Шлюзобарабанный концентратор тяжелых металлов

Полезная модель относится к горной промышленности и может использоваться для обогащения песков россыпных месторождений драгметаллов, а также для повторного обогащения хвостов (отходов) золотоизвлекательных фабрик по переработке руд драгметаллов (золота, платины, олова и др.), находящихся в исходной горной массе в свободном состоянии, в том числе введенных в такое состояние специальными приемами, например, рассевом, дроблением или их комбинациями.
Существует достаточно большое количество технических решений, направленных на повышение качества извлечения драгметаллов из исходной горной массы, как непосредственно в производственном процессе обогащения, так и в процессе повторной переработки отходов с целью доизвлечения утерянного ранее полезного продукта.
Известны технические решения и устройства (сепараторы) центробежно-вибрационного и вибрационно-гравитационного типа, в которых разделение материала (обогащаемой горной массы) по плотности, предварительно расклассифицированного на грохоте с задаваемыми параметрами ячеи, осуществляется в жидкой среде за счет центробежных сил, действующих на суспензию, подаваемую во вращающуюся цилиндрическую или усечено-коническую емкость с нарифлениями различной формы (АС № 1651955, МПК В03В 5/32, опубл. 1991г; патент RU № 21000086, МПК В03В 5/32, опубл. 1993г; патент RU № 2100087, МПК В03В 5/32, опубл. 1995г., а также концентратор Falcon фирмы SEPRO MINERAL SYSTEMS).
Недостатком указанных устройств является периодичность работы с остановками для выгрузки концентрата с перенастройкой режима работы аппарата, невозможность управлять направлением перемещения исходного сырья при изменении вектора результирующей продольной составляющей центробежной силы, что понижает производительность процесса обогащения и снижает его качество.
Известно также устройство [Патент RU № 2432996, МПК B03B 5/70, опубл. 10.11.2011], выполненное в виде трубы, наклоненной к горизонтали и подключенной верхним концом к источнику пульпы, а нижним - к средству отвода хвостов обогащения в отвал.  Продольное сечение трубы представляет собой синусоидальную волну. На высшей точке верхних полуволн трубы расположен прямолинейный участок. Нижние полуволны, являющиеся ячейками для сбора концентрата, снабжены разрыхляющим механизмом и средством выпуска концентрата, например, в виде механического или электромеханического клапана.
Недостатком устройства является его сложность, необходимость применения разрыхляющих механизмов и клапанов на каждой из полуволн.
Известно устройство по способу концентрирования тяжелых минералов и концентратор для его осуществления [Патент RU № 2423183, МПК B03B 5/32, опубл. 10.07.2011], который реализуется путем создания осевосходящего спирального потока поступающей обрабатываемой пульпы внутри корпуса концентратора, непрерывной разгрузки легких минералов и концентрирования тяжелых минералов в выделившихся зонах. Способ осуществляют с помощью концентратора, включающего корпус с разнесенными по высоте боковой внутренней поверхности концентрационными канавками и расположенным в нижней части коническим дном, тангенциальный патрубок для подачи исходной пульпы внутрь, приспособление для разгрузки легких зерен минералов - хвостов и патрубок для разгрузки тяжелых зерен минералов - концентрата, выполненный в центральной части конического дна. Концентратор снабжен вертикальной центральной трубой с закрытой верхней частью, к которой присоединен тангенциальный патрубок подачи исходной пульпы, и расположенным под ее открытым нижним концом конусообразным распределителем питания, установленным с возможностью осевого перемещения и прижатым герметично к коническому дну концентратора в рабочем положении. Боковая внутренняя поверхность концентратора выполнена в виде чаши, расширяющейся кверху. Радиус по угловой координате чаши выполнен переменным, изменяющимся относительно ее среднего радиуса по поперечному срезу чаши, по периодическому знакопеременному закону.
Недостаток: сложность в изготовлении, в обеспечении паспортных режимов работы, недостаточная улавливающая способность вследствие высокой турбулентности потоков жидкой среды.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является шлюз прямоугольного сечения, повсеместно применяемый в составе промывочных приборов при разработке россыпных месторождений драгметаллов (Верхотуров М.М. Гравитационные методы обогащения. М., 2006 г. стр.204.). Шлюз представляет собой корыто обычно прямоугольного сечения, шириной от 1,0 м до 2,0 м, на днище (постели) которого укладывают последовательно: ковровое покрытие («канадский мох»), а сверху - рифли (трафареты), выполненные в виде продольно-поперечных пластин высотой от 40 до 70 мм, собранных для удобства работ в блоки размерами: ширина равна ширине корыта шлюза, а длина до 2,0 м.  Поперечные пластины устанавливают с наклоном в сторону потока пульпы с промежутком 10-20 см. В процессе работы корыто устанавливают наклонно по длине под углом 10-12º и пропускают по нему пульпу, содержащую полезный компонент. При прохождении пульпы по шлюзу, вследствие наличия в донной части шлюза препятствий в виде рифлей возникают циркуляционные потоки пульпы, в результате которых в придонной части шлюза возникают условия для осаждения более тяжелых частиц и вынос более легких, т.е. происходит обогащение исходной горной массы.
Недостаток устройства: постепенное заполнение постели шлюза (промежутки между рифлями и ковровое покрытие) не только полезным компонентом, но и пустыми породами, вследствие чего улавливающая способность шлюза понижается и через 20-25 ч работы составляет не более 50% от первоначальной. Это вынуждает периодически останавливать работу промприбора для разгрузки шлюза (обычно 1 раз в сутки), а сама разгрузка (съём концентрата) продолжается 1,5-2,0 ч и при этом вручную перерабатывается до 1 т горных пород, уложенных на постели шлюза.
Технической задачей является повышение производительности устройства, повышение качества концентрата, обеспечение возможности оперативного управления процессом обогащения и снижение трудоемкости процесса съёма концентрата (очистки шлюза) за счет непрерывности процесса разгрузки концентрата, отсутствия потерь времени и соответствующих трудозатрат на съем концентрата  со шлюза.
Также данная техническая задача достигается за счет исключения необходимости остановки промприбора для съёма концентрата со шлюза  с одновременным исключением трудоемких работ, связанных со съемом концентрата с постели шлюза, а также повышение качества извлечения тяжелых компонентов из обогащаемой горной массы за счет неизменности во времени условий работы шлюза.
Технический результат достигается за счет того, что шлюзобарабан выполнен в виде трубы длиной до 3 м необходимого диаметра (от 400 до 1000 мм, исходя из требуемой производительности) из легко обрабатываемых материалов (полиэтиленов, стеклопластиков и др.); на внутренней поверхности трубы устроены (нарезаны) винтовые канавки по типу многозаходной резьбы. Сечения канавок и их количество (в зависимости от диаметра трубы) составляют от 3х3 мм и более. Труба с наклоном продольной оси в 10-12º уложена на ролики, один или два из которых являются приводными, вращающими трубу с определенной скоростью в задаваемым направлении, так чтобы перемещение объектов (тяжелых частиц) по винтовой канавке осуществлялось вверх по направлению противоположному наклону шлюзобарабана.
Устройство поясняется фигурами, где показано:
на фиг.1 - общий вид шлюзобарабана;
на фиг.2 - поперечный разрез шлюзобарабана;
на фиг.3 - продольное сечение шлюзобарабана;
на фиг.4 - фрагменты сечений трубы шлюзобарабана:
а) продольное сечение участка трубы с потоком пульпы;
б) поперечное сечение участка трубы с отложенным твердым компонентом пульпы.
Шлюзобарабанный концентратор состоит из толстостенной трубы 1 диаметром от 0,4 до 1,0 м, изготовленной из стеклопластика или любых других видов пластиков, обладающих достаточной прочностью. На внутренней поверхности трубы 1 нарезаются спиральные винтовые канавки (на фиг. не показаны) по типу многозаходной резьбы. Поперечные сечения канавок, примерно, квадратной или прямоугольной формы с размерами, зависящими от диаметра примененной трубы 1, который в свою очередь зависит от размера фракции обогащаемой исходной горной массы.
Труба 1 укладывается на ролики 2, четыре из которых являются поддерживающими и два – удерживающими от сползания; при этом один или два поддерживающих ролика 2 являются одновременно приводными, сообщающими вращение шлюзобарабану от электропривода 10. Опорные ролики 2 смонтированы на раме 8. Рама 8 установлена на опоры (по ходу движения пульпы передняя опора 4, задняя опора 3), которые могут изменять наклон продольной оси трубы 1 шлюзобарабана к горизонту в пределах 8-15º. Внутрь трубы 1 шлюзобарабана вставлены патрубок 5 для подачи пульпы с исходным обогащаемым материалом и линия 6 для подачи технологической воды, а также для питания форсунок 7. Для сбора концентрата предусмотрен приемный контейнер 9.
Описанное устройство работает следующим образом.
Рабочий режим шлюзобарабана – вращение с заданной скоростью, которое он получает от электропривода 10 через приводные ролики 2. Направление вращения шлюзобарабана должно быть противонаправлено винтовой нарезке канавок: если винтовая нарезка правая – вращение левое и наоборот. Необходимое соответствие достигается реверсированием электропривода 10 вращения роликов 2. Внутрь трубы 1 шлюзобарабана вставлен на глубину, примерно, равную диаметру трубы 1 шлюзобарабана, патрубок 5 подачи пульпы. (Пункт пульпоприготовления на фиг. не показан). Ниже, под патрубком 5 подачи пульпы и с некоторым отставанием от него (на величину диаметра пульповода) вставлена в трубу 1 линия 6 подачи технологической воды, назначение которой - создать гидравлический подпор компонентам пульпы в момент истекания их из пульповода и далее (меньшим диаметром) продолженный до конца трубы 1 и оснащенный форсунками 7.
Принцип обогащения исходного материала при истечении пульпы по трубе 1, имеющей кольцевые нарезки, аналогичен гравитационному принципу обогащения горной массы на линейных шлюзах всех существующих промприборов, взятых в качестве прототипа. Только на существующих промприборах шлюзы неподвижны, что неизбежно приводит к их заполнению (забуториванию) через некоторый промежуток времени работы, а в заявляемом устройстве происходит непрерывное обновление зоны гравитационного обогащения вследствие вращения трубы 1 шлюзобарабана. При таком вращении зона осаждения концентрата (и части пустых пород) в канавке (канавках) выходит за пределы уровня пульпы, стекающей по трубе 1 вниз, зависает некоторое время, поднимаясь выше уровня пульпы, а затем периодическими срывами обрушивается беспорядочными обвалами, не способствующими стабилизации процесса обогащения. Для предотвращения этого явления в трубу 1, практически на всю её длину, вводится линия 6 для подачи воды, которая выполняет две функции: в начальной зоне (перед сбросом пульпы из патрубка 5) часть воды из линии 6 сбрасывается для создания подпора твердым компонентам пульпы, истекающим из патрубка 5, а далее подает воду  в форсунки 7, установленные по длине этой линии 6, и направленные на поднимающуюся при вращении в сторону трубы 1. За счет этого происходит непрерывный смыв твердого компонента пульпы со стенок трубы 1, возврат его в зону обогащения, а вследствие возникающей при этом турбуленции создаются дополнительные благоприятные условия  для выноса пустых, более легких пород  за пределы шлюзобарабана. Полезный компонент пульпы также подвергается обмыву, но вследствие более высокой плотности, чем пустые породы (в 6-7 раз тяжелее), частицы драгметалла занимают низшее положение в канавках и передвигаются по канавкам (вследствие вращения трубы 1) вверх к выходу из канавок, падая, в конечном счете, в приемный контейнер 9.
Регулировка параметров обогатительного процесса осуществляется в заявляемом устройстве несколькими простыми приемами или  элементами: расходом жидкости по любому из источников – пульпы, технологической воды или воды, подаваемой на форсунки 7 величиной открытия (закрытия) соответствующих кранов; угла наклона продольной оси шлюзобарабана в пределах 8-15º (или более); скоростью вращения шлюзобарабана в широких пределах от  2-3 об/мин до 15-20 об/мин; предварительным рассевом исходного продукта на необходимое число  целесообразных фракций с раздельным обогащением каждой фракции.