СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ
METHOD OF LOOSE MATERIAL SEPARATION

Изобретение относится к области обогащения сыпучих рудных и нерудных материалов, может быть использовано для разделения асбестовых руд. Известен способ переработки асбестовых руд, включающий стадиальное дробление, грохочение и разделение материала на наклонных плоскостях [1]. Известно также устройство для реализации данного способа, включающее питатель, систему наклонных плоскостей и приемники продуктов [1].
Недостатками известного способа и устройства для его реализации являются низкие производительность и эффективность разделения асбестосодержащих материалов из-за высокой чувствительности процесса к таким факторам, как нагрузка, изменение фракционного состава агрегатного состояния асбеста, поверхностных свойств частиц, влажность материала и, как следствие, колебания ширины веера на сходе с плоскости. Необходимость узкой классификации руды, низкая удельная производительность установок предопределяет необходимость строительства громоздких зданий и сооружений.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ разделения твердых материалов по различным физическим характеристикам, включающий расслоение материала и введение материала в зоне разделения, направление на материал воздушного потока в сторону вращения барабана: формирование воздушным потоком веера частиц с различными физическими характеристиками, подачу веера частиц на боковую поверхность барабана, разделение на барабане и вывод разделенных фракций [2].
Известно устройство для осуществления данного способа [3], включающее питатель, наклонный вибролоток, узел формирования воздушного потока, вращающийся барабан с приводом, приемники разделенных продуктов.
Способ и устройство [2, 3] реализуются следующим образом. Исходный материал с помощью наклонного вибролотка расслаивается по крупности (по плотности, когда необходимо разделить смесь различных материалов) и подается свободно падающим потоком на боковую поверхность вращающегося барабана. Под воздействием направленного в сторону вращения барабана воздушного потока расслоенный материал образует веер частиц. Частицы падают на поверхность барабана по разным траекториям. Частицы с большим коэффициентом трения и с меньшим коэффициентом восстановления удерживаются на поверхности барабана и увлекаются им в сторону вращения. Частицы (как правило, крупные) с большим коэффициентом восстановления отскакивают от поверхности барабана в сторону, противоположную его вращению.
Недостатком данного способа и устройства является невысокая эффективность разделения применительно к асбестовым продуктам, обусловленная тем, что частицы с различными физическими свойствами с вибролотка сходят с одинаковой скоростью и веер частиц материала над вращающейся поверхностью барабана формируется только за счет направленного на падающий материал потоком воздуха. В этих условиях трудно добиться устойчивого распределения частиц по их физическим свойствам по ширине веера. Повышенная энергоемкость процесса связана с расходами на создание воздушного потока.
Технический результат - снижение энергоемкости процесса и повышение эффективности разделения материала, состоящего из частиц с различными коэффициентами трения и восстановления.
Поставленная цель достигается тем, что в известном способе разделения сыпучих материалов, включающем расслоение материала на два продукта, введение материала в зону разделения, воздействие на материал воздушным потоком, совпадающим по направлению с вращением барабана, формирование веера частиц, подачу веера частиц на боковую поверхность барабана и вывод разделенных продуктов, расслоение материала на два продукта осуществляют на поверхности, образованной из продукта с наиболее высоким коэффициентом трения, а воздушный поток формируют с торцевых сторон барабана и подают его в направлении к середине боковой поверхности. В известном устройстве, включающем питатель, наклонную плоскость, узел формирования воздушного потока, вращающийся барабан с приводом и приемники для продуктов разделения, в нижней части наклонной плоскости поперек потока материала закреплены ребра, направленные в сторону, противоположную движению материала, под углом наклона не более 90°, а узел формирования воздушного потока выполнен в виде радиальных вогнутых лопаток, закрепленных на торцевых поверхностях барабана, при этом длина лопаток больше радиуса барабана.
В таблице 1 приведены коэффициенты трения продуктов на поверхностях с различным покрытием. Максимальная разница в коэффициентах трения разделяемых частиц соответствует покрытию наклонной плоскости из асбеста.
Таблица 1
Результаты определения коэффициентов трения
Вид покрытия поверхности
Кинематический коэффициент трения
Разница в коэффициентах
Асбест
Порода
Сталь
0,73
0,33
0,40
Резина
0,84
0,43
0,41
Асбест
1,21-1,36<sup>*</sup>
0,69
0,52-0,67<sup>*</sup>
*Коэффициент трения различен при использовании асбеста разной длины в качестве вида покрытия поверхности
Таким образом, использование асбеста в качестве покрытия плоскости для расслоения материала на два продукта (продукта с более высоким коэффициентом трения) позволит повысить эффективность разделения.
Для создания покрытия из асбеста на наклонной плоскости для расслоения материала на два продукта, в нижней части плоскости поперек потоку материала закреплены ребра, направленные в сторону, противоположную движению материала, под углом наклона к плоскости не более 90°. Использование такого технического решения, как закрепленные ребра, позволяет из смеси продуктов выделять фракцию свободного асбеста в процессе движения материала по плоскости. Это осуществляется следующим образом. Частицы, имеющие низкий коэффициент восстановления, движутся с большей скоростью и, ударяясь о поверхность ребер, проскакивают, не заполняя межреберное пространство, асбест и пылевидные включения, обладающие высоким коэффициентом трения и низким коэффициентом восстановления, скользя по поверхности, удерживаются ребрами и заполняют межреберное пространство, создавая таким образом специальное равномерное покрытие, которое в дальнейшем участвует в расслоении материала на два продукта за счет удержания их поверхностью асбеста из выделенного материала. В процессе движения материала по наклонной плоскости свободное "волокно асбеста", выделяемое из потока, транспортируется к краю плоскости. Формирование специального покрытия осуществляется только при углах наклона ребер, равных 70-90°, тогда ребра способствуют удержанию части свободного волокна асбеста на плоскости. При этих углах эффективность процесса и выход хвостов практически не меняются.
При угле наклона ребер, большем 90°, например 100, 110°, свободный асбест начинает перекатываться через ребра и равномерного покрытия наклонной плоскости не создается. При дальнейшем увеличении угла наклона ребра не задерживают асбест на наклонной плоскости и эффект от использования в качества покрытия продукта с более высоким коэффициентом трения (асбеста) полностью пропадает.
В известных способах и устройствах барабанного типа для разделения сыпучих материалов в потоке используется воздушное сопло для направленного движения воздуха в сторону вращения барабана с целью повышения эффективности разделения материала. Это требует наличия дополнительной пневмосистемы. Воздушный поток будет также направлен в сторону вращения барабана, если его сформировать с торцевых сторон барабана и направить к центру боковой поверхности. При формировании воздушного потока с помощью радиально вогнутых лопаток с длиной больше радиуса барабана, закрепленных на торцевых поверхностях барабана, воздушный поток, направленный в сторону вращения барабана, будет создаваться за счет энергии вращения барабана, что не потребует дополнительных воздуходувок и воздушного сопла. Радиальные вогнутые лопатки выполняются длиной больше радиуса барабана и закрепляются к торцевым поверхностям, чтобы формируемый воздушный поток был направлен к середине боковой поверхности барабана и максимальное усилие потока воздействовало на разделяемые продукты, что позволит отклонять частицы асбеста, обладающие более высокой парусностью.
Использование радиальных лопаток меньшего радиуса барабана будет формировать поток только с торцов барабана и не создаст достаточно «упругий» воздушный поток в зоне разделения, что не позволит достаточно эффективно отделять асбест от породы.
Таким образом, расслоение материала на два продукта на плоскости, образованной из продукта с более высоким коэффициентом трения, и установка для этой цели в нижней части наклонной плоскости поперек потоку материала ребер, направленных в сторону, противоположную движению материала, под углом к плоскости не более 90°, позволяет повысить эффективность процесса разделения асбестосодержащих продуктов, а формирование воздушного потока с торцевых сторон барабана и его направление к центру боковой поверхности с помощью радиальных вогнутых лопаток с длиной, большей радиуса барабана, позволяет не использовать для создания воздушных потоков пневматических сопел и сократить расход воздуха в операции разделения, т.е. обеспечить эффективность разделения асбеста и породы, а также снизит энергоемкость процесса.
В известных технических решениях не обнаружено признаков, сходных с признаками, отличающими заявляемое решение от прототипа, на основании чего можно сделать вывод о соответствии предлагаемого решения критерию «существенные отличия».
Способ и устройство поясняются чертежами.
На фиг.1 изображен общий вид устройства;
На фиг.2 - вид А по фиг.1.
Устройство включает питатель 1, наклонную плоскость 2, узел формирования воздушного потока 3, вращающийся барабан 4 с приводом (не показан), приемники концентрата 5 и породы 6, ребра 7 на наклонной плоскости 2, по которым движется и расслаивается материал 8. На торцевых поверхностях вращающегося барабана 4 установлены радиальные вогнутые лопатки 9 длиной, большей радиуса барабана 4, и наклоненные к поверхности торцевых сторон барабана 4.
Предлагаемый способ и устройство осуществляется следующим образом.
Исходный материал 8 из питателя 1, состоящий из частиц, разных по физическим свойствам, подается на наклонную плоскость 2, в нижней части которой поперек потоку материала закреплены ребра 7, направленные в сторону, противоположную движению материала, под углом к плоскости не более 90°. В процессе движения материала 8 по наклонной плоскости 2 ребра 7 задерживают свободный распушенный материал 8 (например, асбест) и частично пылевую его фракцию и создают таким образом слой материала 8 на наклонной плоскости 2. В результате движения материала 8 по (например, асбестовому) слою материала 8 происходит расслоение материала 8. Частицы распушенного асбестового волокна, обладающие высоким коэффициентом трения, разгоняются незначительно и на сходе с плоскости 2 движутся по более крутой траектории, нежели породные частицы. При попадании асбестовых частиц на поверхность барабана 4 отскока не происходит, и они транспортируются барабаном 4, вращающимся навстречу потоку материала, падающего с наклонной плоскости 2 в приемник концентрата 5. Частицы породы, имея более низкий коэффициент трения, движутся по плоскости 2 с асбестовым покрытием 8 значительно быстрее, вследствие чего траектория их отрыва от плоскости имеет более пологую форму по сравнению с асбестовыми частицами. Многие породные частицы двигаются, не задевая барабан 4, попадают в приемник породной фракций 6, а те, которые соприкасаются с поверхностью барабана 4, имея упругость, отскакивают в приемник породной фракции 6. При вращении барабана 4, снабженного радиальными вогнутыми лопатками 9, формируется воздушный поток 3 и движется к середине боковой поверхности барабана 4. Этот воздушный поток 3 захватывает частицы распушенного асбестового волокна после схода их с конца наклонной плоскости 2 и способствует транспортировке обладающих высокой парусностью асбестовых волокон в приемник концентрата 5. На породные частицы материала 8 воздушный поток практически не действует и не препятствует попаданию их в породный приемник 6.
Экспериментальная проверка способа и устройства проведена в условиях асбестовой опытной фабрики на экспериментальной модели фрикционного сепараторов на различных асбестосодержащих продуктах.
Режим проведения опытов и результаты разделения приведены в таблице 2.
Таблица 2
Результаты разделения асбестосодержащих продуктов (-3+0) мм
Номер опыта
Вид покрытия
Угол наклона ребер, град.
Продукт
Выход, %
Содержание асбеста, %
Извлечение асбеста, %
Эффектив-ность, %
Воздушный поток сформирован с торцов барабана и направлен к центру боковой поверхности
1
2
3
4
5
6
7
8
1
Сталь
Ребер нет
Концентрат
41,5
1,55
78,6
Хвосты
58,5
0,30
21,4
37,4
Итого
100
0,82
100
2
Резина
Ребер нет
Концентрат
38,4
1,63
77,2
39,1
Хвосты
61,6
0,30
22,8
Итого
100
0,81
100
3
Асбест
80
Концентрат
24,6
2,45
72,7
Хвосты
75,4
0,30
27,3
48,5
Итого
100
0,83
100
4
Асбест
90
Концентрат
25,5
2,42
73,4
Хвосты
74,5
0,30
26,6
48,3
Итого
100
0,84
100
5
Асбест
100
Концентрат
29,7
2,12
74,9
Хвосты
70,3
0,30
25,1
45,6
Итого
100
0,84
100
6
Асбест
110
Концентрат
33,9
1,89
76,4
Хвосты
61,1
0,30
23,6
42,9
Итого
100
0,30
100
Воздушный поток сформирован с помощью сопла и направлен в сторону вращения барабана
7
Асбест
90
Концентрат
26,1
2,41
33,9
Хвосты
73,9
0,30
26,1
48,2
Итого
100
0,85
100
Результаты опытов показали, что при наклонной плоскости, снабженной ребрами, позволяющими создать поверхность из асбеста, эффективность разделения и выход хвостов выше, чем при наклонной плоскости из стали и резины: 48,3 и 74,5 против 37,4 и 58,5 (сталь), 39,1 и 61,6 (резина) (таблица 1, опыты №1, 2, 4).
При увеличении угла наклона ребер выше 90° эффективность разделения и выход хвостов снижаются: 45,6 и 70,3 (α=100°), 42,9 и 61,1 (α=100°) против 48,6 и 75,4 (α=80°), 48,3 и 74,5 (α=90°) (табл.2, опыты 3-6).
Способ формирования воздушного потока практически не влияет на эффективность разделения и на выход хвостов: 48,3 и 74,5 против 48,2 и 73,9 (табл.2, опыты № 4 и 7), хотя при формировании воздушного потока с торцов барабана и направлении потока к центру боковой поверхности барабана эти показатели несколько выше.
Предложенный способ и устройство для его реализации позволит повысить эффективность переработки асбестовых промпродуктов, а при использовании в существующих технологических схемах снизить стадиальность переработки, следовательно, уменьшить количество энергоемких аппаратов. Кроме того, при использовании предложенного способа и устройства в большей степени будет сохраняться текстура волокна.
ЛИТЕРАТУРА
1. Практика обогащения асбестовых руд / Под ред. Ф.П.Сафронова. - М.: Недра, 1975. 224 с.
2. Кравец Б.Н. Специальные и комбинированные методы обогащения. - М.: Недра, 1986. - 340 с.
4
3. А.с. 1313530 СССР, МКИ В07В 13/00. Способ разделения твердых материалов по крупности / Матросов А.А., Панфилов Ф.В., Сысоев A.M., Никольский В.В. - 5 с.: ил.