Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
METHOD FOR PNEUMATICALLY SEPARATING MINERAL RAW MATERIALS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/124909
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to the field of separating mineral raw materials and can be used for producing mobile separating plants which are intended for processing and classifying raw materials according to fractions virtually in any weather conditions, including at ambient air temperatures of -50 to +50°C. What is claimed is a method for pneumatically separating mineral raw materials, comprising placing raw materials which are to be separated on an air-permeable surface which traverses a vertical chamber with a rising air flow that lifts light fractions from the air-permeable surface, the latter being in the form of a conveyor passing beneath the lower base of the vertical chamber, in which, by selection of the velocity of the air flow, a dilute fluidized bed is formed from particles of a specified density, into which less dense particles enter and through which said particles pass without obstruction before being transferred with the rising air flow out of the vertical chamber into a gravitational deposition chamber. What is novel is that the vertical chamber is divided by vertical partitions into two or more sections arranged consecutively and/or in parallel, wherein the upper bases of the sections are associated with one another inside the vertical chamber by a common air flow which transfers the particles into the gravitational deposition chamber.

More Like This:
Inventors:
STEPANENKO, Andrei Ivanovich (pr. Dzerzhinskogo, 10/1 kv. 10, Novosibirsk 5, 630015, RU)
Application Number:
RU2016/000936
Publication Date:
July 05, 2018
Filing Date:
December 27, 2016
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
STEPANENKO, Andrei Ivanovich (pr. Dzerzhinskogo, 10/1 kv. 10, Novosibirsk 5, 630015, RU)
International Classes:
B07B4/08
Foreign References:
EA022959B12016-03-31
SU1217495A11986-03-15
SU1731297A11992-05-07
RU2354462C12009-05-10
SU692638A11979-10-25
SU70679A
Attorney, Agent or Firm:
SKORY, Vadim Vitalievich (a/ya 21, Novosibirsk-97, 7, 630097, RU)
Download PDF:
Claims:
Формула изобретения

1. Способ пневматического обогащения минерального сырья, включающий раз- мещение обогащаемого сырья на воздухопроницаемой поверхности, пересекающей вертикальную камеру с восходящим воздушным потоком, поднимающим легкие фракции с воздухопроницаемой поверхности, выполненной в виде конвейера, пропу- щенного ниже уровня нижнего основания вертикальной камеры, в которой выбором скорости воздушного потока образован объемный псевдокипящий слой из частиц за- данной плотности, в который попадают и беспрепятственно проходят сквозь него час- тицы меньшей плотности, а затем восходящим воздушным потоком переносятся из вертикальной камеры в камеру гравитационного осаждения, отличающийся тем, что вертикальная камера разделена вертикальными переборками на две или более после- довательно и/или параллельно расположенных секций, при этом верхние основания секций объединены внутри вертикальной камеры общим воздушным потоком, пере- носящим частицы в камеру гравитационного осаждения.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что вертикальная камера разделена на секции, имеющие равные по площади поперечные сечения.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что вертикальная камера разделена на секции, имеющие разные по площади поперечные сечения.

5. Способ по п.1 отличающийся тем, что нижние основания секций вертикаль- ной камеры расположены на одинаковой высоте относительно поверхности конвейе- ра.

6. Способ по п.1 отличающийся тем, что секции камеры расположены на раз- ной высоте относительно поверхности конвейера.

Description:
Способ пневматического обогащения минерального сырья

Изобретение относится к области обогащения минерального сырья и может быть использовано для создания мобильных обогатительных фабрик, предназначен- ных для переработки и классификации сырья по фракциям практически в любых по- годных условиях, в том числе и при температурах окружающего воздуха от -50 до +50 °С.

Известно, что одним из основных способов обогащения руд, угля, нерудных материалов являются способы разделения по плотности (гравитационные методы). Снижение качества добываемого сырья с одновременным повышением требованием к качеству концентратов поступающих на дальнейшую переработку на энергетиче- ских, металлургических и химических предприятиях, существенно повышает требо- вания к эффективности используемых способов обогащения сырья.

Известно так же что за годы эксплуатации обогатительных фабрик и металлур- гических комбинатов, накопились огромные объемы техногенных отходов, которые не только загрязняют окружающую среду и выводят из оборота огромные земельные площади, находящиеся в непосредственной близости от поселков, городов и прочих населенных пунктов. Большинство этих минеральных отходов представляют собой ценное сырье для вторичной переработки. Так, например, шлаки производства фер- рохрома содержат от 2 до 12 % металлического феррохрома, при этом содержание хрома в руде, поступающей на переплавку составляет от 1 до 5%, причем в химиче- ски связанном состоянии. Следовательно, вторичная переработка шлаков не только способна улучшить экологию региона, но и экономически целесообразна, при этом сама технология переработки указанных отходов должна удовлетворять целому ряду жестких требований.

Во-первых, технология обогащения сырья должна быть универсальной, легко перестраиваемой под переработку различного вида минерального сырья и при этом должна быть пригодной для обогащения различных по плотности материалов (угля, руды, техногенных отходов и нерудного сырья). Процесс переработки должен пре- дусматривать возможность быстро и плавно производить изменение технологиче- ских режимов в зависимости от свойств перерабатываемого сырья, требований к ка- честву продуктов переработки и т.д., что позволит создавать мобильные обогати- тельные фабрики модульного типа, с малым уровнем капитальных затрат на их дос- тавку и установку.

Во-вторых, технология обогащения сырья должна быть высокоэффективной, обеспечивающей высокое качество получаемых продуктов, а так же то чтобы после ее применения, оставались только те отходы, которые не пригодны к дальнейшей переработке или непосредственному применению.

В-третьих, технология обогащения сырья должна быть всепогодной и кругло- годичной, чтобы процесс проходил не сезонно с временным привлечением трудовых ресурсов, а шел постоянно - с круглогодичной занятостью местного населения. По этой причине технологический цикл обогащения сырья должен включать диапазон температур окружающего воздуха от -50 до +50 °С и должен допускать размещение оборудования под открытым небом или с использованием укрытий легкого типа.

Известен способ обогащения сырья, широко используемый в настоящее время, основанный на разделении продуктов по плотности в жидкой среде (см. Разумов К.А. Перов В.А. «Проектирование обогатительных фабрик» М, Недра 1982г., стр. стр.195-205, 268-282). Способ позволяет при наличии больших и дешевых водных ресурсов обеспечивать достаточно производительный процесс обогащения сырья.

Основным недостатком известного способа обогащения сырья является невоз- можность его использования в зимних условиях под открытым небом. Строительст- во же специализированных обогатительных фабрик, работающих круглый год, тре- бует значительных материальных и финансовых ресурсов на обеспечение обогрева, что не позволяет получать известным способом конкурентоспособную продукцию при работе в зимних условиях даже в условиях средних широт с умеренно холодны- ми зимами (пиковые значения отрицательных температур находятся в интервале от - 5 до -10 °С).

Известен также способ обогащения сырья, широко используемый до настояще- го времени, основанный на разделении продуктов по плотности в воздушной среде (см. М.В.Верхотуров «Гравитационные методы обогащения» М, Макс-Пресс 2006г., стр. 306-318), Г.Н.Шохин А.ГЛопатин «Гравитационные методы обогащения», М., Недра 1993г., стр.9, включающий подачу обогащаемого сырья в камеру гравитаци- онного осаждения, совершающую возвратно-поступательные движения, оснащен- ную ситом, снизу которого поступает поток воздуха. По мере продвижения по реше- ту тяжелые зерна стремятся вниз, легкие зерна поднимаются в верхнюю часть слоя создаваемого из перерабатываемого продукта.

Способ позволяет производить круглогодичное обогащение сырья под откры- тым небом или с использованием укрытий легкого типа.

Основным недостатком известного способа обогащения сырья является низкая эффективность процесса разделения продуктов, высокая степень заражения тяжелых продуктов легкими фракциями, т.к. процесс осуществляется в слое продукта распо- ложенного на решете. Увеличение толщины слоя необходимое для образования раз- дельных слоев из продуктов различной плотности приводит к его высокому сопро- тивлению, и как следствие низкой степени его разрыхления и низкой эффективности разделения фракций. Невозможность обеспечения быстрой перестройки технологи- ческого процесса под переработку различного вида минерального сырья, т.к. каждый сепаратор создается для переработки продуктов с заданным диапазоном плотности.

Кроме того, известный способ обогащения сырья не позволяет осуществлять высокоэффективное разделение сырья по фракциям из-за высокого влияния влажно- сти сырья на процесс.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ пневматического обогащения минерального сырья (см. Евразийский патент N° 022959, Кл. В07В 4/08, В03В 4/04, 2016г.), включающий размещение обогащаемого сырья на воздухопроницаемой поверхности, пересекающей вертикальную камеру с восходящим воздушным потоком, поднимающим легкие фракции с воздухопрони- цаемой поверхности, выполненной в виде конвейера, пропущенного ниже уровня нижнего основания вертикальной камеры, в которой выбором скорости воздушного потока образован объемный псевдокипящий слой из частиц заданной плотности, в который попадают и беспрепятственно проходят сквозь него частицы меньшей плотности, а затем восходящим воздушным потоком переносятся из вертикальной камеры в камеру гравитационного осаждения.

Известный способ позволяет производить круглогодичное обогащение сырья под открытым небом или с использованием укрытий легкого типа, а также произво- дить быструю перестройку технологического процесса под переработку различного вида минерального сырья путем изменения скорости потока воздуха. Основным недостатком известного способа является, его недостаточно высокая производительность отбора частиц заданного размера, которая обусловлена сле- дующими причинами.

Во-первых, при попытке увеличения производительности способа по сырью, необходимо пропорционально увеличивать скорость конвейера, что уменьшает вре- мя нахождения частиц заданного размера в зоне всасывающего основания (сопла) вертикальной камеры и, в свою очередь, увеличивает горизонтальную скорость и го- ризонтальную составляющую кинетической энергии частиц движущихся на конвей- ере.

Во-вторых, увеличение скорости конвейера автоматически приводит к смеще- нию и уплотнению псевдокипящего слоя у задней (по движению) стенки вертикаль- ной камеры, что нарушает привычную картину движения частиц (за счет локального повышения плотности частиц) в псевдокипящем слое, что препятствует проходу че- рез него частицы меньшей плотности, т.е. приводит к удалению легких частиц с бо- лее тяжелыми и снижает эффективности процесса сепарации.

В основу данного изобретения поставлена задача повышение производитель- ности известного способа при сохранении эффективности процесса сепарации.

Указанная задача в способе пневматического обогащения минерального сырья, включающем размещение обогащаемого сырья на воздухопроницаемой поверхно- сти, пересекающей вертикальную камеру с восходящим воздушным потоком, под- нимающим легкие фракции с воздухопроницаемой поверхности, выполненной в ви- де конвейера, пропущенного ниже уровня нижнего основания вертикальной камеры, в которой выбором скорости воздушного потока образован объемный псевдокипя- щий слой из частиц заданной плотности, в который попадают и беспрепятственно проходят сквозь него частицы меньшей плотности, а затем восходящим воздушным потоком переносятся из вертикальной камеры в камеру гравитационного осаждения, решена тем, что вертикальная камера разделена вертикальными переборками на две или более последовательно и/или параллельно расположенных секций, при этом верхние основания секций объединены внутри вертикальной камеры общим воз- душным потоком, переносящим частицы в камеру гравитационного осаждения.

Указанное выполнение способа позволяет в одной вертикальной камере, рас- считанной на сепарацию частиц по заданной границе плотности, организовать мно- гостадийный отбор указанных частиц за счет одновременного воздействия на части- цы нескольких последовательных вертикальных потоков, каждый из которых увле- кает частицу в свою секцию, тем самым снижая ее горизонтальную скорость и гори- зонтальную составляющую кинетической энергии, что уменьшает уплотнение псев- докипящего слоя в каждой секции вертикальной камеры и обеспечивает равномер- ное распределение псевдокипящего слоя по всей площади вертикальной камеры, тем самым обеспечивая повышение производительности способа.

Известная вертикальная камера селектирует частицы плотностью ниже задан- ной плотности, например, 1,4 г/см 3 . Поскольку сепарируемый материал может со- держать большое количество частиц с плотностью менее чем плотность разделения, то разделение вертикальной камеры на секции, имеющие равные или разные по площади поперечные сечения и, соответственно, одинаковую или различную ско- рость потоков в них, что позволит производить поэтапное выделение частиц с плот- ностью менее чем заданная, тем самым, снижать нагрузку на последнюю камеру и повышать эффективность разделения частиц плотностью до 1,4 г/см 3 .

Для выполнения многостадийного отбора частиц заданной плотности, различ- ные секции вертикальной камеры могут иметь одинаковую или различную высоту расположения оснований секций над конвейером, тем самым обеспечивая создание в каждой секции вертикальной камеры псевдокипящий слой различной плотности, что позволит в первых секциях обеспечить предварительную сепарацию частиц с плотностью значительно ниже заданной, а в последних секциях - провести более точное и эффективное разделение частиц по плотности.

Разделение вертикальной камеры на секции расположенные вдоль направления движения конвейера, позволяет ликвидировать неравномерность поля скоростей воздуха в вертикальной камере в поперечном сечении (вдоль конвейера), а разделе- ние камеры на секции расположенные поперек направления движения конвейера, позволяет ликвидировать неравномерность поля скоростей воздуха в вертикальной камере, как в поперечном, так и в продольном сечении (перпендикулярно конвейе- ру), а так же предупредить поперечные и продольные перетоки частиц псевдокипя- щего слоя и обеспечить его равномерность по всему сечению камеры. Данный эф- фект достигается за счет того, что сопротивление потоку воздуха в канале пропор- ционально квадрату скорости потока, и, соответственно, поток сильнее тормозится в каналах в которых скорость была изначально больше и встречает наименьшее со- противление в каналах с минимальной скоростью, а, следовательно, как результат скорость потока во всех каналах стремиться к среднему значению по всей камере.

Таким образом, вертикальная камера с несколькими вертикальными секциями, в каждой из которых присутствует объемный псевдокипящий слой из частиц задан- ной плотности, позволяет организовать многопоточное пневматическое выделение из обогащаемого сырья частиц требуемой фракции с большей производительностью и высокой селективностью, что не имеет аналогов среди известных методов, приме- няемых в настоящее время в установках пневматической сепарации, а значит, соот- ветствует критерию «изобретательский уровень».

Заявляемый способ поясняется рисунками на фиг. 1-6.

На фиг. 1 представлена блок-схема установки с вертикальной камерой для пневматического обогащения минерального сырья, на которой вертикальная камера выполнена неразделенной на секции, как в прототипе, а стрелками показаны траек- тории движения частиц обогащаемого минерального сырья, всасываемых с воздухо- проницаемого конвейера и их взаимодействие с воздушным потоком и частицами псевдокипящего слоя. Так же показано смещение самого слоя к задней (по направ- лению движения конвейера) стенке вертикальной камеры, где: 1 - стенки вертикаль- ной камеры; 2 - направление движения всасывающего потока воздуха в вертикаль- ной камере; 3 - воздухопроницаемый конвейер с частицами обогащаемого мине- рального сырья 4; 5 - нижнее основание вертикальной камеры; 6а-6е - направления движения частиц обогащаемого минерального сырья, 7 - камера гравитационного осаждения, соединенная с вертикальной камерой всасывающим воздуховодом 8, а также система отсоса воздуха 9 из камеры гравитационного осаждения; 10 - шлюзо- вой затвор для удаления обогащенного минерального сырья 1 1.

На фиг. 2а и 26 представлен вид А, показывающий распределение частиц в псевдокипящем слое при низкой и высокой скоростях конвейера: на высокой скоро- сти конвейера псевдокипящий слой сдвигается к передней (по направлению движе- ния конвейера) стенке вертикальной камеры.

На фиг. 3 представлен фрагмент входной части установки для пневматического обогащения минерального сырья, на которой изображена вертикальная 3-х секцион- ная камера, нижние основания секций которой находятся на одинаковой высоте от- носительно конвейера, где: 12 - стенки вертикальной камеры; 13а-13в - направление движения всасывающих потоков воздуха в секциях вертикальной камеры; 14 - воз- духопроницаемый конвейер с частицами обогащаемого минерального сырья 15; 16а- 16в - нижние основания секций вертикальной камеры; 17-28 - траектории движения частиц обогащаемого минерального сырья внутри секций камеры.

На фиг. 4 представлен фрагмент входной части установки для пневматического обогащения минерального сырья, на которой изображена вертикальная 3-х секцион- ная камера, нижние основания секций которой находятся на разной высоте относи- тельно конвейера, где: 29 - стенки вертикальной камеры; 30 - воздухопроницаемый конвейер с частицами обогащаемого минерального сырья 31; 32а - 32в - направле- ние движения всасывающих потоков воздуха в секциях вертикальной камеры; 33а - ЗЗв - нижние основания секций вертикальной камеры.

На фиг. 5 представлен фрагмент входной части установки для пневматического обогащения минерального сырья, на которой изображена вертикальная многосекци- онная камера, состоящая из трех последовательно установленных секций, располо- женных вдоль конвейера и трех последовательно установленных секций, располо- женных поперек конвейера, причем нижние основания всех секций находятся на одинаковой высоте относительно конвейера, где: 34 - воздухопроницаемый конвей- ер; 35 - многосекционная вертикальная камера, состоящая из трех рядов секций 36' - 38', расположенных вдоль направления движения воздухопроницаемого конвейера 34 и трех рядов секций 36" - 36"", расположенных поперек направления его движе- ния, а на фиг. 6 представлен рисунок, поясняющий распределение частиц обогащае- мого минерального сырья внутри секций 35" - 35"" расположенных поперек конвейе- ра 34.

Для понимания заявляемого способа, сначала рассмотрим процессы проходя- щие в вертикальной камере, представленной на фиг.1. Частицы 4, перерабатываемо- го сырья движутся на воздухопроницаемом ленточном конвейере 3. Наиболее мел- кая фракция сразу просыпается через конвейер 3 и удаляется из зоны сепарации час- тиц (процесс просыпания через конвейер 3 и удаления просыпавшихся частиц ус- ловно не показан). Далее частицы 4, перемещаясь на конвейере 3, попадают в зону всасывания вертикальной камеры, ограниченной стенками 1, где частицы 4 с пото- ком воздуха 2 всасываются через ее открытое нижнее основание 5. Таким образом, в зоне, прилегающей к открытому основанию 5 сепарационной вертикальной камеры, возникают вихревые потоки движущихся частиц 6а - бе, образуемые одновремен- ным воздействием на частицы 4 горизонтальных сил, связанных с их перемещением на ленточном конвейере 3, и вертикальных подъемных сил, создаваемых воздушным потоком 2. Указанные потоки движущихся частиц 6а - бе образуют псевдокипящий слой из частиц заданной плотности, в который попадают и беспрепятственно прохо- дят сквозь него только частицы плотности меньше заданной, которые затем восхо- дящим воздушным потоком переносятся из вертикальной камеры через всасываю- щий воздуховодом 8 в камеру гравитационного осаждения 7, из которой системой отсоса воздуха 9, создается необходимое для всасывания частиц 4 разряжение. По- сле накопления частиц в камере гравитационного осаждения 7, открывается шлюзо- вой затвор 10 и осажденные частицы удаляются. Плотность частиц, из которых фор- мируется псевдокипящий слой, задается скоростью воздушного потока 2. При малых скоростях движения ленточного конвейера 3, а, следовательно, и низкой производи - тельности способа, распределение частиц в псевдокипящем слое соответствует ри- сунку на фиг.2а, а при увеличении скорости конвейера 3, распределение частиц при- обретает форму, представленную на рисунке на фиг.2б, т.е. псевдокипящий слой сдвигается к задней (по направлению движения конвейера) стенке вертикальной ка- меры. При этом снижается эффективность процесса разделения в вертикальной ка- мере. Объясняется это тем, что при движении частиц 4 в псевдокипящем слое воз- никают как потоки обеспечивающие разделение частиц по плотности, так и паразит- ные потоки. Так, например, легкая частица, перемещаемая по траектории 6г может вступить во взаимодействие с частицей высокой плотности движущейся по траекто- рии 6д, а учитывая при этом наличие горизонтальной скорости частицы 6д и ее бо- лее высокую плотность, есть вероятность того, что данная частица увлечет с собой частицу движущуюся по траектории 6г и удалит ее из пространства вертикальной камеры.

Таким образом, при увеличении скорости движения воздухопроницаемого кон- вейера 3 будет наблюдаться снижение эффективности разделения частиц в верти- кальной камере. При этом, единственным методом, который позволяет увеличить производительность пневматического обогащения минерального сырья, является именно увеличение скорости движения воздухопроницаемого конвейера 3. Для уст- ранения указанного недостатка, предлагается выполнить вертикальную камеру с не- сколькими вертикальными параллельными секциями, так, как показано на фиг.З. Применение нескольких последовательных камер, установленных по ходу конвейера 14 позволяет снизить влияние паразитных потоков на процесс разделения. Так, на- пример, если в результате взаимодействия легкой частицы движущейся в псевдоки- пящем слое по траектории 21 с частицей, движущейся по траектории 20 произойдет вынос ее за пределы секции, то она все равно остается в зоне сепарации, перейдя в другую секцию. Предположим, что при установившемся режиме в вертикальной секции, вынос легких частиц тяжелыми составляет 10%. Таким образом, в первой секции удается извлечь 90% легких частиц, а во второй секции еще 90% из тех лег- ких частиц, которые попали во вторую секцию, т.е. суммарная эффективность разде- ления в двух последовательных секциях будет составлять 99% при эффективности разделения в одной секции 90%. Это решение позволяет добиваться существенного увеличения скорости движения конвейера и, соответственно, производительности заявляемого способа.

Теперь рассмотрим вариант осуществления заявляемого способа, представлен- ный на фиг.4, где используется 3-х секционная камера, нижние основания секций которой находятся на разной высоте от поверхности конвейера. Указанный вариант позволяет обеспечить распределение псевдокипящего слоя в продольных вертикаль- ных секциях, таким образом, чтобы в первых по движению секциях, имеющих псев- докипящий слой меньшей плотности, производилось выделение основной массы частиц с плотностью существенно ниже, чем заданная граничная плотность, тем са- мым снижая нагрузку на последнюю секцию, где производится окончательное уда- ление частиц с плотностью близкой к заданной граничной плотности.

На фиг.5 представлен еще один вариант реализации заявляемого способа, в ко- тором вертикальная камера 35 выполнена многосекционной, состоящей из трех по- следовательно установленных секций, расположенных вдоль конвейера 36' - 38' и трех последовательно установленных секций 36" - 36"", расположенных поперек конвейера 34, причем нижние основания всех секций находятся на одинаковой высо- те относительно конвейера 34.

На фиг.6 представлено распределение частиц обогащаемого минерального сы- рья внутри секций 36" - 36"", расположенных поперек конвейера 34. Такое располо- жение секций внутри сепарационной камеры позволяет одновременно обеспечить равномерность псевдокипящего слоя, как в продольном, так и в поперечном сечении вертикальной камеры. На фиг.6 представлено распределение частиц обогащаемого минерального сырья внутри секций 36" - 36"", расположенных поперек конвейера 34. Для практической реализации заявляемого способа была изготовлена опытная установка для сепарации шлаков феррохромного производства, с целью дальнейше- го получения феррохрома. Процесс пневматического обогащения осуществлялся на вертикальной камере, которая состояла из 3-х последовательных вертикальных сек- ций (фиг.З). До начала пневматической переработки, шлаки предварительно дроби- лись до крупности 0 - 6 мм и подавались на ленточный конвейер, с полотном, вы- полненным из сетки с ячейкой 1 мм, шириной 600 мм, скоростью движения 0.5-1.5 м/с. Прямоугольная вертикальная камера выполнена сечением 600x150 мм и высотой 900 мм и разделена внутри вертикальными перегородками на 3 секции одинакового сечения. Камера соединена воздуховодом с камерой гравитационного осаждения диаметром 1200 мм и высотой 2500 мм. Воздушный поток в вертикальной камере подбирали таким образом, чтобы в камере выделялся продукт, не содержащий зерен феррохрома и имеющий плотность менее 2.9-3.5 т/мЗ, а на конвейере после прохож- дения камеры оставался металлический феррохром с незначительными включениями шлака, являющийся товарным концентратом. Указанное выполнение вертикальной камеры позволило равномерно распределить псевдокипящий слой и в 1.6 раза уве- личить производительность установки по сравнению с единой прямоугольной вер- тикальной сепарационной камерой сечением 600x150 мм и высотой 900 мм.