СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ СЫПУЧЕГО МАТЕРИАЛА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF SEPARATING LOOSE MATERIAL AND DEVICE TO THIS END

Изобретение относится к технологии разделения сыпучих материалов с помощью воздушных потоков, а точнее касается способа разделения сыпучего материала и устройства для осуществления этого способа.
Изобретение найдет применение, в частности, в горнорудной промышленности при разделении полезного ископаемого и пустой породы, в строительной, в металлургической промышленности.
Известен способ воздушной сепарации тонкодисперсных сыпучих материалов по крупности частиц в восходящем потоке воздуха (RU, 2196012, МКИ В07В 4/02). В соответствии с этим способом на начальном этапе разделения материала формируют циркуляционную фракцию из частиц сепарируемого материала или, например, кварцевого песка крупностью более 1 мм. В вертикальной разделительной зоне создают разрежение воздуха. Образуют восходящий пульсирующий воздушный поток, который вводят в зону дезинтеграции со скоростью, равной скорости витания граничного зерна, по которому осуществляют разделение частиц материала по крупности заданного размера. Затем в среднюю часть зоны дезинтеграции совместно с циркуляционной фракцией подают сепарируемый материал, где его дезинтегрируют, разрушая агрегаты и аэрофлюкулы из тонких частиц под действием вибраций большей частоты и механического взаимодействия с частицами циркуляционной фракции. При этом тонкие частицы материала переносят в пульсирующем потоке в зону разделения, где осуществляют окончательное разделение частиц по крупности: мелкие частицы перемещают в потоке вверх в вертикальную разделительную зону и далее осаждают в зоне осаждения, а крупные частицы материала совместно с частицами циркуляционной фракции просеивают, отделяя крупную фракцию материала от частиц циркуляционной фракции.
Указанный способ позволяет осуществлять разделение сыпучего материала только по крупности частиц и не обеспечивает возможности разделять различные вещества, составляющие исходный материал, вне зависимости от размера их частиц, то есть разделять исходный сыпучий материал на вещества, имеющие различную плотность.
В качестве прототипа нами выбран способ и устройство для разделения сыпучих материалов по плотности, описанные в RU, 2117538, МКИ В07В 4/04, опубл. 1998.08.20.
В соответствии с указанным способом в вертикальной реакционной зоне, имеющей форму расширяющегося кверху конуса, формируют направленный вверх вращающийся воздушный поток, скорость которого в нижней части реакционной зоны превышает его скорость в верхней части реакционной зоны. Равномерно вводят сверху во вращающийся воздушный поток дозированную порцию предварительно обработанной породы, содержащей металл.
Направленным вверх вращающимся воздушным потоком обеспечивают условия для взвешенного состояния всех частиц сыпучего материала в реакционной зоне, после чего, в первую очередь, выводят из верхней части реакционной зоны наиболее легкие частицы введенной порции исходного материала. Более тяжелые частицы этой порции исходного материала при этом перемещают в нижнюю часть реакционной зоны и выводят из реакционной зоны. Указанный режим разделения поддерживают в течение 140 с.
Для перемещения в нижнюю часть реакционной зоны наиболее мелких частиц, имеющих высокую плотность, на 20 с трансформируют вращающийся воздушный поток в прямоточный воздушный поток с сохранением его скорости.
Далее, на 5 с резко увеличивают в 2-3 раза скорость прямоточного воздушного потока для продувки реакционной зоны и перемещения в нижнюю часть реакционной зоны оставшихся наиболее мелких частиц введенной порции исходного материала. После этого в реакционную камеру вводят новую порцию исходного материала и весь процесс повторяют.
Для осуществления указанного способа в патентной публикации RU, №2117538, С1 описано устройство, включающее камеру, выполненную в виде вертикальной расширяющейся кверху воронки. В верхней части камеры имеется бункер для исходного материала с механизмом для дозированной подачи материала в камеру. По краям верхней части корпуса камеры выполнены воздуховоды для вывода из камеры наиболее легких частиц исходного материала. В нижней части камеры имеется средство для формирования воздушного потока и подачи его в камеру с заданной скоростью, снабженное приспособлением, обеспечивающим вращение сформированного воздушного потока. Кроме того, в нижней части камеры также имеется контейнер-накопитель более тяжелых частиц исходного материала.
Поскольку описанный способ разделения основан на неодинаковом поведении частиц, находящихся под воздействием силы сопротивления воздуха, центробежной силы и силы тяжести, главным фактором, обуславливающим разделение, является различие скоростей витания исходных частиц в воздушном потоке. Однако скорость витания не является параметром, однозначно характеризующим то или иное вещество (в отличие от плотности вещества). Скорость витания является различной для частиц одного и того же вещества и зависит от размера частиц и их формы. Поэтому для обеспечения эффективности описанного способа необходимо подбирать исходную смесь, состоящую из одинаковых по размеру и форме частиц разделяемых материалов, что практически невыполнимо. Кроме того, для временного "подвешивания" частиц исходного материала нужен довольно мощный воздушный поток, в случае, если этим материалом является горная масса. Соответственно все составляющие части устройства для осуществления описанного способа должны иметь высокую толерантность соответствия, а также очень качественные и износоустойчивые уплотнения. Кроме этой технологической сложности известное устройство непременно должно содержать специальные дополнительные средства для очищения исходного воздуха от наиболее легких частиц введенной порции исходного материала и пыли.
Недостатком описанного технического решения является также то, что в процессе осуществления разделения исходной смеси ее качество и состав постоянно меняется, притом, что сила воздушного потока фиксирована и соответственно скорость воздушного потока либо переизбыточна либо недостаточна для приведения разделяемой смеси в состояние взвешенного равновесия, что негативно влияет на саму возможность разделения исходной сыпучей смеси и тем более на компоненты с различной плотностью.
В основу заявляемого изобретения положена задача путем дифференцирования скоростей падения частиц сыпучего материала создать такой способ и такое реализующее его устройство, которые обеспечили бы разделение сыпучего материала на вещества, имеющие различную плотность, при сокращении материалоемкости и металлоемкости оборудования.
Технический эффект, который может быть достигнут при использовании предлагаемого способа разделения сыпучего материала, содержащего разновеликие частицы с большей и с меньшей плотностью, и реализующего его устройства, заключается в возможности отделять одно вещество с большей плотностью от другого вещества с меньшей плотностью, вне зависимости от размера частиц этих веществ, в том числе разделять сыпучий материал с размерами частиц не более 6,0 мм, в условиях экономической эффективности процесса разделения.
Поставленная задача решается при создании способа разделения сыпучего материала, включающего формирование в вертикальной реакционной зоне нисходящей дозированной порции сыпучего материала, имеющего частицы разного размера и разной плотности, в условиях свободного падения его частиц, и формирование в названной реакционной зоне восходящего потока воздуха, которым воздействуют на частицы сыпучего материала, в котором согласно изобретению в качестве восходящего потока воздуха используют, по существу, прямоточный поток воздуха и под его действием уменьшают скорости падения частиц меньшего размера меньшей плотности и сближают скорости падения частиц большего размера меньшей плотности и частиц меньшего размера большей плотности, при этом на пути падения частиц создают статическое сопротивление их свободному падению, посредством которого уменьшают скорость падения частиц большего размера меньшей плотности и сближают скорости падения частиц большего размера большей плотности и меньшего размера большей плотности, после чего из частиц, последовательно достигающих нижнюю часть реакционной зоны, формируют сначала слой из мелких и крупных частиц большей плотности, затем слой из мелких и крупных частиц меньшей плотности.
Технический результат, достигаемый благодаря заявляемому изобретению, состоит в реализации возможности надежно отделять компоненты сыпучего материала, имеющие большую плотность от компонентов с меньшей плотностью вне зависимости от размера частиц компонента, в том числе разделять сыпучий материал с размерами частиц не более 6,0 мм.
Согласно изобретению полезно в качестве сыпучего материала использовать смесь каменного угля и пустой породы с крупностью частиц от не более 6,0 мм, при этом использовать восходящий поток воздуха, имеющий скорость не более 15,0 м/с, что позволяет дифференцировать скорости падения частиц меньшего размера меньшей плотности, частиц большего размера меньшей плотности и частиц меньшего размера большей плотности и обеспечить более точное разделение сыпучего материала по плотности его компонентов.
Вариант выполнения заявляемого изобретения состоит в том, что воздействуют восходящим потоком воздуха на частицы сыпучего материала до создания статического сопротивления их свободному падению.
Другой вариант выполнения заявляемого изобретения состоит в том, что воздействуют восходящим потоком воздуха на частицы сыпучего материала после создания статического сопротивления их свободному падению.
Еще один вариант выполнения заявляемого изобретения состоит в том, что после создания статического сопротивления свободному падению частиц сыпучего материала дополнительно воздействуют на частицы восходящим потоком воздуха.
Поставленная задача также решена созданием устройства для разделения сыпучего материала, содержащего частицы разного размера и разной плотности, включающего вертикальную камеру, имеющую в верхней части средство для подачи сыпучего материала, снабженного дозатором, средство для подачи восходящего потока воздуха и средство для накопления продукта разделения, выполненное в донной части камеры, в котором согласно изобретению камера выполнена в форме длинномерного цилиндра и имеет по меньшей мере одну горизонтальную перфорированную перегородку, диаметр перфораций которой превышает на около 20% поперечное сечение наибольшей частицы сыпучего материала, а в верхней части камеры имеется патрубок для отвода воздуха, при этом средство для накопления продукта разделения содержит по меньшей мере две емкости, установленные одна над другой с возможностью автономного перемещения одна относительно другой.
Благодаря заявляемому изобретению стало возможно разделять исходный сыпучий материал на компонент, имеющий большую плотность, и на компонент с меньшей плотностью вне зависимости от размера частиц каждого компонента, в том числе разделять сыпучий материал с размерами частиц не более 6,0 мм.
Дальнейшие цели и преимущества заявляемого изобретения станут ясны из последующего подробного описания способа разделения сыпучего материала, реализующего этот способ устройства, и чертежей, на которых
фиг.1 схематично изображает процесс разделения сыпучего материала согласно изобретению;
фиг.2 схематично изображает устройство для разделения сыпучего материала согласно изобретению, первый вариант;
фиг.2 схематично изображает устройство для разделения сыпучего материала согласно изобретению, второй вариант.
Заявляемый способ разделения в основном касается разделения сыпучих материалов, размер частиц которых не превышает 13 мм, преимущественно заявляемый способ направлен на выделение каменного угля из природной смеси каменного угля и пустой породы, в которой крупность частиц того и другого компонента составляет не более 6,0 мм. Как известно, каменный уголь имеет плотность порядка 1400 кг/куб.м, а пустая порода имеет плотность порядка 1800 кг/куб.м. Ввиду того, что в исходной природной смеси размер частиц не указывает на принадлежность частицы к углю либо к пустой породе, то есть размеры частиц каменного угля могут совпадать с размерами частиц пустой породы, выделение каменного угля возможно путем разделения исходной сыпучей смеси по плотности каждого компонента.
В соответствии с заявляемым способом в вертикальной реакционной зоне формируют этап «а» (фиг.1) - дозированную порцию сыпучего материала, имеющего, как указано выше, частицы разного размера и разной плотности. Обеспечивают нисходящее движение сыпучего материала в условиях свободного падения его частиц. Одновременно формируют в названной реакционной зоне восходящий прямоточный поток воздуха и воздействуют этим потоком на частицы сыпучего материала.
Согласно изобретению найдено, что при использовании в качестве сыпучего материала смеси каменного угля и пустой породы с крупностью частиц не более 6,0 мм скорость восходящего потока воздуха должна составлять величину, выбранную в диапазоне от около 3,0 до около 15,0 м/с.
Благодаря выполнению этого условия под действием восходящего прямоточного потока воздуха в реакционной зоне обеспечивают такую силу сопротивления частицам сыпучего материала, которая позволяет уменьшить скорости падения частиц 1 меньшего размера меньшей плотности (например, мелких частиц угля), которые имеют низкий показатель скорости витания.
Кроме того, благодаря выполнению этого условия под действием восходящего прямоточного потока воздуха в реакционной зоне обеспечивают такую силу сопротивления частицам сыпучего материала, которая позволяет сблизить скорости падения частиц 2 большего размера меньшей плотности (например, более крупных частиц угля) и частиц 3 меньшего размера большей плотности (например, мелких частиц пустой породы), которые имеют близкие показатели скоростей витания, и выравнить положение частиц 2 и частиц 3 в пространстве области «б» реакционной зоны.
Таким образом под действием восходящего прямоточного потока воздуха в реакционной зоне в целом обеспечивают разделение сыпучего материала по показателю скорости витания его компонентов.
Наибольшее уменьшение скорости падения касается частиц 1.
Необходимо отметить, что восходящий прямоточный поток воздуха практически не влияет на скорость падения частиц 4 большего размера и большей плотности (например, более крупных частиц пустой породы), которые в своем падении опережают все другие частицы.
Таким образом под действием сопротивления восходящего прямоточного потока воздуха происходит этап «б»: дифференцирование скоростей падения частиц 1, частиц 2, частиц 3 и частиц 4; разделение в реакционной зоне частиц сыпучего материала в зависимости от присущих им скоростей витания и формирование в реакционной зоне трех условных областей разделения исходного материала: область мелких меньшей плотности частиц 1 - максимальное замедление; область крупных меньшей плотности частиц 2 и мелких большей плотности частиц 3 - среднее замедление; области крупных большей плотности частиц 4 - минимальное замедление.
На фиг.1 в области I показано положение в реакционной зоне частиц 1, частиц 2, частиц 3 и частиц 4 после воздействия на них восходящего прямоточного потока воздуха.
Далее, согласно заявляемому способу в реакционной зоне на пути падения частиц 1, 2, 3 и 4 создают этап «в»: статическое сопротивление их свободному падению, посредством которого уменьшают скорость падения частиц большего размера меньшей плотности и сближают скорости падения частиц большего размера большей плотности и меньшего размера большей плотности.
Иными словами, статическое сопротивление является препятствием нисходящим частицам, притом тем более эффективным, чем больше размер частицы. Кроме того, статическое сопротивление обеспечивает в пространстве реакционной зоны разделение крупных меньшей плотности частиц 2 и мелких большей плотности частиц 3, не разделенных ранее под действием сопротивления восходящего прямоточного потока воздуха ввиду близких значений скоростей их витания.
На фиг.1 в области II показано положение в реакционной зоне частиц 1, частиц 2, частиц 3 и частиц 4 после создания статического сопротивления их свободному падению.
Согласно заявляемому изобретение возможно воздействовать восходящим потоком воздуха на частицы сыпучего материала до или после создания статического сопротивления их свободному падению. Также заявляемое изобретение предусматривает возможность дополнительного второго воздействия восходящим потоком воздуха на частицы после первого воздействия восходящим потоком воздуха на частицы сыпучего материала и последовательного создания статического сопротивления свободному падению частиц сыпучего материала.
Далее, согласно заявляемому способу в реакционной зоне из частиц, последовательно достигающих нижнюю часть реакционной зоны, формируют сначала слой из крупных частиц большей плотности и мелких частиц большей плотности, затем слой из крупных частиц меньшей плотности и мелких частиц меньшей плотности.
Впоследствии из полученного слоистого продукта механически извлекают желаемый компонент исходной смеси нужной плотности.
Таким образом, благодаря заявляемому изобретению стало возможно надежно разделять по плотности компоненты сыпучего материала вне зависимости от размера частиц компонента, в том числе разделять природную смесь каменного угля и пустой породы, в которой крупность частиц того и другого компонента составляет не более 6,0 мм, то есть извлекать уголь из ранее не утилизируемых пылевидных отходов горнорудной промышленности, образующихся при разделении крупнокускового угля и пустой породы.
Заявляемый способ разделения сыпучего материала, содержащего частицы разного размера и разной плотности, может быть реализован, например, с помощью устройства, представленного на сопроводительных чертежах. Это устройство включает в себя вертикально ориентированный длинномерный корпус 5 (фиг.2), имеющий вертикальную камеру 6. В верхней части камеры 6 выполнено средство 7 для подачи сыпучего материала, снабженное дозатором 8. В качестве средства для подачи сыпучего материала может быть использовано любое известное приспособление для дозированной подачи сыпучего материала.
В нижней части камеры 6 выполнено средство 9 для подачи восходящего потока воздуха. В качестве средства для подачи восходящего потока воздуха может быть использовано любое известное приспособление для принудительной подачи воздуха.
Согласно заявляемому изобретению в камере 6 имеется по меньшей мере одна горизонтальная перфорированная перегородка 10, установленная, как показано на фиг.2, ниже средства 9 для подачи восходящего потока воздуха. Согласно изобретению горизонтальная перфорированная перегородка 10 может быть установлена выше средства 9 для подачи восходящего потока воздуха, как показано на фиг.3.
Согласно изобретению диаметр каждой перфорации перегородки 10 превышает на около 20% поперечное сечение наибольшей частицы сыпучего материала.
В верхней части камеры 6 имеется патрубок 11 для отвода воздуха. Кроме того в нижней части камеры 6 в ее донной части имеется средство 12 для накопления продукта разделения.
Средство 12 для накопления продукта разделения содержит по меньшей мере две емкости 13 и 14, установленные одна над другой с возможностью автономного перемещения одна относительно другой.
Благодаря заявляемому изобретению стало возможно разделять исходный сыпучий материал на компонент, имеющий большую плотность и на компонент с меньшей плотностью вне зависимости от размера частиц каждого компонента.
Способ разделения сыпучего материала, содержащего частицы разного размера и разной плотности, реализуется с помощью заявляемого устройства следующим образом.
В дозатор 8 камеры 6 вводят исходный сыпучий материал, содержащий частицы 1 (фиг.1) меньшего размера меньшей плотности (например, мелкие частицы угля), частицы 2 большего размера меньшей плотности (например, более крупные частицы угля), частицы 3 меньшего размера большей плотности (например, мелкие частицы пустой породы) и частицы 4 большего размера и большей плотности (например, более крупные частицы пустой породы). Дозированную порцию названного сыпучего материала через средство 7 (фиг.2) вводят в вертикальную камеру 6 и обеспечивают свободное падение частиц материала. Одновременно через средство 9 в камеру 6 вводят восходящий прямоточный поток воздуха.
При этом в верхней части камеры 6 уменьшают скорости падения частиц 1 (фиг.1) частиц 2 и частиц 3.
При этом осуществляют наибольшее уменьшение скорости падения частиц 1 и сближают скорости падения частиц 2 и частиц 3.
Восходящий прямоточный поток воздуха практически не влияет на скорость падения частиц 4 и они в своем падении опережают все другие частицы.
Таким образом под действием сопротивления восходящего прямоточного потока воздуха происходит дифференцирование скоростей падения частиц 1, частиц 2, частиц 3 и частиц 4; разделение в реакционной зоне частиц сыпучего материала в зависимости от присущих им скоростей витания и формирование в реакционной зоне трех условных областей разделения исходного материала: область мелких меньшей плотности частиц 1 - максимальное замедление; область крупных меньшей плотности частиц 2 и мелких большей плотности частиц 3 - среднее замедление; области крупных большей плотности частиц 4 - минимальное замедление.
Восходящий прямоточный поток воздуха выводят из камеры 6 через патрубок 11 (фиг.2) для отвода воздуха.
Далее на пути своего падения частицы 1 (фиг.1), 2, 3 и 4 сыпучего материала, имеющие достигнутую дифференцированную скорость свободного падения, преодолевают горизонтальную перфорированную перегородку 10 (фиг.2). При этом уменьшают скорость падения частиц 2 (фиг.1) и сближают скорости падения частиц 4 и частиц 3.
Частицы сыпучего материала, последовательно достигающие донную часть камеры 6 (фиг.2), попадают в средство 12 для накопления продукта разделения. При этом в емкость 13 попадают частицы 3 (фиг.1) и частицы 4 и формируют слой из крупных частиц большей плотности и мелких частиц большей плотности, далее в емкости 14 (фиг.2) накапливают частицы 1 (фиг.1) и частицы 2 и формируют слой из крупных частиц меньшей плотности и мелких частиц меньшей плотности. Для отделения компонента, состоящего из частиц меньшей плотности, осуществляют горизонтальное перемещение емкости 14 (фиг.2).
Таким образом заявляемый способ разделения сыпучего материала и реализующее его устройство обеспечивают возможность разделять и отделять одно вещество с большей плотностью от другого вещества с меньшей плотностью, вне зависимости от размера частиц этих веществ, в условиях экономической эффективности процесса разделения, так как позволяет разделять природную смесь каменного угля и пустой породы, в которой крупность частиц того и другого компонента составляет не более 6,0 мм, то есть извлекать уголь из ранее не утилизируемых пылевидных отходов горнорудной промышленности, образующихся при разделении крупнокускового угля и пустой породы.