Способ гидроклассификации зернистых материалов и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к области разделения твердых зернистых материалов по крупности в жидкой среде и может применяться в горнодобывающей, химической и других отраслях промышленности. Способ заключается в том, что зону взаимодействия вертикального восходящего потока чистой воды с гидросмесью размывают горизонтальными струями поперечного потока чистой воды с градиентом давления, превышающим давление восходящего потока. Устройство для реализации способа состоит из корпуса с приемно-разделительной и классифицирующей камерами, патрубков ввода исходной гидросмеси, вывода крупной и мелкой фракций и патрубка ввода чистой воды, соединенного с гидротрансформатором. Приемно-разделительная камера образована перфорированной обечайкой и расположена в корпусе с образованием полости, соединенной дополнительным патрубком подачи чистой воды с гидротрансформатором. Способ и устройство позволяют повысить производительность гидроклассификации и улучшить качество готового продукта. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к технологии разделения твердых зернистых материалов по крупности в жидкой среде и может использоваться в горнодобывающей, химической промышленности и при производстве строительных материалов.

Известен способ гидроклассификации зернистых материалов, например природных песков при очистке их от посторонних примесей и разделения их на фракции по крупности в восходящем потоке чистой воды. При этом исходную гидросмесь подают в камеру вертикально вверх в восходящий поток чистой воды, в результате чего крупные зерна под действием силы своей тяжести оседают вниз потока со скоростью, характеризующей их гидравлическую крупность, а мелкие зерна не в состоянии преодолеть скорость восходящего потока чистой воды, подхватываются этим потоком и выносятся вверх в отдельную емкость (брошюра М. И. Хрусталева "Передовой опыт обогащения песков. Аналитический обзор". Промышленность строительных материалов, 1-88, М., 1990, с. 12-18).

Недостатком известного способа является низкая производительность технологического процесса из-за использования ламинарного режима, обуславливающего использование низких скоростей движения гидросмесей.

Известен также вертикальный гидравлический классификатор, включающий приемно-разделительную камеру, соединенную с ней конусным переходом камеру классификации с кольцевым коллектором, сливной коллектор, приспособления для подвода воды, пульпы и вывода выделенных фракций, причем классификатор снабжен диафрагмой, имеющей форму усеченного конуса и закрепленной большим основанием над сливным коллектором, образующим кольцевую щель (а.с. N 825149, кл. В 03 В 5/62, опубл. 30.04.1981).

Недостатком этого гидроклассификатора является низкое качество фракционированного крупного материала из-за засоренности мелкими частицами, обусловленное параболическим характером эпюры распределения скоростей восходящего потока и выпадением в осадок мелких частиц в пристеночной зоне камеры.

Наиболее близкими аналогами к заявляемому способу и устройству по совокупности существенных признаков являются устройство гидроклассификации зернистых материалов и способ, реализуемый данным устройством, известные из а.с. N 749432, В 03 В 5/62, опубл. 23.07.1980. Устройство состоит из корпуса с приемно-разделительной и классифицирующей камерами, перфорированной обечайки, патрубка ввода исходной гидросмеси, патрубка ввода чистой воды, сообщенного с гидротрансформатором, и патрубков вывода крупной и мелкой фракций. Способ гидроклассификации зернистых материалов, реализуемый известным устройством, заключается в том, что гидросмесь разделяют на крупную и мелкую фракции по заданному граничному зерну восходящим потоком чистой воды.

Недостатками известных способа и устройства являются недостаточная точность классификации и низкая производительность.

Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение производительности процесса гидроклассификации зернистых материалов и улучшение качества фракционированного продукта.

Для решения этой задачи в известном способе гидроклассификации зернистых материалов путем разделения гидросмеси на крупную и мелкую фракции по заданному граничному зерну восходящим потоком чистой воды согласно изобретению зону взаимодействия вертикального потока чистой воды с гидросмесью размывают горизонтальными струями поперечного потока чистой воды с градиентом давления, превышающим давление восходящего потока.

Для реализации этого способа в известном устройстве гидроклассификации зернистых материалов, включающем корпус с приемно-распределительной и классифицирующей камерами, перфорированную обечайку, патрубок ввода исходной гидросмеси, патрубок ввода чистой воды, сообщенный с гидротрансформатором, патрубки вывода крупной и мелкой фракций, согласно изобретению приемно-разделительная камера образована перфорированной обечайкой и расположена в корпусе с образованием полости, соединенной дополнительным патрубком подачи чистой воды с гидротрансформатором для создания поперечного потока чистой воды в приемно-разделительной камере, а патрубок ввода чистой воды установлен с возможностью создания восходящего потока в приемно-разделительной камере.

Наличие признака "зону взаимодействия вертикального потока чистой воды с гидросмесью размывают горизонтальными струями поперечного потока чистой воды с градиентом давления, превышающим давление восходящего потока", позволяет повысить производительность способа гидроклассификации зернистых материалов. Это достигается за счет увеличения скорости протекания процесса разделения гидросмеси на крупную и мелкую фракции и ускорения вывода мелкой фракции из зоны разделения. Как известно, основным условием качественного разделения гидросмеси на фракции крупных и мелких частиц гидросмеси в восходящем потоке чистой воды является использование ламинарного режима. Однако ламинарный режим характеризуется низкими скоростями движения потоков гидросмеси и чистой воды. Для повышения эффективности процесса гидроклассификации существуют рекомендации по турбулизации потока (см. Кизевальтер Б.В. Теоретические основы гравитационных процессов обогащения.- М.: Недра, 1979, с. 88). Поэтому если на гидросмесь при подаче в камеру воздействовать снизу вверх восходящим вертикальным потоком чистой воды и одновременно с этим пронизывать со всех сторон встречными напорными струями чистой воды, то происходит активное разрыхление гидросмеси. В результате этого разрыхления крупные частицы материала под действием силы своей тяжести со скоростью гидравлической крупности выпадают в осадок, а мелкие частицы активно подхватываются восходящим потоком чистой воды и через патрубок выводятся из камеры, освобождая рабочую зону емкости для ускорения ввода в камеру поступающей исходной гидросмеси.

Наличие признака "приемно-разделительная камера образована перфорированной обечайкой и расположена в корпусе с образованием полости, соединенной дополнительным патрубком подачи чистой воды с гидротрансформатором", позволяет улучшить качество фракционированного продукта. Это достигается за счет того, что использование перфорированной обечайки, установленной коаксиально внутри корпуса, позволяет перейти от ламинарного к турбулизированному восходящему потоку, качественно изменяющему распределение скоростей в потоке. Известно, что параболическое распределение скоростей восходящего потока, в котором максимальная скорость в центральной части и минимальная на периферии в пристеночной зоне камеры, при работе в ламинарном режиме вызывает попадание мелких частиц на периферию и их примешивание во фракцию крупных частиц, ухудшая качество последних. Если же в полость между внутренней стенкой приемно-разделительной камеры и обечайкой подавать чистую воду под давлением, градиент которого выше, чем давление в восходящем потоке, то вырывающиеся через перфорацию обечайки струи чистой воды турбулизируют поток. При этом струи воды на всех высотах и поперечных сечениях не только активно разрыхляют гидросмесь, но и выравнивают скорости потока как в центральной части, так и в пристеночной зоне. Это позволяет исключить возможность попадания мелких частиц материала в пристеночную зону камеры, способствует их выносу в восходящем потоке и тем самым позволяет повысить качество осаждаемых крупных частиц разделяемого материала.

На чертеже представлен общий вид устройства гидроклассификации зернистых материалов, служащего для реализации способа.

Устройство для гидроклассификации зернистых материалов состоит из корпуса 1 с приемно-разделительной 2 и классифицирующей 3 камерами, патрубка 4 для ввода исходной гидросмеси, патрубка 5 для ввода чистой воды, соединенного с гидротрансформатором 6, соединительного патрубка 7 для подачи чистой воды с градиентом давления, превышающим давление восходящего потока, в полость между корпусом и приемно-разделительной камерой, патрубка 8 для вывода крупной фракции и патрубка 9 для вывода мелкой фракции материала. Приемно-разделительная камера образована установленной коаксиально корпусу перфорированной обечайкой 10 с отверстиями 11, просверленными по всей поверхности обечайки.

Работа устройства для осуществления способа гидроклассификации зернистых материалов осуществляется следующим образом.

Первоначально перед началом процесса гидроклассификации производят промывку устройства, для чего по патрубку 5 подают чистую воду, которая заполняет камеру классификации 3, приемно-разделительную камеру 2 и по патрубку 9 переливается в последующую гидросистему. Одновременно чистая вода подается на вход гидротрансформатора 6 и по патрубку 7 поступает в полость между корпусом 1 и обечайкой 10 и через отверстия 11 впрыскивается в приемно-разделительную камеру 2. В дальнейшем исходная гидросмесь по патрубку 4 подается в приемно- разделительную камеру 2, куда поступает и восходящий поток чистой воды по патрубку 5 и из классифицирующей камеры 3. Поскольку давление чистой воды, поступающей из гидротрансформатора 6 в полость между корпусом 1 и обечайкой 10, выше, чем напор восходящего потока в пристеночной к обечайке зоне, то изливающаяся из патрубка 4 гидросмесь подхватывается восходящим потоком чистой воды, пронизывается струями чистой воды из отверстий 11 и активно размывается. При этом крупные частицы материала, имеющие гидравлическую крупность выше, чем скорость восходящего потока, под действием силы своей тяжести осаждаются вниз в классифицирующую камеру 3 и концентрируются в патрубке 8 вывода готового продукта крупной фракции материала. Напор струй чистой воды, пронизывающих через отверстия 11 обечайки 10 изливающуюся из патрубка 4 гидросмесь, по мере удаления от обечайки 10 снижается до величины, меньшей чем величина напора восходящего потока. Таким образом в центральной части восходящего потока образуется "факел" мелких частиц материала, которые с одинаковой скоростью перемещаются вверх и изливаются в верхней части корпуса 1 в патрубок 9 вывода мелкой фракции материала.

Таким образом, размыв гидросмеси в зоне ее взаимодействия с восходящим потоком чистой воды горизонтальными струями поперечного потока чистой воды с превышающим градиентом давления за счет использования перфорированной обечайки позволяет повысить производительность гидроклассификатора при выводе мелких частиц материала и улучшить качество готового продукта в виде крупных фракций материала без примешивания к ним мелких частиц.

Формула изобретения

1. Способ гидроклассификации зернистых материалов путем разделения гидросмеси на крупную и мелкую фракции по заданному граничному зерну восходящим потоком чистой воды, отличающийся тем, что зону взаимодействия вертикального восходящего потока чистой воды с гидросмесью размывают горизонтальными струями поперечного потока чистой воды с градиентом давления, превышающим давление восходящего потока.

2. Устройство для гидроклассификации зернистых материалов, включающее корпус с приемно-разделительной и классифицирующей камерами, патрубок ввода исходной гидросмеси, патрубок ввода чистой воды, сообщенный с гидротрансформатором, патрубки вывода крупной и мелкой фракций, отличающийся тем, что приемно-разделительная камера образована перфорированной обечайкой и расположена в корпусе с образованием полости, соединенной дополнительным патрубком подачи чистой воды с гидротрансформатором для создания поперечного потока чистой воды в приемно-разделительной камере, а патрубок ввода чистой воды установлен с возможностью создания восходящего потока в приемно-разделительной камере.

РИСУНКИ

Рисунок 1