Способ разделения частиц по плотности с помощью тяжелой среды в центробежном поле
Владельцы патента RU 2438787:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет) (СКГМИ (ГТУ)) (RU)
Изобретение относится к области разделения твердых материалов с помощью тяжелой жидкости в центробежном поле и может быть использовано в горнодобывающей, обогатительной, химической и других областях промышленности, в частности, для эффективного извлечения благородных металлов из минерального сырья. Способ разделения частиц по плотности с помощью тяжелой среды в центробежном поле включает подачу смеси частиц разной плотности в тяжелую жидкость, находящуюся в зоне действия центробежных сил, последующее расслаивание частиц по глубине слоя тяжелой жидкости и вывод их из ее объема. Поверхность тяжелой жидкости предварительно покрывают слоем воды. Разделяемые частицы перед сепарацией измельчают до мелкозернистого состояния, смачивают водой и подают в слой воды, контактирующей с тяжелой жидкостью. В качестве тяжелой жидкости используют растворы органических соединений, нерастворимых в воде, например бромоформ. Тяжелую среду в центробежном поле вращают со скоростью 100÷900 об/мин. Технический результат - повышение производительности сепарации за счет непрерывности процесса разделения минералов разной плотности, повышение эффективности извлечения необходимых компонентов из разделяемого сырья, а также снижение токсичности процесса сепарации. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.
Изобретение относится к области разделения твердых материалов с помощью тяжелой жидкости в центробежном поле и может быть использовано в горнодобывающей, обогатительной, химической и других областях промышленности, в частности, для эффективного извлечения благородных металлов из минерального сырья.
Известен способ для разделения твердых материалов с помощью тяжелой среды с использованием центробежной силы, включающий подачу пульпы минеральных частиц в воде, промывку ее с последующим разделением на тяжелые и легкие фракции (см. патент РФ №2128554, МПК6 B03B 5/32, опубл. 10.04.1999 г.).
Недостатком данного способа является низкая эффективность разделения частиц разной плотности, так как используют принцип разделения минеральных частиц разной плотности в гидродинамическом потоке пульсирующей водной пульпы под воздействием центробежного поля. В этом случае разделение частиц происходит не по плотности, а по гидравлической крупности, то есть по равнопадаемости частиц в водной среде. Это не позволяет достичь максимальной эффективности разделения частиц разной плотности, что обусловлено действием сил гидродинамического сопротивления движению частиц.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ разделения мелких частиц с помощью тяжелой среды в центробежном поле, включающий подачу смеси частиц разной плотности в тяжелую жидкость, находящуюся в зоне действия центробежных сил, причем плотность тяжелой жидкости меньше плотности тяжелых частиц и больше плотности легких частиц, последующее расслаивание частиц по глубине слоя тяжелой жидкости и вывод их из рабочей зоны, (см. А.И.Берлинский. Разделение минералов, изд. 2-е. М., Недра, 1988 г., стр.24-26).
Недостатками прототипа являются низкая производительность сепарации из-за периодичности процесса разделения, ограниченность применения из-за невысокой плотности тяжелых жидкостей, а также неудовлетворительные экономические и экологические показатели, из-за большого расхода тяжелой жидкости, ее токсичности и испаряемости в процессе сепарации частиц.
Задачей предлагаемого технического решения является повышение производительности сепарации за счет непрерывности процесса разделения минералов разной плотности, а также экономических и экологических показателей процесса.
Решение технической задачи достигается тем, что в способе разделения минеральных частиц с помощью тяжелой жидкости в центробежном поле, включающем подачу смеси частиц разной плотности в тяжелую жидкость, находящуюся в зоне действия центробежных сил, последующее расслаивание частиц по глубине слоя тяжелой жидкости и вывод их из рабочей зоны, согласно изобретению поверхность тяжелой жидкости предварительно покрывают слоем воды, а разделяемые частицы перед сепарацией измельчают до мелкозернистого состояния, смачивают водой и подают в слой воды, контактирующей с тяжелой жидкостью.
В качестве тяжелой жидкости используют растворы органических соединений, нерастворимых в воде, например бромоформ.
Тяжелую среду в центробежном поле вращают со скоростью 100÷900 об/мин.
Данное техническое решение позволит повысить технико-экономические показатели сепарации, снизить токсичность процесса сепарации, а также повысить эффективность извлечения необходимых компонентов из разделяемого сырья.
Предложенное техническое решение обеспечивает достижение технического результата за счет того, что в заявленном способе разделение минералов происходит на границе раздела тяжелой жидкости и воды, а не в объеме тяжелой жидкости, как в прототипе. Разделяемые частицы за счет предварительного смачивания водой при подаче в рабочую зону окружены гидратной оболочкой, что делает их гидрофобными по отношению к тяжелой жидкости. В таких условиях, попадая в рабочую зону, все частицы независимо от плотности располагаются вдоль границы раздела двух жидкостей. Это обусловлено действием инерционных и выталкивающих сил в условиях центробежного поля, а также сил натяжения со стороны тяжелой жидкости, удерживающих частицы в этой зоне на одном уровне. Под действием центробежной силы наиболее тяжелые частицы, преодолевая силу натяжения тяжелой жидкости, проваливаются сквозь границу раздела жидкостей и концентрируются у дальней от центра вращения стенки разделительной камеры (ротора). В балансе сил, уравновешивающих частицы на уровне границы раздела жидкостей переменной является сила центробежного ускорения и производные от нее силы инерции и выталкивания. Следовательно, изменяя скорость вращения ротора можно регулировать величину результирующей силы, действующей на частицы, то есть задавать режим выделения частиц заданной плотности. С увеличением скорости вращения ротора последовательно выделяются частицы, начиная с самых тяжелых. Граничной плотностью частиц, выделяемых в тяжелую фракцию, является плотность тяжелой жидкости.
Способ разделения минеральных частиц с помощью тяжелой жидкости в центробежном поле осуществляют следующим образом.
Для разделения частиц в тяжелой жидкости использовали лабораторную центрифугу пробирочного типа. При этом в пробирки вначале заливали 3/4 объема тяжелую жидкость, а затем доливали 1/4 объема воды. В качестве тяжелой жидкости использовали бромоформ (CHBr3) - это бесцветная, легкоподвижная, легкоиспаряемая, нерастворимая в воде жидкость максимальной плотностью 2,89 г/см3, вязкостью 0,002 Па·с. Для разделения использовали бромоформ плотностью 2,5 г/см3 и смесь минералов: кварца (плотность - 2,6 г/см3), флюорита (3,2 г/см3), пирита (4,9 г/с3), касситерита (6,9 г/см3) и галенита (7,5 г/см3) в равных соотношениях. Минеральную смесь предварительно смачивали в процессе мокрого измельчения в шаровой мельнице до крупности - 100% класса - 0,2 мм и обесшламливали в лабораторном гидроциклоне диаметром 50 мм.
Приготовленные таким образом навески, массой 10 г, осторожно помещали в пробирки центрифуги и запускали ее, изменяя скорость вращения от 100 до 900 об/мин. После каждого проведенного опыта анализировали содержимое нижнего продукта в пробирках. Результаты экспериментов представлены в таблице.
При вращении ротора со скоростью менее 100 об/мин и более 900 об/мин разделения минералов не происходит. При скорости менее 100 об/мин все минералы находятся на границе раздела жидкостей (плавают), а при скорости более 900 об/мин все минералы сконцентрируются у стенки ротора (тонут).
Как видно из таблицы, минеральные частицы разделяются достаточно эффективно. Засорение выделяемых фракций не превышает 10%. Традиционным способом (прототип) из данной минеральной смеси можно выделить только кварц, поскольку остальные минералы имеют плотность большую, чем плотность бромоформа, и выделяются только в нижний продукт (тонут).
Использование предложенного способа по сравнению с прототипом позволит повысить технико-экономические показатели сепарации, снизить токсичность процесса и повысить эффективность извлечения необходимых компонентов из разделяемого сырья.
| Таблица | ||||||||
| Результаты опытов сепарации минералов заявленным способом | ||||||||
| № опыта | Скорость вращения ротора, об/мин | Содержание минералов в тяжелой фракции, % | Засорение тяжелой фракции, % | Плотность разделения г/см3 | ||||
| кварц | флюорит | пирит | касситерит | галенит | ||||
| 1 | 100 | 0,8 | 1,7 | 3,0 | 5,1 | 90,4 | 9,6 | 7,3 |
| 2 | 300 | 0,9 | 2,0 | 3,9 | 46,6 | 46,6 | 6,8 | 5,9 |
| 3 | 500 | 1,5 | 2,5 | 32,0 | 32,0 | 32,0 | 4,0 | 4,0 |
| 4 | 700 | 2,4 | 24,4 | 24,4 | 24,4 | 24,4 | 1,6 | 2,8 |
| 5 | 900 | 20,0 | 20,0 | 20,0 | 20,0 | 20,0 | 0,0 | 2,5 |
1. Способ разделения частиц по плотности с помощью тяжелой среды в центробежном поле, включающий подачу смеси частиц разной плотности в тяжелую жидкость, находящуюся в зоне действия центробежных сил, последующее расслаивание частиц по глубине слоя тяжелой жидкости и вывод их из ее объема, отличающийся тем, что поверхность тяжелой жидкости предварительно покрывают слоем воды, а разделяемые частицы перед сепарацией измельчают до мелкозернистого состояния, смачивают водой и подают в слой воды, контактирующей с тяжелой жидкостью.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве тяжелой жидкости используют растворы органических соединений, нерастворимых в воде, например бромоформ.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что тяжелую среду в центробежном поле вращают со скоростью 100÷900 об/мин.
