Способ классификации частиц порошкового материала

 

Изобретение относится к области разделения твердых материалов с помощью жидкости, а именно к способам обогащения минерального сырья. Способ включает загрузку жидкости и исходного материала на верхнюю часть наклонной рабочей поверхности с препятствиями, расположенными по ее краям, разделение частиц исходного материала на фракции за счет использования поперечного и продольного возвратно-поступательных движений рабочей поверхности с прерыванием этого движения путем удара рабочей поверхности о преграды, расположенные в пространстве вблизи рабочей поверхности. Создают возрастание скорости поперечного возвратно-поступательного движения рабочей поверхности по мере приближения пульпы к ее нижнему краю путем ограничения движения верхней и нижней частей рабочей поверхности с помощью преград, и выбор оптимальных условий классификации. Вывод получаемых фракций производят в нижней части рабочей поверхности через отверстия в препятствиях в зависимости от наклона рабочей поверхности. Способ служит для повышения качества получаемого концентрата и производительности процесса разделения частиц. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

Данное предложение относится к области разделения твердых материалов с помощью жидкости и может быть использовано при технологических исследованиях и переработке минерального сырья.

Известен способ классификации частиц порошкового материала, включающий загрузку жидкости и исходного материала на наклонную рабочую поверхность, на которой размещены препятствия, разделение исходного материала на фракции за счет движения рабочей поверхности, вывод полученных фракций (Справочник по обогащению руд, т. 2, гл. ред. Богданов О.С. - М.: Недра, 1974, с. 68; Авт. св. СССР N 1671351, кл. B 03 B 5/04, 5/06, 1991).

Наиболее близким по технической сущности к данному предложению является способ классификации частиц порошкового материала, включающий загрузку жидкости и исходного материала на верхнюю часть наклонной рабочей поверхности, на которой размещены препятствия, расположенные по ее краям, разделение частиц исходного материала на фракции с использованием поперечного и продольного возвратно-поступательного движения рабочей поверхности, при этом скорость поперечного возвратно-поступательного движения возрастает по мере приближения пульпы к нижнему краю рабочей поверхности, вывод получаемых фракций в нижней части рабочей поверхности через отверстия в препятствиях и выбор оптимальных условий классификации (заявка на изобретение N 95104542, опубл. 20.01.1997, B 03 B 5/04).

Недостатком известных технических решений (аналогов и прототипа) является невысокое качество и производительность способа классификации частиц порошкового материала, особенно если крупность частиц исходного материала менее 0,1 мм.

Целью предложенного изобретения является повышение качества и производительности разделения частиц порошкового материала на фракции по удельному весу.

Поставленная цель достигается за счет того, что согласно способу классификации частиц порошкового материала, включающему загрузку жидкости и исходного материала на верхнюю часть наклонной рабочей поверхности с препятствиями, расположенными по ее краям, разделение частиц исходного материала на фракции за счет использования поперечного и продольного возвратно-поступательных движений рабочей поверхности, при этом скорость поперечного возвратно-поступательного движения возрастает по мере приближения пульпы к нижнему краю рабочей поверхности, вывод получаемых фракций в нижней части рабочей поверхности через отверстия в препятствиях и выбор оптимальных условий классификации, для повышения производительности создают возрастание скорости поперечного возвратно-поступательного движения рабочей поверхности по мере приближения пульпы к ее нижнему краю путем ограничения движения верхней и нижней частей рабочей поверхности с помощью преград, расположенных в пространстве, а разделение частиц исходного материала на фракции осуществляют с использованием возвратно-поступательного движения рабочей поверхности с прерыванием этого движения путем удара рабочей поверхности о преграды.

Кроме того, для достижения более высокого качества концентрата разделение частиц исходного материала на фракции осуществляют с использованием не только резких отрицательных ускорений рабочей поверхности, но и резких положительных ускорений, осуществляемых после остановки поперечного движения рабочей поверхности. Также с целью повышения эффективности процесса производят наклон рабочей поверхности в продольном направлении, а вывод легкой фракции осуществляют через отверстия, расположенные в верхней части препятствий, а тяжелой - через отверстия, расположенные в нижней части этих препятствий.

Кроме того, производят наклон рабочей поверхности в продольном и поперечном направлении, при этом создают более сильный удар рабочей поверхности при поперечном возвратно-поступательном движении в одну из сторон этого движения, а вывод легкой и тяжелой фракций производят в противоположных углах нижней части рабочей поверхности.

Выбор оптимальных условий классификации исходного материала производят с использованием наиболее рационального расположения в пространстве преград, ограничивающих движение рабочей поверхности.

Сущность данного способа заключается в следующем.

Берут наклонную подвижную плоскую рабочую поверхность (типа деки концентрационного стола, наклонного желоба, подвешенного на тросах) с высокими препятствиями (стенками) по ее краям. В нижней части рабочей поверхности в высоких препятствиях делают отверстия для вывода тяжелой (внизу) и легкой фракций (вверху). Осуществляют продольное и поперечные возвратно-поступательные движения рабочей поверхности с резким прерыванием этого движения с помощью установки на пути этого движения преград. Продольное движение прерывают при движении поверхности вниз, в случае поперечного - при оптимальной скорости и амплитуде этого движения. За счет ограничения движения верхней и нижней частей рабочей поверхности с помощью преград делают скорость и амплитуду поперечного движения верхней части рабочей поверхности меньше нижней ее части.

Пульпа, за счет наклона поверхности и возвратно-поступательного движения, по рабочей поверхности сбегает вниз и под действием динамических сил потока расслаивается. Частицы с относительно большим удельным весом сосредотачиваются в нижних слоях пульпы у рабочей поверхности, легкие частицы - в верхних слоях пульпы. Двигаясь вниз, пульпа заполняет нижнюю часть рабочей поверхности, за счет наличия по краям высокий препятствий, уровень ее поднимается, а скорость продольного движения пульпы уменьшается. В нижней части рабочей поверхности происходит дополнительное расслоение пульпы за счет сегрегации, чему способствует инерционное движение частиц в жидкости в моменты резких прерываний движения рабочей поверхности. Расслоенная пульпа выводится с рабочей поверхности: верхние слои (легкая фракция) - через отверстия, расположенные в верхней части высоких препятствий, а нижние слои (тяжелая фракция) - через отверстия, расположенные в нижней части препятствий или в самой рабочей поверхности. Резкие прерывания возвратно-поступательного движения за счет удара рабочей поверхности о преграду не только улучшают качество концентрата (тяжелой фракции), но и ускоряют движение пульпы при относительно небольшом угле наклона рабочей поверхности к горизонту, т.е. повышается производительность установки.

При продольном и поперечном наклоне рабочей поверхности процесс разделения на тяжелую и легкую фракции можно ускорить, создавая более сильные удары (отрицательные ускорения) рабочей поверхности при поперечном движении в одну из сторон возвратно-поступательного движения. В этом случае тяжелая фракция более энергично перемещается в направлении одного из высоких препятствий (стенки) рабочей поверхности. Это позволяет в пристеночном пространстве за счет разности инерционных сил, действующих на частицы с разной удельной плотностью, осуществлять более эффективное разделение тяжелой и легкой фракций. В пристеночном пространстве происходит вытеснение от стенки частиц с меньшей удельной плотностью частицами с большей удельной плотностью. При этом тяжелая фракция двигается вниз около одной из боковых стенок (высоких препятствий) рабочей поверхности, что создает условие для вывода тяжелой и легкой фракций в противоположных углах нижней части рабочей поверхности, позволяет упростить процесс разделения и повысить производительность установки. Качество получаемого концентрата можно улучшить за счет периодической подачи исходного материала в верхнюю часть рабочей поверхности. В течение этого периода с рабочей поверхности выводится легкая фракция, а тяжелая фракция накапливается в нижней части поверхности. После ее накопления подачу исходного материала прекращают. Осуществляют вывод тяжелой фракции. Процесс повторяют.

Примеры конкретной реализации предлагаемого способа.

Пример 1. Для проведения геологического поиска необходимо выделение тяжелой фракции из алюмосиликатной поисковой пробы для обнаружения рудных минералов с удельным весом более 4 г/см³. Вес пробы 2 кг, крупность менее 2 мм.

Берут сужающийся желоб 1 из нержавеющей стали толщиной 2 мм (см. чертеж), длина желоба 1 - 400 мм, дно 2 плоское (рабочая поверхность), стенки (препятствия) 3, 4 и 5 расположены по краю рабочей поверхности 2, под углом к ней 90^o. Наибольшая ширина желоба 1 - 250 мм, наименьшая - 50 мм, высота стенок 3, 4 и 5 - 40 мм. В верхней части боковых стенок 3 и 4 в узкой части желоба 1 делают на высоте 15 мм отверстия 6 и 7 длиной 15 мм, шириной 10 мм для слива легкой фракции, а в нижней части поперечной стенки 5 шиберное отверстие 8 высотой 5 мм (размеры отверстий 6, 7 и 8 зависят от крупности и минерального состава классифицируемого материала). С внешней стороны широкой части желоба закрепляют пластину 9 с двумя отверстиями 10 (длина отверстия 10 мм, ширина 6 мм) и 11 (длина 20 мм, ширина 10 мм), а в узкой части штырь 12 диаметром 4 мм. Кроме этого с внешней стороны желоба 1 делают крепления 13, 14, 15 и 16 для металлических тросов, с помощью которых желоб 1 подвешивается в пространстве (тросы и станина, на которой они закрепляются на чертеже не показаны). Желоб 1 подвешивают с помощью тросов, прикрепленных к креплениям 13 и 14 нижней части желоба 1 и 15 и 18 широкой верхней части желоба 1, под углом 7^o к горизонту. На станине у широкой части желоба 1 закрепляют механизм продольного возвратно-поступательного движения (он на чертеже не показан, этот механизм может не использоваться, но при этом снижается производительность способа) с тягой 17 и штырем 18, который вставляется в отверстие 10, кроме этого рядом с тягой 17 на станине закрепляют преграду - штырь 19, который вставляют в отверстие 11. У нижней узкой части желоба 1 на станине устанавливают механизм поперечного возвратно-поступательного движения (на чертеже он не показан) с тягой 20, в которой имеется вырез 21 так, чтобы штырь 12 желоба 1 вошел в вырез 21 тяги 20. Длину выреза 21 для свободного движения штыря 12 в нем делают равной 15 мм. На станине вблизи нижней части желоба 1 устанавливают преграды 22 и 23, о которые, двигаясь по инерции, должен ударяться желоб 1 в момент начала обратного движения тяги 20.

Включают механизмы возвратно-поступательных движений. Делают частоту возвратно-поступательных движений близкой к 120 кол./мин, а амплитуду поперечного движения 20 мм, продольного 10 мм. После чего в верхнюю часть желоба 1 подают равномерно исследуемую поисковую пробу с водой (соотношение 1:5) со скоростью 30 кг/ч по сухому исходному материалу.

Желоб 1 совершает продольные возвратно-поступательные движения с прерыванием (остановкой) этого движения в сторону нижнего конца желоба 1, за счет удара края отверстия 11 о преграду - штырь 19. Это способствует движению пульпы вниз по рабочей поверхности желоба 1 при небольшом угле его наклона к горизонту. В силу свободного движения штыря 12 в вырезе 21 тяги 20 при поперечном обратном движении тяги 20 происходит резкая остановка (прерывание) инерционного движения желоба 1 преградами 22 и 23 и последующее движение желоба 1 в обратную сторону с резким большим положительным ускорением. Такое резкое прерывание и ускорение движения желоба 1 приводит к энергичному инерционному движению частиц исследуемой пробы относительно друг друга и поверхности дна 2 желоба 1. Происходит разрыхление порошкового материала, лежащего на рабочей поверхности дна 2 желоба 1, расслоение частиц, имеющих различный удельный вес, за счет сегрегации.

Таким образом, сбегая по наклонной рабочей поверхности дна 2 желоба 1 вниз, пульпа вначале расслаивается за счет динамического воздействия потока в тонком слое, а затем за счет торможения продольного движения потока поперечной стенкой 5, поднятия уровня пульпы в нижней части желоба 1, в толстом слое при участии инерционного движения частиц (сегрегации) относительно друг друга. В результате этих процессов в нижней части желоба в верхних слоях пульпы сосредотачиваются частицы легкой фракции исследуемой пробы, а в нижнем слое у дна 2 желоба 1 тяжелой фракции. Легкая фракция с удельным весом менее 4 г/см³ сливается через отверстия 6 и 7 верхней части стенок 3 и 4, тяжелая фракция выливается из желоба 1 через шиберное отверстие 8, расположенное в нижней части поперечной стенки 5. Выходу частиц тяжелой фракции через отверстие 8 способствует продольное возвратно-поступательное движение желоба 1 с его прерыванием.

Таким образом, резкое прекращение движения желоба путем удара желоба о преграду дает возможность более эффективно осуществлять процесс расслоения пульпы по удельному весу и выводить фракции с рабочей поверхности, чем это делается в прототипе, повышать качество получаемого концентрата за счет ускорения процесса сегрегации.

Пример 2. Имеется проба технологического продукта крупностью менее 0,1 мм. Необходимо выделить тяжелую фракцию, содержащую минералы ниобия с удельным весом более 4,5 г/см³ из навески пробы 2 кг.

Берут установку и основные условия осуществления способа разделения пульпы на тяжелую и легкую фракции, которые изложены в примере 1. Для выделения тяжелой фракции из пробы крупностью менее 0,1 мм высоту шиберного отверстия 8 делают 0,5 мм, заменяют жесткий штырь 12 на гибкую плоскую пружину толщиной в 3 мм (можно использовать и витковую пружину), а вырез 21 тяги 20 уменьшают до 5 мм, преграды 22 и 23 устанавливают на станине так, чтобы желоб 1 ударялся о преграды 22 и 23 в моменты, когда скорость движения тяги 20 близка к максимальной. Частоту возвратно-поступательных движений уменьшают до 70 кол./мин, а амплитуду поперечного движения увеличивают до 30 мм, что увеличивает время для гравитационного падения мелких частиц на рабочую поверхность.

Получение более высоких скоростей инерционного движения частиц классифицируемого материала в созданных условиях в нижней части желоба 1 позволяет разрыхлять плотные "постели" мелких частиц (шламов), осуществлять более эффективный процесс сегрегации частиц малой крупности, выделить в концентрат частицы ниобиевых минералов и самородных благородных металлов крупностью в единицы мкм.

Таким образом, за счет возможности выбора оптимальных скоростей движения желоба в момент его прекращения и оптимальной амплитуды этого движения создаются условия для более качественного разделения мелкодисперсного порошкового материала на тяжелую и легкую фракции. При этом за счет пружинной связи желоба с тягой механизма возвратно-поступательного движения уменьшаются энергетические затраты, повышается надежность работы способа, появляется возможность для использования менее мощных механизмов возвратно-поступательного движения.

Пример 3. Необходимо выделение из промпродукта гематитовой руды более высококачественного концентрата, содержащего рудные минералы с удельной плотностью более 5 г/см³, крупность 0,5 мм.

Берут установку и основные условия разделения порошкового материала на тяжелую и легкую фракции, которые изложены в примере 2. При этом шиберное отверстие 8 делают высотой 3 мм, шириной 7 мм в углу стенки 5 у стенки 4, а отверстие 7 стенки 4 перекрывают; отверстие 6 стенки 3 располагают на высоте 3 мм от дна 2 желоба 1. С помощью увеличения длины тросов, закрепленных к креплениям 13 и 15, делают наклон рабочей поверхности дна 2 в поперечном направлении желоба 1 к горизонту 3^o, преграду 22 устанавливают на станине дальше от края желоба 1 так, чтобы скорость удара желоба 1 о преграду 23 была существенно больше, чем скорость удара его о преграду 22.

В этих условиях частицы тяжелой фракции, опускающиеся под действием гравитационных сил на рабочую поверхность дна 2 желоба 1, перемещаются под действием инерционных сил в сторону стенки 4, а затем вдоль этой стенки в направлении нижнего конца желоба 1 к шиберному отверстию 8, через которое выводится тяжелая фракция. При этом перемещении частиц в пристеночной области под действием разности инерционных сил, действующих на частицы, разной удельной плотности, происходит вытеснение от стенки частиц с меньшей удельной плотностью частицами с большей удельной плотностью.

Частицы легкой фракции, находясь в верхних слоях пульпы, увлекаются потоком пульпы в направлении нижнего угла желоба 1 к отверстию 6, через которое легкая фракция выливается из желоба 1.

Эффективному выводу частиц легкой фракции способствует наклон желоба в поперечном направлении в сторону отверстия 6, прерывание поперечного движения при движении желоба в сторону выходного отверстия 6, а также вывод тяжелой фракции в противоположном углу нижней части желоба.

Таким образом, использование добавочного механизма разделения частиц на тяжелую и легкую фракции - пристеночного инерционно-динамического разделения частиц с различной удельной плотностью позволяет осуществить более качественное разделение на фракции, а вывод тяжелой и легкой фракции в противоположных углах желоба способствует увеличению производительности способа.

Пример 4. Необходимо получить высокую степень сокращения при обогащении золотосодержащей руды силикатного состава, содержание вскрытого золота 0,5 г/т, крупность исходного материала менее 0,5 мм.

Берут установку и условия осуществления способа, указанные в примерах 1 и 2. Для реализации способа полностью перекрывают шиберное отверстие 8 стенки 5, золотосодержащую руду с водой подают в верхнюю часть желоба 1 периодически. Во время этого периода осуществляют накопление тяжелой фракции в нижней части желоба, а легкую фракцию выливают через отверстия 6 и 7 боковых стенок 3 и 4 желоба 1. Накопление высококачественного золотого концентрата в нижней части желоба ведут до тех пор, пока золото не теряется с легкой фракцией. Затем подачу руды прекращают, полученный концентрат смывают, открыв шиберное отверстие 8 стенки 5, в накопитель концентрата. Шиберное отверстие 8 закрывают, возобновляют подачу руды. Цикл повторяют.

Таким образом за счет эффективного разделения исходного порошкового материала на тяжелую и легкую фракции с использованием возвратно-поступательных движений желоба с прерыванием этого движения с помощью удара желоба о преграду и цикличного (периодического) накопления тяжелой фракции в нижней части желоба осуществляется получение высококачественного концентрата, сокращение исходного материала в тысячи раз.

Предлагаемый способ позволяет повысить качество и производительность процесса разделения классифицируемого порошкового материала, повысить надежность его выполнения по сравнению с прототипом.

Формула изобретения

1. Способ классификации частиц порошкового материала, включающий загрузку жидкости и исходного материала на верхнюю часть наклонной рабочей поверхности с препятствиями, расположенными по ее краям, разделение частиц исходного материала на фракции за счет использования поперечного и продольного возвратно-поступательных движений рабочей поверхности, при этом скорость поперечного возвратно-поступательного движения возрастает по мере приближения пульпы к нижнему краю рабочей поверхности, вывод получаемых фракций в нижней части рабочей поверхности через отверстия в препятствиях, и выбор оптимальных условий классификации, отличающийся тем, что создают возрастание скорости поперечного возвратно-поступательного движения рабочей поверхности по мере приближения пульпы к ее нижнему краю путем ограничения движения верхней и нижней частей рабочей поверхности с помощью преград, расположенных в пространстве, а разделение частиц исходного материала на фракции осуществляют с использованием возвратно-поступательного движения рабочей поверхности с прерыванием этого движения путем удара рабочей поверхности о преграды.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что разделение частиц исходного материала на фракции осуществляют с использованием не только резких отрицательных ускорений рабочей поверхности, но и резких положительных ускорений, осуществляемых после остановки поперечного движения рабочей поверхности.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что наклон рабочей поверхности производят в продольном направлении, а вывод легкой фракции осуществляют через отверстия, расположенные в верхней части препятствий, а тяжелой - через отверстия, расположенные в нижней части этих препятствий.

4. Способ, включающий любой из п.1 или 2, отличающийся тем, что наклон рабочей поверхности производят в продольном и поперечном направлении, при этом создают более сильный удар рабочей поверхности при поперечном возвратно-поступательном движении в одну из сторон этого движения, а вывод легкой и тяжелой фракций производят в противоположных углах нижней части рабочей поверхности.

5. Способ, включающий любой из пп.1-4, отличающийся тем, что выбор оптимальных условий классификации исходного материала производят с использованием наиболее рационального расположения в пространстве преград, ограничивающих движение рабочей поверхности.

РИСУНКИ

Рисунок 1