Спосіб ультразвукової гідродинамічної сепарації

Реферат: Спосіб ультразвукової гідродинамічної сепарації включає подачу пульпи в приймальну посудину, механічний і гідродинамічний дезінтегруючий вплив на компоненти твердої фази пульпи, поділ компонентів твердої фази пульпи шляхом гравітаційного гідравлічного збагачення, піддавання пульпи дезінтеграції та очищенню шляхом механічного і гідродинамічного впливу, змішування із технологічною водою до заданого співвідношення твердої і рідкої фаз, піддавання гідродинамічній дії імпульсів ультразвукових хвиль, одержання дезінтегрованої твердої фази пульпи, формування відцентрового висхідного потоку, переміщення дрібнодисперсної частки із зони формування згущеного продукту. UA 74093 U (54) СПОСІБ УЛЬТРАЗВУКОВОЇ ГІДРОДИНАМІЧНОЇ СЕПАРАЦІЇ UA 74093 U UA 74093 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до способів, що реалізують технологію збагачення сировини з техногенних родовищ, представлених в основному шламами металургійної промисловості. Корисна модель може бути використана при збагаченні сировини, представленої у вигляді дрібно-фракційного матеріалу, гранулометричний склад якого перебуває в основному в діапазоні 0,025-0,015 мм. Спосіб реалізується при збагаченні специфічної сировини, у якій переважають дрібнодисперсні частки, що мають достатній ступінь магнітної взаємодії і міжмолекулярних зв'язків, які забезпечують їхнє взаємне притягання з утворенням слабозв'язаних грудок або конгломератів, утворених покриванням великих кусків дрібнодисперсними. Великі і дрібні частки - це продукти, які становлять інтерес для збагачувального циклу. Разом з тим всі крупні частки, що містять корисний компонент, не просто досить міцно покриті дрібнодисперсними частками, але останні містяться у кавернах та тріщинах, що приводить до засмічення збагачуваного продукту. У зв'язку із цим, спосіб забезпечує не тільки поділ грудок дрібнодисперсних часток, відділення цих часток від великих, добування дрібнодисперсних часток з каверн і тріщин різнорідних великих часток, а також очищення часток від поверхневих мікрокристалічних плівок вторинної конденсації різних металів. Корисна модель дозволяє ефективно розділити мінеральні і металовмісні компоненти незалежно від походження по гравітаційній крупності в гідравлічному середовищі. Відомий спосіб збагачення корисних копалин, наприклад залізорудної сировини, гранулометричний склад якого представлений у широкому діапазоні з перевагою класу -0,074 +0 мм. Спосіб реалізується за рахунок того, що пульпу подають у вигляді безперервного потоку на похилу деку, що виконує хитні зворотно-поступальні рухи (Шинкоренко С.Ф. и др. Справочник по обогащению и агломерации руд черных металлов. М.: Недра, 1964. - С. 234-236.). При необхідності пульпа може змішуватися з технологічною водою для досягнення необхідної величини співвідношення руда-вода. Оптимальне співвідношення рідкої і твердої фаз забезпечує необхідну плинність пульпи і, відповідно, осадження щільних і великих часток на деку стола під дією сил гравітації. Залежно від конструкції, що реалізує спосіб, передбачається різний порядок добування часток твердої фази. В основному це відбувається за рахунок того, що під дією хитання деки змивна вода і зерна руди розходяться веєроподібно під різними кутами, залежно від щільності зерен, по поверхні деки, переміщаючись у поздовжньому і поперечному напрямках до розвантажувальних пристроїв, які формують технологічні потоки. Реалізація способу можлива тільки для не зв'язаних часток, які відрізняються між собою по густині і гранулометрическому складу. Зв'язані між собою частки осаджуються разом, наприклад, із залізовмісним продуктом засмічуючи його і знижуючи тим самим якість залізорудного концентрату. Збагачення зазначеним способом золи і шламів не дає необхідні економічно обґрунтовані результати, які говорили б про високу ефективність виробництва. Відомий спосіб сепарації, що передбачає подачу пульпи в приймальну ринву за допомогою живильника-дозатора. Одночасно з подачею пульпи в приймальну ринву подається технічна вода для оптимального співвідношення параметрів руда-вода (Патент України на корисну модель № 65854). Із приймальної ринви пульпа із заданим співвідношенням твердої і рідкої фаз надходить у ванну корпуса пристрою. Над дзеркалом пульпи усередині корпуса переміщається транспортуючий орган у вигляді конвеєра. До полотна конвеєра порядно закріплені щітки шкребки із щетинистого матеріалу. У міру переміщення шкребків пульпа рухається над пластинчастими випромінювачами, які генерують ультразвукові коливання. Ультразвукові хвилі, проникаючи в простір між шкребками, ініціюють коливальні рухи рідкої фази. Швидкість коливань така, що при мінімальному переміщенні великих часток з їхньої поверхні змиваються дрібнодисперсні частки. Крім того, коливальні рухи рідкої фази сприяють видаленню дрібнодисперсних часток з каверн і поглиблень у великих частках. Після поділу, частки переміщаються у згущувач, де відбувається цикл гравітаційного гідравлічного збагачення, при якому щільні і великі частки осаджуються на дно згущувача, а перездрібнені та дрібнодисперсні частки несуться в злив. Недоліком відомого пристрою є коротка дистанція переміщення збагачуваного потоку. Це призводить до того, що сировина, не розділившись, надходить у згущувач і згущений продукт виявляється засміченим дрібнодисперсними частками, що приводить до зниження якості збагачуваного згущеного продукту. Одночасна подача технологічної води і змішування її з пульпою при її надходженні в приймальну ринву не забезпечує значної інтенсифікації збагачувального процесу, тому що 1 UA 74093 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 короткий шлях застосовуваного комбінованого механічного і хвильового впливу не дозволяє забезпечити ефективний поділ продуктів пульпи. Істотним недоліком відомого способу є те, що генерування ультразвукових хвиль площинними випромінювачами приводить до їхньої вузької спрямованості перпендикулярно площині випромінюючих поверхонь. Постійно спрямований і незмінюваний вектор генерованих ультразвукових коливань призводить до низьких сепараційних параметрів процесу, а значить і низької ефективності збагачення вхідної сировини. Найбільш близьким технічним рішенням, вибраним як найближчий аналог, є спосіб ультразвукової гідродинамічної сепарації (Патент України на корисну модель № 65856). По своїй суті вказаний спосіб аналогічний раніш описаному і полягає у впливі на пульпу періодичними ультразвуковими коливаннями. Ультразвуковими хвилями ініціюють коливальні рухи рідкої фази, частота і амплітуда яких забезпечує поділ грудок, що складаються з дрібнодисперсних часток, змив дрібнодисперсних часток з поверхні великих часток, а також очищення тріщин і каверн у великих частках. Після поділу, компоненти піддають гравітаційному гідравлічному збагаченню, при якому щільні і великі частки осаджуються на дно згущувача, а перездрібнені та дрібнодисперсні частки несуться в злив. Особливістю відомого способу є те, що поширення ультразвукових коливань у пульпі, а значить і гідродинамічний вплив на тверду фазу в пульпі, здійснюється в повному обсязі приймальної ринви. Це досягається тим, що наповнена рідиною ємність охоплює не тільки днище приймальної ринви, але і її стінки. Це збільшує ефективність сепараційних властивостей способу, але не рятує від істотних недоліків, які негативно відбиваються на показниках роботи збагачувального устаткування. До основних недоліків відомого способу варто віднести: - коротку дистанцію й, відповідно, недостатній час гідродинамічного впливу на збагачуваний продукт; - недостатньо ефективний вплив ультразвукових хвиль на частки твердої фази пульпи; - відсутність можливості попереднього збагачення сировини шляхом відділення дрібнодисперсних часток безпосередньо при надходженні пульпи в приймальну ринву; - змішування технічної води з пульпою одночасно при подачі її в приймальну ринву, що унеможливлює правильність визначення співвідношення твердої і рідкої фаз у процесі збагачення; - спосіб не передбачає можливості доводочного остаточного гідродинамічного впливу ультразвукових хвиль у рідкому середовищі для повної дезінтеграції та очищення твердих компонентів пульпи; - не передбачається додаткове промивання продукту, що згущається, відцентровим висхідним потоком і відділення від нього дрібнодисперсних часток. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення способу гідродинамічної сепарації шламів металургійного виробництва і інших корисних копалин техногенних родовищ, представлених у вигляді конгломератів дрібнодисперсних часток, а також складної суміші дрібнодисперсних часток і щодо великих. Удосконалення способу досягається за рахунок збільшення інтенсивності впливу на вихідну сировину шляхом попереднього поділяючого механічного і хвильового впливу на частки твердої фази в пульпі з наступним остаточним доводочним гідродинамічним впливом на пульпу ультразвуковими хвилями багатовекторної спрямованості. У заявленому способі технологічна вода подається в пульпу після попереднього відділення дрібнодисперсних часток під дією сил гравітації і комплексного механохвильового впливу на компоненти пульпи в міру переміщення її в приймальній ринві сепаратора. Спосіб передбачає можливість утворення висхідного відцентрового потоку при утворенні згущеного продукту, що забезпечує його остаточний відмив від дрібнодисперсних часток та видалення поверхневих мікрокристалічних плівками вторинної конденсації. Технічний результат при використанні корисної моделі складається з високої ефективності збагачення сировини техногенних родовищ, представлених дрібними і дрібнодисперсними частками, не зв'язаними або частково зв'язаними між собою за рахунок слабких молекулярних зв'язків і наведених магнітних полів різного роду. Висока ефективність способу досягається за рахунок комплексного впливу на збагачуваний продукт, а також поетапність процесу поділу, при якому спочатку розділяють частки шляхом первісного механічного і хвильового впливу імпульсами ультразвуку розповсюджуваного в рідкому середовищі і доводочному гідродинамічному впливі імпульсами ультразвуку багатовекторної спрямованості. 2 UA 74093 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Реалізація способу дозволяє одержати високоякісний концентрат з високим рівнем рентабельності для різних галузей промисловості. Поставлена задача вирішується тим, що спосіб ультразвукової гідродинамічної сепарації включає подачу пульпи в примальну посудину, механічний і гідродинамічний дезінтегруючий та очищаючий вплив на компоненти твердої фази пульпи, наступний поділ компонентів твердої фази пульпи шляхом гравітаційного гідравлічного збагачення. Згідно з корисною моделлю, приймальну посудину виконують у вигляді приймальної ринви, у початкову частину якої подають вхідну пульпу і виконують її попереднє гідравлічне збагачення з утворенням зливу, що містить дрібнодисперсні частки твердої фази пульпи. Пульпу із частками, що залишилися у вигляді грудок, а також різнорідних по гранулометричному складу конгломератів, піддають дезінтеграції та частковому очищенню шляхом механічного і гідродинамічного впливу. При дезінтеграції, тверда фаза пульпи взаємодіє з механічними очищаючими елементами у вигляді порядно розташованих щетинистих шкребків, що рухаються усередині примальної ринви. У міру переміщення усередині приймальної ринви, до досягнення її кінцевої частини, на пульпу впливають із донної частини і з боків приймальної ринви імпульсами ультразвукових хвиль, після чого частково дезінтегровану частину твердої фази пульпи змішують із технологічною водою до заданого співвідношення твердої і рідкої фаз. Утворену суміш у вигляді безперервного потоку піддають гідродинамічній дії імпульсів ультразвукових хвиль, вектори яких спрямовані у бік осі потоку і орієнтовані знизу уверх, з боків, а також хвиль спрямованих зверху униз і сформованих за рахунок відбиття ультразвукових хвиль від днища приймальної ринви. У результаті чого одержують дезінтегровану тверду фазу пульпи, частки якої очищені від поверхневих мікрокристалічних плівок вторинної конденсації, яку подають на гідравлічне гравітаційне збагачення в апаратах седиментаційного типу згущувачах, у яких утворюють два технологічних продукти: злив, що включає дисперсні частки, і згущений продукт, який містить щільні і великі частки. У приймальній ємності згущувача, над рівнем утвореного згущеного продукту, подачею технічної води, формують відцентровий висхідний потік, за допомогою якого переміщають дрібнодисперсні частки із зони формування згущеного продукту. Спосіб реалізується в такий спосіб. Реалізація корисної моделі розглядається на прикладі збагачення шламів металургійних підприємств різних галузей промисловості. Особливістю шламів є те, що вони різнорідні по гранулометричному складу, в якому превалюють дрібнодисперсні частки від 0,025 до 0,015 мм. Вміст металу в шламах надає їм здатність намагнічуватися під дією наведених магнітних полів. Це приводить до того, що шламисті частки утворюють слабозв'язані грудки незначної міцності, а також конгломерати, які утворені покриттям дрібнодисперсними частками більших і щільних часток, які утримують і не утримують корисний компонент. Дослідження показали, що безпосередній механічний дезінтеграційний вплив на збагачуваний продукт не дає бажаного результату через те, що дрібнодисперсні частки схильні до злипання і утворення грудок. Ефект дезінтеграції та очищення може бути досягнутий за рахунок періодичного імпульсного хвильового впливу, за допомогою якого частки можуть перебувати у зваженому стані до того моменту, коли будуть сформовані технологічні потоки із продуктів, що мають різну щільність і гранулометричний склад. Для якісного збагачення сировини техногенних родовищ вихідний продукт у вигляді пульпи подають у прийомну посудину, яка виконана у вигляді водонаповненої приймальної ринви. Довжина ринви визначається залежно від необхідного ступеня попередньої дезінтеграції вихідної сировини. Особливістю заявленого способу є те, що вже при подачі вхідної сировини в приймальній ринві здійснюють попереднє гідравлічне збагачення, при якому дрібнодисперсні частки, швидкість витання яких нижче швидкості висхідних потоків, сформованих вихідним живленням, виносять у злив приймальної ринви. Ці частки в основному не представляють інтересу з погляду одержання необхідного концентрату. У пульпі, після попереднього гравітаційного гідравлічного збагачення, залишаються грудки дрібнодисперсних часток, а також великі щільні частки різного гранулометричного складу в основному покриті дрібнодисперсними частками та поверхневими мікрокристалічними плівками вторинної конденсації. Цю пульпу в приймальній ринві піддають попередній стадії дезінтеграції та очищення від вказаних плівок шляхом механічного і гідродинамічного впливу. Ці два види впливу здійснюються одночасно. Механічний вплив на тверду фазу пульпи полягає у взаємодії часток з елементами, що очищають, які являють собою щетинисті шкребки, що порядно закріплені на робочому органі у 3 UA 74093 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 вигляді конвеєра. Така конструкція механічного дезінтегратора дозволяє якісно виконати очищення поверхні великих часток від дрібнодисперсних. Разом з тим, грудки дрібнодисперсних часток складно піддаються дезінтеграції прямим механічним впливом, а втримувати дрібнодисперсні частки у зваженому стані механічним пристроєм практично неможливо. Необхідний ефект попередньої дезінтеграції та очищення досягається хвильовим впливом. Це досягається тим, що елементи, що очищають, рухаються усередині приймальної ринви і захоплюють за собою збагачувану пульпу. У міру переміщення пульпи, усередині приймальної ринви, на неї впливають із боку донної частини і з боків приймальної ринви періодичними імпульсами ультразвукових хвиль. Спрямований вектор ультразвукових хвиль, а також їхнє розсіювання щетинистими елементами сприяють тому, що відбувається максимальна дезінтеграція грудок, утворених дрібнодисперсними частками. Крім того, ці частки перебувають у завислому стані і з їхньої поверхні вилучаються поверхневі мікрокристалічні плівки вторинної конденсації різних металів, які становлять інтерес як продукт для одержання коштовного концентрату. Подальше збагачення вихідного продукту повинне здійснюватися при оптимальній густині пульпи, що досягається відповідним співвідношенням рідкої і твердої фаз. Для цього в кінцевій частині приймальної ринви пульпу додатково змішують із технологічною водою. Утворену розріджену пульпу у вигляді безперервного потоку піддають остаточному інтенсивному дезінтегруючому та очищаючому гідродинамічному впливу ультразвукових коливань. Вектор спрямованості ультразвукових хвиль направляють у бік осі потоку і орієнтують знизу нагору, з боків і зверху униз. Ефект впливу ультразвукових хвиль досягається за рахунок того, що джерела ультразвукових хвиль поміщають у ємність, наповнену рідиною зі стабільними фізичними параметрами. Ємність виконують таким чином, що вона охоплює потік з нижньої сторони і з боків, а зверху потік піддається впливу ультразвукових хвиль, відбитих від днища приймальної ринви. Дослідження показали, що комплексне механіко-гідродинамічний і наступний гідродинамічний вплив на вихідну сировину забезпечує високу ефективність відділення оксидних і окісних плівок з поверхні часток твердої фазу пульпи. Періодично генеровані ультразвукові хвилі заданої частоти і амплітуди, поширюються в рідкому середовищі, відокремлюють зазначені поверхневі мікрокристалічні плівки вторинної конденсації із часток і можуть надалі відділятися із застосуванням різних методів для одержання товарного концентрату цілої гами коштовних металів, що застосовуються у різних галузях промисловості. Досягши повної дезінтеграції і очищення поверхні від мікрокристалічних плівок, частки твердої фази з потоком переміщаються на гідравлічне гравітаційне збагачення в апараті седиментаційного типу - згущувачі-дешламаторі. Постійний приплив пульпи в згущувач формує висхідні потоки, які залежно від заданої швидкості виносять у злив частки і мікрокристалічні плівки, гідравлічна крупність яких менше динамічної піднімальної складової. Очищені великі і щільні частки осаджуються на дно згущувача і у міру нагромадження їх можуть витягати для складування і подальшої переробки. Дослідження показали, що наявність дрібнодисперсних часток у пульпі визначає можливість їхнього влучення у нижчі зони формування висхідного потоку. Це призводить до того, що вони можуть змішуватися зі згущеним продуктом, знижуючи його якість. Таке засмічення вимагає додаткових трудових і матеріальних витрат на збагачення отриманого продукту. Рішенням підвищення якості згущеного продукту, є розміщення над рівнем утвореного згущеного продукту по периметру згущувача патрубків-форсунок, вісь яких спрямована з урахуванням формування відцентрового потоку при подачі технічної води. Залежно від об'єму подачі води у форсунки, формується відцентровий висхідний потік. Завдяки відцентровому потоку щільні і великі частки переносяться до периферії ємності згущувача, де вони осаджуються в його донній частині. Дрібнодисперсні частки та поверхневі мікрокристалічні плівки вторинної конденсації виносяться відцентровим висхідним потоком у зону формування зливу, звідки вони віддаляються для наступного складування або утилізації. Дослідження показали, що спосіб ультразвукової гідродинамічної сепарації може бути реалізований стосовно до збагачення сировини, отриманої при розробці техногенних родовищ, які утворені в результаті діяльності металургійних і гірничозбагачувальних комбінатів. Особливістю цих родовищ є те, що сировина являє собою слабозв'язаний або не зв'язаний продукт, частки якого мають малий геометричний розмір. Спосіб дозволяє забезпечити ефективне збагачення зазначеної сировини і одержання концентрату, який утримує корисний компонент, там, де традиційні технології не дають позитивного результату. 60 4 UA 74093 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 15 20 25 Спосіб ультразвукової гідродинамічної сепарації, що включає подачу пульпи в приймальну посудину, механічний і гідродинамічний дезінтегруючий вплив на компоненти твердої фази пульпи, наступний поділ компонентів твердої фази пульпи шляхом гравітаційного гідравлічного збагачення, який відрізняється тим, що приймальну посудину виконують у вигляді приймальної ринви, в початковій частині якої подають вихідну пульпу і виконують її попереднє гідравлічне збагачення з утворенням зливу, що утримує дрібнодисперсні частки твердої фази пульпи, після чого пульпу із частками твердої фази, що залишилися, у вигляді грудок, а також різнорідних по гранулометричному складу конгломератів, піддають дезінтеграції та очищенню шляхом механічного і гідродинамічного впливу, при якому тверда фаза пульпи взаємодіє з механічними елементами, що очищають, у вигляді порядно розташованих щетинистих шкребків, що рухаються усередині приймальної ринви, при цьому в міру переміщення пульпи усередині приймальної ринви, на неї впливають із боку донної частини і з боків приймальної ринви імпульсами ультразвукових хвиль до досягнення кінцевої частини ринви, після чого частково дезінтегровану та очищену частину твердої фази пульпи змішують із технологічною водою до заданого співвідношення твердої і рідкої фаз, після чого утворену суміш у вигляді безперервного потоку піддають гідродинамічній дії імпульсів ультразвукових хвиль, вектори яких спрямовані у бік осі потоку і орієнтовані знизу уверх, з боків, а також ультразвукових хвиль, спрямованих зверху униз і сформованих за рахунок їхнього відбиття від днища приймальної ринви, у результаті чого одержують дезінтегровану тверду фазу пульпи, яку подають на гідравлічне гравітаційне збагачення в апаратах седиментаційного типу - згущувачах, у яких утворюють два технологічних продукти: злив, що включає дисперсні частки з окисними плівками, і згущений продукт, що містить очищені щільні і великі частки, причому в приймальній ємності згущувача, над рівнем утвореного згущеного продукту подачею технічної води, формують відцентровий висхідний потік, за допомогою якого переміщають дрібнодисперсні частки із зони формування згущеного продукту. Комп’ютерна верстка М. Ломалова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5