Центробежно-вибрационный способ разделения смесей

 

Использование: в горнодобывающей промышленности, а именно при обогащении песков россыпных месторождений золота, платины, касситерита, вольфрамита. В центробежно-вибрационном сепараторе воздействуют на чашу силовыми импульсами в плоскости, перпендикулярной оси чаши. Отношение частоты силовых импульсов к частоте вращения чаши составляет от 3 до 11. 12 ил.

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности, а именно к способам обогащения песков россыпных месторождений золота, платины, касситерита, вольфрамита.

Известен способ обогащения в центробежных концентраторах, в которых центробежная сила, действующая на тело в криволинейном потоке, во много раз больше чем сила тяжести, разделение материала происходит под действием центробежной силы. В этих случаях, если центробежная сила и сила тяжести соизмеримы и сепарация происходит под действием обеих сил, обогащение принято называть центробежно-гравитационным. Необходимым условием при центробежно-гравитационном обогащении является наличие транспортного (смывного) потока в направлении, не совпадающем с вектором силы центробежного поля (Шохин В. Н. , Лопатин А.Г. Гравитационные методы обогащения. М.: Недра, 1980, с. 350).

Известен способ разделения материалов по крупности, форме, удельному весу, коэффициенту трения частиц и другим характеристикам на наклонной поверхности, подвергаемой вибрационному воздействию, при этом вибрациям придают направление, отличное от вертикального, составляющие острый угол с направлением возрастания подъема наклонной рабочей поверхности (авт.св. СССР N 94356, кл. В 07 В 7/00, 1947).

Известен вибрационно-центробежный способ разделения материалов, по которому разделение материалов происходит на вибрирующей винтовой поверхности, которая может также вращаться вокруг вертикальной оси, в результате чего эффект разделения от вибрации усиливается воздействием центробежной силы, для повышения эффективности разделения возможно одновременное применение жидкой струи (авт.св. СССР N 143742, кл. В 03 В 5/32).

Известен способ обогащения золотосодержащих песков в центробежно-вибрационном концентраторе, по которому обогащение осуществляют во вращающейся и колеблющейся конической чаше с применением воды [1].

Известен центробежно-вибрационный способ разделения смесей, включающий подачу суспензии во вращающуюся чашу с нарифлениями, воздействие на чашу силовыми импульсами в плоскости, перпендикулярной оси чаши, и вывод продуктов разделения [2].

Основным недостатком известных способов и способа-прототипа являются низкие эффективность разделения и производительность из-за недостаточно высокой интенсивности и частоты воздействия на чашу силовыми толчками (вибрационными импульсами), возникающими при наложении круговых колебаний (гираций) на вращающуюся чашу. Поэтому данный способ и устройства для его реализации имеют ограниченное применение - применяются только для разделения золотосодержащих песков малого объема в геологоразведочных партиях.

Целью изобретения является повышение эффективности процесса.

Цель достигается тем, что воздействие на чашу силовыми импульсами осуществляют таким образом, что отношение частоты силовых импульсов к частоте вращения чаши составляет больше 3, но не больше 11.

На фиг. 1 показана схема центробежно-вибрационного концентратора, на фиг. 2-11 - графики траекторий движения материальной точки чаши ; на фиг.12 - схема механизма концентратора.

Устройство состоит из рамы 1, на которой установлена полая полуось 2. На полуоси 2 на подшипниках 3 установлен полый вал 4, к которому жестко прикреплен фланец 5, к фланцу 5 эксцентрично прикреплен фланцем 6 полый вал 7, в котором на подшипниках 8 установлен полый вал 9 чаши 10. Ось О₁ - ось полого вала 4, а ось О₂ - ось чаши 10. Верхний конец полого вала 9 жестко соединен с чашей 10. Полость вала 9 сверху закрыта перекрывающим элементом 11. При поднятии элемента 11 полость 12 вала 9 сообщается с рабочей полостью чаши 10, а снизу не закрыта. На полом валу 4 жестко прикреплен ведомый шкив 13, служащий для вращения чаши 10 вокруг оси О₁. К раме 1 в нижней части прикреплена полая ось 14, на которой на подшипниках 15 установлен шкив 16, служащий для вращения чаши 10 вокруг оси О₂. Шкив 16 с помощью тороидальной резиновой оболочки 17 соединен с полым валом 9 чаши 10 и со шкивом 16. Эксцентриситет между осями О₁ и О₂ равен е. Фланцы 5 и 6 между собой соединены с помощью болтов 18 так, что эксцентриситет может изменяться, например, при перемещении фланца 6 вправо по фланцу 5 эксцентриситет е будет уменьшаться, а влево - увеличиваться.

Уравновешивание вращающихся частей концентратора осуществляют путем установки противовесов 19, например, на фланце 6. При этом противовес 19 может быть изготовлен из набора съемных пластин для обеспечения точной балансировки.

Вал 9 с чашей 10 жестко соединен с помощью болтов (не показаны) таким образом, что при необходимости ремонта или профилактики чашу 10 можно отделить от вала 9.

Торообразная оболочка 17 к шкиву 16 прикреплена с помощью болтов 20, а к полому валу 9 - с помощью двух гаек 21.

К раме 1 ось 14 прикреплена болтами 22 и установлена соосно полуоси 2. Дно чаши 10 жестко соединено с валом 9. Размеры полости полуоси 2 и оси 14 шкива 16 выполнены такими, что полый вал 9 чаши 10 свободно совместно с чашей 10 совершает гирации, т.е. орбитальное движение по окружности, радиус которой равен эксцентриситету е.

Устройство работает следующим образом.

При включении электродвигателя (не показан), шкивы которого соединены ремнями (не показаны) со шкивами 13 и 16, последние вращаются. Шкив 13 передает вращение полому валу 5, вал 5 валу 7, который через подшипники 8 вместе с валом 9 сообщает чаше 10 орбитальное движение по окружности вокруг оси О₁ с радиусом, равным эксцентриситету е.

Шкив 16 передает вращение валу 9 через тороидальную резиновую оболочку 17. Вал 9, вращаясь в подшипниках 8, вращает чашу 10 вокруг оси О₂.

Таким образом чаша 10 совершает гирации вокруг оси О₁ и вращается вокруг своей оси О₂. Причем направления вращений совпадают. За счет совершения указанных гираций вокруг оси О₂ и вращения чаши 10 вокруг оси О₁ обогащаемый материал (смесь песка с водой) разделяется по плотности. Полезные минералы оседают на дне чаши и ее рифлях, а пустые породы разгружаются за пределы чаши 10. Полезные минералы разгружают после остановки работы концентратора.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

Предварительно рассмотрим как работает чаша, т.е. рассмотрим кинематику движения материальной точки чаши в известном устройстве [2], в котором отношение частоты колебаний чаши к частоте ее вращения составляет f:n = 3 (фиг.2).

Траектория движения материальной точки чаши представляет собой эллипс (фиг. 2). При движении точки из М₁ в М₂ скорость ее возрастает по модулю от V₁ до V₂ и наибольшие значения скорости соответствуют нахождению точки на концах малой оси М₂М₄, а наименьшие - на концах большой оси М₁М₃.

Из теоретической механики известно, что если модуль скорости точки при криволинейном движении изменяется, то появляется касательное ускорение и изменяется величина нормального ускорения. Точнее касательное ускорение точки характеризует изменение ее скорости по величине, нормальное ускорение точки характеризует изменение ее скорости по направлению, а скорость всегда направлена по касательной к траектории движения.

С увеличением скорости от точки М₁ до точки М₂ частица породы (далее руда) отстает от чаши. При движении точки от М₂ до М₃ скорость чаши уменьшается, следовательно руда опережает чашу, т.е. при движении руды от точки М₁ до точки М₂ руда вначале отстает от чаши, а после точки М₂ до точки М₃ опережает ее. При движении от точки М₃ до точки М₄ руда отстает от чаши, а от точки М₄ до точки М₁ - отстает. Далее цикл повторяется.

Таким образом при отношении частоты колебания чаши к частоте ее вращения, равном f:n = 3, руда получает два полных импульса или два раза отстает от чаши и два раза опережает ее. Следовательно, обогащаемый материал получает встряхивание, что приводит к лучшему извлечению золота. При встряхивании материала более мелкие частицы сегрегируют к вибрирующей плоскости, поэтому при встряхивании эффективность разделения повышается.

При отношении частоты колебаний к частоте вращения чаши, равном f:n = 4, обогащаемый материал получает три полных встряхивания, т.е. при движении материала от М₁ до М₃, от М₃ до М₅, от М₅ до М₁ (фиг.3) и, как следствие, интенсивность извлечения золота повышается. Крупное золото (крупнее 2 мм) почти всегда извлекается этим способом на 100%, а извлечение мелкого золота возрастает с увеличением частоты встряхиваний, т.е. увеличением отношения.

При f:n = 5 (фиг.4) получают четыре полных колебания.

При f:n = 6 (фиг.5) получают пять полных колебаний.

При f:n = 7 (фиг.6) - шесть полных колебаний.

При f:n = 8 (фиг.7) - 7.

При f:n = 9 (фиг.8) - 8.

При f:n = 11 (фиг.9) - 10.

При f:n = 13 (фиг.10) - 12.

При f: n = 15 (фиг.11) - 14 знакопеременных полных колебаний, за один оборот чаши вокруг своей оси О₂.

Таким образом, увеличивая отношение f:n, увеличивают частоту встряхиваний материала в рифлях чаши. Казалось бы, что должно увеличиваться извлечение золота, особенно мелкого. Однако, если проанализировать траектории движения материальной точки чаши с отношением частот больше 11, т.е. f:n >11, то траектория движения материальной точки чаши приобретает петлеобразный вид (фиг. 10 и 11), т.е. материальная точка меняет направление движения в обратном направлении, даже больше, поворачивается на угол больше 180^о, вследствие чего процесс полностью прекращается. При этом материал, находящийся на стенках чаши, сбрасывается со стенок чаши на ее дно, вверх не движется, а вода в чаше по образующим не движется - "кипит".

Таким образом установлено, что отношение частоты гираций f к частоте вращения n чаши не должно превышать числа 11 (одиннадцать), т.е. f:n < 11 или 3n < f < 11n.

Сущность центробежно-вибрационного способа обогащения заключается в том, что чаще сообщают частоту гираций больше частоты вращения чаши больше 3, но не больше 11.

Формула изобретения

ЦЕНТРОБЕЖНО-ВИБРАЦИОННЫЙ СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ СМЕСЕЙ, включающий подачу суспензии во вращающуюся чашу с нарифлениями, воздействие на чашу силовыми импульсами в плоскости, перпендикулярной к оси чаши, и вывод продуктов разделения, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса, воздействие на чашу силовыми импульсами осуществляют таким образом, что отношение частоты силовых импульсов к частоте вращения чаши составляет более 3, но менее 11.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12