Гравитационный центробежный концентратор нового типа
Редакция журнала «Золото и технологии» представляет вашему вниманию материал о новом центробежном концентраторе. Новшество данного изобретения заключается в переменной скорости вращения чаши. Сотрудники редакции посетили производство в Туле и пообщались с коллективом конструкторов. На наш взгляд, изобретение достойно внимания и выражаем уверенность, что данное оборудование найдет широкое применение среди золотодобытчиков.
Принцип действия центробежных сепараторов (концентраторов) прост и эффективен. Это обусловлено тем, что центробежная сила, являющаяся фактором разделения, действует в любой точке объёма разделяемых продуктов, как сила тяжести действует в любой точке пространства. На сепараторах разделяют жидкости, отличающиеся по плотности на 15-20 %, причём с хорошим качеством и производительностью, например, отделяют воду от топлива. Хорошая подвижность жидкостей не создаёт проблем для относительного перемещения частиц под действием центробежной силы — более тяжёлый продукт устремляется на возможно больший радиус, вытесняя «легковес».
Центробежные концентраторы для разделения твёрдых материалов работают менее успешно, так как достаточной подвижностью обладает только находящийся в движении слой материала, и чтобы «выпасть» из этого слоя, необходимо проникнуть в минеральную постель, состоящую из основного материала. А эта постель прижата центробежной силой к дну рифли и нет силы, которая помогла бы процессу замещения легких частиц более тяжелыми — только разница в удельных весах. Не всем тяжелым частицам и не всегда удается справиться с этой задачей, тем более что постель под действием центробежной силы меняет свои свойства — она уплотняется. Концентратор надо останавливать для разгрузки. Время нормальной работы концентратора по разделению твёрдых материалов в водной среде исчисляется минутами, тогда, как в большинстве случаев требуются часы. Все усовершенствования концентраторов направлены на устранение причины, порождающей слёживание продукта в рифлях — его неподвижности относительно чаши. Каждое новшество заставляет продукт тем или иным образом «шевелиться» в рифле: разжижающая вода в Knelson, разрыхляющая вода и неподвижные пальцы в ряде отечественных и зарубежных конструкций, наложенная вибрация и др. Надо заметить, что все эти «приемы» не столь безобидны, так как возникают локальные зоны турбулентности, которые провоцируют снос полезного продукта в хвосты. Наиболее удачным,с нашей точки зрения, является центробежно-вибрационный концентратор, где чаше сообщается сложное движение, в результате чего все её точки движутся с разными линейными скоростями (аналогично колесу движущегося автомобиля), имеющими один закон изменения, но находящимися в разных фазах. Изменение линейной скорости — это есть ускорение, а следовательно, сила (тангенциальная) вдоль рифли, объёмная — то, ради чего так усложнилась конструкция.
При определённом соотношении центробежной и тангенциальной сил длительность эффективной работы существенно возросла. Однако эффект был бы куда больше, если бы не то обстоятельство, что в чаше существуют точки с растущей линейной скоростью одновременно с точками с уменьшающейся линейной скоростью, в результате чего материал рифли пытается сдвинуться во встречных направлениях, что, несомненно, затрудняет его перемещение (стесненное смещение).
Разработка нашего концентратора началась более 15 лет назад, когда появилась задача улучшить концентратор центробежный вибрационный. Аппарат «ловил» более чем сносно на песках, но пасовал перед глиной — даже небольшое ее содержание резко снижало качество извлечения и приводило к залипанию рифлей. Решение не «упало с неба» — оно было просто вычислено. Сформировали набор свойств, которыми должна обладать чаша чтобы выполнялась только нужная работа и не появлялись силы, вызывающие нежелательные эффекты.
Оказалось, что для успешной работы чаши достаточно «заставить» ее вращаться с постоянно меняющейся скоростью, при этом решаются несколько проблем:
- смещение чаши относительно потока пульпы вызывает смещение всех слоев вдоль рифли, причем наибольшее смещение будет у дна рифли, откуда обычно начинается процесс залипания;
- свободная поверхность потока пульпы «не успевает» за изменением скорости чаши, и центробежная сила (фактор разделения!) остается постоянной;
- слои смещаются естественно, т.е. нет сил, препятствующих их взаимному смещению, как в случае с наложенной вибрацией или сложном вращении чаши в вибрационных концентраторах;
- не возникает условий для сноса полезного продукта; кроме центробежной, нет силы сдвигающей материал по глубине рифли. (разжижающая вода в Knelson, Итомаке и др.).
По сути, чаша в этой конструкции является свернутым в конус старательским лотком, в котором разрыхление обеспечивается сдвигом лотка «вправо- влево» относительно породы (пульпы), тем самым размывая грунт и давая мелким и тяжелым частичкам осесть на дно. Только в нашем случае лоток бесконечной длины (закольцован), разделяющая сила и частота возвратно-колебательных движений на порядок больше, процесс загрузки и отвод хвостов непрерывен.
Практически изложенная идея воплотилась в концентратор переменного вращения (КПВ), который работает на оборотной воде, имеет небольшую массу и малую мощность электропривода.
Суть нового, запатентованного принципа заключается в том, что чаша постоянно меняет свою скорость. За 1 сек. происходит 10 циклов «ускорение- замедление-ускорение». Так, например, при средних оборотах чаши 600 об/мин (не изменяются) она 0,05 сек. разгоняется, обгоняя поток на ~35°, затем столько же тормозится, отстав от потока на те же ~35°. Материал, прижатый центробежной силой к дну рифли, увлекается за чашей, но отстает от нее, смещаясь относительно смежных слоев.
Соотношение скоростей (отношение максимальной скорости вращения к минимальной) легко регулируется от 1 (скорость вращения постоянна) до 3 (максимальная скорость в 3 раза больше минимальной). Испытаниями установлено, что очень глинистый материал требует соотношения скоростей 1:3, тогда как пескам достаточно 1:1,3.
Таким образом, переменная скорость вращения чаши обеспечивает КПВ следующие характеристики:
- отсутствие залипания рифлей на любых грунтах;
- постоянное и естественное ворошение постели;
- повышенное качество извлечения, особенно на труднопромы- вистых грунтах;
- простое и быстрое определение режимов работы, простая подстройка под изменяющиеся свойства исходного материала;
- отсутствие какой-либо электроники для обеспечения стабильности процесса, так как соотношение скоростей при запуске (остановке) аппарата сохраняется;
- увеличенное время непрерывной работы до разгрузки концентрата;
- простота эксплуатации, которая практически не отличается от эксплуатации простого без «наворотов» центробежника.
Такие уникальные свойства концентратора КПВ делают его универсальной машиной для добычи полезных ископаемых в самых сложны условиях и найдет ему широкое применение на золотодобывающих предприятиях при переработке «ховостов» и т.д.
На данный момент прошли испытания концентраторы с диаметром чаши 100 и 300 мм. Также доступны для производства модели с большим диаметром чаши.
Е.С. Михеев — главный конструктор ООО «РИПАМ»
В.Е. Михеев — генеральный директор ООО «РИПАМ»
Тел.: +7 (495) 616-60-26, +7 (909) 913-75-07. E-mail: bsv@zolteh.ru
Опубликовано в журнале «Золото и технологии» № 3(37)/сентябрь 2017 г.
