Способ промывки сыпучих материалов Советский патент 1984 года по МПК B02C19/18 

2. Способ по п. 1, о т л и ч аю 1ц и Я с я тем, что разделение материала и вывод загрязняющих фракций осуществляют импульсным введением в рабочий объём мелкодиспергированных пузырьков воздуха о

3 .Способ попп.1и2,о т л и ч а ю щ и и с я тем,что,с целью усиления эффективности промывки за счет дополнительной очистки поверхности в процесс промывки вместе с материалом вводят мелкодисперсный абразивный материал.

1. СПОСОБ ПРОМЫВКИ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ, включакадий введение- материала в.зону разделения, диспергирование в жидкофазной среде путем возбуждения низкочастотных колебаний, разделение материала на фракции и вывод вьаделенных фракций, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности диспергирования и промывки материала за счет наложения ударных волн гидравлических ударов, в каждом периоде низкочастотных колебаний в момент максимальной колебательной скорости осуществляют мгновенное торможение жидкофазной среды.

Изобретение относится к обогащению полезных ископаемых, в частности к промывке полезных ископаемых, и может быть использовано в строительной индустрии для диспергирования, очистки и активации поверхности инертных наполнителей при производстве сверхпрочных бетонов и полимербетонов, а также в керамической и химической отраслях промышленности, в металлургии, например, в литейном производстве для регенерации формовочных и стержневых смесей, для активации физико-химических поверхностных свойств материалов за счет очистки их поверхности от окисных, жировых и иного рода пленок и увеличения удельной поверхностной энергии и адгезии.

Известен способ диспергирования материалов путем воздействия на них давления, возбуждаемого в объеме жидкофазной среды f| .

Известный способ не позволяет обрабатывать большие объемы идкофазных сред и обладает по этой причине низкой эффективностью и ограни;ченным применением. Последнее обстоятельство обусловлено невозможностью диспергировать материалы, представленные крупными частицами или кусками.

Известен способ диспергирования материалов путем возбуждения в жидкофазной среде знакопеременного давления, представляющего собой чередование фаз сжимающего и растягивающего напряжений. Знакопеременное давление возбуждают путем силового воздействия на замкнутый объем жидкофазной среды и приводящий к возникновению интенсивной кавитации. Кавитация является основным фактором, обеспечивающим диспергирование и активацию частиц материала за счет увеличения их удельной поверхности 2 .

Однако данный способ позволяет возбуждать интенсивную кавитацию лишь в условиях ограниченного.и геметично замкнутого объема жидкофазной среды, в которой не могут возбуждатьсд интенсивные колебания с большой амплитудой смещения и высокой колебательной скоростью. В этих условиях эффективность диспергирования и активации остается невысокой, так как разрушаемые загрдзняющие пленки вновь осаждаются на поверхности частиц и, обладая высокими адгезионными свойствами, вновь прочно покрывают их. Кроме того, силовое воздействие знакопеременного давления на жидкость совпровождается дегазацией жидкости и образующиеся при этом воздушные пузырьки, всплывап, образуют в замкнутом объеме воздушную полость, в результате чеГо амплитуда эвакопереме,нного давления резко падает, условия возникновения кавитаций не обеспечиваются и процесс диспергирования прекращается. Повышение эффективности и производительности процесса возможно в этом случае лишь за счет увеличения амплитуды знакопеременного давления, но это требует чрезвычайно высоких и неоправданных энегетических затрат, значительно усложняет технические средства реализации данного способа.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ промывки сыпучих материалов, включающий введение материала в зону разделения, диспергирование в жидкофазной среде путем возбуждения низкочастотных колебаний, разделение материала на фракции и вывод выделенных фракций. Диспергирование материалов происходит за счет размывания их поверхностных слоев переменными потоками жидкости разупрочнения структуры знакопеременным давлением З ,

Однако данный способ применим лишь для диспергирования вязкопластичных и вязкотекучих материалов, легко растворимых в воде, таких как глина, различного рода коллоид1ные вещества. Он совершенно не применим для промывки труднодиспергируемых материалов и очистки поверхности/ так как эффективность приведенных факторов недостаточна для разрушения структуры твердых материалов, активации поверхности за счет увеличения удельной поверхност ной энергии, очистки поверхности от окисных и жировых пленок, а также от илистых, глинистых и пылевидных частиц. Способ обладает также низко эффективностью при обработке вязкопластичных и вязкотекучих материалов, так как знакопеременное давление, возникающее в жидкофазной сре де при ее колебательном перемещении незначительно и по этой причине воз будить интенсивную кавитацию достаточно сложно. Цель изобретения - повышение эффективности диспергирования и промы ки материала.за счет наложения удар ных волн гидравлических ударов. Указанная цель достигается тем, что согласно способу промывки сыпучих материалов, включающему введени материала в зону разделения, диспер гирование в жидкофазной среде путем возбуждения низкочастотных колебаний, разделение материала на фракции и вывод выделенных фракций, в каждом периоде низкочастотных коле баний в момент максимальной колебательной скорости осуществляют мгновенное тормохсение жидкофазной среды При этом разделениематериала и вывод загрязняющих фракций осущес вляют импульсным введением в рабочий объем мелкоди- пергированных пузырьков воздуха. С целью усиления эффективности промывки за счет дополнительной очистки, поверхности материала, перед диспергированием в процесс промывки вместе с материалом вводят мелкодисперсной абразивный материал. На чертеже изображено устройство для осуществления предложенного способа. Устройство содержит корпус 1, загрузочное 2 и разгрузочное приспо собление 3, поршень 4, соединенный посредством штока 5 с вибратором 6. В верхней части корпуса 1 расположе на мембрана 7, выше которой в крышке 8 установлен ограничивающий элемент- 9, выполненный, например, в .виде винта с площадкой. Способ осуществляется следуклцим образом. Внутренний объем корпуса 1 запол няется водой. Сюда же через загрузочное приспособление 2 подается материал. Поршнем 4, приводимым в колебательное движение вибратором 6 в объеме жидкофазной среды возбужда .ют низкочастотные акустические .коле ,бания с максимально возможной для конкретного типа вибратора б колебательной скоростью. Поскольку на низких звуковых частотах жидкофазная среда ведет себя как несжимаемое тело, колебания мембраны 7 протекают с .такой же амплитудой, как и колебания поршня 4. При движении порш-ня 4 вверх мембрана 7 движется вверх, а при движении мембраны 7 вниз поршень 4 движется вниз, т.е мембрана 7 отслеживает движение поршня 4, при этом максимальной амплитуде смещения к колебательной скорости поршня 4 соответствует максимсшьная амплитуда и колебательная скорость мембраны 7. Величина свободного хода мембраны 7 устанавливается такой, при которой в Момент максимальной колебательной скорости происходит удар мембраны 7 об ограничивающий элемент 9. Запасенная массой жидкофазной среды кинетическая энергия W, наибольшее значение которой равно -„-, соответствует моменту максимального значения колебательной скорости и в ивзмент мгновенного торможения мембраны 7 ограничивающим элементом 9 трансформируется в энергию гидравлического удара. Возникающая при этом ударная волна, амплитуда которой значительно превышает прочность диспергируемых твердых частиц, эффективно раз{эушает их структуру за счет большого градиента сжимающих и растягивающих напряжений. Разрушающий эффект ударных волн усиливается взаимодействием абразивных частиц с поверхностью материала. Возникающая за фронтом ударной волны фаза разряжения вызывает образование многочисленных кавитационных пузырьков, которые, схлопываясь, оказывают основное диспергирующее действие на структуру загрязняющих примесей и активирующее воздействие на поверхность твердого материала. Гидравлический удар возникает в каждом периоде низкочастотных ко- лебаний и эффект его мощного диспергирующего и активирующего действия усиливается колебаниями жидкофазной среды, при которых частицы отбрасыBcUOTCH друг от друга, при этом с их поверхности смываются разбитые гидроударом окисные пленки, переходят в раствор жировые пленки, а также илистые, глинистые и пылевидные частицы. С целью разделения и удаления загрязнений из области обработки материала в рабочий объем короткими импульсами вводят мелкодиспергированные пузырьки воздуха. Эффект очистки (оттирки) повврхностей .частиц значительно усиливается при введении в объем жидкофазной среды мелкодисперсного абразивного материала, который, вовлекаясь в колебательное движение с высокой, по сравнению с крупным обрабатываемым материалом, колебательной скоростью, особенно в мом.ент ударных волн, механически сдирает с его поверхности наиболее прочно с ним свя эанные окисные пленки,

Кавитационные пузырьки, вызываемые ударной волной,- возникают не только в объеме жидкофазной среды, но и на поверхности, а также в трещинах, порах и капиллярах, днепергируемого материалаФ Возникающие с частотой ударных волн, схлопываясь в последующих фазах гидравлического удара, Кавитационные пузырьки вызывают разрушение пленок, их вынос, очистку поверхности, полное раскрытие трещин, пор и капилляров, За счет образования дополнительных поверхностей при диспергировании материалов обеспечивается эффективная и всесторонняя активация твердых материалов.

В случае промывки, диспергирования и активации материалов, используемых в качестве наполнителей при производстве сверхпрочного бетона и полимербетона, особое значение приобретает важная особенность предложенного способа, заключающаяся в том, что за счет ударных волн при диспергировании прежде всего происходит разрушение ослабленных зерен и кусков в зонах их минимальной про ности. Диспергирование протекает до такого уровня, при котором прочность всех вновь образованных зерен частиц и кусков становится одинаковой, т.е. обеспечивается однородность физико-механических свойств наполнителя. Совокупность воздействия ударных волн и вызванной ими кавцтации жидкости обеспечивает высокую степень очистки и активации поверхности, что повышает адгезионные свойства материала-, и прочность бетонов.

Переходящие в раствор с поверхности материала разрушенные пленки, а также илистые, глинистые и пылевидные частицы и удерживаемые от оседания низкочастотными акустическими колебаниями сбрасываштся с частью жидкости через патрубок 10 Материал же выводится из корпуса 1 посредством разгрузочного приспособления 3, обезвоживается и направляется для производства соответствующих изделий.

Пример. Максимальная колебательная скорость в частотном диапазоне 12-20 Гц при негармоническом характере колебаний мембран теоретически составляет 2,5-8 м/с. При дос тигнутой скорости дивжения армированной мембраны 5 м/с и вынуждлющем усилии с величиной удельного давления 0,8 кгс/см получект ампли туду ударных волн гидравлического удара 16-120 кгс/см.

Обработке подвергают щебень из гранитной крошки фракции 10-20 WM, используемый в качестве наполнителя при производстве бетонов. В устройстве материал подают через эгдгрузочное приспособление с известной чисходной загрязненностью 8,:. 3), и наличием трудно промывистых примесей. Со стороны разгрузочного устройства противотоком подают воду при соотношении жидкой фазы к твердой 1,5:1, Колебательные движения армированной мембраны вызывают модулированным потоком сжато го воздуха с давлением 0,8 кгс/см : При этом амплитуду колебаний верхней мембраны устанавливают 0,75 от амплитуды армированной мембраны, т.е. при каждом движении верхней мембраны вверх, в момент максимальной скорости она ударяла по ограничивающему элементу упора.

При обработке материала в указанном режиме через 20 с в течение 5 с посредством дополнительного патрубка разгрузочного приспособления через рабочий объем устройства пропускают мелкодиспергированные пузырьки воздуха, которые всплывая обеспечивают вынос отделенных загрязнений в зоне.обесшламливания. Через несколько циклов указанной очистки материал поступает в разгрузочное устройство/ где споласкивается протюэотоком чистой воды и выводится. Загрягзненная вода, поступая противотоком, сливается через загрузочно приспособление переливом.

Для усиления эффекта диспергирования примесей и очистки поверхности материала в зону обработки чере.з загрузочное устройство в качестве абразивного материала подается песок в соотношении со щебнем 1:2, который также очищается от глинистых примесей, выводится вместе со щебнем через разгрузочное устройство и вместе направляется для приготовлния бетона.

Эффективность диспергирования загрязняющих примесей и промывки материала оценивается в соотношении с методикой ГОСТ 8269-64.

Промывка в механических классификаторах, сепараторах, барабанных мойках, вибрационных мойках, широко используемый способ перетирания глинитых примесей в корытных мойках, согласно прототипу обеспечивают неполную промыэку добываемого сырья от

содержания вредных примесей до 1-3% при условии исходной загрязненности , не превышающей 7-8% среднепромывистых глин: и совсем не обеспечивгиот очистку поверхности от окисных пленок очистка кварцевых песков и литейных смесей).

Предлагаемый способ промывки показал при опробировании возможность промывки материалов с содержанием до 15% труднопромывистых глин и других примесей, до 30% среднепромывистых загрязнений, при этом в выходном продукте в соответствии с методикой оценки по rotT 8269-64 загрязнений не обнаруживалось. Кроме того, повышение интенсивности процесса промывки и очистки поверхности материала обеспечивает сокрёицени расхода промывочной воды солее чем в 5 раз, экономию электроэнергии в 3 рада и сокращение времени обработки материала до 30-40 С.