CN110022994B - 分离矿物原料的气动方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及分离矿物原料的领域，并且可用于生产移动的分离设备，该设备用于在任何天气条件下，包括在‑50至+50℃的环境空气温度下，根据馏分处理和分类原料。要求保护的是一种用于分离矿物原料的气动方法，包括：将要分离的原料放置在透气表面上，所述透气表面贯穿分离腔室，其中上升的气流从透气表面提升轻质馏分，后者是以输送机的形式通过所述分离腔室底部的下方，其中，通过选择空气流速，稀释的流化床层由特定密度的颗粒形成，其中密度较小颗粒被上升空气流从分离腔室转移到重力沉积腔室之前无阻碍地进入并且通过，其特征在于，所述分离腔室朝向输送机平面倾斜，而其底部平行于输送机平面，并且由分离腔室的纵向壁和其底部形成的锐角指向输送机的运动方向。

Description

分离矿物原料的气动方法

技术领域

本发明涉及分离矿物原料的领域，并且可用于生产移动的分离设备，该设备根据其元素处理和分类原材料可以用于在任何天气条件下，包括在-50至+50℃的气温下。

背景技术

众所周知，分离矿石、煤、非金属材料的主要方法之一是特定的密度分离方法(即重力方法)。所提取的原料质量的下降和为电力工程、冶金和化学企业提供进一步加工的精矿质量要求的增加，大大提高了对所采用的原料分离方法效率的要求。

类似地，已知在分离设备和冶金处理设备的操作期间，已经积累了大量的矿物废物。这些废物不仅污染环境，而且占据了位于定居点、城镇和其他住宅区附近大片土地。大多数情况下，这些矿物废物是二次加工的重要原料。因此，例如，来自铬铁生产的副产物含有2至12％的金属铬铁；然而，在熔化过程中使用的矿石中铬的含量为1％至5％，这种铬是化学键合的。因此，副产物的二次加工不仅能够改善各个区域的环境条件，而且经济上可行；然而，加工特定废物的技术必须符合若干的严格要求。

首先，原料分离技术必须是通用的、易于调节，用于加工各种矿物原料；同时，它必须适合分离密度不同的材料(例如，煤、矿石、生产废物和非金属原料)。加工程序必须提供一种可能性，根据待加工原料的性质、加工产品质量的要求等，快速、轻松地改变加工方式，这将使模块式移动式分离设备用于传送和装置的资本支出具有较低的水平。

其次，原料分离技术必须是高效的，提供高质量的所获得的产品，以及在其应用之后剩余的副产物不适于进一步加工或工业应用。

第三，原料分离技术必须是全天候和全年的，因此该过程不是与季节相关的劳动力资源临时参与，而是随着当地人口的全年就业而不间断的。由于上述原因，原料分离的工艺周期必须包括环境空气温度范围-50至+50℃，并且必须允许设备在露天或小型工棚使用。

迄今为止广泛使用的已知的原料分离方法；它基于在液体介质中通过密度的产物分离(参见Razumov K.A.Perov V.A.“Designing of separation plants”，M.，Nedra1982，第195-205页，第268-282页)。在相当大的实用性和廉价的水资源的情况下，该方法允许提供用于充分产量的原料分离过程。

已知的原料分离方法的主要缺点是，在露天条件下的冬季条件下的应用是不可能的。事实上，建造以全年为基础运营的专业工厂需要大量的材料和财政资源来确保供暖。在冬季条件下，即使在中等纬度，冬季温度适中(负温度的峰值在-5到-10℃之间)的情况下，也很难使用该已知的方法而获得有竞争力的产品。

还有另一种已知的原料分离方法，直到最近才广泛使用。它基于通过空气介质中特定密度的产物分离(参见M.V.Verkhoturov“Gravitational separating methods”M.,Max-Press 2006,第306-318页)，(G.N.Shokhin A.G.Lopatin“Gravitational separatingmethods”,M.,Nedra 1993.,第9页)，其中包括：将分离的原料提供到重力沉积腔室中。该腔室进行往复运动，它配备有气流从底部进入的筛网。在沿着筛网的运动过程中，重物质向下移动，而轻质物料移动到由有待进一步处理的产物形成的层的上部。

该方法允许在露天或使用小型工棚的情况下全年生产原料的分离。

该原料分离方法的主要缺点是，产品分离过程的效率低，重质产品中的轻质材料的高度存在，在放置在筛网上的产品层中该过程都会进行。增加层厚是产生不同密度产品分隔层的必要条件，导致其高的阻力，从而导致其去除程度低，物料分离效率低。对于不同类型的原料加工，要保证制造工艺的快速转换是不可能的，只要制造出每一个分离器，都只能在预先设定的密度范围内加工产品。

此外，由于在处理过程中原料的高湿度效应，用于原料分离的特定方法不允许通过小部分进行高效的原料分离。

最接近本发明技术方案的方法是矿物原料的气动分离的方法(参见欧亚专利第022959号，类В07В4/08，В0ЗВ4/04，2016)，包括：将原料放置在透气表面上，原料在透气表面上被分离，该表面贯穿垂直的(分离)腔室，上升气流从透气表面提升轻质馏分，后者是以输送机的形式通过垂直分离腔室的底部的下方，其中，通过选择空气流的速度，由特定密度的颗粒形成稀释的流化床层，密度较低的颗粒进入并且通过，随着上升的气流从垂直分离腔室转移到重力沉积腔室中之前所述颗粒在没有阻碍的情况下通过。

该方法允许全年在户外或者使用阳光工棚进行原料分离；同时，通过变换气流速度的方式，以执行制造过程的快速重新调整，从而处理各种类型的矿物原料。

该特定方法的主要缺点是，其选择预定尺寸的颗粒的性能不够充分，这由以下原因决定。

首先，当试图提高该方法的性能时，必须按比例增加输送机速度，这减少了预定尺寸的颗粒在垂直腔室的进气端(喷嘴)区域内存在的时间，并且，这增加了在输送机上移动的颗粒的动能的水平速度和水平分量。

其次，输送机速度的增加自动导致在垂直腔室的后壁(沿着输送机运动方向)附近稀释流化床层的改变和密度增加，这扰乱了在假沸腾层中颗粒运动的正常流动(因为增加了颗粒的密度)，其防止较低密度的颗粒通过它，即这导致较重颗粒移除了轻颗粒并降低了分离过程的性能。

发明内容

本发明的基础目的是提高特定方法的性能以及保持分离过程性能。

气动分离矿物原料的方法的具体目的包括：将要分离的原料放置在透气表面上，所述透气表面贯穿分离腔室，其中上升的气流从透气表面提升轻质馏分，后者是以输送机的形式通过所述分离腔室底部的下方，其中，通过选择空气流速，稀释的流化床层由特定密度的颗粒形成，其中密度较小颗粒被上升空气流从分离腔室转移到重力沉积腔室之前无阻碍地进入并且通过，其特征在于，所述分离腔室朝向输送机平面倾斜，而其底部平行于输送机平面，并且由分离腔室的纵向壁和其底部形成的锐角指向输送机的运动方向。

由于分离腔室及其底部相对于输送机表面的特定位置，当增加输送机速度时，显著降低分离腔室的后壁(沿输送机运动方向)附近的流化床层的密度，从而在分离腔室的整个横截面区域中的分布更均匀。

为了增加具有预定密度的颗粒的提取程度，所述分离腔室被内部纵向平行分区分成两个或更多个顺序的和/或平行的定位的部分，而这些部分的底部平行于输送机平面，并且这些部分的上端在分离腔室内汇合在一起，通过单个气流将颗粒传送到重力沉积腔室。这是因为在分离腔室中，被指定用于通过预定的重力值分离颗粒，对指定的颗粒的多阶段选择是这样实现的，通过几个连续的垂直流动对特定的颗粒同时产生影响，每个垂直流动吸收其指定部分中的特定的颗粒。

已知分离腔室选择密度低于预设密度的颗粒，例如1.4克/立方厘米。只要被分离的材料可能包含大量密度小于分离的颗粒，将分离腔室分成具有相同或不同横截面面积的部分，并且在它们内部分别具有相等或不同的流速，将允许以具有低于预定密度的颗粒进行阶段性分离，从而减少后面腔室的负荷并提高密度达到1.4克/立方厘米的颗粒的分离效率。

为了对具有预定重力的颗粒进行多阶段选择，分离腔室的不同部分的底部在输送机上方可以具有相同或不同的设置高度，从而确保在分离腔室的每个部分形成相同或不同密度的流化床层，这将允许在分离腔室的第一部分中确保密度基本上低于预设的密度的颗粒的预分离，而在最后的部分中，执行更准确和有效的基于密度的颗粒的分离。

将分离腔室沿着输送机运动方向分成多个部分，允许在分离腔室中的横截面中(沿着输送机)去除的空气速度场的不均匀性，并且将所述腔室横跨输送机运动方向分成多个部分，从而允许在分离腔室中的横向截面和纵向截面(垂直于输送机方向)消除空气速度场的不均匀性，以及防止流化床层的颗粒的横向和纵向的交叉流动并确保其在整个腔室部分中的均匀性。由于通道中的气流阻力与流速的平方成比例从而实现了这种效果，并且，分别地，在原来速度较高的通道中，流速受到的阻碍更大，在速度最小的通道中阻碍最小，因此，各通道的流速接近整个分离腔室的平均值。

因此，分离腔室被安装成与输送机平面成一定的角度，而其底部平面位于与输送机平面平行的位置，与现有技术相比，允许基本上(两倍和更多)地提高了所公开的方法的性能。同时保持或甚至提高用于矿物原料分离的气动方法的选择性，其与目前应用于气动分离装置的已知方法不相似，因此，它符合“创造性”的标准。

附图说明

本文公开的方法由图1-7说明。

图1展示了矿物原料分离装置的方框图，其中分离腔室垂直放置，如同原型一样，箭头表示待分离的矿物原料颗粒的运动路径，这些来自于透气输送机以及它们与气流和流化床层颗粒的相互作用。而且，该图示出了层朝向分离腔室的后壁(沿着输送机30运动)的位移，其中：1-分离腔室壁；2-分离腔室中进气流的运动方向；3-透气性输送机，具有被分离的矿物原料颗粒4；5-分离腔室的底部；6а-6f-分离矿物原料颗粒的运动的方向上，7-重力沉积腔室，通过进气通道8与分离腔室相连，以及来自所述重力沉积腔室的进气口***9；10-闸门口，用于分离的矿物原料11的移除。

图2а和2b示出了在所述输送机的低速和高速情况下流化床层颗粒的分布：在输送机高速运转过程中的流化床层朝向分离腔室的后壁(沿输送机运动)位移。

图3示出了用于气动分离的装置的入口部分，其中分离腔室是倾斜的，并且箭头示出了被分离的矿物原料颗粒的移动路径，它们来自于透气输送机而进入，以及与气流和流化床层颗粒的相互作用。另外，示出了腔室中流化床层的均匀分布，其中：12а-12b-分离腔室的壁；13-分离腔室中进气流的运动方向；14-透气性输送机，其中具有被分离的矿物原料颗粒15；16-分离腔室底部平面；和17а-17b-在腔室内被分离的矿物原料的颗粒的运动的方向。

图4示出了用于气动分离的装置的入口部分，其中分离腔室以一定角度定位并且由沿着输送机定位的三个连续安装的部分组成，这些部分的底部相对于输送机设置于相同的高度。其中：18-分隔腔室壁；19а-19c-在分离腔室各部分中的吸入空气流的运动的方向；20а-20c-分离腔室各部分的底部平面；21-透气性输送机，其中具有被分离的矿物原料颗粒22；23-35-被分离的矿物原料颗粒在分离腔室各部分的底部和流化床层中的运动方向。

图5示出了用于气动分离的装置的入口部分，其中分离腔室以一定角度定位并且由沿着输送机定位的三个连续安装的部分组成，这些部分的底部相对于输送机设置于不同的高度。其中：36-分离腔室壁；37а-37c-在分离腔室各部分中的吸入空气流的运动的方向；38а-38c-分离腔室各部分的底部平面，相对于输送机39设置在不同的高度，所述输送机39具有被分离的矿物原料的颗粒40。

图6示出了用于气动分离的装置的入口部分，其中分离腔室以一定角度定位并且是多个部分，并且包括沿输送机定位的三个连续安装的部分和横向于输送机定位的三个连续部分组成，而所有部分的底部相对于输送机设置于相同的高度，其中：41-多个部分的倾斜的分离腔室，包括三条线部分43'-45'沿着透气性输送机42的运动方向和横向于其运动方向的三条线部分43”-43””。图7示出了在部分43”-43””的内部被分离的矿物原料颗粒的分布。

具体实施方式

为了理解所声明的方法，首先，让我们考虑在分离垂直腔室中发生的过程，如图1所示，原料的颗粒4被分离，在透气带式输送机3内移动。最细小部分的颗粒通过输送机3过滤并被从颗粒分离区域移除(通过输送机3过滤和有条件地移除溢出的颗粒的过程未示意性地示出)。接着，在输送机3上移动的颗粒4到达分离垂直腔室的进入区域，该进入区域由壁1来限定，在此颗粒4与空气流2通过其敞开的底部开口5被吸入。因此，在与分离垂直腔室的开口底部5相邻的区域，发生移动颗粒6a-6e的涡流，其通过水平能量同时撞击颗粒4而形成，这与它们在带式输送机3上的运动以及由空气流2创建的垂直提升力有关。移动的部分6а-6f的特定的流动由预先设定的密度的颗粒形成流化床层，在其中密度小于该预先设定的密度的颗粒不受限制地通过；然后，它们通过上升的气流从垂直腔室通过进气管道8传送到重力沉积腔室7，提供进气***9形成颗粒4进入所需的负压(rarefaction)。在重力沉积腔室7中积聚颗粒之后，打开闸门口10并移除沉积的颗粒。形成流化床层的颗粒的重力由空气流速2预先设定。在带式输送机3的低运动速度情况下，因此，该方法的性能低，颗粒在流化床中的分布层对应于图2a；并且，在输送机速度3的增加的情况下，颗粒进行如图2b所示的分布，即流化床层朝向垂直腔室的后(沿着输送机运动)壁位移。然而，降低了垂直腔室中分离过程的性能。这可以通过以下事实来解释：当颗粒4移动时，在流化床层中发生了流动，这确保了通过重力以及寄生流的颗粒分离。因此，例如，沿着路径6g移动的轻质颗粒可以与沿着路径6d移动的高重力的粒子接触，并且在这方面考虑到粒子6d的水平速度的可用性及其更高的密度，这些颗粒可能会拖着沿着路径6g移动的这种颗粒并将其从分离腔室中移除。

因此，在透气性输送机3的运动速度增加时，将观察到分离腔室中颗粒分离性能的降低。在这方面，允许提高矿物原料气动分离性能的唯一方法是增加透气性输送机3的运动速度。为了解决该特定问题，建议将分离腔室定位为具有角度，如图3所示。由于在被吸入的床的区域16大于垂直分离腔室的该区域5(图1)，分离腔室的壁12a朝向输送机倾斜，然而，流化床层中的颗粒的运动由两个流动形成：沿着成角度的壁12a引导的上升流和朝向成角度的壁12b下降的垂直流，这导致颗粒的有组织的循环。因此，在颗粒流17a撞击下的流化床层朝向前(沿着输送机运动)壁12b位移，从而，流化床层相对于分离腔室的底部16的平面的整个区域水平。

为了提高与预先设定的密度颗粒的提取程度，所述分离腔室可以通过纵向隔板被分离成两个或更多个连续设置的部分(参见图4)，底部20а-20b平行于输送机的屏幕并与它保持相同的距离。以下示例可以解释特定的效果。让我们假设在分离腔室中的活动模式中，一个分离腔室可以实现90％的效率，即从腔室构成10％中去除轻质颗粒。因此，在第一个部分中，我们可以提取90％的轻质颗粒，在第二个部分中-进入第二部分的那些轻质颗粒的90％以上，即在两个连续部分中分离的总体有效性将达到99％，在分离性能方面，一个部分等于90％。该解决方案允许实现输送机运动速度的显着增加以及所声明的方法的性能。

现在，让我们考虑实施图5所示方法的变形实施例，其中使用三个部分的腔室；各个部分的底部位于与腔室表面不同的高度。特定的方法允许确保以这种方式在分离腔室的部分中分配流化床层，使得在具有较低密度的流化床层的输送机的第一部分(朝向输送机运动)中提取密度大大低于预设阈值密度的大量的颗粒，从而减小了对后面部分的负荷，其中最终去除接近该预设阈值密度的颗粒。

图6示出了所述方法的另一种变形实施例，其中示出了倾斜分离多个部分的腔室。它包括三个连续地安装的部分43'-45'，它们沿着输送机42设置，和三个顺序地安装的部分43”-43””，它们横向于输送机，所有部分的底部设置于相对于输送机42相同的高度。分离腔室内部分的这种布置允许同时确保流化床层的均匀性，无论是在纵向腔室的纵向还是在横向部分中。图7显示了分离的矿物原料颗粒在部分43”-43””中的分布，它们横向位于输送机42上。

为了实际实现所述方法，制造了原型装置，用于分离铬铁生产的废物，旨在进一步获得铬铁。在分离倾斜腔室上进行气动分离过程，该分离倾斜腔室由3个连续的部分组成(图4)，并且与输送机平面的倾斜角构成55°。在气动处理开始之前，将废物初步研磨至粗糙度为0-6毫米，并提供给带式输送机，输送机的带由网格制成，网格为1毫米，宽度为600毫米，行进速度为0.5-1.5米/秒。倾斜分离腔室的横截面为600×150毫米，高度为900毫米，并通过隔板分成3个相等截面的部分。腔室通过空气管道与直径1200毫米，高度为2500毫米的重力沉积腔室连接。选择分离腔室中的空气流，使得在腔室中产生不含铬铁珠并且重力小于2.9-3.5吨/立方米的产物，并且在通过腔室后的输送机上保留含有微量夹杂物的金属铬铁；它是可销售的浓缩物。与具有600×150毫米的截面和900毫米的高度的单个矩形垂直分离腔室相比，分离腔室的特定性能提供均匀分布的流化床层并且增加2.2倍的装置的性能。

Claims (6)

1.一种分离矿物原料的气动方法，包括：将要分离的原料放置在透气表面上，所述透气表面贯穿分离腔室，其中上升的气流从透气表面提升轻质馏分，后者是以输送机的形式通过所述分离腔室底部的下方，其中，通过选择空气流速，稀释的流化床层由特定密度的颗粒形成，其中密度较小颗粒被上升空气流从分离腔室通过进气管道转移到重力沉积腔室之前无阻碍地进入并且通过，其特征在于，所述分离腔室朝向输送机平面倾斜，而其底部平行于输送机平面，并且由分离腔室的纵向壁和其底部形成的锐角指向输送机的运动方向。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分离腔室被内部纵向平行分隔件分成两个或更多个顺序的和/或平行的定位的部分，这些部分的底部平行于输送机平面定位，并且这些部分的上端在垂直分离腔室内接合在一起，通过单个气流将颗粒传递到重力沉积腔室。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述分离腔室的各部分具有面积相等的横截面。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述分离腔室的各部分具有面积不同的横截面。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述分离腔室的各部分的底部相对于输送机表面设置在相同的高度。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，纵向腔室的各部分的底部相对于输送机表面设置在不同的高度。

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