RU2038849C1

RU2038849C1 - Device for disintegration of argillaceous materials

Info

Publication number: RU2038849C1
Application number: RU92008096A
Authority: RU
Inventors: Владимир Георгиевич Кочнев; Сергей Альбертович Симанкин
Original assignee: Владимир Георгиевич Кочнев; Сергей Альбертович Симанкин
Priority date: 1992-11-16
Filing date: 1992-11-16
Publication date: 1995-07-09

Abstract

FIELD: concentration of mineral resources. SUBSTANCE: device for disintegration of argillaceous materials has blades 8 secured on the interval surface of body 1 between the outlet of loading branch 2,3 and inlet of unloading branch 4,5. Each blade 8 is so installed that angle α between the tangent to the cylindrical surface of body 1 lying in the plane of blade 8 and the plane perpendicular to axis 6 of body 1 is within 0 to 60 deg. EFFECT: improved design. 2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к обогащению полезных ископаемых и может быть использовано для выделения твердых минеральных частиц из массы, сцементированной глинистым материалом. The invention relates to mineral processing and can be used to isolate solid mineral particles from a mass cemented with clay material.

Известно устройство для промывки полезных ископаемых от глинистых примесей, содержащее промывочную ванну, в которой установлены два электрода, подключенные к однополупериодному выпрямителю переменного тока, и гребенчатая мешалка, снабженная приводом. Загруженный в ванну материал заливают водой и воздействуют однополупериодным током частотой 50 Гц с одновременным перемешиванием суспензии. Отделение глинистых частиц и диспергирование комовой глины происходит в результате электрокинетических явлений (электрофорез, электролиз, электроосмос), возникающих при создании между электродами устройства электрического поля. Недостатком устройства является низкая производительность, поскольку промывка материала осуществляется порциями, определяемыми объемом промывочной ванны. По окончании обработки одной порции материала необходимо, отключив устройство от электросети, удалить глинистый шлам и освобожденный от него материал, прежде чем загрузить следующую порцию. A device for washing minerals from clay impurities is known, comprising a washing bath in which two electrodes are mounted, connected to a half-wave AC rectifier, and a comb mixer equipped with a drive. The material loaded into the bath is filled with water and exposed to a half-wave current of 50 Hz with simultaneous stirring of the suspension. Separation of clay particles and dispersion of lump clay occurs as a result of electrokinetic phenomena (electrophoresis, electrolysis, electroosmosis) that occur when an electric field device is created between the electrodes. The disadvantage of this device is the low productivity, since the washing of the material is carried out in portions determined by the volume of the washing bath. At the end of processing one portion of the material, it is necessary to disconnect the device from the mains, remove the clay slurry and the material freed from it before loading the next portion.

Известно также устройство для дезинтеграции глинистых материалов, содержащее цилиндрический корпус с загрузочным и разгрузочным патрубками, первый из которых установлен тангенциально по отношению к корпусу, а второй соосно с ним. При введении глинистого материала в смеси с водой через тангенциальный загрузочный патрубок под давлением в устройстве создается закрученный вокруг оси корпуса поток гидросмеси, перемещающийся к разгрузочному патрубку. В этом закрученном потоке образуются турбулентные завихрения и высокие градиенты окружных скоростей, приводящие к возникновению сдвиговых напряжений в комьях глинистого материала. Под действием этих напряжений, а также в результате соударений комьев и их трения друг о друга и о стенки корпуса происходит отделение от комьев размягченных, пропитанных водой верхних слоев, что приводит к диспергированию глинистого материала, содержащегося в гидросмеси [1]
Недостатком устройства является низкая эффективность дезинтеграции в отношении труднопромывистых и месниковатых пород, характеризуемых числом пластичности 15-16 и состоящих из мелкодисперсных частиц, прочно сцепленных между собой. Ввиду малой продолжительности нахождения материала в устройстве его куски успевают пропитаться водой лишь на сравнительно небольшую глубину, а взаимодействие кусков между собой, в результате которого от них отделяются внешние, пропитанные водой и потерявшие прочность слои, является недостаточно интенсивным из-за однонаправленного движения потока материала. По данным наших исследований, эффективность дезинтеграции таких пород, как кимберлит, в устройстве не превышает 20-30%
Задачей изобретения является создание устройства для дезинтеграции глинистых материалов, которое обеспечивало бы дополнительное воздействие на глинистый материал, приводящее к ускорению его пропитки водой и удалению пропитанной водой глины с твердых компонентов смеси.A device for disintegrating clay materials is also known, comprising a cylindrical body with loading and unloading nozzles, the first of which is installed tangentially with respect to the body, and the second is coaxial with it. When clay material is introduced into the mixture with water through a tangential loading nozzle under pressure, a slurry flow swirling around the axis of the housing is created in the device and moves to the discharge nozzle. In this swirling flow, turbulent turbulences and high gradients of peripheral velocities are formed, leading to the appearance of shear stresses in the clods of clay material. Under the influence of these stresses, as well as as a result of collisions of the clods and their friction against each other and against the walls of the body, the softened, water-saturated upper layers separate from the clods, which leads to dispersion of the clay material contained in the hydraulic mixture [1]
The disadvantage of this device is the low disintegration efficiency in relation to hard-washed and gummy rocks, characterized by a plasticity number of 15-16 and consisting of finely dispersed particles, firmly adhered to each other. Due to the short residence time of the material in the device, its pieces manage to be saturated with water only to a relatively small depth, and the interaction of the pieces among themselves, as a result of which the outer layers are saturated with water and have lost their strength, is insufficiently intense due to the unidirectional movement of the material flow. According to our research, the disintegration efficiency of rocks such as kimberlite in the device does not exceed 20-30%
The objective of the invention is to provide a device for the disintegration of clay materials, which would provide an additional effect on the clay material, leading to the acceleration of its impregnation with water and the removal of water-saturated clay from the solid components of the mixture.

Для решения этой задачи в устройстве для дезинтеграции глинистых материалов, содержащем цилиндрический корпус, загрузочный патрубок, установленный тангенциально корпусу, и разгрузочный патрубок, согласно изобретению, на внутренней цилиндрической поверхности корпуса между выпускным отверстием загрузочного патрубка и впускным отверстием разгрузочного патрубка закреплены лопасти, распределенные по окружности и по длине корпуса, причем каждая лопасть установлена так, что угол между касательной к цилиндрической поверхности корпуса, лежащей в плоскости этой лопасти, и плоскостью, перпендикулярной оси корпуса, составляет от 0 до 60^о.To solve this problem, in a device for the disintegration of clay materials containing a cylindrical body, a loading nozzle mounted tangentially to the body, and a discharge nozzle according to the invention, blades distributed around the circumference are fixed on the inner cylindrical surface of the housing between the outlet of the loading nozzle and the inlet of the discharge nozzle and along the length of the body, with each blade installed so that the angle between the tangent to the cylindrical surface of the body, le living in the plane of this blade, and a plane perpendicular to the axis of the body, is from 0 to 60 ^about .

Благодаря лопастям, установленным на внутренней поверхности корпуса указанным образом, в предлагаемом устройстве достигается многократное (по числу лопастей) изменение давления потока гидросмеси, движущейся по спиральной траектории: перед каждой лопастью давление увеличивается, а за лопастью уменьшается с образованием кавитационных зон. В результате глинистый материал, находящийся в гидросмеси, подвергается действию не только центробежных сил и турбулентных завихрений, но одновременно и действию перепадов давления и кавитации. Кроме того, наличие лопастей обеспечивает динамическое воздействие на материал многочисленных ударов при столкновении его с лопастями. Все это способствует как более быстрому намоканию глины, так и ускорению процесса отделения от глинистых комьев пропитанных водой слоев, что приводит к повышению эффективности дезинтеграции. Due to the blades mounted on the inner surface of the housing in the indicated manner, the proposed device achieves a multiple (in terms of the number of blades) changes in the pressure of the flow of the slurry moving along a spiral path: before each blade, the pressure increases, and behind the blade decreases with the formation of cavitation zones. As a result, the clay material in the slurry is exposed not only to centrifugal forces and turbulent turbulence, but also to pressure drops and cavitation. In addition, the presence of the blades provides a dynamic impact on the material of multiple impacts when it collides with the blades. All this contributes both to faster wetting of clay, and to the acceleration of the process of separation of water-soaked layers from clay clods, which leads to an increase in the disintegration efficiency.

При увеличении угла между касательной к цилиндрической поверхности корпуса, расположенной в плоскости лопасти, и плоскостью, перпендикулярной оси корпуса, свыше 60^о эффективность дезинтеграции снижается из-за торможения потока гидросмеси и возрастания гидравлических потерь.By increasing the angle between the tangent to the cylindrical surface of the housing situated in the plane of the blade and a plane perpendicular to the axis of the housing, over ⁶⁰ Disintegration efficiency is reduced because of the braking of the slurry stream and increases hydraulic losses.

Устройство может содержать еще один загрузочный патрубок, установленный тангенциально корпусу, причем выпускные отверстия загрузочных патрубков могут быть смещены друг относительно друга вдоль оси корпуса, а проекции загрузочных патрубков на плоскость, перпендикулярную оси корпуса, взаимно симметричны. The device may include another loading nozzle mounted tangentially to the housing, and the outlet openings of the loading nozzles can be offset relative to each other along the axis of the housing, and the projection of the loading nozzles onto a plane perpendicular to the axis of the housing is mutually symmetrical.

В этом случае достигается дополнительное повышение эффективности дезинтеграции благодаря организации двух встречно направленных потоков гидросмеси. In this case, an additional increase in the disintegration efficiency is achieved due to the organization of two counter-directed flows of the hydraulic mixture.

На фиг.1 схематично изображен один из вариантов выполнения предлагаемого устройства, продольный разрез; на фиг.2 разрез по А-А на фиг.1; на фиг.3 фрагмент развернутой внутренней поверхности корпуса предлагаемого устройства с лопастями, повернутыми относительно их положения, показанного на фиг.1 и 2. Figure 1 schematically shows one embodiment of the proposed device, a longitudinal section; figure 2 section along aa in figure 1; in Fig.3 a fragment of the unfolded inner surface of the housing of the proposed device with blades rotated relative to their position shown in Fig.1 and 2.

Устройство для дезинтеграции глинистых материалов содержит цилиндрический корпус, снабженный двумя загрузочными патрубками 2 и 3, установленными тангенциально корпусу, и двумя разгрузочными патрубками 4 и 5, установленными соосно с ним. Загрузочные патрубки 2 и 3 закреплены вблизи торцевых стенок корпуса 1, т.е. их выпускные отверстия смещены друг относительно друга в осевом направлении, и ориентированы друг относительно друга так, что обеспечивают закрутку выходящих из них потоков гидросмеси в противоположных направлениях, например, как видно на фиг.2, поток из патрубка 2 будет закручиваться по часовой стрелке, а поток из патрубка 3 против часовой стрелки. Для выполнения этого условия необходимо, чтобы проекции патрубков 2 и 3 на плоскость, перпендикулярную оси 6 корпуса 1 (на фиг.2 эта плоскость совпадает с плоскостью чертежа), были симметричны между собой. Осью 7 симметрии патрубков 2 и 3 на указанную плоскость является диаметр цилиндра корпуса 1, расположенный посередине между ними. A device for the disintegration of clay materials contains a cylindrical body equipped with two loading nozzles 2 and 3, mounted tangentially to the body, and two discharge nozzles 4 and 5, mounted coaxially with it. The loading nozzles 2 and 3 are fixed near the end walls of the housing 1, i.e. their outlet openings are displaced relative to each other in the axial direction, and are oriented relative to each other so that they ensure the flow of hydraulic mixtures emerging from them in opposite directions, for example, as can be seen in figure 2, the flow from the pipe 2 will be twisted clockwise, and flow from nozzle 3 counterclockwise. To fulfill this condition, it is necessary that the projections of the nozzles 2 and 3 on a plane perpendicular to the axis 6 of the housing 1 (in FIG. 2, this plane coincides with the plane of the drawing) are symmetrical with each other. The axis of symmetry 7 of the nozzles 2 and 3 on the specified plane is the diameter of the cylinder of the housing 1, located in the middle between them.

Каждый из разгрузочных патрубков 4 и 5 проходит внутрь корпуса 1 почти на половину его длины, минимальное расстояние между впускными отверстиями этих патрубков ограничено возрастанием гидравлических потерь в устройстве. Each of the discharge pipes 4 and 5 extends into the housing 1 by almost half its length, the minimum distance between the inlets of these pipes is limited by an increase in hydraulic losses in the device.

Согласно изобретению, на внутренней цилиндрической поверхности корпуса 1 закреплены, например, приварены лопасти 8 в виде пластин, распределенные по окружности. Эти лопасти 8 расположены рядами, проходящими по длине корпуса 1 между выпускным отверстием каждого из загрузочных патрубков 2, 3 и впускным отверстием соответствующего разгрузочного патрубка 4, 5. Шаг, с которым установлены лопасти 8 в окружном и осевом направлениях, т.е. размеры окружных 9 и осевых 10 зазоров между ними, определяется крупностью кусков дезинтегрируемого глинистого материала и расходом поступающей в устройство гидросмеси: чем больше крупность материала, тем больше осевой зазор 10, а чем больше расход гидросмеси, тем больше окружной зазор 9. Радиальный размер лопастей 8 находится в прямой зависимости от концентрации твердой фазы в гидросмеси, а количество лопастей в каждом ряду в прямой зависимости от степени глинистости материала, подлежащего обработке. According to the invention, on the inner cylindrical surface of the housing 1 are fixed, for example, blades 8 in the form of plates are welded, distributed around the circumference. These blades 8 are arranged in rows extending along the length of the housing 1 between the outlet of each of the loading nozzles 2, 3 and the inlet of the corresponding discharge nozzle 4, 5. The step with which the blades 8 are installed in the circumferential and axial directions, i.e. the sizes of circumferential 9 and axial 10 gaps between them are determined by the size of the pieces of disintegrable clay material and the flow rate of the slurry entering the device: the larger the size of the material, the greater the axial clearance 10, and the greater the flow rate of the slurry, the greater the circumferential gap 9. Radial size of the blades 8 is directly dependent on the concentration of the solid phase in the slurry, and the number of blades in each row is directly dependent on the clay content of the material to be processed.

В устройстве, изображенном на фиг.1 и 2, плоскость каждой из лопастей 8 перпендикулярна оси 6 корпуса 1. Однако лопасти 8 могут быть развернуты относительно плоскости поперечного сечения корпуса, как показано на фиг.3, в ту или иную сторону. Обобщая оба варианта ориентации лопастей, можно сказать, что угол α между касательной 11 к цилиндрической поверхности корпуса 1, лежащей в плоскости лопасти 8, и плоскостью 12, перпендикулярной оси 6 корпуса 1, находится в пределах от 0 до 60^о. В устройстве, показанном на фиг.1 и 2, угол α равен нулю. Конкретное значение угла α выбирают исходя из условия достижения максимальной эффективности дезинтеграции при данных конструктивных параметрах устройства и данных физических свойствах дезинтегрируемого материала. Увеличение угла α cвыше 60^о не рекомендуется, так как приводит к торможению потока гидросмеси, снижающему интенсивность размыва глины.In the device shown in figures 1 and 2, the plane of each of the blades 8 is perpendicular to the axis 6 of the housing 1. However, the blades 8 can be deployed relative to the plane of the cross section of the housing, as shown in figure 3, in one direction or another. Summarizing both options for the orientation of the blades, we can say that the angle α between the tangent 11 to the cylindrical surface of the housing 1 lying in the plane of the blade 8 and the plane 12 perpendicular to the axis 6 of the housing 1 is in the range from 0 to 60 ^about . In the device shown in figures 1 and 2, the angle α is equal to zero. The specific value of the angle α is selected on the basis of the conditions for achieving maximum disintegration efficiency with the given structural parameters of the device and given physical properties of the disintegrated material. Increasing the angle α cvyshe ⁶⁰ is not recommended, as it leads to the inhibition of the flow of the slurry, reduce the intensity of erosion clay.

Конструкция устройства, показанная на фиг.1 и 2, является предпочтительной с точки зрения его эффективности. Однако возможны другие варианты выполнения предлагаемого устройства. Например, устройство может иметь один тангенциальный загрузочный патрубок и один осевой разгрузочный патрубок, при этом последний может быть выполнен удлиненным, как на фиг.1, или обычной длины, когда его впускное отверстие находится вблизи торца корпуса, на котором этот патрубок закреплен. Возможна также конструкция устройства с двумя расположенными напротив друг друга осевыми разгрузочными патрубками и одним тангенциальным загрузочным патрубком, расположенным между ними в средней части корпуса. Кроме того, ось разгрузочного патрубка (или патрубков) не обязательно должна совпадать с осью корпуса. Далее, лопасти, расположенные в одном поперечном сечении устройства (на одной окружности), могут быть выполнены за одно целое, например, путем штамповки, т.е. соединены между собой узкими дугообразными перемычками, прилегающими к внутренней поверхности корпуса. The design of the device shown in figures 1 and 2 is preferred from the point of view of its effectiveness. However, other embodiments of the proposed device are possible. For example, the device may have one tangential loading nozzle and one axial unloading nozzle, the latter may be elongated, as in FIG. 1, or of normal length when its inlet is located near the end of the housing on which this nozzle is fixed. A device design is also possible with two axial discharge nozzles located opposite each other and one tangential loading nozzle located between them in the middle of the housing. In addition, the axis of the discharge nozzle (or nozzles) need not coincide with the axis of the housing. Further, the blades located in one cross section of the device (on one circumference) can be made in one piece, for example, by stamping, i.e. interconnected by narrow arcuate jumpers adjacent to the inner surface of the housing.

Устройство работает следующим образом. Глинистый материал в виде гидросмеси под давлением подают в корпус 1 одновременно через два загрузочных патрубка 2 и 3. Благодаря тангенциальной направленности патрубков 2 и 3 выходящие из них потоки приобретают вращательное движение. Поток гидросмеси, поступающий через загрузочный патрубок 2, вращается по часовой стрелке, если смотреть со стороны разгрузочного патрубка 4, а поток гидросмеси, поступающий через патрубок 3, вращается против часовой стрелки. В процессе вращения оба потока перемещаются вдоль оси 6 корпуса 1 навстречу друг другу. Двигаясь по спиральным траекториям, потоки набегают на лопасти 8 под углом к ним и обтекают их через окружные 9 и осевые 10 зазоры. При этом перед каждой лопастью 8 с фронтальной относительно движущегося потока стороны создается зона повышенного давления, а с противоположной стороны зона пониженного давления. В результате уменьшения давления в материале образуются кавитационные полости, заполненные пузырьками воздуха, которые сцепляются с комьями глины. Попадая в зону повышенного давления, находящуюся перед следующей по ходу потока лопастью 8, кавитационные пузырьки лопаются и разрушают верхний размокший слой глины. По мере продвижения потока по спиральной траектории комья глины проходят многократно, по числу встречающихся на их пути лопастей 8, через зоны повышенного и пониженного давления, в результате чего они быстро пропитываются водой. Пропитанные слои глины отделяются под действием кавитации, турбулентных потоков, а также под действием ударов о лопасти 8, трения о внутреннюю поверхность корпуса 1 и соударений комьев между собой. В результате комья глины быстро разрушаются. В средней части корпуса 1 оба вращающиеся потока, закрученные в противоположных направлениях, встречаются, что сопровождается интенсивным взаимодействием глинистых комьев и их истиранием с высвобождением минеральных зерен. Непрерывно поступающая в корпус 1 гидросмесь вытесняет тонкодисперсную глину и освобожденные от нее минеральные зерна на меньший радиус и далее наружу через разгрузочные патрубки 4 и 5. The device operates as follows. Clay material in the form of a hydraulic mixture under pressure is fed into the housing 1 simultaneously through two loading nozzles 2 and 3. Due to the tangential orientation of the nozzles 2 and 3, the outgoing flows acquire a rotational movement. The slurry stream entering through the loading pipe 2 rotates clockwise when viewed from the side of the discharge pipe 4, and the slurry stream entering through the pipe 3 rotates counterclockwise. During rotation, both flows move along the axis 6 of the housing 1 towards each other. Moving along spiral trajectories, flows run onto blades 8 at an angle to them and flow around them through circumferential 9 and axial 10 gaps. In this case, a zone of increased pressure is created in front of each blade 8 from the frontal side of the moving flow side, and a zone of reduced pressure is created on the opposite side. As a result of pressure reduction, cavitation cavities are formed in the material, filled with air bubbles, which adhere to clods of clay. Getting into the zone of high pressure, located in front of the next upstream blade 8, cavitation bubbles burst and destroy the upper soaked clay layer. As the flow advances along the spiral trajectory, the clods of clay pass repeatedly, according to the number of blades 8 encountered on their way, through the zones of high and low pressure, as a result of which they are quickly saturated with water. The impregnated clay layers are separated under the influence of cavitation, turbulent flows, as well as under the action of impacts on the blades 8, friction on the inner surface of the housing 1 and collisions of the clods with each other. As a result, clods of clay are rapidly destroyed. In the middle part of the housing 1, both rotating flows swirling in opposite directions meet, which is accompanied by intense interaction of clay clods and their abrasion with the release of mineral grains. Continuously entering the housing 1, the hydraulic mixture displaces the finely dispersed clay and mineral grains freed from it by a smaller radius and further out through the discharge pipes 4 and 5.

Предлагаемое устройство обеспечивает повышение эффективности дезинтеграции труднопромывистых и месниковатых пород более чем в 3 раза по сравнению с устройством при одинаковых конструктивных и технологических параметрах. The proposed device provides a more than 3-fold increase in the disintegration efficiency of difficultly washed and mesnate rocks compared with the device with the same structural and technological parameters.

Claims

1. DEVICE FOR DISINTEGRATION OF CLAY MATERIALS, comprising a cylindrical body, a loading nozzle mounted tangentially to the body, and a discharge nozzle, characterized in that on the inner cylindrical surface of the housing between the outlet of the loading nozzle and the inlet of the discharge nozzle are fixed blades distributed around the circumference and the length of the housing, with each blade mounted so that the angle between the tangent to the cylindrical surface of the housing lying in the plane of this l mouth and the plane perpendicular to the axis of the housing, is from 0 to 60 ^o.

2. The device according to claim 1, characterized in that it comprises another loading nozzle mounted tangentially to the housing, the outlet openings of the loading nozzles being offset relative to each other along the axis of the casing, and the projection of the loading nozzles on a plane perpendicular to the axis of the housing is mutually symmetrical.