ОБРАБОТКА МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ МИКРОВОЛНАМИ Российский патент 2010 года по МПК C22B1/00 

Настоящее изобретение относится к обработке минерального сырья микроволнами.

Настоящее изобретение в целом имеет отношение к использованию импульсной высокой энергии в виде энергии микроволн с тем, чтобы вызвать физические и химические изменения в минеральном сырье.

Термин «энергия микроволн», как он используется здесь, означает электромагнитное излучение с частотой в интервале 0,3-300 ГГц.

Термин «высокая энергия», как он понимается здесь, означает величины, которые значительно выше тех, которые используются в обычных бытовых микроволновых устройствах, т.е. значительно выше 1 кВт.

Настоящее изобретение основано на реализации состояния, в котором действенная и эффективная обработка минерального сырья может быть достигнута перемещением слоя, предпочтительно перемещением смешанного слоя, минерального сырья в виде частиц через зону воздействия импульсного пучка микроволн с высокой энергией таким образом, чтобы все минеральные частицы подвергались по меньшей мере один раз воздействию энергии микроволн. В частности, заявителем реализовано использование перемещающегося слоя, предпочтительно перемещающегося смешанного слоя, минеральных частиц, которое делает возможным достижение требуемого внешнего воздействия на все частицы; при этом конструкция устройства может быть намного проще по сравнению с раннее предложенными, например с воздействием энергии микроволн на свободно падающие частицы в одиночном канале, проходящем через зону воздействия.

В соответствии с настоящим изобретением здесь предложен способ обработки минерального сырья с использованием энергии микроволн, который включает воздействие импульсной высокой энергии в виде энергии микроволн на перемещающийся слой минеральных частиц таким образом, чтобы по существу все частицы были подвергнуты по меньшей мере некоторому воздействию энергии микроволн.

Как указано выше, использование слоя частиц, перемещающегося внутри устройства для их обработки, упрощает конструкцию устройства.

Кроме того, преимущество перемещающегося слоя состоит в том, что он позволяет выполнять обработку в гораздо более широком диапазоне размеров частиц, включая частицы увеличенного размера. В частности, перемещающийся слой обеспечивает преодоление некоторых трудностей, связанных с обработкой тонкоизмельченных материалов, таких как тальк, или материалов, для которых трудно получить частицы примерно одинакового размера, при их подаче в зону или зоны воздействия микроволн.

Предпочтительно перемещающийся слой является перемещающимся смешанным слоем.

Термин «перемещающийся смешанный слой», как он используется здесь, означает слой, в котором частицы перемешиваются при перемещении через зону или зоны воздействия микроволн, и тем самым изменяется положение одних частиц по отношению к другим частицам и по отношению к энергии микроволн при перемещении частиц через зону или зоны его воздействия.

Термин «по существу все частицы», как он используется здесь, означает 80% по весу частиц.

Предпочтительно способ включает воздействие на перемещающийся слой минеральных частиц импульсной высокой энергии в виде энергии микроволн таким образом, чтобы по меньшей мере 85%, более предпочтительно по меньшей мере 90%, частиц подверглись по меньшей мере некоторому воздействию энергии микроволн.

Предпочтительно энергия микроволн составляет по меньшей мере 20 кВт.

Более предпочтительно энергия микроволн составляет по меньшей мере 50 кВт.

Предпочтительно длительность импульсов энергии микроволн составляет менее 1 секунды.

Более предпочтительно, длительность импульсов энергии микроволн составляет менее 0,1 секунды.

Длительность импульсов энергии микроволн может составлять менее 0,01 секунды.

Использование импульсной энергии микроволн минимизирует требуемую мощность для данного способа и увеличивает до максимума циклическое температурное воздействие на частицы руды.

Предпочтительно способ включает контроль величины энергии и/или длительности импульсов энергии микроволн для того, чтобы предотвратить чрезмерное воздействие микроволн на частицы, приводящее к нежелательному нагреванию частиц и/или устройства.

Нежелательное нагревание может, например, привести к нежелательному спеканию/плавлению частиц и/или термическому повреждению устройства.

Предпочтительно интервал времени между последовательными импульсами энергии микроволн в 10-20 раз больше длительности импульсов.

Как указано выше, данное изобретение не ограничено использованием тонкоизмельченных частиц и могут, например, обрабатываться частицы с размером 5-15 см в большем измерении.

Согласно настоящему изобретению обеспечивают узел для обработки минерального сырья, использующий энергию микроволн, который включает:

(a) источник импульсной высокой энергии в виде энергии микроволн; и

(b) устройство для перемещения слоя, предпочтительно смешанного слоя, минеральных частиц через зону или зоны воздействия источника микроволн таким образом, чтобы при использовании по меньшей мере по существу все частицы были подвергнуты по меньшей мере некоторому воздействию энергии микроволн.

Устройство для перемещения слоя может быть устройством подходящего вида. Например, устройство для перемещения слоя может быть устройством с псевдоожиженным слоем.

Устройство с псевдоожиженным слоем может быть с циркулирующим или нециркулирующим псевдоожиженным слоем.

В качестве другого примера, устройство для перемещения слоя может быть любым устройством, которое содержит шнек или другое подходящее подающее устройство, которое перемещает частицы при контролируемой скорости перемещения от конца с впускным отверстием к концу с выпускным отверстием.

Один из примеров шнекового подающего устройства включает цилиндрический корпус, имеющий впускное отверстие на одном конце и выпускное отверстие на другом конце, и шнековый питатель, расположенный в данном корпусе с возможностью вращения вокруг оси шнека для перемещения частиц через корпус от впускного отверстия к выпускному отверстию.

Предпочтительно по меньшей мере одна из частей корпуса выполнена из материала, прозрачного для энергии микроволн.

Также предпочтительно, чтобы часть шнекового питателя, расположенного в корпусе, была выполнена из материала, прозрачного для энергии микроволн.

Такое устройство со шнековым питателем обеспечивает возможность эффективного контроля воздействия энергии микроволн на минеральное сырье и, более конкретно, обеспечивает равномерную обработку минерального сырья.

Контроль может быть достигнут посредством регулирования одного или более параметров из скорости вращения шнекового питателя, величины энергии в виде импульсной энергии микроволн, продолжительности импульсов, интервала времени между импульсами и плотности размещения минерального сырья в корпусе.

Устройство для перемещения слоя может быть таким, что импульсная высокая энергия в виде энергии микроволн воздействует непосредственно на перемещающийся слой частиц и не воздействует на корпус, такой как описанный выше цилиндрический корпус шнекового питателя. В таких случаях предпочтительно, чтобы устройство для перемещения слоя было сконструировано таким образом, чтобы избежать поступления пылевого потока в источник микроволн.

Устройство для перемещения слоя может быть вертикальным, горизонтальным и расположенным под наклоном там, где отсутствует специальная потребность в использовании скорости падения для контроля степени воздействия, как это имеет место в случае известного устройства, описанного в заявке на патент Канады 2227383, на имя Golden Wave Resources Inc.

Способ обработки импульсной высокой энергией в виде энергии микроволн в соответствии с настоящим изобретением подходит для использования в широкой области тех видов применения, в которых желательно облегчить и/или упростить последующую обработку минерального сырья.

Последующая обработка включает, например, извлечение ценных компонентов из минерального сырья.

Соответственно, настоящее изобретение обеспечивает способ извлечения ценных компонентов, таких как металл, из минерального сырья, который включает этапы:

(a) обработки минерального сырья в соответствии с описанным выше способом обработки и получения обработанного минерального сырья; и

(b) последующую обработку обработанного минерального сырья и извлечение одного или нескольких ценных элементов из обработанного минерального сырья.

Один, однако не единственный, пример использования способа обработки импульсной высокой энергией в виде энергии микроволн в соответствии с настоящим изобретением, которая облегчает и/или упрощает последующую обработку минерального сырья, заключается в том, чтобы вызвать физические и химические изменения в минеральном сырье, которые приводят к преобразованию по меньшей мере части минерального сырья в газовую фазу, и последующее высвобождение этой газовой фазы из минерального сырья.

Этот пример включает использование импульсной высокой энергии в виде энергии микроволн для того, чтобы вызвать физические и химические изменения в минеральном сырье, в частности преобразование химически связанной воды в минеральном сырье в водяные пары и последующее высвобождение этих паров воды из минерального сырья.

Боксит является одним, однако не единственным, минералом, для которого этот пример представляет интерес.

Этот пример также относится к другим минералам, например железным рудам, в частности к рудам, содержащим гетит, и никельсодержащим латеритным рудам.

Другие примеры использования способа обработки импульсной высокой энергией в виде энергии микроволн в соответствии с настоящим изобретением, которая облегчает и/или упрощает последующую обработку минерального сырья, включают:

(a) воздействие на пирит в рудах, таких как тальк, для изменения его до пирротита, который может быть затем селективно удален магнитной сепарацией, поскольку он обладает более сильными магнитными свойствами, чем пирит и другие минералы;

(b) воздействие на сульфиды, такие как халькопирит, для некоторого изменения их химического состава и улучшения их последующего отделения посредством присоединения химикатов при флотационном обогащении;

(c) воздействие на сульфиды, такие как халькопирит, для изменения их химического состава в степени, достаточной для того, чтобы сделать их более реакционноспособными при выщелачивании, однако без существенного образования серосодержащих газов, таких как диоксид серы или сероводород, которые нуждались бы в улавливании и обработке при проведении процесса;

(d) воздействие на примеси, содержащие углерод, в рудах, таких как тальк или боксит, для их удаления из минерального сырья и устранения тем самым вредных эффектов, таких как загрязнение потоков в производственном процессе Байера и/или нанесение ущерба свойствам продукта, например яркости продуктов из талька;

(e) расслоение вермикулита; и

(f) селективное растрескивание руд для облегчения их последующей обработки, такой как это описано и заявлено в Международной заявке PCT/AU 2003/000681 на имя заявителя, описание которой включено здесь посредством ссылки.

Пример (f), указанный выше, включает создание физических изменений в рудах для того, чтобы вызвать образование и развитие в них трещин при неравномерном нагревании импульсами микроволн таким образом, чтобы улучшить последующую обработку.

Пример (f) выше также включает образование трещин, достаточных для того, чтобы многие частицы разделились, предоставляя возможность отделения разделенных частиц от тех, которые не были подвергнуты воздействию микроволн, вследствие их различного размера.

Пример (f) выше также включает образование в руде трещин селективно, с тем чтобы ценные минералы были подвергнуты воздействию на поверхности трещин и легко могли бы участвовать в процессах обработки, таких как выщелачивание, и/или подвергаться после дополнительного дробления флотационному обогащению.

Еще один, хотя и не единственный, другой пример последующей обработки минерального сырья в соответствии с настоящим изобретением включает измерение количества материала в минеральном сырье, который нагревается селективно при воздействии энергии микроволн.

Соответственно, настоящее изобретение обеспечивает способ измерения количества теплочувствительного материала в минеральном сырье, который включает этапы:

(a) обработки минерального сырья в соответствии с описанным выше способом обработки; и

(b) измерения количества материала в минеральном сырье, который выборочно нагревается посредством воздействия энергии микроволн.

Еще один, хотя и не единственный, другой пример последующей обработки минерального сырья в соответствии с настоящим изобретением включает отделение материала от минерального сырья на основе селективности нагревания.

Соответственно, настоящее изобретение обеспечивает способ отделения теплочувствительного материала в минеральном сырье, который включает этапы:

(a) обработки минерального сырья в соответствии с описанным выше способом обработки и селективное нагревание материала в минеральном сырье; и

(b) опознавания нагретого материала и селективного отделения данного материала от минерального сырья.

Настоящее изобретение описано далее путем примера со ссылкой на сопроводительную схему технологического процесса, которая показывает обработку бокситовой руды способом, облегчающим или упрощающим извлечение глинозема из данной руды.

Боксит является основным источником руды, содержащей алюминий, используемым при производстве глинозема. Боксит содержит гидратированные формы оксида алюминия (глинозема), которые встречаются в разных структурных видах. Наиболее значимые с коммерческой точки зрения месторождения бокситов включают гидраргиллит (тригидрат оксида алюминия) и/или бемит (моногидрат оксида алюминия) и/или диаспор. Боксит содержит значительное количество химически связанной воды. Обычно гидраргиллит содержит 35 вес.% воды, бемит - 15 вес.% воды и диаспор - 15 вес.% воды.

Удаление воды из боксита необходимо в качестве части процесса извлечения глинозема из боксита.

Удаление части воды посредством использования высокой энергии в виде импульсной энергии микроволн в соответствии с настоящим изобретением может также способствовать улучшению растворения на последующих стадиях и делает возможным растворение при более низких температурах, таких, которые, как это было обнаружено, имеют место при быстром обжиге в обычных печах.

Со ссылкой на схему технологического процесса, боксит подают в дробилку для первичного измельчения и измельчают до размера частиц, обычно менее 5 мм.

После этого частицы измельченной бокситовой руды подают в узел для обработки микроволнами. Узел содержит источник микроволн с высокой энергией и устройство для перемещения смешанного слоя частиц измельченной бокситовой руды через зону воздействия микроволн.

Источник микроволн генерирует импульсы микроволн с высокой энергией, обычно по меньшей мере 20 кВт для импульсов длительностью менее 0,01 секунды с интервалом времени между последовательными импульсами, в 10-20 раз превышающем их длительность.

Устройство для перемещения смешанного слоя представляет собой шнековое подающее устройство, которое включает цилиндрический корпус, расположенный горизонтально или с небольшим наклоном и имеющий впускное отверстие на одном конце и выпускное отверстие на другом конце, и шнековый питатель, расположенный в корпусе с возможностью вращения вокруг оси шнека для перемещения частиц через корпус от впускного отверстия к выпускному отверстию.

Шнековое подающее устройство и источник микроволн расположены по отношению друг к другу таким образом, чтобы пучок микроволн из источника микроволн облучал часть цилиндрического корпуса и подвергал воздействию энергии микроволн частицы измельченной бокситовой руды в зоне воздействия. Эта часть корпуса выполнена из материала, прозрачного для энергии микроволн. Кроме того, часть шнекового питателя, расположенного в корпусе, выполнена из материала, прозрачного для энергии микроволн.

Во время использования вращательное движение шнека перемещает частицы измельченной бокситовой руды контролируемым прямолинейным образом от конца корпуса с впускным отверстием к концу с выпускным отверстием, перемещая при этом частицы через зону воздействия импульсной высокой энергии микроволн. Вращательное движение вызывает изменение ориентации частиц по отношению к пучку микроволн, что способствует перемешиванию частиц внутри корпуса, в результате чего обеспечивается разная ориентация частиц, подвергаемых воздействию микроволн, и создается возможность воздействия микроволн на все частицы. Таким образом, узел со шнековым питателем обеспечивает возможность эффективного контроля воздействия энергии микроволн на частицы измельченной бокситовой руды и, более конкретно, обеспечивает равномерную обработку таких частиц.

Кроме того, использование высокой энергии в виде импульсной энергии микроволн минимизирует риск чрезмерного нагревания частиц измельченной бокситовой руды, которое может быть вредным.

Контроль обработки частиц измельченной бокситовой руды может быть легко достигнут регулированием одного или более параметров из скорости вращения шнекового питателя, величины энергии в виде импульсной энергии микроволн, продолжительности импульсов, интервала времени между импульсами и плотности размещения минерального сырья в корпусе.

Обработанные частицы измельченной бокситовой руды, выпущенные из выпускного отверстия на конце корпуса, перемещают на участок следующей операции для выполнения дальнейшей обработки, если это необходимо.

В отношении настоящего изобретения, описанного выше, может быть сделано множество модификаций.

Устройство для обработки микроволнами, описанное со ссылкой на схему технологического процесса, включает один узел из источника микроволн и шнекового перемещающего узла. Настоящее изобретение не ограничивается этим и распространяется на устройства, которые содержат несколько узлов и в которых обработанный материал от каждого предыдущего узла перемещается последовательно к последующим узлам. В таком устройстве может иметь место случай, когда в каждом узле подвергается воздействию энергии микроволн относительно небольшая часть частиц руды притом, что конечным результатом обработки в таком устройстве является то, что по существу все частицы подвергаются воздействию энергии микроволн.

Изобретения относятся к способу и узлу для обработки минерального сырья при использовании энергии микроволн. Способ включает воздействие импульсной высокой энергии в виде энергии микроволн на минеральные частицы, когда частицы находятся в перемещающемся слое. При этом перемещающийся слой смешивает частицы таким образом, чтобы по меньшей мере по существу все частицы были подвергнуты по меньшей мере некоторому воздействию энергии микроволн. Узел для осуществления способа содержит источник импульсной высокой энергии в виде энергии микроволн и устройство для перемещения слоя минеральных частиц через зону или зоны воздействия источника микроволн таким образом, чтобы при его использовании все частицы были подвергнуты воздействию энергии микроволн. При этом устройство для перемещения слоя минеральных частиц содержит шнековое или другое подходящее подающее устройство, которое перемещает частицы при контролируемой скорости перемещения от конца с впускным отверстием к концу с выпускным отверстием. Техническим результатом является эффективная обработка минерального сырья и упрощение конструкции устройства. 5 н. и 13 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ обработки минерального сырья с использованием энергии микроволн, который включает в себя воздействие импульсной высокой энергии в виде энергии микроволн на минеральные частицы, когда частицы находятся в перемещающемся слое, который смешивает частицы таким образом, чтобы, по меньшей мере, по существу все частицы были подвергнуты, по меньшей мере, некоторому воздействию энергии микроволн.

2. Способ по п.1, в котором энергия микроволн составляет, по меньшей мере, 20 кВт.

3. Способ по п.2, в котором энергия микроволн составляет, по меньшей мере, 50 кВт.

4. Способ по любому из пп.1-3, в котором длительность импульсов энергии микроволн составляет менее 1 с.

5. Способ по п.4, в котором длительность импульсов составляет менее 0,1 с.

6. Способ по п.5, в котором длительность импульсов составляет менее 0,001 с.

7. Способ по п.1, который включает контролирование величины энергии и/или длительности импульсов энергии микроволн для того, чтобы предотвратить чрезмерное воздействие микроволн на частицы, приводящее к нежелательному нагреванию частиц и/или устройства.

8. Способ по п.1, в котором интервал времени между последовательными импульсами энергии микроволн в 10-20 раз больше длительности импульсов.

9. Узел для обработки минерального сырья при использовании энергии микроволн, которое включает (а) источник импульсной высокой энергии в виде энергии микроволн и (b) устройство для перемещения слоя минеральных частиц через зону или зоны воздействия источника микроволн таким образом, чтобы при его использовании, по меньшей мере, по существу все частицы были подвергнуты, по меньшей мере, некоторому воздействию энергии микроволн, при этом устройство содержит шнековое или другое подходящее подающее устройство, которое перемещает частицы при контролируемой скорости перемещения от конца с впускным отверстием к концу с выпускным отверстием.

10. Узел по п.9, в котором шнековое подающее устройство включает цилиндрический корпус, имеющий впускное отверстие на одном конце и выпускное отверстие на другом конце, и шнековый питатель, расположенный в корпусе с возможностью вращения вокруг оси шнека для перемещения частиц через корпус от впускного отверстия к выпускному отверстию.

11. Узел по п.10, в котором, по меньшей мере, одна из частей корпуса выполнена из материала, прозрачного для энергии микроволн.

12. Узел по п.11, в котором часть шнекового питателя, расположенного в корпусе, выполнена из материала, прозрачного для энергии микроволн.

13. Способ извлечения ценных элементов, таких как металл, из минерального сырья, который включает этапы обработки минерального сырья способом по п.1 и получения обработанного минерального сырья, и последующей обработки обработанного минерального сырья и извлечения одного или нескольких ценных элементов из обработанного минерального сырья.

14. Способ по п.13, в котором используют вызванные физические и/или химические изменения в минеральном сырье, которые приводят к преобразованию, по меньшей мере, части минерального сырья в газовую фазу, и последующее высвобождение этой газовой фазы из минерального сырья.

15. Способ по п.14, в котором используют вызванные физические и химические изменения в виде преобразования химически связанной воды в минеральном сырье в водяные пары и последующее высвобождение этих паров воды из минерального сырья.

16. Способ по п.13, в котором используют любые из следующих примеров:
(а) воздействие на пирит в рудах, таких как тальк, для изменения его до пирротита, который может быть затем селективно удален магнитной сепарацией, поскольку он обладает более сильными магнитными свойствами, чем пирит и другие присутствующие минералы, (b) воздействие на сульфиды, такие как халькопирит, для некоторого изменения их химического состава и улучшения их последующего отделения посредством присоединения химикатов при флотационном обогащении, (с) воздействие на сульфиды, такие как халькопирит, для изменения их химического состава в степени, достаточной для того, чтобы сделать их более реакционноспособными при выщелачивании, однако без существенного образования серосодержащих газов, таких как диоксид серы или сероводород, которые нуждались бы в улавливании и обработке при проведении процесса, (d) воздействие на примеси, содержащие углерод, в рудах, таких как тальк или боксит, для их удаления из минерального сырья и устранения тем самым вредных эффектов, таких как загрязнение потоков в производственном процессе Байера и/или нанесение ущерба свойствам продукта, например яркости продуктов из талька, (е) расслоение вермикулита и (f) селективное растрескивание руд.

17. Способ измерения количества теплочувствительного материала в минеральном сырье, который включает этапы обработки минерального сырья в соответствии со способом по п.1, и измерения количества материала в минеральном сырье, которое нагревается селективно посредством воздействия энергии микроволн.

18. Способ отделения теплочувствительного материала в минеральном сырье, который включает этапы обработки минерального сырья в соответствии со способом по п.1 и селективного нагревания материала в минеральном сырье и опознавания нагретого материала и селективного отделения данного материала от минерального сырья.