СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ТОНКОПОРОШКОВЫХ МИНЕРАЛЬНЫХ ПРОДУКТОВ
METHOD OF PRODUCING FINE-POWDER MINERAL PRODUCTS

Изобретение касается способа производства тонкопорошковых минеральных продуктов с помощью установок, состоящих из одного или нескольких пневмосепараторов, пылеотделителей, таких как циклоны и/или фильтры, по меньшей мере, одного вентилятора, а также соединяющих эти аппараты трубопроводов или каналов для транспортировки воздуха и твердых материалов.
Могут применяться различные конструкции пневмосепараторов, такие как зигзагообразный сепаратор, воздушно-циркуляционный сепаратор, спиральный или лопастной сепаратор.
3
В пневматических сепарационных установках, в частности, при просеивании СаСO со средним размером частиц менее 5 мкм часто на стенках частей установок, по которым проходит воздушно-порошковая смесь, а также на самом сепараторе, трубах или каналах для мелкой фракции и других аппаратах, относящихся к пневматической сепарационной установке, таких как циклоны, фильтры и вентиляторы, появляются твердые, скорлупообразные отложения. Эти отложения чаще всего перерастают в скорлупообразные слои (так называемые «Eggshells» - «яичная скорлупа»), а также в зубчатые образования, которые время от времени откалываются от стенок, загрязняя чаще всего точно специфицированный в отношении содержания грубых фракций тонкоизмельченный продукт пластинками, размер которых составляет до нескольких мм. Это может привести к рекламациям с высокими экономическими убытками.
Эти отложения (далее везде называемые скорлупой) приводят также к дисбалансу вращающихся частей пневматических сепарационных установок, таких как роторы сепараторов и вентиляторов, что в сильной степени ограничивает эксплуатацию или соответственно приводит с высоким расходам на очистку и/или балансировку.
В ЕР 0037066 и DE 2642884 предлагаются механические устройства для очистки статических частей, для чего, однако, нужны дорогостоящие с точки зрения машиностроения устройства и требуются частые перерывы в эксплуатации. Несмотря на это, перед очисткой и после нее также может происходить отламывание частиц скорлупы.
Часто загрязненные продукты приходится освобождать от грубых частиц путем дополнительной сепарации или просеивания.
Но эти мероприятия очень затруднительны и связаны с высокими затратами на оборудование и отчасти с высоким расходом энергии, так что с их помощью не удается недорого и постоянно предотвращать загрязнение порошковых продуктов скорлупой, в частности, в интересующем диапазоне температур воздуха, используемого для сепарации, ниже 100°С.
Поэтому задача изобретения состоит в том, чтобы избежать уже упомянутых отложений и связанных с ними недостатков.
Неожиданное решение этой задачи состоит согласно изобретению в том, что относительная влажность (rF) воздуха, используемого для сепарации, удерживается в диапазоне от около 15% до около 50%, предпочтительно от около 15% до около 35%. Для этого измеряется rF в сепараторе и/или в других местах установки и, в зависимости от соответствующего значения измерения, в воздух, используемый для сепарации, вводится вода.
Было установлено, что скорлупа в более сильной степени образуется при низкой rF воздуха, используемого для сепарации. Поэтому в соответствии с изобретением rF воздуха, используемого для сепарации, устанавливается выше 15%.
Кроме того, было обнаружено, что явно превышающие 50% значения rF требуют большего количества воды и приводят к повышенному риску того, что в установке в местах с более низкой температурой температура может опуститься ниже точки росы. Это привело бы к образованию воды в жидкой форме и, вместе с тем, к образованию нагара и шлама, что в итоге приводит к сбою процесса. Для того чтобы избежать этого, влажность воздуха rF не должна превышать 50%.
Здесь надо заметить следующее: всосанный из окружающего пространства холодный свежий воздух в сепараторе нагревается. Это происходит, в частности, тогда, когда часть (более теплого) воздуха, используемого для сепарации, за фильтром отводится к впускному отверстию воздуха, используемого для сепарации. Благодаря этому относительная влажность воздуха, используемого для сепарации, в сепараторе снижается, в зависимости от температуры и влажности свежего воздуха, до значений, часто составляющих менее 10% rF. Это особенно относится к засушливым областям, в которых окружающий воздух по своей природе очень сухой, как, например, в Аризоне/США со средней годовой влажностью 14% rF. Чем суше воздух, используемый для сепарации, тем суше, конечно, и находящиеся в нем частицы. По этому поводу можно сказать, что на стенках отлагается тем меньше частиц, чем суше частицы и стенки. Поскольку сухие частицы более твердые и хрупкие, они должны меньше прилипать к стенкам, в то время как влажные частицы из-за находящейся между ними жидкости прилипают легче, то есть увлажнение должно было бы быть непродуктивным. Но вопреки этому ожиданию, при испытаниях было установлено, что, как уже упомянуто, при rF менее 15% образование скорлупы происходит в более сильной степени, но что при rF выше 15% в воздухе, используемом для сепарации, в выпускном отверстии сепаратора или за ним перестает или почти перестает образовываться скорлупа, то есть в мелкой фракции содержится намного меньше или даже совсем не содержится зерен посторонней фракции.
С научной точки зрения этот феномен до сегодняшнего дня еще не полностью объяснен. При исследованиях было установлено, что скорлупа образуется главным образом мельчайшими частицами с размерами в диапазоне нескольких нм, и предполагается, что это связано с трибоэлектрическим зарядом минеральных частиц. Благодаря этому заряду, прежде всего, очень мелкие частицы диспергируются и остаются в диспергированном состоянии и затем из-за высоких сил поверхностного натяжения (чем больше поверхность, тем больше силы поверхностного натяжения) могут прилипать к стенкам и срастаться, образуя скорлупу. Благодаря предлагаемому изобретением повышению относительной влажности воздуха, используемого для сепарации, увеличивается его проводимость, благодаря чему заряды выравниваются быстрее и, таким образом, мельчайшие частицы нм-диапазона в окружающем воздухе снова реагломерируют в более грубые частицы, вместо того, чтобы прилипать к стенкам.
Но, как уже упомянуто, rF не должна превышать 35%, так как иначе расходы будут слишком высоки, а выгода слишком мала.
Далее, неожиданным образом выяснилось, что при использовании изобретения при прочих равных условиях для массового потока загружаемого материала, свойств загружаемого материала, количества воздуха, используемого для сепарации (а у центробежных лопастных сепараторов - частоты вращения ротора), массовый поток тонкоизмельченного продукта и, вместе с тем, т.н. выход мелкой фракции (соотношение массового потока частиц тонкоизмельченного материала, имеющих размер частицы меньше определенной величины, и массового потока частиц, имеющих размер частицы меньше этой величины, в загружаемом материале) заметно повысился. Это означает преимущество в издержках производства благодаря уменьшенному расходу энергии на производство определенного количества продукта, а также сохранение окружающей среды.
Предпочтительно регулирование относительной влажности происходит перед входом в сепаратор. Одна из очень простых форм осуществления изобретения состоит в том, что во впускной канал для свежего воздуха подается распылением пар (фиг.1).
Для облегчения распыления вода может подаваться распылением во впускной канал под давлением от 60 до 115 бар и с величиной капель менее 30 мкм.
Кроме того, вода может быть предварительно нагрета до температуры от 50°С до 90°С.
Целесообразно при этом выбрать размеры впускного канала такие, чтобы скорость воздуха составляла от 1 до 3 м/с.
По другой форме осуществления изобретения воздух, используемый для сепарации, направляется через устройство для увлажнения воздуха, и, таким образом, вводится соответствующее необходимое количество воды.
Предпочтительным образом устройство для увлажнения воздуха имеет при этом, по меньшей мере, один шланг или одну трубу из материала, пропускающего воду, по которой проходит вода и через наружную поверхность которой направляется воздух, используемый для сепарации. При этом вода попадает с внутренней стороны на наружную сторону шланга или соответственно трубы, откуда она забирается проходящим мимо потоком воздуха, используемого для сепарации.
Такое устройство можно приобрести, например, у AWS Air Water Systems AG в Виллахе, Австрия.
Другой пример осуществления изобретения отличается тем, что наибольшая часть отходящего воздуха из фильтра возвращается во впускные патрубки пневмосепаратора, и увлажнение происходит в обратном канале (фиг.4).
Простым способом это может происходить за счет того, что добавление воды регулируют по относительной влажности отходящего воздуха, его температуре и температуре воздуха в пневмосепараторе.
Как уже упомянуто, на практике температура воздуха, используемого для сепарации, находится в диапазоне ниже 100°С. В этой связи в соответствии с изобретением дальнейшее усовершенствование достигается за счет того, что температура воздуха в области сепаратора удерживается между 30 и 80°С. В этом диапазоне температур затраты на увлажнение воздуха, т.е. необходимое количество воды и энергия, необходимая для подачи воды, относительно малы.
Это целенаправленно достигается посредством соотношения возвратного воздуха и температуры добавляемой воды.
Загружаемый материал может подаваться из бункера для предварительного измельчения продукта или непосредственно из включенной перед бункером мельницы для сухого сырья с помощью сжатого воздуха для транспортировки или без его помощи.
Если непосредственно перед сепаратором включена мельница для сухого сырья, то можно выгодным образом подавать отходящий воздух из мельницы в пневмосепаратор и осуществлять увлажнение воздуха мельницы.
С помощью чертежей изобретение ниже описано более подробно.
Фиг.1 показан пример осуществления на простой схеме пневматической сепарационной установки;
Фиг.2 показан пример осуществления, в котором часть потока воздушно-порошковой смеси, выходящей из циклона, возвращается во впускное отверстие пневмосепаратора;
Фиг.3 показан пример осуществления, в котором как часть потока воздушно-порошковой смеси, выходящей из циклона, так и часть потока отходящего воздуха из фильтра возвращается во впускное отверстие пневмосепаратора;
Фиг.4 показан пример осуществления, в котором только одна часть отходящего воздуха из фильтра возвращается во впускное отверстие пневмосепаратора.
Фиг.5 показан пример осуществления, в котором перед пневмосепаратором включена мельница для сухого сырья с аэрацией,
Фиг.6 показан пример осуществления с регулировкой влажности воздуха в пневмосепараторе.
В общем случае пневматическая сепарационная установка (Фиг.1) состоит из пневмосепаратора 1, циклона 2, фильтра 3, вентилятора 4, соединяющих эти агрегаты трубопроводов или каналов 5, а также подающих и отводящих устройств для загрузки 6а, мелкой фракции 6b и грубой фракции 6с. Грубая фракция выпускается через выпускное отверстие 6с для грубой фракции. В циклоне 2 мелкая фракция, которая чаще всего представляет собой желаемый порошковый продукт, отделяется от сепарирующего воздуха и транспортируется далее посредством шнекового транспортера 5с. Отходящий воздух из сепаратора или соответственно циклона очищается от пыли в фильтре 3 и посредством вентилятора 4 отсасывается наружу, пыль мелкой фракции направляется в шнековый транспортер. Впускное отверстие 6d свежего воздуха может находиться непосредственно возле корпуса сепаратора или на предварительно включенном впускном канале свежего воздуха. В зависимости от конструкции пневмосепаратора в пневмосепаратор, например, для уплотнения поступает также так называемый запирающий воздух.
В соответствии с изобретением относительная влажность воздуха, используемого для сепарации, удерживается в диапазоне от 15 до 35%. В соответствии с фиг.1 для этой цели вода в виде пара или капель подается распылением в точке А во всосанный свежий воздух, а именно, во впускное отверстие 6d свежего воздуха.
На Фиг.2 показан пример осуществления, в котором уже известным способом часть потока выходящей из циклона 2 воздушно-порошковой смеси за вентилятором 4а циклона через трубопроводы или каналы 5а возвращается к впускному отверстию 6d свежего воздуха пневмосепаратора. При этом преимущество заключается в том, что вода, необходимая для увлажнения и охлаждения воздуха, используемого для сепарации, добавляется в точке В, а именно в соединительный трубопровод между вентилятором 4а циклона и впускным отверстием 6d свежего воздуха, так как получается достаточно длинный путь для распыления воды. Но и при этой схеме можно вполне успешно подавать воду распылением непосредственно во впускное отверстие 6d свежего воздуха.
На Фиг.3 показан пример осуществления, в котором как часть потока воздушно-порошковой смеси 5а, выходящей из циклона, так и часть потока отходящего воздуха из фильтра 5b возвращается во впускное отверстие 6d свежего воздуха пневмосепаратора. Преимущество при этом заключается в том, что вода, необходимая для увлажнения и охлаждения воздуха, используемого для сепарации, добавляется в поток возвратного воздуха из фильтра 3 в точке С, а именно, в соединительный трубопровод между вентилятором 4 и впускным отверстием 6d свежего воздуха, так как при этом в возвратном воздухе более не содержится частиц пыли, которые могут коагулировать с каплями и затем как грубые влажные частицы нарушить процесс. При такой подаче воздуха вода, а при необходимости только одна часть потока, также может вполне успешно подаваться распылением непосредственно во впускное отверстие 6d свежего воздуха.
Согласно примеру выполнения по фиг.4 во впускное отверстие 4d для свежего воздуха пневмосепаратора 1 возвращается лишь одна часть воздуха, отходящего из фильтра. Здесь преимуществом оказалось то, что вода, необходимая для увлажнения и охлаждения, подается в возвратный воздух в точке С, а именно в соединительный трубопровод 5b (т.е. обратный канал) между вентилятором 4 и впускным отверстием 4d для свежего воздуха.
Согласно Фиг.5 пневмосепаратор 1 связан непосредственно с аэрируемой мельницей 7, и отходящий воздух из мельницы по трубопроводам 8 подается к впускному отверстию свежего воздуха пневмосепаратора. Преимущество при этом заключается в том, что увлажнение воздуха происходит уже на входе в мельницу. Это мероприятие может также комбинироваться с вышеназванными примерами осуществления.
На Фиг.6 принципиально поясняется, как может проводиться регулировка в примере осуществления по Фиг.4. Относительная влажность и температура отходящего воздуха из сепаратора измеряются за вентилятором 4 фильтра посредством сенсоров 10, а температура воздуха на выходе из пневмосепаратора посредством сенсора 9. Измерение относительной влажности лучше проводить в очищенном от пыли воздухе. По этим измеренным значениям в регуляторе 11 на основании известных зависимостей между температурой и подачей воды происходит расчет относительной влажности в самом сепараторе, и в соответствии с этим подача воды в обратный канал 5b для возвратного воздуха подстраивается таким образом, чтобы в сепараторе 1 установилась желательная относительная влажность.
С помощью установок, соответствующих приведенным выше фигурам, был проведен ряд различных испытаний, которые привели к следующим результатам.
1. Параметры классификации при испытании с кондиционированным воздухом:
Скорость вращения сепаратора:
3000 об/мин
Расход воздуха:
15000 м<sup>3</sup>/ч
Температура воздуха:
60°С
Относительная влажность воздуха:
30%
Абсолютное содержание воды:
39 г/м<sup>3</sup>
Массовый поток продукта:
2,75 т/ч
Доля мелкой фракции 2 мкм:
61,30%
Через час эксплуатации на смотровой дверце установки образование скорлупы не обнаружено.
2. Параметры классификации при испытании с некондиционированным воздухом:
Скорость вращения сепаратора:
3000 об/мин
3000 об/мин
Расход воздуха:
15000 м<sup>3</sup>/ч
15000 м<sup>3</sup>/ч
Температура воздуха:
60°С
60°С
Относительная влажность воздуха:
6%
3%
Абсолютное содержание воды:
7,8 г/м<sup>3</sup>
3,3 г/м<sup>3</sup>
Массовый поток продукта:
2,85 т/ч
1,6 т/ч
Доля мелкой фракции 2 мкм:
61,90%
54,90%
Через час эксплуатации на смотровой дверце установки обнаружено образование скорлупы.
3. Параметры классификации при испытании с кондиционированным воздухом:
Скорость вращения сепаратора:
3000 об/мин
Расход воздуха:
9000 м<sup>3</sup>/ч
Температура воздуха:
42°С
Относительная влажность воздуха:
35%
Абсолютное содержание воды:
19,7 г/м<sup>3</sup>
Массовый поток продукта:
0,6 т/ч
Доля мелкой фракции 2 мкм:
81,70%
Через час эксплуатации на смотровой дверце установки образование скорлупы не обнаружено.
4. Параметры классификации при испытании с некондиционированным воздухом:
Скорость вращения сепаратора:
3000 об/мин
3000 об/мин
Расход воздуха:
9000 м<sup>3</sup>/ч
9000 м<sup>3</sup>/ч
Температура воздуха:
44°С
40°С
Относительная влажность воздуха:
11%
7%
Абсолютное содержание воды:
6,7 г/м<sup>3</sup>
3,7 г/м<sup>3</sup>
Массовый поток продукта:
0,55 т/ч
0,15 т/ч
Доля мелкой фракции 2 мкм:
82,30%
81,30%
Через час эксплуатации на смотровой дверце установки обнаружено небольшое образование скорлупы.
5. Параметры классификации при испытании с кондиционированным воздухом:
Скорость вращения сепаратора:
1800 об/мин
Расход воздуха:
12000 м<sup>3</sup>/ч
Температура воздуха:
45°С
Относительная влажность воздуха:
35%
Абсолютное содержание воды:
21,5 г/м<sup>3</sup>
Массовый поток продукта:
4,35 т/ч
Доля мелкой фракции 2 мкм:
43,10%
Через час эксплуатации на смотровой дверце установки образование скорлупы не обнаружено.
6. Параметры классификации при испытании с некондиционированным воздухом:
Скорость вращения сепаратора:
2000 об/мин
2000 об/мин
Расход воздуха:
12000 м<sup>3</sup>/ч
12000 м<sup>3</sup>/ч
Температура воздуха:
44°С
45°С
Относительная влажность воздуха:
11%
5%
Абсолютное содержание воды:
6,8 г/м<sup>3</sup>
3,3 г/м<sup>3</sup>
Массовый поток продукта:
3,4 т/ч
2,7 т/ч
Доля мелкой фракции 2 мкм:
50,70%
42,50%
Через час эксплуатации на смотровой дверце установки обнаружены первые признаки образования скорлупы.
СПИСОК ПОЗИЦИЙ
1 Пневмосепаратор
2 Циклон
3 Фильтр
4 Вентилятор
4а Вентилятор циклона
5/5а Каналы
5b Обратный канал от фильтра 3 к сепаратору 1
5с Шнековый транспортер для мелкой фракции
6 Подводящие и отводящие устройства
6а Загрузка-подача в сепаратор 1
6b Отвод мелкой фракции из сепаратора
6с Отвод грубой фракции из сепаратора
6d Впускное отверстие свежего воздуха в сепаратор
7 Мельница для сухого сырья
8 Трубы между мельницей 7 и отверстием впуска свежего воздуха 6d
9 Сенсор температуры
10 Сенсор температуры и относительной влажности
11 Регулятор.