Гидроциклон для разделения минеральных частиц

ВТОРСНОМУ С на Трудоый инстит оциклонМ;фНед а цикло.горГ ЕЛЕНИН й корпус ую.с верх скую ка- патрубсливным ичаю- повыия,л ивнойе. УДАРСТЮННЫЙ КОМИТЕТ СССРДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И,ОТНРЫТИ(72) А.Н.Шломив, В.А.Бунько,и Ю,А.Коряков-Савойский71) Днепропетровский ордевого Красного Знамени горним. Артема(56) 1, Поваров А.И. Гидробогатительных Фабриках.1978, с. 185-195.2. Черненко. Применение гинов при обогащении угля. М.,техиздат, 1960 р с42-61.54) (57)1,ГИДРОЦИКЛОН ДЛЯ РАЗДМИНЕРАЛЬНЫХ ЧАСТИЦ, содержащисферической.форьн, сопряженнней частью корпуса цилиндричемеру с тангенциальным входнымком и соосно расположеннымии песковым патрубками, о т лщ й й с я тем, что, с целью щения эффективности разделения путем обеспечения упорядоченных потоков пульпы и снижения их турбулентности в рабочей зоне, цилиндрическая камера снабжена горизонтально установленной диафрагмой и имеет внутренний диаметр, равный ( 0,62-0,67) внутреннего диаметра сферического корпуса, входной патрубок установлен в цилиндрической камере под диафрагмой, песко-. вый патрубок имеет коническую Форму и сопряжен большим основание со сферической частью корпуса, а сливной: патрубок выполнен с высотой, равной 0,45-0,65) высоты сферической части корпуса и цилиндрической камеры до диафрагм, при этом большее основа- ЕФ нне пескового патрубка составляет (0,8-0,85)внутреннего диаметра цилинд .рнческой камеры, а высота патрубка,45-0,5)его большего основан2Гидроциклон по п.1, о т ч а ю щ и й с я тем, что сли патрубок закреплен в диафрагмИзобретение относится к разделению минералов по крупности и плотности в центробежном поле и можетбыть использовано для классификациизернистых материалов, а также обогащения в водной среде или минеральной суспензии и может быть использовано в горной, химической и другихотраслях .промышленности.Известен цилиндрический гидроциклон с промежуточной сливной камерой, 10примыкающей к корпусу сверху, диафрагму со сливным патрубком, песковыесменные патрубки для выпуска тяжелого продукта Щ .Недостаток гидроциклона - невысокая эффективность и точность разделения.Наиболее близким к изобретениюпо технической сущности и достигаемому результату является гидроциклон,содержащий корпус сферической формы,сопряженную с верхней частью корпуса цилиндрическую камеру с тангенциальным входным патрубком и сооснорасположенными сливным и песковымпатрубками 2).Однако известная конструкция непозволяет достаточно четко разделять минералы по крупности .или плотности, поэтому основным недостаткомявляется низкая эффективность и точность разделения. Это обусловленосамой структурой вращающихся потоковпульпы в аппарате, предопределяющейпопадание части крупных (тяжелых)частиц в слив (легкий продукт), тур- З 5булентным характером движения пульпы, а также отсутствием оптимальныхусловий разгрузки крупных (тяжелых)частиц через песковый (для тяжелыхчастиц) патрубок, что приводит к смещению уже разделившихся (расслоившихся) потоков.Целью изобретения является повышение эффективности и точности разделения за счет упорядочения потоков пульпы и снижения их турбулентности в рабочей зоне,Поставленная цель достигается тем, что в гидроциклонеусодержащем 50 корпус сферической формы, попряженную с верхней частью корпусацилиндрическую камеру с тангенциальным входным.патрубком и соосно расположенными сливным и песковым патрубками, цилиндрическая камера снабжена горизонтально установленной диафрагмой и имеет внутренний диаметр, равный 0,62-0,67 внутреннего диаметра сферического корпуса, входной патрубок установлен в цилиндри ческой камере под диафрагмой, лесковый патрубок имеет коническую форму и сопряжен большим основанием со сферической частью корпуса, а сливной патрубок выполнен с высотой, рав ной 0,45-0,65 высоты сферическойчасти .корпуса и цилиндрической камеры до диафрамы, при этом большее основание пескового патрубка составляет0,8-0,85 внутреннего диаметра цилиндрической камеры, а высота песковогопатрубка -. 0,45-0,5 его большего основания. При этом сливной патрубокзакреплен в диафрагме цилиндрическои камеры.На фиг. 1 представлен гидроциклон,общий вид; на фиг. 2 - график зависимости эффективности процесса разделения и величины граничного зернаот соотношения диаметров цилиндрической камеры и сферической частикорпуса,Гидроциклон состоит из корпуса 1сферической формы, сопряженной сверхней частью корпуса цилиндрической камеры 2, в которой горизонтально установлена диафрагма,3, де-.лящая внутренний одъем гидроциклона на две зоны: сливную 4 с патрубком 5 для отвода сливного легкогопродукта из этой эоны и рабочую зону(цилиндрическая камера под диафрагмой и внутренний объем сферическойчасти корпуса). В рабочей боне непосредственно под диафрагмой 3 установлен питающий патрубок 6. Сливнойпатрубок .7 для отбора сливного легкого продукта в сливную камеру 4имеет внутренний диаметр, равный0,25-0,4 диаметра цилиндрической камеры 2, заборный конец которого раз.мещен в верхней части сферическогокорпуса 1, установлен по центру диаФрагмы 3 соосно оси гидроциклона(высота сливного патрубка 7 составляет 0,45-0,65 высоты рабочей зоны).В нижней части сферической части корпуса 1 имеется песковый патрубок 8 дляотвода тяжелого продукта коническойформы, сопряженный со сферическойчастью большим основанием. Дополнительная зона 9 разделения образованаучастками 10 конического патрубка 8 иограничена плоскостями нижнего основания сферической части корпуса 1 ибольшего основания конического патрубка 8, причем диаметр нижнего основания сферической части корпуса 1составляет 0,8-0,85 внутреннего диаметра цилиндрической камеры 2, внутренний радиус скруглейия (участков10) составляет 0,5-0.6 укаэанногодиаметра. а высота дополнительнойзоны 9 разделения составляет 0,45-0,5,ее большего основания. Выполнение рабочей зоны как совокупности трех взаимосвязанных элементов разделительной рабочей камеры (цилиндрическая камера 2, сферическая часть корпуса 1, дополнительная эона 9 разделения, при их соответствующем взаимном расположении исоответствующих соотношениях размеров обеспечивают эффективное упорядочение потоков и снижение турбулентности в рабочей зоне аппарата засчет перераспределения осевых ирадиальных составляющих скооостейдвижения потоков пульпы.Поскольку формирование потоковпульпы происходит в цилиндрическойкамере 2, то увеличение ее высотыв соотношении с осью рабочей эоныприводит к необходимой стабилизациипотоков, т,е. к улучшению режима раэделения, и высота цилиндрическойкамеры 2 - 0,8-1,2 внутоеннего диаметоа этого сосчда - достаточна дляпоедотвоашения сьыва кочпных зеоенв слив.Выбоо высоты цилиндоической камеры 2 опоеделяется кочпностью исходного матеоиала. Для тонких классовона должна составлять верхний предел, для крупных - нижнийВнутренний диаметр цилиндрической камеры2 для обеспечения необходимого гидродинамического режима движения потоков пульпы, как показатели практические исследования (фиг: 2), должен составлять 0,62-0,67 внутреннегодиаметра сферического корпуса 1, адиаметр сливного патрубка 7 - 0,250,4 диаметра цилиндрической камеры 2,Для снижения влияния турбулентностив зоне образования внутреннего восходящего потока, в зоне реверсирования потоков на. условия разгрузки пескового (тяжелого) продукта,уменьшения засорения его мелкими(легкими) частицами в гидроциклонепредусмотрена дополнительная зона9 разделения, внутренняя поверхность которой плавно сопряжена с.внутренними поверхностями сферического корпуса 1 и конического патрубка 8. Для обеспечения плавностисопряжения и обеспечения необходимой скорости и траектории раэделякщихся потоков пульпы большийдиаметр дополнительной зоны 9 разделения .составляет ,8-0,85 внутрен.него диаметра цилиндрической камеры 2, внутренний радиус округления - 0,5-0,6 этого диаметра, а высота - 0,45-0,5 большего основанияпескового натрубка,Гидроциклон работает следующимобразом. Исходная пульпа по питающему патрубку б тангенциально под давлением подается в верхнюю часть цилиндрической камеры 2 разделительной рабочей зоны непосредственно под диафрагму 3 и приобретает вращательное движение, При этом возникают зна- . чительные центробежные силы, под действием которых более крупные (тяжелые) частицы движутся от оси гидроциклона к его стенкам по спиральным траекториявниз и через лесковый (для тяжелого продукта) пат рубок 8 выбрасываются нз гидроциклона. Более мягкие (легкие) частицы-5 движутся во внутреннем спиральномпотоке, направленном вверх и выбрасываются из гидроциклона черезсливной (для легкого продукта)патрубок 7, сливную зону 4 и патрубок10 5 для отвода сливного (легкого) продукта. Таким образом, в гндроциклоне возникают два основных вращающихся в одну сторону потока. Внешний поток имеющий поступательное15 движение по спирали вверх к сливному патрубку 7, подходя к дополнительной зоне 9 разделения (поверхности с отрицательной кривизной), делится на две части: нижнюю,20 которая, не меняя поступательногодвижения, уходит из гидроциклоначерез песковый патрубок 8, и верхнюю, которая образует внутреннийпоток, изменяя направление посту 25 пательнОГО движенияПовышению эффективности и точности разделения в предлагаемомгидроциклоне способствуют следующие факторы,Песковая (тяжелая) часть материала, движущаяся по стенке гидроциклона в месте сопряжения цилиндрической камеры 2 и сферического корпуса 1 (при данных соотношениях ихдиаметров), при переходе с меньше 35 го диаметра на больший перечищается с выделением тонких частиц,увлекаемых крупными частицами пристенного потока к песковому патрубку 8в область внутреннего восходящего40 потока, что способствует дальнейшему повышению эффективности и точности разделения.Благодаря расширению потока эасчет разницы диаметров цилиндри 45 ческой камеры 2 и сФерического корпуса 1 в верхней его полусфере радиальная составляющая скорости потока направлена от.оси, что снижаетвероятность попадания крупных частиц из еще неразделившегося в цилиндрической камере 2 потока в сливнуюзону 4 через заборный конец сливного (для легкого продукта) патрубка 7.В верхней полусфере сферического корпуса 1 радиальная составляющая скорости потока способствует перемещению крупных частиц к стенкамаппарата, а в нижней препятствуетих обратному .перемещению. Поэтому кон60 центрация частиц в верхней полусфересферического корпуса 1 меньшая, чемв нижней (на том же диаметре горизонтального сечения сферического корпуса 1). В зоне изменения направления65 радиальной составляющей (в зоне по 1005926перечного диаметра сферического корпуса 1) происходит резкий скачок по концентрации, который является как бы запорной зоной для проникновения в нее мелких (легких частиц). Поэтому заборный конец сливного патрубка 7 размещен непосредственно в зоне минимальной концентрации, т.е. в верхней полусфере сферического корпуса 1. Для обеспечения оптимальной работы гидроциклона высота сливного 10 патрубка 7 должна составлять 0,45- 0,65 высоты рабочей зоны (высоты сферической части корпуса и цилиндрической камеры до диафрагмы).Градиент концентрации междуслив ным (для легкого продукта) патрубком 7 и внутренней поверхностью стенки сферического корпуса 1, вследствие меньшей концентрации частиц в верхней его полусфере, относительно 20 небольшой, что приводит к незначительному попаданию крупных (тяжелых) частиц в сливной (легкий) продукт за счет турбулентного переноса в радиальном направлении, 25В центральной части сферического корпуса 1 образуется циркуляционный поток (в виде тора), который служит разделяющсй зоной между участками с повышенной концентрацией (у стенок аппарата) и участками с пониженной концентрацией (у воздушного столба).Кроме центробежных сил за счет тангенциальной составляющей скорости потока, на частицу действует и центробежная сила за счет осевой составляющей потока при его движении вдоль сферической поверхности. Это приводит к увеличению действия центробежных сил на 25-30 от тангенциальной составляющей скорости 40 потока,Гидроциклон Показатели Известный ПредлагаемыйДиаметр граничного зерна разделения, мм 0,4-0,5 0,13-0,15 0,035-0,04 80-84 По мере перемещения внешнего потока к песковому (для тяжелых частиц) патрубку 8 от него отделяется часть жидкости, которая, двигаясь в радиальном направлении, вливается во внутренний поток. На границе рабочей и дополнительной 9 эон разделе ния, где происиодит реверсирование потоков, необходимо Максимально чет кое разделение этих потоков. В доцолнительной зоне 9 разделения это достигается путем плавного изменения скорости восходящего и нисходящего потоков в требуемом направлении 55 эа счет плавного сопряжения ее внутренней поверхности (поверхности с отрицательной кривизной) с внутренними поверхностями сферического корпуса 1 и конического патрубка 8, в Я результате чего срезаквре скорости, вызывающие турбулентность, значительно снижены. Это приводит к упорядочению в требуемом направлении двидущихся потоков пульпы, снижению 65 их турбулентности, уменьшению эффекта защемления (за счет отрицательной кривизны дополнительной эоны 9 разделения) мелких (легких) зерен пристенным слоем крупнозернистого материала и улучшению условий его разгрузки, что позволяет снизить взаимозасоряемость продуктов разделения, повысить эффективность и точность процесса разделенияДиаметр сопряжения .рабочей и дополнительной 9 зон разделения находится на линии пересечения области нулевых осевых скоростей потока в диаметральной плоскости сферического корпуса 1.и составляет 0,8-0,85 внутреннего диаметра цилиндрической камеры 2,.Высота дополнительной зоны 9 разделения для снижения турбулентности в зоне разгрузки пескового продукта должна обеспечивать безотрывный от внутренней стенки режим течения этого продукта к большему основанию конического патрубка.8, что при максимальном угле следа турбулентности (17 ) составлять 0,45-0,5 его большего основания.оСоотношение диаметров цилиндри- . ческой камеры 2 и сферического корпуса 1 определены в результате опытов по классификации угольной мелочи в гидроциклоне с постоянным диаметром сферического корпуса 1 и измеряющимися диаметрами цилиндрической камры 2. Как следует из графиков зависимостей (фиг. 2), максималь ное значение эффективности процесса разделения при минимальной величине граничного зерна разделения наблюдается при внутреннем диаметре цилиндрической камеры 2. составляющем 0,62-0,67 внутреннего диаметра сферического корпуса 1.Результаты сравнительных испытаний известного и предлагаемого тидроциклонов представлены в таблице. Точность разделений, мм 0,35-0,5 Эффективностьклассификациипо Ханкоку, Ъ 40-47 Ожидаемый экономический эффект составит 5000 руб. в год на один аппарат.