СПОСОБ МАГНИТНО-ЦИКЛОННОЙ ПНЕВМАТИЧЕСКОЙ СЕПАРАЦИИ
METHOD OF MAGNETIC CYCLONE PNEUMATIC SEPARATION

Изобретение относится к способам, которые реализуют роботу обогатительного оборудования, предназначенного для переработки техногенно образованного магнитовосприимчивого сырья, гранулометрический состав которого представлен мелкими, мелкодисперсными и пылевидными фракциями. Способ предназначен для обогащения преимущественно золы-уноса полученной в результате работы тепловых электростанций, которая представляет собой поликомпонентное сырье из несвязанных частиц, имеющих различную плотность и гранулометрический состав.
Способ реализует возможность первичного обогащения исходного сырья путем разделения его по фракционному составу, плотности и магнитной восприимчивости частиц полезного компонента.
Известен способ обогащения магнитовосприимчивого сырья, который предусматривает его подачу на поверхность магнитного барабанного сепаратора. В результате взаимодействия исходного сырья с магнитной системой сепаратора получают два продукта: один из которых представлен концентратом - магнитовосприимчивыми частицами, а другой - хвостами обогащения - минеральными немагнитовосприимчивыми и слабо-магнитовосприимчивыми частицами. Разделение магнитовосприимчивых частиц основывается на том, что они притягиваются к поверхности барабана и удерживаются на ней до тех пор, пока он, вращаясь, не выведет эти частицы за зону воздействия магнитной системы. За зоной воздействия магнитной системы магнитовосприичивые частицы отделяются от поверхности барабана и в качестве обогащенного продукта поступают для дальнейшей переработки (В.В. Кармазин, В.И. Кармазин "Магнитные электрические и специальные методы обогащения полезных ископаемых", Москва, Издательство Московского горного университета, 2005 г. с 490-497).
Немагнитовоспримчивая часть исходного сырья не взаимодействует с магнитной системой сепаратора и, не задерживаясь, поступает на транспортирующий тракт для следующего складирования в хвостохранилище или отвале.
Недостатком известного способа является низкое качество обогащения золы уноса, представленной, как правило, сложным гранулометрическим составом. Фракционный состав золы-уноса определяет флокуляцию частиц при воздействии на них магнитной системы. Это приводит к тому, что магнитовосприимчивые частицы втягивают минеральные частицы в образованные флокулы и удерживают их, засоряя обогащенный продукт. Кроме того, магнитовосприимчивые частицы золы уносу, имея малый магнитный градиент, очень чувствительны к расстоянию, на котором они находятся относительно полюсов магнитной системы. Поэтому формирование плотного и высокого слоя исходного сырья приводит к неминуемым потерям полезного компонента с хвостами обогатительного процесса.
Применительно к золе уноса тепловых электростанций, известный способ характеризуется низкими технико-экономическими показателями, вызванными низкой избирательной способностью применяемых барабанных магнитных сепараторов.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ магнитно-циклонной пневматической сепарации. Способ включает образование аэросмеси исходного материала, содержащего магнитовосприимчивые частицы, предание аэросмеси центробежного ускорения со спиралевидным нисходящим перемещением, ограниченным цилиндрическим телом в виде циклона, который имеет вертикальный выхлопной патрубок расположенный коаксиально, который одной торцевой частью размещенным внутри корпуса циклона в зоне разделения компонентов аэросмеси, а верхней торцевой частью расположенным с внешней стороны циклона, выделение в зоне разделения циклона с аэросмеси пылевидных частиц и удаление их восходящим воздушным потоком через выхлопной патрубок, воздействие магнитным полем на аэросмесь в зоне разделения и формирование двух потоков: один из которых представлен концентратом из магнитовосприимчивых частиц, а другой - хвостами обогащения (Патент Украины на полезную модель №33604, опубл. 25.06.2008 г. Бюл. 12, 2008 г.).
Известный способ позволяет получить три продукта обогащения, которые имеют различный гранулометрический состав, плотность и магнитную восприимчивость. Реализация способа обеспечивается за счет придания центробежного ускорения аэросмеси исходного сырья и воздействия на нее в зоне разделения пневмодинамической, магнитной и гравитационной составляющих. В зоне разделения сформированный восходящий воздушный поток обеспечивает удаление мелких и пылевидных частиц, скорость витания которых менее скорости восходящего потока. Более плотные и большие частицы удаляются в нижней части циклонной установки и используются для следующей переработки или складирования. Отделение полезного магнитовосприимчивого компонента достигается за счет его взаимодействия с магнитными системами, расположенными близ разгрузочных щелей. Проходя мимо разгрузочных щелей, магнитовосприимчивые частицы извлекают магнитными системами из потока, перемещают в приемный бункер или транспортирующий тракт для следующей переработки или складирования.
Недостатком известного способа является то, что для его реализации необходим отвод магнитовосприимчивых частиц с помощью магнитной системы в специальные разгрузочные щели за границы корпуса циклона. Это определяет низкие сепарационные характеристики способа, которые обусловлены порядком отбора магнитовосприимчивых частиц из потока, который движется со значительным угловым перемещением и центробежным ускорением вдоль корпуса сепаратора.
Извлечение сырья с помощью магнитной системы расположенной в непосредственной близости от разгрузочных щелей, определяет необходимость изменения вектора направления движения магнитовосприимчивых частиц в потоке под воздействием магнитного поля. Применительно к известному способу, изменение вектора движения частиц достигает величины 40-90°, что отрицательно сказывается на технико-экономических показателях обогатительного процесса.
При реализации известного способа большую роль в повышении качественных показателей извлечения сырья играет структура, плотность и скорость потока, которые должны быть постоянно увязаны с параметрами разгрузочных щелей и конструктивными особенностями магнитной системы.
Жесткая взаимосвязь между технологическими и конструктивными параметрами определяет сложность реализации обогатительного процесса при изменении физико-механических параметров исходного сырья даже в незначительном диапазоне.
Как показывают результаты исследований, увеличение толщины потока сырья, который движется внутри циклона, не только приводит к необходимости изменения геометрических параметров магнитной системы, но и увеличивает засоренность обогащенного продукта за счет того, что в общем потоке магнитовосприимчивых частиц под действием магнитного поля захватываются минеральные частицы, которые не содержат полезный компонент. Увеличение градиента магнитной системы усиливает флокуляцию магнитовосприимчивых частиц, которые в свою очередь захватывают во флокулы частицы, которые несодержат полезный компонент.
Уменьшение скорости центробежного потока позволяет в какой-то мере улучшить качество концентрата, но в то же время приводит к потерям полезного компонента с хвостами обогатительного процесса.
Кроме того, при высокой плотности и толщине потока обогащаемого сырья, которое двигается со значительной скоростью, магнитная система не в состоянии качественно извлекать магнитовосприимчивые частицы через разгрузочные щели в корпусе сепаратора.
Важным недостатком известного способа является то, что восходящий поток воздуха, который подается со стороны нижней части циклона, направлен под острым углом к нисходящему потоку аэросмеси исходного сырья. Это увеличивает аэродинамическое сопротивление потока, не обеспечивает обдува больших и плотных частиц и, соответственно, отделение пылевидных частиц со следующим их вынесением восходящим потоком в выхлопной патрубок. Высокое аэродинамическое сопротивление потока определяет возникновение фронтальных завихрений, которые нарушают структуру нисходящего потока, и ухудшает условия для эффективного удаления пылевидной фракции.
Задачей изобретения является усовершенствование способа магнитно-циклонной пневматической сепарации за счет формирования нисходящего потока аэросмеси исходного сырья, которому придают центробежное ускорение со следующим отделением пылевидной фракции восходящим воздушным потоком и, соответственно, нисходящем отделении магнитовосприимчивого продукта без изменения вектора его основного направления. Отделение магнитовосприимчивого продукта обеспечивается за счет дискретного воздействия на него постоянных магнитных полей, которые поочередно последовательно перемещаются вдоль зоны разделения аэросмеси на концентрат и хвосты обогащения.
Реализация изобретения обеспечивает высокую эффективность обогащения сырья, представленного мелкими, мелкодисперсными и пылевидными частицами с магнитовосприимчивым полезным компонентом.
Способ позволяет эффективно перерабатывать золы уноса тепловых электростанций, обеспечивая возможность варьирования параметрами технологического процесса обогащения с учетом физико-механических свойств исходного сырья. При этом, независимо от качественных показателей обогащаемой аэросмеси, достигается минимизация потерь полезного компонента вместе удаляемыми пылевидными частицами и хвостами обогащения.
Заявленный процесс обогащения техногенного сырья, представленного золами уноса тепловых электростанций, позволяет улучшить технико-экономические показатели извлечения магнитовосприимчивого продукта и получение качественного металлургического концентрата. Сопутствующие продукты, полученные при реализации способа - хвосты обогащения и пыль могут с успехом, использоваться в строительной и химической промышленностях.
Поставленная задача решается за счет того, что способ магнитно-циклонной пневматической сепарации включает образование аэросмеси исходного материала, который содержит магнитовосприимчивый частицы. Аэросмеси придают центробежное ускорение со спиралевидным нисходящим перемещением, ограниченным цилиндрическим телом в виде циклона, который имеет вертикальный выхлопной патрубок, расположенный коаксиально. Выхлопной патрубок одной торцевой частью размещают внутри корпуса циклона в зоне разделения компонентов аэросмеси. Верхнюю торцевую часть выхлопного патрубка располагают с внешней стороны циклона. В зоне разделения циклона выделяют из аэросмеси пылевидные частицы и удаляют их восходящим воздушным потоком через выхлопной патрубок. На аэросмесь в зоне разделения воздействуют магнитным полем и формируют два потока: один из которых представлен концентратом из магнитовосприимчивых частиц, а другой - хвостами обогащения.
Согласно изобретению, зону разделения циклона выполняют в виде диффузорного и конфузорного элементов сомкнутых между собой, боковые поверхности которых выполняют вогнутыми. Проекция боковой поверхности диффузорного и конфузорного элементов имеет общий радиус. Поток аэросмеси в зоне разделения подвергают воздействию постоянных магнитных полей, которые дискретно поочередно перемещают вдоль боковой поверхности диффузорного и конфузорного элементов зоны разделения. Под влиянием магнитных полей магнитовосприимчивые частицы перемещают вдоль внутренней поверхности диффузорного и конфузорного элементов зоны разделения и удаляют для складирования. Немагнитовосприимчивые частицы аэросмеси в зоне перехода диффузорной части в конфузорную перемещают в осевое пространство циклона и под действием сил гравитации перемещают на транспортирующий тракт для складирования. Аэросмесь в зоне разделения подвергают воздействию восходящего воздушного потока и выделяют из нее пылевидные частицы, которые направляют в выхлопной патрубок циклона.
Для предупреждения потерь магнитовосприимчивого компонента с хвостами сепарационного процесса, в зоне разделения на границе диффузорной и конфузорной части, поток магнитовосприимчивых частиц - концентрат, перемещают через кольцевое барьерное препятствие в виде манжеты, образующую поверхность которой ориентируют под углом к вертикальной плоскости.
Для повышения сепарационных характеристик устройства и повышения качественных показателей извлечения магнитовосприимчивого компонента, аэросмесь в зоне разделения подвергают воздействию постоянных магнитных полей, которые дискретно поочередно перемещают вниз вдоль боковой поверхности диффузорного и конфузорного элементов зоны разделения под углом к вертикальной плоскости.
Способ магнитно-циклонной пневматической сепарации реализуется следующим образом.
Для реализации способа в качестве технологического оборудования используется разделительный аппарат циклонного типа, который обеспечивает придание исходному потоку центробежного ускорения, за счет которого происходит сегрегация сырья по плотности и крупности.
Конструктивные параметры циклонного аппарата должны обеспечивать заданную производительность переработки исходного техногенного сырья, преимущественно золы уноса, которое образуется в результате работы тепловых электростанций.
Зола уноса представляет собой сыпучую несвязанную минеральную поликомпонентную массу, представленную мелкими, мелкодисперсными и пылевидными частицами, которая содержит магнитовосприимчивые частицы.
Исходное сырье с помощью, например, эжекторной установки превращают до состояния аэросмеси с заданной плотностью потока и объемного соотношения твердой и газообразной фаз. Образованную аэросмесь транспортируют по технологическому трубопроводу, сечение которого зависит от производительности перерабатывающего агрегата. Аэросмесь поступает в циклонную установку по тангенциально закрепленному патрубку и приобретает центробежное ускорение, вектор направления, движения которого направлен вниз под воздействием гравитационной составляющей. Двигаясь по спирали в нисходящем направлении, аэросмесь поступает в зону разделения циклонного аппарата. В этой зоне разделения размещена нижняя торцевая часть выхлопного патрубка, который коаксиально закреплен относительно корпуса циклонного аппарата.
Параметры зоны деления взаимозависимы с параметрами диффузорной части циклонного аппарата, которая определяет характер разряжения возникающего за счет потока аэросмеси. Зона разряжения над потоком аэросмеси обеспечивает извлечение из нее пылевидных частиц, которые во взвешенном состоянии над потоком аэросмеси увлекаются в устье торцевой части выхлопного патрубка, установленного коаксиально относительно корпуса циклона.
Заявленный способ реализуется при выполнении зоны разделения аппарата циклонного типа в виде диффузорного и конфузорного элементов сомкнутых между собой. Конфузорные и диффузорные элементы позволяют создать дифференцированное изменение давления воздуха внутри замкнутого пространства обогатительного аппарата. При таком выполнении зоны разделения, при входе из нее потока аэросмеси создаются благоприятные условия для отделения пылевидной фракции, а также усиление процесса сегрегации компонентов аэросмеси.
Конфузорная часть зоны деления позволяет минимизировать смешивание сформированных нисходящих потоков, один из которых представляет собой хвосты обогащения, а другой - концентрат с магнитовосприимчивыми частицами.
После отделения пылевидных частиц в зоне разделения происходит ярко выраженное формирование технологических потоков.
Одним из технологических потоков являются хвосты обогащения которые удаляются при поступлении их в устье (горловину) между диффузорной и конфузорной частями зоны разделения. Под действием центробежных сил и гравитационной составляющей поток минеральных частиц, составляющих хвосты обогащения поступают в осевую нижнюю часть циклонного аппарата. Для сбора хвостов обогащения осевая часть циклонного аппарата может быть снабжена приемным устройством способным или накапливать продукт, или перегружать его на транспортное средство для следующего складирования.
Извлечение магнитовосприимчивых частиц аэросмеси осуществляют по мере перемещения потока вдоль поверхности диффузорной и конфузорной частей зоны разделения. Это достигается за счет того, что боковые поверхности этих частей выполняют вогнутыми, причем проекция боковой поверхности диффузорного и конфузорного элементов имеет общий радиус.
Это позволяет технологически эффективно подвергать поток аэросмеси в зоне разделения воздействием постоянных магнитных полей высокоградиентных постоянных магнитов. Эти магниты дискретно поочередно по кругу, ограниченному радиусом кривизны боковой поверхности диффузорного и конфузорного элементов, перемещают вдоль боковой поверхности диффузорного и конфузорного элементов зоны разделения. Для этого постоянные магниты могут быть размещены на вращающемся барабане, который имеет привод, обеспечивающий его равномерное движение с заданной угловой скоростью.
Под влиянием магнитных полей движущихся постоянных магнитов, магнитовосприимчивые частицы перемещают вдоль внутренней поверхности диффузорного и конфузорного элементов зоны разделения и удаляют для последующей переработки и получения товарного металлосодержащего концентрата. Несмотря на значительное разряжение в зоне разделения из-за высокой быстротечности процесса обогащения аэросмеси, часть пылевидной фракции может оставаться в общем потоке. Для ее удаления аэросмесь в зоне разделения подвергают воздействию восходящего воздушного потока, который взаимодействуя с нисходящим потоком аэросмеси, выделяет из нее пылевидные частицы, которые перемещаются к нижнему устью выхлопного патрубка циклона, выводят за границы аппарата и осаждаются в пылеосадительной установке.
Дискретное воздействие магнитного поля обеспечивает высокоэффективное перемещение магнитовосприимчивых частиц вдоль зоны разделения. Однако, несмотря на то, что между магнитами расстояние может быть сведено до минимума, может наблюдаться определенная пульсация потока магнитовосприимчивых частиц. Эта пульсация может привести к тому, что незначительная часть магнитовосприимчивых частиц попадет в поток хвостов обогащения и приведет к неминуемым потерям, которые снижают технико-экономические показатели обогатительного процесса. Для предотвращения этого, в зоне разделения на границе ее диффузорной и конфузорной части (в горловине частей зоны разделения), поток магнитовосприимчивых частиц - концентрат, перемещают через кольцевое барьерное препятствие в виде манжеты, образующую поверхности которой ориентируют под углом к вертикальной плоскости. Такое применение барьерного препятствия позволяет предотвратить обратное перемещение магнитовосприимчивых частиц и, соответственно, увлечение их потоком хвостов обогащения.
Поток аэросмеси перемещается в нисходящем порядке по спирали, которая имеет определенный угол наклона. Выполненные исследования показали, что повысить сепарационные характеристики процесса и повышение качественных показателей извлечения магнитовосприимчивого компонента можно в том случае, если аэросмесь в зоне разделения подвергать воздействию постоянных магнитных полей, плоскость перемещения которых наклонена под углом к вертикальной плоскости. При этом угол наклона плоскости перемещения постоянных магнитных полей соответствует наклону образующей спирали перемещающегося центробежного потока.
Выполненные исследования и опытно-промышленные испытания заявленного способа показали его высокую технологическую эффективность и рентабельность при обогащении техногенного сырья представленной золой уноса тепловых электростанций.