СПОСОБ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2009 года по МПК B02C19/06 

Изобретение относится к технике тонкого измельчения твердых материалов и может найти применение в химической, горнообогатительной, угольной и других отраслях промышленности. Преимущественно изобретение предназначено для тонкого измельчения руд и шлаков с целью извлечения из них полезных составляющих сухим способом.

Известен способ измельчения твердых материалов с использованием газоструйной мельницы, при котором исходный сыпучий материал подают в приемные камеры газовых инжекторов с формированием двух газовых струй, содержащих частицы исходного материала, которые направлены навстречу друг другу в помольной камере, и образующиеся в результате столкновения струй тонкоизмельченные частицы материала в потоке газа попадают в классификатор, где частицы разделяют по весу таким образом, что более легкие частицы выносятся в потоке газа из классификатора с последующим их улавливанием в системе улавливания, а более тяжелые частицы под действием сил гравитации возвращаются в приемные камеры инжекторов и затем в помольную камеру на доизмельчение (см., например, авт. свид. СССР №886985, В02С 19/06, 1981; авт. свид. СССР №1763011, В02С 19/06, 1992; патенты US 4524915, В02С 19/06, 1985, US 3877647, В02С 19/06).

Устройство для осуществления этого способа содержит газоструйную мельницу, включающую помольную камеру, инжекторы с каналами для подвода сжатого газа, приемными камерами и разгонными трубками, введенными в помольную камеру, патрубки для подвода исходного сыпучего материала, соединенные с приемными камерами инжекторов, патрубок для вывода измельченного материала, воздушный классификатор частиц, соединенный с патрубком для вывода газового потока, содержащего легкие частицы измельченного материала, и имеющий канал для вывода газового потока, содержащего легкие частицы измельченного материала, и каналы для возврата на доизмельчение тяжелых частиц, соединенные с приемными камерами инжекторов (см. авт свид. СССР №886985, №1763011, В02С 19/06).

Недостатком известного способа измельчения твердых материалов и устройства для его осуществления с использованием газоструйной мельницы является то, что он практически не применим для целей измельчения таких твердых материалов, как руда или шлаки, которые в своем составе содержат разнородные по плотности вещества, например окислы металлов и порода, в которой они содержатся. Это обусловлено тем, что в известных струйных мельницах не обеспечивается отделение частиц веществ повышенной плотности от частиц веществ меньшей плотности при измельчении неоднородных твердых материалов, таких как руды, шлаки и т.п.

По этой причине все известные струйные мельницы используются преимущественно для измельчения однородных материалов (графит, ядохимикаты, керамические пигменты, фармацевтические вещества и т.п.).

Необходимо отметить, что ранее предпринимались попытки измельчения в струйных мельницах неоднородных твердых материалов, таких как руды, однако они не привели к созданию технологии, позволяющей выделять концентраты полезных составляющих из руд сухим способом.

Задача изобретения состояла в создании такого способа измельчения твердых неоднородных материалов и устройства для его осуществления с использованием газоструйной мельницы, которые обеспечивают не только измельчение материала до нужной степени помола, но и концентрирование полезных составляющих этих материалов сухим методом по их удельному весу.

Указанная задача решается тем, что предложен способ измельчения твердых сыпучих материалов с использованием газоструйной мельницы, при котором исходный сыпучий материал подают в приемные камеры газовых инжекторов с формированием по меньшей мере двух газовых струй, содержащих частицы исходного материала, которые направляют навстречу друг другу в помольной камере, и образующиеся в результате столкновения струй тонкоизмельченные частицы материала в потоке газа подают в классификатор, где частицы разделяют в восходящем потоке газа по весу таким образом, что более легкие частицы выносятся из классификатора в потоке газа с последующим их улавливанием в системе улавливания, а более тяжелые частицы под действием сил гравитации возвращаются в приемные камеры инжекторов и затем в помольную камеру на доизмельчение, в котором согласно изобретению дозированное количество исходного материала загружают в мельницу и прерывают на заданное время подачу исходного материала в мельницу, скорость газовых потоков в мельнице и классификаторе регулируют таким образом, чтобы из классификатора в потоке газа осуществлялся вынос мелких частиц вещества наименьшего удельного веса, входящего в состав исходного материала, а между классификатором и помольной камерой мельницы осуществлялась циркуляция частиц вещества или веществ с большим удельным весом до тех пор, пока все образующиеся в результате измельчения частицы вещества с наименьшим удельным весом будут вынесены потоком газа из мельницы через классификатор в систему их улавливания, после чего процесс измельчения останавливают и осуществляют выгрузку из мельницы концентрата веществ с большим удельным весом.

Другим отличием предлагаемого способа является то, что для измельчения используют несколько газоструйных мельниц, которые попеременно загружают дозированными количествами исходного сыпучего материала таким образом, чтобы в период загрузки последней из загружаемых мельниц исходным материалом останавливают работу первой из загружаемых мельниц и осуществляют разгрузку ее от концентрата веществ с наибольшим удельным весом.

Еще одним отличием способа является то, что исходный сыпучий материал перед его загрузкой в газоструйную мельницу подвергают воздействию СВЧ-излучения.

В числе отличий следует отметить то, что скорости газовых потоков в помольной камере и классификаторе регулируют путем регулировки давления газа на входе в инжекторы.

Задача решается также тем, что предложено устройство для измельчения твердых материалов, содержащее газоструйную мельницу, включающую помольную камеру, инжекторы с каналами для подвода сжатого газа, приемными камерами и разгонными трубками, введенными в помольную камеру, патрубки для подвода исходного сыпучего материала, соединенные с приемными камерами инжекторов, патрубок для вывода измельченного материала в потоке газа, классификатор частиц, установленный в патрубке для вывода измельченного материала и имеющий канал для вывода газового потока, содержащего легкие частицы измельченного материала, и каналы для возврата на доизмельчение тяжелых частиц, соединенные с приемными камерами инжекторов, в котором согласно изобретению патрубки для подвода исходного сыпучего материала в приемные камеры инжекторов снабжены запорными элементами для прерывания потока загружаемого исходного материала, мельница снабжена регуляторами давления газа, установленными в каналах для подвода газа в инжекторы, а дно помольной камеры снабжено каналом для разгрузки ее от тяжелых частиц измельченного материала, имеющим запорный элемент для его перекрытия.

Другим отличием устройства является то, что оно имеет несколько газоструйных мельниц, в которых патрубки для подвода исходного сыпучего материала снабжены управляемыми запорными элементами и соединены с общим трубопроводом для подвода исходного сыпучего материала.

Еще одним отличием предлагаемого устройства является то, что оно снабжено резонансной СВЧ-камерой, в которой установлен общий трубопровод для подвода исходного сыпучего материала, причем указанный трубопровод выполнен из материала, прозрачного для СВЧ-излучения.

Благодаря отмеченным выше особенностям выполнения способа измельчения материалов и устройства для его осуществления обеспечивается технический результат, который состоит в том, что наряду с измельчением осуществляется концентрирование составляющих неоднородных твердых материалов сухим методом по их удельному весу.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 изображено частично схематично, частично в разрезе предлагаемое устройство для измельчения с одной газоструйной мельницей.

На фиг.2 изображена принципиальная схема устройства для измельчения с двумя газоструйными мельницами.

Устройство содержит газоструйную мельницу 1, включающую помольную камеру 2, инжекторы 3 и 4 с каналами 5 и 6 для подвода сжатого газа, приемными камерами 7 и 8 и разгонными трубками 9 и 10, введенными в помольную камеру 2. Устройство содержит также патрубки 11 и 12 для подвода исходного сыпучего материала, соединенные с приемными камерами 7 и 8 инжекторов 3 и 4, патрубок 13 для вывода измельченного материала в потоке газа и классификатор 14 частиц, установленный в патрубке для вывода измельченного материала. Классификатор 14 частиц имеет канал 15 для вывода газового потока, содержащего легкие частицы измельченного материала, в котором установлен циклон 16 для их улавливания. На выходе циклона 16 могут быть установлены другие известные средства пылеулавливания. Классификатор 14 частиц имеет также два канала 17 и 18 для возврата на доизмельчение тяжелых частиц, соединенных с приемными камерами 7 и 8 инжекторов 3 и 4. Патрубки 11 и 12 для подвода исходного сыпучего материала в приемные камеры 7 и 8 инжекторов 3 и 4 снабжены управляемыми запорными элементами 19 и 20, которые выполнены в виде шнеков, снабженных приводами 21 и 22, управляемыми от программирующего устройства 23 (микропроцессорного блока). Струйная мельница снабжена регуляторами 24 и 25 давления газа, установленными в каналах 5 и 6 для подачи сжатого газа в инжекторы 3 и 4. Дно помольной камеры 2 снабжено каналом 26 для разгрузки ее от тяжелых частиц измельченного материала, имеющим запорный элемент 27 для его перекрытия. Запорный элемент 27 также выполнен в виде шнека, снабженного приводом 28, управляемым от программируемого устройства 23. Патрубки 11 и 12 для подвода исходного сыпучего материала подсоединены к общему трубопроводу 29, установленному в резонансной СВЧ-камере 30, которая с помощью волновода 31 соединена с генератором 32 СВЧ-излучения. Трубопровод 29 выполнен из материала, прозрачного для СВЧ-излучения, например из керамики. Работой генератора 32 СВЧ-излучения также управляет программирующее устройство 23. В каналах 5 и 6 для подвода сжатого газа в инжекторы 3 и 4 установлены управляемые запорные клапаны 33 и 34, например электромагнитные клапаны, работа которых также управляется от программирующего устройства 23. В качестве классификатора 14 частиц в данном устройстве используется стандартный классификатор, обычно используемый в струйных мельницах, работа которого основана на том, что легкие частицы выводятся потоком газа из классификатора через патрубок 15 в циклон 16, а более тяжелые частицы, отбрасываемые ротором (не показан) к стенкам классификатора 14, выходят из классификатора 14 по каналам 17 и 18 в приемные камеры 7 и 8 инжекторов 3 и 4. На входе трубопровода 29 установлен бункер 35 для загрузки исходного материала.

В соответствии с заявленным способом описанное выше устройство работает следующим образом.

Предварительно измельченный, например, с помощью конусной дробилки мелкого дробления исходный материал, например хромовая руда, содержащая частицы размерами от 2 до 10 мм, загружается в бункер 35. Одновременно включается генератор СВЧ-излучения, и проходящие по трубопроводу 29 частицы исходного материала подвергаются воздействию СВЧ-излучения. Под действием СВЧ-излучения включения окислов металла, окруженные горной породой, нагреваются до температуры 50-100°С. При этом окружающая их горная порода не успевает нагреться. На границах включений окислов металла и горной породы возникает перепад температур, который приводит к возникновению механических напряжений, обусловленных различием в коэффициентах термического расширения вещества окисла металла и вещества горной породы. Вследствие этих напряжений на границе включений окислов металла и горной породы возникают трещины, которые приводят к разупрочнению частиц руды и облегчают последующее их разрушение в струйной мельнице 1. По команде от программирующего устройства 23 включаются приводы 21 и 22 шнеков 19 и 20, выполняющих роль запорных элементов в каналах 11 и 12, по которым исходный сыпучий материал, подвергнутый воздействию СВЧ-излучения, поступает в приемные камеры 7 и 8 инжекторов 3 и 4. Одновременно по команде от программирующего устройства 23 открываются запорные клапаны 33 и 34 и в инжекторы 3 и 4 начинает подаваться от компрессора (не показан) сжатый воздух под давлением, задаваемым с помощью регуляторов 24 и 25 давления газа (0,1-0,7 МПа). Частицы руды из приемных камер 7 и 8 за счет разрежения, создаваемого инжекторами 3 и 4, поступают в разгонные трубы 9 и 10, где под воздействием струи сжатого воздуха разгоняются до скоростей 100-300 м/с. Струи частиц в потоках сжатого воздуха, выходящие из разгонных трубок 9 и 10, сталкиваются в центре помольной камеры 2, где происходит их разрушение под действием соударения и трения между собой. При этом поскольку на границе раздела включений окисла металла и горной породы предварительно под воздействием СВЧ-излучения образовались трещины, то при соударении частиц руды и взаимного их трения включения окислов металлов (или их сернистых соединений) освобождаются от оболочки горной породы. Подхваченные газовым потоком частицы измельченного в помольной камере 2 материала по каналу 13 поступают в классификатор 14 частиц. С помощью регуляторов давления 24 и 25, установленных на входе в инжекторы 3 и 4, скорости газового потока в помольной камере 2 и классификаторе 14 подбираются такими, чтобы из классификатора 14 по каналу 15 в циклон 16 выводились только мелкие частицы вещества, имеющего меньший удельный вес. Как правило, удельный вес вещества горной породы, входящей в состав руды, меньше удельного веса окислов или сернистых соединений металлов, входящих в состав руды. Вследствие этого по каналу 15 из классификатора 14 с газовым потоком при надлежащем выборе скорости газового потока будут выноситься мелкие частицы пустой горной породы. Крупные частицы горной породы, которые могут еще содержать включения окислов металлов или их сернистых соединений, и мелкие и крупные частицы окислов металлов или их сернистых соединений будут оседать на стенках классификатора 14 и под действием сил гравитации по каналам 17 и 18 возвращаться в приемные камеры 7 и 8. После загрузки заданного количества исходного материала в помольную камеру 2 по команде от программирующего устройства 23 отключаются приводы 21 и 22, и шнеки 19 и 20 вместе со скопившимся на них исходным материалом запирают патрубки 11 и 12, и исходный материал прекращает поступать в приемные камеры 7 и 8 инжекторов и из них в помольную камеру 2. В эти камеры продолжают поступать только тяжелые частицы из классификатора 14. Мельница продолжает работать, и между помольной камерой 2 и классификатором 14 продолжают циркулировать тяжелые частицы, которые довольно быстро освобождаются от мелких частиц меньшего удельного веса, выводимых из классификатора 14 по патрубку 15 в циклон 16. Как только вынос этих мелких частиц меньшего удельного веса (частиц горной породы) прекратится (а это можно наблюдать невооруженным глазом по выходу частиц из циклона 16), работу мельницы останавливают. Для чего по команде от программирующего устройства 23 закрываются управляемые запорные клапаны 33 и 34, перекрывается подача сжатого воздуха в инжекторы и все частицы веществ, имеющих больший удельный вес, чем удельный вес вещества горной породы, скапливаются на дне помольной камеры 2. По команде от программирующего устройства 23 включается привод 28 шнека 27, установленного в канале 26, и шнек 27 начинает выгрузку скопившегося на дне помольной камеры 2 концентрата в виде частиц окислов или сернистых соединений металлов, освобожденных от вещества горной породы. После завершения выгрузки цикл загрузки помольной камеры 2 исходным сыпучим материалом, его измельчения и концентрирования частиц веществ большего удельного веса повторяется в описанной выше последовательности.

Для обеспечения непрерывности процесса измельчения сыпучего исходного материала (руды) и концентрирования ценных его составляющих используют несколько газоструйных мельниц 1, которые попеременно загружают через приемные камеры 7 и 8 инжекторов 3 и 4 дозированными количествами исходного сыпучего материала таким образом, что в период загрузки последней из загружаемых мельниц 1 (например, мельницы 1, изображенной справа на фиг.2) исходным материалом останавливают загрузку первой из загружаемых мельниц 1 (изображена слева на фиг.2) и осуществляют разгрузку ее помольной камеры 2 по описанной выше процедуре.

Изобретение предназначено для измельчения руд с целью извлечения из них полезных составляющих сухим методом. Способ, при котором исходный сыпучий материал подают в приемные камеры газовых инжекторов с формированием, по меньшей мере, двух газовых струй, содержащих частицы исходного материала, которые направляют навстречу друг другу в помольной камере, и образующиеся в результате столкновения струй тонкоизмельченные частицы материала в потоке газа подают в классификатор, где частицы разделяют по весу в восходящем потоке газа таким образом, что более легкие частицы выносятся из классификатора в потоке газа с последующим их улавливанием в системе улавливания, а более тяжелые частицы под действием сил гравитации возвращаются в приемные камеры инжекторов и затем в помольную камеру на доизмельчение. Дозированное количество исходного материала загружают в мельницу и прерывают на заданное время подачу в нее исходного материала, причем скорость газового потока в мельнице и классификаторе регулируют таким образом, чтобы из классификатора в потоке газа осуществлялся вынос мелких частиц вещества наименьшего удельного веса, входящих в состав исходного материала, а между классификатором и мельницей осуществлялась циркуляция частиц вещества с большим удельным весом до тех пор, пока все образующиеся в результате измельчения частицы вещества с наименьшим удельным весом будут вынесены из мельницы через классификатор в систему их улавливания, после чего процесс измельчения останавливают и осуществляют выгрузку из мельницы концентрата вещества с большим удельным весом. Изобретение повышает выход полезных составляющих из руд. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ измельчения твердых сыпучих материалов с использованием газоструйной мельницы, при котором исходный сыпучий материал подают в приемные камеры газовых инжекторов с формированием, по меньшей мере, двух газовых струй, содержащих частицы исходного материала, которые направляют навстречу друг другу в помольной камере, и образующиеся в результате столкновения струй тонкоизмельченные частицы материала в потоке газа подают в классификатор, где частицы разделяют по весу в восходящем потоке газа таким образом, что более легкие частицы выносятся из классификатора в потоке газа с последующим их улавливанием в системе улавливания, а более тяжелые частицы под действием сил гравитации возвращаются в приемные камеры инжекторов и затем в помольную камеру на доизмельчение, отличающийся тем, что дозированное количество исходного материала загружают в мельницу и прерывают на заданное время подачу в нее исходного материала, причем скорость газового потока в мельнице и классификаторе регулируют таким образом, чтобы из классификатора в потоке газа осуществлялся вынос мелких частиц вещества наименьшего удельного веса, входящих в состав исходного материала, а между классификатором и мельницей осуществлялась циркуляция частиц вещества с большим удельным весом до тех пор, пока все образующиеся в результате измельчения частицы вещества с наименьшим удельным весом будут вынесены из мельницы через классификатор в систему их улавливания, после чего процесс измельчения останавливают и осуществляют выгрузку из мельницы концентрата вещества с большим удельным весом.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для измельчения используют несколько газоструйных мельниц, которые попеременно загружают дозированными количествами исходного сыпучего материала таким образом, что в период загрузки последней из загружаемых мельниц исходным материалом останавливают работу первой из загружаемых мельниц и осуществляют разгрузку ее от концентрата веществ с наибольшим удельным весом.3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что исходный сыпучий материал перед его загрузкой в газоструйную мельницу подвергают воздействию СВЧ-излучения.4. Способ по п.3, отличающийся тем, что скорости газовых потоков в мельнице и классификаторе регулируют путем регулирования давления газа на входе в инжекторы.5. Устройство для измельчения твердых материалов, содержащее газоструйную мельницу, включающую помольную камеру, инжекторы с каналами для подвода сжатого газа, приемными камерами и разгонными трубками, введенными в помольную камеру, патрубки для подвода исходного сыпучего материала, соединенные с приемными камерами инжекторов, патрубок для вывода измельченного материала в потоке газа, классификатор частиц, установленный в патрубке для вывода измельченного материала и имеющий канал для вывода газового потока, содержащего легкие частицы измельченного материала, и каналы для возврата на доизмельчение тяжелых частиц, соединенные с приемными камерами инжекторов, отличающееся тем, что патрубки для подвода исходного сыпучего материала в приемные камеры инжекторов снабжены запорными элементами для перекрывания потока загружаемого исходного материала, мельница снабжена регуляторами давления газа, установленными в каналах для подвода газа в инжекторы, а дно помольной камеры снабжено каналом для разгрузки ее от тяжелых частиц измельченного материала, имеющим запорный элемент для его перекрытия.6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что оно имеет несколько газоструйных мельниц, в которых патрубки для подвода исходного сыпучего материала снабжены управляемыми запорными элементами и соединены с общим трубопроводом для подвода исходного сыпучего материала.7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что оно снабжено резонансной СВЧ-камерой, в которой установлен общий трубопровод для подвода исходного сыпучего материала, причем указанный трубопровод выполнен из материала, прозрачного для СВЧ-излучения.