УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ ТВЕРДЫХ ЧАСТИЦ

Полезная модель относится к области обогащения полезных ископаемых и может быть использовано для обогащения руд, техногенного сырья и других твердых материалов.
Известен трубчатый гидравлический классификатор, разделяющий измельченный материал в восходящей струе воды (С.М.Ясюкевич "Обогащение руд", Металлургиздат, 1953, с.175). Классификатор разделяет частицы материала по скорости их падения в воде.
Недостатком данного устройства является большой расход воды и низкая эффективность разделения из-за того, что, согласно закону Стокса, пропорциональность между скоростью падения частиц и их массой нарушается из-за влияния на нее размеров и формы частиц.
Известно устройство для мокрого разделения сыпучих материалов (Свидетельство РФ, на полезную модель №2521, опубл. в Бюллетене "Полезные модели. Промышленные образцы.", №8, 1996), содержащее загрузочный бункер, разделительную трубку, установленную под углом к горизонту, пульсатор и накопительные бункеры для продуктов разделения, причем разделительная трубка установлена с возможностью изменения угла наклона, а пульсатор выполнен с возможностью регулирования частоты, длительности, амплитуды и формы импульса.
Такое устройство обеспечивает разделение материалов в пульсирующем потоке жидкости, так как при пульсациях для разделения используется не только вес частиц, но и их инерционность.
Недостатком известного устройства является его невысокая производительность, а также ограниченные возможности разделения тонких фракций материалов, что связано с их уплотнением в нижнем участке трубки, препятствующим свободному выносу "легких" частиц в вертикальный ее участок.
Известен также гидравлический классификатор, содержащий разделительную трубку, установленную под углом к горизонту, пульсатор, выполненный с возможностью регулирования параметров импульсов, и обратный клапан в нижней части разделительной трубки, позволяющий изменить направление потока жидкости-носителя на обратное (Патент РФ на изобретение №2165300 "Гидравлический классификатор").
Это устройство реализует разделение материалов в пульсирующем потоке жидкости, используются прямой и обратный потоки, что создает турбулентность в струе жидкости-носителя, осуществляет взмучивание исходного материала и обеспечивает разделение "тяжелой" и "легкой' фракций пробы.
Недостатком данного устройства является то, что потоки жидкости (прямой и обратный) вовлекают в процесс разделения только частицы (перемещая их в вертикальный сегмент трубки) поверхностного слоя пробы, концентрирующейся в нижней части разделительной трубки. Это замедляет накопление «тяжелых» частиц, заставляет использовать для процесса разделения все более интенсивные потоки жидкости, что, естественно, понижает селективность конечного концентрата (увеличивает потери "полезных" частиц).
Известен также гидравлический классификатор, содержащий разделительную трубку, установленную под углом к горизонту, пульсатор, выполненный с возможностью регулирования параметров импульсов, обратный клапан, позволяющий изменять направление потока жидкости-носителя на обратное, а также дополнительно включает в себя отражатель водного потока, установленный в нижней части разделительной трубки между пульсатором и стопором, при этом стопор помещен в разделительной трубке перед областью скопления частиц пробы (Патент на изобретение РФ №2281808 "Гидравлический классификатор").
Это устройство реализует разделение "тяжелой" и "легкой" фракций материала за счет управления интенсивностью и направлениями потока пульсирующей жидкости-носителя в сочетании с фокусированном - при взаимодействии с отражателем водного потока - обратного потока на скопление частиц пробы исходного материала.
Недостатком данного устройства является то, что в процессе разделения "тяжелых" и "легких" частиц возможно использование только пульсационных (прямого и обратного) потоков рабочей жидкости. Такой поток (движение вперед-назад) вовлекает в перемещение в вертикальное колено разделительной трубки, наряду с "легкими" частицами, заметную долю "тяжелых" частиц, что снижает селективность конечного концентрата, т.е. увеличиваются потери "полезных" частиц.
Задачей, на решение которой направлено заявляемая полезная модель, является создание устройства, обеспечивающего оптимально высокую эффективность разделения "тяжелой" и "легкой" фракций материала путем создания таких колебаний жидкости-носителя, которые обеспечат лучшее разделение "тяжелых" и "легких" частиц при одновременном уменьшении потерь "полезных" частиц, а также за счет управления интенсивностью и направлениями потока пульсирующей жидкости в сочетании с фокусированием обратного потока жидкости-носителя на скопление частиц пробы.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для разделения измельченного материала в восходящей струе жидкости-носителя, включающем в себя разделительную трубку, состоящую из вертикальной части и нижней части, в которой установлен отражатель обратного потока жидкости-носителя, выполненный в виде сплошного цилиндра, стопор, установленный перед отражателем, и устройство для подачи жидкости-носителя, согласно полезной модели между устройством для подачи жидкости-носителя и отражателем установлен регулятор изменения объема жидкости, состоящий из стакана, стенки которого выполнены в виде пружины, и штока, передающего механические колебания стакану, при этом стакан выполнен из высоко упругого материала без гистерезиса, например из бериллиевой бронзы, а шток соединен с редуктором, управляемым компьютером.
Отношение диаметра отражателя обратного потока жидкости-носителя к диаметру разделительной трубки удовлетворяет соотношению
0.5<d/D<1.
где d - диаметр отражателя обратного потока жидкости-носителя;
D - диаметр разделительной трубки.
Отражатель обратного потока жидкости-носителя выполнен из материала, устойчивого к окислению, например из стекла.
Угол между вертикальной частью разделительной трубки и ее нижней частью меньше 90 градусов.
Наличие регулятора изменения объема жидкости, управляющего штоком, который, в свою очередь, управляется, например компьютером, позволяет создавать высокочастотные колебания жидкости-носителя в зоне перед отражателем, в результате чего происходит проседание "тяжелых" частиц и переход во взвешенное состояние "легких" частиц пробы. Взвешенные частицы избирательно захватываются ламинарным потоком жидкости-носителя и выносятся в вертикальную часть разделительной трубки. Таким образом, наличие регулятора изменения объема жидкости-носителя повышает качество разделения "тяжелых" и "легких" частиц пробы, благодаря уменьшению потерь «полезных» частиц (повышает чувствительность устройства), что позволяет сконцентрировать и определить очень низкие концентрации "тяжелых" частиц в пробе (чувствительность выше 0.000001% для "тяжелых" частиц размерами даже 5-10 мкм).
Выполнение стакана из высоко упругого материала без гистерезиса, например из бериллиевой бронзы, обеспечивает практически "бесконечные" возвратно-поступательные его колебания и, благодаря несжимаемости заполняющей его жидкости, те же колебания рабочей жидкости-носителя.
Благодаря введению в конструкцию разделительной трубки отражателя обратного потока жидкости-носителя, который фокусирует водный поток на область скопления частиц пробы, обеспечивается более высокая степень разделения "легких" и "тяжелых" частиц материалов и более высокая производительность процесса обогащения "тяжелых" частиц.
Стопор оптимизирует положение отражателя, так что обеспечивает фокусирование отраженного обратного потока жидкости-носителя на скопление частиц пробы, вызывая их максимальное взмучивание.
Диаметр отражателя выбирается таким, чтобы, во-первых, он смог свободно перемещаться вдоль разделительной трубки, а во-вторых, иметь такую площадь торцевой поверхности, которая была бы достаточна для отражения обратного потока жидкости-носителя и, таким образом, обеспечивала дополнительное возмущение частиц исходного материала.
Такая конфигурация разделительной трубки (угол между вертикальной частью трубки и ее нижней частью меньше 90°) обеспечивает дополнительное перемещение частиц пробы из нижней части трубки в ее "рабочую" зону (вертикальное колено трубки).
Таким образом, техническим результатом предлагаемой полезной модели является улучшение качества разделения материалов, содержащих частицы различной плотности, в результате уменьшение потерь "полезных" частиц, то есть повышение чувствительности устройства для его работы на материалах, содержащих даже очень низкие концентрации "тяжелых" (полезных) частиц.
Перечень фигур и чертежей.
На фиг.1 изображена схема устройства для разделения измельченного материала.
На фиг.2 и 3 приведены иллюстрации к примеру применения предлагаемого устройства.
Устройство для разделения измельченного материала включает в себя разделительную трубку 1, установленную вертикально или под углом к горизонту, источник 2 рабочей жидкости-носителя, снабженный дозатором 3, обеспечивающий восходящий ламинарный поток жидкости в трубке 1, и емкость 4 для сбора "легкой" фракции. В нижней части трубки 1 установлен отражатель 5 обратного потока жидкости-носителя, который выполнен в виде сплошного цилиндра. Перед отражателем 5 установлен стопор 6. Между устройством 2 для подачи жидкости-носителя и отражателем 5 установлен регулятор изменения объема жидкости, состоящий из стакана 7 и штока 8, который соединен с редуктором, управляемым компьютером (на чертеже не показан). Стенки стакана 7 выполнены в виде пружины 9. Перемещение стакана 7 обеспечивается за счет воздействия на его дно штока, механические колебания которого управляются от компьютера. Взвесь частиц пробы 10 загружают в трубку 1 с рабочей жидкостью 11.
Устройство для разделения измельченного материала работает следующим образом. Нижняя часть разделительной трубки 1 через устройство 2 и дозатор 3 заполняется жидкостью-носителем. Затем через верхний конец разделительной трубки 1 загружают взвесь частиц пробы 10 в рабочей жидкости 11 (например, в воде). После загрузки исходный материал 10 осаждается в нижнюю часть разделительной трубки 1. Затем включают управляемый компьютером редуктор (на чертеже не показан), передающий свои механические колебания штоку 8 и связанному с ним стакану 7. За счет сжимания и разжимания стенок стакана 7 и отражения вызванных этими механическими движениями колебаний рабочей жидкости от стенок трубки 1, а также от отражателя 5 в нижней части трубки 1 генерируются различные разнонаправленные импульсы потоков жидкости (до высоко частотных), которые обеспечивают гравитационное расслоение пробы на "тяжелую" 12 и "легкую" 13 составляющие. Постоянный слабый (капельный) ламинарный поток рабочей жидкости обеспечивает возвратно-поступательные колебания отражателя 5 ограниченные стопором 6. Прямой поток воды выносит из вертикального колена трубки 1 "легкую" фракцию 13 в направлении (I) в приемную емкость 4 и перемещает отражатель 5 потока жидкости-носителя к области скопления частиц пробы: она маркируется стопором 6. Обратный поток жидкости - носителя в нижней части разделительной трубки 1 - направление движения (II) - отражается от поверхности отражателя 5. Этот поток фокусируется на скоплении частиц пробы - направление отраженного потока (III) - и осуществляет интенсивное взмучивание всего его объема. Взвешенные в воде частицы подвергаются воздействию синхронизированного последующего импульса прямого водного потока - направление движения (IV). Конкуренция масс различных частиц, захваченных этим водным потоком, приводит к осаждению «тяжелых» частиц 12 на дне трубки 1 и удалению частиц «легкой» фракции 13.
При этом отражатель обратного потока жидкости-носителя выполнен из материала, устойчивого к окислению. Например, отражатель обратного потока жидкости-носителя может быть выполнен из стекла.
При одном и том же режиме пульсаций более легкие частицы 13 имеют большие скорости и амплитуды смещения, чем тяжелые частицы 12. Путем регулировки амплитуды и частоты импульсов, создаваемых регулятором изменения объема жидкости и отражателем 5, а также регулировки интенсивности потока из источника жидкости 2 (например, водопровод) обеспечивается средняя скорость восходящего
потока жидкости в трубке, необходимая для разделения исходного материала на "легкую" и "тяжелую" фракции. Конкуренция масс различных частиц, захваченных слабым ламинарным потоком, приводит к осаждению "тяжелых" частиц 12 на дне трубки 1 и удалению частиц "легкой" фракции 13.
После завершения разделения остаток материала ("тяжелая" фракция) удаляется из трубки 1 путем ее наклона и промывки потоком жидкости-носителя. Может быть также выполнен выпускной кран в нижней части разделительной трубки 1 (на рисунке не показан).
Испытания предложенной конструкции показали, что разделение материалов, даже с небольшой разницей в удельных массах, происходит чрезвычайно эффективно, легко контролируется и регулируется.
Примером, демонстрирующим возможности использования заявляемого устройства, является наглядный результат обогащения с его помощью пробы бедной непромышленной Au-Pd руды из массива Скергаард (Гренландия), содержащей 630 мг/т Pd и 52 мг/т Аu. В результате исследования полученных "тяжелых" концентратов из пробы этой руды весом 1 кг в "тяжелых" концентратах установлены 116 зерен Pd минералов (Фиг.2) и 6 зерен Au минералов (Фиг.3). Размеры зерен минералов Pd и Аu варьировали в пределах 1-93 мкм, среднее значение 30 мкм. Золото, помимо собственных минералов (60% от общего количества Au в руде), установлено в составе Pd минералов (40% от общего количества Au в руде). Баланс распределения Au и Pd в руде, рассчитанный по полученным с помощью данного устройства минералогическим данным, следующий (мг/т): Pd 648.5 (630)*, Au 33.5 (52). Эти расчеты показывают высокую сходимость геохимических и минералогических данных, что подтверждает высокое качество извлечения "тяжелых" (минералы Pd и Au) частиц в концентраты.
*в скобках - данные химического анализа.
Опыт использования предлагаемого устройства для разделения измельченного материала показывает уникальные возможности минералогического анализа содержащих, например, минералы платиновой группы или самородного золота руд или технологических продуктов с чувствительностью, сравнимой с современными методами геохимического анализа (~1 частицы размером не более 10 мкм на 100000000, то есть ~10 мг/т).
Заявляемое устройство позволяет использовать для процессов разделения оборотные рабочие жидкости повышенной плотности (например, различные высоко концентрированные солевые растворы) и оптимизировать их вязкость (в зависимости от температуры).
Таким образом, предлагаемое устройство обладает более высокой чувствительностью, и позволяет концентрировать и определять "тяжелые мелкие (даже 5-10 мкм) частицы" в том числе и при очень низких их концентрациях (~0.0000001%) в исходном материале.
Возможны и другие, более сложные схемы реализации заявляемого устройства для разделения измельченного материала, например включающие в себя автоматизированные конструкции для загрузки исходного материала и жидкости-носителя, а также существенного масштабирования этой технологии разделения веществ с различной плотностью. Однако специалисту нетрудно заметить, что все такие вариации заявляемого устройства не выходят за пределы существенных признаков, изложенных в приведенной ниже формуле изобретения.