Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ ЧАСТИЦ ПО ПЛОТНОСТИ

Изобретение относится к области разделения твердых частиц по плотности и может быть использовано в горнодобывающей, обогатительной, химической и других областях промышленности, в частности, для эффективного отделения пустой породы, ценных минералов и металлов из рудного минерального сырья.

Известен способ для разделения твердых материалов по плотности в тяжелых средах (суспензиях различных утяжелителей или растворах тяжелых металлов), включающий подачу частиц разной плотности в тяжелую среду, расслоение смеси на легкую и тяжелую фракции, вывод их из объема тяжелой среды и промывку (Справочник по обогащению руд, т.2, ч. 1, 2. - М.: Недра, 1974 г.).

Известен также способ разделения частиц разной плотности с помощью ферромагнитной жидкости в магнитном поле, включающий подачу материала в объем ферромагнитной жидкости (коллоида магнетита), воздействие на нее неоднородным магнитным полем, расслаивание частиц по глубине рабочего объема ферроколлоида и вывод их из объема разделительной среды с разгрузкой в приемники продуктов сепарации (См. патент №2144432, опубл. 20.01.2000 г.).

Недостатком этого способа является большой расход ферромагнитной жидкости, что резко ограничивает производительность сепарации и снижает эффективность практического применения способа из-за низких экономических показателей и экологических проблем, связанных с высокой токсичностью и испаряемостью феррожидкости.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ разделения частиц разной плотности с помощью тяжелой разделительной жидкости в центробежном поле, включающий подачу смеси частиц разной плотности в разделительную среду, последующее расслоение частиц по глубине рабочего слоя среды и вывод их из ее объема, предварительное покрытие водой свободной поверхности разделительной жидкости, дробление или измельчение перед сепарацией разделяемых частиц (см. патент №2438787, МПК⁹ В03В 5/30, опубл. 10.01.2012 г.).

Недостатком этого способа является низкая производительность процесса при разделении крупнозернистого материала и техническая сложность организации непрерывной разгрузки тяжелой фракции. Эти факторы существенно ограничивают область практического применения способа из-за низких экономических показателей, что является немаловажным при большом выходе тяжелой фракции и больших нагрузках по исходному питанию.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение производительности сепарации и улучшение экономических и экологических показателей процесса.

Решение технической задачи достигается тем, что в способе разделения частиц по плотности, включающим подачу смеси частиц разной плотности в разделительную среду, последующее расслоение частиц по глубине рабочего слоя среды и вывод их из ее объема, предварительное покрытие водой свободную поверхность разделительной жидкости, дробление или измельчение перед сепарацией разделяемых частиц, согласно изобретению в качестве разделительной среды используют квазиутяжеленные магнитным полем ферромагнитные коллоиды, покрытые слоем немагнитной жидкости, например водой, слабо растворяющие ферромагнитные коллоиды, при этом процесс осуществляют в ферромагнитном коллоиде с физической плотностью 0,96 г/см², намагниченностью насыщения 18 кА/м и тока в катушках 3,5-8,5 А.

Данное техническое решение позволит повысить производительность сепарации и эффективность извлечения необходимых компонентов из разделяемого сырья, что в целом улучшит технико-экономические показатели процесса

Сущность способа поясняется таблицей результатов разделения двухкомпонентных минеральных смесей.

В заявленном способе разделение минералов происходит вначале на границе раздела ферромагнитной и немагнитной жидкостей, например воды, а затем в объеме ферромагнитной жидкости. Разделяемые частицы при подаче в рабочую зону окружены гидратной оболочкой, что делает их гидрофобными по отношению к ферромагнитной жидкости. В таких условиях, попадая в рабочую зону относительно мелкие частицы одинаковой крупности, независимо от плотности располагаются вдоль границы раздела двух жидкостей. Это обусловлено действием гравитационных и магнитных выталкивающих сил в условиях неоднородного магнитного поля, а также сил натяжения со стороны воды и ферромагнитной жидкости, удерживающих частицы в этой зоне на одном уровне. Под действием гравитационной силы тяжелые частицы, преодолевая силу натяжения ферромагнитной жидкости, проваливаются сквозь границу раздела жидкостей и опускаются на дно разделительной камеры. В балансе сил, уравновешивающих частицы на уровне границы раздела жидкостей, переменной является сила магнитного выталкивания частиц из объема ферромагнитной жидкости. Следовательно, напряженностью магнитного поля можно регулировать величину результирующей силы, действующей на частицы, то есть задавать режим выделения частиц нужной плотности. С уменьшением величины напряженности и градиента напряженности магнитного поля в объеме ферромагнитного коллоида последовательно выделяются частицы, начиная с самых тяжелых. Граничной плотностью частиц, выделяемых в тяжелую фракцию, является так называемая эффективная плотность ферромагнитной среды. Более крупные частицы, обладая большей массой, сразу проваливаются через граничный слой воды и феррожидкости, затем погружаются в объеме квазиутяжеленной раздел пчельной среды до уровня, соответствующего их плотности. Разделенные таким образом частицы отсекаются делительной перегородкой и направляются в разгрузочные устройства и соответствующие приемники.

Способ разделения частиц по плотности осуществляли следующим образом.

Для разделения частиц использовали серийный лабораторный феррогидростатический сепаратор ФГС-1 с модернезированной сепарационной камерой. В качестве разделительной среды использовали коллоид магнетита в керосине, стабилизированный олеатом натрия. Физическая плотность ферроколлоида 0,96 г/см³, намагниченность насыщения 18 кА/м. Сепарационную камеру заполняли водой и магнитной жидкостью, которая под действием магнитного поля заполняла межполюсное пространство в виде рабочего слоя 300×130×75 мм, окруженного с четырех сторон водой. Материал подавали вибролотком в воду над слоем феррожидкости

Для разделения использовали смеси минералов: доломита (плотность - 2,9 г/см³), пирита (4,8 г/см³) и галенита (7,5 г/см³). Минеральные смеси предварительно дробили на валках до крупности 5-8 мм. Первую серию регулировочных опытов проводили на смеси доломита и пирита. Отобрав из приготовленной вышеописанным способом смеси навеску массой 1,0 кг, осторожно подавали материал вибролотком на поверхность раздела магнитной жидкости и воды в начало рабочего слоя с нагрузкой в пределах 6-8 кг/ч и током в катушках в пределах 3,5-8,5 А.

Затем разгружали приемники продуктов сепарации и визуально анализировали состав тяжелой и легкой фракций. После этого снова повторяли опыты 2-3 раза, увеличивая ток в катушках электромагнита. Аналогично проводили опыты по разделению смеси пирита и галенита. Результаты экспериментов представлены ниже.

Результаты разделения двухкомпонентных минеральных смесей показаны в таблице, из которой видно, что максимальная величина критерия разделения соответствует оптимальному соотношению засорения тяжелых фракций и извлечения в них тяжелых минералов. По этому критерию выбирали силу тока в катушках сепаратора, который обеспечивает наиболее высокие показатели разделения.

Как видно из результатов, эффективность разделения искусственных смесей, имитирующих рудное сырье достаточно высока. Немаловажным результатом этих опытов является весьма незначительный расход ферромагнитной жидкости, составляющий не более 400 г/т разделяемого сырья (0,4%). Это вполне приемлемая величина для практики обогатительных фабрик.

Использование предлагаемого способа позволит по сравнению с прототипом повысить производительность сепарации и улучшить технико-экономические показатели процесса.