способ разделения частиц по плотности с помощью тяжелой среды в центробежном поле

Формула изобретения

1. Способ разделения частиц по плотности с помощью тяжелой среды в центробежном поле, включающий подачу смеси частиц разной плотности в тяжелую жидкость, находящуюся в зоне действия центробежных сил, последующее расслаивание частиц по глубине слоя тяжелой жидкости и вывод их из ее объема, отличающийся тем, что поверхность тяжелой жидкости предварительно покрывают слоем воды, а разделяемые частицы перед сепарацией измельчают до мелкозернистого состояния, смачивают водой и подают в слой воды, контактирующей с тяжелой жидкостью.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве тяжелой жидкости используют растворы органических соединений, нерастворимых в воде, например бромоформ.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что тяжелую среду в центробежном поле вращают со скоростью 100÷900 об/мин.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области разделения твердых материалов с помощью тяжелой жидкости в центробежном поле и может быть использовано в горнодобывающей, обогатительной, химической и других областях промышленности, в частности, для эффективного извлечения благородных металлов из минерального сырья.

Известен способ для разделения твердых материалов с помощью тяжелой среды с использованием центробежной силы, включающий подачу пульпы минеральных частиц в воде, промывку ее с последующим разделением на тяжелые и легкие фракции (см. патент РФ № 2128554, МПК⁶ B03B 5/32, опубл. 10.04.1999 г.).

Недостатком данного способа является низкая эффективность разделения частиц разной плотности, так как используют принцип разделения минеральных частиц разной плотности в гидродинамическом потоке пульсирующей водной пульпы под воздействием центробежного поля. В этом случае разделение частиц происходит не по плотности, а по гидравлической крупности, то есть по равнопадаемости частиц в водной среде. Это не позволяет достичь максимальной эффективности разделения частиц разной плотности, что обусловлено действием сил гидродинамического сопротивления движению частиц.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ разделения мелких частиц с помощью тяжелой среды в центробежном поле, включающий подачу смеси частиц разной плотности в тяжелую жидкость, находящуюся в зоне действия центробежных сил, причем плотность тяжелой жидкости меньше плотности тяжелых частиц и больше плотности легких частиц, последующее расслаивание частиц по глубине слоя тяжелой жидкости и вывод их из рабочей зоны, (см. А.И.Берлинский. Разделение минералов, изд. 2-е. М., Недра, 1988 г., стр.24-26).

Недостатками прототипа являются низкая производительность сепарации из-за периодичности процесса разделения, ограниченность применения из-за невысокой плотности тяжелых жидкостей, а также неудовлетворительные экономические и экологические показатели, из-за большого расхода тяжелой жидкости, ее токсичности и испаряемости в процессе сепарации частиц.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение производительности сепарации за счет непрерывности процесса разделения минералов разной плотности, а также экономических и экологических показателей процесса.

Решение технической задачи достигается тем, что в способе разделения минеральных частиц с помощью тяжелой жидкости в центробежном поле, включающем подачу смеси частиц разной плотности в тяжелую жидкость, находящуюся в зоне действия центробежных сил, последующее расслаивание частиц по глубине слоя тяжелой жидкости и вывод их из рабочей зоны, согласно изобретению поверхность тяжелой жидкости предварительно покрывают слоем воды, а разделяемые частицы перед сепарацией измельчают до мелкозернистого состояния, смачивают водой и подают в слой воды, контактирующей с тяжелой жидкостью.

В качестве тяжелой жидкости используют растворы органических соединений, нерастворимых в воде, например бромоформ.

Тяжелую среду в центробежном поле вращают со скоростью 100÷900 об/мин.

Данное техническое решение позволит повысить технико-экономические показатели сепарации, снизить токсичность процесса сепарации, а также повысить эффективность извлечения необходимых компонентов из разделяемого сырья.

Предложенное техническое решение обеспечивает достижение технического результата за счет того, что в заявленном способе разделение минералов происходит на границе раздела тяжелой жидкости и воды, а не в объеме тяжелой жидкости, как в прототипе. Разделяемые частицы за счет предварительного смачивания водой при подаче в рабочую зону окружены гидратной оболочкой, что делает их гидрофобными по отношению к тяжелой жидкости. В таких условиях, попадая в рабочую зону, все частицы независимо от плотности располагаются вдоль границы раздела двух жидкостей. Это обусловлено действием инерционных и выталкивающих сил в условиях центробежного поля, а также сил натяжения со стороны тяжелой жидкости, удерживающих частицы в этой зоне на одном уровне. Под действием центробежной силы наиболее тяжелые частицы, преодолевая силу натяжения тяжелой жидкости, проваливаются сквозь границу раздела жидкостей и концентрируются у дальней от центра вращения стенки разделительной камеры (ротора). В балансе сил, уравновешивающих частицы на уровне границы раздела жидкостей переменной является сила центробежного ускорения и производные от нее силы инерции и выталкивания. Следовательно, изменяя скорость вращения ротора можно регулировать величину результирующей силы, действующей на частицы, то есть задавать режим выделения частиц заданной плотности. С увеличением скорости вращения ротора последовательно выделяются частицы, начиная с самых тяжелых. Граничной плотностью частиц, выделяемых в тяжелую фракцию, является плотность тяжелой жидкости.

Способ разделения минеральных частиц с помощью тяжелой жидкости в центробежном поле осуществляют следующим образом.

Для разделения частиц в тяжелой жидкости использовали лабораторную центрифугу пробирочного типа. При этом в пробирки вначале заливали ³/₄ объема тяжелую жидкость, а затем доливали ¹/₄ объема воды. В качестве тяжелой жидкости использовали бромоформ (CHBr3) - это бесцветная, легкоподвижная, легкоиспаряемая, нерастворимая в воде жидкость максимальной плотностью 2,89 г/см³, вязкостью 0,002 Па·с. Для разделения использовали бромоформ плотностью 2,5 г/см³ и смесь минералов: кварца (плотность - 2,6 г/см³), флюорита (3,2 г/см³), пирита (4,9 г/с³), касситерита (6,9 г/см³) и галенита (7,5 г/см³) в равных соотношениях. Минеральную смесь предварительно смачивали в процессе мокрого измельчения в шаровой мельнице до крупности - 100% класса - 0,2 мм и обесшламливали в лабораторном гидроциклоне диаметром 50 мм.

Приготовленные таким образом навески, массой 10 г, осторожно помещали в пробирки центрифуги и запускали ее, изменяя скорость вращения от 100 до 900 об/мин. После каждого проведенного опыта анализировали содержимое нижнего продукта в пробирках. Результаты экспериментов представлены в таблице.

При вращении ротора со скоростью менее 100 об/мин и более 900 об/мин разделения минералов не происходит. При скорости менее 100 об/мин все минералы находятся на границе раздела жидкостей (плавают), а при скорости более 900 об/мин все минералы сконцентрируются у стенки ротора (тонут).

Как видно из таблицы, минеральные частицы разделяются достаточно эффективно. Засорение выделяемых фракций не превышает 10%. Традиционным способом (прототип) из данной минеральной смеси можно выделить только кварц, поскольку остальные минералы имеют плотность большую, чем плотность бромоформа, и выделяются только в нижний продукт (тонут).

Использование предложенного способа по сравнению с прототипом позволит повысить технико-экономические показатели сепарации, снизить токсичность процесса и повысить эффективность извлечения необходимых компонентов из разделяемого сырья.

Таблица
Результаты опытов сепарации минералов заявленным способом
№ опыта	Скорость вращения ротора, об/мин	Содержание минералов в тяжелой фракции, %	Засорение тяжелой фракции, %	Плотность разделения г/см3
кварц	флюорит	пирит	касситерит	галенит
1	100	0,8	1,7	3,0	5,1	90,4	9,6	7,3
2	300	0,9	2,0	3,9	46,6	46,6	6,8	5,9
3	500	1,5	2,5	32,0	32,0	32,0	4,0	4,0
4	700	2,4	24,4	24,4	24,4	24,4	1,6	2,8
5	900	20,0	20,0	20,0	20,0	20,0	0,0	2,5