Способ обогащения горной массы Российский патент 2024 года по МПК B07B15/00 B07B9/00 

Область техники

Изобретение относится к способу обогащения горной массы, в частности к способу обогащения кокса, угля, адсорбента магнитной сепарацией при предварительном термическом воздействии на поверхностные и приповерхностные частицы псевдоожиженного слоя угольного сырья сканирующим импульсным лазерным излучением.

Уровень техники

Известен способ обогащения металлургического кокса магнитной сепарацией, раскрытый в SU163584, опубл. 22.07.1964.

Недостатком раскрытого выше способа является не возможность работы с полным объемом кускового коксового продукта для удаления минеральных групп, обладающих магнитными свойствами.

Кроме того, из уровня техники известен способ подготовки пиритсодержащего сырья, раскрытый в RU 2018368 С1, опубл. 30.08.1984, прототип. Способ включает пирротинизацию пиритсодержащего сырья концентрированным потоком энергии в виде лазерного излучения.

Недостатком раскрытого выше технического решения является ограниченный пирротинизацией химический процесс. Не учтены термические реакции активированных элементов деструкции - углеводородов, СО с сульфидом железа, окислами железа и элементарной серой.

Раскрытие изобретения

Задачей заявленного изобретения является разработка способа повышения качества обогащения угольного сырья, за счет комплексных химических реакций высокотемпературного синтеза при термической деструкции, влияющих на восстановительные процессы магнитных свойств частиц сырья.

Техническим результатом изобретения является повышение качества обогащения сырья.

Указанный технический результат достигается за счет того, что способ обогащения горной массы содержит следующие этапы:

a) удаление адгезивного материала из указанной горной массы;

b) сушка указанной горной массы, очищенного от адгезионного материала, до влажности 2-7%;

c) классификация указанной горной массы;

d) формирование при вибровоздействии объемного потока псевдоожиженного слоя классифицированной указанной горной массы;

e) термическое воздействие на поверхностные и приповерхностные частицы псевдоожиженного слоя сканирующим импульсным лазерным излучением указанной горной массы при температуре 250-25000°С в газовой среде;

f) магнитная сепарация указанной горной массы.

После этапа b) осуществляют измельчение указанной горной массы до размеров частиц менее 3 мм.

Импульсное лазерное излучение характеризуется длительностью импульса 0,00001-0,01 с при скорости прохождения лазерного луча 0,01-0,1 м/с, мощностью более 0,5 мДж и длиной волны от 400 нм до 700 нм.

В качестве углеродсодержащей горной массы уголь, кокс, адсорбент.

При классификации угля и кокса отделяют фракцию менее 3 мм, а при классификации сорбентов - фракцию менее 6 мм.

Термическое воздействие осуществляют в среде нейтрального газа, выбранного из группы: N2, Не, Ar, Kr.

Термическое воздействие осуществляют среде восстановительного газа, генерируемого угольной массой в процессе термической деструкции: CO, Н₂, NH₃.

Сканирующее импульсное лазерное излучение обеспечивает испарение и синтез углеводородных компонентов и минеральных включений.

Сканирующее импульсное лазерное излучение обеспечивает отслоение структур графена от угольных частиц, указанной горной массы.

Осуществление изобретения

Заявленный способ обогащения горной массы (на примере угля) осуществляют следующим образом.

Сначала осуществляют удаление адгезивного материала из угля путем промывки водой угля. Вместо промывки водой можно осуществлять продувку угля воздухом. Величина остаточной влаги зависима от степени метаморфизма, например, антрацит и марка Г - газовый уголь, антрацит содержит минимальное количество минеральных включений, а угли с меньшей степенью метаморфизма содержат в том числе гидрофильные минеральные группы, которые содержат не только поверхностную влагу, но и внутреннюю - химически связанную. Чем меньше влага материала внутри угля, тем равномернее при термическом воздействии раскрываются поры угля, что очень важно при производстве сорбентов. Стандартов при термическом воздействии быть не может, так как каждый из углей по своим свойствам представляет своеобразную шахматную партию по химическому составу.

Затем осуществляют сушку очищенного от адгезионного материала угля с влажностью менее 20% при температуре от 150°С до влажности 2%. При последующем лазерном облучении важна стабильная по конечным показателям влажность материала (2-7%) на этапе сушки. Диапазон температур сушки 120-800°С, который зависит от влажности исходного сырья, процентного содержания углеводородов в сырье, диапазона разброса крупности сырья и требований к критериям качественных показателей товарного продукта.

Далее высушенный уголь поступает на классификацию, где отделяют фракцию угля менее 3 мм. Фракцию угля более 3 мм направляют на обогащение, затем на дробление и магнитную сепарацию.

Затем осуществляют формирование объемного потока псевдоожиженного слоя частиц угля, для этого уголь фракции менее 3 мм со стадии классификации через дозатор поступает на вибролоток, где за счет вибрации вибролотка происходит отскок упругих частиц угля и перераспределение частиц угля по объему, в т.ч. по высоте подскока. В результате формируется динамичный и прозрачный поток псевдоожиженного слоя частиц угля. Вибрацию осуществляют при частоте 30 Гц, с амплитудой подскока частиц до 100 мм. Параметры вибрации зависимы от крупности и объема потока в единицу времени. Дозатор, стабилизирует подачу сырья на вибролоток по току привода вибролотка и данных массовых пропорций проходных весов магнитной сепарации.

Далее осуществляют термическое воздействие на поверхностные и приповерхностные частицы угля псевдоожиженного слоя движущегося по конвейеру в камере сканирующим импульсным лазерным излучением указанной горной массы при температуре 500°С в среде нейтрального газа N₂, длительностью импульса 0,001 с при скорости прохождения лазерного луча 0,05 м/с, мощностью 0,5 мДж и длиной волны 500 нм. Импульсное лазерное излучение осуществляют при температуре 250-2500°С, выбор температуры зависит от процента внутренней влаги, свойств материала и сопутствующих приповерхностных минеральных включений, целевой задачи - для получения сорбентов-термическое точечное воздействие до 1000°С или термическое воздействие на оксиды или сульфиды металлов с попутным воздействием на угле водородные соединения с температурой более 1000°С. Импульсное лазерное излучение характеризуется длительностью импульса 0,00001-0,01 с при скорости прохождения лазерного луча 0,01-0,1 м/с, мощностью более 0,5 мДж и длиной волны от 400 нм до 700 нм. Параметры лазерного излучения зависят от химического состава приповерхностных включений, крупности зерен минеральных включений и задачи для термохимических преобразований.

При термическом воздействие при помощи лазерного излучения на поверхностные и приповерхностные слои частиц в без кислородной газовой среде, при контакте с углеводородами на поверхности частиц угля, при минимальных энергетических затратах, обеспечивает контролируемую деструкцию приповерхностных углеводородов на углерод и водород, исключая потери углеводородов из внутренних объемов частиц, которые при достаточной скорости движения луча и температуре воздействия лазера, обеспечивает технические условия для протекания в приповерхностной зоне, термохимических реакций, активации и синтезу продуктов деструкции, активируя диффундирование серы из сульфидов железа и восстановлению окислов железа водородом и СО, что обеспечивает восстановление из парамагнитных в ферримагнитные свойства сырья - расширяя качественные и количественные возможности технологии магнитной сепарации, а также при термическом воздействии происходит разрушение серосодержащих соединений с последующей термохимической реакцией активированных элементов Н₂+S=H₂S и аспирационным удалением сероводорода. Активированные высокотемпературным импульсом продукты термической деструкции - сульфиды и оксиды железа, элементарная сера, водород, углерод, вступают в целевой высокотемпературный синтез по формуле H₂+S=H₂S и FeS₂+Н=FeS+H₂S, происходит восстановление оксидов железа продуктами разложения углеводородов (СО, Н₂, NH₃) Fe₂O₃+3H₂=2Fe+3H₂O с получением восстановленных магнитных свойств железа и последующим аспирационным удалением сероводорода и прочих газообразных продуктов.

По мощности лазера, величине шага сканирования и скорости луча, контролируется интенсивность термических и термохимических реакций углеводородных и сернистых соединений. Кроме придания магнитных свойств пиритным включениям и прочим соединениям железа, управляя величиной термического влияния на приповерхностные слои частиц.

Импульсное воздействие света лазера по поверхности частиц угля, кроме активации термохимических реакций, параллельно воздействуют на процесс отслоения нано размерных слоев углерода, толщиной от одного до нескольких атомарных слоев, что приводит к образованию графен содержащих продуктов в процессе подготовки угольной массы к магнитной сепарации.

Затем осуществляют магнитную сепарацию угля, подвергшегося лазерному излучению, при которой происходит отделение магнитных частиц от частиц угля, отделенные магнито восприимчивые частицы, содержат восстановленное железо, обладающее магнитными свойствами, соединения серы, соли цветных металлов. Частицы угля, прошедшие магнитную сепарацию, проступают на проточные весы, которые определяют баланс масс (соотношения) продуктов, разделенных при магнитной сепарации. При повышении или снижении определенного интервала значений соотношения масс продуктов, разделенных при магнитной сепарации, автоматическая система управления (АСУ), на которую постоянно поступают данные с проточных весов, управляет параметрами вибрации и импульсного лазерного излучения, что обеспечивает необходимое соотношение масс продуктов при магнитной сепарации.

Результаты обогащения при использовании заявленного способа на примере обогащенного угля марки «Ж» шахты «Самсоновская» ПНР размерностью менее 3 мм следующие: в исходном материале зольность - 9,1%, летучие компоненты - 25,3%, сера - 1,91%. После тестирования материала получены следующие результаты, зольность - 6,9%, летучие компоненты - 26,7%, сера 1,33%. Результаты исследования пластичности (X - пластичность материала и Y - величина слоя спекаемости материала, до тестирования X - 27, после - 37. Y до тестирования - 14, после 15. Влага после тестирования в пределах 1-2%.

Изобретение было раскрыто выше со ссылкой на конкретный вариант его осуществления. Для специалистов могут быть очевидны и иные варианты осуществления изобретения, не меняющие его сущности, как оно раскрыто в настоящем описании. Соответственно, изобретение следует считать ограниченным по объему только нижеследующей формулой изобретения.

Предложенное изобретение относится к способу обогащения горной массы, в частности к способу обогащения кокса, угля, адсорбента магнитной сепарацией при предварительном термическом воздействии на поверхностные и приповерхностные частицы псевдоожиженного слоя угольного сырья сканирующим импульсным лазерным излучением. Способ обогащения угля содержит следующие этапы: удаление адгезивного материала из угля путем промывки угля водой или путем продувки угля воздухом; сушка угля, очищенного от адгезивного материала, до влажности 2-7%; классификация по крупности высушенного угля с выделением фракции менее 3 мм; формирование на вибролотке объемного потока псевдоожиженного слоя классифицированных частиц угля; термическое воздействие на поверхностные и приповерхностные частицы угля псевдоожиженного слоя, движущегося по конвейеру в камере, сканирующим импульсным лазерным излучением при температуре 250-2500°С в газовой среде; магнитная сепарация угля с выделением магнитных частиц. Технический результат - повышение качества обогащения сырья. 5 з.п. ф-лы.

1. Способ обогащения угля, содержащий следующие этапы:

a) удаление адгезивного материала из угля путем промывки угля водой или путем продувки угля воздухом;

b) сушка угля, очищенного от адгезивного материала, до влажности 2-7%;

c) классификация по крупности высушенного угля с выделением фракции менее 3 мм;

d) формирование на вибролотке объемного потока псевдоожиженного слоя классифицированных частиц угля;

e) термическое воздействие на поверхностные и приповерхностные частицы угля псевдоожиженного слоя, движущегося по конвейеру в камере, сканирующим импульсным лазерным излучением при температуре 250-2500°С в газовой среде;

f) магнитная сепарация угля с выделением магнитных частиц.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что импульсное лазерное излучение характеризуется длительностью импульса 0,00001-0,01 с при скорости прохождения лазерного луча 0,01-0,1 м/с, мощностью более 0,5 мДж и длиной волны от 400 нм до 700 нм.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что термическое воздействие осуществляют в среде нейтрального газа, выбранного из группы: N₂, Не, Ar, Kr.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что термическое воздействие осуществляют в среде восстановительного газа, генерируемого угольной массой в процессе термической деструкции: СО, Н₂, NH₃.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сканирующее импульсное лазерное излучение обеспечивает испарение и синтез углеводородных компонентов и минеральных включений.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сканирующее импульсное лазерное излучение обеспечивает отслоение структур графена от угольных частиц.