УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДЕЗИНТЕГРАЦИИ КИМБЕРЛИТА

Устройство предназначено для дезинтеграции руд, в которых полезный компонент отличается по твердости от основной массы породы, например, для дезинтеграции кимберлита.
Для контроля технологического процесса добычи алмазов необходимо заранее знать, сколько алмазов и какой крупности содержится в данном рудном теле. Такие данные получают эксплуатационной разведкой: выбуривают из рудного тела керны, в которых определяют содержание и крупность алмазов. Для того чтобы выделить алмазы из кимберлитового керна, его необходимо измельчить. При измельчении керна необходимо сохранить природную целостность алмазов, иначе получаемые данные будут недостоверными.
Для измельчения руды известно устройство: барабанная мельница - вращающийся полый барабан, внутри которого помещены мелющие тела, как правило, шары из твердого материала (см. напр. Борщев В.Я. Оборудование для измельчения материалов. Тамбов: Изд-во Тамбовского Государственного Технического Университета, - 2004 г., - 75 С).
Устройство обладает недостатком - низкой сохранностью природной целостности хрупких минералов (алмазов), поскольку мелющие тела при соударении с алмазами разбивают их.
Близкой по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому техническому решению является зубчатая дробилка, содержащая корпус со смонтированным в его подшипниках валом и закрепленными на нем дисками с лопастями, причем режущие кромки лопастей снабжены износостойкими элементами (Зубчатая дробилка. Полезная модель RU 89981 U1 от 17.04.2009, B02C 1/00, опубл 27.12.2009 Бюл. №36).
В данном устройстве дробление материала осуществляется не за счет удара, а за счет резания, что снижает вероятность разрушения алмаза. Однако устройство обладает собственными недостатками. Если износостойкие породоразрушающие элементы будут выполнены, например, из стали, то они быстро выйдут из строя при трении о твердые минералы. Для успешного резания требуется, чтобы твердость режущего инструмента превосходила твердость разрезаемого. Если же режущий инструмент будет выполнен, например, из алмаза, то в этом случае этот инструмент может нанести повреждения и алмазу. Но, как показывает практика распиловки кимберлитов алмазной пилой, если на пути пилы в куске породы попадается алмаз, то ломается пила. Таким образом, данное устройство не пригодно для дезинтеграции кимберлита с целью получения раскрытых неповрежденных алмазов.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому техническому решению является измельчитель, включающий бункер с регулирующим устройством, вращающейся вал, расположенный внутри неподвижной рабочей камеры, в которой выполнено окно для выхода готовой продукции. Рабочая камера выполнена в виде трубы, внутри которой на валу по винтовой линии установлены стержни (Измельчитель. Патент на ПМ RU 87643 U1 от 23.06.2008, B02C 1/00, опубл. 20.10.2009 Бюл. №29).
По принципу своего действия данное устройство близко к роторной дробилке, била которой выполнены в виде стержней. В данном устройстве разрушение (измельчение) материала осуществляется за счет ударов стержней по кускам руды, поэтому данное устройство обладает теми же недостатками, что и роторная дробилка, а именно производит измельчение ударом, при этом разрушаются хрупкие материалы, в том числе алмазы. Таким образом, данное устройство не обеспечивает высокой сохранности природной целостности полезного компонента.
Техническим результатом данной полезной модели является повышение сохранности целостности кристаллов природных алмазов при их раскрытии.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для дезинтеграции кимберлита, состоящем из бункера, вращающегося вала, расположенного внутри неподвижной рабочей камеры, на котором установлены породоразрушающие инструменты, которые выполнены в виде резцов из гибкого и упругого материала с твердостью меньше твердости полезного компонента, но больше твердости основной массы связующих минералов. Устройство дополнительно содержит приемник измельченных продуктов. Резцы изготовлены из материалов с твердостью не менее 4 и не более 9 единиц по шкале Мооса. На вращающемся валу размещено множество резцов, образующих щетку.
Заявляемое техническое решение поясняется фиг.1-3.
На фиг.1. показана схема устройства для дезинтеграции кимберлитов.
На фиг.2. показано устройство резца, образующего щетку.
Фиг.3. иллюстрирует участки поверхности кимберлитового керна при обработке данным устройством.
Устройство для дезинтеграции кимберлита состоит из бункера 1, вращающегося вала 2, на котором установлены породоразрушающие инструменты 3, выполненные в виде резцов из гибкого и упругого материала с твердостью меньше твердости полезного компонента, но больше твердости основной массы связующих минералов. Вращающийся вал 2 расположен внутри неподвижной рабочей камеры 4, которая выполнена с выпускным отверстием. Устройство снабжено приемником измельченных продуктов (на чертеже не показан). Резец 3, образующий щетку, выполнен из втулки 5 и металлической метелки 6.
Известно, что кимберлит является породой, состоящей из ряда минералов, сцементированных связующей массой. Связующую массу кимберлита составляют отностительно мягкие минералы: серпентин, карбонаты (кальцит, реже доломит), шпинелиды, слюда, перовскит, монтичеллит, апатит, ряд других (Харькив А.Д., Зинчук Н.Н., Крючков А.И. Коренные месторождения алмазов мира. - М.: Недра, 1998. - 554 с). Связующая масса цементирует ряд достаточно твердых минералов: Пирит. Твердость 6-6,5; Марказит. Твердость 6-6,5; Магнетит. Твердость 5,5-6; Кварц. Твердость 7; Халцедон. Твердость 6,5-7. Пироп. Твердость 6.5-7.5; Циркон. Твердость 7.5; Оливин. Твердость 6.5 -7. Кроме того, в кимберлитах присутствует муассанит и минералы корундовой группы, твердость которых близка к 9 единицам по шкале Мооса и собственно алмаз. Алмаз является самым твердым из известных минералов, его твердость составляет 10 единиц по шкале Мооса. Это примерно в 150 раз тверже корунда и в 1000 раз тверже кварца. Дезинтеграция кимберлита данным устройством основана на неоднородности кимберлита. Известно, что кимберлит является породой, состоящей из ряда твердых минералов, сцементированных относительно мягкой связующей массой. Связующую массу кимберлита составляют минералы: серпентин, карбонаты (кальцит, реже доломит), шпинелиды, слюда, перовскит, монтичеллит, апатит, ряд других (см. напр. Харькив А.Д., Зинчук Н.Н., Крючков А.И. Коренные месторождения алмазов мира. - М.: Недра, 1998. - 554 с). Твердость минералов, составляющих связующую массу кимберлита, составляет величину, порядка 2.5-3.5 единицы по шкале Мооса (см. напр. Годовиков А.А. Минералогия. - М.: «Недра», - 1975. - 520 с).
Породоразрушающий инструмент представляет собой гибкие и упругие резцы, твердость которых меньше твердости алмаза, но больше твердости основной массы кимберлитовых минералов. На роторе может быть размещено множество таких резцов в виде щетки. При взаимодействии с мягким материалом (основной массой руды) резец разрушает его, снимая слой за слоем. При соприкосновении с твердым минералом, например, алмазом, резец изгибается и обходит его, затем возвращается в свое исходное положение за счет своей упругости. Поскольку твердость резца меньше твердости алмаза, то алмаз при этом остается неповрежденным. В результате избирательного разрушения связующей массы осуществляется процесс дезинтеграции - твердые компоненты породы обосабливаются и выделяются из керна, оставаясь неповрежденными.
Разрушая относительно мягкую связующую массу, имеется возможность осуществить дезинтеграцию твердых минералов кимберлита - получить раскрытые неповрежденные кристаллы твердой фракции, в том числе, алмазов, чем и достигается цель изобретения. Для разрушения связующей массы минимальная твердость резцов должна быть больше твердости связующей массы и составлять величину, не менее 4 единиц по шкале Мооса, в противном случае дезинтеграция не будет осуществляться. Очевидно, также, что чем выше твердость резцов, тем выше производительность режущего инструмента и тем интенсивнее будет осуществляться дезинтеграция. Очевидно и то, что наибольшая производительность данного оборудования будет достигнута при использовании резцов, армированных алмазом, т.е., обладающих твердостью 10 единиц по шкале Мооса. Однако резцы такой твердости станут разрушать и полезный компонент, что противоречит поставленной цели изобретения. Поэтому максимальная твердость резцов должна быть меньше твердости алмаза и составлять величину не более 9 единиц по шкале Мооса. Это могут быть резцы, армированные, например, победитом, корундом, или нитридом бора.
Пример конкретной реализации.
Устройство для дезинтеграции кимберлитов работает следующим образом. Из бункера 1 под действием силы тяжести куски керна направляют к вращающемуся валу 2, расположенному в рабочей камере 4, где они вступают в контакт с резцами 3 (фиг.1). При соприкосновении с подаваемым материалом каждая стальная нить резца 3 снимает тонкий (менее 1 мм) слой материала, твердость которого меньше твердости резцов (по сути - делает царапину). Продукт измельчения мягких материалов представляет собой пыле-песчанную смесь. Эта смесь самопроизвольно ссыпается через выпускное отверстие рабочей камеры 4 в приемник измельченного продукта. При контакте с минералом, твердость которого больше твердости резцов, последние не могут срезать слой с такого минерала, поэтому изгибаются, обходя минерал сверху и с боков. Твердый минерал не может быть оцарапан более мягким резцом, поэтому остается неповрежденным, при этом очищается от связующих мягких минералов до тех пор, пока не обособится и самопроизвольно не отделится от основной массы и также не попадет в приемник измельченного продукта. Процесс огибания твердых кристаллов гибкими резцами обеспечивает хорошее раскрытие полезного компонента и его очищение их от сростков с другими минералами и прочих примазок. На фиг.3 показаны фрагменты поверхности кимберлитового керна в процессе дезинтеграции данным способом. Рельеф поверхности является следствием преимущественного разрушения минералов связующей массы. В результате работы устройства в приемник измельченного продукта ссыпается пыле-песчаная масса из мягких минералов кимберлита, в которой содержатся кристаллы твердой фракции природной крупности. Из такого материала твердую фракцию минералов, куда входит и алмаз, можно просто извлечь, например, просеиванием.
В качестве породоразрушающих инструментов используют резцы, изготовленные из стального каната толщиной 30 мм и диаметром нити 0,5 мм. Как известно, нити стальных канатов изготавливаются из твердых (твердость больше 4) и одновременно упругих сортов стали, обеспечивающих канатам износостойкость и гибкость. Резцы изготавливают следующим образом. Через каждые 100 мм на канат надевают и зажимают втулки длинной 50 мм. Канат с надетыми втулками алмазной дисковой пилой разрезают на куски длиной 150 мм. Разрезы осуществляют вплотную к втулкам, в результате получают отрезки длиной 150 мм (фиг.2), из которых 50 мм плотно зажаты во втулке 5, остальные 100 мм свободны и образовывают своеобразную металлическую метелку 6. Резцы 3 крепят в зажимы на барабане за втулки 5.
В данном устройстве не используются удары или иные динамические нагрузки, поэтому хрупкие минералы (алмазы) не дробятся. Процессами резания избирательно разрушаются мягкие минералы, связующие кимберлит в единое целое, что и является процессом дезинтеграции, обеспечивающим сохранность ценного компонента (природных кристаллов алмазов), что положительно влияет на товарную стоимость продукции.