ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ КОНЦЕНТРАТОР "СФЕРА-М"
"SPHERE-M" CENTRIFUGAL CONCENTRATOR

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности, а именно к обогащению полезных ископаемых, преимущественно руд и песков благородных и драгоценных металлов.
Известен центробежный концентратор, включающий конусообразную чашу, смонтированную на наклонном валу с возможностью вращения вокруг вертикальной оси, питающее и разгрузочное приспособления, стопор, не позволяющий конусообразной чаше совершать вращательное движение вокруг собственной оси, но не препятствующий движению вокруг вертикальной оси (SU 899125А, 23.01.82, В03В 5/32 - аналог).
Недостатками аппарата являются его недостаточная надежность в работе и невозможность получать заданную степень сокращения исходного материала, что не позволяет выделять концентраты с высоким содержанием полезных компонентов.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности является центробежный концентратор, включающий конусообразную чашу, смонтированную на наклонном валу с возможностью вращения вокруг вертикальной оси, питающее и разгрузочное приспособления, стопор, не позволяющий конусообразной чаше совершать вращательное движение вокруг собственной оси, но не препятствующий движению вокруг вертикальной оси, наклонный вал в нижней части установлен шарнирно, а в верхней части наклонного вала установлен подшипник и входящий в него штифт, жестко связанный с приводным валом через закрепленное на нем соединительное устройство с пазом для регулирования угла наклона, причем стопор закреплен в нижней части наклонного вала, концентратор снабжен разгрузочным приспособлением для тяжелой фракции (Патент РФ №2136373, 27.05.1998, В03В 5/32 - прототип).
Недостатками известного устройства являются:
- недостаточная надежность конструкции привода для придания чаше планетарно-поступательного движения по круговому конусу;
- низкая производительность и в этой связи ограниченная область применения;
- ручной сполоск чаши концентратора.
Решаемая задача:
- повышение надежности привода концентратора;
- повышение производительности концентратора и расширение области применения;
- механизация процесса сполоска чаши концентратора.
Поставленная задача достигается тем, что известный центробежный концентратор для обогащения полезных ископаемых, включающий раму, питающее и разгрузочное приспособления, чашу в виде усеченного конуса, жестко смонтированную на валу, который одним концом установлен на раме шарнирно с исключением вращения чаши вокруг собственной оси, а на другом конце вала установлен подшипник и входящий в него штифт, жестко связанный через водило, имеющее паз для регулирования угла наклона, с приводным валом, придающим чаше движение по круговому конусу, согласно изобретению дополнительно снабжен улитками для вывода концентрата и хвостов обогащения, воронкой, жестко связанной с дистрибутором в виде цилиндра, а шарнир выполнен по принципу Гука, где вал чаши жестко закреплен непосредственно на шарнире и выполнен как водовод с отверстиями для подачи воды на рифли чаши, причем большее основание чаши находится со стороны шарнира, а паз выполнен в виде дуги, каждая точка которой равноудалена от точки пересечения осей шарнира.
Из источников, ставших общедоступными, не выявлены технические решения с размещением на известном центробежном концентраторе для обогащения полезных ископаемых улитки для механизированного вывода концентрата чаши, улитки для постоянного вывода хвостов обогащения, воронки, жестко связанной с дистрибутором в виде цилиндра, где шарнир выполнен по принципу Гука, а вал чаши жестко закреплен непосредственно на шарнире и выполнен как водовод с отверстиями для подачи воды на рифли чаши по всей ее поверхности, где большее основание чаши находится со стороны шарнира, а паз выполнен в виде дуги, каждая точка которой равноудалена от точки пересечения осей шарнира.
Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию «новизна».
Анализ известных технических решений в исследуемой области позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с существенными отличительными признаками заявляемого центробежного концентратора для обогащения полезных ископаемых, и признать заявляемое решение соответствующим критерию «изобретательский уровень».
Заявляемое изобретение соответствует критерию «промышленная применимость», так как оно может быть использовано в горной промышленности при обогащении полезных ископаемых, в том числе для разделения минеральных частиц по плотности в переменных центробежных полях при обработке золотосодержащих гравитационных концентратов рудных и россыпных месторождений на золотоизвлекательных и шлихообогатительных фабриках.
На фиг. 1 изображен центробежный концентратор для обогащения полезных ископаемых, вид сбоку, на фиг. 2 - вид сверху.
Центробежный концентратор для обогащения полезных ископаемых состоит из рамы 1, водила 2, приводного вала 3 водила с двигателем 4, шарнира Гука 5, загрузочной воронки 6, дистрибутора 7, выполненного в виде цилиндрической трубы, чаши 8 в виде усеченного конуса, закрепленной на валу 9 чаши, улитки 10 для вывода концентрата чаши, улитки 11 для вывода хвостов обогащения.
Водило своей ступицей насажено на приводной вал водила. Приводной вал водила закреплен на шарикоподшипниковой опоре 12, установленной на раме.
Загрузочная воронка, дистрибутор, чаша, вал чаши, улитка для вывода концентрата, улитка для вывода хвостов обогащения жестко соединены между собой в единый корпус 13 концентратора.
2
4
5
Вал чаши в торце дистрибутора по оси O-O жестко соединен с горизонтальным валом 14 шарнира Гука. С двух сторон горизонтального вала шарнира Гука по оси O-O выполнены цапфы 15 с подшипниками 16. С цапфами шарнирно соединен вертикальный вал 17 шарнира Гука. Вертикальный вал укреплен в подшипниках 18 на раме.
4
5
3
2
Такая конструкция шарнирного крепления корпуса концентратора к раме (по принципу шарнира Гука) допускает колебательные движения корпуса с незначительной амплитудой относительно горизонтальной O-O и вертикальной O-O осей шарнира Гука, однако полностью исключает возможность вращения корпуса и, соответственно, чаши вокруг своей продольной оси O-O.
2
2
1
1
2
3
4
5
К валу чаши в торце улитки для вывода хвостов обогащения по оси O-O жестко закреплена обойма 19 с подшипником 20. В подшипник плотно входит штифт 21, который имеет возможность перемещаться вдоль водила в пазу 22 для регулирования угла наклона продольной оси O-O чаши к оси О-О приводного вала водила. После установки оптимального угла наклона штифт прочно закрепляется в пазу водила. Паз выполнен в виде дуги относительно точки О с одинаковым до нее расстоянием от всех точек дуги. Точка О является точкой пересечения осей O-O и O-O, вертикальной O-O и горизонтальной O-O осей шарнира Гука.
2
1
Таким образом, корпус концентратора посредством вала чаши, к которому жестко соединена обойма с подшипником и плотно входящим в подшипник штифтом, шарнирно соединен с водилом и получает от него планетарно-поступательное движение по круговому конусу с вершиной в точке О. При этом ось O-O будет являться образующей кругового конуса, а ось O-O - осью кругового конуса.
Большее основание усеченного конуса чаши, расположенное со стороны шарнира Гука, жестко соединено с улиткой для вывода концентрата чаши во время ее сполоска через окно 23 на улитке и далее через специальный лоток в контейнер для концентрата.
Меньшее основание усеченного конуса чаши жестко соединено с улиткой для постоянного вывода хвостов обогащения через окно 24 в процессе работы концентратора.
Технологическая вода для сполоска чаши поступает через шланг 25 в полый вал чаши в месте крепления вала чаши к горизонтальному валу шарнира Гука. По валу чаши, выполненному в виде трубы, технологическая вода поступает в перфорированный участок 26 вала чаши, равный длине части чаши с рифлями 27. Отверстия 28 для воды расположены по всему периметру и всей поверхности перфорированного участка вала чаши.
Центробежный концентратор для обогащения полезных ископаемых работает следующим образом.
1
2
1
2
4
5
3
От приводного вала 3 водилу 2 сообщается вращение вокруг оси О-О приводного вала. При вращении водило увлекает за собой вал чаши 9 с корпусом 13 концентратора и придает ему планетарно-поступательное движение. Благодаря жесткому соединению корпуса 13 концентратора посредством вала 9 чаши одним концом с шарниром Гука 5, установленным на раме 1, а другим концом с водилом 2 через обойму 19 с подшипником 20 и плотно входящим в подшипник штифтом 21 корпус движется таким образом, что ось O-O описывает в пространстве круговой конус вращения с вершиной в точке О и с осью кругового конуса О-О. При этом жесткое соединение вала чаши 9 и, соответственно, корпуса 13 с шарниром Гука 5, установленным на раме 1, не дает корпусу вращаться вокруг собственной оси О-О. Поэтому при движении корпуса по траектории кругового конуса зево загрузочной воронки 6 всегда направлено вверх, имея лишь незначительные колебания относительно горизонтальной O-O и вертикальной О-О осей шарнира Гука. При этом окна 23 и 24 соответственно улитки 10 для вывода концентрата чаши и улитки 11 для вывода хвостов обогащения будут направлены в одну, наперед заданную, сторону, что дает возможность выводить концентрат и хвосты обогащения из корпуса с транспортированием их в заданном направлении, например, в специальные лотки.
Исходный материал, например, гравитационные концентраты золоторудного или золотороссыпного месторождения, в виде пульпы через загрузочную воронку 6 поступают в дистрибутор 7 цилиндрического вида, где под действием продольной составляющей центробежной силы материал перемещается по всей внутренней поверхности дистрибутора к чаше 8 и отбрасывается на боковую ее поверхность.
В чаше 8 на исходный материал действуют сложные силовые поля, образованные в результате планетарно-поступательного движения корпуса аппарата.
2
Под действием центробежного силового поля исходный материал перемещается по окружности внутренней поверхности чаши. При этом за счет прецессионного движения оси О-О вала 9 чаши по круговому конусу и связанных с этим изменений направлений силовых полей, на исходный материал воздействуют знакопеременные нагрузки, способствующие эффективной дезинтеграции и разделению минеральных зерен по плотности. Перемещение исходного материала по окружности внутренней поверхности чаши происходит в виде сплюснутого вала суспензии перекатыванием. Под действием продольной составляющей центробежной силы материал перемещается по всей внутренней поверхности чаши 8 к улитке 11 для вывода хвостов обогащения.
4
5
3
Конструкция крепления корпуса концентратора к раме посредством шарнира Гука создает при планетарно-поступательном движении корпуса по круговому конусу также и продольные возвратно-поступательные колебательные движения корпуса, а значить и чаши, с незначительной амплитудой колебания относительно горизонтальной О-O и вертикальной O-O осей шарнира Гука.
Фактор воздействия этих продольных возвратно-поступательных колебательных движений чаши на исходный материал интенсифицирует процессы его разделения по плотности, препятствует, совместно со знакопеременными нагрузками центробежных сил, запрессовке постели в межрифельном пространстве и способствует концентрации зерен полезного ископаемого в постоянно разрыхляемой постели.
Комплексное воздействие на исходный материал в чаше знакопеременных центробежных нагрузок на пульпу и продольных возвратно-поступательных колебательных движений, способствует лучшему разделению и концентрации тяжелых минералов.
Хвосты материала после сепарации в чаше поступают в улитку 11 и выводятся через окно 24 в специальный лоток.
2
1
Необходимо отметить, что в данном изобретении большее основание чаши 8, выполненном в виде усеченного конуса, расположено со стороны шарнира Гука и поступление исходного материала в концентратор происходит также со стороны шарнира Гука. В этом случае, при работе предлагаемого изобретения в режиме обогащения, вектор продольной составляющей центробежной силы, возникающей при планетарно-поступательном движении корпуса концентратора, будет направлен от большего основания чаши в сторону улитки для вывода хвостов обогащения при условии, что угол β (угол между осью вала чаши O-O, являющейся образующей кругового конуса, и осью вала привода O-О, являющейся осью кругового конуса с вершиной в точке О) больше угла конусности (уклона конуса) γ чаши 8.
В данном изобретении при работе концентратора в режиме обогащения угол β устанавливается со значением большим, чем угол γ.
На фиг. 1 стрелками указано направление перемещения исходного материала при работе аппарата в режиме обогащения.
Механизированный сполоск чаши в данном изобретении реализуется расположением большего основания конусообразной чаши со стороны шарнира Гука, опираясь на условие, что направление вектора продольной составляющей центробежной силы в чаше, а значит и направление перемещения материала в ней, определяется соотношением углов β и γ.
При значении угла β меньше угла γ вектор продольной составляющей центробежной силы, возникающей при планетарно-поступательном движении корпуса, будет направлен в сторону большего основания усеченного конуса чаши к улитке 10 для вывода концентрата чаши.
Для сполоска чаши вращение водила прекращают, а штифт 21 перемещают в пазу 22 вдоль водила 2 и устанавливают в положение, когда угол β станет меньше угла конусности γ чаши 8. После закрепления штифта включают двигатель 4, приводной вал водила придает корпусу с чашей планетарно-поступательное движение. В вал 9 чаши, выполненный в виде трубы, подают через шланг 25 под напором воду, которая через отверстия 28 перфорированного участка 26 омывает всю улавливающую поверхность чаши, где находятся рифли 27. Концентрат полезного ископаемого вымывается из рифлей чаши водой и под действием продольной составляющей центробежной силы поступает в улитку 10 для вывода концентрата чаши, где через окно 23 поступает в лоток и по нему в специальный контейнер для сбора концентрата с полезным ископаемым.
На фиг. 2 стрелками указано направление перемещения концентрата полезного ископаемого, уловленного чашей, при работе концентратора в режиме сполоска.
После завершения сполоска чаши прекращают вращение водила и подачу воды в перфорированный участок вала 9. Перемещением штифта вдоль водила устанавливают угол β в режим обогащения, то есть угол β устанавливается со значением большим, чем угол γ.
1
Затем закрепляют штифт 21, от приводного вала 3 сообщают водилу 2 вращение вокруг оси О-О приводного вала. Концентратор готов к работе в режиме обогащения.
Предлагаемое изобретение позволяет:
- обеспечить центробежный концентратор сегрегационного типа простым, надежным и проверенным временем приводом, что дает возможность создавать модели концентраторов сегрегационного типа с высокой единичной производительностью, которые могут найти широкую область применения при обогащении минерального сырья рудной и россыпной золотодобычи (на ЗИФ, ШОФ, промывке песков) и реально конкурировать с концентраторами фирм "Knelson" и "Falcon";
- механизировать и упростить процесс сполоска концентратора при съеме концентрата полезного ископаемого, минимизировать затраты времени на сполоск, что делает возможным увеличивать частоту сполоска и способствует повышению эффективности эксплуатации предлагаемого центробежного концентратора сегрегационного типа.