ПЛАНЕТАРНЫЙ СЕПАРАТОР ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ МИНЕРАЛЬНЫХ ЧАСТИЦ ПО ПЛОТНОСТИ "ВЕКТОР-М"
PLANETARY SEPARATOR VECTOR-M FOR SEPARATION OF MINERAL PARTICLES BY DENSITY

Изобретение относятся к горнодобывающей промышленности, а именно к обогащению полезных ископаемых, и предназначено для разделения минеральных частиц по плотности гравитационным способом.
Известны центробежные канадские концентраторы (сепараторы) фирм «Knelson» и «Falcon» и российские концентраторы компании «Итомак» (г. Новосибирск). По способу разрыхления минеральной постели, образующейся в процессе обогащения в улавливающих кольцевых канавках чаши, эти аппараты аналогичны друг другу, так как используют один и тот же принцип подачи под напором чистой воды через многочисленные отверстия в стенках канавок чаши сквозь уплотненную минеральную постель (патент РФ №2196004 от 21.03.2001 г. Бюл. 2002 г.; Лопатин А.Г. Центробежное обогащение руд и песков. - М.: Недра, 1987, стр. 197; патент в Канаде N 1255642).
Основными недостатками этих концентраторов (сепараторов) являются:
- необходимость в чистой напорной воде, в мониторинге давления флюидизационной воды, в дополнительных насосах для подачи воды и ее специальной очистке;
- необходимость обезвоживания питания с подачей на обогащение узкого класса питания.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности является планетарный сепаратор для разделения минеральных частиц по плотности в переменных центробежных полях, включающий станину, карусель с приводом, питатель центробежного принципа действия, сборный кожух для вывода хвостов сепарации, чашу с приводом для вращения вокруг своей оси, закрепленную и совершающую на карусели планетарное вращение. (Рекламно-информационный журнал «Золотодобыча», ИРГИРЕДМЕТ, №12, 2014 г., стр. 45)
Недостатками известного планетарного сепаратора являются:
- сложный механизм узла питания в виде крестовины из труб и в этой связи сложность обеспечения равномерного, заданного соотношения Т:Ж в исходном материале, поступающем в чашу, которое требует строгого соблюдения для получения максимального эффекта по извлечению полезного ископаемого;
- ограниченность диапазона регулирования параметрами силовых полей;
- сложность и длительность процесса сполоска чаши;
- невозможность получения заданной степени извлечения одновременно зерен тяжелых минералов различной крупности, плотности и формы при работе на исходном материале с меняющимся в широком диапазоне вещественным составом, что характерно для золотороссыпных месторождений;
Решаемая задача:
- повышение надежности работы узла питания;
- расширение диапазона регулирования параметрами силовых полей;
- автоматизация и сокращение длительности процесса сполоска чаши;
- расширение технологических условий для повышения эффективности извлечения одновременно зерен тяжелых минералов различной крупности, плотности и формы при работе на исходном материале с меняющимся в широком диапазоне вещественным составом.
Поставленная задача достигается тем, что известный планетарный сепаратор для разделения минеральных частиц по плотности в переменных центробежных полях, включающий станину, карусель с приводом, питатель центробежного принципа действия, сборный кожух для вывода хвостов сепарации, чашу, привод чаши, снабжен рамой сепарирующего блока, одна поперечная балка которой закреплена на шарнире Гука, опирающемся на станину, а другая поперечная балка в ее центре шарнирно соединена со штифтом, жестко закрепленным на спице карусели в пазу для регулирования угла наклона продольной оси рамы к оси вала карусели, улиткой для вывода концентрата чаши, оросителями, а также тем, что питатель выполнен в виде трубы с жестко закрепленной на ней загрузочной воронкой, сборный кожух для вывода хвостов сепарации выполнен улиткообразным, а рама совместно с жестко на ней закрепленными питателем, чашей, улиткой, приводом чаши и сборным кожухом совершает планетарно-поступательное движение относительно оси карусели по круговому конусу.
Для расширения технологических условий, обеспечивающих снижение потерь полезных минералов, в питателе может быть установлено съемное улавливающее устройство с рифлями на внутренней поверхности.
Из источников, ставших общедоступными, не выявлены технические решения с размещением на известном планетарном сепараторе для разделения минеральных частиц по плотности в переменных центробежных полях рамы сепарирующего блока, одна поперечная балка которой закреплена на шарнире Гука, опирающемся на станину, а другая поперечная балка в ее центре шарнирно соединена со штифтом, жестко закрепленным на спице карусели в пазу для регулирования угла наклона продольной оси рамы к оси вала карусели, улитки для вывода концентрата чаши, оросителей, где питатель выполнен в виде трубы с жестко закрепленной на ней загрузочной воронкой, сборный кожух для вывода хвостов сепарации выполнен улиткообразным, а рама совместно с жестко на ней закрепленными питателем, чашей, улиткой, приводом чаши и сборным кожухом совершает планетарно-поступательное движение относительно оси карусели по круговому конусу, и где для расширения технологических условий, обеспечивающих снижение потерь полезных минералов, в питателе может быть установлено съемное улавливающее устройство с рифлями на внутренней поверхности.
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 планетарного сепаратора для разделения минеральных частиц по плотности в переменных центробежных полях, 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 концентратов промывочных приборов и драг на шлихообогатительных фабриках, а также на золотоизвлекательных фабриках.
На фиг. 1 изображен планетарный сепаратор, вид сбоку, на фиг. 2 - вид сверху.
Планетарный сепаратор для разделения минеральных частиц по плотности в переменных центробежных полях состоит из станины 1, карусели 2, привода 3 карусели, питателя 4 центробежного принципа действия, сборного кожуха 5 для вывода хвостов сепарации, чаши 6, улитки 7 для вывода концентрата чаши, привода 8 чаши и рамы 9 сепарирующего блока. Карусель своей ступицей насажена на вал 10 привода карусели и зафиксирована. Вал привода карусели закреплен на шарикоподшипниковой опоре 11, установленной на станине.
2
1
1
2
3
4
5
Одна поперечная балка 12 рамы сепарирующего блока закреплена на шарнире Гука 13, опирающемся на станину. В центре этой поперечной балки рамы жестко закреплен выступ 14, на котором установлен привод чаши. В центре противоположной поперечной балки 15 рамы, расположенной со стороны карусели, жестко закреплена обойма 16 с подшипником 17. В подшипник плотно входит штифт 18, который имеет возможность перемещаться вдоль спицы 19 карусели в пазу 20 для регулирования угла наклона продольной оси О-О рамы к оси O-O вала привода карусели. После установки оптимального угла наклона штифт прочно закрепляется на спице карусели. Паз на спице 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, а также вертикальной О-О и горизонтальной О-О осей шарнира Гука. На раме жестко закреплены все элементы сепарирующего блока (питатель, чаша, улитка, привод чаши, сборный кожух).
Вал 21 чаши закреплен в шарикоподшипниковой опоре 22, жестко закрепленной в центре поперечной балки рамы, расположенной со стороны карусели. Вал чаши своей звездочкой 23 цепной передачей связан со звездочкой 24 трансмиссионного вала 25, размещенного на продольной балке 26 рамы. Шкив 27 трансмиссионного вала клиноременной передачей соединен со шкивом 28 привода чаши, размещенного на выступе поперечной балки рамы со стороны шарнира Гука.
Питатель выполнен в виде трубы, которая может иметь форму цилиндра или усеченного конуса. Со стороны шарнира Гука к основанию трубы питателя жестко присоединена загрузочная воронка 29 в виде патрубка с зевом 30. В питателе может быть установлено съемное улавливающее устройство 31 с рифлями 32 на внутренней поверхности. При установке съемного улавливающего устройства питатель приобретает функцию обогатительного аппарата первой стадии обогащения, работающего по принципу «бегущей волны» за счет прецессионных колебаний. На корпусе питателя закреплены водовод 33 и ороситель 34, служащий для разжижения исходного материала в случае подачи его в питатель в сухом виде, а также для обеспечения технологической водой процесса сполоска съемного улавливающего устройства. Для выпуска концентрата полезных ископаемых при сполоске съемного улавливающего устройства питатель снабжен окном с затвором 35.
Для регулирования и обеспечения требуемого соотношения Т:Ж при сепарации материала в чаше технологическая вода по водоводу 36, закрепленному на корпусе питателя, поступает к кольцевому перфорированному оросителю 37, охватывающему по окружности срез разгрузочного отверстия трубы питателя и закрепленному на ней.
Сборный кожух для вывода хвостов сепарации выполнен улиткообразным и снабжен выпускным отверстием 38 для фиксированного вывода хвостов сепарации в заданном направлении.
Для обеспечения процесса сполоска чаши сепаратора технологическая вода через водовод 39, закрепленный на корпусе питателя, поступает в ороситель 40, размещенный на участке конической трубы питателя, расположенном внутри чаши сепаратора. Для автоматизированного сполоска чаши сепаратора и вывода концентрата полезных ископаемых со стороны малого основания чаши в придонной ее части за распределителем 41 выполнены отверстия 42, через которые концентрат поступает в улитку для вывода концентрата. Улитка жестко закреплена на раме и снабжена выпускным отверстием 43 для фиксированного вывода концентрата через специальный лоток в контейнер.
Устройство работает следующим образом.
1
2
1
От привода 3 сообщается вращение карусели 2 вокруг оси О-О вала 10 привода карусели. При вращении карусель увлекает за собой раму 9 сепарирующего блока, на которой закреплены питатель 4 центробежного принципа действия, сборный кожух 5 для вывода хвостов сепарации, чаша 6, улитка 7 для вывода концентрата чаши, привод 8 чаши, вал 21 чаши с шарикоподшипниковой опорой 22, загрузочная воронка 29, трансмиссионный вал 25, и придает ей планетарно-поступательное движение. Благодаря соединению рамы 9 одним концом со станиной 1 посредством шарнира Гука 13, а другим концом с каруселью 2 посредством подшипника 17 со штифтом 18 рама движется таким образом, что продольная ось рамы О-О описывает в пространстве круговой конус вращения с вершиной в точке О и осью О-О кругового конуса, являющейся также осью вала 10 привода карусели.
4
5
3
4
5
2
Точка О находится в центре горизонтальной оси О-О шарнира Гука и, как отмечалось, является точкой пересечения осей О-О и О-Ошарнира Гука. Такое соединение не дает раме вращаться вокруг собственной продольной оси О-О. Поэтому при движении рамы по траектории кругового конуса привод 8 чаши, закрепленный на выступе 14, и загрузочная воронка 29, расположенные в непосредственной близости от точки пересечения осей шарнира Гука 13, будут иметь лишь незначительные колебания в вертикальной и горизонтальной плоскостях осей шарнира Гука. При этом зев 30 загрузочной воронки 29 будет всегда направлен вверх, окно с затвором 35 питателя 4 направлено вниз, а выпускное отверстие 38 сборного кожуха 5 и выпускное отверстие 43 улитки 7 направлены в одну, наперед заданную сторону. Вращение валу 21 с чашей 6 передается от привода 8 чаши посредством клиноременной передачи между шкивами 28 и 27, далее через трансмиссионный вал 25 и звездочки 24 и 23, соединенные цепной передачей.
Питатель 4 может быть использован как обогатительный аппарат первой стадии обогащения и выполнен, например, в виде усеченного конуса. В этом случае со стороны широкого основания конической трубы питателя размещается съемное улавливающее устройство 31, выполненное также в форме усеченного конуса с рифлями 32 на внутренней поверхности. Исходный материал подается в питатель в сухом виде или в виде суспензии с соотношением Т:Ж, оптимальным для его сепарации в съемном улавливающем устройстве на первой стадии обогащения.
2
В питателе, используемом как обогатительный аппарат первой стадии обогащения с невысоким центробежным фактором, на исходный материал действуют сложные силовые поля, образованные в результате планетарно-поступательного движения корпуса питателя совместно с рамой. Под действием центробежного силового поля исходный материал перемещается по окружности внутренней поверхности съемного улавливающего устройства. При этом за счет прецессионного движения оси О-О рамы 9 сепарирующего блока по круговому конусу и связанных с этим изменений направлений силовых полей внутри съемного улавливающего устройства создается волна, перемещающаяся по окружности внутренней поверхности устройства в виде перекатывающегося сплюснутого суспензионного вала. Под действием переменных центробежных сил тяжелые зерна полезного ископаемого проседают в постель рифлей и концентрируются в них. Скорость движения суспензионного вала с обогащаемым материалом по окружности внутренней поверхности съемного улавливающего устройства 31 питателя зависит от скорости вращения карусели и регулируется в зависимости от вещественного состава и крупности обогащаемого материала.
Кроме того, конструкция крепления питателя 4 к раме 9 посредством шарнира Гука 13 создает при планетарно-поступательном движении рамы 9 возвратно-поступательные колебательные движения корпуса питателя 4 (совместно с улавливающим устройством 31) в двух плоскостях относительно горизонтальной и вертикальной осей шарнира Гука. Воздействие этих возвратно-поступательных колебательных движений на исходный материал (по принципу концентрационного стола) создает фактор подвижности минеральной постели в рифлях и позволяет избежать ее запрессовки, что усиливает сегрегационные эффекты во вращающейся взвеси и способствует лучшему разделению зерен по крупности и их концентрации.
Под действием продольной составляющей центробежной силы, возникающей в результате вращения карусели, происходит вращательно-поступательное движение материала по всей внутренней поверхности трубы питателя 4 вдоль его оси и материал в виде суспензии с менее плотными и менее крупными частицами полезных минералов через разгрузочное отверстие питателя (малый диаметр конической трубы питателя) поступает в придонную часть вращающейся чаши 6 на распределитель 41.
1
2
Поступающий во вращающую вокруг своей оси чашу 6 поток суспензии изменяет направление движения на обратное и, двигаясь вдоль стенки чаши к сливному порогу, закручивается вращающейся стенкой чаши. Поскольку чаша 6 совершает планетарно-поступательное движение относительно оси O-O карусели и одновременно вращается вокруг собственной оси О-О, совпадающей с продольной осью рамы, со скоростью, большей, чем скорость вращения карусели, то и центробежный фактор разделения, воздействующий на обогащаемый материал, достигает значительно больших величин, чем при первой стадии обогащения в съемном улавливающем устройстве 31 питателя 4, что позволяет эффективно извлекать более тонкие классы тяжелых минеральных частиц. Для разжижения суспензии и обеспечения требуемого соотношения Т:Ж в чаше 6 с получением оптимального смывного потока во вращающуюся чашу через водовод 36 и кольцевой перфорированный ороситель 37 подается дополнительная вода в зону поступления суспензии из питателя 4 в чашу.
2
1
При вращении чаши вокруг собственной оси с одновременным планетарно-поступательным ее движением относительно оси карусели происходит наложение центробежных силовых полей (в различных сочетаниях), что приводит к значительным периодическим перепадам величины фактора разделения. Под действием серии переменных ускорений происходит взвешивание пристенной части суспензии и разрыхление минеральной постели, что позволяет тяжелым частицам полезного ископаемого проседать в постель рифлей и концентрироваться в ней. Интенсивность силовых полей, возникающих в результате планетарного и осевого вращения чаши, и их сочетание регулируется в предлагаемом изобретении не только изменением частоты вращения карусели и самой чаши, но и изменением радиуса планетарно-поступательного движения чаши и угла наклона оси вала чаши О-О относительно оси О-О вала 10 привода карусели посредством перемещения штифта 18 вдоль спицы 19 карусели в пазу 20 для регулирования угла наклона продольной оси рамы 9 сепарирующего блока, поскольку ось чаши совпадает с продольной осью рамы. Конструктивные особенности предлагаемого изобретения позволяют оперативно регулировать технологический режим работы чаши 6 сепаратора по соотношению Т:Ж количеством подаваемой разжижающей воды в место разгрузки питателя через кольцевой перфорированный ороситель 37 или на улавливающую поверхность вращающейся чаши через отверстия оросителя 40, или одновременно и в место разгрузки и на улавливающую поверхность вращающейся чаши.
Хвосты материала после сепарации в чаше 6 через сливной порог чаши поступают в улиткообразный сборный кожух 5, где под действием центробежной силы перемещаются к выпускному отверстию 38 и фиксировано в заданном направлении выводятся из процесса в специальный лоток.
2
1
Необходимо отметить, что при планетарно-поступательном движении рамы сепарирующего блока с жестко закрепленным на ней питателем, направление вектора продольной составляющей центробежной силы в питателе, а значит и направление перемещения материала в нем зависит от соотношения величин угла конусности (уклон конуса) α питателя и угла β (угол между продольной осью О-Орамы, являющейся образующей кругового конуса с вершиной в точке О, и осью вала привода карусели О-О,являющейся осью кругового конуса). Поступательное движение материала в питателе в сторону чаши возникает при условии, когда угол β больше угла α.
Направление вектора продольной составляющей центробежной силы в чаше, а значит и направление перемещения материала в ней также определяется соотношением угла β и угла конусности (уклона конуса) γ чаши, но в большей степени зависит от возникающей в чаше центробежной силы при ее вращении вокруг собственной оси, то есть от числа оборотов чаши, поскольку центробежная сила пропорциональна квадрату угловой скорости:
цб
где F - центробежная сила;
m - масса минеральных частиц;
R - радиус вращения минеральных частиц;
ω - угловая скорость вращения чаши;
G - вес минеральных частиц;
n - число оборотов чаши в минуту.
цб.ч.
ч
цб.ч.
цб.ч.п.
ч.п.
цб.ч.п.
В случае, когда угол β больше угла γ, вектор продольной составляющей центробежной силы, возникающей при планетарно-поступательном движении чаши (совместно с рамой), направлен в чаше от большего ее основания к меньшему, то есть противодействует перемещению материала вдоль стенки чаши к сборному кожуху. Но поскольку скорость вращения чаши вокруг своей оси значительно превышает скорость планетарно-поступательного движения чаши, то центробежная сила F и ее продольная составляющая P=F⋅sinγ, возникающие при вращении чаши, значительно выше центробежной силы F и ее продольной составляющей P=F⋅sinβ, возникающих от планетарно-поступательного движения чаши. Поэтому материал в чаше при работе в режиме сепарации перемещается в сторону большего основания чаши к сборному кожуху (изображено на фиг. 1). Опираясь на эти условия, в предлагаемом изобретении реализуется автоматизированный сполоск чаши (при угле β больше угла γ), а также сполоск съемного улавливающего устройства питателя в случае исполнения его в виде усеченного конуса.
Для осуществления автоматизированного сполоска чаши прекращают подачу материала и воды через кольцевой перфорированный ороситель 37. Планетарно-поступательное движение чаши совместно с рамой 9 и вращение чаши вокруг своей оси не прекращают. Снижают скорость вращения чаши до скорости, при которой продольная составляющая центробежной силы, возникающая от планетарно-поступательного движения чаши, превысит продольную составляющую центробежной силы, возникающую от вращения чаши вокруг своей оси. Через трубу 39, закрепленную на корпусе питателя, подают воду в ороситель 40 для осуществления смыва концентрата тяжелых минералов из межрифельного пространства. Концентрат из межрифельного пространства смывается водой и перемещается за счет продольной составляющей, возникающей от планетарно-поступательного движения чаши, в придонную часть малого основания чаши (изображено на фиг. 2). Через отверстия 42 концентрат поступает в улитку 7 для вывода концентрата и через выпускное отверстие 43 выводиться в заданном направлении на лоток и по нему поступает в специальный контейнер.
Автоматизированный сполоск чаши осуществляется простым уменьшением числа оборотов чаши вокруг своей оси с подачей смывной воды, что займет 1-2 минуты. В рабочий режим сепарации чаша выводиться увеличением числа оборотов чаши с прекращением подачи смывной воды.
В случае, когда питатель имеет форму усеченного конуса и используется как обогатительный аппарат первой стадии обогащения, его автоматизированный сполоск осуществляется следующим образом. Прекращают подачу материала, вращение чаши и карусели 2. Штифт 18 перемещают вдоль спицы 19 карусели в пазу 20 для регулирования угла наклона продольной оси рамы к оси вала карусели до значения, когда угол β становится меньше угла α. После установки нужного угла наклона штифт прочно закрепляется на спице карусели. Открывают окно с затвором 35. Включают привод карусели. В ороситель 34 подают воду для смыва тяжелых минералов из межрифельного пространства. За счет продольной составляющей центробежной силы тяжелые минералы перемещаются в сторону большего основания конической трубы питателя и через окно с затвором 35 выводятся в лоток и по нему - в специальный контейнер. Сполоск съемного улавливающего устройства питателя займет 3-5 минут.
Предлагаемый планетарный сепаратор обеспечивает надежную и эффективную работу питателя, имеет более широкие параметры регулирования силовыми полями и сочетанием центробежных силовых полей, возникающих в результате планетарно-поступательного движения рамы сепарирующего блока и осевого вращения чаши, позволяет автоматизировать и сократить длительность процесса сполоска чаши.
Использование питателя как обогатительного аппарата первой стадии обогащения, работающего по принципу «бегущей волны» за счет прецессионных колебаний, позволяет расширить эффективную область применения предлагаемого планетарного сепаратора на материалах с широким диапазоном вещественного состава и различной крупностью, плотностью и формой зерен полезного ископаемого, сделать его более универсальным.