Шлюз для осаждения концентратов тяжелых минералов из пульпы и улавливающий коврик для него

Изобретение относится к конструкции шлюзов и улавливающих ковриков для осаждения из пульпы концентратов тяжелых минералов, в исходном гранулометрическом составе которых преобладают тонкодисперсные и/или пластинчатые частицы. Эти шлюзы и коврики предназначены для поисков и разведки естественных и техногенных месторождений ценных минералов и оценки величины извлекаемых запасов, а преимущественно - для их добычи из измельченных вмещающих горных пород и/или грунтов при разработке: естественных россыпей, хвостов переработки естественных россыпей менее совершенными средствами, измельченных отвалов некоторых горных и/или металлургических предприятий и/или золы тепловых электростанций, работающих на твердом топливе. В шлюзе для осаждения концентратов тяжелых минералов из пульпы каждая волнообразная рифля состоит из последовательно чередующихся по направлению выпуклости полуволновых частей, соединенных плоскими вставками, через которые на уровне не более половины их высоты пропущены стержни для подвески поперечных рифлей, выполненных в каждом ряду в виде отдельных пластин и установленных с возможностью поворота внутри каналов, причем высота плоских вставок практически равна высоте полуволновых частей волнообразных рифлей, каждый из магнитных вкладышей размещен под точкой пересечения геометрической оси одного из стержней с плоскостью симметрии одной из плоских вставок, обмотки соленоидов по питанию подключены к генератору переменного тока, а торцы этих соленоидов расположены под теми ячейками улавливающего коврика, под которыми расположены магнитные вкладыши. Улавливающий коврик для осаждения концентратов тяжелых минералов из пульпы имеет нижний и верхний ячеистый слои из эластичного материала, магнитные вкладыши под некоторыми ячейками верхнего слоя. Магнитные вкладыши выполнены из пластинок постоянных магнитов, при этом в каждой ячейке верхнего слоя над дном расположен лепестковый клапан, а между лепестками клапана и бортиками размещены присоединенные к дну ячеек ворсовые нити. Технический результат - уменьшение сноса в отвал тонкодисперсных и/или пластинчатых частиц ценных тяжелых минералов, повышение степени концентрирования и эффективности добычи целевого продукта. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 7 ил.

 

Область техники

Изобретение относится к конструкции шлюзов и улавливающих ковриков для осаждения из пульпы концентратов таких тяжелых минералов, в исходном гранулометрическом составе которых преобладают тонкодисперсные и/или пластинчатые частицы. Эти шлюзы и коврики предназначены для поисков и разведки естественных и техногенных месторождений ценных тяжелых минералов и оценки величины извлекаемых запасов, а преимущественно - для их добычи из измельченных вмещающих горных пород и/или грунтов при разработке:

естественных россыпей,

хвостов переработки естественных россыпей менее совершенными средствами,

измельченных отвалов некоторых горных и/или металлургических предприятий и/или

золы тепловых электростанций, работающих на твердом топливе.

Уровень техники

Употребленные выше, здесь и далее термины обозначают:

«шлюз» - по меньшей мере односекционное устройство для осаждения концентратов тяжелых минералов, которое для регулирования скорости и направления потока пульпы оснащено по меньшей мере одним комплектом возвратно-поступательно подвижных трафаретов в виде набора продольных волнообразных рифлей и поперечных рифлей;

«улавливающий коврик» - такая съемная донная часть каждой секции шлюза, в которой происходит накопление концентрата тяжелых минералов;

«тяжелые минералы» - минералы, плотность которых обычно более чем вдвое превышает плотность вмещающих горных пород и/или грунтов и к которым относятся самородные металлы типа золота, серебра, платины и иных металлов платиновой группы, а в некоторых случаях - свинец, мышьяк и ртуть или их природные соединения;

«тонкодисперсные частицы тяжелых минералов» - такие частицы этих минералов, которые имеют максимальный размер в интервале от 0,1 до 0,005 мм;

«пластинчатые частицы тяжелых минералов» - такие частицы этих минералов, у которых толщина существенно меньше длины и ширины;

«горная порода» - такие естественные минералы, как, например кварц, или такие искусственные минералоподобные материалы типа хранящихся в отвалах шлаков или осадков, которые возникли, в частности, при переработке полиметаллических руд и которые содержат примеси ценных тяжелых минералов;

«грунты» - изначально рыхлые скопления минеральных частиц преимущественно типа кварцевых песков, которые содержат примеси ценных тяжелых минералов;

«черный шлих» - дисперсные частицы горных пород, которые близки по плотности к ценным тяжелым минералам, например:

частицы естественных минералов типа магнетита и ильменита и/или

частицы искусственных минералов типа остатков железной и свинцовой дроби, оплавленной стали, железной окалины и иных отходов, которые обычно широко представлены в отвалах металлургических заводов;

«пульпа» - искусственно приготовленная (обычно на водной основе) текучая суспензия, твердая фаза которой содержит смесь частиц по меньшей мере одной измельченной горной породы и/или одного грунта и частиц по меньшей мере одного ценного тяжелого минерала;

«концентрат» - влажный (но не текучий) промежуточный продукт, который осажден из пульпы и существенно обогащен по меньшей мере одним ценным тяжелым минералом;

«целевой продукт» - выделяемый из концентрата практически чистый ценный тяжелый минерал;

«канал» - по меньшей мере частично извилистое пространство между двумя соседними волнообразными рифлями или между крайними волнообразными рифлями подвижного трафарета и соответствующими бортами проточного желоба, который служит основной корпусной деталью шлюза.

Общеизвестно:

что исходная концентрация ценных тяжелых минералов во вмещающих горных породах и грунтах редко достигает 1%, а для драгоценных самородных металлов в россыпях обычно не превышает 0,1% по массе и

что нередко существенная часть ценных тяжелых минералов вкраплена в диспергированные горные породы и/или грунты в виде тонкодисперсных и/или пластинчатых частиц.

Поэтому шлюзы и улавливающие коврики должны:

обеспечивать как можно большую долю целевого продукта в концентрате,

быть простыми в изготовлении и обслуживания и легко заменимыми,

быть пригодными как для разведки, так и для разработки месторождений,

обеспечивать безопасность труда, как можно меньшее загрязнение окружающей природной среды и как можно более низкие удельные затраты энергии.

Эти требования трудно совместимы. Поэтому их удавалось выполнить лишь по отдельности и в некоторых частных комбинациях.

Так, для извлечения драгоценных металлов из горных пород и грунтов еще с XIX века (см. «Большой энциклопедический словарь ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ», Москва: научное издательство «Большая Российская энциклопедия», 1998, с.25 и с.591) применяют:

амальгамацию, то есть растворение металлов (преимущественно золота или платины) ртутью, отделение амальгамы от не растворившегося остатка горной породы и/или грунта фильтрованием и выделение целевого продукта из фильтрата выпариванием ртути, и

цианирование, то есть селективное растворение (преимущественно золота или серебра) в слабых водных растворах цианидов щелочных металлов и последующее высаждение целевого продукта.

Эти процессы энергетически приемлемы и, независимо от формы и размеров частиц, обеспечивают практически полное извлечение благородных металлов из пород и/или грунтов. Однако средства защиты персонала и окружающей среды от воздействия таких токсичных материалов, как ртуть и цианиды, весьма сложны и дороги. Кроме того, указанные методы и аппаратура для их осуществления непригодны для разведки месторождений.

Поэтому ныне амальгамацию и цианирование обычно применяют только в заводских условиях для добычи драгоценных металлов из лома электронных приборов и для переработки таких концентратов этих металлов, которые были получены осаждением из пульпы непосредственно на месторождениях.

Концентраты обычно получают, используя ускоренное - в сравнении с частицами горной породы и/или грунта - осаждение частиц тяжелых минералов из пульпы в гравитационном поле Земли и смывание с получаемых осадков большей части прочих частиц током воды или, иногда, иной жидкости (см., например, Шохин В.Н., Лопатин А.Г. «Гравитационные методы обогащения», Москва, НЕДРА, 1993).

Пульпа на основе воды и выделенные из нее концентраты биологически инертны, а хвосты, которые поступают в отвалы, представляют собой механические смеси химически неизмененных частиц горных пород и/или грунтов и невыделенных остатков тяжелых минералов. Поэтому процессы гравитационного обогащения практически безопасны и для персонала приисков, и для природной среды.

Однако гравитационное обогащение тем менее эффективно, чем меньше разница плотности целевого продукта и вмещающих горных пород и/или грунтов и чем меньше по размерам и ближе по форме к пластинкам частицы ценного тяжелого минерала. Мало того, даже при существенной разнице в плотности, которая характерна, например, для золота и кварцевого песка, потери тонкодисперсных и/или пластинчатых частиц золота в хвостах после отработки россыпей с применением драг весьма велики.

Например, только в Амурской области РФ после извлечения из россыпей около 300 т золота было накоплено свыше 10⁹ м³ хвостов, которые, по оценке института "ИРГИРЕДМЕТ", содержат более 600 т невыделенного золота. Иначе говоря, на месте природных россыпей образовалось крупное (по запасам) и практически недоступное (для обычных средств добычи) техногенное месторождение.

Такие потери золота обусловлены тем, что обычные драги и промывочные приборы имеют шлюзы преимущественно мелкого наполнения с монолитными ячеистыми ковриками и жесткими неподвижными трафаретами (см., например, Кармазин В.И. Процессы и машины для обогащения полезных ископаемых. - М.: НЕДРА, 1974, с.115-188).

Эти шлюзы и улавливающие коврики просты по конструкции, удобны в изготовлении и монтаже и надежны в эксплуатации. Однако ячейки ковриков быстро (за 1,5-2 часа работы) забиваются осадком настолько плотно, что даже мелкие зерна и, тем более, тонкодисперсные и/или пластинчатые частицы золота в токе пульпы свободно проскакивают над возникшей «постелью» и сносятся в отвал, а доля целевого продукта в концентрате оказывается существенно ниже возможной.

Для борьбы с этим нежелательным эффектом многие ученые до недавних пор рекомендовали, а старатели практически применяли простейший способ:

периодическое прекращение подачи пульпы в шлюз,

съем улавливающего коврика и

смывание с него накопившегося концентрата.

Естественно, что производительность шлюзов снижается тем заметнее, чем чаще перерывы в работе, и что простои оборудования нередко настолько увеличивают себестоимость целевого продукта, что делают его добычу нерентабельной даже в тех странах, климат которых допускает круглогодичную отработку россыпей.

Поэтому попытки найти способы и средства предотвращения быстрого и чрезмерного уплотнения "постели" в шлюзах не прекращаются.

В частности, было предложено разрыхлять "постель" принудительными колебаниями рифлей трафаретов (SU 831180 A1).

К сожалению, таким путем можно суспендировать лишь верхний слой обломочного материала, осаждаемого в ячейках улавливающих ковриков, а оседающий внизу концентрат остается практически нетронутым.

Попытки суспендировать всю массу концентрата, подключая шлюзы в целом к вибраторам (см. op cit книгу В.Н. Шохина и А.Г. Лопатина, с.221 и 228), энергетически невыгодны и способствуют интенсивному разрушению корпусных деталей. Мало того, вибрации всего шлюза обычно не обеспечивают эффективное разрыхление осаждающегося концентрата в глубине ячеек улавливающего коврика (особенно тогда, когда попутно с золотом в концентрат переходит черный шлих).

Поэтому разрыхление концентрата, способствующее отделению тонкодисперсных и/или пластинчатых частиц целевого продукта от удаляемых в хвосты обогащения частиц вмещающих пород и/или грунтов, должно быть как можно более целенаправленным.

Такое довольно целенаправленное разрыхление концентрата обеспечивают шлюз и улавливающий коврик согласно RU 2095147, которые наиболее близки по конструкции к предлагаемым далее шлюзу и коврику.

Известный шлюз (см.фиг.1 и соответствующие части описания) имеет проточный желоб, у которого по меньшей мере дно выполнено из неферромагнитного материала и который в рабочем положении наклонен к горизонтали и подключен верхним концом к источнику пульпы, а нижним концом - к средству отвода хвостов обогащения в отвал, ячеистый улавливающий коврик, уложенный на дно желоба, и магнитные вкладыши, расположенные по меньшей мере под некоторыми ячейками коврика, комплект кинематически связанных между собой жестких трафаретов мелкого наполнения, каждый из которых имеет по меньшей мере два продольных ряда волнообразных в плане рифлей, расположенных на одном уровне над улавливающим ковриком, и поперечные рифли, и подключен к по меньшей мере одному приводу возвратно-поступательного перемещения вдоль бортов желоба и коврика, и средство возбуждения вертикальных колебаний в потоке пульпы на базе импульсного генератора переменного тока и соленоидов.

Известный улавливающий коврик (см. там же, фиг.2 и соответствующие части текста описания) имеет верхний ячеистый слой из эластичного материала, в котором каждая ячейка ограничена по периметру бортиками и дном, нижний (в частности, опирающийся в рабочем положении на дно проточного желоба) слой, который также изготовлен из эластичного материала и, по меньшей мере в рабочем положении, связан с верхним слоем, и магнитные вкладыши, которые прочно соединены с нижним слоем (в частности, запрессованы в него) и расположены по меньшей мере под некоторыми ячейками верхнего слоя.

В известном шлюзе волнообразные и поперечные рифли колеблющихся трафаретов и бортики ячеек улавливающего коврика тормозят поток пульпы и целенаправленно искажают поле скоростей твердых частиц. При этом частицы «легких» пород и/или грунтов отдаляются от каждой выпуклости той волнообразной рифли, которую огибает часть потока пульпы в каком-либо канале, а частицы тяжелых минералов остаются вблизи или приближаются к этим выпуклостям. Вертикальные колебания частей коврика под импульсным действием соленоидов разрыхляют оседающий в ячейках концентрат, способствуя многократному перераспределению твердых частиц в поле скоростей и обогащению концентрата целевым продуктом.

К сожалению, длительная эксплуатация известного шлюза показала, что он эффективен лишь при совокупности таких условий, как:

существенное сходство гранулометрического состава исходной дисперсной массы пород и/или грунтов и ценных тяжелых минералов,

стабильность соотношения Т/Ж (то есть «твердая фаза/жидкость») в пульпе в предпочтительном интервале от 1/10 до 1/7, ибо избыток жидкости в пульпе способствует сносу «постели» в отвал и даже вымыванию осадка из ячеек, а избыток твердой фазы затрудняет его разрыхление, и

практическое отсутствие примесей типа «черный шлих».

Однако и при таком благоприятном наборе условий в концентрат переходят только наиболее крупные тонкодисперсные и/или пластинчатые частицы ценных тяжелых минералов. Этот нежелательный эффект обусловлен тем, что:

плавные сопряжения между полуволнами волнообразных рифлей не позволяют (даже с помощью поперечных рифлей) кратковременно фиксировать относительно ячеек улавливающего коврика то перераспределение разнородных по плотности частиц, которое достигается на каждом повороте потока пульпы, а

при вертикальных колебаниях практически всей массы осадка тонкодисперсные и/или пластинчатые частицы ценных тяжелых минералов тем чаще увлекаются пульпой, протекающей в криволинейных каналах, и уносятся в хвосты обогащения, чем толще становится «постель» на известном улавливающем коврике, магнитные вкладыши под которым расположены относительно рифлей случайным образом.

Соответственно, потери целевого продукта уменьшаются лишь на начальном этапе заполнения ячеек улавливающего коврика концентратом.

Краткое изложение сущности изобретения

В основу изобретения положена задача изменением формы и взаиморасположения средств торможения потока пульпы и рыхления осадка вертикальными толчками создать такие шлюзы и улавливающий коврик, которые существенно уменьшали бы снос в отвал тонкодисперсных и/или пластинчатых частиц ценных тяжелых минералов и тем самым повышали бы степень концентрирования и эффективность добычи целевого продукта.

Поставленная задача в основной части решена тем, что в шлюзе для осаждения концентратов тяжелых минералов из пульпы, имеющем:

проточный желоб, у которого по меньшей мере дно выполнено из неферромагнитного материала и который, в рабочем положении, наклонен к горизонтали и подключен верхним концом к источнику пульпы, а нижним концом - к средству отвода хвостов обогащения в отвал,

ячеистый улавливающий коврик, уложенный на дно желоба,

магнитные вкладыши, расположенные по меньшей мере под некоторыми ячейками коврика,

комплект кинематически связанных между собой жестких трафаретов мелкого наполнения, каждый из которых имеет по меньшей мере два продольных ряда волнообразных в плане рифлей, расположенных на одном уровне над улавливающим ковриком, и поперечные рифли и подключен к по меньшей мере одному приводу возвратно-поступательного перемещения вдоль бортов желоба и коврика, и

средство возбуждения вертикальных колебаний в потоке пульпы на базе импульсного генератора переменного тока и соленоидов,

согласно изобретению

каждая волнообразная рифля состоит из последовательно чередующиеся по направлению выпуклости полуволновых частей, соединенных плоскими вставками, через которые на уровне не более половины их высоты пропущены стержни для подвески поперечных рифлей, выполненных в каждом ряду в виде отдельных пластин и установленных с возможностью поворота внутри каналов, причем высота плоских вставок практически равна высоте полуволновых частей волнообразных рифлей,

каждый из магнитных вкладышей размещен под точкой пересечения геометрической оси одного из стержней с плоскостью симметрии одной из плоских вставок,

обмотки соленоидов по питанию подключены к генератору переменного тока, а торцы этих соленоидов расположены под теми ячейками улавливающего коврика, под которыми расположены магнитные вкладыши.

Такие формы и взаиморасположение волнообразных и поперечных рифлей и магнитных вкладышей под ячейками улавливающего коврика позволяют:

во-первых, вблизи каждой плоской вставки между полуволнами волнообразных рифлей:

- кратковременно прерывать перераспределение «легких» частиц породы и/или грунта и частиц тяжелых минералов в горизонтальном поле скоростей при движении пульпы вокруг каждой очередной полуволны волнообразной рифли,

- способствовать за время такого прерывания перераспределению указанных частиц по вертикали, то есть оседанию тяжелых и «всплыванию» легких частиц, и

во-вторых, вертикальными колебаниями осадка и пульпы в объеме, находящемся над соответствующим магнитным вкладышем, эффективно встряхивать практически всю массу концентрата в ячейках, суспендируя преимущественно «легкие» частицы породы и/или грунта и перебрасывая заметную часть из них через верхний срез поперечных рифлей для уноса по потоку в отвал.

Одновременное протекание этих процессов над соответствующими ячейками улавливающего коврика облегчает отсадку в концентрат даже наиболее мелких тонкодисперсных и/или пластинчатых частиц ценного тяжелого минерала. Поэтому к концу каждого очередного цикла работы шлюза доля целевого продукта в концентрате и эффективность его добычи существенно возрастают.

Указанные преимущества проявляются даже при существенных различиях гранулометрического состава исходной дисперсной массы пород и/или грунтов и ценных тяжелых минералов на фоне заметной примеси черного шлиха в твердой фазе исходной пульпы и в более широком, чем указано выше, диапазоне соотношений Т/Ж.

Первое дополнительное отличие состоит в том, что плоские вставки волнообразных рифлей имеют в нижних частях выемки, а указанные пластины поперечных рифлей также в нижних частях имеют по меньшей мере односторонние боковые выступы, которые размещены в выемках плоских вставок. Это позволяет ограничить повороты частей поперечных рифлей под напором потока пульпы и суммарную скорость сноса твердых частиц в отвал, что особенно важно при каждом очередном запуске процесса.

Второе дополнительное отличие состоит в том, что шлюз оснащен по меньшей мере одним магнитным сепаратором, в котором количество магнитов и их расположение в плане соответствуют количеству и расположению магнитных вкладышей под ячейками улавливающего коврика и который установлен над по меньшей мере одним выбранным трафаретом и подключен к приводу возвратно-поступательного перемещения относительно этого трафарета. Такой сепаратор позволяет временно улавливать ферромагнитные частицы черного шлиха при вертикальных колебаниях пульпы и, тем самым, препятствует их осаждению вместе с частицами целевого продукта в ячейках улавливающего коврика.

Третье дополнительное отличие состоит в том, что магнитный сепаратор выполнен в виде короба из неферромагнитного материала и установленного в нем на подвесках набора плоских магнитов, которые подключены к приводу синхронного возвратно-вращательного движения относительно дна короба. Эта форма выполнения магнитного сепаратора позволяет наиболее эффективно временно выделять ферромагнитные частицы черного шлиха в моменты локальных всплесков колеблющейся пульпы и отдавать их в поток над поперечными рифлями трафаретов в моменты локального понижения уровня пульпы.

Специалистам понятно, что приведенные ниже примеры осуществления изобретательского замысла (особенно в части конструкции приводов, средств синхронизации их работы, выбора количества магнитных сепараторов и конкретных конструкций улавливающих ковриков) никоим образом не ограничивают объем прав, заданных формулой изобретения.

Поставленная задача решена также тем, что в улавливающем коврике для осаждения концентратов тяжелых минералов из пульпы, который имеет верхний ячеистый слой из эластичного материала, в котором каждая ячейка ограничена по периметру бортиками и снизу дном, нижний слой из эластичного материала, который по меньшей мере в рабочем положении, связан с верхним слоем, и магнитные вкладыши, прочно соединенные с нижним слоем и расположенные по меньшей мере под некоторыми ячейками верхнего слоя, согласно изобретению магнитные вкладыши выполнены из пластинок постоянных магнитов, при этом в каждой ячейке верхнего слоя над дном расположен лепестковый клапан, а между лепестками клапана и бортиками размещены присоединенные к дну ячеек ворсовые нити.

В ячейках такого улавливающего коврика при каждом вертикальном толчке, создаваемом магнитными вкладышами при срабатывании соленоидов, лепестки клапанов приоткрываются и толкают осадок вверх, вызывая в жидкой среде микровихри. При этом попавшие в концентрат относительно легкие частицы породы или грунта чаще проскакивают мимо ворсовых нитей и выбрасываются в поток пульпы, чем тонкодисперсные и, тем более, пластинчатые частицы тяжелых минералов, которые вновь втягиваются в ячейки вследствие изгибания ворсовых нитей вниз при обратном движении лепестков клапанов. Тем самым уменьшается снос частиц тяжелых минералов из ячеек в отвал и повышаются степень концентрирования целевого продукта и эффективность его добычи.

Первое дополнительное отличие состоит в том, что ширина b щели в основании лепесткового клапана и ширина В ячейки связаны соотношением b=(0,2-0,33)·В. Тем самым обеспечивается оптимальное перемешивание концентрата, который оседает в ячейках.

Второе дополнительное отличие состоит в том, что высота h ворсовых нитей и высота Н бортиков ячеек связаны соотношением h=(0,5-2,5)·Н. Это способствует эффективному осаждению пластинчатых частиц таких тяжелых минералов, как золото, платина и серебро, и тонкодисперсных капель жидкой ртути.

Третье дополнительное отличие состоит в том, что лепестки каждого клапана в исходном положении сомкнуты. Это препятствует проникновению осадка в подлепестковое пространство клапанов, что особенно важно в начальный период осаждения концентрата.

Четвертое дополнительное отличие состоит в том, что длина L и ширина В каждой ячейки связаны соотношением L=(2,5-4,0)·В. Это способствует сносу в отвал относительно легких частиц породы или грунта и увеличению доли целевого продукта в концентрате.

Понятно, что при выборе конкретных соотношений указанных размеров и форм выполнения лепестковых клапанов возможны произвольные комбинации указанных дополнительных отличий с основным изобретательским замыслом и что описанные ниже предпочтительные примеры его воплощения никоим образом не ограничивают объем изобретения.

Краткое описание чертежей

Далее сущность изобретения поясняется подробным описанием конструкции и работы шлюза и улавливающего коврика со ссылками на чертежи, где изображены на:

фиг.1 - схема взаиморасположения в плане деталей трафаретов и магнитных вкладышей под ячейками улавливающего коврика (с обрывом по торцам и со стороны одного из бортов желоба);

фиг.2 - схема подвески пластин поперечных рифлей на стержнях (аксонометрическая проекция);

фиг.3 - схема расположения пластин поперечных рифлей относительно волнообразных рифлей (вид сбоку);

фиг.4 - секция шлюза, оснащенная магнитным сепаратором (вид сбоку при условно снятом борте);

фиг.5 - улавливающий коврик (поперечный разрез);

фиг.6 - общая схема распределения твердых частиц разной плотности в поле скоростей внутри криволинейной части канала (аксонометрическая проекция);

фиг.7 - схема кратковременного прерывания перераспределения твердых частиц разной плотности в поле скоростей вблизи плоских вставок в волнообразные рифли и пластин поперечных рифлей (вид в плане).

Наилучшие воплощения изобретательского замысла

Основой простейшего шлюза согласно изобретению (см.фиг.1) служит проточный желоб 1. Он имеет боковые борта 2 и изготовленное из неферромагнитного материала дно 3.

В рабочем положении желоб 1 наклонен к горизонтали (обычно под углом от 6° до 11°) и подключен верхним концом - к источнику пульпы, а нижним концом - к средству отвода хвостов обогащения в отвал.

На дно 3 желоба 1 уложен ячеистый улавливающий коврик 4 (который на фиг.1 условно показан лишь фрагментарно в виде сетки пересекающихся линий). По меньшей мере под некоторыми ячейками коврик 4 снабжен магнитными вкладышами 5 в виде пластинок постоянных магнитов (контуры которых на фиг.1 условно показаны штриховыми линиями).

Над ковриком 4 расположен комплект кинематически связанных жестких трафаретов 6 мелкого наполнения (которые совокупно обозначены выносной линией со стрелкой). Трафареты 6 обычно изготовлены из неферромагнитного материала и подключены к по меньшей мере одному (условно обозначенному на фиг.1 парой противоположно направленных стрелок) подходящему приводу возвратно-поступательного перемещения вдоль бортов 2 желоба 1 и коврика 4. Каждый трафарет 6 имеет:

во-первых, по меньшей мере два ряда волнообразных в плане рифлей, которые расположены на одном уровне над ковриком 4 вдоль бортов 2 желоба 1 и каждая из которых состоит из практически одинаковых по высоте последовательно чередующиеся по направлению выпуклости полуволновых частей 7 (обычно в виде круговых полуцилиндров) и плоских вставок 8 между каждой смежной парой таких «полуволн» 7, и,

во-вторых, по меньшей мере два набора поперечных рифлей 9 в виде пластин, которые по отдельности подвешены на стержнях 10 с возможностью поворота внутри каналов между рядами волнообразных рифлей 7, 8 и между крайними рядами таких рифлей 7, 8 и бортами 2 желоба 1.

Стержни 10 пропущены через плоские вставки 8 обычно на уровне не более половины их высоты, а каждый из установленных под ячейками коврика 4 магнитных вкладышей 5 размещен под соответствующей точкой пересечения геометрической оси одного из стержней 10 с плоскостью симметрии одной из плоских вставок 8.

Желательно, чтобы пластины поперечных рифлей 9 в нижних частях имели по меньшей мере односторонние боковые выступы 11 (см.фиг.2), а плоские вставки 8 волнообразных рифлей также в нижних частях имели выемки 12 для размещения в них указанных выступов 11 и ограничения поворотов пластин 9 (см.фиг.3).

Каждый шлюз согласно изобретению имеет средство возбуждения вертикальных колебаний в потоке пульпы на базе не показанного особо подходящего импульсного генератора переменного тока и соленоидов 13 (см.фиг.4). Обмотки соленоидов 13 по питанию подключены к упомянутому генератору, а торцы расположены под теми ячейками улавливающего коврика 4, которые снабжены магнитными вкладышами 5.

Желательно, чтобы шлюз был оснащен по меньшей мере одним магнитным сепаратором для улавливания из потока пульпы ферромагнитных частиц и снижения вероятности их попадания в концентрат. Целесообразно, чтобы такой сепаратор (см.фиг.4) имел:

непроницаемый для пульпы короб 14 из неферромагнитного материала, который установлен внутри желоба 1 над по меньшей мере одним выбранным трафаретом (а предпочтительно - над всеми трафаретами) 6 мелкого наполнения,

не показанный особо и условно обозначенный лишь противоположно направленными стрелками привод возвратно-поступательного перемещения этого короба 14, который способен работать, как правило, в противофазном режиме с приводом трафаретов 6, и

набор плоских магнитов 15, которые установлены внутри короба 14 на одном уровне на шарнирных подвесках 16 с возможностью синхронного возвратно-вращательного движения относительно дна этого короба 14, например, от приводного толкателя 17.

Количество магнитов 15 и их расположение в плане соответствуют количеству и расположению магнитных вкладышей 5 под ячейками улавливающего коврика 4.

Шлюз может быть использован для добычи ценных тяжелых минералов и разведки месторождений с ячеистым улавливающим ковриком 4, существенными признаками которого служат только упомянутые выше магнитные вкладыши 5, закрепленные (например, в шахматном или ином подходящем порядке) под по меньшей мере некоторыми ячейками. Однако и для добычи и, особенно, для разведки месторождений с высокой точностью оценки извлекаемых запасов ценных тяжелых минералов предпочтительно применять коврик 4 согласно изобретению. Такой коврик 4 имеет (см.фиг.5):

нижний (опорный) слой 18, который изготовлен из эластичного материала,

верхний ячеистый слой 19, который также изготовлен из эластичного материала и по меньшей мере в рабочем положении связан с нижним слоем 18 и в котором каждая ячейка 20 ограничена по периметру бортиками 21 и снизу дном 22,

уже упомянутые магнитные вкладыши 5, которые изготовлены из пластинок постоянных магнитов, прочно соединены с нижним слоем 18 и расположены по меньшей мере под некоторыми ячейками 20 верхнего слоя 19,

лепестковые клапаны 23, которые расположены над дном 22 каждой ячейки 20, и

ворсовые нити 24, которые присоединены ко дну 22 каждой ячейки 20 и размещены между лепестками клапанов 23 и бортиками 21 ячеек 20.

Желательно, чтобы:

ширина b щели в основании каждого лепесткового клапана 23 и ширина В ячейки 20 были связаны соотношением b=(0,2-0,33)·В;

высота h ворсовых нитей 24 и высота Н бортиков 21 для всех ячеек 20 были связаны соотношением h=(0,5-2,5)·Н;

лепестки каждого клапана 23 в исходном положении были сомкнуты,

длина L и ширина 8 каждой ячейки 20 были связаны соотношением L=(2,5-4,0)·В, а

ширина магнитных вкладышей 5 была не менее ширины b щели лепесткового клапана 23, предпочтительно равна этой ширине b, но не превышала ширину В ячейки 20.

Конкретные линейные размеры ячеек 20 и других частей улавливающего коврика 4 выбирают известным для специалистов образом с учетом состава вмещающих тяжелые минералы пород и/или грунтов и гранулометрического состава целевого продукта. Обычно размер ячеек 20 на свету составляет от 5 мм до 10 мм по ширине и от 10 мм до 25 мм по длине, толщина дна 22 может достигать 1,5-2,0 мм, а высота бортиков 21 не превышает 10 мм. Разумеется, что эти величины служат лишь для ориентировки и никоим образом не ограничивают возможности выбора конкретных размеров деталей коврика 4.

Следует иметь в виду, что изготовление коврика 4 как целостного изделия предпочтительно с точки зрения стабильности расположения магнитных вкладышей 5 под щелями в основаниях лепестковых клапанов 23. Однако износ нижнего слоя 18 происходит значительно медленнее, чем износ верхнего ячеистого слоя 19. Поэтому на практике целесообразно изготовлять слои 18 и 19 раздельно.

Добычу и разведку месторождений тяжелых минералов с применением изобретения ведут следующим образом.

Проточный желоб 1 устанавливают в рабочее положение под углом 6-11° к горизонтали. На его дно 2 укладывают улавливающий коврик 4 так, чтобы магнитные вкладыши 5 были расположены практически точно под ячейками 20 (а в случае применения коврика 4 согласно изобретению - под щелями в основаниях лепестковых клапанов 23 в ячейках 20).

Затем включают привод возвратно-поступательного перемещения трафаретов 6 и начинают подачу пульпы. Соленоиды 13 могут быть подключены к импульсному источнику питания с некоторой задержкой, но не позднее появления пульпы на выходе из желоба 1.

Протекание по извилистым каналам между возвратно-поступательно движущимися волнообразными рифлями 7, 8 и между такими рифлями и боковыми бортами 2 приводит к торможению пульпы и перераспределению «легких» частиц пород и/или грунтов и «тяжелых» частиц целевого продукта в поле скоростей внутри криволинейных участков каналов.

Это видно на фиг.6, где «тяжелым» и «легким» частицам соответствуют темные и светлые кружочки, а промежуточные по массе частицы обозначены наполовину темными кружочками. Там же хорошо видно, что «тяжелые» частицы (под действием результирующей силы F как векторной суммы силы земного тяготения F₁ и центростремительной силы F₂) стремятся к оседанию вблизи поверхности с минимальным радиусом, а «легкие» частицы отбрасываются к поверхности с максимальным радиусом.

Описанному перераспределению твердых частиц в каналах дополнительно способствует возвратно-поступательное перемещение трафаретов 6.

Существенные особенности работы шлюза состоят в следующем (см.фиг.7):

перераспределение твердых частиц в потоке пульпы в каналах кратковременно прерывается вблизи боковой поверхности каждой плоской вставки 8 между полуволновыми частями 7 каждой волнообразной рифли,

столкновение потока пульпы с подвешенными на стержнях 10 пластинами поперечных рифлей 9 способствует перемещению твердых частиц в обозначенные черным цветом на фиг.7 зоны, под которыми расположены ячейки 20 улавливающего коврика 4 и магнитные вкладыши 5 (эти зоны ограничены концевыми по потоку частями «полуволн» 7, примерно половиной каждой плоской вставки 8 и соответствующей поперечной рифлей 9),

вертикальные толчки, которые действуют на ячеистый слой 19 улавливающего коврика 4 при колебаниях магнитных вкладышей 5 под действием соленоидов 13, эффективно встряхивают практически всю массу оседающего в ячейках 20 концентрата.

В итоге облегчаются всплывание «легких» частиц пород и/или грунтов и их унос в отвал через верхний срез поперечных рифлей 9 и соскальзывание «тяжелых» частиц (включая даже тонкодисперсные и/или пластинчатые частицы ценного тяжелого минерала) по поверхности поперечных рифлей 9 в ячейки 20 улавливающего коврика 4 и получение концентрата.

Ограничение угла поворота пластин поперечных рифлей 9 краями выемок 12 в плоских вставках 8 волнообразных рифлей снижает вероятность проскока «тяжелых» частиц в зазоре между трафаретами 6 и бортиками 21 ячеек 20 улавливающего коврика 4 (см.фиг.4). Это особенно важно при каждом очередном запуске процесса.

Наиболее эффективное улавливание тонкодисперсных и/или пластинчатых частиц ценных тяжелых минералов с увеличением доли целевого продукта в концентрате достигается при использовании улавливающего коврика 4 с лепестковыми клапанами 23 (см.фиг.5).

Действительно, при каждом вертикальном толчке, создаваемом магнитными вкладышами 5 при срабатывании соленоидов 13, лепестки клапанов 23 приоткрываются и толкают осадок вверх, вызывая в жидкой среде микровихри. Эти микровихри суспендируют прежде всего попавшие в концентрат относительно легкие частицы пород и/или грунтов, которые проскакивают мимо ворсовых нитей 24 в поток пульпы, а тонкодисперсные и, тем более, пластинчатые частицы тяжелых минералов обычно вновь втягиваются в ячейки 20 вследствие изгибания ворсовых нитей 24 вниз при смыкании лепестков клапанов 23.

Этот положительный эффект наглядно проявляется при добыче золота из техногенных россыпей и при демеркуризации, поскольку при оседании между бортиками 21 ячеек 20 и наклонными поверхностями лепестков клапанов 23 частицы золота образуют плотную массу, защемляемую в указанном зазоре при раскрытии лепестков, а микрочастицы жидкой ртути сливаются в крупные слабо подвижные капли.

Если пульпа содержит значительную примесь черного шлиха, состоящего из ферромагнитных частиц, шлюз эксплуатируют с применением магнитного сепаратора, который устанавливают над трафаретами 6 (см.фиг.4).

Возвратно-поступательное перемещение короба 14 толкателем 17 (как правило, противофазно такому же перемещению трафаретов 6) и повороты плоских магнитов 15 между положениями «параллельно» и «перпендикулярно» дну короба 14 обеспечивают:

«выхватывание» ферромагнитных частиц из потока пульпы в каналах в моменты локальных всплесков пульпы при толкании ячеек 20 магнитными вкладышами 5 и

сброс этих частиц в поток пульпы в остальные моменты работы шлюза (обычно с уносом в отвал поверх поперечных рифлей 9).

После заполнения ячеек 20 подачу пульпы в шлюз прекращают, извлекают из проточного желоба 1 по меньшей мере верхний ячеистый слой 19 улавливающего коврика 4, концентрат общеизвестным способом удаляют из ячеек 20 и упаковывают в не показанный здесь контейнер для хранения и перевозки на предприятие по извлечению целевого продукта.

Затем процесс повторяют, как описано выше.

Промышленная применимость

Шлюзы и улавливающие коврики согласно изобретению нетрудно изготовлять промышленным путем на существующих машиностроительных заводах и заводах по выпуску резинотехнических изделий. Далее шлюзы могут быть предпочтительно использованы как последние в технологической цепочке аппараты:

на драгах или иных устройствах для гидравлической отработки как природных, так и техногенных россыпей благородных металлов с преобладанием мелких гранулометрических классов (мельче 0,15 мм), и

на выходе хвостов из шлихообогатительных установок и фабрик.

Кроме того, шлюзы с улавливающими ковриками согласно изобретению применимы:

для очистки промышленных отходов, содержащих тонкодисперсные частицы ртути, свинца, мышьяка и других тяжелых металлов,

для выделения непромышленных примесей золота и платины при гидравлической добыче сыпучих строительных материалов типа песка,

для попутного извлечения благородных металлов (даже при непромышленном содержании) из донных осадков во время углубления фарватеров рек и морских шельфов и

для геологоразведочных работ и научных исследований грунтов, кор выветривания, процессов гипергенного рудообразования и осадконакопления в целом.

1. Шлюз для осаждения концентратов тяжелых минералов из пульпы, имеющий проточный желоб, у которого по меньшей мере дно выполнено из неферромагнитного материала и который в рабочем положении наклонен к горизонтали и подключен верхним концом к источнику пульпы, а нижним концом - к средству отвода хвостов обогащения в отвал, ячеистый улавливающий коврик, уложенный на дно желоба, магнитные вкладыши, расположенные по меньшей мере под некоторыми ячейками коврика, комплект кинематически связанных между собой жестких трафаретов мелкого наполнения, каждый из которых имеет по меньшей мере два продольных ряда волнообразных в плане рифлей, расположенных на одном уровне над улавливающим ковриком, и поперечные рифли и подключен к по меньшей мере одному приводу возвратно-поступательного перемещения вдоль бортов желоба и коврика, и средство возбуждения вертикальных колебаний в потоке пульпы на базе импульсного генератора переменного тока и соленоидов, отличающийся тем, что каждая волнообразная рифля состоит из последовательно чередующихся по направлению выпуклости полуволновых частей, соединенных плоскими вставками, через которые на уровне не более половины их высоты пропущены стержни для подвески поперечных рифлей, выполненных в каждом ряду в виде отдельных пластин и установленных с возможностью поворота внутри каналов, причем высота плоских вставок практически равна высоте полуволновых частей волнообразных рифлей, каждый из магнитных вкладышей размещен под точкой пересечения геометрической оси одного из стержней с плоскостью симметрии одной из плоских вставок, обмотки соленоидов по питанию подключены к генератору переменного тока, а торцы этих соленоидов расположены под теми ячейками улавливающего коврика, под которыми расположены магнитные вкладыши.

2. Шлюз по п.1, отличающийся тем, что плоские вставки волнообразных рифлей имеют в нижних частях выемки, а указанные пластины поперечных рифлей также в нижних частях имеют по меньшей мере односторонние боковые выступы, которые размещены в выемках плоских вставок.

3. Шлюз по п.1 или 2, отличающийся тем, что он оснащен по меньшей мере одним магнитным сепаратором, в котором количество магнитов и их расположение в плане соответствуют количеству и расположению магнитных вкладышей под ячейками улавливающего коврика и который установлен над по меньшей мере одним выбранным трафаретом и подключен к приводу возвратно-поступательного перемещения относительно этого трафарета.

4. Шлюз по п.3, отличающийся тем, что магнитный сепаратор выполнен в виде короба из неферромагнитного материала и установленного в нем на подвесках набора плоских магнитов, которые подключены к приводу синхронного возвратно-вращательного движения относительно дна короба.

5. Улавливающий коврик для осаждения концентратов тяжелых минералов из пульпы, имеющий верхний ячеистый слой из эластичного материала, в котором каждая ячейка ограничена по периметру бортиками и снизу дном, нижний слой из эластичного материала, который по меньшей мере в рабочем положении связан с верхним слоем, и магнитные вкладыши, прочно соединенные с нижним слоем и расположенные по меньшей мере под некоторыми ячейками верхнего слоя, отличающийся тем, что магнитные вкладыши выполнены из пластинок постоянных магнитов, при этом в каждой ячейке верхнего слоя над дном расположен лепестковый клапан, а между лепестками клапана и бортиками размещены присоединенные к дну ячеек ворсовые нити.

6. Улавливающий коврик по п.5, отличающийся тем, что ширина b щели в основании лепесткового клапана и ширина В ячейки связаны соотношением b=(0,2÷0,33) В.

7. Улавливающий коврик по п.5, отличающийся тем, что высота h ворсовых нитей и высота Нбортиков ячеек связаны соотношением h=(0,5÷2,5) H.

8. Улавливающий коврик по п.5, отличающийся тем, что лепестки каждого клапана в исходном положении сомкнуты.

9. Улавливающий коврик по п.5, отличающийся тем, что длина L и ширина В каждой ячейки связаны соотношением L=(2,5÷4,0) В.