Результат интеллектуальной деятельности: Концентратор тяжелых минералов из сыпучего материала

Изобретение относится к горнообогатительной технике и может быть использовано для извлечения драгоценных металлов и редких элементов, предпочтительно тонкого золота, при переработке некоторых отходов промышленного производства (таких, как хвосты обогащения, илоотстойники, частично породы вскрыши, горнотехнические сооружения, барьерные и заградительные целики, золошлаковые отходы, полученные при сжигании бурых углей на ТЭС и котельных, отвалы полиметаллических горно-обогатительных комбинатов).

Известно устройство для обогащения сыпучего материала с постоянным разрыхлением концентрата тяжелых металлов, выполненное как шлюз, содержащий трафарет и коврики, выполненный вибрационным, с возможностью воздействия на пульпу вибрацией снизу (см. Шохин В.Н., Лопатин А.Г. Гравитационные методы обогащения.-М.: Недра, 1993, с. 221, 228).

Недостатком является, во-первых, быстрое разрушение всего шлюза из-за его вибраций, во-вторых, значительные энергетические затраты на вибрацию, так как вместе со всей конструкцией шлюза вертикальной вибрации подвергается не только концентрат, но и вся движущаяся по нему пульпа, вес которой достигает нескольких тонн, а за сутки средний объем пульпы при гидроэлеваторном способе ее подачи на шлюз составляет около 2000 т. Кроме того, обеспечивается удовлетворительное разрыхление лишь среднего и верхнего слоев концентрата, которые накапливаются между поперечными пластинами трафаретов. В то же время нижний слой, который накапливается в ячейках ковриков, где и концентрируется основная масса полезных минералов, разрыхляется весьма незначительно, причем только в самой верхней его части. Более того, при высоком содержании в обогащаемых "песках" черного шлиха, то есть наиболее тяжелых рудных минералов и тем более частиц железа и других тяжелых металлов этот материал, быстро заполняя ячейки ковриков, уплотняется, утрамбовывается благодаря именно таким вибрациям всего коврика, препятствуя проникновению на дно ячеек мельчайшего золота и других ценных тяжелых частиц. В результате снос всех последних в хвосты обогащения после заполнения ячеек черным шлихом продолжается, то есть извлечение мельчайших частиц полезных минералов остается весьма низким.

Известен также концентратор тяжелых минералов из сыпучего материала, включающий снабженный средством подвода пульпы шлюз, на дне желоба которого размещен многослойный улавливающий коврик, выполненный из эластичного материала, приспособление для генерации и индукционной передачи вертикальных колебаний, содержащее генератор электромагнитных волн и размещенные в нижнем слое коврика их приемники, и приспособление для создания продольных колебаний в объеме пульпы, заполняющей шлюз, при этом кромка желоба со стороны его приемного конца расположена выше кромки его сливного конца (см. RU № 2095147, МПК B03B5/70, 1997).

Недостаток этого решения - конструктивная сложность устройства (в шлюзе, кроме коврика с ячеистым слоем, установлены трафареты глубокого и мелкого наполнения, поперечные пластины которых выполнены поворотными и через кривошипно-шатунный механизм связаны с двигателем), которая снижает наработку устройства на отказ и прямой проход потока пульпы (тонким слоем) к сливной кромке желоба, который повышает вынос тонкого плавучего золота с потоком пульпы, что снижает эффективность его улавливания.

Задачей, на решение которой предлагается техническое решение, является повышение эффективности улавливания тонкого плавучего золота и упрощение конструкции концентратора.

Технический результат проявляется как наличие в конструкции многослойного улавливающего коврика, выполненного из эластичного материала элементов, обеспечивающих его работу одновременно, и как трафаретов глубокого и мелкого наполнения, кроме того, исключен прямой проход потока пульпы к сливной кромке желоба, что снижает вынос тонкого плавучего золота с потоком пульпы.

Для решения поставленной задачи концентратор тяжелых минералов из сыпучего материала, включающий снабженный средством подвода пульпы шлюз, на дне желоба которого размещен многослойный улавливающий коврик, выполненный из эластичного материала, приспособление для генерации и индукционной передачи вертикальных колебаний, содержащее генератор и размещенные в нижнем слое коврика приемники электромагнитных волн, и приспособление для создания продольных колебаний в объеме пульпы, заполняющей шлюз, при этом кромка желоба со стороны его приемного конца расположена выше кромки его сливного конца, отличается тем, что верхний слой улавливающего коврика выполнен в виде параллельных поперечных выступов, как трафареты глубокого наполнения, при этом приспособление для создания продольных колебаний в объеме пульпы, заполняющей шлюз, содержит рамки, параллельные дну желоба шлюза, установленные с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно него с неодинаковой скоростью, причем рамки содержат оконтуривающий элемент, прямоугольный в плане, и поперечные элементы, кроме того, нижняя рамка оперта своими продольными элементами на продольные выступы, зафиксированные на дне желоба шлюза, и размещена с возможностью зацепления, при движении ее поперечных элементов за параллельные поперечные выступы верхнего слоя улавливающего коврика, а верхняя рамка оперта с возможностью скольжения на продольные элементы нижней рамки, причем приводы движения рамок выполнены как кривошипно-шатунные механизмы с двигателем, причем перед кромкой сливного конца желоба установлена поперечная перегородка, высота которой меньше уровня верхней кромки обращенного к ней конца верхней рамки, но выше уровня аналогичной кромки нижней рамки. Кроме того, сечение поперечных элементов нижней рамки имеет форму сегментов, размещенных выпуклостью вверх. Кроме того, поперечным элементам верхней рамки в плане приданы формы лент, деформированных в виде параллельных синусоид.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию "новизна".

При этом признаки отличительной части формулы изобретения обеспечивают решение задачи изобретения, а каждый из них решает соответствующие функциональные задачи:

Признак «…верхний слой улавливающего коврика выполнен в виде параллельных поперечных выступов, как трафареты глубокого наполнения…» позволяет ввести в конструкцию коврика элементы, работающие, как трафареты, повышающие «загрузку» коврика.

Признаки «…приспособление для создания продольных колебаний в объеме пульпы, заполняющей шлюз, содержит рамки, параллельные дну желоба шлюза, установленные, с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно него…» обеспечивают «ворошение» эластичных параллельных поперечных выступов улавливающего коврика и организацию «хаотичных, повторяющихся» (неламинарных) потоков воды в желобе шлюза, исключающих прямой проход потока пульпы и соответственно тонкого, плавучего золота и металлов золотоплатиновой группы, к сливной кромке желоба.

Признак указывающий, что рамки установлены с возможностью перемещения «с неодинаковой скоростью» относительно дна желоба шлюза, способствует повышению хаотичности движения потоков воды в желобе шлюза.

Признаки «…рамки содержат оконтуривающий элемент прямоугольный в плане и поперечные элементы…» обеспечивают возможность точного соответствия ширины рамок и ширины желоба и позволяют уменьшить длину хода кривошипно-шатунного механизма достаточного для ворошения всех трафаретов и формирования нескольких подобных друг другу зон «хаотичных» потоков воды в желобе шлюза.

Признаки «…нижняя рамка оперта своими продольными элементами на продольные выступы, зафиксированные на дне желоба шлюза, и размещена с возможностью зацепления при движении ее поперечных элементов за параллельные поперечные выступы верхнего слоя улавливающего коврика…» обеспечивают продольное скольжение нижней рамки по желобу и возможность ее взаимодействия с трафаретами с их ворошением.

Признак «…верхняя рамка оперта с возможностью скольжения на продольные элементы нижней рамки…» обеспечивает продольное скольжение верхней рамки по нижней и возможность придания рамкам отличающихся скоростей движения.

Признак «…приводы движения рамок выполнены как кривошипно-шатунные механизмы с двигателем…» обеспечивает возможность возвратно-поступательного движения рамок в желобе шлюза.

Признаки «…перед кромкой сливного конца желоба установлена поперечная перегородка, высота которой меньше уровня верхней кромки обращенного к ней конца верней рамки, но выше уровня аналогичной кромки нижней рамки…» исключают прямой проход потока пульпы к сливной кромке желоба (поступающие потоки пульпы оказываются вводимыми в слой пульпы, толщина которого существенно больше толщины поступающих потоков).

Признаки, указывающие, что «сечение поперечных элементов нижней рамки имеет форму сегментов, размещенных выпуклостью вверх» позволяют максимально понизить линию их контакта с трафаретами и способствуют повышению «размывающей» силы воздействующей на полость между трафаретами.

Признаки, указывающие, что «поперечным элементам верхней рамки в плане приданы формы лент, деформированных в виде параллельных синусоид» способствуют организации «хаотичных») потоков воды в желобе шлюза.

На фиг. 1 представлен продольный разрез шлюза для разделения минералов пульпы по их плотностям при обогащении россыпей золота, платины и других тяжелых ценных частиц; на фиг.2 - строение улавливающего ячеистого коврика с приемниками электромагнитных волн.

Устройство состоит из шлюза, выполненного в виде желоба 1, кромка которого со стороны его приемного конца 2 расположена выше кромки его сливного конца 3. На дне желоба 1 размещен многослойный улавливающий коврик 4, выполненный из эластичного материала (например, резины), верхний слой которого выполнен, как комплект трафаретов глубокого наполнения, в виде параллельных поперечных выступов 5, а поверхность между ними выполнена с ячейками. Генераторы электромагнитных волн 6 размещены под дном желоба 1, а приемники этих волн 7 (постоянные магниты, являющиеся как приемниками электромагнитных волн, так и их ретранслятором далее вверх, в нижний слой концентрата) размещены в эластичном слое улавливающего коврика 4, под его верхним слоем. Приспособление для создания продольных колебаний в объеме пульпы, заполняющей шлюз, содержит рамки 8 и 9, выполненные из нержавеющей стали, параллельные дну желоба 1 шлюза, установленные с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно него с неодинаковой скоростью. Каждая рамка 8 и 9 содержит оконтуривающий элемент, прямоугольный в плане и поперечные элементы 10 и 11. Нижняя рамка 8 оперта своими продольными элементами 12 на продольные выступы 13, зафиксированные на дне желоба 1 шлюза и размещена с возможностью зацепления, при движении, ее поперечных элементов 10 за параллельные поперечные выступы 5 верхнего слоя улавливающего коврика 4, а верхняя рамка 9 оперта с возможностью скольжения на продольные элементы нижней рамки 8. Кроме того, сечение поперечных элементов 10 нижней рамки 8 имеет форму сегментов, размещенных выпуклостью вверх. Кроме того, поперечным элементам 11 верхней рамки 9 в плане приданы формы лент, деформированных в виде параллельных синусоид. Приводы движения рамок 8 и 9 выполнены как кривошипно-шатунные механизмы 14 (по одному на каждую из них) с двигателем 15, например, водяным. Перед кромкой сливного конца 3 желоба 1 установлена поперечная перегородка 16, высота которой меньше уровня верхней кромки обращенного к ней конца верней рамки 9, но выше уровня аналогичной кромки нижней рамки 8. Кроме того, показан канал 17 для подвода пульпы, размещенный в головке шлюза (у приемного конца 2 желоба 1) и снабженный соответствующим регулирующим клапаном (не показан).

Устройство работает следующим образом.

Предварительно готовят пульпу, используя золошлаковые отходы, полученные при сжигании бурых углей на ТЭС и котельных, предварительно измельченные до фракции -1 мм, которые смешивают с водой, при соотношении твердого к жидкому в пределах от 1/10 до 1/15. Подготовленную пульпу насосом (не показан), подают в головку желоба 1 шлюза и она самотеком перемещается по его улавливающему коврику 4. Тяжелые минералы опускаются в нижние слои пульпы и осаждаются в виде концентрата между поперечными выступами 5 улавливающего коврика 4. Этот концентрат условно можно разделить на следующие три слоя: верхний между верхней частью параллельных поперечных выступов 5, средний между их средней частью и нижний в ячейках коврика 4. Возвратно-поступательные колебания рамок 8 и 9 (нижняя – непосредственным контактированием с выступами 5 (являющимися упругими), а верхняя - гидродинамически) разрыхляют два верхних слоя концентрата, благодаря чему золото и другие ценные минералы с плотностью, превышающей среднюю плотность концентрата, проседают сквозь них до нижнего слоя. И пока ячейки ковриков еще не заполнены уплотняющимся черным шлихом, то есть наиболее тяжелыми частицами концентрата, они проседают до дня ячеек. Но по мере уплотнения черного шлиха в ячейках (а этот процесс начинается через 1-2 ч после начала пропуска пульпы по шлюзу), ценные минералы обычно прекращают свое движение вниз, задерживаются на поверхности ячеек, начинают постепенно увлекаться средним слоем концентрата и сносятся в хвосты промывки. В данной ситуации начинает срабатывать эффект электромагнитного способа возбуждения вибраций черного шлиха в ячейках коврика. Этот шлих, получая импульсы электромагнитных волн, направленных вверх и усиленных приемниками 7, подвергается дифференцированным толчкам. Чем выше магнитная восприимчивость минерала, тем более сильный толчок вверх он получает. В то же время немагнитные минералы, включая и золото, на электромагнитные волны не реагируют и поэтому продолжают равномерно проседать вниз до дна ячеек сквозь вибрирующую, разрыхляемую электромагнитными вибрациями среду ферромагнитных минералов. При этом даже самые сильные силовые электромагнитные импульсы, направленные снизу вверх сквозь дно шлюза, выталкивая из ячеек в зону транзита каменного материала ненужные ферромагнитные минералы, не оказывают выталкивающего воздействия на немагнитное золото и другие ценные минералы. В результате даже мельчайшие их частицы беспрепятственно опускаются сквозь черный шлих на дно ячеек и здесь надежно консервируются под слоем этого шлиха, изолируясь от любых восходящих вихрей, возникающих в пульпе. Таким образом, полностью предотвращается снос проникших в ячейки даже самых мелких частиц ценных минералов, то есть эффективность процесса обогащения прежде всего самых мелких гранулометрических классов ценных минералов резко возрастает.

Движение рамок 8 и 9 над трафаретами челночное, колебательное, с различной частотой, при этом движение потоков пульпы, генерируемое верхней рамкой 9, не является ламинарным, а формируется как вихревое из-за того, что фронт потока пульпы, формируемый поперечными элементами 11, не прямолинейный, а синусоидальный, в соответствии с их формой, что способствует вихреобразованию. Кроме того, на каждом изгибе возникает центростремительное ускорение, которое разделяет частицы по их плотности, перемещая более тяжелые к центрам вращения, а более легкие, отгоняя от этих центров. При этом на каждом повороте извилистого канала концентрируются не только самые мелкие классы тяжелых минералов, но и, что особенно важно, их сравнительно крупные, но уплощенные, пластинчатые частицы, которые обычно неминуемо сносятся в хвосты обогащения. Дополнительно, при взаимодействии потоков пульпы формируемых верхней рамкой 9, с округлой поверхностью поперечных пластин 10 нижней рамки 8, формируются потоки пульпы, направленные вниз, в промежутки между трафаретами, что способствует вымыванию фракций, более легких, чем золото.

Приемники электромагнитных волн 7 принимают субвертикальные силовые импульсы от генераторов 6, усиливают их, выполняя две функции: во-первых их собственные вибрации через несжимаемую водяную прослойку между двумя слоями ковриков передаются на донные части ячеек верхнего слоя механически, в результате чего центральная часть каждого донышка ритмично выгибается то вверх, то вниз, разрыхляя нижнюю часть концентрата в ячейках, и, во-вторых, магниты ретранслируют электромагнитные волны, эммитируемые генераторами, на ферромагнитные минералы в ячейках ковриков, принуждая их также совершать упорядоченные ритмичные перемещения в субвертикальной плоскости, раздвигая зерна немагнитных минералов, то есть эффективно разрыхляя и перемешивая черный шлих. Причем интенсивность этого разрыхления нарастает сверху вниз, что компенсирует нарастание тиксотропных связей между зернами шлиха. Вертикальные ребра ячеек при этом остаются неподвижными, то есть исключаются ненужные энергетические затраты на их вибрацию. Бинарное действие электромагнитных волн обеспечивает проявление выталкивающей силы (по закону Архимеда), которая выводит из ячеек вверх сначала легкие породообразующие минералы, а затем и более тяжелые частицы черного шлиха. Таким образом, в ячейках освобождается пространство для накопления золота и других ценных минералов любой самой мелкой размерности, прежде всего в самой нижней части ячеек. Поэтому заполнение ими ячеек происходит упорядоченно, что существенно усиливает эффект обогащения.