Установка для очистки кварцита Российский патент 2023 года по МПК C01B33/03 C01B33/12 B03B7/00 B08B3/08 

Изобретение относится к установкам, с помощью которых осуществляют мокрые способы разделения материалов, в частности восстанавливают диоксида кремния из материала, содержащего диоксида кремния. Установка может использоваться в составе комплексов при подготовке шихтовых материалов к производству кремния в электротермических печах, который может быть использован, в том числе, в полупроводниковой технике.

Из уровня техники известно устройство для осуществления способа приготовления формованного материала для производства кремния (RU 2151738 C1, МПК C01B 33/025, опубл. 27.06.2000). Устройство представляет собой печь стандартной конструкции, в которую загружают шихту для производства кремния, которая включает в себя кварцит, древесную щепу, нефтяной кокс, древесный уголь и материал, формованный из пыли газоочистки, углеродного восстановителя и щелочного связующего. На выходе получают формованный материал крупностью 20-50 мм.

Недостатком известного устройства является низкий процент получения кварцита, вследствие применения в устройстве для осуществления способа одной степени очистки кварцита от примесей.

Наиболее близким техническим решением к заявленному изобретению и выбранным в качестве прототипа признано устройство для обогащения окисленных железистых кварцитов (RU 2599123 C1, МПК B03B 7/00, B03D 1/02, опубл. 10.10.2016). Устройство для осуществления способа включает в себя узел для измельчения руды, агрегат для осуществления обратной катионной флотации силикатосодержащих минералов по стадиальной схеме в присутствии модификатора, агрегата для осуществления операции оттирки камерного продукта первой стадии флотации перед второй основной стадией флотации, при этом пенные продукты первой и второй стадий флотации отдельно подвергают оттирке в оттирочном комплексе в присутствии модификатора и направляют на перечистку диоксида кремния.

Недостатком устройства для обогащения окисленных железистых кварцитов является его низкая технологичность, связанная с необходимостью использования в установке реагентов, на основе диэфирамина, а в качестве вспенивателя для силикатосодержащих минералов - применение реагента на основе полиалкиленгликоля, что усложняет конструкцию агрегатов установки и снижает ее безопасность.

Технической задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является создание установки для очистки кварцита, обладающей высокой технологичностью с возможностью использования ее для осуществления технологического процесса очистки с помощью стандартных химических реактивов и агрегатов, не требующих специальной адаптации для использования в процессе очистки кварцита.

Указанная задача решена тем, что установка для очистки кварцита содержит на входе первый питатель вибрационный, выполненный с возможностью подачи на него неочищенного кварцита и его просеивания, при этом выход питателя механически и кинематически связан с дозатором объемно-весовым, выход которого механически и кинематически связан с загрузочным устройством реактора с мешалкой, снабженного рубашкой нагрева-охлаждения. Реактор выполнен с возможностью подачи в его корпус раствора соляной кислоты и перемешивания раствора неочищенного кварцита с соляной кислотой и кипячения, с дальнейшей подачей обработанного кварцита после окончания процесса кипячения и перемешивания в фильтр. К фильтру подключен насос с регулируемой производительностью, обеспечивающий подачу воды, отмывающую образовавшееся при обработке песка в соляной кислоте хлористое железо. Фильтр снабжен сливным отводом с первым шаровым краном, через который хлористое железо сливают в гидробак, и трубопроводом со вторым шаровым краном, через который очищенный кварцит поступает в сушильный шкаф, откуда после сушки c помощью конвейера шнекового через первую задвижку он поступает в бункер насыпной, механически и кинематически связанный со вторым дозатором объемно-весовым, на который из бункера транспортируется очищенный кварцит через вторую задвижку.

Положительным техническим результатом, обеспечиваемым раскрытой выше совокупностью признаков устройства, является повышение технологичности установки для очистки кварцита, за счет применения в ее конструкции стандартных химических агрегатов - химического реактора и фильтра, не требующих дополнительной доработки, а также относительно безопасных неорганических веществ, применяемых для обработки исходного сырья - соляной кислоты и воды. Кроме того, полученное высушенное очищенное сырье может использоваться в дальнейших технологических процессах получения свободного кремния.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведена функциональная схема установки для очистки кварцита; на фиг. 2 приведена кинематическая схема конвейера шнекового, являющегося одним из важных транспортирующих агрегатов установки.

Основные узлы установки для очистки кварцита, представленные на функциональной схеме и обозначенные позициями, приведены ниже:

• 1 - питатель вибрационный;

• 2 - дозатор объемно-весовой - 2;

• 3, 4 - реактор с мешалкой, снабженный рубашкой нагрева-охлаждения;

• 5 - шаровой кран сливного отвода основания реактора;

• 6 - фильтр;

• 7 - насоса с регулируемой производительностью;

• 8 - гидробак;

• 9 - первый шаровой кран;

• 10 - трубопровод;

• 11 - второй шаровой кран;

• 12 - сушильный шкаф;

• 13 - конвейер шнековый;

• 14 - первая задвижка;

• 15 - бункер насыпной;

• 16 - вторая задвижка;

• 17 - бункер объемно-весовой.

Конвейер шнековый, являющийся основным транспортирующим кварцит агрегатом, устроен следующим образом.

Устройство выполнено по кинематической схеме, представляющей собой последовательно механически соединенные между собой вал двигателя 18, соединительную муфту 19 и трехступенчатый редуктор 20, при этом зубчатое колесо входного вала редуктора зацеплено с первым зубчатым колесом промежуточного вала редуктора, второе колесо которого зацеплено с зубчатым колесом выходного вала редуктора, соединенного с муфтой зубчатой 21, соединенной с осью архимедова винта 22, установленного в желобе на подшипниках 23.

Для интенсификации перемешивания сырья в химическом реакторе последний может быть оснащен электромеханической мешалкой, замкнутой системой циркуляции текучей среды, в качестве которой может быть использована вода, снабженной впускным патрубком для подачи среды в рубашку нагрева-охлаждения и выпускным патрубком для отвода среды из рубашки в систему циркуляции, компрессором для обеспечения возможности регулирования скорости циркуляции текучей среды, а также первым и вторым датчиками температуры и датчиком кислотности. При этом первый датчик температуры и датчик кислотности могут быть установлены внутри реактора, а второй датчик температуры установлен в рубашке нагрева-охлаждения. Выходы упомянутых датчиков могут быть подключены к измерительным входам блока управления, выполненным на основе промышленного контроллера (на фигурах условно не показан), силовые релейные выходы которого могут быть подключены к электродвигателю мешалки и компрессору. При этом промышленный контроллер может быть снабжен промышленным интерфейсом RS-485, предназначенным для подключения к удаленной системе управления технологическим процессом.

Применение средств автоматики в составе химического реактора обеспечит возможность автоматизации технологического процесса очистки кварцита и возможности оптимизации параметров работы узлов и агрегатов установки.

Установка для очистки кварцита работает следующим образом.

На входе установки для очистки кварцита размещен первый питатель вибрационный 1, выполненный в виде вибрационного сита, на который подается сырье - неочищенный кварцит, например песок. С помощью сита от песка отделяются фракции размером более 1.0 мм, после чего просеянный песок поступает на первый дозатор объемно-весовой 2, с которого его загружают в реактор 3 с мешалкой, снабженный рубашкой нагрева-охлаждения 4. В реактор 3 подают раствор соляной кислоты, после чего раствор песка с соляной кислотой перемешивают и, при необходимости, кипятят в течение двух часов.

После окончания процесса перемешивания открывают шаровой кран 5 сливного отвода основания реактора 3, откуда обработанный кварцит поступает в фильтр 6, в который с помощью насоса 7 с регулируемой производительностью подают воду, отмывая образовавшееся при обработке песка в соляной кислоте хлористое железо, которое сливают в гидробак 8 через патрубок сливного отвода фильтра 6, открывая при этом первый шаровой кран 9. Из фильтра 6 очищенный кварцит через трубопровод 10, снабженный вторым шаровым краном 11 поступает в сушильный шкаф 12, откуда после сушки c помощью конвейера шнекового 13 через первую задвижку 14 его загружают в бункер насыпной 15. Из бункера 15 очищенный кварцит через вторую задвижку 16 транспортируют на второй дозатор объемно-весовой 17, откуда после взвешивания кварцит загружается в смеситель установки для получения свободного кремния и ацетиленовой сажи.

Таким образом, рассмотренная в настоящей заявке установка для очистки кварцита, является высокотехнологичным химическим агрегатом, который может быть встроен в цикл производства свободного кремния, который является ценным сырьем для металлургических производств, являясь одним из компонентов бронзы, а также силуминов. Кроме того кремний, сырье для получения которого может быть произведено с помощью установки, может использоваться как раскислитель при выплавке чугуна и сталей, в качестве модификатора свойств металлов или как легирующий элемент.

Изобретение относится к установкам для восстановления диоксида кремния и может быть использовано в составе комплексов при подготовке шихтовых материалов к производству кремния. Установка содержит на входе первый питатель вибрационный для подачи на него неочищенного кварцита и его просеивания, выход питателя связан с дозатором объемно-весовым, выход которого связан с загрузочным устройством реактора с мешалкой, снабженным рубашкой нагрева-охлаждения. Реактор выполнен с возможностью подачи в его корпус раствора соляной кислоты и перемешивания раствора неочищенного кварцита с соляной кислотой и кипячения, с дальнейшей подачей обработанного кварцита в фильтр. К фильтру подключен насос для подачи воды, отмывающей образовавшееся хлористое железо. Фильтр снабжен сливным отводом для слива хлористого железа в гидробак и трубопроводом, через который очищенный кварцит поступает в сушильный шкаф, откуда после сушки c помощью конвейера шнекового через первую задвижку он поступает в бункер насыпной, механически и кинематически связанный со вторым дозатором объемно-весовым, на который из бункера транспортируется очищенный кварцит через вторую задвижку. Техническим результатом является повышение технологичности установки. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Установка для очистки кварцита, отличающаяся тем, что установка на входе содержит первый питатель вибрационный, выполненный с возможностью подачи на него неочищенного кварцита и его просеивания, при этом выход питателя механически и кинематически связан с дозатором объемно-весовым, выход которого механически и кинематически связан с загрузочным устройством реактора с мешалкой, снабженного рубашкой нагрева-охлаждения; реактор выполнен с возможностью подачи в его корпус раствора соляной кислоты и перемешивания раствора неочищенного кварцита с соляной кислотой и кипячения, с дальнейшей подачей обработанного кварцита после окончания процесса кипячения и перемешивания в фильтр; к фильтру подключен насос с регулируемой производительностью, обеспечивающий подачу воды, отмывающей образовавшееся при обработке песка в соляной кислоте хлористое железо; фильтр снабжен сливным отводом с первым шаровым краном, через который хлористое железо сливают в гидробак, и трубопроводом со вторым шаровым краном, через который очищенный кварцит поступает в сушильный шкаф, откуда после сушки c помощью конвейера шнекового через первую задвижку он поступает в бункер насыпной, механически и кинематически связанный со вторым дозатором объемно-весовым, на который из бункера транспортируется очищенный кварцит через вторую задвижку.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что конвейер шнековый выполнен по кинематической схеме, представляющей собой последовательно механически соединенные между собой вал двигателя, соединительную муфту и трехступенчатый редуктор, при этом зубчатое колесо входного вала редуктора зацеплено с первым зубчатым колесом промежуточного вала редуктора, второе колесо которого зацеплено с зубчатым колесом выходного вала редуктора, соединенного с муфтой зубчатой, соединенной с осью архимедова винта, установленного в желобе на подшипниках.

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что реактор оснащен электромеханической мешалкой, замкнутой системой циркуляции текучей среды, снабженной впускным патрубком для подачи среды в рубашку нагрева-охлаждения и выпускным патрубком для отвода среды из рубашки в систему циркуляции, компрессором для обеспечения возможности регулирования скорости циркуляции текучей среды, а также первым и вторым датчиками температуры и датчиком кислотности.

4. Установка по п.3, отличающаяся тем, что первый датчик температуры и датчик кислотности установлены внутри реактора, а второй датчик температуры установлен в рубашке нагрева-охлаждения.

5. Установка по п.4, отличающаяся тем, что выходы датчиков подключены к измерительным входам блока управления, выполненным на основе промышленного контроллера, силовые релейные выходы которого подключены к электродвигателю мешалки и компрессору.