Результат интеллектуальной деятельности: ПЛАНЕТАРНЫЙ КЛАССИФИЦИРУЮЩИЙ ОБОГАТИТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ "ГРАНЬ-М"

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности, а именно к обогащению полезных ископаемых, преимущественно руд и песков благородных и драгоценных металлов.

Известны скрубберные промывочные приборы, в технологическом отношении состоящие из аппаратов для дезинтеграции, грохочения, обогащения золотоносных песков и транспортирования хвостов промывки в галечный и эфельный отвалы. В этих промывочных приборах для дезинтеграции и грохочения песков используется скруббер барабанного типа, а для транспортирования гали в отвал, иногда совместно с эфелями, используется опорно-звеньевой ленточный отвалообразователь. В технологической схеме этих приборов применяется избирательное грохочение, которое является одним из методов обогащения полезных ископаемых и позволяет на этих приборах выводить в отвальный продукт до 50% исходного материала. Основными недостатками скрубберных промывочных приборов являются их высокая удельная металлоемкость на 1 м³ промывки песков, низкая удельная производительность грохочения и обогащения песков на единицу рабочей поверхности грохота и обогатительного устройства (шлюзов, отсадочных машин), а также высокая трудоемкость и низкая механизация процесса сполоска при съеме шлюзового концентрата (Обогащение золотосодержащих песков и конгломератов. М., «Недра», 1975, 264 с. Авт.: О.В. Замятин, А.Г. Лопатин, Н.П. Санникова, А.Д. Чугунов. с. 198. Лопатин А.Г. Центробежное обогащение руд и песков. - М.: Недра, 1987. - 224 с., с. 193-196).

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является планетарный классифицирующий аппарат для обогащения избирательным грохочением и транспортирования полезных ископаемых за счет воздействия центробежного силового поля, включающий корпус, состоящий из соединенных в одно целое загрузочной воронки, скруббера в форме усеченного конуса, перекрытого внешней конической сборной трубой, выбросных улиток для вывода мелкой и крупной фракций, установленный с одной стороны на станине подшипниками шарнира Гука, а с другой стороны на вал привода маховым колесом, которое сообщает корпусу планетарно-поступательное движение по круговому конусу (а.с. СССР №114025, класс 1а, 25; 1а, 27, заявлено 26.10.1957 г.).

Недостатками известного устройства являются:

- низкая эффективность использования центробежного силового поля, возникающего при планетарно-поступательном движении аппарата, обусловленная тем, что не обеспечивается применение центробежного поля для разделения минералов по плотности;

- ограниченный диапазон управления параметрами центробежного силового поля, что обусловлено установлением в прототипе фиксированного угла наклона продольной оси корпуса аппарата к оси вала махового колеса.

Решаемая задача:

- повышение эффективности использования центробежного силового поля, возникающего при планетарно-поступательном движении аппарата, за счет использования центробежных сил для разделения минералов по плотности и для вывода концентрата полезного ископаемого;

- расширение диапазона управления параметрами центробежного силового поля, возникающего при планетарно-поступательном движении аппарата, за счет обеспечения возможности регулирования угла наклона продольной оси корпуса аппарата к оси вала махового колеса, что позволяет оптимизировать параметры разделения минералов, а также механизировать процесс сполоска концентрата полезного ископаемого.

Поставленная задача достигается тем, что известный планетарный классифицирующий аппарат для обогащения и транспортирования полезных ископаемых за счет воздействия центробежного силового поля, включающий корпус, состоящий из соединенных в одно целое загрузочной воронки, скруббера в форме усеченного конуса, перекрытого внешней конической сборной трубой, выбросных улиток для вывода мелкой и крупной фракций, установленный с одной стороны на станине подшипниками шарнира Гука, а с другой стороны на вал привода маховым колесом, которое сообщает корпусу планетарно-поступательное движение по круговому конусу, снабжен сепаратором в виде усеченного конуса с рифлями, улиткой для вывода концентрата сепаратора и оросителями, а корпус шарнирно соединен со штифтом, жестко закрепленным в пазу на спице махового колеса, с возможностью перемещения места крепления штифта по пазу, выполненным в виде дуги, каждая точка которой равноудалена от точки пересечения осей аппарата.

Из источников, ставших общедоступными, не выявлены технические решения с размещением на известном планетарном классифицирующем аппарате для обогащения и транспортирования полезных ископаемых за счет воздействия центробежного силового поля сепаратора в виде усеченного конуса с рифлями, улитки для вывода концентрата сепаратора и оросителей, где корпус шарнирно соединен со штифтом, жестко закрепленным в пазу на спице махового колеса, с возможностью перемещения места крепления штифта по пазу, выполненным в виде дуги, каждая точка которой равноудалена от точки пересечения осей аппарата.

Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию «новизна».

Анализ известных технических решений в исследуемой области позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с существенными отличительными признаками заявляемого аппарата для обогащения и транспортирования полезных ископаемых за счет воздействия центробежного силового поля, и признать заявляемое решение соответствующим критерию «изобретательский уровень».

Заявляемое изобретение соответствует критерию «промышленная применимость», так как оно может быть использовано в горной промышленности при обогащении полезных ископаемых, в том числе для разделения минеральных частиц по плотности в переменных центробежных полях при обработке золотосодержащих шлюзовых концентратов промывочных приборов и драг, а также при промывке техногенных россыпей.

На фиг. 1 изображен планетарный классифицирующий аппарат для обогащения и транспортирования полезных ископаемых, вид сбоку, на фиг. 2 - вид сверху.

Планетарный классифицирующий аппарат для обогащения и транспортирования полезных ископаемых состоит из станины 1, махового колеса 2, привода 3 махового колеса с валом 4, шарнира Гука 5, загрузочной воронки 6, скруббера 7, выполненного в виде конической трубы, перекрытой внешней конической сплошной сборной трубой 8, сепаратора 9 в виде усеченного конуса, выбросной улитки 10 для вывода крупной фракции, выбросной улитки 11 для вывода мелкой фракции, улитки 12 для вывода концентрата сепаратора.

Маховое колесо своей ступицей насажено на вал привода махового колеса и зафиксировано от проворачивания шпонкой. Вал привода махового колеса закреплен на шарикоподшипниковой опоре 13, установленной на станине.

Загрузочная воронка, скруббер, сборная труба, сепаратор, выбросные улитки для вывода крупной и мелкой фракций, улитка для вывода концентрата сепаратора жестко соединены между собой в единый корпус 14 аппарата.

К торцу широкого основания конической трубы скруббера по оси О-О₂ жестко присоединен горизонтальный вал 15 шарнира Гука с выступом 16 в его центре по оси О-О₂. С двух сторон горизонтального вала по оси О₄-О₅ выполнены цапфы 17 с подшипниками 18. С цапфами шарнирно соединен вертикальный вал 19 шарнира Гука. Вертикальный вал укреплен в подшипниках 20 на станине.

Такая конструкция крепления корпуса к станине (по принципу шарнира Гука) допускает колебательные движения корпуса с незначительной амплитудой относительно горизонтальной О₄-О₅ и вертикальной О-О₃ осей шарнира Гука. Однако полностью исключает возможность вращения корпуса вокруг своей продольной оси О-О₂.

К торцу выбросной улитки для вывода крупной фракции по оси О-О₂ жестко закреплена обойма 21 с подшипником 22. В подшипник плотно входит штифт 23, который имеет возможность перемещаться вдоль спицы 24 махового колеса в пазу 25 для регулирования угла наклона продольной оси О-О₂ корпуса к оси О-О₁ вала привода махового колеса. После установки оптимального угла наклона штифт прочно закрепляется на спице махового колеса. Паз на спице выполнен в виде дуги относительно точки О с одинаковым до нее расстоянием от всех точек дуги. Точка О является точкой пересечения осей О-О₁, О-О₂, вертикальной О-О₃ и горизонтальной О₄-О₅ осей шарнира Гука.

Корпус аппарата, посредством штифта шарнирно соединенный с маховым колесом, получает от махового колеса планетарно-поступательное движение по круговому конусу с вершиной в точке О. При этом ось О-О₂ будет являться образующей кругового конуса, а ось О-О₁ - осью кругового конуса.

Узкая часть конической трубы скруббера жестко соединена с внутренней трубой 26, по которой крупная (надрешетная) фракция поступает в выбросную улитку для вывода крупной фракции, где через окно 27 выводится в заданном направлении. При этом внутренняя труба и выбросная улитка для вывода крупной фракции жестко соединены. Перфорированный участок (грохот) 28 скруббера перекрыт внешней конической сплошной сборной трубой, служащей для сбора и транспортирования мелкой (подрешетной) фракции в сепаратор, размещенный за скруббером. Внутренняя поверхность сепаратора имеет рифли 29. Малое основание усеченного конуса сепаратора жестко соединено с выбросной улиткой для вывода мелкой фракции после сепарации через окно 30 в специальный лоток. Большое основание усеченного конуса сепаратора жестко соединено с улиткой для вывода концентрата сепаратора во время его сполоска через окно 31.

К выступу горизонтального вала шарнира Гука закреплен водовод 32 и оросительная труба 33 для обеспечения процессов дезинтеграции и грохочения исходного материала технологической водой. Технологическая вода для обогащения материала в сепараторе поступает в требуемом соотношении вместе с мелкой (подрешетной) фракцией обогащаемого материала.

Для сполоска сепаратора технологическая вода поступает через трубу 34, закрепленную на корпусе аппарата, и далее попадает в перфорированную трубу 35, перекрывающую по всей окружности участок внутренней трубы на длину, равную длине нарифленной части сепаратора. Отверстия 36 расположены по всему периметру и всей поверхности перфорированной трубы.

Планетарный классифицирующий аппарат для обогащения и транспортирования полезных ископаемых работает следующим образом.

От привода 3 маховому колесу 2 сообщается вращение вокруг оси O-O₁ вала 4 привода. При вращении маховое колесо увлекает за собой корпус 14 аппарата и придает ему планетарно-поступательное движение. Благодаря соединению корпуса аппарата одним концом со станиной 1 по принципу шарнира Гука, а другим концом с маховым колесом 2 посредством штифта 23 и подшипника 22 корпус движется таким образом, что ось О-О₂ описывает в пространстве круговой конус вращения с вершиной в точке О и с осью кругового конуса О-О₁. При этом соединение корпуса со станиной посредством шарнира Гука не дает ему вращаться вокруг собственной оси О-О₂. Поэтому при движении корпуса по траектории кругового конуса зево загрузочной воронки 6 всегда направлено вверх, имея лишь незначительные колебания относительно горизонтальной О₄-О₅ и вертикальной О-О₃ осей шарнира Гука. При этом окна 27, 30 и 31 соответственно выбросной улитки 10 для вывода крупной фракции, выбросной улитки 11 для вывода мелкой фракции, улитки 12 для вывода концентрата сепаратора будут направлены в одну, наперед заданную, сторону, что дает возможность выводить материалы и концентрат из корпуса устройства с транспортированием их в заданном направлении, например, в специальные лотки.

Исходный материал, например шлюзовые концентраты золотороссыпного месторождения или золотосодержащие пески, через загрузочную воронку 6 поступает в скруббер 7. Одновременно через водовод 32 и оросительную трубу 33 подают технологическую воду для дезинтеграции и грохочения исходного материала.

В скруббере на исходный материал действуют сложные силовые поля, образованные в результате планетарно-поступательного движения корпуса аппарата.

Под действием центробежного силового поля исходный материал перемещается по окружности внутренней поверхности скруббера. При этом, за счет прецессионного движения оси О-О₂ корпуса аппарата по круговому конусу и связанных с этим изменений направлений силовых полей, перемещение исходного материала по окружности внутренней поверхности скруббера происходит в виде вала перекатыванием, что способствует эффективности дезинтеграции и грохочения.

Под действием продольной составляющей центробежной силы происходит поступательное движение материала по всей внутренней поверхности скруббера вдоль его оси, что повышает производительность скруббера и качество грохочения.

Конструкция крепления корпуса 14 к станине посредством шарнира Гука создает при планетарно-поступательном движении аппарата по круговому конусу также и продольные возвратно-поступательные колебательные движения корпуса, а значит скруббера и сепаратора, с незначительной амплитудой колебания относительно горизонтальной и вертикальной осей шарнира Гука. Фактор подвижности сеющей поверхности и глухого става скруббера и воздействия этих возвратно-поступательных колебательных движений на исходный материал интенсифицирует процессы его дезинтеграции и грохочения.

Комплексное воздействие на исходный материал в скруббере технологической воды под давлением и вышеуказанных сложных силовых полей позволяет обеспечить эффективность и высокую производительность процессов дезинтеграции и грохочения исходного материала в предлагаемом устройстве.

Мелкая фракция с полезным ископаемым и технологической водой в требуемом соотношении через перфорацию грохота 28 поступает в сплошную сборную трубу 8 и из нее под действием продольной составляющей центробежной силы перемещается в сепаратор 9. Планетарно-поступательное движение сепаратора, создающее знакопеременные нагрузки на пульпу, способствует лучшему разделению минералов и концентрации тяжелых минералов. Прецессионное движение оси О-О₂ корпуса аппарата, воздействуя на поступившую в сепаратор пульпу, создает внутри сепаратора волну, перемещающуюся по кругу в виде сплюснутого вала суспензии, что позволяет повысить эффективность извлечения полезного ископаемого мелких фракций в концентрат. Зерна полезного ископаемого проседают в постель рифлей 29 сепаратора 9 и концентрируются в них. Возвратно-поступательные колебательные движения сепаратора вдоль его оси с незначительной амплитудой препятствуют запрессовке постели рифлей, что благоприятно сказывается на разделении зерен по плотности. Хвосты материала после сепарации поступают в выбросную улитку 11 для вывода мелкой фракции и выводятся через окно 30 в специальный лоток.

Необходимо отметить, что при работе предлагаемого изобретения в режиме обогащения продольная составляющая центробежной силы, возникающая при планетарно-поступательном движении корпуса аппарата, направлена от загрузочной воронки в сторону выбросных улиток для вывода крупной и мелкой фракций при условии, что угол β (угол между осью штифта О-О₂, являющейся образующей кругового конуса, и осью вала привода О-О₁, являющейся осью кругового конуса с вершиной в точке О) больше углов конусности α (уклоны конусов) скруббера 7 и сборной трубы 8, а также угла конусности γ (уклона конуса) сепаратора 9.

В данном изобретении при работе аппарата в режиме обогащения угол β устанавливается со значением, большим, чем углы α и γ.

На фиг. 1 стрелками указано направление перемещения исходного материала при работе аппарата в режиме обогащения.

Для сполоска сепаратора вращение махового колеса прекращают, а штифт 23 перемещают в пазу 25 вдоль спицы 24 и устанавливают в положение, когда угол β станет меньше угла конусности у сепаратора 9. После закрепления штифта включают привод махового колеса, который придает корпусу с сепаратором планетарно-поступательное движение. При значении угла β меньше угла γ вектор продольной составляющей центробежной силы, возникающей при планетарно-поступательном движении корпуса, будет направлен в сторону большего основания усеченного конуса сепаратора к улитке 12 для вывода концентрата сепаратора. В трубу 34 подают под напором воду, которая через отверстия 36 в перфорированной трубе 35 омывает всю улавливающую поверхность сепаратора, где находятся рифли. Концентрат полезного ископаемого вымывается из рифлей сепаратора водой и под действием продольной составляющей центробежной силы поступает в улитку 12 для вывода концентрата сепаратора, где через окно 31 поступает в лоток и по нему в специальный контейнер для сбора концентрата с полезным ископаемым.

На фиг. 2 стрелками указано направление перемещения концентрата полезного ископаемого, уловленного сепаратором, при работе аппарата в режиме сполоска.

После завершения сполоска прекращают вращение махового колеса и подачу воды в перфорированную трубу. Перемещением штифта вдоль спицы махового колеса устанавливают угол β в режим обогащения, то есть угол β устанавливается со значением, большим, чем углы α и γ. Затем закрепляют штифт, через водовод 32 и оросительную трубу 33 подают технологическую воду для дезинтеграции и грохочения исходного материала, от привода 3 сообщают маховому колесу 2 вращение вокруг оси O-O₁ вала 4 привода. Аппарат готов к работе в режиме обогащения.

Предлагаемое изобретение позволяет:

- повысить эффективность использования центробежного силового поля, возникающего при планетарно-поступательном движении аппарата, за счет обеспечения применения центробежного поля для разделения минералов по плотности в планетарном сепараторе, а также путем использования продольной составляющей центробежной силы для вывода концентрата полезного ископаемого;

- расширить диапазон управления параметрами центробежного силового поля, возникающего при планетарно-поступательном движении корпуса аппарата, за счет придания возможности регулирования угла наклона продольной оси корпуса аппарата к оси вала махового колеса, повысить эффективность разделения и концентрации зернистых материалов по их плотности в центробежных полях.

Процесс сполоска сепаратора при съеме концентрата полезного ископаемого упрощается и производится автоматизировано с минимальными затратами времени, что делает возможным увеличивать частоту сполоска и способствует повышению эффективности эксплуатации предлагаемого аппарата. Хвосты сепарации (мелкая фракция) можно направлять на дополнительную стадию обогащения и контролировать работу сепаратора по эффективности извлечения полезного ископаемого.