RU124189U1 - Дезинтегратор неоднородного материала - Google Patents

Abstract

1. Дезинтегратор неоднородного материала, состоящий из системы подачи материала, футерованной конусной рабочей камеры, разрушающего инструмента и приемного бункера, отличающийся тем, что футеровка рабочей камеры выполнена из мягкого износостойкого материала, а наружная поверхность разрушающего инструмента покрыта щеткой из гибких и упругих резцов, твердость которых больше твердости основной массы дезинтегрируемого материала, но меньше твердости твердых вкраплений.2. Дезинтегратор по п.1, отличающийся тем, что футеровка рабочей камеры выполнена из полиуретана.3. Дезинтегратор по п.1, отличающийся тем, что футеровка рабочей камеры выполнена из полипропилена.4. Дезинтегратор по п.1, отличающийся тем, что футеровка рабочей камеры выполнена из фторопласта.5. Дезинтегратор по п.1, отличающийся тем, что резцы, покрывающие поверхность разрушающего инструмента, выполнены в виде нитей из упругого материала с твердостью не менее 4 и не более 9 единиц по шкале Мооса.6. Дезинтегратор по п.1, отличающийся тем, что резцы, покрывающие поверхность разрушающего инструмента, выполнены в виде витых пучков нитей из закаленной стальной проволоки.7. Дезинтегратор по п.1, отличающийся тем, что внутри приемного бункера наклонно установлено сито, а бункер имеет выпускные отверстия для надрешетного и подрешетного продуктов.

Description

Устройство предназначено для дезинтеграции неоднородных по твердости материалов и выделения из них вкраплений, превосходящих по твердости связующую массу, например для выделения твердой фракции минералов, например, алмазов, рубинов, сапфиров из содержащих их пород.

Для выделения алмазов из содержащей их породы (кимберлита), их необходимо раскрыть. Раскрытие алмазов производят измельчением кимберлита. При измельчении кимберлита необходимо сохранить природную целостность алмазов, поскольку получаемые потери от раскола или повреждения алмазов невосполнимы.

Известно устройство для измельчения руд - барабанная мельница, представляющая из себя вращающийся полый барабан, внутри которого помещены мелющие тела, как правило, шары из твердого материала (Борщев В.Я. Оборудование для измельчения материалов. Тамбов: Изд-во Тамбовского государственного технического университета, - 2004 г., - 75 С).

Недостатком данного устройства является низкая сохранность природной целостности хрупких минералов (алмазов), поскольку мелющие тела при соударении с алмазами, разбивают их.

Известно также устройство для измельчения руд - барабанная мельница самоизмельчения, представляющая собой вращающийся барабан, в котором мелющим телом являются куски самой руды. Измельчение происходит за счет трения кусков материала друг о друга и разбивания мелких кусков крупными (Борщев В.Я. Оборудование для измельчения материалов. Тамбов: Изд-во Тамбовского государственного технического университета, - 2004 г., - 75 С).

Недостатком данного устройства является низкая эффективность измельчения за счет трения, основное дробление осуществляется за счет разбивания мелких кусков более крупными. Кроме того, при обработке небольших порций руды (проб) эффективность самоизмельчения существенно снижается, поскольку мелющим телом является масса самой руды.

Аналогом заявляемому решению по способу достижения цели является зубчатая дробилка, содержащая корпус со смонтированным в его подшипниках валом, и закрепленными на нем дисками с лопастями. Лопасти имеют износостойкие режущие кромки (Зубчатая дробилка. Патент RU на полезную модель 89981 U1 от 17.04.2009, В02С 1/00). В данном устройстве дробление материала осуществляется не за счет удара или раздавливания, а за счет резания.

Это устройство не пригодно для дезинтеграции неоднородного материала, содержащего твердые и сверхтвердые включения, например, для дезинтеграции кимберлитов с целью выделения из них твердой фракции. Для успешного резания требуется, чтобы твердость режущего инструмента превосходила твердость разрезаемого. Если же режущий инструмент, будет выполнен, например, из алмаза (армирован алмазом), то в этом случае будут разрушаться все минералы, в том числе и алмаз, дезинтеграции материала (избирательного разрушения связующей массы) происходить не будет. Таким образом, данное устройство не пригодно для избирательного разрушения материала с целью получения раскрытых неповрежденных минералов твердой фракции и не обеспечивает высокой сохранности природной целостности полезного компонента.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому техническому решению являются конусные дробилки (Борщев В.Я. Оборудование для измельчения материалов. Тамбов: Изд-во Тамбовского государственного технического университета, - 2004 г., стр.16-19), состоящие из системы подачи материала, футерованной конусной рабочей камеры, разрушающего инструмента и приемного бункера. В таких дробилках материал разрушается в камере, образованной наружным неподвижным и внутренним подвижным усеченными конусами. Рабочая камера дробилки образуется наружной поверхностью дробящего конуса и внутренней поверхностью неподвижной рабочей камеры. Подвижная и неподвижная поверхности футерованы броней из высокомарганцовистой стали, Часто дробящему конусу сообщается гирационное движение. В результате при сближении конусов материал дробится, а при их расхождении выгружается. Основным физическим процессом, обеспечивающим измельчение материала в таких дробилках является процесс раздавливания кусков между двумя твердыми поверхностями подвижного и неподвижного конусов. Конусные дробилки обладают высокой эффективностью измельчения, особенно при необходимости получения мелких фракций измельченного материала, однако не обладают избирательностью.

Недостатком данного устройства является то, что в таких дробилках фракция твердых минералов циркулирует длительное время, что наносит повреждения как самой дробилке, так и приводит к постепенному разрушению минералов твердой фракции. Например, в случае использования в алмазодобывающей промышленности такие дробилки не обеспечивают высокую сохранность природной целостности ценного компонента (например, кристаллов алмазов).

Техническим результатом данной полезной модели является повышение сохранности целостности ценного компонента - материалов твердой фракции минералов.

Указанный технический результат достигается тем, что в дезинтеграторе неоднородного материала, состоящем из системы подачи материала, футерованной конусной рабочей камеры, разрушающего инструмента и приемного бункера, футеровка рабочей камеры выполнена из мягкого износостойкого материала, а наружная поверхность разрушающего инструмента покрыта щеткой из гибких и упругих резцов, твердость которых больше твердости основной массы дезинтегрируемого материала, но меньше твердости твердых вкраплений Футеровка рабочей камеры выполнена из полиуретана, полипропилена или фторопласта. Резцы, покрывающие поверхность разрушающего инструмента, выполнены в виде нитей из упругого материала с твердостью не менее 4 и не более 9 единиц по шкале Мооса и могут быть выполнены в виде витых пучков нитей из закаленной стальной проволоки. Внутри приемного бункера наклонно установлено сито, а бункер имеет выпускные отверстия для надрешетного и подрешетного продуктов.

Заявляемое техническое решение поясняется фиг.1 и 2.

На фиг.1. показана принципиальная схема дезинтегратора.

На фиг.2. показано устройство щеточных резцов.

Дезинтегратор (фиг.1), состоит из системы подачи материала - бункера 1, футерованной конусной рабочей камеры 2, вращающегося ротора с размещенным на нем разрушающим инструментом 3, который приводится в движение двигателем 4 и приемного бункера 5. Разрушающий инструмент представляет собой щетки из гибких и упругих резцов, твердость которых меньше твердости минералов твердой фракции материала, но больше твердости связующей массы. Резцы размещены на дисках разного диаметра (фиг.2). На роторе размещено несколько таких дисков, в результате чего разрушающий инструмент представляет собой конус или цилиндр, покрытый щеткой из резцов. Разрушающий инструмент помещен в рабочую камеру 2 (фиг.1). Рабочая камера представляет собой усеченный конус, меньшее основание которого обращено вниз. Диаметр обращенного к верху большого основания выбран исходя из крупности поступающего на дезинтеграцию материала. Диаметр обращенного к низу меньшего основания выбирают исходя из диаметра разрушающего инструмента и класса крупности твердой фракции материала, который ожидается получить в процессе дезинтеграции. Внутренние поверхности рабочей камеры футерованы относительно мягким, но износостойким материалом, например полиуретаном, полипропиленом или фторопластом. Ротор с размещенным на нем дезинтегрирующим инструментом приводится во вращение электродвигателем 4. Все узлы устройства размещены на станине 6. При необходимости выделения твердой фракции в приемном бункере 5 устанавливается сито 7, с размером отверстий, соответствующих крупности отвального (подрешетного) продукта. Сито установлено несколько наклонно (под углом 5-10 градусов) что обеспечивает движение материала, который крупнее отверстий сита (надрешетного продукта) вниз по ситу и его вывод через отверстие в приемник концентрата 8. Движение материала по ситу и эффективность просеивания обеспечивается вибрацией самой установки. Мелкая фракция (подрешетный продукт) в этом случае накапливается в приемнике хвостовых продуктов 9, или выводится расположенным ниже конвейером (не показан на схеме).

Работа устройства основана на следующих соображениях. При взаимодействии с мягкой связующей массой материала тонкие упругие резцы (например, представляющие собой щетку, нити которой выполнены, из твердой стали) разрушают его, снимая слой за слоем. При соприкосновении с твердым минералом, например, алмазом, резец не может его оцарапать, изгибается и обходит его, затем возвращается в свое исходное положение за счет своей упругости. Твердый минерал и сам резец остаются неповрежденными. В результате чего и осуществляется процесс дезинтеграции - избирательного разрушения связующей массы. При этом твердые компоненты материала обосабливаются и выделяются из породы. Снижению повреждаемости твердых, но хрупких материалов (например, алмазов) за счет ударов о стенки способствует относительно мягкая износостойкая футеровка.

Устройство работает следующим образом.

Во входной бункер 1 подается исходный материал, крупность которого ограничивается размерами зазора между стенкой верхнего основания конусной рабочей камеры 2 и разрушающим инструментом 3. Под действием силы тяжести материал опускается в конусную рабочую камеру 2, где вступает во взаимодействие с разрушающим инструментом 3.

Поскольку твердость основной массы дезинтегрируемого материала меньше твердости резцов инструмента, то материал разрушается за счет обдирки (резания) щетками инструмента. Продукт обдирки (пыле-песчаная смесь) свободно проваливается вниз вдоль стенок рабочей камеры 2 и попадает в приемный бункер 5. Размеры кусков материала в результате обдирки уменьшаются, и они также постепенно опускаются вниз рабочей камеры до тех пор, пока их размеры не уменьшатся до величины зазора между диаметром нижнего (меньшего) основания рабочей камеры и разрушающего инструмента. Таким образом, в результате дезинтеграции в приемном бункере 5 накапливается пыле-песчаная смесь и округлые кусочки неразрушенного материала, диаметр которых приблизительно соответствует величине зазора между разрушающим инструментом и нижним (меньшим) диаметром рабочей камеры.

При поступлении на дезинтеграцию однородного материала с твердостью, меньшей, чем твердость материала резцов, и следующими параметрами дезинтегратора - верхний (приемный) зазор рабочей камеры 100 мм, а нижний (выпускной) зазор - 10 мм, размерность поступающего материала - 100 мм, размерность выходящего материала - 10 мм. Поскольку масса образцов пропорциональна кубу их линейного размера, то масса материала, измельченного до крупности -10 мм составит одну тысячную долю (0,1%) поступающего материала. Остальное составит пыле-песчаная смесь. При подаче на дезинтеграцию неоднородного материала, содержащего вкрапления другого материала, твердость которого больше твердости резцов, происходит следующее. Связующая масса материала разрушается по описанному выше механизму. Если на поверхности куска обнажилось вкрапление материала, твердость которого больше твердости резцов, то резцы не могут его разрушить, изгибаются и разрушают окружающий его мягкий материал. Твердый минерал остается неповрежденным, при этом очищается от связующих мягких минералов до тех пор, пока не отделится от основного куска и самопроизвольно попадет в приемник измельченного продукта. Процесс огибания твердых кристаллов гибкими резцами обеспечивает хорошее раскрытие полезного компонента и его очищение от сростков с другими минералами и прочих примазок. Поскольку разрушающий инструмент (щетка) не может повредить материал с большей твердостью, то нити щетки изогнутся и кусок попадет в приемник продуктов дезинтеграции, даже в случае, если его размер больше зазора между инструментом и стенкой выпускного отверстия. Мягкая износостойкая футеровка, например, из полипропилена, предохранит минералы от разрушения за счет ударов о стенки.

Для разрушения связующей массы твердость резцов должна быть больше твердости связующей массы и составлять величину, не менее 4 единиц по шкале Мооса, в противном случае дезинтеграция не будет осуществляться. Очевидно, также, что чем выше твердость резцов, тем выше производительность режущего инструмента и тем интенсивнее будет осуществляться дезинтеграция. Очевидно и то, что наибольшая производительность данного оборудования будет достигнута при использовании резцов, армированных алмазом, т.е., обладающих твердостью 10 единиц по шкале Мооса. Однако резцы такой твердости станут разрушать твердую фракцию, в том числе, и полезный компонент, что противоречит цели изобретения. Поэтому максимальная твердость резцов должна быть меньше твердости полезного компонента и составлять величину не более 9 единиц по шкале Мооса. Это могут быть резцы, армированные, например, победитом, корундом, или нитридом бора. При этом минералы с твердостью 9 и менее единиц по шкале Мооса также будут частично разрушаться.

Для выделения крупной фракции, содержащей полезный компонент, в приемном бункере наклонно устанавливается сито 7, сквозь которое проходит мелкий класс (подрешетный продукт) 9, который выводятся из технологического процесса. Концентрация полезного компонента (алмазов) в надрешетном продукте 8 при этом увеличивается в 10 - 1000 раз в зависимости от минерального состава и твердости кимберлита. Таким образом, дезинтеграция позволяет не только раскрыть алмазы и минералы твердой фракции с сохранностью их природной целостности, но и получить концентрат полезного компонента. Обогащение в данном случае осуществляется за счет отличий в твердости минералов, следствием чего является отличие в их крупности.

Пример конкретного выполнения.

В качестве примера приводится устройство макета лабораторного дезинтегратора кимберлита. Дезинтеграцию производят с целью дальнейшего определения минерального состава твердой фракции, в том числе, с целью определения содержания алмазов в пробах кимберлита.

В макете дезинтегратора в качестве породоразрушающего инструмента используют специальные щетки диаметром 150-300 мм. собранные на вертикальном валу. В этих щетках в качестве режущего инструмента используются витые пучки стальной закаленной проволоки (фиг.2) с твердостью около 5 ед. по шкале Мооса, что позволяло получить неповрежденные минералы с твердостью 6 и более ед. по шкале Мооса: минералы кварцевой группы, гранаты, оливины, алмазы.

На установленный вертикально барабан 3 устанавливают несколько щеток, причем нижние были наибольшего диаметра, а верхние - наименьшего. В результате такой установки щеток получен внутренний дезинтегрирующий конус.

Устройство макета представлено на фиг.1. Макет состоит из бункера 1, куда помещают куски породы, вращаемого электродвигателем 4 барабана 3, на котором укреплен набор щеток. Барабан со щетками заключен в корпус 2 (рабочую камеру), внутренняя поверхность которой покрыта полипропиленом, с выпускным зазором. Дезинтегрированный материал собирается в приемном бункере. При необходимости в бункере устанавливают сито 7.

В бункер 1 загружалась проба кимберлитового керна диаметром 100 мм. Под действием силы тяжести куски кимберлита направлялись к барабану, где вступали в контакт со щеточными резцами 3 (фиг.1). При соприкосновении с подаваемым материалом нитевидные резцы щеток избирательно разрушают только тот материал, твердость которого меньше твердости резца, разрушая, таким образом, связующую массу кимберлитовой породы (кимберлитовый цемент). Размеры кусков кимберлита при этом уменьшаются, куски опускаются все ниже и ниже. Процесс продолжался до тех пор, пока куски не уменьшатся до размеров выпускного зазора. После этого куски через выпускной зазор попадают в приемный бункер. Пыле-песчаная смесь также самопроизвольно ссыпается в приемник измельченного продукта. Выделение твердой крупной фракции (концентрата) производилось наклонным ситом 7 с размером ячеи 1 мм. Концентрат, через отверстие в боковой стенке попадал в приемник концентрата 8. Мелкая фракция (отвальные хвосты) собирались в приемнике хвостов 9.

В данном устройстве не используются удары или иные динамические нагрузки, поэтому хрупкие минералы (алмазы) не дробятся, что отличает данное устройство от аналогов и прототипа. В данном устройстве процессами резания избирательно разрушаются только мягкие минералы, связующие кимберлит в единое целое, что и является процессом дезинтеграции. В этом состоит основное отличие от аналога, согласно которому весь образец режется, и прототипа, согласно которому весь образец измельчается ударами и раздавливанием. Кроме того, выделение минералов твердой фракции, в которую входит и алмаз, позволяет реализовать обогащение кимберлита за счет вывода из дальнейшего процесса обогащения мягкие минералы, заведомо входящие в состав отвальных хвостов.

Claims (7)

1. Дезинтегратор неоднородного материала, состоящий из системы подачи материала, футерованной конусной рабочей камеры, разрушающего инструмента и приемного бункера, отличающийся тем, что футеровка рабочей камеры выполнена из мягкого износостойкого материала, а наружная поверхность разрушающего инструмента покрыта щеткой из гибких и упругих резцов, твердость которых больше твердости основной массы дезинтегрируемого материала, но меньше твердости твердых вкраплений.

2. Дезинтегратор по п.1, отличающийся тем, что футеровка рабочей камеры выполнена из полиуретана.

3. Дезинтегратор по п.1, отличающийся тем, что футеровка рабочей камеры выполнена из полипропилена.

4. Дезинтегратор по п.1, отличающийся тем, что футеровка рабочей камеры выполнена из фторопласта.

5. Дезинтегратор по п.1, отличающийся тем, что резцы, покрывающие поверхность разрушающего инструмента, выполнены в виде нитей из упругого материала с твердостью не менее 4 и не более 9 единиц по шкале Мооса.

6. Дезинтегратор по п.1, отличающийся тем, что резцы, покрывающие поверхность разрушающего инструмента, выполнены в виде витых пучков нитей из закаленной стальной проволоки.

7. Дезинтегратор по п.1, отличающийся тем, что внутри приемного бункера наклонно установлено сито, а бункер имеет выпускные отверстия для надрешетного и подрешетного продуктов.

Images