способ обогащения россыпей постоянным разрыхлением концентрата тяжелых минералов и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ обогащения россыпей постоянным разрыхлением концентрата тяжелых минералов, включающий пропускание пульпы через шлюз, воздействие на пульпу и концентрат вибрацией снизу, разделение материала на тяжелую и легкую фракции, вывод полученных фракций, отличающийся тем, что для образования центростремительного ускорения потоку пульпы и концентрата придают извилистую траекторию движения.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для дополнительного разрыхления концентрата из потока пульпы выделяют отработанную воду и направляют ее на повторное использование, подавая ее в шлюз с пульпой.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что применен индукционный способ передачи колебаний и преобразования электромагнитных волн в механические вибрации концентрата в ячейках улавливающего покрытия с избирательным выталкиванием из них ненужных тяжелых частиц и консервацией полезных.

4. Устройство для обогащения россыпей постоянным разрыхлением концентрата тяжелых минералов, включающее шлюз с трафаретами, улавливающим ковриком с ячеистым слоем и приспособлением для создания вибраций, отличающееся тем, что трафареты выполнены в виде трафарет глубокого и мелкого наполнения, коврик выполнен многослойным, а приспособление для создания вибраций выполнено из генератора и размещенных в эластичном слое коврика приемников электромагнитных волн.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что продольные пластины трафарета глубокого наполнения установлены под переменными углами, а продольные пластины трафарета мелкого наполнения выполнены криволинейными.

6. Устройство по пп. 4 и 5, отличающееся тем, что поперечные пластины трафаретов выполнены подвижными путем подвижного соединения между собой и через кривошипно-шатунный механизм с двигателем.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горнообогатительной технике и может быть использовано в геологоразведочных работах, добыче драгоценных металлов и редких элементов для их утилизации при переработке некоторых отходов промышленного производства и при попутном обогащении разных месторождений, содержащих лишь примеси тяжелых металлов и минералов с плотностью более 2,8-3,0 г/куб.см.

Известны способы обогащения россыпей путем пропускания пульпы через шлюз с осаждением тяжелых минералов на его улавливающих покрытиях [1] Однако в этих способах данные покрытия неподвижны, ввиду чего осаждаемый концентрат в результате развития тиксотропии быстро уплотняется, их ячейки заэфеливаются, вследствие чего уже через 1,5-2 ч пропуска пульпы по шлюзу начинается интенсивный снос сальтацией и волочением мелких и мельчайших зерен ценных тяжелых частиц в хвосты обогащения.

Для предотвращения процесса уплотнения концентрата предлагалось разрыхлять его верхний слой принудительно путем горизонтальных колебаний пластин трафаретов [2] Но при этом средний и нижний слои концентрата не разрыхляются и продолжают уплотняться, в результате чего хотя снос в хвосты обогащения мелких частиц несколько уменьшается, но самые мельчайшие частицы полезных минералов продолжают сноситься в хвосты промывки почти полностью.

Наиболее близким аналогом (прототипом) заявляемого способа разрыхления и устройства для его реализации является шлюз, содержащий трафарет и коврики, при этом шлюз выполнен вибрационным, что позволяет воздействовать на пульпу вибрацией снизу [3]

Недостатком такого способа 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. В-третьих, такой способ обеспечивает 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.

Основной задачей изобретения является достижение более полного извлечения из россыпей в первую очередь мельчайших частиц полезных компонентов размером в основном от 0,1 до 0,005 мм, повышение производительности шлюза за счет увеличения времени непрерывного пропуска по нему пульпы,уменьшение энергоемкости процесса обогащения, увеличение межремонтного периода и, в конечном итоге, повышение рентабельности обогащения россыпей и эффективности геологоразведочных работ.

Поставленная задача решается тем, что операция обогащения включает индукционный способ возбуждения и передачи вибраций на приемники электромагнитных волн. Эти волны беспрепятственно проникают сквозь дно шлюза, то есть нет никаких механических приводов, соединяющих приемники вибраций с их силовыми элементами. Этот способ позволяет изменять вектор силового воздействия в диапазоне 360^o, то есть вибрация может передаваться не только снизу вверх, но и с боков и сверху вниз, причем не только в неподвижный шлюз, но и во вращающиеся обогатительные аппараты. А это позволяет применять такой способ не только для прямоточных шлюзов, но и для постоянного разрыхления концентрата в межрифлевых улавливающих пространствах, например, во вращающихся чашевых сепараторах, в обогатительных гидроциклонах, в винтовых шлюзах и т.д. Индукционный способ передачи силовых импульсов для разрыхления концентрата позволяет использовать в качестве приемников электромагнитных волн не только специально изготовленные и вмонтированные в один из слоев улавливающего эластичного покрытия постоянные магниты, но и ферромагнитные тяжелые минералы, которые являются основным природным компонентом черного шлиха. В результате этого вибрациям подвергается не весь шлюз с его металлическими трафаретами и движущейся по шлюзу пульпой, а только нижний слой концентрата, накапливающийся непосредственно в ячейках ковриков. В чашевых сепараторах, соответственно, вибрирует только концентрат в межрифлевых пространствах их футеровки, в то время как сама чаша не имеет механического контакта с генератором вибраций и вращается без этих вибраций, которые, как известно, быстро разрушают ее подшипники. Индукционный электромагнитный способ передачи колебаний для разрыхления концентрата по сравнению с механическим способом передачи этих вибраций является формально безконтактным. Он принципиально отличается от механического еще и тем, что интенсивность воздействия электромагнитных волн на ферромагнитные минералы в ячейках ковриков максимальна именно на дне ячейки (или межрифлевого пространства футеровок чашевых сепараторов), где быстрее всего и наиболее интенсивно формируются тиксотропные связи между частицами шлиха. Таким образом, заявляемым способом автоматически регулируется и уравновешивается степень разрыхления концентрата по вертикали, или по глубине межрифлевых пространств в чашевых сепаратора. А такая согласованность степени разрыхления концентрата в ячейках обеспечивает беспрепятственное проседание на дно этих ячеек золота и других ценных минералов, плотность которых больше плотности частиц концентрата, то есть черного шлиха. Более того, просевшая на дно ячейки полезная частица любого размера надежно консервируется под этим слоем шлиха, в результате чего предотвращается ее сальтация и, соответственно, снос в хвосты обогащения.

Заявляемый способ передачи вибраций позволяет объединить вибрирующий элемент с тем материалом (нижним слоем концентрата, то есть черного шлиха), на который передается вибрация, исключив при этом необходимость применения обычных механических передач усилий (приводов) от их генераторов (двигателей) к приемникам. Второй компонент приемника колебаний постоянный магнит передает вибрацию на донышко ячейки не путем прямого контакта с ним, а через воду, которая заполняет пространство между дном ячейки и этим магнитом. Магнит соприкасается только с нижними ребрами ячеистого слоя коврика, изготавливаемого из эластичного материала, гасящего вибрации. Ввиду всего этого данный способ передачи вибраций требует особой многослойной конструкции ковриков и особых пропускающих электромагнитные волны конструктивных материалов для изготовления шлюза.

Вторым компонентом заявляемого способа является операция разделения минералов по их плотности по всему вертикальному разрезу потока пульпы и в двух верхних слоях концентрата путем придания этому потоку извилистой (в плане) траектории движения. Это необходимо для возникновения центростремительного ускорения, вектор которого ориентирован параллельно дну шлюза, то есть субгоризонтально. Именно благодаря этому ускорению, как и в случае воздействия на частицы ускорения силы тяжести, происходит гравитационная дифференциация частиц пульпы в горизонтальной плоскости, то есть по направлению вектора ускорения. Если под воздействием ускорения силы тяжести более тяжелые частицы перемещаются вертикально по направлению его вектора вниз, то центростремительное ускорение разделяет частицы по их плотности в горизонтальной плоскости. Более тяжелые частицы смещаются по направлению этого вектора к центру вращения пульпы, а более легкие отгоняются в противоположную сторону. Практическое исполнение этой закономерности можно наблюдать в стакане чая при его размешивании по кругу, когда тяжелые чаинки, осевшие на дно, собираются в центре вращения, а легкие, плавающие на поверхности воды, отгоняются к краям стакана.

В заявляемом способе, приспособленном к прямоточному (прямолинейному) желобу шлюза, вращение пульпы ограничивается частью окружности, несколько меньшей ее половины,то есть фактически организуется движение пульпы по синусоиде. Наложение двух векторов ускорения центростремительного и силы земного притяжения, существенно усиливает эффект гравитационной дифференциации, который наиболее ярко проявляется прежде всего по отношению к самым мелким тяжелым частицам. Это обусловлено тем, что по мере уменьшения размеров частиц менее 0,1 мм воздействие лишь одного из этих двух факторов становится настолько незначительным, что разделение частиц по их плотностям перестает быть заметным, то есть процесс обогащения затухает.

Эффект гравитационной дифференциации минералов снижается и по мере уплощения частиц в результате возникновения подъемной силы, как у крыла птицы, а также действия сил поверхностного натяжения и прилипания пузырьков воздуха к пластинкам этого тяжелого минерала. Наблюдалось плавание плоских золотин на поверхности чистой воды, когда размеры частиц этого минерала достигали в плане 0,5-0,8 мм при их толщине 0,05-0,07 мм. И лишь суммарное воздействие на такие частицы ускорений силы земного притяжения и центростремительного ускорения обеспечивало их падение с поверхности воды на дно.

При землесосном способе подачи пульпы на промывочный прибор почти постоянно шлюз мелкого наполнения перегружается обломочными материалами. Он оседает толстым слоем, полностью перекрывая ребра трафарета. Тогда начинается интенсивный снос в хвосты всего мелкого, мельчайшего и пластинчатого золота. Поэтому в изобретении предусматривается отработанную водяными двигателями воду сбрасывать в головку шлюза через систему оросителей, что будет дополнительно разрыхлять верхние слои осевшего обломочного материала и обеспечивать их транспортировку в хвосты обогащения. В упомянутом выше аналоге (сепараторе Кнельсона) вода подается через боковые отверстия в чаше, и ее струйки пронизывают весь накопившийся концентрат, включая и его самые глубокозалегающие слои с золотом. Но эти струйки выносят из концентрата в зону транзита пульпы мельчайшее, а также пластинчатое золото.

В результате принудительного движения пульпы по извилистым каналам кроме усиления эффекта гравитационной дифференциации за счет центростремительного ускорения создаются завихрения, причем упорядоченные в горизонтальной плоскости. Такой способ подавления вертикальных вихрей, которые поднимают осевшие на дно шлюза мелкие и мельчайшие частицы тяжелых минералов, стимулируя их сальтацию и, соответственно, снос в хвосты обогащения, обеспечивает консервацию таких частиц на улавливающем покрытии. При этом горизонтальные вихри еще и дополнительно разрыхляют концентрат, накапливающийся между пластинами трафаретов, способствуя проявлению выталкивающей силы, которая и является главной причиной разделения минералов по их плотностям, то есть главным фактором обогащения россыпи.

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; на фиг. 3 трафарет глубокого наполнения с кривошипно-шатунным механизмом и водяным двигателем, продольный разрез; на фиг. 4 то же, поперечный разрез; на фиг. 5 то же, вид сверху; на фиг. 6 - трафарет мелкого наполнения.

Устройство состоит из шлюза 1, эластичного многослойного улавливающего коврика 2, комплекта трафаретов глубокого 3 и мелкого 4 наполнения, кривошипно-шатунного механизма 5 с двигателем 6, генератора 7 и приемников электромагнитных волн 8. Причем трафареты глубокого 3 и мелкого 4 наполнения через кривошипно-шатунный механизм 5 шарнирно (15 и 16) соединены с водяным двигателем 6. Генераторы электромагнитных волн 7 размещены под дном желоба 9, а приемники этих волн 8 в эластичном слое коврика под его ячеистым слоем 17. Улавливающий многослойный коврик 2 размещен непосредственно на дне 9 шлюза, и сверху на нем помещены трафареты 3 и 4. Дугообразно изогнутые ребра 10 поперечных пластин 11 трафарета глубокого наполнения образуют извилистые пунктирные каналы движения пульпы. Их пунктирный характер обусловлен необходимостью монтировать каждую поперечную пластину 11 на шарнирах 15 независимо. Эти пластины 11 через кривошипно-шатунный механизм 5 соединены с водяным двигателем 6. Под трафаретом глубокого наполнения 3 на коврике размещен трафарет мелкого наполнения 4 с извилистыми (по синусоиде) продольными пластинами 12 и ровными поперечными рифлями 13, которые с помощью шарниров 14 подвижно закреплены в обойме трафарета мелкого наполнения 4. Также на шарнирах 15 в обойме трафарета глубокого наполнения 3 подвижно закреплены его поперечные пластины 11. Трафареты глубокого и мелкого наполнения соединены между собой с помощью шарниров 16. Эластичный коврик состоит из нескольких слоев. Верхний слой ячеистый сверху и имеет фигурную нижнюю поверхность 17.

Устройство работает следующим образом.

Пульпа поступает в головку желоба 9 шлюза 1 и самотеком перемещается по его улавливающему покрытию. Тяжелые минералы опускаются в нижние слои пульпы и осаждаются в виде концентрата между пластинами трафаретов 3 и 4 и в ячейках коврика 17. Этот концентрат условно можно разделить на следующие три слоя: верхний между поперечными пластинами трафарета глубокого наполнения, средний между пластинами трафарета мелкого наполнения и нижний в ячейках коврика. Возвратно-поступательные колебания пластин 11 и 13 обоих трафаретов 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 заявляемого электромагнитного способа возбуждения вибраций черного шлиха в ячейках коврика. Этот шлих, получая импульсы электромагнитных волн, направленных вверх и усиленных приемниками 8, 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 ненужный магнетит и другие ферромагнитные минералы, не представляющие промышленной ценности, не оказывают выталкивающего воздействия не 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. Принципиальное отличие от прототипа в данном случае заключается еще и в том, что прерывать процесс пропуска пульпы через заявляемый шлюз можно не ежесуточно, как в прототипе, а значительно реже теоретически лишь тогда, когда ячейки будут доверху наполнены золотом или другим ценным минералом. А это на ординарных россыпях происходит не ранее, чем через 5-10 сут непрерывной работы шлюза.

Аналогичный эффект предполагается и при использовании данного способа разрыхления в чашевых сепараторах. Как известно, в сепараторах Кнельсона, считающихся в этом типе аппаратов самыми эффективными в мире, с целью разрыхления концентрата в чашу подается напорная вода в виде струй. Но она выбрасывает из межрифлевых пространств в зону транзита без разбора все тяжелые минералы, включая и самое мелкое золото. Поэтому они и не получили широкого распространения при обогащении россыпей.

Особую роль играет устройство многослойного коврика. На фиг. 2 показан вариант двухслойного исполнения. Верхний ячеистый слой 2 имеет не плоскую, как в прототипе, а фигурную поверхность, чем обеспечивается возможность независимого деформирования донышек ячеек при вибрациях. В нижнем слое коврика вмонтированы постоянные магниты 8, являющиеся как приемниками электромагнитных волн, так и их ретранслятором далее вверх, в нижний слой концентрата.

В заявляемом устройстве используется вода в качестве дополнительного фактора разрыхления концентрата. Ее подача, во-первых, не требует дополнительных энергетических затрат, как это происходит в сепараторе Кнельсона. Используется отработанная вода водяного двигателя 6. Во-вторых, вода подается не снизу, а сверху, поэтому она не поднимает в зону транзита ценные минералы, осевшие в нижний слой концентрата. В сочетании с работой пластин трафаретов глубокого 3 и мелкого 4 наполнения, с которыми данный двигатель соединен кривошипно-шатунным механизмом 5, благодаря чему они совершают возвратно-поступательные субгоризонтальные колебания, весь этот силовой привод эффективно разрыхляет средний и верхний слои концентрата.

Приемники электромагнитных волн 8 принимают субвертикальные силовые импульсы от генераторов 7, 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.

Дугообразно изогнутые и установленные под переменными углами к поперечным пластинам продольные ребра 10 трафарета глубокого наполнения и извилистые продольные пластины 12 трафарета мелкого наполнения принуждают верхний и средний слой концентрата двигаться по извилистой траектории. В результате 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 в прототипе и во всех остальных аналогах заявляемого устройства неминуемо сносятся в хвосты обогащения. Это так называемое "плавучее золото", легко флотируемое даже в обычной чистой пресной воде водотоков. Проблема их улавливания и извлечения имеет планетарное значение и частично решается в заявляемом устройстве.

Поперечные пластины трафарета глубокого наполнителя 11 благодаря кривошипно-шатунному механизму 5 совершают возвратно-поступательные колебания, разрыхляя концентрат верхнего слоя. А через шарнирные соединения 16 они колеблют и весь трафарет мелкого наполнения, разрыхляя благодаря этому средний слой концентрата. При этом оба трафарета выполняют еще и функцию просаживания тяжелых частиц, включая золото, платину и т.д. из зон их накопления на изгибах упомянутых выше извилистых каналов (ловушек) вниз к ячейкам коврика. Все это существенно усиливает эффект извлечения из пульпы самых мелких и уплощенных зерен ценных минералов, то есть решается проблема обогащения россыпей и с "плавучим" золотом.