УДАРНО-УПРУГОСТНЫЙ СЕПАРАТОР ДЛЯ ОБОГАЩЕНИЯ МЕЛКИХ КЛАССОВ УГЛЯ СУХИМ СПОСОБОМ
IMPACT-TENSION SEPARATOR FOR ENRICHMENT OF SMALL CLASS COAL BY DRY METHOD

Изобретение относится к переработке и обогащению полезных ископаемых и может быть использовано в горнорудной, строительной и химической промышленности.
Подавляющее большинство полезных ископаемых обогащается мокрым способом с применением отсадочных машин, тяжелосредных сепараторов, флотомашин, магнитных сепараторов, винтовых сепараторов и шлюзов. Мокрые способы обогащения имеют высокую производительность, эффективность и не производят запыление окружающей среды.
3
Наряду с указанными достоинствами мокрые способы являются наиболее дорогими, а получаемые продукты обогащения имеют высокую влажность [1]. Высокая стоимость мокрых способов обогащения объясняется высоким потреблением воды (до 3 м на 1 т обогащаемого сырья), высоким расходом электроэнергии и большими расходами, связанными с обезвоживанием и сушкой продуктов обогащения.
Для снижения стоимости процесса обогащения в последнее время наблюдается широкое внедрение пневматических способов обогащения с применением пневматических сепараторов и отсадочных машин. Но пневматические способы обогащения имеют два существенных недостатка: низкую эффективность обогащения и сильное запыление вследствие использования в большом количестве сжатого воздуха.
Поэтому в обогатительной промышленности ведутся активные поиски новых эффективных способов и технологий сухого обогащения, но более экологичных по сравнению с пневматическими способами.
Указанная проблема является особенно актуальной в угольной промышленности, где процессы обогащения являются наиболее масштабными. Одним из направлений решения указанной проблемы в угольной промышленности является разработка технологий, в которых предусматривается раздельное обогащение по классам крупности исходного материала, используя одновременно мокрые и сухие методы обогащения. Сущность новых технологий заключается в следующем. Обогащение крупных классов угля + 13 мм не вызывает никаких технических проблем и ведется очень эффективно в тяжелосредных сепараторах. Обогащение мелких классов угля - 13 мм (особенно класса 0-1 мм) имеет ряд технических проблем, связанных с эксплуатацией громоздких водно-шламовых схем, отсадочных, флотационных машин и обезвоживающего оборудования.
Поэтому наиболее перспективной технологией обогащения угля является обогащение крупных классов мокрым способом в тяжелосредных сепараторах, а мелких классов обогащению сухими способами. В этой технологии отсутствуют расходы на эксплуатацию водно-шламовой схемы, что снижает себестоимость выпускаемой продукции примерно в 2 раза.
Из всех известных способов сухого обогащения полезных ископаемых наиболее экологичным является способ обогащения по упругости материалов.
Упругость - способность твердых тел упруго деформироваться при приложении к ним силы и восстанавливать свою форму при снятии деформирующей силы. Единицей измерения упругости является модуль Юнга, который определяется отношением напряжения к деформации твердого материала. Полное восстановление формы тела возможно только в случае, если не превышен предел упругости деформации [2].
Известен сепаратор для разделения сыпучих смесей по форме и свойствам поверхности, включающий корпус, загрузочное приспособление, рабочий орган, выполненный в форме цилиндрического ротора с внутренней разделяющей поверхностью, устройство для вывода верхней фракции и привод, при этом для обеспечения отбора верхней фракции в любой точке ротора устройство для вывода верхней фракции выполнено в виде щелевого наконечника, соединенного посредством воздухопровода с всасывающей воздушной системой с регулируемым напором, с возможностью изменения его положения относительно разделяющей поверхности цилиндрического ротора за счет телескопического соединения воздухопровода с входным патрубком всасывающей воздушной системы и возможности поворота щелевого наконечника относительно воздухопровода, при этом цилиндрический ротор установлен с возможностью регулирования угла наклона оси ротора [Патент РФ №2287380, МПК В07B 13/14]. Указанный сепаратор имеет сложную конструкцию вследствие применения телескопических воздуховодов и сложен в эксплуатации. Также невозможно разделение материалов, имеющих близкие значения упругости.
Известен также сепаратор для разделения сыпучих материалов, содержащий загрузочный бункер, на выходе из которого установлен желобчатый питающий валик, желобки которого расположены вокруг и вдоль оси вращения валика, скребок, расположенный над валиком, отражательный элемент, под которым расположен приемник продуктов разделения, при этом отражательный элемент расположен под питающим валиком и выполнен в виде движущейся бесконечной ленты, расположенной под углом к горизонтали, приемник продуктов разделения выполнен в виде прямоугольного короба, в котором установлены две разделительные пластины, расположенные вдоль траектории отражения частиц, между разделительными пластинами установлены разделительные перегородки, расположенные поперек траектории отражения частиц, при этом расстояние между разделительными пластинами увеличивается по мере удаления от движущейся ленты, а расстояние между разделительными перегородками уменьшается по мере удаления от движущейся бесконечной ленты, верхние кромки разделительных пластин и перегородок выполнены из эластичного материала [Патент РФ №2513941, МПК В07B 13/10]. Описанный сепаратор не позволяет эффективно разделять материалы с близкими параметрами упругости.
Известен классификатор упругости и прочности щебня и гравия, основанный на отскоке при падении на твердую поверхность, при этом с целью отбора щебня или гравия любой формы по признаку прочности, он выполнен в виде вращающегося цилиндра, над которым установлен питатель [а.с. 112118]. Недостатком является низкая эффективность сепарации, обусловленная столкновением потока частиц, двигающихся к цилиндру, с потоком частиц, отразившихся от цилиндра.
Известен двухбарабанный сепаратор Н.К. Тимченко, который применяется на отечественных щебеночных заводах по переработке неравнопрочного щебня [3].
Основным недостатком данного сепаратора является низкая эффективность. Но так как принцип работы данного сепаратора основан на обогащении по упругости, то его принимаем за прототип предлагаемого сепаратора.
Целью изобретения является разработка конструкции экологичного сепаратора для эффективного обогащения угля мелких классов (1,5-2,5 мм и 2,5-6,0 мм) сухим способом.
Согласно изобретению поставленная цель достигается тем, что ударно-упругостный сепаратор представляет собой двухстороннюю двухстадиальную роликовую систему вращающихся с определенной скоростью роликов, над которыми установлены по всей ширине роликов отбойные плиты с зазорами, соответствующими крупности обогащаемого угля.
Схематичный чертеж предлагаемого сепаратора представлен на фиг. 1. Для простоты чертежа на нем отсутствуют приводы роликов и механизмы регулирования положения отбойных плит.
Сепаратор состоит из следующих основных деталей: 1 - рама сепаратора, на которой смонтированы вращающиеся ролики с приводами; 2 - наклонные металлические плоскости, по которым самотеком транспортируется обогащаемый уголь; 3 - вращающиеся ролики; 4 - поддоны для сбора концентрата; 5 - концентратные бункеры; 9 - отбойные плиты.
Сепаратор работает следующим образом. Предварительно уголь класса 0-13 мм подается на трехситный классификационный вибрационный грохот 7, оборудованный струнными ситами. На грохоте 7 исходный уголь разделяется на 4 класса по крупности: 0-1,5 мм; 1,5-2,5 мм; 2,5-6,0 мм; 6,0-13 мм.
Класс 6,0-13 мм по течке 8 отделяется от мелкого угля и отгружается на вспомогательный ленточный конвейер (на чертеже не показан).
Класс 0-1,5 мм отгружается в бункер 10 и далее на вспомогательный конвейер (на чертеже не показан).
Класс 2,5-6,0 мм поступает для обогащения на роликовую систему левой стороны сепаратора.
Класс 1,5 -2,5 мм поступает для обогащения на роликовую систему правой стороны сепаратора.
Процесс обогащения (отделение угольных фракций от породы) происходит вследствие различия упругости угольных и породных частиц.
Обогащение угля класса 2,5-6,0 мм происходит следующим образом. Исходный уголь, в котором содержатся угольные и породные частицы, по наклонной металлической плоскости 2 с определенной скоростью движется вниз и ударяется об отбойную плиту 9, установленную над верхним роликом левой стороны сепаратора. Угольные частицы имеют коэффициент упругости, определяемый модулем Юнга значительно выше, чем породные частицы. Поэтому при ударе об отбойную плиту угольные частицы имеют в 2-3 раза скорость отражения (отскакивания) больше, чем породные частицы. Вследствие этого они имеют значительно большую траекторию полета при отскакивании от отбойной плиты, перескакивают через вращающийся ролик и разгружаются в бункер 5 левой стороны сепаратора. Породные частицы имеют значительно меньший коэффициент упругости, поэтому имеют меньшую скорость при отталкивании от отбойной плиты. Вследствие этого они имеют небольшую траекторию полета, падают на поверхность вращающегося ролика и им транспортируются в другую сторону движения угольных частиц. Таким образом происходит разделение угольных и породных частиц на первой стадии обогащения. В результате обогащения на первой стадии получают угольный концентрат и промежуточный продукт. В промежуточном продукте содержится большое количество породных и концентратных частиц, поэтому он подается на вторую стадию обогащения на нижний ролик левой стороны сепаратора. Процесс обогащения на второй стадии происходит аналогично обогащению на первой стадии. После второй стадии обогащения получают угольный концентрат и отходы. Угольный концентрат также поступает в бункер 5 левой стороны сепаратора, а отходы поступают в бункер 6 левой стороны сепаратора. Далее концентрат и отходы выгружаются раздельно друг от друга на ленточные конвейеры 11, 12, установленные в нижней части сепаратора.
Обогащение угля класса 1,5-2,5 мм происходит на правой стороне сепаратора аналогично процессу обогащения класса 2,5-6,0 мм. Угольные концентраты и порода обоих классов объединяются и отгружаются на соответствующие ленточные конвейеры 11, 12, установленные под сепаратором.
Таким образом, на предлагаемом экологичном сепараторе происходит обогащение сухим способом мелких классов угля 1,5-2,5 и 2,5-6,0 мм. Следовательно, цель изобретения достигнута.
На ОАО ЦОФ «Гуковская» (Ростовская область) изготовлен и испытан полупромышленный образец ударно-упругостного сепаратора (фиг. 2). При испытании образца получены следующие результаты:
Качество продуктов обогащения признано удовлетворительным, а зольность концентрата вполне пригодна для энергетических целей.
Литература
1. Авдохин В.М. Обогащение углей. Том 1. - М.: Горная книга, 2012.
2. Горная энциклопедия. Том 5. - М.: Сов. энциклопедия, 1991.
3. Челпанова Е.В. Обогащение полезных ископаемых. - Пермь: ПНИПУ, 2011.