Способ обогащения полезных ископаемых и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к горному делу, в частности к обогащению полезных ископаемых и может быть использовано для промывки (обогащения) песков при промышленной разработке россыпей, для обогащения дробленых руд, содержащих тяжелые минералы, а также для промывки разведочных проб. Сущность изобретения: предложен способ обогащения полезных ископаемых путем осаждения зерен тяжелых минералов в центробежном поле и фиксации их в порах минеральной постели, которую для предотвращения запрессовки подвергают волнообразному изгибанию и растяжениям-сжатиям с частотой, в 3 и более раз превышающей частоту вращения минеральной постели. Устройство для обогащения полезных ископаемых включает эластичную двуслойную коническую чашу с внутренними кольцевыми нарифлениями, закрепленную с возможностью вращения вокруг вертикальной оси, закрепленную в нижней части чаши крыльчатку с вертикальными лопастями и установленные на уровне середины чаши с внешней стороны равномерно размещенные по окружности три или более обжимных роликов, закрепленных с возможностью горизонтального перемещения, а также устройства для подачи пульпы, удаления хвостов и разгрузки концентрата. Внешний слой эластичной чаши относительно более тонкий и выполнен из более жесткого мате- риала. Интенсифицируется процесс обогащения. 2 с. и 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к обогащению полезных ископаемых и может быть использовано для обогащения (промывки) разведочных проб, для промывки песков при разработке россыпных месторождений и при обогащении дробленых руд, содержащих тяжелые минералы.

Известен способ гравитационного обогащения в наклонных потоках малой глубины [1, с.188-191], по которому зерна тяжелых минералов осаждают под действием сил гравитации и фиксируют (накапливают) в порах минеральной постели между рифлями.

Известно устройство для реализации способа, это шлюзы глубокого и мелкого заполнения [там же, с.221-225].

Недостатками способа и соответствующих устройств (шлюзов) является невозможность улавливания тонких фракций тяжелых минералов (мельче 0,25 мм) и уплотнение в процессе работы минеральной постели, что приводит к снижению извлечения всех фракций крупности тяжелых минералов.

Известен способ обогащения полезных ископаемых, по которому зерна тяжелых минералов осаждают в центробежном поле из безнапорного потока и фиксируют в порах минеральной постели между рифлями [1, с.285-287].

Известны устройства для реализации данного способа, это - безнапорные центробежные концентраторы типа центрифуг, именуемые центробежными сепараторами [1, с.293-295]. Они представляют собой полусферическую или коническую чашу с широким верхним основанием и с внутренними кольцевыми нарифлениями. Чаша вращается вокруг вертикальной оси. Обогащаемая пульпа подается по трубе сверху к основанию чаши. За счет трения о стенки пульпа раскручивается, в центробежном поле поднимается по стенке вверх и переливается через верхний край чаши. Тяжелые минералы в центробежном поле прижимаются к вращающейся стенке и накапливаются в порах минеральной постели в углублениях между рифлями. Легкие минералы смываются потоком и выносятся.

Использование центробежных сил позволяет интенсифицировать процесс обогащения и уменьшить размер эффективно улавливаемых зерен до 0,1 мм.

Главным недостатком способа и соответствующих устройств является быстрое снижение во времени пористости минеральной постели в углублениях между рифлями в результате ее запрессовки мелкопесчаными и глинистыми фракциями легких минералов и минералов промежуточной плотности, после чего резко снижается улавливание тяжелых минералов. Для улавливания тонких фракций тяжелых минералов желательно использовать как можно более интенсивные центробежные поля, но с возрастанием интенсивности центробежного поля ускоряется процесс запрессовки рифлей. В связи с этим на всех действующих аппаратах используют центробежные поля ограниченной интенсивности в пределах 5-15 g (сил гравитации), но и при этом сполоск приходится делать достаточно часто (максимально через 0,5-1 ч).

Еще одним недостатком является значительное отставание скорости вращения обогащаемой пульпы от скорости вращения чаши сепаратора (до 30-50%). При этом центробежные поля в пульпе оказываются в 2-4 раза ниже расчетных и тонкие фракции полезных минералов в значительной мере не успевают осесть на улавливающую поверхность сепаратора на коротком пути движения пульпы.

Известен способ обогащения полезных ископаемых, по которому зерна тяжелых минералов осаждают в переменном по величине центробежном поле и фиксируют в порах минеральной постели [2]. Известны устройства для реализации способа, например, ротационно- центробежный сепаратор [2], центробежно-вибрационный концентратор П. А. Брагина [3] и другие им подобные. Во всех этих устройствах используется двойное вращение чаши, которая, кроме того, что вращается вокруг своей оси, получает дополнительное вращение (испытывает ротации) вокруг оси, не совпадающей с осью чаши. Различаются между собой эти сепараторы механической частью, обеспечивающей двойное вращение чаши, но работают (обогащают тяжелые минералы) по одному принципу. Этот принцип заключается в том, что внутренняя поверхность чаши движется с переменной линейной скоростью, а минеральная постель в рифлях испытывает вибрации.

За счет вибраций минеральная постель в рифлях запрессовывается медленнее, чем в центробежных сепараторах простого вращения, при этом повышается извлечение мелких и тонких зерен тяжелых минералов.

Главным недостатком способа и соответствующих устройств является то обстоятельство, что вибрации поддерживают минеральную постель в разрыхленном состоянии не постоянно, а только некоторое непродолжительное время после запуска сепаратора, величина этого интервала зависит от состава обогащаемой пульпы и резко сокращается при повышенном содержании глины. При дальнейшей работе вибрации играют отрицательную роль, так как в вибрационно-центробежном поле происходит самоуплотнение постели и резко снижается извлечение тяжелых минералов.

Второстепенным недостатком устройства являются повышенные вибрации самой установки, что требует использования специального фундамента.

Известен способ отделения тонких фракций тяжелых минералов в высокоинтенсивных центробежных полях при встречном инжектировании воды [4], принятый в качестве прототипа.

Известно устройство для реализации способа - концентратор Кнельсона (там же), принятый в качестве прототипа. Уплотнение концентратной постели исключается путем подачи воды навстречу центробежному полю через ряд калиброванных мелких отверстий в стенке конуса, благодаря чему минеральная постель поддерживается в полувзвешенном состоянии. При этом достигается высокое извлечение мелких и тонких фракций тяжелых минералов даже при длительной работе концентратора.

Главным недостатком этого способа и соответствующих устройств является ограничение по минимуму крупности улавливаемых зерен тяжелых минералов. Зерна меньше некоторой критической крупности имеют в центробежном поле скорость осаждения меньшую, чем скорость восходящего потока воды, и они не улавливаются.

Второстепенными недостатками способа, но важными с позиции возможного практического использования устройств являются: - необходимость использования чистой (без механических примесей) воды, поскольку взвешенные твердые частицы забивают калиброванные отверстия.

- неудобства съема концентрата и необходимость больших затрат времени на эту операцию.

- сложность конструкции и высокая стоимость концентраторов.

Технической задачей изобретения является расширение диапазона крупности улавливаемых зерен тяжелых минералов за счет снижения минимального размера эффективно удавливаемых зерен.

Техническая задача по предлагаемому способу решается тем, что минеральную постель, концентрирующую в себе зерна тяжелых минералов, подвергают волнообразному изгибанию и растяжениям-сжатиям с частотой, в 3 и более раз превышающей частоту вращения минеральной постели.

Техническая задача по устройству решается тем, что устройство для обогащения полезных ископаемых, включающее коническую чашу с внутренними кольцевыми нарифлениями, закрепленную с возможностью вращения вокруг вертикальной оси, устройства для подачи пульпы, удаления хвостов и разгрузки концентрата, отличается тем, что коническая чаша выполнена эластичной и двуслойной, на уровне середины чаши с внешней стороны установлены три или более равномерно размещенных по окружности обжимных роликов с возможностью горизонтального перемещения, а в нижней части чаши закреплена крыльчатка с вертикальными лопастями.

Устройство также отличающееся тем, что внешний относительно тонкий слой эластичной чаши выполнен из более жесткого материала.

На чертеже показан один из возможных вариантов устройства, реализующего предлагаемый способ. Устройство включает изготовленную из эластичного материала (например, полиуретана) коническую чашу 1 с выполненными на внутренней поверхности кольцевыми нарифлениями 2, обжимные ролики 3, установленную в нижней части чаши крыльчатку 4, питающий патрубок 5, устройство для отвода хвостов 6, полый вал 7, а также устройство для придания чаше вращательного движения (не показано). Минимальное количество обжимных роликов - три для обеспечения устойчивой работы эластичной чаши, максимальное количество не ограничено.

Устройство работает следующим образом. Перед запуском в работу эластичную коническую чашу 1 равномерно с нескольких сторон обжимают роликами 3, в результате чего чаша в горизонтальном сечении приобретает форму, приближающуюся к закругленному многоугольнику. При работе пульпу обогащаемого материала подают в чашу 1 через питающий патрубок 5. Пульпа попадает на крыльчатку 4, раскручивается и центробежной силой прижимается к стенке чаши. В центробежном поле пульпа движется вдоль стенки конической чаши к ее широкому основанию, т.е. вверх, где переливается через край, попадает в разгрузочную камеру и выводится. При движении вдоль стенки чаши в интенсивном центробежном поле пульпа расслаивается, при этом тяжелые минералы оседают в кольцевых канавках между нарифлениями, а легкие минералы выносятся с водой. За счет неоднократных изгибов эластичной стенки чаши при ее волнообразном движении по обжимным роликам и между ними минеральная постель в нарифлениях при каждом обороте чаши вокруг оси несколько раз (по числу обжимных роликов) сжимается и растягивается в направлении движения. При этом участки минеральной постели, которые находятся в створе с обжимными роликами, оказываются максимально растянутыми, а участки, находящиеся посередине между соседними роликами - максимально сжатыми. Высокочастотные сжатия-растяжения минеральной постели предохраняют ее от запрессовки и поддерживают в постоянно разрыхленном состоянии при любой длительности работы. Более того, за счет постоянных деформаций минеральной постели внутри ее происходит постоянная дифференциация зерен по плотности. Наиболее тяжелые минералы, зафиксированные на открытой поверхности постели, перемещаются сквозь слой более легких минералов на дно канавок, а более легкие минералы отжимаются к свободной поверхности навстречу центробежному полю и выносятся восходящим потоком пульпы. За счет этого обеспечивается постоянно высокое извлечение тяжелых минералов, например, золота, до тех пор, пока оно не заполнит практически весь объем кольцевых канавок. Наиболее тонкие фракции тяжелых минералов при растяжении минеральной постели проникают на дно быстрее крупных, что и обеспечивает их высокое извлечение.

Для увеличения амплитуды сжатий-растяжений минеральной постели, что желательно с позиции более интенсивного разрыхления и быстрого расслоения, целесообразно стенки чаши изготавливать повышенной толщины и делать их двуслойными, при этом относительно тонкий наружный слой изготавливать из более жесткого материала, а толстый внутренний слой, в котором выполняются нарифления - из более мягкого материала.

За счет того, что минеральная постель в нарифлениях не запрессовывается, оказывается возможным увеличивать интенсивность центробежного поля до любых значений, обеспечивающих улавливание самых тонких фракций, вплоть до 10-20 мкм и менее.

Изготовлен и прошел лабораторные испытания малоразмерный концентратор, предназначенный для обогащения разведочных проб объемом от нескольких до десятков литров. Эластичный конус имеет размеры 120 мм у верхнего основания, 90 мм - у нижнего, высота конуса 150 мм, отклонение стенки конуса от вертикали 10%. Эластичная коническая чаша обжимается тремя роликами, амплитуда обжатия 3-5 мм. Максимальная целесообразная амплитуда обжатия ограничивается появлением отрицательной кривизны. Конус вращается со скоростью 2000 об/мин, обеспечивающей центробежное ускорение у нижнего основания 50g и у верхнего основания - 75g. При таких незначительных размерах аппарат имеет внушительную производительность в 3-5 м³/ч пульпы или 0,5-1 т/ч по твердому, при этом обеспечивается извлечение золота в классе крупности 0,05-0,1 мм 98-99,5%, в классе крупности 0,02-0,05 мм 90-98% и более 50% - в классе крупности 0,01-0,02 мм. Объем концентрата (шлиха) с одной пробы независимо от ее размера составляет 50- 60 мл. Выход концентрата при исходном объеме пробы 10-12 л составляет 0,5%.

Формула изобретения

1. Способ обогащения полезных ископаемых путем осаждения зерен тяжелых минералов в центробежном поле и фиксации их в порах минеральной постели, отличающийся тем, что минеральную постель подвергают волнообразному изгибанию и растяжениям-сжатиям с частотой, в 3 и более раз превышающей частоту вращения минеральной постели.

2. Устройство для обогащения полезных ископаемых, включающее коническую чашу с внутренними кольцевыми нарифлениями, закрепленную с возможностью вращения вокруг вертикальной оси, устройства для подачи пульпы, удаления хвостов и разгрузки концентрата, отличающееся тем, что коническая чаша выполнена эластичной и двуслойной, на уровне середины чаши с внешней стороны установлены три или более равномерно размещенных по окружности обжимных роликов с возможностью горизонтального перемещения, а в нижней части чаши закреплена крыльчатка с вертикальными лопастями.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что внешний относительно тонкий слой эластичной чаши выполнен из более жесткого материала.

РИСУНКИ

Рисунок 1