СПОСОБ СУХОЙ КЛАССИФИКАЦИИ ПОРОШКОВОГО МАТЕРИАЛА Российский патент 2002 года по МПК B07B7/00 

Изобретение относится к области разделения твердых материалов с помощью газовых или воздушных потоков и может быть использовано при технологических и геологических исследованиях и обогащении минерального сырья.

Известен способ сухой классификации частиц порошкового материала, включающий введение в рабочую камеру исходного материала и газового потока, дезинтеграцию частиц исходного материала, классификацию порошкового материала (патент РФ 2054332, кл.В 07 В 4/00, 1993).

Наиболее близким по техническому решению к данному предложению является способ сухой классификации частиц порошкового материала, включающий введение в рабочую камеру исходного материала и газа, дезинтеграцию частиц исходного материала и создание потока частиц в рабочей камере с использованием ротора с рабочими органами, выравнивание скоростей частиц и газового потока в газоводе, соединяющем рабочую камеру с первой вертикальной камерой классификатора, за счет использования преграды, создание вертикального газового потока на выходе этого газовода, проведение классификации исходного материала в газовом потоке с использованием ступенчатого изменения его скорости путем ступенчатого увеличения диаметров камер классификатора, вывод различных фракций классификации, выбор условий классификации в зависимости от исходного материала (заявка 99113273/03, кл. В 03 С 7/00, В 07 В 4/00, 1999 г. - прототип). Патент РФ 2162752, опубл. 10.02.2001.

Недостатком известных технических решений (аналога и прототипа) являются недостаточно высокая производительность и качество классификации, особенно при классификации порошковых материалов с крупностью частиц больших 0,5 мм и менее 20 мкм.

Цель предложения - повышение производительности и качества классификации.

Поставленная цель достигается за счет того, что в способе сухой классификации порошкового материала, включающего введение в рабочую камеру исходного материала, дезинтеграцию частиц исходного материала и создание потока частиц в рабочей камере с использованием ротора с рабочими органами, выравнивание скоростей частиц и газового потока в газоводе, соединяющем рабочую камеру с первой камерой классификатора, за счет использования преграды, создание вертикального газового потока на выходе этого газовода, проведение классификации исходного материала в потоке с использованием ступенчатого изменения его скорости путем ступенчатого увеличения диаметров камер классификатора, вывод различных фракций классификации, выбор условий классификации в зависимости от исходного материала, создают условия для вывода частиц тяжелой фракции из газовода и осуществляют вывод этой фракции через отверстие в стенке газовода. Создание условий для вывода частиц тяжелой фракции из газовода через отверстие в стенке газовода, в газоводе, имеющем изгиб(колено), на пути потока частиц устанавливают преграду-отражатель так, чтобы отраженные от нее частицы ударялись о стенки газовода, теряли скорость и направление движения, падали в отверстие нижней части стенки колена газовода.

Выбор условий классификации в зависимости от исходного материала производят, изменяя упругие свойства, форму и положение преграды-отражателя.

Для дополнительной классификации отраженные от преграды-отражателя частицы прямо направляют в отверстие боковой стенке газовода, за которым располагают горизонтальный классификатор.

С целью уменьшения попадания легкой фракции в тяжелую фракцию и регулирования процесса классификации тяжелой фракции в горизонтальном классификаторе создают регулируемый газовый поток, направленный против движения частиц, попавших в горизонтальный классификатор.

С целью повышения качества и производительности классификации создают условия для регулирования скоростями газового потока и частиц исходного материала, выходящих из рабочей камеры.

Для этого регулируют скорость потока газа, выходящего из рабочей камеры, путем создания в этой камере на пути потока газа препятствий.

Регулирование скорости газового потока, выходящего из рабочей камеры, удобно с помощью установки в ней более одного ротора с рабочими органами, скорость, направление и расстояние между которыми регулируют с целью выбора наилучших условий классификации в зависимости от исходного материала.

Для повышения производительности классификации фракцию, получаемую в газоводе классификатора, направляют в рабочую камеру для измельчения.

Сущность предлагаемого способа.

В основе способа лежит гравитационный метод разделения частиц порошкового материала на фракции с использованием движения частиц в потоке газа, скорость которого изменяется по мере его движения.

Производительность и качество классификации в этом случае существенно зависит от условий транспортировки частиц исходного материала в самом узком месте классификатора - газоводе, соединяющем рабочую камеру с первой камерой вертикального классификатора. При больших потоках исходного материала, поступающих в рабочую камеру, в газоводе двигаются навстречу друг другу два потока частиц. Тяжелые частицы падают вниз в рабочую камеру, легкие увлекаются вверх потоком газа в первую камеру вертикального классификатора. В предлагаемом способе за счет создания условий вывода тяжелых частиц, попавших в газовод не через рабочую камеру, а непосредственно через отверстие в стенке самого газовода создаются условия для повышения производительности и качества классификации.

Способ реализуется за счет использования рабочей камеры, в которую вводят исходный материал и газовый поток, осуществляют дезинтеграцию частиц исходного материала, создают газовый поток с применением рототора с рабочими органами. В результате процессов, происходящих в рабочей камере, образуется поток, в котором частицы исходного материала за счет ударов их о рабочие органы ротора, приобретают скорость большую, чем скорость потока газа. Скорость частиц на выходе из рабочей камеры близка к скорости движения рабочих органов ротора. После выхода потока из рабочей камеры в газовод, в нем осуществляют изменение направления движения потока частиц и газа, задержанием и вывод тяжелых частиц из газовода, а также выравнивание скорости потока частиц и газа, движущихся вверх по газоводу. Это может быть сделано путем искривления газовода (создания колена в газоводе), установки в искривленном месте газовода преграды-отражателя на пути потока и изготовления отверстия в стенке газовода для вывода тяжелой фракции из него. Наиболее тяжелые частицы исходного материала за счет ударов о преграду-отражатель и стенки газовода теряют скорость и падают вниз в отверстие стенки газовода в карман-накопитель тяжелой фракции. Поток газа с легкими частицами направляется газоводом вертикально вверх. Вертикальный поток газа с относительно легкими частицами, выйдя из газовода, попадает в вертикальные камеры классификатора, имеющие различные диаметры, где происходит разделение частиц на фракции и вывод этих фракций из камер. Поток тяжелых частиц, пройдя через боковое отверстие в стенке газовода, направляется или в карман-накопитель тяжелой фракции или в камеры горизонтального классификатора, в котором осуществляют дополнительное разделение тяжелых частиц на фракции по длине пролета частиц в горизонтальном направлении в камерах классификатора. Длина пролетного пути тяжелых частиц в горизонтальном классификаторе зависит от взаимодействия этих частиц с преградой, установленной на пути потока, выходящего из рабочей камеры. Скорость движения частицы в горизонтальной камере зависит от упругости соударения частиц с преградой (от массы, формы и минерального состава частицы), условий движения в самой камере. Создание газового потока в горизонтальном классификаторе навстречу движению частиц позволяет проводить регулируемые процессы классификации в ней, что повышает качество классификации.

Качество классификации существенно зависит от скорости газового потока, выходящего из рабочей камеры, она определяет минимальную скорость движения газа и частиц в последней камере классификатора - возможность задержания легких, мелких частиц исходного материала в классификаторе. Для раздельного регулирования скоростями движения газа и частиц, выходящих из рабочей камеры, предлагается создать условия для торможения газового потока в рабочей камере. Это можно сделать путем установки на пути движения газового потока в рабочей камере препятствия в виде отекаемой потоком преграды или созданием встречного потока газа, тормозящего основной поток газа. Рациональным способом является установка в рабочей камере более одного ротора с рабочими органами, вращение которых можно изменять как по направлению, так и по скорости. Это позволяет создавать условия для раздельного регулирования потоком газа и частиц, выходящих из рабочей камеры, за счет раздельного регулирования скоростей движения рабочих органов независимо вращающихся роторов. Установка в рабочей камере более одного ротора позволяет еще и улучшить процессы дезинтеграции и измельчения частиц. Уменьшение скорости движения газа, выходящего из рабочей камеры, позволяет уменьшить габариты классификатора и создать более экологически чистое производство. Использовать классификацию с вертикальным ступенчатым газовым потоком как газовый фильтр для задержания пыли. Уменьшение газового потока, выходящего из рабочей камеры, позволяет регулировать и поток газа, вводимый в рабочую камеру, что важно при использовании замкнутого циркулирующего потока газа по классификатору.

Примеры реализации предлагаемого способа.

Пример 1. Имеется сырье массой 100 кг карбонатного состава. Крупность исходного материала менее 5 мм. Необходимо разделить его по крупности с выделением тяжелых фракций крупностью более 2,5 мм, от 2,5 до 0,5 мм и легких от 0,5 до 0,1 мм и менее 0,1 мм.

Изготавливают установку (фиг.1) из нержавеющей стали, осуществляя герметичную стыковку камер установки (используя, например, сварку). Рабочую камеру 1 делают в виде вентиляционной улитки (диаметр 900 мм, ширина 300 мм), состоящей из корпуса 2, внутри которого размещают в вертикальной плоскости ротор 3 (диаметр 600 мм) с радиально расположенными рабочими органами 4 (плоскими пластинами) и с валом 5 (привод на фиг.1 не показан), а также статоры - вогнутые пластины 6, закрепленные на корпусе 2 напротив рабочих органов 4 ротора (расстояние между рабочей поверхностью статорных пластин 6 и рабочими органами 4 возрастает от 10 мм до 70 мм). Между концами статорных пластин 6 делают вертикальный промежуток 7 с расстоянием по высоте 20 мм, расположенный вблизи отверстия 8 - входа в карман-накопителя тяжелой фракции 9. В верхней части корпуса 2 сбоку рабочей камеры 1 делают входное отверстие 10 (длиной 100 мм и шириной 20 мм) для ввода исходного порошкового материала. В кармане-накопителе 9 тяжелой фракции делают отверстие 11 (с регулируемым диаметром от 0 до 30 мм) для ввода газа(воздуха). Выходное отверстие 12 рабочей камеры 1 соединяют газоводом 13 (труба в начале коленообразная, а в конце - вертикально направленная, трубы диаметром 80 мм и длиной 300 мм). В начале газовода 13 на его стенке закрепляют под углом, близким к 45^o к горизонту преграду-отражатель 14, а в нижней части поворота трубы газовода 13 делают отверстие 15, за которым располагают карман-накопитель 16 тяжелой фракции. В верхней части трубы газовода 13 на расстоянии 80 мм от ее верхнего края герметично закрепляют конусное основание первой вертикальной камеры 17 классификатора (с диаметром основной части камеры 17 в 250 мм, высотой 800 мм). В нижней части этой камеры делают отверстие 19 (диаметр 30 мм) и карман-накопитель 19 (герметичный мешок, надетый на трубку, выходящую из отверстия 18) для вывода фракции из камеры 17. На расстоянии 150 мм от верхнего края камеры 17 приваривают конусное основание второй вертикальной камеры 20 классификатора, которая имеет основной диаметр 150 см, высоту 300 см. В нижней части камеры 20 делают отверстие 21 (диаметр 60 мм) и карман-накопитель 22 (герметичный мешок или рукав) для вывода фракции классификации из этой камеры. В зависимости от задачи количество вертикальных камер классификатора может быть увеличено. На выходе последней камеры классификатора делают выходное регулируемое отверстие 23 для вывода потока газа из классификатора.

Для осуществления классификации исходного материала на изготовленном устройстве включают электродвигатель (на фиг. 1 он не показан), скорость вращения его вала 5 2500 об/мин, и осуществляют герметичную подачу с помощью шнека (на фиг. 1 он не показан) в рабочую камеру исходного материала (500 кг/ч) в отверстие 10 и воздуха через отверстие 11 (диаметр этого отверстия устанавливают 20 мм, выходного отверстия 23-30 мм). Частицы исходного материала падают на рабочие поверхности ротора 3. Взаимодействуя с быстро вращающимися ротором 3, рабочими органами 4 они приобретают скорость в направлении рабочей поверхности статорных пластин 6. Далее, ударяясь о поверхности статорных пластин 6, частицы изменяют направление своего движения и летят снова в направлении рабочей поверхности ротора 3. Такое движение частиц многократно повторяется. В результате этого движения и взаимодействия частиц происходит ударная дезинтеграция и частичное измельчение частиц классифицируемого материала, привод их в воздушный поток, двигающийся в сторону входного отверстия 12 газовода 13. При попадании потока частиц в газовод они с большой скоростью ударяются о преграду-отражатель 14, при этом изменяется направление и величина скорости их движения. Далее, двигаясь по газоводу, наиболее тяжелые частицы многократно ударяясь о противоположные стенки газовода 13, теряют свою скорость и под действием гравитационных сил падают вниз и через отверстие 15 попадают в карман-накопитель 16 тяжелой фракции газовода 13. Вверх по газоводу увлекаются относительно легкие частицы, скорость движения которых на выходе из вертикальной трубы газовода 13 близка к скорости движения газового потока. Тяжелые частицы, которые не смогли выйти через выходное отверстие 12 рабочей камеры 1 в газовод 13, падают вниз между статорными пластинами 6 и корпусом 2 рабочей камеры 1 через отверстие 8 в карман-накопитель 9. Относительно легкие частицы, пройдя газовод 13, попадают в первую вертикальную камеру 17 классификатора, диаметр которой больше, чем диаметр выходного отверстия трубы газовода 13. В камере 17 скорость воздушного потока за счет расширения потока падает, уменьшается подъемная сила потока газа, это приводит к задерживанию наиболее тяжелых частиц в камере 17, к смещению их к стенке камеры и падению в ее нижнюю часть. Вывод частиц из камеры 17 происходит через отверстие 18 (за счет движения частиц вниз по наклонной поверхности дна камеры) в карман-накопитель 19. Более легкие частицы увлекаются воздушным потоком в последующую камеру 20 классификатора. Процесс разделения частиц на фракции в последующей камере 20 классификатора аналогичен процессу, происходящему в камере 17. В камере остаются более тяжелые частицы исходного материала, которые попадают через отверстие 21 в карман-накопитель 22. Далее поток газа выходит из классификатора через отверстие 23.

Пропустив в течение 0,2 часа через классификатор 100 кг исходного материала получаем в накопителе 9 крупной фракции 10 кг порошкового материала крупностью более 2,5 мм, в кармане-накопителе 16 порошковый материал весом 60 кг крупностью от 2,5 до 0,5 мм, в накопителе 19 материал весом 20 кг крупностью от 0,5 до 0,1 мм и в накопителе 22 мелкую фракцию весом 10 кг крупностью менее 0,1 мм.

Таким образом происходит разделение исходного материала по крупности на 4 фракции с дополнительным делением тяжелой фракции по сравнении с прототипом. Получение тяжелой фракции в накопителе 16, расположенном над рабочей камерой 1, упрощает повторное введение в рабочую камеру 1 этой фракции (например, для дополнительного измельчения ее), что является дополнительным положительным эффектом предлагаемого способа.

Пример 2. Необходимо фракцию крупностью от 2,5 мм до 0,5 мм разделить на фракции по форме, упругости и массе частиц.

Для этого изготавливают горизонтальный классификатор (см.фиг.2) 24 с карманами-накопителями 16 и 26 и входными отверстиями 15 и 25. Выходное отверстие в газоводе 13 делают сбоку напротив преграды-отражателя 14, которое герметично совмещают со входным отверстием 15 горизонтального классификатора 24. Для решения поставленной задачи поверхность преграды-отражателя 14 покрывают слоем жесткой резины и делают ее вогнутой с целью фокусировки потока частиц, направляемых в горизонтальный классификатор 24. Во входное отверстие 25 подают поток воздуха 3 м/ч. Классификацию ведут в условиях, указанных в примере 1. Отличительной особенностью процесса классификации является не вывод тяжелой фракции из газовода в карман-накопитель, а осуществление дополнительной классификации тяжелых частиц, отраженных преградой-отражателем 14, прошедших через отверстие 15 в газоводе 13, в горизонтальном гравитационном классификаторе 24. Отличительной особенностью которого является то, что классифицируемые частицы в горизонтальном классификаторе 24 двигаются по инерции без увлечения их потоком газа. Величина пролетного пути частиц в горизонтальном классификаторе зависит от состояния воздушной среды (воздушного потока, направленного против движения частиц из отверстия 25) формы самих частиц и их массы скорости, приобретенной после упругого соударения с преградой-отражателем 14.

В результате такого способа классификации в накопителе 16 появилась фракция, в основном состоящая из частиц крупностью от 0,5 до 1,5 мм породообразующих карбонатных минералов, с включением пластинчатых слюд, а в накопителе 26 - частицы от 1,5 мм до 2,5 мм, среди которых наблюдаются рудные минералы.

Пример 3. Та же задача что и в примере 1, только необходимо получение максимально большой выход фракции исходного материала крупностью от 0,2 до 0,02 и менее 0,02 мм.

Для успешного улавливания частиц исходного материала крупностью менее 0,02 мм необходимо уменьшить скорость потока газа, проходящего через вертикальные камеры классификатора, и тем самым создать условия для уменьшения подъемной силы потока в камерах для задержания в них легких частиц исходного материала. Что можно было бы сделать уменьшением скорости вращения ротора, но это приведет к уменьшению измельчения исходного материала, ухудшению дезинтеграции частиц исходного материала. Поэтому для уменьшения скорости потока газ, выходящий из рабочей камеры, рационально использовать встречные потоки двух быстровращающихся навстречу друг другу роторов с рабочими органами. Эти условия благоприятны и для более эффективного измельчения исходного материала. С этой целью в рабочей камере 1 (см.фиг.1) устанавливают еще один ротор 24 с рабочими органами 25, так чтобы могло происходить независимое вращение роторов 3 и 24 в любую сторону с параллельным вращением рабочих органов 4 и 25 в пространстве. Рабочие органы 25 располагают от центра вращения роторов дальше, чем рабочие органы 4, на 30 мм. Газовод 13 устанавливают так, чтобы выходное отверстие 15 газовода 13 оказалось вблизи входного отверстия 10 для ввода исходного материала в рабочую камеру 1. Соединяют герметично отверстие 15 трубой, имеющей червячный герметичный транспортер, с отверстием 10. Такое соединение не вызывает технических сложностей и на фиг.1 не показано. Оно позволяет просто транспортировать частицы тяжелой фракции из газовода в рабочую камеру 1 для их измельчения в ней. Уменьшение скорости газового потока, выходящего из рабочей камеры, позволяет уменьшить диаметры вертикального классификатора, поэтому камеру 17 делают диаметром 20 см, а 20 - диаметром 100 см.

Классификацию проводят аналогично примеру 1. Для классификации во входное отверстие 11 вводят газ со скоростью 50 м/ч. Вращение ротора 24 осуществляют в сторону выходного отверстия 12 рабочей камеры 1 со скоростью вращения 4000 об/мин, а ротора 4 в противоположную сторону со скоростью 2000 об/мин. Скорость подачи исходного материала в рабочую камеру делают 200 кг/ч. В процессе классификации путем уменьшения общей скорости газового потока, выходящего из рабочей камеры, за счет использования встречных потоков газа, исходящих от рабочих органов 4 и 25 роторов 3 и 24, в вертикальных камерах классификатора задерживаются легкие частицы исходного материала крупностью менее 0,2 мм. Частицы более 0,2 мм, ударяясь о преграду-отражатель 14, через отверстие 15 попадают по трубке (она на фиг.1 не показана) через червячный транспортер снова в рабочую камеру для повторного измельчения совместно с исходным материалом.

Пропустив через классификатор 100 кг исходного материала в течение 0,5 ч, получаем в кармане-накопителе 9 тяжелой фракции крупностью более 1 мм - 5 кг, в кармане-накопителе 19-20 кг крупностью от 0,2 до 0,02 мм, а в накопителе 22-77 кг мелкой фракции крупностью менее 0,02 мм.

В этом случае, производя классификацию исходного порошкового материала с помощью предлагаемого способа, при котором создаются условия в рабочей камере для регулирования скоростями газового потока и частиц, выходящих из рабочей камеры, за счет установки в рабочей камере двух роторов, вращающихся в противоположные стороны, удается осуществить в камерах классификатора задержание и вывод фракции менее 20 мкм и достигнуть более высокой производительности, чем у прототипа.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет повысить качество получаемого продукта и производительность классификации исходного материала по сравнению с прототипом за счет установки на пути потока, выходящего из рабочей камеры, в газоводе преграды-отражателя, способствующей задержанию в кармане-накопителе газовода дополнительной фракции тяжелых частиц, применение горизонтальной гравитационной классификации позволяет разделять ее еще на две фракции, а регулирование скоростей газового потока и частиц, вылетающих из рабочей камеры за счет использования более одного ротора, установленных в рабочей камере, дает возможность создать благоприятные условия для получения большой массы мягкой фракции исходного материала.

Использование: при технологических и геологических исследованиях и обогащении минерального сырья. Технический результат: повышение производительности и качества классификации. Способ сухой классификации порошкового материала включает введение в рабочую камеру исходного материала, дезинтеграцию частиц исходного материала и создание потока частиц в рабочей камере с использованием ротора с рабочими органами. Ведут выравнивание скоростей частиц и газового потока в газоводе, соединяющем рабочую камеру с первой камерой классификатора, за счет использования преграды. Создают вертикальный газовый поток на выходе этого газовода. Проводят классификацию исходного материала в потоке с использованием ступенчатого изменения его скорости путем ступенчатого увеличения диаметров камер классификатора. Выводят различные фракции классификации и выбирают условия классификации в зависимости от исходного материала. Создают условия для вывода частиц тяжелой фракции из газовода и осуществляют вывод этой фракции через отверстие в стенке газовода. Создание условий для вывода частиц тяжелой фракции из газовода через отверстие в стенке газовода осуществляют следующим образом: в газоводе, имеющем изгиб (колено), на пути потока частиц устанавливают преграду-отражатель так, чтобы отраженные от нее частицы ударялись о стенки газовода, теряли скорость и направление движения, падали в отверстие нижней части стенки колена газовода. 8 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ сухой классификации порошкового материала, включающий введение в рабочую камеру исходного материала, дезинтеграцию частиц исходного материала и создание потока частиц в рабочей камере с использованием ротора с рабочими органами, выравнивание скоростей частиц и газового потока в газоводе, соединяющем рабочую камеру с первой камерой классификатора, за счет использования преграды, создание вертикального газового потока на выходе этого газовода, проведение классификации исходного материала в потоке с использованием ступенчатого изменения его скорости путем ступенчатого увеличения диаметров камер классификатора, вывод различных фракций классификации, выбор условий классификации в зависимости от исходного материала, отличающийся тем, что создают условия для вывода частиц тяжелой фракции из газовода и осуществляют вывод этой фракции через отверстие в стенке газовода. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для создания условий вывода частиц тяжелой фракции из газовода через отверстие в его стенке, газовод делают с изгибом, на пути потока частиц устанавливают преграду-отражатель так, чтобы отраженные от нее частицы ударялись о стенки газовода, теряли скорость и направление движения, падали в отверстие нижней части стенки в изгибе газовода. 3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что выбор условий классификации в зависимости от исходного материала производят изменяя упругие свойства, форму и положение преграды-отражателя. 4. Способ по любому из пп. 2 и 3, отличающийся тем, что отраженные от преграды-отражателя частицы прямо направляют в отверстие в боковой стенке газовода, за которым располагают горизонтальный классификатор. 5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что в горизонтальном классификаторе создают регулируемый газовый поток, направленный против движения частиц, попавших в горизонтальный классификатор. 6. Способ по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что создают условия для регулирования скоростями газового потока и частиц исходного материала, выходящих из рабочей камеры. 7. Способ по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что условия для регулирования скоростями газового потока и частиц исходного материала, выходящих из рабочей камеры, осуществляют путем создания в этой камере на пути потока газа препятствий. 8. Способ по любому из пп. 1-7, отличающийся тем, что регулирование скорости газового потока, выходящего из рабочей камеры, осуществляют с помощью установки в нее более одного ротора с рабочими органами, скорость, направление и расстояние между которыми регулируют с целью выбора наилучших условий классификации в зависимости от исходного материала. 9. Способ по любому из пп. 1-8, отличающийся тем, что тяжелую фракцию, получаемую в газоводе классификатора, направляют в рабочую камеру для измельчения.