离心机转筒、离心机和用于处理原材料的系统的制作方法

本发明涉及一种离心分离器，这种类型的离心分离器在可旋转转筒的周壁上具有多个轴向间隔开的环形凹部。

背景技术：

1、这种类型的离心分离器的不同布置在工业上已经公知多年，该离心分离器包括具有包括环形凹部的周壁的可旋转转筒。

2、周壁通常具有截头圆锥形状，这意味着它相对于垂直轴略微倾斜。包含待分离的不同比重部分的颗粒材料以浆料形式通过进料管供给到位于或靠近转筒底部的位置。当转筒高速旋转时，进料流向并沿着周壁流动，并被允许越过凹部。通常，水从周壁的外侧通过孔注入环形凹部，以流化收集的材料。较重的颗粒材料(产品)收集在环形凹部中，而较轻的颗粒材料流过环形凹部，并通过转筒的顶部开口从转筒中排出。

3、已经尝试通过改变凹部的形状或者在凹部中提供插入件或筛网来提高这种类型的分离器的效率。然而，尽管多年来多次尝试改进这种类型的离心分离器，但单位回收率仍只有20％左右，因此，离开转筒的浆料要通过多个分离器，以获得尽可能多的产品。

4、由于要分离的材料的类型和浆料中这些材料的密度可能不同，所以应该优化单个分离器的操作条件。在这种情况下，可以改变转速，即离心力和注水压力。两者都控制环形凹部中的流化，并决定收集的颗粒的密度。然而，希望提供一种允许改进灵活性和优化的集中器设计。

5、还希望提供一种离心分离器，其能够提供更高的产量，即具有更高产品浓度的产品流。这将能够以较少的通过分离器的次数获得与当前离心分离器相似的产量，或者优选地以相同数量的分离步骤获得更高的产量。

技术实现思路

1、因此，在这种背景下，本发明的目的是提供一种离心机，通过该离心机可以减轻现有技术的一些缺点。在本发明的第一方面，通过一种用于分离不同比重的相互混合颗粒材料的离心机来实现这些和其他目的，该离心机包括：

2、离心机转筒，其具有基部、围绕中心轴线的周向壁和基本与基部相对的开口端，所述中心轴线穿过基部，周向壁具有内表面和外表面，所述内表面包括多个环形凹部，

3、用于容纳离心机转筒的壳体，所述壳体具有位于中心轴线中的基部和围绕中心轴线的周向壁，

4、由离心机转筒壁和壳体壁限定的环形腔，该环形腔通过离心机转筒壁中的多个穿孔流体连接到离心机转筒内表面上的多个环形凹部，

5、入口，其配置为允许浆料进入离心机转筒，优选地基本平行于中心轴线布置，

6、用于使离心机转筒围绕中心轴线旋转的装置，以及流体连接到环形腔的流体入口，

7、其中环形腔中两个不同高度处的累积横截面流动面积(aflow)相差至少10倍。

8、该高度可以测量为沿中心轴线距离心机转筒基部的距离。优选地，两个不同高度或者在离心机转筒的基部附近(即低高度)，或者在离心机转筒的顶部附近(即高高度)，和/或在基部和顶部之间。

9、利用上述离心机，不仅可以通过调节流体入口流速或通过调节离心机转筒的转速来控制分离器中的流动，而且可以通过设计环形腔的内部来使流体有利地分布并提供优化的压力分布。这允许更好地优化和调节环形腔中的压力，从而改善环形凹部中的流化。术语“累积”是指沿着离心机转筒的整个圆周的环形腔中的横截面流动面积。

10、优选地，环形腔中两个不同高度处的aflow可以相差至少10倍，例如至少40倍，更优选至少80倍，甚至更优选至少100倍，甚至更优选至少200倍。优选地，该倍数在10到1000之间，例如40到500，更优选地60到250。

11、两个不同高度处的aflow之间的倍数增量实际上意味着一个高度处的aflow变得小于比较高度处的aflow。aflow变化可能是沿离心机转筒壁逐渐增加，也可能是局部限制。

12、在本发明的优选实施例中，环形腔的第一部分至少部分地与环形腔的第二部分分开，从而在这两部分之间提供压力差。环形腔中的分离部分改变了环形腔中的流动，并提供了单独的压力区。这允许更好地调节环形腔中的压力，从而改善环形凹部中的流化。已经发现这提高了分离器的效率。

13、本发明的概念基于这样的认识，即当分离器在使用中时，由于环形腔的形状，尤其是由于离旋转中心即中心轴线的距离和离心机转筒的旋转速度的变化，环形腔中的流体压力从环形腔的底部向环形腔的顶部变化。通常，流体压力从基部向顶部增加，因为离中心轴线的距离向环形腔的顶部增加。由于环形凹部位于离心机转筒的不同位置，这导致不同的流体压力，从而也导致不同的流体通过穿孔流入环形凹部。浆料中的颗粒材料具有不同的密度和尺寸，并且变化的流体压力有利于收集不同的颗粒材料。已经观察到，某些相邻的环形凹部比其他凹部收集更多的产品材料，因为它们具有优化的流体压力，因此颗粒材料具有更好的流化。由于离心机转筒壁和壳体壁的倾斜，并且因为它旋转，对于现有技术的离心机，不可能在所有环形凹部处具有相同的流体压力。然而，通过使环形腔中的两个不同高度处的aflow相差至少10倍，优选地形成至少两个部分分离的部分，可以额外的方式改变流体压力，并获得可能出现在环形腔中的多个位置处的更期望的压力(或压力区域)。优化的压力增加了收集在环形凹部中的产品颗粒材料的量，从而增加了离心机的整体效率。

14、基于分离器中环形凹部的数量和环形腔中流体压力的增加，将环形腔分成3个或更多个至少部分分离的部分可能是有益的。因此，在优选实施例中，环形腔包括3、4、5或6个至少部分分离的部分。在另一优选实施例中，离心机可以包括与其环形凹部一样多的至少部分分离的部分。这种设计提供了选择，以配置每个单独的环形凹部中的流体压力，并在环形凹部中的所有穿孔处提供相同或至少非常相似的流体压力。

15、提供到环形腔中的流体可以是诸如空气的气体或诸如水的液体。气体用于在干燥条件下分离，而液体用于在潮湿条件下分离。

16、通常，本发明的离心机用于从岩石中分离高密度的贵重矿物。贵重矿物是例如黄金。这些被称为产品或产品颗粒材料。

17、在优选实施例中，环形腔被分成上部和下部。

18、在本文中，术语“上”和“下”是相对于中心轴线定义的。优选地，该轴线平行于地球重力的方向。

19、壳体基部位于中心轴线中仅仅意味着中心轴线穿过基部。优选地，中心轴线穿过壳体基部的中心。优选地，中心轴线也穿过离心机转筒基部的中心。

20、至少部分分离在本文中应理解为至少部分分离的部分之间的流体流动被限制到可观察到部分之间压力差的程度。这意味着由于各部分的部分分离造成的压力差大于由于旋转离心机的重力造成的压力增加。这种增加可以通过将横截面流动面积限制至少10倍来实现。这可以通过环形腔中的局部收缩来实现。局部收缩可以是限制阻挡两侧之间流动的阻挡。流动受到限制的程度由阻挡的尺寸决定，即阻挡处的aflow和环形腔内另一高度处的aflow之间的倍数的大小。倍数越高，对流动的限制越多。随着两个aflow之间的倍数向无穷大增加，收缩完全限制环形腔中的流动。这样，环形腔中的部分可以完全分离或部分分离。

21、在优选实施例中，环形腔包括至少一个阻挡构件，该阻挡构件适于将环形腔分成至少第一和第二部分。优选地，阻挡构件可将环形腔轴向分成多个部分，从而在整个圆周上形成限制。阻挡构件可以是从壳体壁或离心机转筒壁向相对壁突出的突起，或者它可以是接触壳体壁和离心机转筒壁的阻挡构件。以这种方式，阻挡构件可以将这些部分彼此流体隔离或至少部分隔离。

22、阻挡构件可优选为环形阻挡构件，其具有环形形状，适于接触离心机转筒壁和/或壳体壁，以将环形腔分成上部或下部。阻挡构件可以居中位于环形腔中，以提供具有基本相同高度和/或尺寸的上部和下部，或者可以向基部或顶部移动。这里的高度是指在基本平行于中心轴线的方向上从环形腔底部到环形腔顶部的距离。当阻挡构件移向基部时，它提供的环形腔的第一部分小于第二部分。

23、在优选实施例中，第一部分和第二部分流体连接。作为示例，这些部分可以由阻挡构件分开，例如环形壁或具有诸如孔或穿孔的开口的环，以允许流体通过孔或穿孔从第一部分流到第二部分，反之亦然。阻挡构件还可以包括适于在其中安装孔构件或阀的开口。以这种方式，可以改变或修改孔构件或阀，以允许更高或更低量的流体在各部分之间流动。作为另一示例，这些部分可以由环形间隔的阻挡构件分开，阻挡构件之间具有间隙。这允许流体通过间隙。可替代地，环形阻挡构件可以位于离心机壁或壳体壁上，并在环形阻挡构件和相应的壁之间提供环形间隙。

24、在本发明的优选实施例中，阻挡构件包括孔构件，所述孔构件是被动孔、动态孔或主动孔。在被动孔提供预定的流量减少的情况下，动态孔可以包括加载弹簧，以基于不同的压力提供流量限制。加载弹簧也可以基于离心加速度节流，即基于离心机的旋转速度节流。主动孔可以由计算机、远程控制器等控制，以改变流量被限制的程度。这种变化可以在离心机的使用过程中提供，以实现最佳的操作条件。

25、在一个或多个优选实施例中，阻挡构件包括一个或多个主动孔。这允许优化两个部分之间的压力分布，并且尤其允许优化上部中的压力分布。

26、在一个或多个优选实施例中，压力传感器位于上部。压力传感器可以与允许调节一个或多个主动孔的控制器设备通信。该调节可以基于来自压力传感器、流量传感器、速度测量装置和/或用户设定点的输入。流量传感器可以设置在离心机中，以测量进入环形腔或环形腔中各部分之间的流量。速度测量装置可以配置成在操作期间测量离心机的旋转速度。旋转速度可用于估计由旋转提供的离心加速度。

27、在一个或多个优选实施例中，压力传感器位于下部。该传感器可以与控制器设备通信，该控制器设备允许基于来自压力传感器的输入来调节一个或多个主动孔。

28、在一个或多个优选实施例中，压力传感器位于下部和上部。

29、在一个或多个优选实施例中，允许流体进入环形腔的流体入口包括控制阀，该控制阀允许调节进入环形腔的流体量。优选地，该控制阀与上部和/或下部中的控制器设备和一个或多个压力传感器连通。因此，控制器设备可以基于来自压力传感器的输入来调节通过控制阀的流量。这允许改善压力分布，尤其是在下部。在一个或多个实施例中，传感器布置成测量到流体入口的流体压力或流体流量。该传感器可以连接到控制器设备。

30、通过主动孔、控制阀和/或压力/流量传感器对压力分布进行主动控制，可以实现最佳的压力分布，从而改善离心机的操作。压力变化可以在操作期间或操作之间提供。

31、例如，当离心机锥体的内表面磨损时，可以调节环形腔中的压力分布，从而在离心机锥体的整个寿命期间实现更高的产品产量。

32、作为另一示例，可以在离心机运行期间调节环形腔中的压力分布，从而调节环形凹部中的流化，以优化不同尺寸或密度部分的回收。

33、在另一优选实施例中，第一部分和第二部分彼此流体隔离。例如，这可以通过没有任何开口的阻挡构件来实现，例如没有任何孔或穿孔的环形壁。在这个示例中，流体可以单独提供给第一部分和第二部分。可替代地，第一部分和第二部分可以通过阻挡旁路流体连接，该阻挡旁路允许流体绕过阻挡。阻挡旁路可以是位于壳体的周向壁外侧的导管或通道，其流体连接第一部分和第二部分。可以选择阻挡旁路的设计，例如直径或形状，以控制各部分之间的流动。

34、在另一优选实施例中，至少一个阻挡构件集成在离心机转筒和/或壳体的周向壁中。这可以是限制第一和第二部分之间的流体流动的周向壁之一的突起。

35、环形腔中流体的压力分布由环形腔的形状、离心机转筒壁和壳体壁的倾斜、流体入口的位置、离心机转筒的转速、流体入口压力等决定。通常，由于离心机转筒的旋转和离心机转筒壁的倾斜，压力从环形腔的底部向环形腔的顶部增加。因此，环形腔中的压力梯度在从离心机转筒的基部朝向顶部的方向上是正的。因此，可以替代地或另外说，本发明的特征在于，离心机的环形腔配置成优选地沿着离心机转筒壁的外表面具有压力梯度，该压力梯度具有正值和负值。压力梯度是从环形腔中的一个位置到另一个位置的压力变化，例如从基部到顶部，反之亦然。配置为具有正压力梯度值和负压力梯度值的环形腔意味着如果环形腔具有朝向顶部增加的压力，则其具有压力下降，并且如果环形腔具有朝向顶部减小的压力，则其具有压力增加。这种压力变化可以是由于例如阻挡构件引起的高度突然变化，或者是由于穿过环形腔的环形横截面积的变化而引起的逐渐变化。

36、优选地，正压力梯度和负压力梯度之间的变化位于两个相邻的环形凹部之间。压力的变化可能是局部压力下降或增加。在优选实施例中，这是通过具有至少部分分成至少第一部分和第二部分的环形腔来实现的。第一部分和第二部分可以由例如环形壁或阻挡构件分开。优选地，环形腔配置成使得环形凹部处的环形腔中的压力高于相邻环形凹部处的环形腔中的压力。这可以例如通过在两个环形凹部之间设置阻挡构件或壁来实现。

37、在优选实施例中，离心机包括改变环形腔中压力分布的装置。这可以例如是环形腔的一部分中的压力降低。优选地，离心机包括在环形腔的一部分和环形腔的另一部分之间提供显著压力变化的装置。优选地，改变压力分布的装置位于环形腔内或附近。例如，离心机转筒壁或壳体壁可以包括安装装置，允许不同尺寸的插入件或阻挡件安装在环形腔中，以改变穿过环形腔的环形横截面积。因此，可以通过例如添加或移除阻挡构件、改变阻挡构件之间的间隙尺寸、减小或增大阻挡构件和相邻壁之间的环形空间等来改变环形腔的设计。此外，环形腔可以包括在沿着壳体壁或离心机转筒壁的轴向间隔位置处的多个安装装置，这允许在不同高度安装阻挡构件，并且环形腔的横截面积配置成例如具有多个至少部分分离的部分。可替代地，如果环形腔包括由壁分开的第一部分和第二部分，该壁可以包括一个或多个开口，该开口允许安装不同尺寸的孔或阀。因此，可以说环形腔中的压力分布是可配置的。

38、根据另一方面，本发明涉及一种用于离心机中的离心机转筒，该离心机用于分离不同比重的相互混合颗粒材料，该离心机转筒具有基部、围绕中心轴线的周向壁和与基部基本相对的开口端，所述中心轴线穿过基部，周向壁具有内表面和外表面，所述内表面包括在离心机转筒的内表面上的轴向间隔位置处的多个环形凹部，并且其中离心机转筒的外表面包括密封部分。

39、密封部分配置用于接触离心机上的相应表面，从而提供密封效果。优选地，密封部分配置为与离心机的阻挡构件的表面配合，以提供密封。这两种配置都提供了离心机环形腔的至少部分分离。

40、在一个或多个实施例中，密封部分配置成与垫圈构件一起提供密封效果，比如o形环或另一种类型的橡胶或塑料垫圈，垫圈构件布置在密封部分和阻挡构件之间。外表面的密封部分可以是凸缘、突起、底切、凹痕、凹槽或凹部。凸缘或突起可以在任何方向上朝向离心机的壳体壁突出，并提供与阻挡构件的配合表面，可选地与垫圈构件一起。离心机转筒的外表面中的底切、凹痕、凹槽或凹部可以配置成容纳阻挡构件或垫圈比如o形环的突出部分。

41、在本发明的优选实施例中，包括凹部的离心机转筒壁部分相对于中心轴线具有至少两种不同的倾斜。换句话说，离心机转筒壁的内表面可以具有第一部分和第二部分，这两部分都包括一个或多个环形凹部。离心机转筒内表面的第一部分相对于中心轴线的角度不同于离心机转筒内表面的第二部分的角度。

42、该角度可以在5度和15度之间变化。优选地，角度之间的倾斜差至少为3度至5度。

43、在预期的使用过程中，当离心机转筒旋转并且浆料被提供到离心机转筒中时，转筒的旋转产生作用在浆料中的颗粒上的离心力，并且迫使它们在径向方向上朝向离心机转筒壁。转筒壁的倾斜决定离旋转中心即中心轴线的距离，从而也决定沿径向方向作用在颗粒上的离心力的大小以及沿平行于离心机转筒壁表面的方向作用在颗粒上的合力。因此，该角度决定有多少离心力作用在颗粒上朝向凹部并沿向上方向。发明人惊奇地发现，通过改变角度，高密度矿物的回收得到改善。不受任何理论的束缚，据信截面中相对较浅的角度有助于加速进料向上到达转筒壁，并且当进料沉积在转筒基部时，使水力过渡区最小化，相对于现有设计保持或改善生产能力。较陡但不垂直的部分保持沿周壁向上移动的进料的相对均匀的膜厚度，同时使上下凹部之间的总半径差最小化，从而减小由于离心力引起的夹套中的局部压力差。

44、在优选实施例中，内表面的第一部分比内表面的第二部分更靠近离心机转筒基部，并且内表面的第一部分的角度大于内表面的第二部分的角度。这种配置提供了朝向离心机转筒顶部更陡的转筒壁。该角度是相对于中心轴线测量的。

45、优选地，离心转筒壁相对于中心轴线具有5至15度的角度。优选地，下部的角度为10至15度，例如12.5度。优选地，上部相对于中心轴线的角度为5至10度，更优选地为7至9度，例如8度。

46、在另一优选实施例中，离心机转筒壁的角度可以在基部和开口端之间的多个位置变化。优选地，离心机转筒壁可以基本成形为半球或抛物面。

47、在本发明的另一实施例中，凹部之间的距离通过离心机转筒而变化。该距离是从环形凹部的上边缘到下一个凹部的下边缘向上测量的。优选地，该距离朝向离心机转筒的基部更大。距离的变化提供了这样的效果，即在凹部之间有容纳更多材料的空间。材料厚度的增加延长了转筒的使用寿命。特别是在离心机转筒的下部，这是有益的，因为在这里观察到更多的磨损。该距离可以通过在凹部之间具有更大的间距或者通过使环形凹部更宽来改变。因此，在优选实施例中，内表面的第一下部包括比内表面的第二部分中的凹部更宽和/或间隔更大的凹部。

48、根据另一方面，本发明涉及一种用于处理包括贵金属矿石的原材料的系统，该系统包括：

49、至少一个粉碎单元和至少一个物理分离单元，

50、其中该系统包括至少一个离心机形式的物理分离单元，用于分离不同比重的相互混合颗粒材料，该离心机包括：

51、离心机转筒，其具有基部、围绕中心轴线的周向壁和基本与基部相对的开口端，所述中心轴线穿过基部，周向壁具有内表面和外表面，所述内表面包括多个环形凹部，

52、用于容纳离心机转筒的壳体，所述壳体具有位于中心轴线中的基部和围绕中心轴线的周向壁，

53、由离心机转筒壁和壳体壁限定的环形腔，该环形腔通过离心机转筒壁中的多个穿孔流体连接到离心机转筒内表面上的多个环形凹部，

54、入口，其配置为允许浆料进入离心机转筒，优选地基本平行于中心轴线布置，

55、用于使离心机转筒围绕中心轴线旋转的装置，以及流体连接到环形腔的水入口，

56、其中环形腔中两个不同高度处的累积横截面流动面积(aflow)相差至少10倍。

57、显然，离心机的任何前述实施例还可以在这种系统中实施。

58、至少一个粉碎单元可以是回转破碎机、圆锥破碎机和/或颚式破碎机形式的破碎机，sag球磨机、棒磨机和/或球磨机形式的磨机。

59、可选地，该系统可以另外包括至少一个化学分离单元，优选为浮选单元的形式，比如泡沫浮选单元，或浸出单元，比如利用浸出中碳(cip)或矿浆中碳(cip)的单元，或在线浸出反应器(ilr)。

60、此外，该系统可以包括其他物理分离单元，比如沉降单元、浓缩单元、筛选单元、过滤单元，比如压力过滤器、旋风分离器、转盘和/或磁性分离器。

61、从下面的详细描述和所附的从属权利要求中，进一步的优选实施例和进一步的优点将变得显而易见。