Сепаратор для разделения материалов по трению и упругости
Полезная модель относится к области обогащения сыпучих рудных и нерудных материалов, может быть использовано для разделения асбестовых руд. Расслоение материала на два продукта на наклонной плоскости с трамплином, образованном из продукта с более высокими коэффициентом трения и установка для этой цели ребер шарнирно закрепленных на наклонной плоскости под соответствующим углом (не более 90°) раскрытым навстречу движения материала, а использование в узле стратификации криволинейного трамплина снабженного дефлекторами, выполненными в виде шаровых сегментов с механизмом изменения их высоты относительно плоскости криволинейного трамплина, установленных в нижней части трамплина и расположенных на линии наибольшего ската, по которой скользят куски горной породы, позволяет увеличить разницу между скоростями разделяемых компонентов с различными коэффициентами трения и упругости. Установка в сепараторе отражательных элементов закрепленных в корпусе в шахматном порядке обеспечивает лучшие условия реализации двойного ударного взаимодействия породных частиц с поверхностью элементов и повышает производительность и качество разделения компонентов с разными коэффициентами трения и восстановления.
Полезная модель относится к сепараторам - для разделения материалов на фракции и может быть использовано в горной промышленности для обогащения руды и других сыпучих материалов, в частности асбестовой руды, содержащих компоненты с разными свойствами по трению и упругости.
Известно устройство включающее питатель, систему наклонных плоскостей и приемники [1].
Недостатком устройства является низкая производительность и эффективность разделения асбестосодержащих материалов из-за высокой чувствительности процесса к таким факторам как нагрузка, изменение фракционного состава и агрегатного состояния асбеста, поверхностных свойств частиц, влажность материала и как следствие колебания ширины веера материала на сходе с плоскости. Необходимость узкой классификации руды, небольшая удельная производительность установок, предопределяет необходимость строительства громоздких зданий и сооружений. [1]
Наиболее близким к данной полезной модели по технической сущности и достигаемому результату является устройство для фракционирования сыпучих материалов по упругости, включающее корпус, загрузочное приспособление, ударную разделительную поверхность, состоящую из консольно закрепленных сепарирующих элементов, расположенных ярусами и разгрузочные приспособления с поворотными отсекателями [2].
В данном устройстве исходный материал подают на первый сепарирующий элемент (ступень) плоским потоком по ширине загрузочного приспособления. Частицы материала в зависимости от упругости после удара о наклонный сепарирующий элемент перемещаются по разным траекториям (образуется веер падающих частиц) и при помощи поворотного шиберного отсекателя разделяются на две фракции. Полученные фракции отдельно друг от друга направляются на последующие сепарирующие элементы с получением на них новых фракций. Процесс разделения многократно повторяется с получением множества промежуточных продуктов (фракций), которые в зависимости от требования к качеству объединяются в готовые продукты. По сравнению с аналогом в этом устройстве происходит белее четкое разделение материала на фракции за счет многократности процесса разделения.
Однако данное устройство имеет не высокую производительность и эффективность разделения из за низкого расслоения материала на продукты с различными фрикционными свойствами.
Целью полезной модели является повышение производительности и качества разделения материала состоящего из частиц с различными коэффициентами трения и восстановления.
Поставленная цель достигается тем, что в известном сепараторе для разделения материалов по трению и упругости, включающем корпус, наклонную плоскость, ударную разделительную поверхность, состоящую из консольно закрепленных элементов расположенных ярусами, разгрузочное приспособление с поворотными шиберными отсекателями, он снабжен дополнительным узлом стратификации, выполненным в виде криволинейного трамплина и ребер, шарнирно закрепленных на наклонной плоскости под углом до 90 град. раскрытым навстречу движения материала. Кроме того для разделения горных пород, имеющих различные коэффициенты трения и восстановления, криволинейный трамплин снабжен дефлекторами, выполненными в виде шаровых сегментов с механизмом изменения их высоты относительно плоскости криволинейного трамплина, а отражательные элементы закреплены в корпусе в шахматном порядке.
Разделение на предлагаемом сепараторе основано на различии коэффициентов трения и упругости материалов (асбеста и породы, сланца и угля, слюды и гранатов). Очевидно что, эффект расслоения материала на два продукта (асбест и порода) на наклонной плоскости будет тем выше, чем больше различие в коэффициентах трения разделяемых частиц.
В табл.1 приведены коэффициенты трения продуктов на поверхностях с различным покрытием. Максимальная разница в коэффициентах трения разделяемых частиц соответствует покрытию наклонной плоскости из асбеста.
Таким образом, использование асбеста в качестве покрытия плоскости для расслоения материала на два продукта (продукта с более высоким коэффициентом трения) позволит повысить эффективность разделения.
Для создания покрытия из асбеста, на наклонной плоскости для расслоения материала на два продукта, в нижней части плоскости поперек потоку материала закреплены ребра, направленные в сторону противоположную движению материала, под углом наклона к плоскости не более 90°. Использование такого технического решения, как закрепленные ребра, позволяет из смеси продуктов выделять фракцию свободного асбеста в процессе движения материала по плоскости. Это осуществляется следующим образом, частицы, имеющие низкий коэффициент восстановления, движутся с большей скоростью и ударяясь о поверхность ребер, проскакивают не заполняя межреберное пространство, асбест и пылевидные включения, обладающие высоким коэффициентом трения и низким коэффициентом восстановления скользя по поверхности, удерживаются ребрами и заполняют межреберное пространство, создавая, таким образом, специальное равномерное покрытие, которое в дальнейшем участвует в расслоении материала на два продукта, за счет удержания их поверхностью асбеста из выделенного материала. В процессе движения материала" по наклонной плоскости свободное "волокно асбеста", выделяемое из потока транспортируется к краю плоскости. Формирование специального покрытия осуществляется только при углах наклона ребер, равных 70-90°, тогда ребра способствуют удержанию части свободного волокна асбеста на плоскости. При этих углах эффективность процесса и выход хвостов практически не меняются.
При угле наклона ребер, большем 90°, например 100, 110° свободный асбест начинает перекатываться через ребра и равномерное покрытие наклонной плоскости не создается. При дальнейшем увеличении угла наклона, ребра не задерживают асбест на наклонной плоскости и эффект от использования в качества покрытия продукта с более высоким коэффициентом трения (асбеста) полностью пропадает.
Таким образом, расслоение материала на два продукта на наклонной плоскости с трамплином, образованном из продукта с более высокими коэффициентом трения и установка для этой цели ребер шарнирно закрепленных на наклонной плоскости под соответствующим углом (не более 90°) раскрытым навстречу движения материала, а использование в узле стратификации криволинейного трамплина снабженного дефлекторами, выполненными в виде шаровых сегментов с механизмом изменения их высоты относительно плоскости криволинейного трамплина, установленных в нижней части трамплина и расположенных на линии наибольшего ската, по которой скользят куски горной породы, позволяет увеличить разницу между скоростями разделяемых компонентов с различными коэффициентами трения и упругости. Установка в сепараторе отражательных элементов закрепленных в корпусе в шахматном порядке обеспечивает лучшие условия реализации двойного ударного взаимодействия породных частиц с поверхностью элементов и повышает эффективность разделения компонентов с разными коэффициентами трения и восстановления.
На криволинейном трамплине 2 осуществляется подготовка частиц к разделению.
Сила трения на этом участке меняется в зависимости от места нахождения частицы, так как в различных точках трамплина нормальное давление частицы на криволинейную поверхность различное. Следовательно, и скорость этих частиц различна. Дефлектор еще более замедляет их скорость движения (сланца, асбеста, слюды), в то время как (породные куски, уголь, гранат) катятся со с увеличивающейся скоростью по дефлектору или при ударе отскакивают от него.
В результате при выходе частиц на участок свободного пролета они имеют существенно различные скорости, а вылет частиц происходит по настильным траекториям.
Чем меньше коэффициенты трения пород, тем больше достигнутая ими скорость при той же длине наклонной плоскости и длиннее траектория полета.
Порода с большим коэффициентом трения, в конце наклонной плоскости достигает меньшей скорости и, соответственно, скатывается с ее края на отражательные элементы.
Таким образом, образуется веер разделения, благодаря которому возможно формирование продуктов (частиц) с различным содержания полезного компонента, что позволяет повышать не только производительность, но и качества разделения материала.
В известных технических решениях не обнаружено признаков сходных с признаками, отличающими заявляемое решение от прототипа, на основании чего можно сделать вывод в соответствии предлагаемого решения критерию «существенные отличия».
Устройство поясняется чертежами, где на фиг.1 - изображен общий вид сепаратора, на фиг.2 вид А фиг.1 вертикальный разрез узла стратификации; фиг 3 схема траектории движения частиц в устройстве и соотношении длины отражательных элементов, где 1b - дальность падения не упругих частиц (волокна от вертикальной линии загрузки: Iп - дальность падения упругих частиц (породы от вертикальной линии. 1п-1b - ширина веера:
1, 11, 111 - зоны сбора фракций., фиг.4.разрез узла регулирования угла наклона отражательных элементов.
Сепаратор для разделения материалов по трению и упругости содержит корпус 1; загрузочное приспособление - наклонную плоскость 2 с дополнительными узлом стратификации в виде криволинейного трамплина 3 закрепленного в нижней части наклонной плоскости и ребер 4 шарнирно закрепленных на наклонной плоскости под углом до 90 град. раскрытым навстречу движения материала, кроме этого, трамплин узла стратификации снабжен дефлекторами 5, выполненными в виде шаровых сегментов с механизмом изменения их высоты 6 относительно плоскости криволинейного трамплина 2.
Ударную разделительную поверхность, выполненную из отражательных элементов 7, закрепленных консольно и расположенных ярусами, закрепленных в корпусе в шахматном порядке, разгрузочные приспособления 8-10, соответственно, для упругой промежуточной и неупругой фракций с поворотным шиберными отсекателями 11. отражательные элементы 7 выполнены в виде продольных двугранных профилей с углом между гранями 100-°120°., длина их в нижерасположенных ярусах меньше, чем в вышерасположенных. Каждый отражательный элемент 7 нижерасположенного яруса размещен под щелью 12, образованной соседними отражательными элементами 7 выше расположенного яруса и имеющий ширину не больше поперечной ширины 12 отражательного элемента 7. Со стороны загрузочного приспособления 2 по ширине корпуса 1 размещены параллельно решетки 14 и 15 с поперечными пластинами, соответственно, 16 и 17. В поперечных пластинах 16 решетки 14 выполнены треугольные пазы 18, в поперечных пластинах 17 решетки 15 выполнены пазы 19 прямоугольной формы. Одна из решеток, например решетка 14, установлена с возможностью перемещения по направляющим 20. Со стороны загрузки по ширине корпуса 7 смонтирован диффузор 21, соединенный с системой вытяжной аспирации. Элементы - 7 размещены в пазах 18 и 19.
Сепаратор для разделения материалов по трению и упругости работает следующим образом.
Исходный материал, например асбестосодержащий продукт, включающий породные частицы с большей степенью упругости и неупругие асбестовые волокна подают на наклонную плоскость 2. В нижней части, которой поперек потока материала закреплены ребра 4. В процессе движения материала по наклонной плоскости ребра 4 задерживают свободный распушенный асбест и частично пылевую фракцию и создают, таким образом, покрытие из асбеста на наклонной плоскости 2.
В результате движения материала по асбестовому покрытию происходит расслоение материала. В нижнем слое концентрируется основная масса неупругих частиц (асбестовое волокно). Верхний слой более крупные частицы, в основном из упругих породных частиц. Расслоенный продукт поступает на криволинейный трамплин с дефлектором 5.
Криволинейный трамплин является элементом, обеспечивающим второй этап подготовки частиц с различными коэффициентами трения к разделению. Сила трения на этом участке меняется, так как в различных точках криволинейной траектории нормальное давление частицы на поверхность различное. Поэтому, если на первом этапе движение равноускоренное, то на втором - замедленное с ускорением изменяющемся по нелинейному закону. На выходе с криволинейного трамплина установлен дефлектор 5, который располагается по линии наибольшего ската, по которой скользят, например волокна асбеста. Движение их еще более замедляется при поднятии на дефлектор и на выходе с него, у края трамплина волокна асбеста падают вертикально вниз, в то время как, породные частицы катится с все увеличивающейся скоростью, поднявшись на дефлектор или ударившись об дефлектор, проскакивает далее. В результате при выходе частиц на участок свободного полета они имеют существенно различные скорости, а вылет частиц происходит по настильным траекториям. Таким образом, образуется веер разделения материала, благодаря которому возможно формирование продуктов частиц с различным содержанием полезного компонента.
Поток исходного материала на выходе из узла стратификации 2 формируется в предварительный веер частиц, падающий, на первый ярус отражательных элементов 7. После удара (контакта) о двугранные поверхности отражательных элементов 7 установленных в шахматном порядке, исходный материал делится по ширине потока на отдельные, элементарные потоки. При ударе о отражательные элементы 7 материал распределяется вдоль их граней, в зависимости от упругих свойств частиц. Породные частицы отскакивают на большее расстояние от места удара о грани и перемещаются вдоль их по зигзагообразной траектории с большей скоростью, чем частицы неупругие и с упругими промежуточными свойствами. Породные частицы попадают в разгрузочное приспособление 8, размещенное на большем расстоянии от загрузочной части устройства. Неупругие частицы, падая на поверхность отражательных элементов 7 сползают по их граням в поперечном направлении относительно продольной оси элементов 7 и, пересыпаясь по ним сверху вниз, попадают в разгрузочное приспособление 9. Менее упругие частицы сростки и породы (промежуточный продукт) имеют меньшую длину отскока, чем породные частицы и перемещаются по грани с какой-то средней скоростью, занимая при этом положение на отражательных элементах 7 между упругими и неупругими частицами. Длина отскока частиц промежуточного продукта от яруса к ярусу уменьшается за счет постепенного выделения из него частиц с более выраженными упругими свойствами на каждом вышележащем ярусе отражательных элементов 7. Своевременное выделение на каждом вышележащем ярусе отражательных элементов 7 частиц с более выраженными упругими свойствами обуславливает длину нижележащих отражательных элементов 7. Основная масса упругих частиц выделяется на первых ярусах. Нет необходимости выполнять отражательные элементы 7 одинаковой длины во всех ярусах, которая необходима для выделения в основном упругих частиц с большой длиной отскока. Выполнение отражательных элементов 7 в каждом нижерасположенном ярусе меньшей длины (короче), чем в выше - расположенном, дает возможность получить более широкий веер частиц падающих с граней элементов 7 Чем шире веер, тем меньше плотность потока материала (концентрация твердого на единицу плотности или объема) и более благоприятные условия для разделения по упругости.
Увеличивая ширину веера, можно увеличивать производительность до достижения такой предельной плотности потока, превышение которой влечет снижение эффективности разделения, отражательные элементы 7 нижерасположенного яруса расположенные в шахматном порядке перекрывают щель 12 между соседними отражательными элементами 7 вышерасположенного яруса, что исключает попадание (проскакивание) крупных породных частиц в неупругие и менее упругие. Угол между гранями двугранного профиля определен экспериментально и должен быть в пределах от 100 до 120.
При двугранном угле менее 100° упругие частицы при падении на двугранные отражательные элементы 7 не получают такого удара о грани, силы которой было бы отражательные элементы 7. При этом упругие частицы попадают в неупругую фракцию и фракцию с упругими промежуточными свойствами. При двугранном угле более 120° затрудняется скольжение неупругой фракции по граням отражательных элементов 7. При пересыпании ее с яруса на ярус происходит накопление последней на гранях. Эффективность разделения материала снижается. Обеспечение заданной эффективности разделения при этом требует снижения производительности устройства. В зависимости от изменения фракционного состава исходного материала регулируют угол наклона отражательных элементов 7. Экспериментами установлено, что данное устройство обеспечивает достаточно высокую производительность без снижения эффективности разделения при размещении 25° -35 к горизонту. В случае увеличения крупности исходного материала угол наклона отражательных элементов 7 несколько уменьшают для исключения проскакивания частиц материала по ним. Для этого решетку 14 опускают относительно решетки 15 по направляющим 20. При этом отражательные элементы 7, свободно размещенные в прямоугольных пазах 19 пластин 77 решетки 15 и треугольных пазах 18 пластин 16 решетки 14, которые устанавливаются под меньшим углом к горизонту. При уменьшении крупности исходного материала угол наклона отражательных элементов 7 увеличивают, перемещая решетку 14 вверх относительно решетки 15 по направляющим 20. В зависимости от требований к качеству получаемых фракций меняют положение шиберных отсекателей 11, установленных между разгрузочными приспособлениями 8, 9, 10 упругой промежуточной и неупругой фракций. Для исключения случайного механического захвата упругими частицами асбестового волокна веер частиц падающих с отражательных элементов 7 обдувается встречным потоком воздуха со скоростью меньшей скорости витания асбестового волокна. Для этого воздух отсасывается через диффузор 11 соединенный с системой вытяжки аспирации21.
Использование шарнирного закрепления ребер на наклонной плоскости позволяет регулировать их угол наклона по отношению к разделяемому материалу, тем самым управлять скоростью движения материала по поверхности наклонной плоскости.
Регулятор высоты дефлектора 5 также обеспечивает, за счет поднятия сегмента, снижать скорость движения продуктов с высоким коэффициентом трения и повышать скорость движения продуктов с низким коэффициентом за счет ударного контакта с поверхностью дефлектора и отбрасывания их на большее расстояние от первых частиц, что позволяет эффективно проводить последующий процесс разделения этих частиц друг от Друга.
Экспериментальная проверка устройства проведена в условиях асбестовой опытной фабрики на экспериментальной модели сепаратора для разделения материала по трению и упругости на различных асбестосодержащих продуктах.
Режимы проведения опытов и результаты разделения приведены в табл.2
Результаты экспериментальных данных свидетельствуют, что при наклонной плоскости с криволинейным трамплином, снабженным ребрами и дефлектором; позволяющими создать поверхность из асбеста; эффективность разделения и выход хвостов выше, чем при наклонной плоскости с криволинейным трамплином из стали и резины 74,9 и 80,2 против 59,4 и 55,9 (сталь) и 60,5 и 58,2 (резина) (таблица 2, опыты 1, 2, 4)
При увеличении угла наклона ребер выше 90% эффективность разделения и выход хвостов снижаются 67,5 и 68,0 (
=100°); 65,6 и 67,7 (=110°) против 85,1 и 79.3 (=80°), 74,9 и 80,2 (=90°) (табл.2, опыты 3-6).
Таким образом, данное устройство для фракционирования сыпучих материалов по трению и упругости обеспечивает повышение производительности, не снижая при этом качество процесса разделения.
ЛИТЕРАТУРА
1. Практика обогащения асбестовых руд / Под ред. Ф.П.Сафронова- М.: Недра, 1975. 224 с.
2. А.с. 1366235 СССР, МКИ4 В07В 13/04. Вероятностный многофракционный классификатор / Шишкин А.А., Хаустов В.В., - 3 с.:ил.2
| Результаты определения физико-механических свойств асбестовой руды | |||||||||
| Таблица 1 | |||||||||
| Вид покрытия | Кинематический коэффициент трения, fск | разница в коэффициентах | Коэффициент восстановления, k | Коэффициент трения по породе, Х | Разница в коэффициентах | ||||
| асбест | порода | асбест | порода | асбест | порода | k |  | ||
| Сталь | 0.73 | 0.33 | 0.33 | 0.01 | 0.46 | 0.29 | 0.1 | 0.45 | 0.28 |
| Резина | 0.84 | 0.43 | 0,43 | 0.01 | 0.52 | 0.44 | 0.09 | 0.51 | 035 |
| асбест | 1.21-1.36 | 0.69 | 0.69 | 0.01 | 0.34 | 0.01 | 0.12 | 0.33 | 0.79 |
| Результаты разделения асбестосодержащих продуктов (-15+0) мм с расположением элементов шахматном порядке | ||||||||||
| Таблица 2 | ||||||||||
 п.\п | Название продукта | Вид покрытия | Угол наклона ребер, град дефлектор | Выход, % | Массовая доля, % | Извлечение, % | Показатель эффективное та, % | |||
| свободного волокна | Пород Фракции+0,5 | свободного волокна | Породной фракции |  | ||||||
| +0,5 | -0,5 | |||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 |
| 1 | Исходный | сталь | Ребер, Дефлектора нет | 100 | 2,45 | 92,4 | 100 | 100 | 100 | 59,4 |
| Концентрат | 16 | 12,12 | 66,8 | 79,1 | 11,6 | 65,1 | ||||
| Промпродукт | 27,8 | 1,69 | 94,6 | 19,1 | 28,5 | 19,8 | ||||
| Хвосты | 55,9 | 0,02 | 99,1 | 0,5 | 59,9 | 9,9 | ||||
| Вынос | 0,3 | 10,80 | - | 1,3 | - | 5,2 | ||||
| 2 | Исходный | Резина | Ребер, Дефлектора нет | 100 | 2,28 | 91,4 | 100 | 100 | 100 | 60,5 |
| Концентрат | 14,8 | 10,80 | 68,7 | 70,2 | 11,1 | 48,3 | ||||
| Промпро дукт | 26,7 | 2,33 | 93,7 | 27,4 | 27,4 | 16,6 | ||||
| Хвосты | 58,2 | 0,04 | 96,6 | 1,0 | 61,5 | 30,9 | ||||
| Вынос | 0,3 | 10,80 | - | 1,4 | - | 4,2 | ||||
| 3 | Исходный | асбест | 80, дефлектор | 100 | 2,70 | 86,2 | 100 | 100 | 100 | 85,1 |
| Концентрат | 15,1 | 14,48 | 34,3 | 80,8 | 6,0 | 69,4 | ||||
| Промпродукт | 5,0 | 6,38 | 67,7 | 11,8 | 3.9 | 11,6 | ||||
| Хвосты | 79,3 | 0,17 | 97,8 | 5,0 | 90,1 | 14,2 | ||||
| Вынос | 0,6 | 11,04 | - | 2,4 | - | 4,8 |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 |
| 4 | Исходный | асбест | 90, дефлектор | 100 | 2,45 | 84,5 | 100 | 100 | 100 | 74,9 |
| Концентрат | 14,7 | 11,50 | 30,5 | 69,1 | 5,3 | 65,2 | ||||
| Промпродукт | 4,5 | 6,61 | 70,9 | 12,2 | 3,8 | 7,7 | ||||
| Хвосты | 80,2 | 0,49 | 95,8 | 16 | 90,9 | 23 | ||||
| Вынос | 0.6 | 11,04 | - | 2,7 | | 4,1 | ||||
| 5 | Исходный | асбест | 100, дефлектор | 24,5 | 100 | 2,69 | 92,1 | 100 | 100 | 67,5 |
| Концентрат | | 10,7 | 15,85 | 57,8 | 63 | 6,7 | ||||
| Промпродукт | | 21,0 | 3,84 | 88 | 30 | 20 | ||||
| Хвосты | | 68,0 | 0,23 | 99,3 | 5,8 | 73,3 | ||||
| Вынос | | 0,3 | 10,80 | - | 1,2 | - | ||||
| 6 | Исходный | асбест | 110, дефлектор | 26,6 | 100 | 2,39 | 92,5 | 100 | 100 | 65,6 |
| Концентрат | | 12,2 | 13,70 | 60,4 | 70 | 8,0 | ||||
| Промпродукт | | 19,8 | 2,59 | 90,2 | 21,5 | 19,3 | ||||
| Хвосты | | 67,7 | 0,25 | 99,3 | 7,1 | 72,7 | ||||
| Вынос | | 0,3 | 10,80 | - | 1,4 | - |
1. Сепаратор для разделения материалов по трению и упругости, включающий корпус, наклонную плоскость, ударную разделительную поверхность, выполненную в виде консольно закрепленных в корпусе и расположенных ярусами отражательных элементов, разгрузочное приспособление с поворотными шиберными отсекателями, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности и качества разделения материала, он снабжен дополнительным узлом стратификации, выполненным в виде криволинейного трамплина и ребер, шарнирно закрепленных на наклонной плоскости под углом до 90º раскрытым навстречу движения материала.
2. Сепаратор по п.1, отличающийся тем, что для разделения горных пород, имеющих различные коэффициенты трения и восстановления, криволинейный трамплин снабжен дефлекторами, выполненными в виде шаровых сегментов с механизмом изменения их высоты относительно плоскости криволинейного трамплина.
3. Сепаратор по п.1, отличающийся тем, что отражательные элементы закреплены в корпусе в шахматном порядке.
