними установлены на горизонтальных валах барабаны с рыхлителями. Каждая концентрирующая камера снабжена вибратором и разгрузочной щелью (п. РФ №1422455, МПК В03В 5/70).
Известен шлюз для гравитационного обогащения, представляющий желоб с плоским дном и улавливающим покрытием. Днище желоба перфорировано для промывки оседающей фракции поступающей снизу напорной водой. На входе шлюза расположена приемная камера, в которой по ходу движения пульпы установлено приспособление для импульсной подачи пульпы на улавливающее покрытие желоба (п. РФ №2179889, МПК В03В 5/70). Шлюз за счет каскадного расположения желоба и импульсной подачи пульпы позволяет достаточно хорошо извлекать мелкие классы минералов. Недостатком является конструктивная сложность и трудности при съеме концентрата.
Известен шлюз для осаждения из пульпы концентратов таких тяжелых минералов, в исходном гранулометрическом составе которых преобладают тонкодисперсные пластинчатые частицы (п. РФ №2262385, МПК В03В 5/70). Шлюз представляет собой проточный желоб, наклоненный к горизонтали. На дне желоба установлен улавливающий коврик, над которым расположен комплект кинематически связанных жестких трафаретов. Каждый трафарет имеет по меньшей мере два ряда волнообразных в горизонтальной плоскости рифлей, каждая из которых состоит из последовательно чередующихся по направлению выпуклости полуволновых частей и плоских вставок между каждой смежной парой таких полуволн. Кроме того, трафарет снабжен набором поперечных рифлей в виде пластин, которые по отдельности подвешены на стержнях между рядами волнообразных рифлей. За счет изменения формы и взаиморасположения средств торможения потока пульпы и рыхления осадка вертикальными толчками уменьшается снос в отвал тонкодисперсных и/или пластинчатых частиц ценных тяжелых минералов и повышается степень концентрирования и эффективность добычи целевого продукта.
Однако помимо тяжести съема концентрата при использовании трафаретов и ковриков следует отметить также конструктивную сложность данного устройства.
Наиболее близким к заявляемому является шлюз для обогащения полезных ископаемых разделением по плотности (п. РФ №2068300, МПК В03В 5/70). Шлюз представляет собой короб с параллельными стенками, при этом дно короба в продольном сечении выполнено в виде синусоиды и снабжено улавливающей поверхностью, выполненной в виде различного типа ковриков и трафаретов. Заиливание углублений дна и разрыхление отложившегося в них материала осуществляется посредством цепного конвейера, установленного над улавливающей поверхностью.
Предложенная конструкция шлюза позволяет увеличить извлечение мелких зерен полезного компонента и его содержание в извлекаемом концентрате, однако не решает задачи извлечения мономинеральных фракций за один рабочий цикл. Кроме того, также как и во всех известных на сегодня конструкциях шлюзов, использование улавливающего коврика предполагает прерывность процесса, периодическое прекращение подачи пульпы в шлюз, съем улавливающего коврика и смывание с него накопившегося концентрата, что снижает производительность шлюза и увеличивает себестоимость целевого продукта.
Задачей заявляемого изобретения является расширение номенклатуры шлюзов для гравитационного обогащения минерального сырья в движущемся водном потоке, упрощение конструкции и повышение производительности шлюза за счет непрерывности процесса, увеличение эффективности извлечения минералов тяжелой фракции и выделение каждой мономинеральной фракции на конкретном фиксированном участке шлюза.
Поставленная задача решается шлюзом для гравитационного обогащения минерального сырья в движущемся водном потоке, выполненным в виде наклоненной к горизонтали и подключенной верхним концом к источнику пульпы, а нижним - к средству отвода хвостов обогащения в отвал как минимум одной трубы, продольное сечение которой представляет собой синусоидальную волну, на высшей точке верхних полуволн которой расположен прямолинейный участок, а нижние полуволны, являющиеся ячейками для сбора концентрата, снабжены разрыхляющим механизмом и средством выпуска концентрата.
Шлюз может содержать несколько параллельно расположенных и соприкасающихся друг с другом труб, количество которых подбирается экспериментально в зависимости от объема перерабатываемой пульпы.
За счет отсутствия громоздких и неудобных при сборе концентрата трафаретов и улавливающих ковриков, геометрической формы выполнения шлюза и стационарных ячеек для накопления концентрата с одновременным обеспечением разрыхления предлагаемое конструкционное решение шлюза значительно упрощает его, приводит к увеличению его производительности, а также позволяет получать за один рабочий цикл мономинеральные фракции, разделенные по удельному весу, причем каждый вид минералов сконцентрирован в определенной ячейке, которой является нижняя полуволна трубы.
На чертеже схематично изображен шлюз для обогащения, где 1 - бункер распределитель, 2 - прямолинейный участок верхней полуволны, 3 - нижняя полуволна (ячейка для сбора концентрата), 4 - разрыхляющий механизм, 5 - клапан для слива концентрата.
Шлюз работает следующим образом.
Пульпа через бункер-распределитель (1) поступает на прямолинейный участок (2), доходит до первого изгиба полуволны (3) шлюза. Под действием напора воды и силы тяжести материал скатывается по наклонной стенке трубы вниз, приобретая ускорение, достаточное для создания вихревого потока. Возникшая турбулентность вовлекает в хаотичное движение частицы горных пород, имеющих различный удельный вес и конфигурацию. В результате соударений частиц они очищаются от глинистых и илистых примазок. Возникшая муть и мелкие частицы минералов, находящиеся во взвешенном состоянии, под напором воды поднимаются до прямолинейного участка (2) верхней полуволны и двигаются далее до следующего изгиба трубы (3).
Минералы с большим удельным весом, не преодолевшие подъема верхней полуволны, оседают и накапливаются в нижней полуволне - ячейке (3). Минералы с меньшим удельным весом, а также минералы, гидродинамическая крупность которых ниже подъемной силы восходящего водного потока, преодолевают верхнюю точку и двигаются к следующему подъему (2), где процесс повторяется.
Длина шлюза, диаметр трубы, количество полуволн трубы и их глубина определяются экспериментально на основе достаточности для обогащения заданного класса минералов, а также для отвода в илоотстойник пустых горных пород.
Чередование полуволн, снабженных прямолинейными участками, позволяет за один рабочий цикл шлюза получать в каждой ячейке мономинеральную фракцию минералов определенного удельного веса. Для предотвращения уплотнения и цементации в каждой ячейке установлен разрыхляющий механизм, позволяющий повысить качество концентрата, представляющий собой, например, вращающуюся звезду с лопастями. В нижней полуволне (ячейка) установлены задвижки для сбора концентрата по мере его накопления, выполненные, например, в виде механического или электромеханического клапана. Очевидно, что разрыхляющий механизм и устройства для выпуска концентрата из ячеек могут быть выполнены любыми, приемлемыми для данной конструкции
В отличие от прототипа, где пульпа растекается по поверхности шлюза и движется в водном потоке слоем определенной толщины, в заявляемом изобретении пульпа движется в трубе под избыточным гидростатическим давлением.
Заявленное изобретение принципиально отличается от прототипа тем, что движение пульпы происходит в замкнутом пространстве трубы, в которой отсутствуют трафареты, коврики и иные улавливающие покрытия, а также какие-либо барьеры и перегородки из металла или иного материала. В замкнутом пространстве трубы водный поток и пульпа двигаются под давлением, отличающимся от давление воды и пульпы по открытой поверхности шлюза. С промывочного прибора пульпа поступает на прямолинейный участок трубы, где за счет увеличения давления в замкнутом пространстве (приобретает дополнительное ускорение) увеличивается скорость движения всего объема поступающей в трубу пульпы. Дойдя до верхней точки полуволны, водная масса сваливается вниз с увеличением кинетической энергии падающих минералов. В нижней полуволне трубы возникают вихревые и возвратно-поступательные и восходящие потоки воды, которые активно перемешивают массу пульпы, освобождая минералы от глины, ила и органических примесей. При постоянной подпитке шлюза пульпой в изгибе трубы под напором поступающего материала возрастает давление и увеличивается подъемная сила воды. Возникший водный лифт (лифтинг) в первую очередь поднимает глинистые, илистые и органические частицы и выносит их за пределы изгиба трубы на следующий за ним прямолинейный участок трубы. Одновременно со взвешенными частицами мути вверх поднимаются минералы, у которых удельный вес и гидродинамическая крупность меньше подъемной силы восходящего водного потока, а минералы, удельный вес которых и гидродинамическая крупность которых выше подъемной силы восходящего водного потока, остаются в изгибе трубы, где происходит их концентрация.
Наличие в нижней полуволне трубы разрыхляющего механизма решает одну из главнейших проблем гравитационного обогащения - не позволяет концентрату уплотниться и заставляет весь комплекс минералов находиться во взвешенном состоянии, что способствует лучшей дезинтеграции и разделению минералов по удельному весу, увеличивает подъемную силу водного потока, что позволяет остаться в изгибе трубы (ячейке концентрации) минералам строго определенного удельного веса. Именно сочетание в заявляемом шлюзе прямолинейных участков трубы, вертикальных изгибов трубы, определенной глубины и углов наклона стенок изгиба трубы, а также наличие в изгибе трубы постоянно вращающегося разрыхлительного механизма позволяет получить миноминеральные фракции высокой степени чистоты.
Поскольку конструкционные параметры предлагаемого устройства являются функцией множества параметров и их расчет представляет собой сложную технологическую проблему, целесообразнее подбирать их экспериментально с учетом нижеперечисленных моментов.
1. Чем больше амплитуда волны, то есть глубина нижней полуволны трубы, тем выше удельный вес накопившегося в ней минерала.
3
2. Кроме того, на процесс концентрации минералов в заявляемом изобретении дополнительное влияние оказывают следующие факторы - это соотношение твердой и жидкой составляющей пульпы: оно должно быть в пропорции от 1/10 до 1/20 для группы минералов удельного веса от 5 до 20 г/см и крупности от 0,01 до 2,0 мм.
3. Чем меньше длина волны, то есть угол изгиба трубы ближе к 90° от горизонтали, тем выше должна быть подъемная сила восходящего водного потока для удаления легкой фракции минералов за пределы изгиба трубы на прямолинейный участок шлюза.
4. Еще одним фактором, определяющим концентрацию минералов в изгибе трубы, является общий наклон заявляемого шлюза. В традиционных шлюзах с плоским изогнутым дном, ограниченным параллельными бортами и снабженным трафаретами, угол наклона шлюза колеблется от 10 до 16 градусов от горизонтали. При других углах наклона шлюза процесс концентрации прекращается.
В шлюзе заявляемой конструкции угол наклона может увеличиваться до 60 градусов в зависимости от того, минерал какого удельного веса и линейного размера поставлена задача извлечь из перерабатываемого грубообломочного материала. Угол наклона будет тем больше, чем больше удельный вес и линейные размеры извлекаемого минерала.
Наилучший эффект извлекаемости минералов достигается при оптимальном подборе наклона шлюза, углов наклона стенок изгиба трубы (амплитуды волны), амплитуды полуволны трубы и соотношения Т:Ж пульпы.