многокамерный центробежный концентратор (варианты)

Формула изобретения

1. Центробежный концентратор для разделения минеральных частиц по плотности, включающий полый вал с приводом, сообщенный с водным коллектором, ротор в форме горизонтального колеса с полыми спицами для подачи воды в процессе сепарации в концентрационные камеры, состоящая каждая из корпуса и разделительных поверхностей с закрепленными перпендикулярно к ним пластинами, образующими суживающиеся от питания к разгрузке желоба, сливные желоба, отличающийся тем, что для разделения тонкого материала разделительные поверхности каждой камеры выполнены в виде, по крайней мере, двух полок с поверхностями конической формы с радиусами, равными расстоянию от поверхности до оси вращения ротора, установленных каскадно под наклоном, с разворотом относительно друг друга на 180^oC, причем на суженных концах желобов установлены отсекатели с направляющими желобами для подачи тяжелой фракции на следующую поверхность, с возможностью регулирования их положения относительно конической поверхности, а между пластинами суживающихся желобов установлены дополнительные пластины для упорядочения потоков пульпы и передачи ей крутящего момента, при этом концентрационные камеры закреплены между полыми спицами, разделяющими ротор на уравновешенные сектора, каждая камера снабжена вибратором для улучшения условий движения и расслоения частиц по коническим поверхностям, устройствами для равномерного распределения пульпы по конической поверхности, соединенными пульповодами с дозатором, закрепленным в центре ротора.

2. Концентратор по п.1, отличающийся тем, что полки установлены шарнирно с возможностью изменения угла наклона.

3. Центробежный концентратор для разделения смеси минеральных частиц по плотности, включающий полый вал с приводом, сообщенный с водным коллектором, ротор в форме горизонтального колеса с полыми спицами для подачи воды в процесс сепарации в концентрационные камеры, сливные желоба, отличающийся тем, что для сепарации зернистых материалов по плотности в пульсирующем потоке жидкости, каждая концентрационная камера выполнена в виде внешнего цилиндра с внутренним сливным желобом и внутреннего цилиндра, на дне которого установлена диафрагма конической формы с отверстиями, над которыми одной стороной закреплены эластичные лепестки, выполняющие роль клапанов, и отверстием в центре для разгрузки частиц тяжелой фракции в сливные желоба, при этом внутренние цилиндры камер снабжены приводами для производства колебаний, состоящими из коромысел и рычагов с профилями для взаимодействия с роликом, имеющим механизм регулирования его положения по высоте для изменения амплитуды пульсаций жидкости в цилиндрах, а внешние цилиндры соединены пульповодами с дозатором, закрепленным в центре ротора, причем камеры закреплены между полыми спицами, разделяющими ротор на уравновешенные сектора.

4. Центробежный концентратор для разделения смеси жидкости и твердых частиц по плотности, включающий полый вал с приводом, ротор в форме горизонтального колеса со спицами, общие сливные желоба, сепарационные камеры для разделения жидкости от твердых частиц, отличающийся тем, что каждая сепарационная камера выполнена в виде цилиндра, с одной стороны которого расположены сливной желоб для очищенной жидкости, соединенный с общим сливным желобом, и крышка, соединенная патрубком для подачи питания с дозатором, закрепленным в центре ротора, а с другой стороны - конус с патрубком, имеющим клапан для выпуска твердых частиц в соответствующий общий сливной желоб, причем камеры закреплены между спицами, разделяющими ротор на уравновешенные сектора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области обогащения полезных ископаемых и может применяться для разделения минеральных частиц по плотности при обогащении различных руд, россыпей и техногенных отходов.

Известны аппараты /концентраторы/, предназначенные для разделения смесей минеральных частиц по плотности с использованием поля центробежных сил, создаваемого гидравлическим способом в неподвижной полости /различные гидроциклоны/ и путем раскручивания жидкой среды посредством вращающейся полости различной формы, называемой ротором в центрифугах, сепараторах и др., в которых осуществляется процесс разделения твердых частиц по плотности.

Например, концентраторы Falcon патенты в Канаде N 1255642, в США N 4824431, N 5462513 Knelson. Концентратор Falcon снабжен ротором конической формы, установленным вертикально большим основанием вверх. Около сливного порога ротор имеет три кольца с щелями, через которые в полость ротора подается вода для промывки осадка. Тяжелый минерал в виде концентрата по мере накопления в роторе до определенного количества периодически выпускается при полной остановке сепаратора. Концентратор Knelson повторяет конструкцию Falcon с той лишь разницей, что ротор снабжен кольцами с самого низа до сливного порога. Недостатком концентраторов подобного типа являются высокая турбулентность потоков пульпы в роторе и подача воды с постоянной скоростью в ротор через щели с внешней стороны, что способствует выносу в слив тонких частиц тяжелого минерала, его потерям и периодические остановки аппаратов при выгрузке концентраторов, низкая степень концентрации извлекаемого минерала в конечном продукте.

Известна центрифуга /авт.свид. СССР N 61036, кл. B 04 B 1/04/, которая состоит из цилиндрического ротора, установленной в нем перфорированной конусообразной вставки, патрубков для подвода суспензии и воды и привода. Полость, образованная между цилиндрической стенкой ротора и вставкой, служит для подвода пульсирующей воды.

В данной центрифуге не представляется возможным создать условия для расслоения тонкозернистых материалов по плотности.

Известен центробежный концентратор для разделения смеси минеральных частиц и жидкости по плотности, включающий полый вал с приводом, сообщенный с водным коллектором, ротор в форме горизонтального колеса с полыми спицами для подачи воды в процессе сепарации в концентрационные камеры, состоящие каждая из корпуса и разделительных поверхностей с закрепленными перпендикулярно к ним пластинами, образующими суживающиеся от питания к разгрузке желоба, общие сливные желоба (см. а.с. СССР N 108868, опубл. 19.03.1958, кл. B 04 B 5/02, 7/08, B 03 B 5/32), который является наиболее близким аналогом к предложенному концентратору, т.к. позволяет разделять материал с различным диапазоном крупности или плотности. Однако известный концентратор также не обеспечивает необходимых условий для получения высоких технологических показателей по извлечению и концентрации тонких частиц (менее 50 мкм) и высокого извлечения и концентрации тяжелой фракции.

Задачей и достигаемым техническим результатом предложенного изобретения является повышение эффективности разделения смеси твердых частиц по плотности; снижение нижнего предела крупности, для более тонких от 40 мкм и ниже с высокими показателями их извлечения и концентрации путем значительного снижения турбулентности потоков пульпы за счет упорядочения ее потоков в зоне разделения частиц; создание условий более четкого расслоения частиц по плотностям и устойчивости образованных слоев до их разделения и удаления из аппарата; расширения универсальности применения концентратора за счет создания условий обогащения минерального сырья без ограничения его фракционного и гранулометрического составов и очистки жидкостей от механических примесей.

Указанный технический результат достигается тем, что в центробежном концентраторе для разделения минеральных частиц по плотности, включающем полый вал с приводом, сообщенным с водным коллектором, ротор в форме горизонтального колеса с полыми спицами для подачи воды в процессе сепарации в концентрационные камеры, состоящие каждая из корпуса и разделительных поверхностей с закрепленными перпендикулярно к ним пластинами, образующими суживающиеся от питания к разгрузке желоба, сливные желоба, согласно предложенному изобретению для разделения тонкого материала разделительные поверхности каждой камеры выполнены в виде, по крайней мере, двух полок с поверхностями конической формы с радиусами, равными расстоянию от поверхности до оси вращения ротора, установленных каскадно под наклоном, с разворотом относительно друг друга на 180^o, причем на суженных концах желобов установлены отсекатели с направляющими желобами для подачи тяжелой фракции на следующую поверхность с возможностью регулирования их положения относительно конической поверхности, а между пластинами суживающихся желобов установлены дополнительные пластины для упорядочения потоков пульпы и передачи ей крутящего момента, при этом концентрационные камеры закреплены между полыми спицами, разделяющими ротор на уравновешенные сектора, каждая камера снабжена вибратором для улучшения условий движения и расслоения частиц по коническим поверхностям, устройствами для равномерного распределения пульпы по конической поверхности, соединенными пульповодами с дозатором, закрепленным в центре ротора.

А также тем, что полки могут быть установлены шарнирно с возможностью изменения угла наклона.

Конструкция камеры для тонкого материала, взаимосвязь ее элементов обеспечивают условия для разделения весьма тонких частиц за счет сравнительно низкой турбулентности потоков, которая достигается за счет большей площади поверхности, на которой производится разделение частиц по плотности.

Снабжение полок отсекателями обеспечивает разделение слоев постели частиц разных фракций на продукты обогащения в торце каждой полки.

Эти же отсекатели имеют направляющие планки для передачи тяжелой фракции материала на следующую полку, где происходит перечистка для повышения концентрации частиц тяжелых минералов, т.е. повышения концентрации извлекаемого компонента в продукте обогащения. Регулирование скорости движения твердых частиц по полкам и, следовательно, регулирование параметров процесса разделения может осуществляться регулированием угла наклона полок.

Для улучшения условий разделения частиц на полках камер путем создания кипящего слоя полки подвергают вибрациям посредством вибратора, закрепленного на корпусе камеры.

В процессе перечисток в концентраторе материал обезвоживается, поэтому на каждую полку подается дополнительная вода, поступающая через коллектор на валу по полым спицам.

Указанный технический результат достигается также тем, что в центробежном концентраторе для разделения смеси минеральных частиц по плотности, включающем полый вал с приводом, сообщенным с водным коллектором, ротор в форме горизонтального колеса с полыми спицами для подачи воды в процесс сепарации в концентрационные камеры, сливные желоба, cогласно второму варианту предложенного изобретения для сепарации зернистых материалов по плотности в пульсирующем потоке жидкости каждая концентрационная камера выполнена в виде внешнего цилиндра с внутренним сливным желобом и внутреннего цилиндра, на дне которого установлена диафрагма конической формы с отверстиями, над которыми одной стороной закреплены эластичные лепестки, выполняющие роль клапанов, и отверстием в центре для разгрузки частиц тяжелой фракции в сливные желоба, при этом внутренние цилиндры камер снабжены приводами для производства колебаний, состоящими из коромысел и рычагов с профилями для взаимодействия с роликом, имеющим механизм регулирования его положения по высоте для изменения амплитуды пульсации жидкости в цилиндрах, а внешние цилиндры соединены пульповодами с дозатором, закрепленным в центре ротора, причем камеры закреплены между полыми спицами, разделяющими ротор на уравновешенные сектора.

Колебательные движения вдоль оси цилиндрической части посредством рычага-коромысла обеспечивают пульсации воды, необходимые для расслоения частиц по плотностям подобно способу отсадки и под действием центробежных сил, что позволяет повысить извлечение как тонких частиц, так и сравнительно крупного материала (от 50 мкм и выше).

Форму цикла колебаний можно изменять путем установки соответствующего профиля согласно фракционному и гранулометрическому составам обогащаемого материала.

Таким образом, указанное выполнение камер, взаимозаменяемых с камерами для тонкого материала, обеспечивает универсальность концентратора, т.е. возможность обогащения как тонкого материала с низким содержанием тяжелой фракции /например, золото/, так и сравнительно крупного /например, от 50 мкм и выше/ с высоким содержанием тяжелой фракции /например, уголь/.

Кроме того, указанный технический результат достигается тем, что в центробежном концентраторе для разделения смеси жидкости и твердых частиц по плотности, включающем полый вал с приводом, ротор в форме горизонтального колеса со спицами, общие сливные желоба, сепарационные камеры для разделения жидкости от твердых частиц, согласно третьему варианту предложенного изобретения каждая сепарационная камера выполнена в виде цилиндра, с одной стороны которого расположены сливной желоб для очищенной жидкости, соединенный с общим сливным желобом, и крышка, соединенная патрубком для подачи питания, с дозатором, закрепленным в центре ротора, а с другой стороны - конус с патрубком, имеющим клапан для выпуска твердых частиц в соответствующий общий сливной желоб, причем камеры закреплены между спицами, разделяющими ротор на уравновешенные сектора.

Центробежные силы, воздействующие на материал, в процессе вращения камер относительно общего вала интенсифицируют процесс разделения материала в камерах гидравлической классификации по плотности пропорционально их величине, клапан для выпуска осадка или твердых частиц регулирует их плотность или крупность. Указанное выполнение камер, взаимозаменяемых с предыдущими камерами, обеспечивает универсальность концентратора.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1, 2 изображен общий вид концентратора, план и поперечное сечение концентратора, вид А-А варианта 1; на фиг. 3, 4, 5 показана концентрационная камера для обогащения тонкого материала в трех проекциях и сечениях (вариант 1); на фиг. 6,7 изображена концентрационная камера для обогащения зернистого материала в пульсирующем потоке воды в двух проекциях и сечениях (вариант II); на фиг. 8 - изображен фрагмент диафрагмы в изометрии (вариант II); на фиг. 9, 10 показана диафрагма в разрезе в момент нагнетания и всасывания с положением листков (вариант II); на фиг. 11,12 изображена камера для очистки жидких материалов в двух проекциях и сечениях (вариант III).

Осуществление изобретения.

Для всех вариантов выполнения концентратора на опорной раме 1 /фиг. 1.2/ закрепляются два подшипника 2, в которые установлен пустотелый вал 3, имеющий шкив 4, для привода концентратора, соединенного посредством ремней 5 с электродвигателем 6. С одной стороны вал имеет сальник 7 для подвода воды, другой диск 8, цилиндрический коллектор для воды 9 и дозатор 10. Вал изготавливают из стальной трубы, марка стали СТ-35.

В коллекторе 9 и к диску 8 закреплены полые спицы 11, которые являются опорой для закрепления узлов и деталей концентратора и водопроводом дополнительной воды. Количество спиц может быть любое в зависимости от технологических потребностей. Для подвода воды к концентрационным камерам и регулирования ее подачи спицы снабжены вентилями 12 /фиг. 6/. Торцы спиц заглушены съемными крышками, которые, чтобы не загромождать чертежи, не показаны. Спицы изготавливают из стальной трубы СТ-20. В случае варианта - III выполнение концентратора воды по спицам не подается.

Между спицами для осуществления сепарации материалов устанавливают концентрационные камеры для обогащения тонких материалов 13 /фиг. 1,2,3,4,5/ или для зернистых материалов камеры 14 /фиг. 6,7/ или для жидких материалов камеры 15 /фиг. 11,12/.

Концентрационная камера 13 /фиг. 3, 4, 5/ для сепарации "сверхтонких" материалов состоит из корпуса 16, внутри которого смонтированы три полки 17 поверхностью конической формы с радиусами, равными расстояниям от поверхности до оси вращения ротора. На конических поверхностях перпендикулярно к ним закреплены пластины 18 так, что последние образуют желоба, суживающиеся от питания к разгрузке. Для упорядочения потоков пульпы и передачи им крутящего момента между пластинами 18 закреплены дополнительные пластины 19. На торцах желобов установлены отсекатели 20, посредством которых расслоенный материал делится на "верхний" продукт - легкую фракцию и нижний продукт - тяжелую фракцию. Отсекатели имеют направляющие 21, которые направляют тяжелый продукт на перечистку в желобах следующей поверхности и т.д.

Углы наклона полок можно изменять, для чего они своими концами закреплены в шарнирах 22.

Для удаления продуктов сепарации камеры имеют сливные козырьки 23 и сливные желоба 24, 25 /фиг. 1,2/.

Камеры для равномерного распределения питания по конической поверхности снабжены питателями 25 /фиг. 1,2,3,4,5/.

Камеры 13 для создания хороших условий расслоения частиц по плотности снабжены электровибраторами 26. Камеры имеют амортизаторы 27 для изоляции вибраций от спиц, на которых они закреплены. Лучшим материалом для изготовления камер 13 является алюминиевый сплав.

Согласно второму варианту изобретения концентрационные камеры 14 /фиг. 6,7/ для зернистого материала имеют внешний цилиндр 28, внутри которого вмонтирован сливной желоб 29, внутренний цилиндр 30, в нижней части которого установлена диафрагма 31 /фиг. 6,7,8,9,10/, состоящая из верхней 32 и нижней 33 решеток и эластичной диафрагмы 34, которая имеет отверстия 35, а над отверстиями закреплены лепестки 36 одной стороной по концентрическим окружностям так, что свободная сторона обращена к центру. Лепестки играют роль клапанов, которые в процессе пульсации при нагнетании пропускают воду снизу вверх, создавая восходящий поток воды в цилиндре и при всасывании перекрывают доступ воды и тонких частиц вниз. Диафрагма имеет коническую форму подобно воронке с весьма большим углом конусности, а в центре - имеет отверстие 37 и соединена с выпускным патрубком 38, на конце которого установлен клапан 39, регулирующий выпуск тяжелых частиц в зависимости от их количества в патрубке. Камера 14 для производства пульсаций воды в цилиндре 30 снабжена пульсатором, состоящим из конуса 40, манжета 41, коромысла 42, рычага 43, профиля 44, форма которого соответствует закону пульсации воды в камере, известного в литературе под названием цикла отсадки. Существует связь между свойствами сепарируемого материала /фракционного и гранулометрического составов/ и формой цикла пульсации воды в камере. Диафрагма может изготавливаться из резины. Материалами для изготовления камер могут служить сталь, алюминиевые сплавы.

Привод пульсатора осуществляется посредством ролика 45 /фиг. 1,2,6,7/, на который набегает профиль пульсатора 44 и приводит в движение коромысло 42, последнее передает его цилиндрам двух соседних камер 14. Амплитуда пульсаций жидкости изменяется посредством каретки 46.

Согласно третьему варианту изобретения камера для очистки жидких материалов 15 /фиг. 11,12/ состоит из цилиндра 46, конической части 47, спускного патрубка 48 с клапаном 49. С другой стороны цилиндр 46 имеет сливной желоб 50 для слива очищенной жидкости, крышку 51 с патрубком 52, через который производится подача исходного материала из дозатора 10. Камеры устанавливаются между спицами 11. Могут изготовляться из алюминиевых сплавов или пластика, стекловолокна. Концентратор снабжен воронкой для приема питания 53 /фиг. 1/.

Перечисленные концентрационные камеры трех видов входят в комплект аппарата и могут поставляться по желанию заказчика.

Процесс сепарации в концентраторе в зависимости от свойств сепарируемого материала может производиться в трех режимах:

- режим для тонких материалов,

- режим для зернистых материалов,

- режим для жидких материалов.

Процесс сепарации тонких материалов заключается в следующем: устанавливаются в ротор соответствующие концентрационные камеры 13 /фиг. 1,2/, открываются вентили 12 /фиг.6/ дополнительной воды, запускается ротор, подается вода в пустотелый вал 3 через сальник 7. В коллектор 9 и далее вода поступает в полые спицы 11 через вентили 12 к концентрационным камерам 13 на поверхности 17 /фиг. 3,4,5/, включают вибраторы 26. Затем подается питание в виде пульпы через воронку 53 в дозатор 10 /фиг. 1 /.

Из дозатора 10 пульпа через щели дозатора поступает в пульповоды 54 /фиг. 2,6,7/ и далее в питатели 25, посредством которых пульпа равномерно распределяется по коническим поверхностям полок 17 /фиг. 3,4,5/ между планками 18,19, которые направляют потоки пульпы вдоль поверхностей, суживают, увеличивая их высоту перед разделением. В процессе движения частиц по коническим поверхностям под действиями потоков воды, центробежных сил, сил трения, вибраций частицы перераспределяются в движущемся слое материала по плотностям, расслаивая его по удельным весам. Центробежные силы значительно интенсифицируют процесс разделения, увеличивая разницу по весу между равновеликими частицами по крупности пропорционально центробежному ускорению, тем самым снижая нижний предел крупности разделяемых частиц. Далее в конце суживающихся желобов конических поверхностей расслоенный материал посредством отсекателей 20 /фиг. 3,4,5/ делится на легкую и тяжелые фракции. Легкая по козырьку 23 удаляется в сливной желоб 55, а тяжелая фракция посредством направляющих планок 21 направляется в желоба следующей конической поверхности, где продукт перечищается и со значительным повышением концентрации частиц тяжелого минерала, и так несколько раз. Затем продукты разделения поступают в сливные желоба 24 и удаляются из концентратора. Схематически процесс движения материала и его разделение показаны на фиг. 3.4.5.

Процесс сепарации зернистого материала от 0 до 5 мм в концентраторе осуществляется в камерах 14. Камеры, как и предыдущие, устанавливаются между спицами 11 ротора /фиг. 6,7/.

Аналогично предыдущему исходный материал через дозатор 10, пульповоды 54 поступает в камеры во внутренние цилиндры 30, где производится его разделение по плотности на диафрагме 32 в пульсирующем потоке жидкости. Пульсация воды создается колебаниями верхней части камеры, состоящей из деталей 28,39,30 и установленной в ней диафрагмы /фиг. 6,7,8,9,10/ относительно неподвижного конуса 40, с которым она /верхняя часть/ соединена эластичной манжетой 41. Движение верхнего цилиндра 30 создается посредством коромысла 43, профиля 44, который при вращении ротора набегает на ролик 45, поднимает рычаг 43, поворачивая коромысло относительно оси 58, последнее приводит в движение две соседние камеры, одну вверх, другую вниз. Амплитуда регулируется положением ролика 45 относительно профиля 44 посредством каретки 46. Частота пульсаций - числом оборотов ротора. В процессе пульсаций материал, поступающий на диафрагму во внутреннем цилиндре 30, периодически разрыхляется и уплотняется. Разрыхление слоя происходит при движении цилиндра с диафрагмой вниз.

Следует отметить, что здесь понятие "вниз", "вверх" принято условно: при сближении цилиндрической части камеры 28,29,30 с конусом 40 считается движение вниз, при расхождении - вверх.

Уплотнение слоя постели происходит при движении диафрагмы вверх. В процессе периодического разрыхления и уплотнения слоя материала на диафрагме во время пульсаций жидкости происходит перераспределение частиц в слое по плотности подобно известному способу отсадки, но с отличающимся механизмом пульсации через отверстия 35 эластичной диафрагмы 34 с лепестками 36, играющих роль клапанов, движением и разгрузкой тяжелой фракции через центральное отверстие 37 /фиг. 8,9,10/. Данная конструкция диафрагмы исключает попадание мелких частиц слоя - постели под нее, тем самым обеспечивает сохранение слоя тонких частиц наряду с крупными и тем самым создает благоприятные условия для разделения частиц по плотности ширококлассифицированного материала.

Центробежные силы интенсифицируют процесс разделения частиц по плотности пропорционально их величине, значительно отодвигая границу возможного разделения по крупности в сторону уменьшения.

Частицы тяжелой фракции в процессе пульсации перемещаются по наклону к центральному отверстию 37 /фиг. 6,8,9,10/ и далее движутся в патрубке 38 и выпускаются по мере накопления клапанов 39 известной конструкции, которая здесь не рассматривается, и далее по патрубку удаляется в сливной желоб 24 /фиг. 7/.

Частицы легкой фракции через край внутреннего цилиндра 30 попадают в сливной желоб 29 /фиг. 6,7/ и далее по патрубку в сливной желоб 55.

Режим сепарации при очистке жидких материалов от механических примесей осуществляется в камерах 15 /фиг. 11,12/, устанавливаемых между спицами 11 вместо предыдущих камер 13,14. Исходная жидкость в камеру подается от приемной воронки 53 /фиг. 1,2/ в дозатор 10 и далее по патрубку 52 в цилиндр 46, в котором под действием центробежных сил происходит осаждение частиц. Очищенный раствор через край цилиндра переливается в сливной желоб 50 /фиг. 11,12/, откуда по патрубку 56 в сливной желоб 55. Осадок, твердые частицы, сгущаясь в конусе 47 камеры, поступают в патрубок 48 и посредством клапана 49 в зависимости от его плотности выпускаются в сливной желоб 57.

Взаимосвязь камер обеспечивает широкую универсальность концентратора.