Гидроциклон для разделения минеральных частиц

 

1,ГИДРОЦИКЛОН ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ ШНЕРАЛЬНЫХ ЧАСТИЦ, содержащий корпус сферической формы, сопряженную с верхг ней частью корпуса цилиндрическую камеру с тангенциальньда входным патрубком и соосно расположенными сливным и Песковым патрубками,о т л и ч а ющ ft и с я тем, что, с цель повышения эффективности разделения путем обеспечения упорядоченных потоков пульпы и снижения их турбулентности в рабочей зоне, цилиндрическая камера снабжена горизонтально установленной диафрагмой и имеет внутренний диаметр , равный t 0,62-0,67)внутреннего диаметра сферического корпуса, входной патрубок установлен в цилиндрической к;амере под диафрагмой, -песко-г вый патрубок имеет коническую форму и сопряжен большим основание со сферической частью корпуса, а сливнойпатрубок выполнен с высотой, равной (о,45-0,65)высоты сферической части корпуса и цилиндрической камеры до диафрагма, при этом большее основание пескового патрубка составляет (Л ( О.,8-0,85)внутреннего диаметра цилинд|рической камеры, а высота патр1 бка с ХО,45-0,5)его большего о.снования. 2. Гидроциклон по п.1,о т л и § чающийся тем, что сливной патрубок закреплен в диафрагме. 01 р bD О

. СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(я) В 04 С 5 081

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТМННЫЙ КОМИТЕТ СССР

llO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И,ОТКРЫТИЙ (21) 3367028/23-26. (22) 11. 12 ° 81 (46) 23.03.83. Бюл. М 11 (72) A.Н.Шломин, В.A.Áóíüêî, и Ю.A.Êîðÿêîâ-Савойский (71) Днепропетровский ордена Трудового Красного Знамени горный институт им. Артема (53) 621,928.37(088 ° 8) (56) 1, Поваров А.И. Гидроциклоны на обогатительных фабриках. М;, "Недра", 1978, с. 185-195.

2. Черненко. Применение гидроцнклонов при обогащении угля. М., Госгортехиздат, 1960, с. 42-61. (54) (57)1,ГИДРОЦИКЛОН ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ

МИНЕРАЛЬНЫХ ЧАСТИЦ, содержащий корпус сферической. форма, сопряженную с верх-. ней частью корпуса цилиндрическую камеру с тангенциальным входным патрубком и соосно расположенными сливным и песковым патрубками, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повы„„SU„„005926 шения эффективности разделения путем обеспечения упорядоченных потоков пульпы и снижения их турбулентности в рабочей зоне, цилиндрическая камера снабжена горизонтально установленной диафрагмой и имеет внутренний диаметр, равный (0,62-0,67) внутреннего диаметра сферического корпуса, входной патрубок установлен в цилиндрической камере под диафрагмой, песко-. вый патрубок имеет коническую форму и сопряжен большим основание со сферической частью корпуса, а сливной патрубок выполнен с высотой, равной (0,45-0,65)высоты сферической части корпуса и цилиндрической камеры до диафрагма, при этом большее основаФ нне пескового патрубка составляет (0,8-0,85)внутреннего диаметра цилинд .рнческой камеры, а высота патрУбка(0,45-0,5)его большего основания.

2 ° Гидроциклон по п.1, о т л ич а ю шийся тем, что сливной Я патрубок закреплен в диафрагме.

1005926

Изобретение относится к разделению минералов по крупности и плотности в центробежном поле и может быть использовано для классификации зернистых материалов, а также обогащения в водной среде или минеральной суспензии и может быть использовано в горной, химической и других отраслях .промышленности.

Известен цилиндрический гидроциклон с промежуточной сливной камерой, примыкающей к корпусу сверху, диафраг. му со сливным патрубком, песковые сменные патрубки для выпуска тяжелого продукта Щ .

Недостаток гидроциклона — невысо- 15 кая эффективность и точность разделения.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является гидроциклон, содержащий корпус сферической формы, сопряженную с верхней частью корпуса цилиндрическую камеру о тангенциальным входным патрубком и соосно расположенными сливным и песковым патрубками 2).

Однако известная конструкция не позволяет достаточно четко разделять минералы по крупности .или плотности, поэтому основным недостатком является низкая эффективность и точность разделения. Это обусловлено самой структурой вращающихся потоков пульпы в аппарате, предопределяющей попадание части крупных (тяжелых) частиц в слив (легкий продукт), турбулентным характером движения пульпы, а также отсутствием оптимальных условий разгрузки крупных (тяжелых) частиц через песковый (для тяжелых частиЦ) патрубок, что приводит к сме- 40 щению уже разделившихся (расслоившихся) потоков.

Целью изобретения является повышение эффективности и точности разделения за счет упорядочения пото- 45 ков пульпы и снижения их турбулентности в рабочей зоне.

Поставленная цель достигается тем, что в гидроциклоне,содержащем корпус сферической формы, попряженную с верхней частью корпуса цилиндрическую камеру с тангенциальным входным.патрубком и соосно расположенными сливным и песковым патрубками, цилиндрическая камера снабжена горизонтально установленной диафрагмой и имеет внутренний диаметр, равный 0,62-0,67 внутреннего диаметра сферического корпуса, входной патрубок установлен в цилиндри- 60 ческой камере под диафрагмой, лесковый патрубок имеет коническую форму и сопряжен большим основанием со сферической частью корпуса, а сливной патрубок выполнен с высотой, Рав- 65 ной 0,45-0,65 высоты сферической части .корпуса и цилиндрической камеры до диафрамы, при этом большее основание пескового патрубка составляет

0,8-0,85 внутреннего диаметра цилиндрической камеры, а высота пескового патрубка -. 0,45-0,5 его большего основания. При этом сливной патрубок закреплен в диафрагме цилиндрическои камеры.

На фиг. 1 представлен гидроциклон, общий вид; на фиг. 2 - график зависимости эффективности процесса разделения и величины граничного зерна от соотношения диаметров цилиндрической камеры и сферической части корпуса.

Гидроциклон состоит из корпуса 1 сферической формы, сопряженной с верхней частью корпуса цилиндрической камеры 2, в которой горизонтально установлена диафрагма .3, де-. лящая внутренний объем гидроциклона на две зоны: сливную 4 с патрубком 5 для отвода сливного (легкого1 продукта.из этой эоны и рабочую зону (цилиндрическая камера под диафрагмой и внутренний объем сферической части корпуса). В рабочей зоне непосредственно под диафрагмой 3 установлен питающий патрубок 6. Сливной > патрубок .7 для отбора сливного легкого продукта в сливную камеру 4 имеет внутренний диаметр, равный

0,25-0,4 диаметра цилиндрической камеры 2, заборный конец которого размещен в верхней части сферического корпуса 1, установлен по центру диафрагмы 3 соосно оси гидроциклона (высота сливного патрубка 7 составляет 0,45-0,65 высоты рабочей зоны).

В нижней части сферической части корпуса 1 имеется песковый патрубок 8 для отвода тяжелого продукта конической формы, сопряженный со сферической частью большим основанием. Дополнитель ная зона 9 разделения образована участками 10 конического патрубка 8 и ограничена плоскостями нижнего основания сферической части корпуса 1 и большего основания конического патрубка 8. причем диаметр нижнего основания сферической части корпуса 1 составляет 0,8-0.85 внутреннего диаметра цилиндрической камеры 2. внутренний радиус скруглейия (участков

10) составляет 0,5-0.6 укаэанного диаметра. а высота дополнительной зоны 9 разделения составляет 0.45-0,5, ее большего основания.

Выполнение рабочей зоны как совокупности трех взаимосвязанных элементов разделительной рабочей камеры (цилиндрическая камера 2, сферическая часть корпуса 1, дополнительная эона 9 разделения), при их соответствующем взаимном расположении и

1005926 соответствующих соотношениях размеров обеспечивают эффективное упорядочение потоков и снижение турбулент. ности в рабочей зоне аппарата за счет перераспределения осевых и радиальных составляющих скооостей движения потоков пульпы.

Поскольку формирование потоков пульпы происходит в цилиндрической камере 2, то увеличение ее высоты в соотношении с осью рабочей эоны приводит к необходимой стабилизации потоков, т.е. к улучшению режима раэ деления, и высота цилиндрическойкамеры 2 - 0,8-1,2 внчтоеннего диаметра этого сосчда — достаточна для поедотвоашения свыва кочпных зерен в слив

Выбор высоты цилиндрической камеры 2 определяется кочпностью исходного материала. Зля тонких классов она должна составлять верхний предел, для крупных - нижний ° Внутренний диаметр цилиндрической камеры

2 для обеспечения необходимого гидродинамического режима движения потоков пульпы, как показатели практические исследования (фиг. 2), должен составлять 0,62-0,67 внутреннего диаметра сферического корпуса 1, а диаметр сливного патрубка 7 — 0,250,4 диаметра цилиндрической камеры 2.

Для снижения влияния турбулентности в зоне образования внутреннего восходящего потока, в зоне реверсирования потоков на. условия разгрузки пескового (тяжелого) продукта, уменьшения засорения его мелкими (легкими) частицами в гидроциклоне предусмотрена дополнительная зона

9 разделения, внутренняя поверхность которой плавно сопряжена с .внутренними поверхностями сферического корпуса 1 и конического патрубка 8. Для обеспечения плавности сопряжения и обеспечения необходимой скорости и траектории раэделякщихся потоков пульпы больший диаметр дополнительной зоны 9 разделения .составляет 0,8-0,85 внутреннего диаметра цилиндрической камеры 2., внутренний радиус округления — 0,5-0,6 этого диаметра, а высота — 0,45-0,5 большего основания пескового натрубка .

Гидроциклон работает следующим образом.

Исходная пульпа по питающему патрубку б тангенциально под давлением подается в верхнюю часть цилиндрической камеры 2 разделительной рабочей зоны непосредственно под диафрагму 3 и приобретает вращательное движение, При этом возникают зна- . чительные центробежные силы, под действием которых более крупные (тяжелые) частицы движутся от оси гидроциклона к его стенкам по спиральным траектория. вниз и через iecковый (для тяжелого продукта) пат-.рубок 8 выбрасываются нз гидроциклона. Более мягкие (легкие) частицы

-5 движутся во внутреннем спиральном потоке, направленном вверх и выбрасываются из гидроциклона через сливной (для легкого продукта)патрубок 7, сливную зону 4 и патрубок

10 5 для отвода сливного (легкого) продукта. Таким образом, в гидроциклоне возникают два основных вращающихся в одну сторону потока. Внешний поток имеющий поступательное

15 движение по спирали вверх к сливному патрубку 7, подходя к дополнительной зоне 9 разделения (поверхности с отрицательной кривизной), делится на две части: нижнюю, 20 которая, не меняя поступательного движения, уходит из гидроциклона через песковый патрубок 8, и верхнюю, которая образует внутренний поток, изменяя направление поступательного движения.

Повышению эффективности и точности разделения в предлагаемом гидроциклоне способствуют следующие факторы.

Песковая (тяжелая) часть материала, движущаяся по стенке гидроциклона s месте сопряжения цилиндрической камеры 2 и сферического корпуса 1 (при данных соотношениях их диаметров), при переходе с меньше35 ro диаметра на больший перечищается с выделением тонких частиц,увлекаемых крупными частицами пристенного потока к песковому патрубку 8 в область внутреннего восходящего

40 потока, что способствует дальнейшему повышению эффективности и точности разделения.

Благодаря расширению потока эа счет разницы диаметров цилиндри45 ческой камеры 2 и сферического корпуса 1 в верхней его полусфере радиальная составляющая скорости потока направлена от.оси, что снижает вероятность попадания крупных частиц из еще неразделившегося в цилиндрической камере 2 потока в сливную зону 4 через заборный конец сливного (для легкого продукта) патрубка 7.

В верхней полусфере сферического корпуса 1 радиальная составляющая скорости потока способствует перемещению крупных частиц к стенкам аппарата, а в нижней препятствует их обратному .перемещению. Поэтому кон.

60 центрация частиц в верхней полусфере сферического корпуса 1 меньшая, чем в нижней (на том же диаметре горизонтального сечения сферического корпуса 1). В зоне изменения направления

65 радиальной составляющей (в зоне по1005926 перечного диаметра сферического корпуса 1) происходит резкий скачок по концентрации, который является как бы запорной зоной для проникновения в нее мелких (легких частиц). Поэтому заборный конец сливного патрубка

7 размещен непосредственно в зоне минимальной концентрации, т.е. в верхней полусфере сферического корпуса, 1. Для обеспечения оптимальной. работы гидроциклона высота сливного патрубка 7 должна составлять 0,450,65 высоты рабочей зоны (высоты сферической части корпуса и цилиндрической камеры до диафрагмы).

Градиент концентрации между слив- 15 ным (для легкого продукта) патрубком

7 и внутренней поверхностью стенки сферического корпуса 1, вследствие меньшей концентрации частиц в верхней его полусфере, относительно 20 небольшой, что приводит к незначительному попаданию крупных (тяжелых) частиц в сливной (легкий) продукт за счет турбулентного переноса в радиальном направлении. 25

В центральной части сферического корпуса 1 образуется циркуляционный поток (в виде тора), который служит разделяющсй зоной между участками с повышенной концентрацией (у стенок аппарата) и участками с пониженной концентрацией (у воздушного столба).

Кроме центробежных сил за счет тангенциальной составляющей скорости потока, на частицу действует и центробежная сила за счет осевой составляющей потока при его движении вдоль сферической поверхности.

Это приводит к увеличению действия центробежных сил на 25-ЗОВ от тангенциальной составляющей скорости 40 потока.

По мере перемещения внешнего потока к песковому (для тяжелых частиц) патрубку 8 от него отделяется часть жидкости, которая, двигаясь в радиальном направлении, вливается во внутренний поток. На границе рабочей и дополнительной 9 эон разделе ния, где происиодит реверсирование потоков. необходимо Максимально чет- 50 кое разделение этих потоков. В доцолнительной зоне 9 разделения это достигается путем плавного изменения скорости восходящего и нисходящего потоков в требуемом направлении 55 эа счет плавного сопряжения ее внутренней поверхности (поверхности с отрицательной кривизной) с внутренними поверхностями сферического кор«пуса 1 и конического „патрубка 8, в Qj результате чего срезающие скорости, вызывающие турбулентность, значительно снижены. Это приводит к упорядочению в требуемом направлении двидущихся потоков пульпы, снижению 65

Гидроциклон

Показатели

Известный Предлагаемый

Диаметр граничного зерна .разделения, мм 0,4-0,5

О, 13-0 15

Точность разделений, мм 0,35-0,5

0 035-0,04

Эффективность классификации по Ханкоку, Ъ 40-47

80-84

Ожидаемый экономический эффект составит 5000 руб. в год на один аппарат. их турбулентности, уменьшению эффекта защемления (за счет отрицательной кривизны дополнительной эоны 9 разделения) мелких (легких) зерен пристенным слоем крупнозернистого материала и улучшению условий его разгрузки, что позволяет снизить взаимозасоряемость продуктов разделения, повысить эффективность и точность процесса разделения °

Диаметр сопряжения .рабочей и дополнительной 9 зон разделения находится на линии пересечения области нулевых осевых скоростей потока в диаметральной плоскости сферического корпуса 1.и составляет 0,8-0,85 внутреннего диаметра цилиндрической камеры 2,.

Высота дополнительной зоны 9 разделения для снижения турбулентности в зоне разгрузки пескового продукта должна обеспечивать безотрывный от внутренней стенки режим течения этого продукта к большему основанию конического патрубка.8, что при максимальном угле следа турбулентности (17 ) составлять 0,45-0,5 его большего основания. о

Соотношение диаметров цилиндри-ческой камеры 2 и сферического корпуса 1 определены в результате опытов по классификации угольной мелочи в гидроциклоне с постоянным диаметром сферического корпуса 1 и измеряющимися диаметрами цилиндрической камры 2. Как следует из графиков зависимостей (фиг. 2), максималь. ное значение эффективности процесса разделения при минимальной величине граничного зерна разделения наблюдается при внутреннем диаметре цилиндрической камеры 2. составляющем

0,62-0,67 внутреннего диаметра сферического корпуса 1.

Результаты сравнительных испытаний известного и предлагаемого тидроциклонов представлены в таблице.

1005926

622

Q69

Фиа2

0,60

Заказ 1985/13 Тираж 577 Подписное

ВНИИПИ Государственного. комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород., ул. Проектная, 4

Составитель 3. Яшкова

Редактор О.Юрковецкая " ТехредТ.Маточка Корректор В. Бутяга