Жидкостной сепаратор, использующий технологию стесненного осаждения

ЖИДКОСТНОЙ СЕПАРАТОР, ИСПОЛЬЗУЮЩИЙ ТЕХНОЛОГИЮ СТЕСНЕННОГО ОСАЖДЕНИЯ Жидкостной сепаратор со стесненным осаждением предназначен для осуществления сепарации разделяемого материала в жидкой среде. Сепаратор содержит бак, ограниченный стенками,способными удерживать жидкую среду внутри бака, и содержащий камеру осаждающейся фракции и камеру плавающей фракции, а также вход и выход для жидкости. В камере осаждающейся фракции установлена вертикальная колонна для восходящего потока, заходящая под поверхность жидкой среды, удерживаемой в данной камере. Эта колонна имеет открытые верхний и нижний концы и сформированный между этими концами вход для подачи разделяемого материала в бак сепаратора. Над камерой осаждающейся фракции находится резервуар для плавающей фракции,который сообщается с верхним концом колонны для восходящего потока. С этим резервуаром сообщается переливной канал, служащий для выведения жидкой среды из резервуара наружу,с подачей ее в камеру плавающей фракции. Первый конвейер удаляет плавающую фракцию,которая захватывается жидкой средой и переносится для сбора в камере плавающей фракции, тогда как второй конвейер удаляет осаждающуюся фракцию, собирающуюся в камере осаждающейся фракции. Область техники Изобретение относится к жидкостному сепаратору со стесненным осаждением, применимому для разделения материалов. Предпочтительный вариант жидкостного сепаратора эффективно промывает и отделяет исходный материал, такой как уголь, базируясь на его относительной плотности и используя процесс флотации-осаждения. Сущность изобретения Далее в качестве примеров будут описаны различные варианты изобретения. Термин "примеры" в данном контексте указывает на иллюстративный характер приводимых сведений, так что любые ссылки на "изобретение" не означают, что на него накладываются какие-то ограничения, соответствующие конкретным признакам или операциям, раскрытым при рассмотрении приводимых конкретных вариантов. Соответственно, ссылки на "пример", "один из вариантов", "вариант", "различные варианты" и т. д. могут означать, что упоминаемые таким образом варианты изобретения могут иметь конкретную особенность,конструкцию или характеристику, однако не все варианты изобретения обязательно должны иметь такую особенность, конструкцию или характеристику. При этом повторяющееся выражение "в одном варианте" или "в конкретном варианте" необязательно относится к одному и тому же варианту. Согласно одному конкретному варианту изобретение предлагает жидкостной сепаратор со стесненным осаждением, предназначенный для воздействия на разделяемый материал в жидкой среде. Жидкостной сепаратор содержит бак флотации/осаждения, образованный стенками, обеспечивающими удерживание жидкой среды, и содержащий камеру осаждающейся фракции и камеру плавающей фракции, а также вход и выход для жидкости. В камере осаждающейся фракции вертикально установлена колонна для восходящего потока, заходящая под поверхность жидкой среды, удерживаемой в данной камере. Эта колонна имеет открытые верхний и нижний концы и сформированный между этими концами вход для подачи разделяемого материала в бак сепаратора. Над камерой осаждающейся фракции находится резервуар для плавающей фракции, который сообщается с верхним концом колонны для восходящего потока. С этим резервуаром сообщается переливной канал, служащий для выведения жидкой среды из резервуара наружу, с подачей ее в камеру плавающей фракции. Предусмотрены средства для удаления плавающей фракции, которая захватывается потоком жидкой среды и собирается в камере плавающей фракции,и для удаления осаждающейся фракции, собирающейся в камере осаждающейся фракции. Согласно другому конкретному варианту предусмотрены также бункер, установленный над указанным баком, и подающий желоб для подачи гравитационным методом сухого разделяемого материала в указанный бак через указанный вход, сформированный в колонне для восходящего потока. В альтернативных вариантах изобретения разделяемый материал может подаваться в бак флотации/осаждения в форме пульпы или суспензии. Согласно другому варианту у нижнего конца колонны для восходящего потока расположено устройство управления потоком. Согласно конкретному варианту сепаратора устройство управления потоком содержит группу расходящихся от центра наклонных лезвий, выполненных с возможностью формирования в указанной колонне завихренного восходящего потока жидкой среды. Согласно другому конкретному варианту средство для удаления плавающей фракции содержит винтовой конвейер, ориентированный наклонно вверх. Альтернативно, это средство может содержать любую другую подходящую машину или конструкцию для разделения и/или транспортирования, включая, например, механические подъемники, конвейерные ленты, накопительные экраны, сита и обезвоживающие устройства. Согласно другому конкретному варианту средство для удаления осаждающейся фракции также содержит винтовой конвейер, ориентированный наклонно вверх. Альтернативно, это средство также может содержать любую другую подходящую машину или конструкцию для разделения и/или транспортирования, включая, например, механические подъемники, конвейерные ленты, накопительные экраны, сита и обезвоживающие устройства. Согласно еще одному варианту выход для жидкости содержит выпускную линию, сообщающуюся с камерой плавающей фракции. Согласно другому варианту вход для жидкости сообщается с камерой осаждающейся фракции. Согласно конкретному варианту камера осаждающейся фракции содержит сливной клапан. Согласно конкретному варианту камера плавающей фракции также содержит сливной клапан. Изобретение охватывает также способ сепарации (классификации) разделяемого материала в жидкой среде. Способ по изобретению включает подачу сухого разделяемого материала в бак жидкостного сепаратора со стесненным осаждением. Бак сепаратора содержит камеру осаждающейся фракции и камеру плавающей фракции. Сухой разделяемый материал подают по подающему желобу в колонну для восходящего потока, установленную в вертикальном положении в камере осаждающейся фракции. В указанной колонне генерируют завихренный восходящий поток жидкой среды. Жидкая среда в составе этого потока захватывает плавающую фракцию разделяемого материала. Выводимую из колонны для восходящего потока жидкую среду направляют в камеру плавающей фракции. Эту фракцию, увлекаемую жидкой средой и собирающуюся в камере плавающей фракции, удаляют из бака сепаратора, как и осаж-1 021077 дающуюся фракцию, собирающуюся в камере осаждающейся фракции. Согласно одному варианту операция выведения жидкой среды из колонны для восходящего потока включает временное удерживание жидкой среды в резервуаре для плавающей фракции перед ее подачей посредством перелива в камеру плавающей фракции. Перечень чертежей Выше были отмечены некоторые из задач, решаемых изобретением. Другие задачи и преимущества изобретения станут ясны при рассмотрении нижеследующего описания совместно с прилагаемыми чертежами. На фиг. 1 представлен на виде сбоку жидкостной сепаратор со стесненным осаждением согласно одному варианту изобретения; на фиг. 2 тот же вариант сепаратора со стесненным осаждением показан с противоположной стороны; на фиг. 3 данный вариант жидкостного сепаратора представлен на виде сверху; на фиг. 4 на частичном виде в увеличенном масштабе показана находящаяся внутри жидкостного сепаратора колонна для восходящего потока; на фиг. 5 жидкостной сепаратор представлен в частичном разрезе плоскостью 5-5 (см. фиг. 6); на фиг. 6 жидкостной сепаратор представлен в разрезе плоскостью 6-6 (см. фиг. 5). Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения Далее изобретение будет описано более подробно со ссылками на прилагаемые чертежи, иллюстрирующие его конкретные варианты. Схожие элементы имеют схожие обозначения. При этом изобретение может быть осуществлено во многих различных формах и не должно интерпретироваться как ограниченное его вариантами, которые приводятся только для облегчения понимания изобретения и обеспечения возможности его воспроизведения. Соответственно, описываемые конкретные устройства и компоненты приводятся только в иллюстративных целях и не ограничивают объем изобретения, который определяется полным объемом прилагаемой формулы с учетом всех возможных эквивалентов. Кроме того,представленные варианты подразумевают возможность, путем адаптации, варьирования и модифицирования их признаков, разработки других вариантов и эквивалентных устройств, которые также охватываются настоящим изобретением. Различные термины, присутствующие в дальнейшем описании, используются только в описательном смысле, т.е. не вносят никаких ограничений. Если прямо не оговорено обратное, такие термины должны пониматься в их обычном, широком и традиционном смысле, не противоречащем пониманию данных терминов в релевантной отрасли промышленности, без каких-либо ограничений, привязанных к конкретным рассматриваемым вариантам. Для описания одиночного объекта используются слова "один","единственный" или аналогичные термины. Отсутствие этих слов подразумевает, что таких объектов может быть более одного. Связывание двух терминов союзом "или" означает наличие по меньшей мере одного из них, но не исключает возможность наличия более одного объекта. Для способов или процессов согласно изобретению приводимые последовательность и/или совокупность шагов являются иллюстративными, а не ограничивающими. Соответственно, должно быть понятно, что хотя шаги различных процессов или способов могут быть описаны как образующие определенную последовательность или согласованные во времени, эти шаги указанных процессов или способов(при отсутствии соответствующих указаний) необязательно должны выполняться именно в такой последовательности или при таком согласовании. Другими словами, данные процессы или способы, как правило, могут осуществляться во многих различных последовательностях и временных соотношениях, не выходя при этом за пределы изобретения. Кроме того, любые ссылки на достоинства, преимущества, неожиданные результаты или функциональные возможности изобретения не должны восприниматься как утверждения о том, что изобретение уже нашло практическое применение или прошло какие-либо испытания. Это правило относится и к использованию каких-либо глаголов в прошедшем времени. На фиг. 1 представлен жидкостной сепаратор 10 со стесненным осаждением согласно одному варианту изобретения. Данный вариант жидкостного сепаратора 10 использует технологию флотации/осаждения, применимую при промывке первичного, разделяемого материала "А", такого как уголь,подаваемый из прудов-отстойников, чтобы отделить полезные мелкие компоненты от пустой породы,такой как пирит. В одном конкретном варианте жидкостной сепаратор 10 в качестве рабочей жидкой среды использует воду, имеющую относительную плотность, примерно равную 1,0. Более плотная фракция материала (плотность которой превышает 1,0) осаждается в воде, тогда как менее плотная фракция (с плотностью менее 1,0) всплывает. В других вариантах жидкостной сепаратор 10 может использовать относительно тяжелые жидкие среды. В данных вариантах к воде может быть примешан мелкодисперсный (например, с размерами менее 325 меш, т.е. 0,044 мм) тяжелый минерал, такой как магнетит, чтобы сформировать среду с желательной относительной плотностью, позволяющей сепарировать уголь. Типичное значение плотности такой среды находится в интервале 1,3-1,8. Как показано на фиг. 1-3, сепаратор 10 содержит бак (танк) 11 флотации/осаждения, ограниченный наружными стенками 12 и служащий для помещения в него жидкой среды (например воды). Перегород-2 021077 ка 14 (см. фиг. 3) разделяет бак 11 сепаратора на смежные камеры 15, 16 осаждающейся (тяжелой) фракции и плавающей (легкой) фракции соответственно. Впускная труба 18, образующая вход для жидкости,подсоединена к камере 15 осаждающейся фракции и к гидравлическому насосу (не изображен), чтобы заполнять сепаратор 10 водой. К камере 16 плавающей фракции подведены выпускные линии 21 (образующие выход для жидкости), посредством которых регулируется уровень воды в баке 11 жидкостного сепаратора 10 в процессе его работы. Бак 11 сепаратора может быть снабжен также сливными клапанами 22 А, 22 В, размещенными в каждой из камер 15, 16 осаждающейся и плавающей фракций для быстрого опустошения бака. Фракции, накапливающиеся в указанных камерах 15, 16, выводятся из бака 11 посредством ориентированных наклонно вверх винтовых конвейеров 24, 25. Как показано на фиг. 3-6, в камере 15 осаждающейся фракции в составе бака 11 вертикально установлена цилиндрическая колонна 30 для восходящего потока, которая заходит под поверхность воды в направлении винтового конвейера 24. Колонна 30 для восходящего потока, открытая на своих верхнем и нижнем концах 31, 32, формирует находящийся между этими концами вход 34 для приема сухого разделяемого материала "А" в бак 11 сепаратора. У нижнего конца 32 колонны 30 для восходящего потока может быть установлено устройство 35 управления потоком для регулировки восходящего потока в процессе функционирования жидкостного сепаратора 10. В одном варианте устройство 35 управления потоком содержит группу расходящихся от центра наклонных лезвий 35 А, 35 В, 35 С, предназначенных для формирования завихренного восходящего потока воды внутри колонны 30. В варианте сепаратора 10 сухой разделяемый материал "А" загружается в бункер 40, установленный над баком 11, и поступает гравитационным методом по внутреннему подающему желобу 41 (см. фиг. 5) в колонну 30 для восходящего потока через вход 34 для разделяемого материала. Когда разделяемый материал попадает в довольно турбулентную воду в колонне 30 для восходящего потока, более плотная (тяжелая) фракция ("пустая порода") "R" опускается вниз и выходит из колонны 30 через ее открытый нижний конец 32, после чего она сразу же собирается и удаляется из бака 11 винтовым конвейером 24, как это показано на фиг. 5. Пустая порода "R" выводится из жидкостного сепаратора 10 по выпускному желобу 42 (см. фиг. 1 и 2) и накапливается для последующего вывоза. Как показано на фиг. 5 и 6, менее плотная (легкая) фракция разделяемого материала (например мелкие куски С угля) всплывает вверх и через верхний конец 31 колонны 30 для восходящего потока попадает в относительно спокойную воду в резервуаре 45 для плавающей фракции, расположенном над камерой 15 осаждающейся фракции. Поднимающаяся вода выходит из данного резервуара наружу и через решетчатое отверстие 46 стекает вниз по переливному каналу 48 в камеру 16 плавающей фракции. В одном варианте канал 48 образован водоводом, по существу, прямоугольного сечения, расположенным вблизи перегородки 14 и отходящим от нее вниз, в камеру 16 плавающей фракции, в направлении винтового конвейера 25. Как лучше всего показано на фиг. 6, из переливного канала 48 плавающая фракция"С", увлекаемая водой, сразу же захватывается винтовым конвейером 25 и выводится из бака 11 вверх и наружу по выпускному желобу 52 (см. фиг. 1 и 2). Благодаря тому, что винтовые конвейеры 24, 25 ориентированы наклонно вверх, обеспечивается существенное обезвоживание выделенных фракций "R" и"С" до того, как они будут выведены из жидкостного сепаратора 10 через соответствующие выпускные желоба 42, 52. Как было показано выше, жидкостной сепаратор может использовать и альтернативные жидкие среды с более высокой плотностью, чтобы обеспечить флотацию и, тем самым, отделение более тяжелых фракций первичного материала. Дополнительно посредством регулирования уровня жидкости в камере осаждающейся фракции можно усиливать или ослаблять вихревое течение в восходящем потоке и за счет этого регулировать удельный вес фракции, отделяемой от первичного (разделяемого) материала,поступившего в бак сепаратора. Выше были описаны конкретные варианты изобретения. При этом никакие компоненты, операции или рекомендации, приведенные в данном описании, не должны интерпретироваться как существенные,важные, необходимые или критичные для изобретения, если они прямо не отмечены как таковые. Хотя в подробное описание были включены лишь некоторые конкретные варианты, специалистам будет понятно, что в эти варианты могут быть внесены многочисленные модификации, не выходящие за пределы изобретения. Соответственно, все такие модификации должны рассматриваться как охваченные настоящим изобретением, объем которого определяется прилагаемой формулой. В пунктах формулы любые признаки, характеризующие функцию через средства ее осуществления,должны интерпретироваться как охватывающие конструкции, описанные как выполняющие данную функцию, а также их структурные и функциональные эквиваленты. Так, хотя гвоздь и винт могут не признаваться конструктивными эквивалентами, поскольку в гвозде для скрепления деревянных деталей используется цилиндрическая поверхность, а в винте - спиральная поверхность, в отношении функции скрепления деревянных деталей гвоздь и винт могут рассматриваться как эквивалентные конструкции. Если же при раскрытии признака не использовано выражение "средство для" (выполнения конкретной функции или операции), интерпретация данного признака согласно секции 112, пар. 6 Патентного закона США не предполагается. Кроме того, объем патентной защиты, предоставляемой изобретению, не должен определяться внесением в тот или иной пункт какого-либо ограничения, не сформулированного явным образом в данном пункте. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Жидкостной сепаратор со стесненным осаждением, предназначенный для воздействия на разделяемый материал в жидкой среде и содержащий бак, образованный стенками, обеспечивающими удерживание жидкой среды, и содержащий камеру осаждающейся фракции и камеру плавающей фракции, а также вход и выход для жидкости; колонну для восходящего потока, установленную в вертикальном положении в камере осаждающейся фракции и заходящую под поверхность жидкой среды, содержащейся в указанной камере, при этом колонна для восходящего потока имеет открытые верхний и нижний концы и сформированный между указанными концами вход для подачи разделяемого материала в бак сепаратора; резервуар для плавающей фракции, находящийся над камерой осаждающейся фракции и сообщающийся с открытым верхним концом колонны для восходящего потока; переливной канал, сообщающийся с резервуаром для плавающей фракции и выполненный с возможностью выводить жидкую среду из указанного резервуара в камеру плавающей фракции; средство для удаления плавающей фракции, которая захватывается потоком жидкой среды и собирается в камере плавающей фракции, содержащее винтовой конвейер, ориентированный наклонно вверх,и средство для удаления осаждающейся фракции, собирающейся в камере осаждающейся фракции. 2. Жидкостной сепаратор по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит бункер для разделяемого материала, установленный над указанным баком, и подающий желоб для подачи гравитационным методом сухого разделяемого материала в указанный бак через указанный вход, сформированный в колонне для восходящего потока. 3. Жидкостной сепаратор по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит устройство управления потоком, расположенное у нижнего конца указанной колонны. 4. Жидкостной сепаратор по п.3, отличающийся тем, что устройство управления потоком содержит группу расходящихся от центра наклонных лезвий, выполненных с возможностью формирования в указанной колонне завихренного восходящего потока жидкой среды. 5. Жидкостной сепаратор по п.1, отличающийся тем, что средство для удаления осаждающейся фракции содержит винтовой конвейер, ориентированный наклонно вверх. 6. Жидкостной сепаратор по п.1, отличающийся тем, что выход для жидкости содержит выпускную линию, сообщающуюся с камерой плавающей фракции. 7. Жидкостной сепаратор по п.1, отличающийся тем, что вход для жидкости сообщается с камерой осаждающейся фракции. 8. Жидкостной сепаратор по п.1, отличающийся тем, что камера осаждающейся фракции содержит сливной клапан. 9. Жидкостной сепаратор по п.1, отличающийся тем, что камера плавающей фракции содержит сливной клапан. 10. Жидкостной сепаратор со стесненным осаждением, предназначенный для воздействия на разделяемый материал в жидкой среде и содержащий бак, образованный стенками, обеспечивающими удерживание жидкой среды, и содержащий камеру осаждающейся фракции и камеру плавающей фракции, а также вход и выход для жидкости; колонну для восходящего потока, установленную в вертикальном положении в камере осаждающейся фракции и заходящую под поверхность жидкой среды, содержащейся в указанной камере, при этом колонна для восходящего потока имеет открытые верхний и нижний концы и сформированный между указанными концами вход для подачи разделяемого материала в бак сепаратора; переливной канал, сообщающийся с открытым верхним концом указанной колонны для подачи жидкой среды, вытекающей из камеры осаждающейся фракции, в камеру плавающей фракции; первый, ориентированный наклонно вверх винтовой конвейер для удаления плавающей фракции,захватываемой потоком жидкой среды и собирающейся в камере плавающей фракции, и второй винтовой конвейер для удаления осаждающейся фракции, собирающейся в камере осаждающейся фракции. 11. Жидкостной сепаратор по п.10, отличающийся тем, что дополнительно содержит бункер для разделяемого материала, установленный над указанным баком, и подающий желоб для подачи гравитационным методом сухого разделяемого материала в указанный бак через указанный вход, сформированный в колонне для восходящего потока. 12. Жидкостной сепаратор по п.10, отличающийся тем, что дополнительно содержит устройство управления потоком, расположенное у нижнего конца указанной колонны. 13. Жидкостной сепаратор по п.12, отличающийся тем, что устройство управления потоком содержит группу расходящихся от центра наклонных лезвий, выполненных с возможностью формирования в указанной колонне завихренного восходящего потока жидкой среды. 14. Жидкостной сепаратор по п.10, отличающийся тем, что выход для жидкости содержит выпускную линию, сообщающуюся с камерой плавающей фракции. 15. Жидкостной сепаратор по п.10, отличающийся тем, что вход для жидкости сообщается с камерой осаждающейся фракции. 16. Жидкостной сепаратор по п.10, отличающийся тем, что камера осаждающейся фракции содержит сливной клапан. 17. Жидкостной сепаратор по п.10, отличающийся тем, что камера плавающей фракции содержит сливной клапан. 18. Способ сепарации разделяемого материала в жидкой среде, включающий подачу сухого разделяемого материала в бак жидкостного сепаратора со стесненным осаждением,выполненного в соответствии с п.1 или 10, причем указанный бак содержит камеру осаждающейся фракции и камеру плавающей фракции; подачу разделяемого материала по подающему желобу в колонну для восходящего потока, установленную в вертикальном положении в камере осаждающейся фракции; генерирование в указанной колонне завихренного восходящего потока жидкой среды, который захватывает плавающую фракцию разделяемого материала; выведение жидкой среды из колонны для восходящего потока в камеру плавающей фракции; удаление из указанного бака посредством ориентированного наклонно вверх винтового конвейера плавающей фракции, которая захватывается потоком жидкой среды и собирается в камере плавающей фракции, и удаление из указанного бака осаждающейся фракции, собирающейся в камере осаждающейся фракции. 19. Способ по п.18, отличающийся тем, что выведение жидкой среды из колонны для восходящего потока включает временное удерживание жидкой среды в резервуаре для плавающей фракции перед ее подачей посредством перелива в камеру плавающей фракции.