Аэродинамическая установка для сухого обогащения дисперсных материалов
Полезная модель относится к устройствам для обогащения преимущественно дисперсных материалов (например, минеральных песков) и может найти широкое практическое применение в горнорудной, строительной, металлургической и других отраслях народного хозяйства. Технический результат полезной модели заключается в повышении эффективности удаления из дисперсной массы материала оттертого шлама, что улучшает эффективность классификации и эффективность дальнейшего сухого (безводного) разделения смеси частиц на частицы с контрастными физическими свойствами. Аэродинамическая установка для сухого обогащения дисперсных материалов содержит, по меньшей мере, одну линию аэродинамической оттирки, включающую пневмонагнетатель и загрузочное устройство, соединенные с аэродинамической трубой, включающей участки, оси которых составляют ломаную линию, по меньшей мере, один аппарат для разделения очищенной смеси частиц и аспирационную систему. По меньшей мере, в первом из аппаратов размещен конец аэродинамической трубы каждой из линий аэродинамической оттирки. Согласно полезной модели, по меньшей мере, первый аппарат для разделения представляет собой воздушный классификатор, а внутри выходного участка каждой аэродинамической трубы установлен антиэлектростатический электрод. При необходимости дальнейшего разделения смеси частиц на частицы с контрастными физическими свойствами, добавляются известные остальные аппараты для сухого разделения из ряда: тонкий воздушный классификатор, магнитный, электрический, трибоэлектрический, пневматический гравитационный сепараторы, пневматический концентрационный стол.
Полезная модель относится к устройствам для обогащения преимущественно дисперсных материалов (например, минеральных песков) и может найти широкое практическое применение в горнорудной, строительной, металлургической и других отраслях народного хозяйства.
Известны установки для аэродинамического обогащения сыпучих материалов, содержащие пневмонагнетатель, разгонную трубу, загрузочный и выгрузочный патрубки, разделительную камеру и аспирационную систему (патент РФ 
2012426, 15.05.1994; патент РФ 2030929, 20.03.1995; патент РФ 2007229, 15.02.1994; патент РФ 2010625, 15.04.1994; заявка РФ 94031917, 20.05.1997; авторское свидетельство СССР 1839113, 30.12.1993).
Недостатками указанных установок является: недостаточная эффективность оттирки поверхности частиц, высокая материалоемкость и энергоемкость, высокая изнашиваемость аэродинамических элементов и, как следствие, «затирание» обогащаемых материалов технологическим железом.
Наиболее близким к предложенной является аэродинамический сепаратор для сухого обогащения дисперсных материалов, содержащий линию аэродинамической оттирки, включающую воздуходувку и загрузочное устройство, соединенные с аэродинамической трубой, включающей участки, оси которых составляют ломаную линию и на которых установлены отбойные щиты, динамические камеры разделения очищенной смеси частиц, в которых размещен перфорированный конец аэродинамической трубы и аспирационную систему (патент РФ 2067034, опубликовано 27.09.1996).
Недостатком указанной установки является недостаточная эффективность удаления из дисперсной трибозаряженной массы материала в процессе оттирки оттертых ультратонких максимально трибозаряженных частичек (оттертого шлама), вследствие налипания его на более крупные менее заряженные. Вследствие этого происходит недостаточно эффективное обесшламливание, что обуславливает менее эффективную очистку и классификацию зерен, а значит и худшее качество получаемых продуктов; сложность и вредность воздействия электромагнитных, ударных воздействий ультразвуковых полей для очистки от оттертых ультратонких максимально трибозаряженных частичек (оттертого шлама), вследствие налипания его на более крупные менее заряженные при эксплуатации.
Задачей полезной модели является повышение эффективности и качества сухого (безводного) обогащения, классификации и очистки дисперсных материалов, а также их комплексного использования и безотходного получения из них товарной продукции. Это достигается расширением функциональных возможностей применения установки за счет включения в нее при необходимости дальнейшего разделения полученной очищенной смеси частиц на частицы, отличающиеся между собой по контрастным физическим, а именно магнитным, электрическим и гравитационным свойствам, в любой последовательности и очередности известных сухих технологических операций обогащения на известных сухих магнитных, или электрических, или трибоэлектрических, или пневматических гравитационных сепараторах и концентрационных столах.
Технический результат полезной модели заключается в повышении эффективности удаления из дисперсной массы материала оттертого шлама и как следствие качественного и эффективного разделения смеси частиц на отдельные, отличающиеся друг от друга контрастными физическими свойствами.
Технический результат достигается тем, что в аэродинамической установке для сухого обогащения дисперсных материалов, содержащей, по меньшей мере, одну линию аэродинамической ипирки, включающую пневмонагнетатель и загрузочное устройство, соединенные с аэродинамической трубой, включающей участки, оси которых составляют ломаную линию, по меньшей мере, один аппарат для разделения очищенной смеси частиц, в котором размещен конец аэродинамической трубы, по меньшей мере, одной линии аэродинамической оттирки, и аспирационную систему, при этом внутри выходного участка, по меньшей мере, одной аэродинамической трубы установлен антиэлектростатический электрод.
Технический результат достигается также частными вариантами выполнения установки:
- установка содержит более одной линии аэродинамической оттирки, при этом антиэлектростатический электрод установлен внутри выходного участка каждой аэродинамической трубы.
- антиэлектростатический электрод выполнен в виде стержня, расположенного вдоль оси трубы в ее верхней части.
- участки каждой аэродинамической трубы выполнены одинаковой длины, а их оси расположены под углом 120° или более.
- установка включает более одного аппарата для разделения, второй и остальные аппараты для разделения выбраны из ряда: тонкий воздушный классификатор, магнитный, электрический, трибоэлектрический, пневматический гравитационный сепараторы, пневматический концентрационный стол.
- при этом конец аэродинамической трубы, по меньшей мере, одной линии аэродинамической оттирки размещен в первом аппарате для разделения очищенной смеси частиц.
В предложенной установке происходят следующие процессы. Частицы дисперсных материалов движутся в аэродинамической трубе, участки которой расположены под углом друг к другу, в очень стесненных условиях в массопотоке с очень большой скоростью, что создает условия для трения друг о друга, при котором зерна получают трибостатический заряд, который в свою очередь приводит к качественной интенсивной и эффективной вращательной оттирке зерен друг о друга.
Из оттертой смеси разной крупности по количеству и качеству зерен, несущей соответственно в разной степени количество трибозаряда, выводится оттертый тонкий шлам (обесшламливание), несущий на себе максимальный трибозаряд и за счет этого намертво налипающий заново на оттертые чистые заряженные зерна.
Внутри аэродинамической трубы на выходе из зоны оттирки установлен антиэлектростатический электрод, снимающий этот максимальный трибозаряд с частиц смеси. В сочетании с тонким воздушным классификатором и далее аспирационной системой легкие разряженные шламовые очень тонкие частицы отлипают от дисперсных зерен и улетают в зону аспирации, вследствие чего возрастает эффективность разделения и качество обогащения.
В установку включена после оттирки эффективная тонкая классификация оттертых дисперсных равнопадаемых зерен на крупные легкие и мелкие тяжелые зерна, которая происходит в отдельном центробежном классификаторе (известном), не имеющем в себе движущихся частей и простом в эксплуатации, разделяющем такие частицы друг от друга за счет создания в нем условий влияния на них суммы центробежных сил совместно с гравитационными во встречном потоке дисперсного оттертого разряженного материала очищенной и обесшламленной смеси частиц и любого газовоздушного агента, с регулировкой степени и крупности разделения посредством отклоняющих пластинок, изготовленных из абразивного материала, не содержащего металлов железа.
Элементы аэродинамической установки изготовлены из абразивостойкого алюмокерамического или другого, не железосодержащего материала, исключающего высокую изнашиваемость аэродинамических элементов установки.
В установку включены в любом сочетании, последовательности и очередности в случае потребности и при необходимости дальнейшего разделения полученной очищенной смеси частиц по контрастным физическим магнитным, электрическим и гравитационным свойствам соответственно известные в мире высокоэффективные сухие магнитные, электростатические, трибостатические и гравитационные пневматические сепараторы.
На фиг.1 приведена схема аэродинамической установки с одной линией аэродинамической оттирки.
На фиг.2 показана схема аэродинамической установки с несколькими линиями аэродинамической оттирки.
На фиг.3 показан конец аэродинамической трубы с антиэлектростатическим электродом.
Установка, показанная на фиг.1, состоит из ряда последовательно установленных воздуходувки 1 и загрузочного бункера 2 с роторным питателем 3, соединенных посредством разгонной трубы 4 с трубой 5 аэродинамической дезинтеграции и оттирки (аэродинамической трубой), которая включает участки, оси которых составляют ломаную линию (предпочтительно равной длины и под углом 120° или более). На выходном участке аэродинамической трубы 5 перед центробежным классификатором 6 внутри трубы 5 расположен антиэлектростатический электрод 8. Предпочтительно электрод 8 выполнен в виде стержня, расположенного вдоль оси трубы 5 в ее верхней части (см. фиг.3).
При необходимости дальнейшего разделения полученной очищенной смеси частиц на частицы, отличающиеся по контрастным физическим магнитным, электрическим и гравитационным свойствам, в любой последовательности и очередности, осуществляют известные сухие технологические операции обогащения на известных сухих магнитных, или электрических, или трибоэлектрических, или пневматических гравитационных сепараторах, добавленных в установку.
Установка подключена к системе 7 аспирации.
На поверхности смеси кварцсодержащих зерен, имеющих большую удельную поверхность (до 100 см2/г) в процессе литогенеза могут образовываться вторичные железосодержащие минеральные образования (пленки), удаление которых представляет основную трудность при обогащении.
Поверхностные пленки, от которых необходимо очистить зерно кварца, имеют различный минеральный состав, сложный характер прорастания в кварцевое зерно и различную прочность ее связи с поверхностью зерна кварца.
Установлено, что пленки всех исследованных песков, представляют собой агрегаты микроскопических и субмикроскопических частиц (чешуек) размерами 0,025-0,75 микрон.
Главными компонентами пленок являются SiO2, Al2O3, Fe 2O3, FeO. На основании проведенных детальных исследований пленок на поверхности песков, их можно отнести к силикатно-рудно-сульфатно-карбонатному типу, характеризующихся:
значительной толщиной кальцитовой оторочки 0,00Х мм и сплошным покрытием ее поверхности зерен кварца (имеют повышенную плотность пленки и относятся к трудноочищаемым пескам);
мозаичным покрытием поверхности зерен кальцитовой оторочкой с незначительной толщиной 0,000Х мм (имеют пленки меньшей прочности и относятся к среднеочищаемым пескам).
Установлено, что для внешнего слоя пленки характерно преобладание слюдисто-глинистых минералов, а также органических веществ. Следующий слой пленки слагают, в основном, гидроокислы железа, рудные и сульфатные минералы.
Третий слой характеризуется карбонатной оторочкой, связанной через посредство аморфизированного слоя с ядром кварцевого песка.
Исследованиями было установлено, что со всеми слоями пленок, находящимися на поверхности кварцевых частиц, может быть связано до 30% всего содержащегося в песке железа, поэтому от эффективности удаления этой группы примесей в значительной степени зависит качество конечного товарного продукта.
Процесс сухой оттирки заключается в интенсивном перемешивании плотной песчаной аэросмеси, при этом за счет взаимного трения частиц друг о друга происходит отделение пленки вторичных минеральных образований с поверхности зерен кварца.
Для сжатия и подачи воздуха в качестве пневмонагнетателей используются воздуходувки центробежного типа. Рабочей средой в нагнетателях служит воздух. К свойствам, определяющим состояния воздуха, относятся:
- тепловое состояние воздуха;
- абсолютное давление;
- удельный объем.
Далее тяжелые некварцевые частицы разделены на дополнительных аппаратах на частицы магнитные и немагнитные, электрические и неэлектрические, тяжелые и легкие, что обеспечило их безотходное комплексное использование.
Аэродинамическая установка для сухого обогащения дисперсных материалов работает следующим образом.
Дисперсный материал из загрузочного бункера 2 под тяжестью собственной массы через затвор 3 порционно подается в разгонную трубу 4, где под действием скоростного воздушного потока от пневмонагнетателя 1 частицы материала подхватываются и перемещаются в аэродинамической трубе 5 в плотном турбулентном потоке, где происходит дезинтеграция минералов, интенсивная оттирка поверхности и досушивание частиц. На выходном участке трубы 5 антиэлектростатический электрод 8 снимает заряд с частиц.
После этого разряженные частицы обогащаемого материала с дозвуковой скоростью влетают в аэродинамическую камеру тонкого центробежного классификатора 6, досушиваются и классифицируются на тяжелые и легкие. Более легкие ультратонкие частички, очищенные с поверхности зерен аэросмеси и аэрозоли под действием скоростного воздушного потока через патрубок поступают в аспирационную систему 7, а тяжелые, крупные и сухие частицы из выгрузного конуса поступают (при необходимости) на повторную такую же аэродинамическую центробежную оттирку и классификацию или на дальнейшее разделение по контрастным физическим магнитным, электрическим и гравитационным свойствам соответственно на известные в мире высокоэффективные сухие магнитные, электростатические, трибостатические и гравитационные пневматические сепараторы в любом необходимом сочетании, очередности и последовательности.
Процесс установки автоматизирован и управляется оператором с центрального диспетчерского пульта.
Преимущество предложенной установки обеспечивается тем, что
- происходит обесшламливание в присутствии антиэлектростатического электрода, г.е. отделяются очень легкие налипшие вновь частицы оттертого загрязняющего материала пленок (т.е. шлама) после снятия с них электростатического трибозаряда, от зерен аэросмеси в аспирационную систему;
- за счет эффективного обесшламливания дисперсной смеси происходит более эффективно ее последующая тонкая центробежная классификация - сухое разделение в газообразных средах обесшламленного зернистого потока аэросмеси в сумме полей направленных гравитационных и центробежных сил на различные по крупности классы в зависимости от потребности;
- далее при необходимости возможно разделение материала по физическим свойствам:
- на магнитные зерна и немагнитные зерна в различных по напряженности магнитных полях;
- на зерна тяжелые и легкие в различных по силе гравитационных полях;
- на электрические и неэлектрические зерна в различных по роду и силе электрических полях,
- процесс обогащения ведется в средах различных газовых и газовоздушных агентах по необходимости и потребности, в зависимости от целей и задач.
1. Аэродинамическая установка для сухого обогащения дисперсных материалов, содержащая, по меньшей мере, одну линию аэродинамической оттирки, включающую пневмонагнетатель и загрузочное устройство, соединенные с аэродинамической трубой, включающей участки, оси которых составляют ломаную линию, по меньшей мере, один аппарат для разделения очищенной смеси частиц, в котором размещен конец аэродинамической трубы, по меньшей мере, одной линии аэродинамической оттирки, и аспирационную систему, отличающаяся тем, что внутри выходного участка, по меньшей мере, одной аэродинамической трубы установлен антиэлектростатический электрод.
2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что содержит более одной линии аэродинамической оттирки, при этом антиэлектростатический электрод установлен внутри выходного участка каждой аэродинамической трубы.
3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что антиэлектростатический электрод выполнен в виде стержня, расположенного вдоль трубы в ее верхней части.
4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, первый аппарат для разделения представляет собой центробежный классификатор.
5. Установка по п.1, отличающаяся тем, что участки каждой аэродинамической трубы выполнены одинаковой длины, а их оси расположены под углом 120° или более.
6. Установка по п.1, отличающаяся тем, что включает более одного аппарата для разделения, второй и остальные аппараты для разделения выбраны из ряда: тонкий воздушный классификатор, магнитный, электрический, трибоэлектрический, пневматический гравитационный сепараторы, пневматический концентрационный стол.
7. Установка по п.6, отличающаяся тем, что конец аэродинамической трубы, по меньшей мере, одной линии аэродинамической оттирки размещен в первом аппарате для разделения очищенной смеси частиц.
