УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЕПАРАЦИИ ЧАСТИЦ ИЗ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для сепарации частиц сыпучих материалов, различающихся между собой по плотности, а также по коэффициенту восстановления и коэффициенту трения скольжения в паре с материалом некой поверхности, и может быть использовано в металлургической, обогатительной, строительной и других смежных отраслях промышленности.
Наиболее близким аналогом является устройство для сепарации частиц из сыпучих материалов различной плотности, включающее в себя устройство для загрузки и подачи частиц, содержащей камеру в виде разгоночной трубы с нагнетателем воздушной среды в виде пневмонагнетателя для создания непересекающихся траекторий полета частиц различной плотности и устройства для загрузки частиц, встроенного в камеру, установленную на выходе из разгонной трубы разделительную камеру с поперечными перегородками, расположенными в нижней части разделительной камеры последовательно от выходного торца разгонной трубы. Система аспирации и бункерами с разгрузочными патрубками установлена между разделительными перегородками, виброотбойные плиты, установлены на отбойных поверхностях навстречу выходному торцу отбойной трубы, сопла направленного действия установлены на поперечных перегородках. Каждая отбойная плита установлена с возможностью регулирования высоты расположения на соответствующей поперечной перегородке, а сопла направленного действия установлены оппозитно соответствующим виброотбойным плитам (см. SU 1789307 А1, опубл.23.01.1993).
Недостатком наиболее близкого аналога является сложность конструкции и низкая эффективность процесса сепарации за счет выполнения узла классификации в виде нескольких одинаковых отбойных поверхностей в виде плит.
Задачей изобретения является повышение эффективности разделения частиц в зависимости от их физических свойств.
Задача решается тем, что устройство для сепарации частиц из сыпучих материалов включает устройство для загрузки и подачи частиц, нагнетатель воздушной среды для обеспечения полета частиц и возвращающую (отбойную) профилированную поверхность, при этом устройство для загрузки и подачи частиц выполнено в виде щелевой форсунки, обеспечивающей создание непересекающихся траекторий полета частиц, а возвращающая профилированная поверхность имеет профиль, подбираемый расчетным путем под определенный минералогический состав разделяемой смеси, и установлена с возможностью обеспечения отражения от нее, по меньшей мере, части летящих частиц под разными углами и с разными скоростями, в зависимости от физических свойств частиц.
Повышение эффективности процесса баллистической сепарации частиц происходит за счет дополнительного разделения траекторий движения частиц с различными свойствами, например, различающимися коэффициентами трения и скольжения в паре с материалом некой поверхности, которое достигается в результате удара и отскока частиц от возвращающей профилированной поверхности под различными углами и с различными скоростями, в зависимости от коэффициента восстановления и коэффициента трения скольжения пары «частица-поверхность». Особый эффект разделения достигается посредством расчета и конструирования профиля поверхности.
В частном варианте выполнения изобретения высота поперечного сечения щели выполнена равной размеру частиц наиболее крупной фракции, а поверхность выполнена и установлена с возможностью обеспечения многократного увеличения расстояниия между траекториями полета частиц с разными физическими свойствами после отражения от упомянутой поверхности, по сравнению с траекториями тех же частиц до соударения с поверхностью.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг.1 изображена общая схема устройства, на фиг.2 изображена форсунка, вид сбоку, на фиг.3 - форсунка вид сверху, на фиг.4 - форсунка, вид спереди, на фиг.5 в качестве примера изображена схема устройства для разделения промежуточных продуктов переработки сульфидных медно-никелевых руд.
Устройство состоит из загрузочного устройства, выполненного в виде щелевой форсунки 1 (фиг.1), с нагнетателем воздуха (на чертеже не показан), профилированной поверхности 2 для сепарации частиц, установленной на стойке 3, бункеров 4, 5 и 6 для выделенных в отдельные продукты частиц.
Работа устройства состоит из двух основных операций, происходящих в псевдонепрерывном режиме: подготовительное разделение траекторий полета частиц и ударное перенаправление.
1. Подготовительное разделение.
Чтобы перенаправить частицы с разной плотностью в соответствующие области возвращающей поверхности, необходимо разделить траектории их полета. Масса частиц, откалиброванных по гранулометрическому составу, пропорциональна их плотности. Следовательно, воздействуя на частицы силой постоянной величины, частицам можно придать различное начальное ускорение, что обусловит разделение траекторий их дальнейшего свободного полета.
В предлагаемом устройстве придание частицам ускорения реализовано при помощи горизонтальной щелевой форсунки (фиг.2-4). При помощи подачи воздуха в форсунку создается плоская струя воздуха. В широкой верхней стенке форсунки, максимально близко к плоскости среза, имеется загрузочная щель 7 (фиг.2). Высота сечения щели подбирается под нужный материал, зависимости от гранулометрического и минералогического состава, при этом через поперечное сечение щели проходит не более одной частицы наиболее крупной фракции. К щели подаются частицы по всей ширине и ссыпаются внутрь форсунки. Частицы разгоняются силой давления проходящего воздуха. В зависимости от массы, частицы получают различное начальное ускорение и различные траектории свободного движения после выхода из форсунки. Проекция расстояния, пройденного частицей, на горизонтальную ось, зависит только от ее массы (фиг.5):
где ΔL - проекция расстояния, пройденного частицей, на горизонтальную ось,
0
F - сила, воздействующая на частицы (величина постоянная для всех частиц),
m - масса частицы,
τ - время полета частиц (величина постоянная, т.к. по истечении промежутка времени , Н - высота расположения форсунки, все частицы достигают поверхности земли).
Таким образом, при откалиброванных геометрических параметрах частиц, их плотность определяет траекторию свободного полета. Плоская горизонтальная струя обусловлена необходимостью снизить вероятность пересечения траекторий двух соседних частиц.
2. Ударное перенаправление.
На пути свободного полета частиц установлена профилированная поверхность 2. Конфигурация профиля рассчитывается под определенный состав материала с учетом предполагаемых габаритных размеров установки, давления воздуха в форсунке 1 и количества фаз, которые необходимо разделить. Частицы с низкой плотностью, легко отделяемые баллистическими методами, улетают на максимально большое расстояние от форсунки в направлении, перпендикулярном силе тяжести, и коллектируются в приемный бункер 4. Частицы с высокой плотностью ударяются о профилированную поверхность 2 и отскакивают от нее под разными углами и с разными скоростями. Отношение угла отражения и угла падения частиц тем больше и скорость их отскока тем меньше, чем ниже коэффициент восстановления и выше коэффициент трения скольжения пары «частица-поверхность». Соответственно, частицы с низким коэффициентом восстановления и высоким коэффициентом трения скольжения в паре с поверхностью ссыпаются в бункер 5, установленный в непосредственной близости от профилированной поверхности. Частицы с высоким коэффициентом восстановления и низким коэффициентом трения отскакивают от поверхности на некоторое расстояние и коллектируются в отдельный бункер 6 (фиг.1). Траектории частиц не пересекаются, т.к. в вертикальном сечении имеет место траектория только одной частицы, что достигается применением узкой щелевой форсунки для выброса частиц. Скорость, которой обладает частица после удара, равна:
где: u - скорость частицы после удара;
К - коэффициент восстановления;
v - скорость частицы до удара;
α - угол к нормали к поверхности при падении;
f - коэффициент трения скольжения. Угол к нормали к поверхности после удара равен:
где: β - угол к нормали к поверхности после отскока.
Под каждый вид материала (сульфидные медно-никелевые руды, речной песок и т.д.) подбирается профиль, обеспечивающий надлежащее перенаправление частиц с различными свойствами в различные приемные бункеры. Расчет конфигурации профиля поверхности производится с учетом скоростей и геометрических характеристик частиц, а также траекторий их свободного полета при помощи математических моделей удара частицы о поверхность:
где u - модуль скорости частицы после удара,
r
u - касательная составляющая скорости после удара,
n
u - нормальная составляющая скорости после удара,
v - скорость частицы до удара,
f - коэффициент трения скольжения,
К - коэффициент восстановления,
α - угол между траекторией частицы до удара и ее проекцией на профилированную поверхность в момент соприкосновения,
β - угол между траекторией частицы после удара и нормалью к профилированной поверхности в точке соприкосновения. По профилю изготавливается рабочая профилированная поверхность.
Далее приведен пример разделения промежуточных продуктов переработки сульфидных медно-никелевых руд с помощью предлагаемого устройства (фиг.5).
В форсунку 1, имеющую полированную поверхность и изготовленную из материала с минимальным коэффициентом трения в паре с частицами (например, твердого сплава), при помощи питателя и дозатора подаются сепарируемые частицы различных фаз: сульфидной, фазы благородных металлов и фазы шлакообразующих соединений. Одновременно с этим, в горизонтальную и плоскую щелевую камеру подается воздух под постоянным давлением. Проходная ширина щели равна 0,1-0,2 мм. В зависимости от плотности, частицы под воздействием потока воздуха приобретают на выходе из форсунки различную скорость в направлении, перпендикулярном силе тяжести, в результате чего траектории их полета разделяются. Частицы, представленные фазами легких шлакообразующих соединений, пролетают над профилированной поверхностью и попадают в бункер 4, откуда передаются на хвостохранилище или шлакоотвал. Тяжелые частицы, представленные фазами благородных металлов, по своей траектории попадают в свой бункер 5 для дальнейшей передачи на рафинирование. Все частицы промежуточной плотности (сульфидной фазы) ударяются о профилированную поверхность и по траектории отскока попадают в свой бункер 6: удар и отскок от поверхности многократно усиливает эффект, первоначально достигаемый разделением траекторий. Частицы сульфидной фазы отскакивают под расчетным углом к главному направлению движения частиц (уходят после удара вверх и в сторону).
Предлагаемое устройство позволяет контрастно разделить три основных продукта, присущие обогатительно-металлургическим операциям: концентрат, оборотный продукт и отвальный продукт. Введение кинетической сепарации в технологическую схему в качестве операции по концентрированию благородных металлов в шихте плавильных печей и электролитных медном и никелевом шламах существенно снижает возвратную нагрузку аппаратов, задействованных в обогащении сухих минеральных материалов. Повышается извлечение благородных металлов из сырья, процесс не требует использования воды, энергетические затраты минимальны. Процесс непрерывный, легко автоматизируется и не создает вредных выбросов.