многоуровневая установка для дезинтеграции глинистого материала

Формула изобретения

Многоуровневая установка для дезинтеграции глинистого материала, содержащая верхний дезинтегрирующий став с рабочими поверхностями и приводом их вращения относительно вертикальной оси, нижний став и загрузочные элементы, отличающаяся тем, что снабжена рабочими поверхностями, образующими верхний, средний и нижний уровни и установленными с возможностью вращения с заданной частотой, причем рабочие поверхности всех уровней разделены на четыре сектора ребрами с наклонными стенками и установлены под наклоном в сторону вертикальной оси, а радиусные кромки рабочих поверхностей каждого сектора образуют щели с расширяющимся зазором по ходу вращения уровня, ограниченные вертикальными боковыми стенками и ребрами, при этом между ребрами в зоне загрузки установлен кольцевой отсекатель, боковые поверхности которого перпендикулярны рабочим поверхностям, а с внутренней стороны боковых поверхностей закреплены ультразвуковые излучатели с возможностью воздействия на перерабатываемый материал, при этом по периметру вертикальных боковых стенок среднего и нижнего уровней под отверстиями предыдущих уровней установлены направляющие элементы с боковым наклоном по ходу вращения и наклоном в сторону зоны загрузки материала на рабочую поверхность среднего и нижнего уровня, при этом начальная кромка каждого последующего направляющего элемента расположена над предыдущим направляющим элементом, а нижний уровень установки снабжен дном с отверстиями, под которым стационарно установлен нижний став и направляющий элемент зумпфа.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к переработке тяжелых минералов.

Наиболее близкой по технической сущности к изобретению является многоуровневая установка для дезинтеграции глинистого материала, содержащая верхний дезинтегрирующий став с рабочими поверхностями и приводом их вращения относительно вертикальной оси, нижний став и загрузочные элементы (RU 1643115 А1, 23.04.1991, 3 с.).

Однако данное устройство не обеспечивает необходимую эффективность дезинтеграции с созданием устойчивости процесса коагуляции глинистых частиц.

Задачей изобретения является повышение технологической и экологической эффективности процесса дезинтеграции высокоглинистых россыпей с созданием устойчивости процесса коагуляции глинистых частиц.

Поставленная задача достигается тем, что многоуровневая установка для дезинтеграции глинистого материала, содержащая верхний дезинтегрирующий став с рабочими поверхностями и приводом их вращения относительно вертикальной оси, нижний став и загрузочные элементы, снабжена рабочими поверхностями, образующими верхний, средний и нижний уровни и установленными с возможностью вращения с заданной частотой, причем рабочие поверхности всех уровней разделены на четыре сектора ребрами с наклонными стенками и установлены под наклоном в сторону вертикальной оси, а радиусные кромки рабочих поверхностей каждого сектора образуют щели с расширяющимся зазором по ходу вращения уровня, ограниченные вертикальными боковыми стенками и ребрами, при этом между ребрами в зоне загрузки установлен кольцевой отсекатель, боковые поверхности которого перпендикулярны рабочим поверхностям, а с внутренней стороны боковых поверхностей закреплены ультразвуковые излучатели с возможностью воздействия на перерабатываемый материал, при этом по периметру вертикальных боковых стенок среднего и нижнего уровней под отверстиями предыдущих уровней установлены направляющие элементы с боковым наклоном по ходу вращения и наклоном в сторону зоны загрузки материала на рабочую поверхность среднего и нижнего уровня, при этом начальная кромка каждого последующего направляющего элемента расположена над предыдущим направляющим элементом, а нижний уровень установки снабжен дном с отверстиями, под которым стационарно установлен нижний став и направляющий элемент зумпфа.

Полученная экспериментальным путем зависимость относительной скорости разупрочнения глинистой составляющей системы свидетельствует о снижении скорости дезинтегрирования с увеличением частоты вращения установки ), поэтому ограничения параметра частоты вращения установки лежат за пределами области функционального действия - радиального перемещения перерабатываемой массы на поверхности вращения и наибольшей скорости дезинтеграции. Импульсная ультразвуковая система при заданном напряжении инициирует периодические, в зависимости от времени озвучивания, доминанты снижения коагуляции, при этом время озвучивания дисперсной глинистой системы определяет степень ее устойчивости. Дезинтеграция с наложением импульсного ультразвукового излучения на систему с многоступенчатым изменением статического давления стабилизирует процесс и повышает эффективность дезинтеграции глинистых частиц.

Экспериментально установлено снижение относительной скорости дезинтегрирования глины с увеличением частоты вращения установки, обусловленное активизацией поверхностных процессов глинистых частиц за счет повышения дисперсности и турбулентности потоков. Управление механическими свойствами коагуляционных структур глинистых минералов и глин, образующихся в процессе дезинтеграции, осуществляется за счет увеличения или уменьшения дисперсности частиц и толщины гидратных пленок, изменения характера образования контактов и их распределения в объеме системы, преобразования кристаллической структуры глинистых минералов. Проведен расчет среднего значения массовой доли продезинтегрированного под действием гидродинамических потоков образца уссурийской глины.

Определена относительная скорость разупрочнения глины (/, г/мин^-1) в зависимости от частоты вращения установки, табл. 1.

Полученная экспериментальным путем зависимость /=f() и график изменения относительной скорости разупрочнения глинистой составляющей системы (фиг.1) свидетельствуют об относительном снижении скорости дезинтегрирования с увеличением частоты вращения установки (), поэтому ограничения параметра частоты вращения установки лежат за пределами области функционального действия (радиального перемещения перерабатываемой массы на поверхности вращения) и наибольшей скорости дезинтеграции.

Выбор частоты вращения установки может лежать в диапазоне наибольшей эффективности дезинтеграции глинистой составляющей от 0,5 до 2 с^-1.

Реальная физическая картина потоков гидросмеси на рабочей поверхности установки представляет собой процесс относительного смещения в радиальном направлении элементов породы разного параметрического ряда при вращении рабочей поверхности сектора, расположенной под наклоном к оси вращения, и зависит от частоты вращения и угла наклона сектора, обеспечивающих перемещение частиц горной породы к краю отверстия, (фиг.2, 3). Принудительное движение происходит в одном направлении - радиальном. При рассмотрении данной задачи исходным принципом исследования является выполнение условия, при котором равнодействующая сил, влияющих на элементы твердой составляющей пульпы, должна быть направлена по радиусу к внешней кромке рабочей поверхности сектора и превышать сумму гидродинамической, гравитационной составляющих с учетом сил трения и архимедовой.

где F_c - центробежная сила, действующая на частицу; F_t - сила тяжести; F_g - гидродинамические силы; Р_A - архимедовая сила; F_tr - сила трения. Из условия поставленной задачи должно соблюдаться неравенство:

где R - радиус от центра частицы до оси вращения установки; Z - угловая скорость; - угол наклона рабочей поверхности сектора в сторону оси вращения; m - масса твердого элемента пульпы - куска породы; g - ускорение свободного падения, 9,8 м/с². Рассматриваемая зависимость (1) может быть преобразована к виду, позволяющему оценить степень влияния факторов, обусловленных конструктивными параметрами, при условии:

dF_c=dF_i,

получим:

R(2)²cos=gsin,

где - частота вращения установки. С увеличением угла возрастает объем перерабатываемой горной массы. Изменение частоты вращения влияет на эффективность дезинтеграции.

Экспериментально установлена целесообразность применения ультразвукового воздействия на систему с большим количеством глинистых частиц в процессе дезинтеграции с целью его стабилизации и снижения коагуляции в режимах эффективного временного интервала. Исследование процесса ультразвукового инициирования проводилось в импульсном режиме, осуществляемом с помощью генератора УЗК не менее 800 В на частоте 39 Гц, длительность импульсов на уровне 0,5 от 5 до 20 мкс, частота излучения: 25, 60, 100, 150 кГц. Озвучивание проводилось во временных интервалах 5, 15, 20, 25 мин, фиг.4, 5, 6, 7. Получены, при воздействии частотой 25 кГц на крупнокусковую твердую составляющую при разных временных интервалах, укрупненные данные инициирования процесса: при десяти и пятнадцати минутном воздействии диспергация частиц глины увеличивается в среднем в 4,0 раза; при двадцати минутном воздействии показатель массовой доли дисперсных частиц отличается от эталонного в 1,9 раза; при двадцати пяти минутном воздействии осуществляется снова рост массовой доли дисперсных частиц в 4,09 раза. Таким образом, экспериментально при импульсном ультразвуковом воздействии доказано, что заданное напряжение и частота излучения инициирует периодические, а зависимости от времени озвучивания, доминанты замедления процесса коагуляции, при этом время озвучивания дисперсной глинистой системы определяет степень ее устойчивости.

На основе расчетных и экспериментальных данных определены конструктивные особенности и оптимальные параметры технологических режимов многоуровневой поворотной установки для переработки высокоглинистого материала, табл. 2.

Устройство для осуществления способа дезинтеграции с ультразвуковым инициированием - многоуровневая поворотная установка для дезинтеграции глинистого материала изображена на чертежах.

На фиг.1 - график скорости роста мелкодисперсной фазы глины; на фиг.2 - рабочая поверхность секторов; на фиг.3 - расчетная схема процесса; на фиг.4 - распределение массовой доли диспергированной измельченной глины после 5 минут воздействия ультразвукового излучения; на фиг.5 - распределение массовой доли диспергированной крупнокусковой глины после 5 минут воздействия ультразвукового излучения; на фиг.6 - распределение массовой доли диспергированной крупнокусковой глины после 10 минут воздействия ультразвукового излучения частотой 25 кГц; на фиг.7 - распределение массовой доли диспергированной крупнокусковой глины после 15 минут воздействия ультразвукового излучения частотой 25 кГц; фиг.8 - общий вид установки; на фиг.9 - разрез А-А на фиг.8, вид сверху на верхний уровень рабочих поверхностей; на фиг.10 - разрез Б-Б на фиг.9 направляющие элементы; на фиг.11 - разрез В-В на фиг.9, показаны ребра, разделяющие уровни рабочих поверхностей на сектора; на фиг.12 - разрез Г-Г на фиг.9, показана часть кольцевого отсекателя, боковая поверхность которого перпендикулярна рабочим поверхностям; на фиг.13 - разрез Д-Д на фиг.9, показан наклон направляющего элемента в сторону зоны загрузки перерабатываемого материала; на фиг.14 - разрез Е-Е на фиг.9, показан наклон направляющего элемента по ходу вращения уровнен.

Многоуровневая поворотная установка для дезинтеграции глинистого материала содержит верхний дезинтегрирующий став 1 с рабочими поверхностями 2 и приводом 3 их вращения относительно вертикальной оси 4 и нижний став 5. Верхний уровень 6 рабочих поверхностей 2, средний уровень 7 и нижний уровень 8 установлены с возможностью вращения каждого уровня с заданной частотой. Рабочие поверхности 2 всех уровней разделены на четыре сектора 9 ребрами 10 с наклонными стенками 11 и установлены под наклоном 12 в сторону вертикальной оси 4. Радиусные кромки 13 рабочих поверхностей 2 каждого сектора 9 образуют щели 14 с расширяющимся зазором 15 по ходу вращения уровней 6, 7, 8. Расширяющийся зазор 15 ограничен вертикальными боковыми стенками 16, 17, 18 и ребрами 10 каждого из уровней 6, 7, 8. Между ребрами 10 в зоне загрузки 19 установлен кольцевой отсекатель 20, боковые поверхности 21 которого перпендикулярны 22 рабочим поверхностям 2. С внутренней стороны 23 боковых поверхностей 21 закреплены ультразвуковые излучатели 24 с возможностью воздействия на перерабатываемый материал. По периметру вертикальных боковых стенок 17, 18 под щелями 14 предыдущих уровней 6 и 7 установлены направляющие элементы 25 с боковым наклоном 26 по ходу вращения уровней 6, 7 и наклоном 27 в сторону зоны загрузки 19 материала на рабочую поверхность 2 среднего уровня 7 и нижнего уровня 8. Начальная кромка 28 каждого последующего направляющего элемента 25 на каждом из уровней 6, 7 расположена над предыдущим направляющим элементом 25. Нижний уровень 8 установки снабжен дном 29 с отверстиями 30, под которым стационарно установлен нижний став 5 и направляющий элемент зумпфа 31. Над одной из зон загрузки 19 верхнего уровня 6 установлен загрузочный элемент 32.

Многоуровневая поворотная установка для дезинтеграции глинистого материала работает следующим образом.

Рабочим поверхностям 2 верхнего дезинтегрирующего става 1 верхнего уровня 6, среднего уровня 7 и нижнего уровня 8 задается определенная частота вращения, обеспечивающая перемещение кусков горной породы с повышенным содержанием глин в радиальном направлении к щелям 14 и с учетом диапазона наибольшей относительной скорости дезинтеграции твердой составляющей системы под действием гидродинамических потоков и поверхностно-активной среды (воды). Включается привод 3. Из загрузочного элемента 32 перерабатываемый материал поступает в зону загрузки 19 одного из секторов 9 верхнего уровня 6 рабочих поверхностей 2. По мере вращения верхнего уровня 6 вокруг вертикальной оси 4 перерабатываемый материал поступает последовательно в зону загрузки 19 следующих секторов 9 верхнего уровня 6. Куски породы подвергаются деформации под влиянием адсорбции, путем поглощения молекул из окружающей среды, и статического давления, формируемого центробежным полем. Снижение процесса коагуляции мелких частиц глин обеспечивается наложением импульсного излучения с помощью ультразвуковых излучателей 24, установленных с внутренней стороны 23 боковых поверхностей 21 кольцевых отсекателей 20, перпендикулярно 22 рабочим поверхностям 2 для обеспечения снижения реактивного сопротивления элементов конструкции и активного сопротивления среды. Пребывание на уровнях 6, 7, 8 определяется временными рамами, обеспечивающими стабильность процесса коагуляции.

Наклон 12 рабочих поверхностей 2 обеспечивает зону размещения перерабатываемого материала, который по мере дезинтеграции между ребрами 10 с наклонными стенками 11 постепенно перемещается к радиусным кромкам 13. Через щели 14 с расширяющимся зазором 15 и ограниченные вертикальной боковой стенкой 16 пульпа посредством направляющих элементов 25, закрепленных на стенке 17 и установленных с боковым наклоном 26 по ходу вращения и наклоном 27, поступает на средний уровень 7 установки. Процесс повторяется. Осуществляется переход материала на нижний уровень 8 посредством направляющих элементов 25, закрепленных на стенке 18. При вращении уровней 6, 7 обеспечивается ориентация материала в зону загрузки 19 посредством исполнения начальных кромок 28 следующих направляющих элементов 25 над предыдущими в одном уровне. С нижнего уровня 8 материал через отверстия 30 дна 29 поступает в нижний став 5 и затем на направляющий элемент зумпфа 31.

Способ и устройство для его осуществления позволяют повысить эффективность, экологичность и безопасность процесса переработки золотосодержащих россыпей с повышенным содержанием глин.