СЕПАРАЦИОННЫЙ АППАРАТ
SEPARATOR

Изобретение относится к сепарационному аппарату для отделения от потока частиц с влажными частицами по меньшей мере первой фракции, имеющей частицы первой группы размеров, и второй фракции, имеющей частицы второй группы размеров, причем частицы в первой группе в целом имеют диаметр, меньший, чем частицы во второй группе, содержащему загрузочное устройство для потока частиц, вращающийся барабан, имеющий на своей периферии пластины, каждая из которых имеет проходящую в радиальном направлении ударяющую поверхность для частиц, а также содержащему приемную зону для приема в нее частиц второй фракции, причем вышеупомянутая приемная зона оснащена конвейером для выгрузки частиц, принятых в данную зону.
Такой аппарат известен из WO 2009/123452 от имени заявителей. Этот известный аппарат используется для отделения частиц довольно маленьких размеров. Разделение частиц этим известным аппаратом достигается путем ускорения влажных частиц в потоке частиц пластинами ротора, оказывающими ударное воздействие на вышеупомянутые частицы во время их падения во вращающийся барабан. Это приводит к отделению частиц первой фракции от частиц второй фракции, которые - поскольку они влажные - сначала были слипшимися друг с другом. После разделения частицы первой фракции и частицы второй фракции могут свободно и обособленно продолжать свой полет и быть собраны в разных приемных зонах. Однако на практике данное разделение не будет полным, и в приемной зоне для частиц второй фракции окажется также некоторое количество частиц из первой фракции, а в приемной зоне для частиц первой фракции также окажется некоторое количество частиц из второй фракции.
Предлагаемое изобретение имеет задачей улучшить известный сепарационный аппарат в его функции разделения потока частиц первой и второй фракций, когда фракции слегка отличаются друг от друга с точки зрения параметров, характеризующих частицы упомянутых фракций. Как и в случае с известным аппаратом, представляемый аппарат может быть рассмотрен применительно к шлаку установок для сжигания отходов, хотя изобретение не ограничивается только этим применением.
В публикации «Waste Management World» за ноябрь-декабрь 2007 года на страницах 46-49 речь идет о шлаке таких установок для сжигания отходов, который в настоящее время является самой крупной остаточной фракцией после сжигания. В шлаке содержатся различные материалы, включая металлы, что обусловлено условиями процесса сжигания. Однако температуры во время процесса сжигания отходов, как правило, не настолько высокие, чтобы эти материалы дали в результате агрегированные частицы металлов со шлаком. Поэтому около 80% металлов в шлаках являются свободными и могут быть повторного использованы. Утверждается, что при использовании определенного типа печи для сжигания отходов примерно 50% получающегося шлака состоит из частиц, размер которых превышает 2 мм. И наоборот, другие 50% материалов состоят из частиц, размер которых не превышает 2 мм. В частности, отделение частиц, которые могут быть классифицированы как часть первой фракции, имеющей размеры менее 2 мм, от частиц, классифицируемых во фракции, имеющей размеры более 2 мм, является хорошим примером проблем, возникающих, когда их сепарация предусмотрена в сепарационном аппарате согласно ограничительной части. Поскольку проблемы и задачи, которые связаны с разделением упомянутых первой и второй фракций из потока частиц, происходящего из шлака, очень показательны для данного изобретения, в последующем обсуждении используется, главным образом, пример обработки шлака. Однако необходимо отметить, что сепарационный аппарат может быть полезен не только при обработке шлака, но может применяться также и для обработки частиц любого вида, имеющих небольшие размеры.
В среднем, в составе шлаковых смесей примерно 80% их содержания приходится на камень, стекло и керамику, от 7 до 18% приходится на черные и цветные металлы, а оставшаяся часть обычно состоит из органического материала.
Основным цветным металлом является алюминий, который присутствует во всем диапазоне размеров частиц шлака. Другими цветными металлами являются медь, латунь, цинк, свинец, а также нержавеющая сталь и драгоценные металлы, на которые приходится значительная часть фракции размером 1-6 мм или выше, вплоть до 15 мм. Те металлы, которые происходят из электронных компонентов, в основном имеют фракцию размером 0-2 мм.
Как уже упоминалось выше, задача данного изобретения заключается в создании сепарационного аппарата, в том числе подходящего для реализации способа разделения потока частиц, размер которых находится в указанных выше пределах.
Еще одна задача заключается в создании такого сепарационного аппарата и способа его работы, которые применимы к влажным частицам. Когда сепарационный аппарат применяется для обработки шлака, дополнительной проблемой является его относительная влажность, так как он может содержать 15-20 масс.% воды.
Еще одна задача заключается в создании сепарационного аппарата, который делает возможным извлечение черных и цветных металлов из потока частиц, размеры которых находятся в пределах от 0 до 15 мм.
И еще одна задача заключается в создании такого сепарационного аппарата, в котором первая фракция и вторая фракция частиц могут быть отделены от потока частиц, когда первая фракция имеет частицы с размерами в пределах от 0 до 2 мм, а вторая фракция имеет частицы с размерами в пределах от 2 до 15 мм.
В DE А-2436864 описывается способ выполнения баллистического разделения для извлечения термопластичных частиц из бытовых отходов. В DE-А-2436864 для этой цели используется аппарат в соответствии с ограничительной частью формулы изобретения. Этот известный аппарат имеет ротор, помещенный в корпус, причем ротор имеет радиальные пластины, которые соударяются со свободно падающими частицами, задавая им баллистическую траекторию движения, зависящую от удельной площади поверхности частиц.
В WO 2004/082839 описан способ извлечения частиц, содержащих цветные металлы, из потока частиц, имеющих предпочтительно более 90 масс.% и еще более предпочтительно - более масс. 98% частиц размером менее 8 мм, дающий фракцию, обогащенную цветными металлами, и фракцию, обедненную цветными металлами. Этот способ включает этапы:
a) направление потока частиц на конвейерную ленту в виде одного слоя такого, что с помощью жидкости по меньшей мере частицы, содержащие цветные металлы, будут прилипать к конвейерной ленте;
b) воздействие на этот один влажный слой на конвейерной ленте магнитным полем, вращающимся в том же направлении, что и лента, для отделения частиц, содержащих цветные металлы, образующих фракцию, обогащенную цветными металлами, и
с) удаление частиц, прилипших к конвейерной ленте, образующих фракцию, обедненную цветными металлами.
Содержание жидкости в потоке частиц на ленточном конвейере составляет, например, ≥5%, в частности ≥10% и предпочтительно ≥12%, по отношению к общему весу потока частиц на ленточном конвейере. В качестве примера, касающегося выделения цветных металлов из шлака, в результате операции отсеивания образовалась фракция размером 50 мкг-2 мм и фракции размером 2-6 мм, после чего фракция размером 2-6 мм была подвергнута обработке в сепараторе с использованием вихревых токов барабанного типа.
В ЕР-А-1676645 описан аппарат и способ сортировки потока смешанных бумажных и пластиковых частиц. Частицы подаются конвейером в зону сброса, расположенную выше зоны ударения, в которую эти частицы падают и где соударяются с лопастями, движущимися через зону ударения, в направлении, отклоняющем эти частицы от направления падения. Частицы собираются в нескольких принимающих окнах, удаленных от зоны ударения, причем каждое окно соответствует одной из нескольких фракций исходного потока бумажных и пластиковых частиц.
В DE А-4332743 описывается сепарационный аппарат, который помещен в кожух.
Сепарационный аппарат по данному изобретению включает признаки по меньшей мере одного пункта приложенной формулы изобретения. Ясно подчеркивается, что объекты изобретения, упомянутые в отличительной части пункта 6 и/или пункта 7 и пунктах, зависящих от пункта 7, могут применяться отдельно и независимо от объекта изобретения, упомянутого в отличительной части пункта 1, при условии, что в отношении пункта 7 по меньшей мере конвейер размещен в приемной зоне второй фракции.
По первому аспекту изобретения данный сепарационный аппарат согласно ограничительной части имеет конвейер в приемной зоне для частиц второй фракции, выполненный с возможностью движения во время работы со скоростью по меньшей мере 2 м/с. Это гарантирует, что частицы, принимаемые на упомянутый конвейер, распределяются по всей протяженности движущейся поверхности конвейера, и в результате частицы лишь частично покрывают поверхность конвейера, что может рассматриваться в качестве однослойного распределения на упомянутом конвейере. Это неплотное распределение на конвейере является очень эффективным для предотвращения повторного слипания частиц первой фракции, поступающих на конвейер, относительно частиц второй фракции, что привело бы к снижению эффективности процесса разделения.
Еще одним преимуществом упомянутой высокой скорости движения конвейера, составляющей по меньшей мере 2 м/с, является то, что в конце конвейера частицы второй фракции, которые тяжелее, чем частицы первой фракции, сбрасываются в место, более удаленное от конвейера, а частицы первой части просто падают из конвейера или прилипают к нему. Это чрезвычайно способствует эффективности разделения.
Было установлено, что наилучшие результаты получаются, когда поверхность конвейера движется со скоростью 4 м/с.
Эффективность разделения на легкие частицы первой фракции и тяжелые частицы второй фракции может быть усилена посредством того, что быстродвижущийся конвейер в приемной зоне для второй фракции имеет наклонное положение, так что он обеспечивает перемещение частиц, попавших на него, вверх к выходу конвейера.
Желательно, чтобы на выходе конвейера находился скребок для удаления частиц первой фракции, прилипших к поверхности конвейера. Этот материал первой фракции, соскребаемый из поверхности конвейера, конечно, целесообразно собирать отдельно от материала, сбрасываемого с конвейера и собираемого дальше от выхода конвейера.
На выходе конвейера сепарационный аппарат может быть оснащен первой воздуходувкой, подающей направленный вниз воздушный поток для удаления тех частиц первой фракции, которые сбрасываются с конвейера вместе с частицами второй фракции. Применение такой воздуходувки известно как таковое из WO 2009/123452. Было обнаружено, что поток воздуха, подаваемый первой воздуходувкой, наиболее эффективен, когда он имеет скорость в пределах 15-30 м/с.
Сепарационный аппарат согласно настоящему изобретению может быть выполнен в соответствии с WO 2009/123452 путем расположения загрузочного устройства с вибрационной направляющей плитой, находящейся под наклоном к горизонту с углом в пределах от 70 до 90° и имеющей кромку, расположенную выше барабана и образующую выход для потока частиц, так что кромка вибрационной плиты располагается по вертикали выше оси вращения упомянутого барабана, чтобы заставить во время использования падать частицы из потока частиц к барабану в направлении упомянутой оси вращения и чтобы обеспечить оказание ударного воздействия пластин барабана на упомянутые падающие частицы в момент, когда упомянутые пластины ориентированы приблизительно вертикально вверх в направлении от барабана.
Выполнение плиты вибрирующей и ее наклон под углом 70-90° позволяет предотвратить сбивание друг с другом и прилипание к направляющей плите потока частиц, покидающего загрузочное устройство и движущегося в направлении барабана. Если это происходит, то требуемой точности разделения частиц на первую, относительно легкую, фракцию и вторую, относительно тяжелую, фракцию не достигается. Еще в одном аспекте изобретения сбивание материала частиц эффективно предотвращается только тогда, когда направляющая плита наклонена под углом приблизительно 85°. В таком случае поток частиц имеет свойства, аналогичные свойствам однослойного потока материала.
Еще в одном аспекте изобретения сепарационный аппарат может быть оснащен второй воздуходувкой, обеспечивающей направленный вниз поток воздуха, причем воздуходувка размещена в непосредственной близости от барабана для раннего удаления во вторую приемную зону частиц первой фракции из потока частиц, движущегося из барабана после пластин барабана, в момент, когда упомянутые пластины, ориентированные вертикально вверх в направлении от барабана, оказали ударное воздействие на упомянутые частицы, падающие вдоль направляющей плиты загрузочного устройства в направлении барабана. Эта вторая воздуходувка может также применяться с тем же эффектом, если конвейер во второй приемной зоне, упомянутый в отличительной части пункта 1, не используется.
Еще один аспект изобретения, который может быть применен независимо от других функций, рассмотренных выше, заключается в том, что используется отражательная плита, которая удалена от барабана и наклонена вниз в направлении от барабана, и по меньшей мере часть этой плиты проходит выше конвейера во второй приемной зоне.
Указанная отражательная плита обеспечивает контролируемое движения потока частиц к конвейеру в приемной зоне для второй фракции. Было обнаружено, что угол наклона отражательной плиты влияет на ее загрязняемость частицами первой фракции.
В связи с этим предпочтительно, чтобы отражательная плита была наклонена под углом менее 45° по отношению к горизонту. Было обнаружено, что при таком угле частицы второй фракции, которые непрерывно бомбардируют отражательную плиту, постоянно удаляют частицы первой фракции, которые начинают прилипать к этой отражательной плите. В этом отношении оказалось, что лучшие результаты достигаются при угле наклона отражательной плиты между 15° и 30° по отношению к горизонту.
Было продемонстрировано, что частицы из первой фракции, имеющие меньшие размеры, предпочтительно в диапазоне 0-2 мм, не отлетают от барабана так далеко, как частицы из второй фракции, относящиеся к частицам, имеющим сравнительно более крупные размеры, предпочтительно в диапазоне 2-15 мм. Таким образом, сепарационный аппарат согласно настоящему изобретению особенно подходит для использования в качестве сортирующих средств для частиц из потока частиц, а когда поток частиц образован шлаком, образовавшимся в результате сжигания отходов, то сепарационный аппарат может успешно использоваться для концентрирования металлов из упомянутого шлака во вторую фракцию. Поэтому целесообразно, чтобы вторая фракция в дальнейшем обрабатывалась способом сухой сепарации для разделения этих металлов из данной фракции на черные и цветные металлы. Это обусловлено тем обстоятельством, что во время обработки потока частиц в сепарационном аппарате согласно данному изобретению вторая фракция уже теряет большую часть мелких частиц и влаги.
Изобретение будет далее объяснено со ссылкой на схематический пример варианта воплощения сепарационного аппарата согласно данному изобретению и со ссылкой на чертеж.
На фиг.1 схематически показан сепарационный аппарат согласно данному изобретению.
Как показано на фиг.1, сепарационный аппарат согласно изобретению обозначен ссылочным номером 1. Этот сепарационный аппарат 1 используется для разделения частиц 3 первой фракции и второй фракции, где соответствующие фракции относятся к частицам, имеющим отличающиеся размеры.
Все частицы 3 поддерживаются загрузочным устройством 2, 10. Загрузочное устройство содержит конвейер 10, за которым следует направляющая плита 2, которая выполнена с возможностью вибрации, что приводит к покиданию частицами 3 направляющей плиты 2 через кромку 2′ в потоке частиц, обозначенном стрелкой 4. Перед покиданием направляющей плиты 2 через ее кромку 2′ поток частиц 4 находится на упомянутой направляющей плите 2. Эта направляющая плита 2 наклонена вниз, что способствует образованию однослойного потока 4 частиц при толщине этого потока, измеряемого от поверхности плиты, больше в два-три раза, а чаще всего в четыре раза максимального диаметра частиц.
Кромка 2′ вибрационной плиты 2 размещается выше барабана 5, который может вращаться вокруг своей оси вращения 8 и имеет на своей периферии 13 пластины 6, 6′. Каждая пластина 6, 6′ имеет проходящую в радиальном направлении ударяющую поверхность для обеспечения ударного воздействия на частицы 3, оказывающиеся вблизи барабана 5.
Как уже упоминалось, целесообразно использовать направляющую плиту 2, имеющую небольшой уклон вниз, как видно, из переходной зоны 2" между конвейером 10 и направляющей плитой 2. Этот уклон вниз предпочтительно составляет 85° по отношению к горизонту.
На фиг.1 ясно показано, что кромка 2′ вибрационной направляющей плиты 2 располагается вертикально или почти вертикально над осью вращения 8 барабана 5 так, что в процессе работы частицы 3 потока 4 частиц падают к барабану 5 в направлении упомянутой оси вращения 8 или в непосредственной близости к ней. Кроме того, данная конструкция выполнена так, что пластины 6, 6′ барабана 5 оказывают ударное воздействие на упомянутые падающие частицы 3 в тот момент, когда пластины 6, 6′ ориентированы вертикально или почти вертикально вверх в направлении от барабана 5. Это показано на фиг.1 для пластины 6.
Кроме того, пластины 6, 6′ имеют скос 14 с уклоном от свободных концов 15, 15′ упомянутых пластин 6, 6′ к окружности барабана 13. Благодаря этому удается эффективно избежать завихрения сзади пластин 6, 6′ во время вращения барабана 5.
Во время использования барабан 5 заставляют вращаться с такой скоростью, что пластины 6, 6′ оказывают ударное воздействие на частицы 3 в потоке 4 частиц с горизонтальной скоростью в пределах 10-30 м/сек. Вследствие этого воздействия, как показано на фиг.1, облако частиц движется по направлению стрелки В для сбора по меньшей мере в приемной зоне 11, ближней к барабану 5, для приема в ней меньших частиц первой фракции и в еще одной приемной зоне 12 для приема в ней более крупных частиц второй фракции.
При надлежащей настройке вибрации направляющей плиты 2 в отношении частоты и амплитуды вибрации и при надлежащем выборе скорости вращения барабана 5 возможно осуществление эффективного разделения частиц на первую и вторую фракции, где к первой фракции относятся частицы, имеющие размеры в пределах 0-2 мм, а ко второй фракции относятся частицы, имеющие размеры в пределах 2-15 мм. Надлежащим будет такое функционирование изобретенного аппарата, при котором частицы покидают барабан 5 таким образом, что их угол α вылета отличается не более чем на 12 градусов от среднего угла вылета потока в целом.
Кроме того, сепарационный аппарат 1 может быть оснащен кожухом (не показан) с целью защиты частиц 3 от внешних погодных условий, что обеспечивает обработку всех частиц 3 из потока 4 частиц, имеющих размеры в пределах 0-15 мм в аппарате согласно предложенному изобретению.
Как приемная зона 11 для первой фракции, так и приемная зона 12 для второй фракции на практике оснащены конвейерной лентой 16, 17 для удаления собранных частиц из упомянутых зон. Конвейерная лента 16 в приемной зоне 11 для первой легкой фракции не является обязательной и может быть заменена, например, на накопительный бункер. Согласно данному изобретению требуется, однако, использование в приемной зоне 12 для тяжелой второй фракции конвейера 17. На этом конвейере 17 собираются преимущественно частицы более тяжелой второй фракции, но неизбежно также, что на конвейер 17 может попасть и некоторое количество частиц более легкой первой фракции.
Все частицы 3, собираемые на конвейер 17, разгружаются из приемной зоны 12 и транспортируются конвейером 17, движущимся со скоростью по меньшей мере 2 м/с, а предпочтительно 4 м/с, которая является достаточно высокой, чтобы все частицы были неплотно распределены по площади движущейся поверхности конвейера 17, что предотвращает обратное слипание частиц первой фракции и частиц второй фракции. Целесообразно, чтобы конвейер 17 имел такой наклон, чтобы он перемещал частицы, прилипшие к нему, вверх к выходу конвейера. Это способствует тому, что высокая скорость конвейера 17 вызывает отделение тяжелых частиц 3 второй фракции от конвейерной ленты 17 со скоростью, достаточной для перемещения частиц второй фракции через по существу поперечный воздушный поток 18, поступающий из воздуходувки 19. Под воздействием воздушного потока 18 частицы первой легкой фракции, захваченные более крупными частицами 3 второй фракции или перемещаемые вместе с ними, отделяются от этих крупных частиц. Поток воздуха 18 может быть легко образован с помощью воздуходувки 19, создающей направленный вниз воздушный поток 18, непосредственно рядом с местом выхода или выходом 20, где частицы 3 покидают конвейерную ленту 17. Надлежащее значение скорости воздушного потока 18 находится в пределах 15-30 м/с.
Как показано на фиг.1, на выходе конвейера имеется скребок 23 для удаления частиц первой фракции, которые склонны прилипать к поверхности конвейера 17.
Далее на фиг.1 показано, что может применяться вторая воздуходувка 21, обеспечивающая направленный вниз воздушный поток и находящаяся в непосредственной близости от барабана 5 для раннего удаления в направлении приемной зоны 11 частиц первой фракции из потока частиц, перемещающегося от барабана 5 после пластин 6, 6′ барабана 5, в момент, когда упомянутые пластины 6, 6′ ориентированы вертикально вверх в направлении от барабана 5 и оказывают ударное воздействие на упомянутые частицы 3, падающие вдоль направляющей плиты 2 загрузочного устройства 2, 10 в направлении барабана 5.
Еще одной функцией изобретения является та, что имеется отражательная плита 22, удаленная от барабана 5 и наклоненная вниз в направлении в сторону от барабана 5, которая по крайней мере частично проходит выше конвейера 17 в приемную зону 12 для второй более тяжелой фракции.
Отражательная плита 22 наклонена под углом менее 45° по отношению к горизонту. Целесообразно, чтобы отражательная плита 22 была наклонена под углом между 15 0 и 30° по отношению к горизонту.
Результаты
Результаты извлечения при применении сепарационного аппарата согласно изобретению для разделения и извлечения на примере 750 кг шлака, имеющего частицы в пределах 0-15 мм, следующие:
Подача на входе
Извлечение
Извлечение
Грубый продукт
Тонкий продукт
4 мм-15 мм
96,5%
3,5%
2 мм-4 мм
96,6%
3,4%
1 мм-2 мм
79,9%
20,1%
0,5-1 мм
52,0%
48,0%
0,25-0,5 мм
42,4%
57,6%
0,125-0,25 мм
44.8%
55,2%
0,063-0,125 мм
50,5%
49,5%
0,038-0,063 мм
67,7%
32,3%
Из этих результатов ясно, что изобретенный сепарационный аппарат очень эффективен для извлечения частиц второй фракции, имеющей размер в пределах 2-15 миллиметров, из частиц первой фракции размером менее 2 мм.
Пример воплощения, описанный здесь, относится к работе и конструкции сепарационного аппарата согласно данному изобретению и не ограничивается только обработкой шлака после сжигания отходов или зольных остатков. Изобретенный сепарационный аппарат является вообще применимым к любому типу частиц, которые требуется разделить на фракции частиц, имеющих размеры в нижних пределах, например 0-15 мм, без ограничения только такими частицами, которые получены от установок сжигания отходов.