Устройство для обогащения полезных ископаемых

 

Использование: горное дело и, в частности, к области обогащения полезных ископаемых и использовано для промывки (обогащения) песков при промышленной разработке россыпных месторождений, а также при обогащении дробленых руд, содержащих тяжелые минералы. Сущность изобретения: устройство включает цилиндрический корпус с крышкой, с питающим патрубком, патрубком для отвода легкой фракции, диафрагмой в верхней части корпуса и конической насадкой с плоским днищем и отверстием для выпуска тяжелой фракции на периферии днища. На внутренней поверхности цилиндрического корпуса выполнено два спиральных канала трапециевидного сечения с различным шагом и глубиной. Шаг основного канала составляет 1,1-1,3 вертикального размера питающего патрубка. Его глубина равна 1,5-3,0 диаметра зерен исходного материала. Шаг дополнительного канала составляет 0,1-0,5 шага основного, его глубина - 0,2-0,5 глубины основного канала. На внутренней поверхности днища выполнен канал трапециевидного сечения в форме расширяющейся в направлении вращения пульпы спирали Архимеда с шагом 10-50 мм. Отверстие для выпуска тяжелой фракции выполнено в форме кольцевой клиновидной щели по периферии днища, а разгрузочная камера - в форме улиты. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области обогащения полезных ископаемых и может быть использовано для промывки (обогащения) при промышленной разработке россыпных месторождений, а также при обогащении дробленых руд, содержащих тяжелые минералы.

Предшествующий уровень техники.

Известен гидравлический концентратор [1] выдающий на выходе суспензию с увеличенной концентрацией частиц. В состав концентратора входит насос, всасывающий патрубок которого соединен с источником, и воронкообразный коллектор с вертикальной осью, имеющей напpавленный вниз выпускной патрубок. К верхнему закрытому коллектору присоединен одним концом выпускной трубопровод, другой конец которого соединен с нагнетательным патрубком насоса. С верхним концом коллектора соединена по меньшей мере одна проходящая по спирали вверх трубка, предназначенная для отвода жидкой суспензии вверх из коллектора.

Общая площадь поперечного сечения этой трубы больше площади поперечного сечения впускного трубопровода коллектора, в результате чего некоторые частицы оседают из суспензии в этой трубе или трубах и мигрируют вниз в воронкообразный коллектор.

Недостатком такого концентратора является невозможность выделения тонких фракций тяжелых минералов.

Известно устройство для обогащения полезных ископаемых [2] принятое в качестве прототипа. Устройство включает цилиндрический корпус и крышку с компенсационным отверстием. В нижней части корпуса установлен тангенциальный питающий патрубок. В верхней части корпуса установлена кольцевая диафрагма, а выше диафрагмы установлен тангенциальный патрубок отвода легкой фракции. К нижнему торцу корпуса прикреплена расширяющаяся вниз коническая насадка с плоским днищем. К внешней части днища снизу прикреплен патрубок отвода тяжелой фракции. На внутренней поверхности корпуса, противоположно вращению пульпы, выполнен спиральный канал прямоугольной формы в поперечном сечении.

Устройство работает следующим образом. Пульпа под давлением подается через питающий патрубок. На внутренней поверхности корпуса пульпа приобретает вращательное движение, за счет центробежных сил прижимается к стенке и образует сильно вытянутый параболоид со свободной внутренней поверхностью. В поле центробежной силы пульпа расслаивается на пристеночный слой, концентрирующий тяжелые минералы, и внутренний слой, концентрирующий легкие минералы. Внутренний слой в поле центробежной силы "переливается" через кольцевую диафрагму и выводится через разгрузочный патрубок, при этом пульпа приобретает общее восходящее движение. Формированию пристеночного слоя содействуют периодические возмущения внутреннего слоя, возникающие при преодолении спирального канала. Пристеночный слой занимает положение, наиболее удаленное от оси вращения в углублении спирального канала. Увлекаемый вращательным движением потока, пристеночный слой движется внутри спирального канала, при этом смещается вниз, навстречу общему потоку пульпы, и накапливается в конической камере. Объем пристеночного слоя, который формируется в спиральном канале, превосходит объем концентратора, разгружаемого через выпускной патрубок на периферии днища. За счет этой разницы происходит переполнение конической камеры, легкие минералы оттесняются во внутренний слой и выводятся через патрубок разгрузки легкой фракции.

Однако известное устройство обладает недостатком, который выражается в том, что не достигается высокое извлечение тонких зерен тяжелых минералов крупностью менее 0,07 мм. Это происходит по ряду причин.

Тонкие зерна тяжелых минералов имеют меньшую скорость осаждения по сравнению со скоростью осаждения крупных зерен легкой фракции, поэтому крупные зерна первыми формируют уплотненный внутренний слой. Тяжелые зерна тонкой фракции на пути до стенки корпуса вынуждены проникать сквозь внутренний слой. Периодические возмущения внутреннего слоя, возникающие при преодолении спирального канала, облегчают движение тонких тяжелых минералов в центробежном поле. Однако в связи с большим шагом нарезки спирального канала ограниченном по минимуму вертикальным размером вводного патрубка, возмущения внутреннего слоя происходят с низкой частотой, недостаточной для эффективного осаждения тонких зерен и выделения их в пристеночный слой.

Прямоугольная форма нарезки спирального канала приводит к замедленному движению пристенного слоя из-за высокого трения о стенки и слабой динамической связи пристенного слоя с вращающимся внутренним слоем. Кроме того, наблюдаются явления, когда удлинение зерна расклиниваются между двумя параллельными стенками канала и останавливают движение пристеночного слоя. Замедленное движение пристеночного слоя обуславливает выжимание из него части зерен во внутренний слой, что снижает извлечение, в первую очередь, тонких зерен.

В конической (перечистной) камере за счет ее переполнения и потери скорости вращения пульпы происходит центростремительное движение зерен легких минералов по плоскому днищу. В этом движение вовлекаются и тонкие зерна тяжелой фракции, что снижает вероятность выведения их через разгрузочный патрубок в составе тяжелой фракции.

Круглая форма разгрузочного отверстия для выпуска тяжелой фракции содействует выделение в концентрат большого количества крупных зерен легкой фракции, тогда как часть тонких зерен тяжелой фракции при своем центростремительном движении по днищу не попадает в створ этого отверстия и увлекается в восходящее движение внутреннего слоя.

Тангенциальный патрубок для выпуска легкой фракции не обеспечивает полного удаления всей воды, часть ее, отразившись от крышки, попадает во внутрь параболоида, этим тормозит вращательное движение пульпы и вызывает нежелательную турбулентность потока, что снижает эффектность улавливания тонких зерен тяжелых минералов.

Технической задачей изобретения является повышение эффективности разделения зернистого материала по плотности в широком диапазоне крупности, включая тонкую фракцию с размером зерен 0,05-0,07 мм.

Техническая задача решается тем, что устройство для обогащения полезных ископаемых, включающее цилиндрический корпус с крышкой; установленный тангенциально в нижней части корпуса питающий патрубок; кольцевую диафрагму; патрубок отвода легкой фракции; выполненный на внутренней поверхности корпуса противоположно направлению вращения пульпы спиральный канал; коническую насадку с плоским днищем и отверстием для выпуска тяжелой фракции; снабжено двумя наложенными один на другой спиральными каналами трапециевидного сечения, выполненными на внутренней поверхности корпуса, из которых основной выполнен с шагом, составляющим 1,1-1,3 вертикального размера вводного патрубка и глубиной равной 1,5-3,0 диаметрам зерен максимального размера, и вспомогательный канал с шагом, составляющим 0,1-0,5 шага основного канала и глубиной, равной 0,2-0,5 глубины основного канала; каналом трапециевидного сечения в форме расширяющейся в направлении вращения пульпы спирали Архимеда с шагом 10-55 мин, выполненном во внутренней поверхности днища; а также разгрузочной камерой легкой фракции, выполненной в форме улиты и расположенной выше кольцевой диафрагмы; причем отверстие для выпуска тяжелой фракции выполнено в форме кольцевой клиновидной щели по периферии днища либо сплошной, либо пунктирной с несколькими перерывами.

Сущность изобретения поясняется нижеследующим описанием и прилагаемым в нему чертежом, где показан один из возможных вариантов устройства, которое включает цилиндрический корпус 1 с выполненными на внутренней поверхности наложенными один на другой двумя спиральными каналами 2 и 3, тангенциальный питающий патрубок 4, кольцевую диафрагму 5, разгрузочную камеру легкой фракции в форме улиты 6, крышку 7, патрубок отвода легкой фракции 8, расширяющуюся вниз коническую насадку 9, плоское днище 10 со спиральным каналом 11, кольцевую разгрузочную щель 12. В крышке 7 выполнено компенсационное отверстие 13. Спиральный канал 2 является основным, он имеет шаг нарезки несколько больший, чем вертикальный размер отверстия вводного патрубка и глубину, равную 1,5-3,0 диаметра зерен максимального размера. Спиральный канал 3 является вспомогательным, он имеет шаг нарезки, составляющий 0,1-0,5 шага основного канала и глубину, равную 0,2-0,5 глубины основного спиральной канала. Форма сечения спиральных каналов трапециевидная, широким основанием обращенная к оси цилиндра, а верхний бок трапеции перпендикулярен стенке цилиндрического корпуса. Оба спиральных канала выполнены противоположно вращению пульпы. Канал на внутренней поверхности днища 11 выполнен в форме спирали Архимеда с шагом 10-50 мм, расширяющийся в направлении вращения пульпы. Форма и размеры спирального канала на днище соответствуют таковым у вспомогательного канала на стенке корпуса. Кольцевая разгрузочная щель 12 по периферии днища является сплошной либо пунктирной с несколькими перерывами, ее форма в вертикальном сечении клиновидная, расширяющаяся к низу. Минимальная ширина разгрузочной щели (в узком месте на входе) задается максимальным размером зерен тяжелых минералов и может быть в 2-5 раз меньше максимального размера зерен легкой фракции.

Устройство работает следующим образом. Разжиженная пульпа, имеющая соотношение Т:Ж 1:9 и любая более жидкая, подается под давлением через тангенциальный питающий патрубок 4. На внутренней поверхности цилиндрического корпуса она приобретает вращательное движение. Под действием центробежных сил пульпа прижимается к внутренней стенке цилиндрического корпуса и образует сильно вытянутый параболоид со свободной внутренней поверхностью 14. В поле центробежной силы пульпа расслаивается на пристеночный слой 15, концентрирующий тяжелые минералы, а внутренний слой 16, сложенный легкими минералами. Внутренний слой 16 в поле центробежной силы "переливается" через кольцевую диафрагму 5, попадает в разгрузочную камеру, ограниченную стенкой с возрастающим радиусом кривизны (разгрузочная улита 6), и далее изливается через патрубок отвода легкой фракции 8. Кольцевая диафрагма 5 выполняет роль регулятора толщины внутреннего слоя 16, ограничивает и стабилизирует скорость восходящего потока внутреннего слоя, тем самым увеличивает время и путь движения зерен в устройстве и уменьшает угол встречи потока пульпы с каналами спиральной нарезки, что содействует увеличения полноты выделения тонких зерен тяжелых минералов в пристеночный слой.

Частые возмущения внутреннего слоя, возникающие при преодолении основного и вспомогательного каналов спиральной нарезки, разуплотняют внутренний слой до состояния суспензоида, чем ускоряют проникновение тонких фракций тяжелых минералов к стенке корпуса.

Пристеночный слой 15, в котором концентрируются тяжелые минералы, занимает положение, наиболее удаленное от оси вращения в углублении канала основной спиральной нарезки 2. Увлекаемый вращательным движением пульпы, пристеночный слой движется в канале спиральной нарезки и смещается вниз, навстречу восходящему движению внутреннего слоя 16, и попадает в камеру конической насадки 9 у днища 10. Тяжелые минералы пристеночного слоя в конической камере 9 занимают положение, наиболее удаленное от оси вращения - на периферии днища, откуда разгружаются через кольцевую щель 12.

Вспомогательный канал спиральной нарезки образуют дополнительную улавливающую поверхность, куда имеют возможность проникать зерна тяжелых минералов, в том числе тонких фракций. Зерна тяжелых минералов движутся в канале вспомогательной спиральной нарезки до его пересечения с каналом основной нарезки и разгружаются в него, поскольку канал основной нарезки имеет большую глубину.

Таким образом, канал вспомогательной спиральной нарезки выполняет две положительные функции: увеличивает частоту возмущений внутреннего слоя и образует дополнительную улавливающую поверхность для зерен тяжелых минералов.

Объем пристеночного слоя, который формируется в спиральных каналах, больше, чем объем концентрата, разгружаемого через щель 12. За счет этой разницы происходит переполнение конической камеры, легкие минералы оттесняются во внутренний слой 16 и выводятся через патрубок разгрузки легкой фракции 8. Вместе с крупными зернами легкой фракции увлекается некоторая часть тонких зерен тяжелой фракции. При центростремительном вращательном движении суспензоида по днищу происходит улавливание зерен тяжелых минералов в канал спиральной нарезки на днище. Так формируется пристеночный слой на днище. Этот пристеночный слой увлекается вращательным движением пульпы и движется к периферии днища, где разгружается через кольцевую щель. Таким образом, канал спиральной нарезки на днище представляет собой дополнительную улавливающую поверхность, кроме того вызывает периодические возмущения внутреннего слоя вблизи днища, чем содействует более эффектному осаждению в пристеночный слой тонких зерен тяжелых минералов.

Ширина кольцевой щели 12 на периферии днища задается примерно равной максимальному размеру зерен тяжелой фракции, который во многих случаях меньше максимального размера зерен легкой фракции. Кольцевая щель кроме основной функции выпуска тяжелой фракции выполняет функцию грохота, препятствует попаданию в концентрат крупных зерен легкой фракции, что снижает выход концентрата и повышает содержание полезного компонента в концентрате. Клиновидная форма (с расширением к низу) разгрузочной щели препятствует забиванию ее зернами граничной фазы крупности.

Разгрузка тяжелой фракции через узкую щель по всей окружности днища обеспечивает повышение извлечения в концентрат тяжелых минералов, что особенно заметно для зерен тонких фракций. При необходимости уменьшить выход концентрата без ухудшения показателя извлечения тяжелых минералов разгрузочная щель может быть выполнена не сплошной, а пунктирной, состоящей из нескольких отрезков, равномерно размещенных по окружности днища.

Предложенные конструктивные особенности устройства позволяют эффективно извлекать тяжелые минералы в широком диапазоне крупности зерен, вплоть до размера 0,07-0,05 мм. Устройство может эффективно работать на обогащении продуктов с крайне низким содержанием тяжелых минералов, например, на доизвлечении золота из эфелей драг и промприборов.

Формула изобретения

1. Устройство для обогащения полезных ископаемых, включающее цилиндрический корпус с крышкой, установленный тангенциально в нижней части корпуса питающий патрубок, установленную в верхней части корпуса кольцевую диафрагму, установленный над диафрагмой тангенциальный патрубок отвода легкой фракции, выполненный на внутренней поверхности корпуса противоположно направлению вращения пульпы спиральный канал, прикрепленную к нижнему торцу корпуса, расширяющуюся книзу коническую насадку с плоским днищем и отверстием для выпуска тяжелой фракции, отличающееся тем, что на внутренней поверхности цилиндрического корпуса выполнен дополнительный спиральный канал, при этом оба канала выполнены с трапециевидным сечением, где размер шага основного канала составляет 1,1 1,3 вертикального размера питающего патрубка, глубиной, равной 1,5 3,0 диаметрам зерен исходного материала, а шаг дополнительного канала составляет 0,1 0,5 шага основного, его глубина 0,2 0,5 глубины основного канала, на внутренней поверхности днища выполнен канал трапециевидного сечения в форме расширяющейся в направлении вращения пульпы спирали Архимеда с шагом 10 50 мм, отверстие для выпуска тяжелой фракции выполнено в виде кольцевой клиновидной щели по периферии днища, а выше кольцевой диафрагмы установлена разгрузочная камера легкой фракции в форме улиты.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что отверстие для выпуска тяжелой фракции выполнено в виде нескольких отверстий, расположенных равномерно по окружности.

РИСУНКИ

Рисунок 1