CN110465399A - 一种低含泥量石灰石原料的制备方法及分离设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低含泥量石灰石原料的制备方法及分离设备，低含泥量石灰石原料的制备方法，包括：S1：振动输料使待处理石灰石料表面的泥沙脱落形成移动的含泥沙混合料，对移动的含泥沙混合料进行顺流风洗，产生风带尘土和砂砾石灰石混料；S2：粒径小于0.5mm的风带尘土通过布袋除尘分离；粒径为0.5～1.5mm的风带尘土通过重力沉降分离；S3：砂砾石灰石混料去除小于粒径要求的石灰石和砂砾即得低含泥量石灰石原料；或者砂砾石灰石混料再依次经过S1和S2多次处理后再进行去除小于粒径要求的石灰石和砂砾即得低含泥量石灰石原料。石灰石原料的泥沙含量降至0.20％以下，百吨平均电耗35kWh，低于水洗成本。

Description

一种低含泥量石灰石原料的制备方法及分离设备
技术领域
本发明属于无机非金属原料及制备领域，具体为一种低含泥量石灰石原料的制备方法及分离设备。
背景技术
特殊金属冶炼中使用的脱硫脱磷活性石灰、电石生产中使用的活性石灰原料，盐湖水提取高纯氧化镁使用的石灰沉淀剂等都需要纯度、活性较高的石灰。例如，盐湖水提取高纯氧化镁使用的石灰沉淀剂，每生产1吨氧化镁，需2.5吨石灰石生产的石灰，石灰石中的某些杂质在氢氧化镁沉淀时其也同时沉淀，因此，石灰石的杂质含量决定着盐湖高纯镁砂的纯度。石灰石中杂质含量小于0.2％，可生产氧化镁含量大于98％的镁砂，当石灰石杂质含量大于0.5％，只能生产氧化镁含量不超过96.8％的镁砂。石灰石杂质含量对盐湖水提取高纯氧化镁纯度影响是非常明显的。电石厂生产石灰使用的石灰石原料要求泥沙含量不能超过1.5％。
要生产高纯优质石灰，除石灰石本身的化学组成纯度要高以外，开采、破碎过程中带进的山皮、黄土也是影响其纯度的主要因素。除去原料中的山皮、黄土，最简单的方法是水洗，但在西部严重缺水地区，水洗工艺难以实现。
发明内容
针对西部电力资源丰富但严重缺水的地区石灰石泥沙难以实现水洗除泥的特点，本发明采用多级风洗方法，以电力取代水，除去石灰石原料中粘附的黄土及夹带的山皮，提供了一种低含泥量石灰石原料的制备方法及分离设备。
为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案，该方法包括：
一种低含泥量石灰石原料的制备方法，包括：S1：振动输料使待处理石灰石料表面的泥沙脱落形成移动的含泥沙混合料，对移动的含泥沙混合料进行顺流风洗，产生风带尘土和砂砾石灰石混料；S2：粒径小于0.5mm的风带尘土通过布袋除尘分离；粒径为0.5～1.5mm的风带尘土通过重力沉降分离；S3：砂砾石灰石混料去除小于粒径要求的石灰石和砂砾即得低含泥量石灰石原料；或者砂砾石灰石混料再依次经过S1和S2多次处理后再进行去除小于粒径要求的石灰石和砂砾即得低含泥量石灰石原料。
可选的，所述的顺流风洗的风压为67～74kPa，顺流风洗的风流量620～710m3/h，顺流风洗的风流速为12.1～13.5m/s。
可选的，在所述的振动输料前使待处理石灰石料形成物料密封，使顺流风洗的风仅沿含尘混合料移动的方向流动；砂砾石灰石混料在出料时形成物料密封；所述的待处理石灰石料的自然堆积空隙率大于36％。
可选的，所述的振动输料的倾斜角度为18～22°；顺流风洗的风向与振动输料的倾斜面之间的夹角为28～32°。
可选的，所述的振动输料的振动频率为25Hz，激振力18～22kN。
一种低含泥量石灰石原料的分离设备，至少包括一级风洗筒，所述的风洗筒包括依次连通的进料口、振动输料段、出料口和出风口，在所述的振动输料段设置高压风喷嘴；所述的进料口沿纵向设置，出风口沿横向设置，振动输料段过渡连接进料口和出风口倾斜设置；所述振动输料段的长径比为9.5～13.5。
可选的，进料口的高度H＝1200～1500mm，在所述的进料口上还安装第一料位探测器和第二料位探测器，第一料位探测器安装在进料口的口部，第二料位探测器安装在距进料口口部360～450mm处。
可选的，所述的振动输料段的倾斜角度α为18～22°，所述的高压风喷嘴与振动输料段的轴线夹角β为28～32°。
可选的，在所述的进料口上设置第一振动器，在所述的振动输料段上设置第二振动器。
可选的，沿纵向依次设置布袋除尘分离通道和重力沉降分离通道；所述的出风口(3)与布袋除尘分离通道和重力沉降分离通道连通；出料口与溜筛连接或出料口与多级风洗筒连通；溜筛和重力沉降分离通道分别与螺旋给料机连接。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
可解决西部严重缺水山区石灰石无法实现水洗除泥沙的难题。利用西部丰富的风、光可再生电力资源，以电取代水，节约宝贵的水资源，生产低泥沙含量石灰石原料，实现矿产资源增值。生产工艺风洗比水洗简单，风洗工艺占地面积小，原料处理量大，生产成本低。两段式风洗，可生产泥沙含量低于0.20％的石灰石原料。根据用户对泥沙含量的要求，可实现更多段风洗工艺。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明的低含泥量石灰石原料的分离设备的结构示意图；
图中各标号表示为：1-进料口、11-第一料位探测器、12-第二料位探测器、13-第一振动器、2-振动输料段、21-高压风喷嘴、22-第二振动器、3-出风口、4-出料口、5-布袋除尘连接口、6-布袋除尘通道、7-重力沉降分离通道、8-溜筛、9-螺旋给料机；
图中的箭头表示物料的运行方向。
具体实施方式
本发明采用风洗+筛分取代水洗除去石灰石破碎后的原料中的山皮和黄土，降低石灰石原料中的泥沙含量，提高其纯度。本发明可广泛应用于西部电力资源丰富但严重缺水的地区。
本发明中提到的顺流吹洗：指的是风向与物料的流向(移动方向)是一致的，顺流风洗有利于粉尘与颗粒分离，同时还能进一步促进物料的流动，并且对于风带走的尘土方便进行后端的处理。
本发明中的振动输料指的是输送物料过程中采用振动输送，振动使料板、物料与物料之间相互碰撞，粘附的泥沙脱落，同时振动的频率与风筒的倾斜角度配合给石灰石料运动提供动力，无需额外的动力即可同时实现振动脱落和输料。
风洗工艺装备采用两段式风洗筒，通过对风洗筒的直径与长度、风洗筒的倾角，进料口料位高度控制及密封性，吹洗风喷嘴选择，安装角度、风压、风速及流量等参数的计算及优化，建设了可清洗5～9cm、2～5cm石灰石风洗生产线。
该方法包括采用风洗工艺，设计独立的两段式风洗筒，封闭进料端，通过顺流吹洗，引出含尘风，含尘风中的大颗粒泥沙经沉降室沉降，小颗粒泥沙经布袋除尘器分离，由螺旋机排除。风洗后的石灰石再经溜筛处理，得到含泥量极低的石灰石原料。风洗成本低于水洗成本，风洗平均百吨电耗低于35kwh。
具体的，本发明的低含泥量石灰石原料的制备方法，包括：S1：振动输料使待处理石灰石料表面的泥沙脱落形成移动的含泥沙混合料，对移动的含泥沙混合料进行顺流风洗，产生风带尘土和砂砾石灰石混料；S2：粒径小于0.5mm的风带尘土通过布袋除尘分离；粒径为0.5～1.5mm的风带尘土通过重力沉降分离；S3：砂砾石灰石混料去除小于粒径要求的石灰石和砂砾即得低含泥量石灰石原料；或者砂砾石灰石混料再依次经过S1和S2多次处理后再进行去除小于粒径要求的石灰石和砂砾即得低含泥量石灰石原料。
在本公开的实施例中，顺流风洗的风压为67～74kPa，顺流风洗的风流量620～710m3/h，顺流风洗的风流速为12.1～13.5m/s。在本公开的实施例中，在振动输料前使待处理石灰石料形成物料密封，使顺流风洗的风仅沿含尘混合料移动的方向流动；砂砾石灰石混料在出料时形成物料密封，防止溜筛分离产生粉尘；待处理石灰石料的自然堆积空隙率大于36％。一定粒度级差的石灰石原料是指风洗对象必须具有一定的堆积空隙，高压风在风洗筒内必须保持一定的流速，否则高压气体无法带走所含泥沙。实验结果证明：石灰石原料的堆积空隙率必须大于36％，低于36％，随着堆积空隙率降低，高压风阻力快速增加，电耗增大；顺流风洗的风流速必须大于12.1m/s，否则粉尘无法全部带出。
在本公开的实施例中，振动输料的倾斜角度为18～22°；顺流风洗的风向与振动输料的倾斜面之间的夹角为28～32°。振动输料有一定的倾角，施加微小的振动力即可实现物料间滚动碰撞下滑。向振动输料的物料吹入一定压力、一定流速的空气，空气只能沿物料运行方向流动，至下一段时，由出风口排除，并方便进行下一步的分离处理。
在本公开的实施例中，振动输料的振动频率为25Hz，激振力18～22kN。振动输料有一定的倾角，施加微小的振动力即可实现物料间滚动碰撞下滑移动。
结合图1，本发明的低含泥量石灰石原料的分离设备，至少包括一级风洗筒，风洗筒包括依次连通的进料口1、振动输料段2、出料口4和出风口3，在振动输料段2设置高压风喷嘴21；进料口1沿纵向设置，出风口3沿横向设置，振动输料段2过渡连接进料口1和出风口3倾斜设置；振动输料段2的长径比为9.5～13.5。将一定粒度级差的石灰石原料通过进料口1送入风洗筒的振动输料段2，通过高压风喷嘴21通入高压风进行顺流风洗，粒径小于0.5mm的风带尘土通过布袋除尘分离；粒径为0.5～1.5mm的风带尘土通过重力沉降分离，经顺流风洗风洗后的砂砾石灰石混料再过溜筛进一步除去大颗粒的物料。风洗筒的振动输料段2必须保持一定的长径比(L/D)，L/D＝9.5～13.5风洗效率最高，同时风洗筒可采用多级串联，多次对物料进行处理，串联时可以考虑设备的高度和宽度等尺寸要求，进行通向串联或反向串联均可以实现多级分离处理。另外，长径比还决定了单位产品能耗，高压风机功率、风压、流量的选取，风洗筒出风口风速的设置等。研究结果表明：一级风洗筒风洗，泥沙去除效率可以达到80.9％～87.2％，二级风洗筒风洗，泥沙去除效率可以达到93.5％～94.8％，三级风洗筒风洗，泥沙去除效率可以达到94.5％～97.1％。三级以上风洗筒风洗效率更低，级数越多得到的物料越纯净，但是设备运行成本会增高，所以在实际的生产过程中可根据需要进行灵活自由的组合。
在本公开的实施例中，进料口1的高度H＝1200～1500mm，在进料口1上还安装第一料位探测器11和第二料位探测器12，第一料位探测器11安装在进料口1的口部，第二料位探测器12安装在距进料口1口部360～450mm处。进料口密封和料位控制***，经测试，在L/D＝9.5～13.5范围，进料口料柱高度H＝1200～1500mm可以达到工艺设计要求。通过料位探测器和振动器配合，控制料位高度，满足密封要求。在每段风洗筒中，进料口端管道中由石灰石原料填充，起密封作用，由料位探测器和振动器控制料位高度。振动器功率即振动给料速度必须满足料柱控制高度下限。
在本公开的实施例中，振动输料段2的倾斜角度α为18～22°，高压风喷嘴21与振动输料段2的轴线夹角β为28～32°。高压风喷嘴21的安装必须保证风洗筒轴线和高压风喷嘴21轴线保持一定的夹角，以保证高压风流向与风洗物料走向基本保持一致，减少风洗筒径向风的干扰。实验结果证明：风洗筒轴线和高压风喷嘴21轴线的夹角为30±2°时风洗效率最高。为了控制含尘风沿一定的方向进入沉降室(重力沉降分离通道)，必须控制进料口1的风阻远大于出料口4的风阻。实现进料口1和出料口4风阻大小调节的方法是控制进料口料柱的高度和风洗筒的安装倾斜角度。实验结果证明：进料口料柱高度H＝850～1500mm，风洗筒安装倾角18～22°即可控制高压风的流向。
在本公开的实施例中，在进料口1上设置第一振动器13，在振动输料段2上设置第二振动器22。风洗筒安装有一定的倾角，施加微小的振动力即可实现物料间滚动碰撞下滑至下一段进料口。向风洗筒中吹入一定压力、一定流速的空气，空气只能沿物料运行方向流动，至下一段风洗筒进料口时，由出风口排除。气体中的大颗粒粉尘在沉降室沉降收集，由螺旋机排除，其余含尘废气进入布袋除尘器净化处理。经第二段风洗筒风洗后的石灰石原料，过溜筛，除去已脱离石灰石原料风力无法带走的砂粒及山皮。
在本公开的实施例中，沿纵向依次设置布袋除尘分离通道6和重力沉降分离通道7；出风口3与布袋除尘分离通道6和重力沉降分离通道7连通；出料口4与溜筛8连接或出料口4与多级风洗筒连通；溜筛8和重力沉降分离通道7分别与螺旋给料机9连接。泥沙分离***，主要是沉降室的设计，含尘风进入沉降室后，由于气流通道面积突然增大，在流量不变的前提下风速下降，根据斯托克斯(Stokes)定律，颗粒沉降速度V:
式中，η为液体介质的粘度；ρ为试样的比重；ρ0为介质的比重；g为重力加速度，r为颗粒半径。
当风速大于半径为r的颗粒的沉降速度时，半径为r的颗粒进入布袋除尘器，半径大于r的颗粒，沉降至沉降室底部，螺旋机排除。可根据沉降颗粒大小要求，计算设计沉降室。
实施例一：
实施过程中采用的为优质石灰石破碎原料，其化学组成为：CaO＝55.7％，MgO＝0.3％，Fe2O3＝0.1％，SiO2＝0.71％，Al2O3＝0.23％，K2O＝0.08％，Na2O＝0.02％，SO3＝0.02％，P2O5＝0.01，LOI＝43.46％。
5～9cm的石灰石原料二段式风洗线的建设及运行：
预期指标：泥沙含量小于0.5％，处理量80t/h，百吨平均电耗小于50kwh。实测5～9cm石灰石原料自然堆积孔隙率为40.7％，风阻较小。
低含泥量石灰石原料的分离设备：
本实施例的分离设备包括二级风洗筒；一级风洗筒和二级风洗筒的结构相同，沿纵向串联。
风洗筒包括依次连通的进料口1、振动输料段2、出料口4和出风口3，在振动输料段2设置高压风喷嘴21；进料口1沿纵向设置，出风口3沿横向设置，振动输料段2过渡连接进料口1和出风口3倾斜设置；振动输料段2的长径比为13.1，内径D＝800mm，长度L＝10500mm，L/D＝13.1。
进料口1的内径D＝800mm，高度H＝1500mm。在进料口1上安装第一料位探测器11和第二料位探测器12，第一料位探测器11安装在进料口1的口部，第二料位探测器12安装在距进料口1口部450mm处。振动输料段2的倾斜角度α为18°，高压风喷嘴21与振动输料段2的轴线夹角β为32°。在进料口1上设置第一振动器13，在振动输料段2上设置第二振动器22。沿纵向依次设置布袋除尘分离通道6和重力沉降分离通道7；出风口3与布袋除尘分离通道6和重力沉降分离通道7连通；出料口4与溜筛8连接或出料口4与多级风洗筒连通；溜筛8和重力沉降分离通道7分别与螺旋给料机9连接。
设备运行参数及效果：第一振动器功率0.75kw，激振力7kN(使用率较低)。第二振动器功率1.5kw，振动频率25Hz，激振力18kN。
高压风喷嘴21连接G200高压风机，型号2EB1 820-7HH47，功率15kw，风压67kPa，流量710m3/h，高压风喷嘴21采用临界流文丘里喷嘴，其喉部的后面带有孔径逐渐扩大的流道，流速高，压力损失较小。
进料口1的进料量80t/h，进料泥沙含量2.7％，出料泥沙含量0.14％，泥沙去除率94.8％。百吨原料电耗34kwh。
百吨平均电耗35kwh。按当地每kwh电价0.34元计算，每吨风洗成本为0.12元，与百吨石灰石原料水洗需补充3吨新鲜水相比，低于水洗成本。
实施例二：
实施过程中采用的为优质石灰石破碎原料，其化学组成为：CaO＝55.7％，MgO＝0.3％，Fe2O3＝0.1％，SiO2＝0.71％，Al2O3＝0.23％，K2O＝0.08％，Na2O＝0.02％，SO3＝0.02％，P2O5＝0.01，LOI＝43.46％。
2-5cm的石灰石原料二段式风洗线的建设及运行：
预期指标：泥沙含量小于1％，处理量70t/h，百吨平均电耗小于55kwh。实测2～5cm石灰石原料自然堆积孔隙率为38.4％，风阻大于5～9mm的原料。
本实施例与实施例一的不同之处在于：
设备运行参数及效果：振动输料段2的长径比为11.9，内径D＝800mm，长度L＝9500mm，L/D＝11.9；振动输料段2的倾斜角度α为22°，高压风喷嘴21与振动输料段2的轴线夹角β为28°。进料口1内径D＝800mm，高度H＝1200mm,第二料位探测器12安装在距进料口1口部360mm处。第一振动器功率0.75kw，激振力10kN(使用率较低)。第二振动器功率1.5kw，振动频率25Hz，激振力22kN。高压风喷嘴21连接G200高压风机，型号2EB1 820-7HH47，功率15kw，风压74kPa，流量620m3/h；进料口1的进料量为70t/h；
进料泥沙含量3.1％，出料泥沙含量0.20％，泥沙去除率93.5％。百吨原料电耗36kwh。
本发明的低含泥量石灰石原料的制备方法和分离设备在西北某严重缺水山区实施。建设了70t/h的2～5cm石灰石原料二段式风洗线和80t/h的5～9cm石灰石原料二段式风洗线，风洗后泥沙含量达到了预期目的。
从投资和节能角度考虑，采用一段风洗，泥沙难以彻底去除，产品不达标；采用三段风洗，生产线建设投资高、单位产品能耗高。经二段风洗筒风洗后的5～9cm石灰石原料，泥沙含量由原来的2.0％～2.7％降至0.15％以下，2～5cm的石灰石原料，泥沙含量由原来的2.3％～3.1％降至0.20％以下。百吨平均电耗35kwh。按当地每kwh电价0.34元计算，每吨风洗成本为0.12元，与百吨石灰石原料水洗需补充3吨新鲜水相比，低于水洗成本。
以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所发明的内容。

Claims (10)

1.一种低含泥量石灰石原料的制备方法，其特征在于，包括：
S1：振动输料使待处理石灰石料表面的泥沙脱落形成移动的含泥沙混合料，对移动的含泥沙混合料进行顺流风洗，产生风带尘土和砂砾石灰石混料；
S2：粒径小于0.5mm的风带尘土通过布袋除尘分离；粒径为0.5～1.5mm的风带尘土通过重力沉降分离；
S3：砂砾石灰石混料去除小于粒径要求的石灰石和砂砾即得低含泥量石灰石原料；或者砂砾石灰石混料再依次经过S1和S2多次处理后再进行去除小于粒径要求的石灰石和砂砾即得低含泥量石灰石原料。
2.根据权利要求1所述的低含泥量石灰石原料的制备方法，其特征在于，所述的顺流风洗的风压为67～74kPa，顺流风洗的风流量620～710m3/h，顺流风洗的风流速为12.1～13.5m/s。
3.根据权利要求1或2所述的低含泥量石灰石原料的制备方法，其特征在于，在所述的振动输料前使待处理石灰石料形成物料密封，使顺流风洗的风仅沿含尘混合料移动的方向流动；
砂砾石灰石混料在出料时形成物料密封；
所述的待处理石灰石料的自然堆积空隙率大于36％。
4.根据权利要求1或2所述的低含泥量石灰石原料的制备方法，其特征在于，所述的振动输料的倾斜角度为18～22°；
顺流风洗的风向与振动输料的倾斜面之间的夹角为28～32°。
5.根据权利要求1或2所述的低含泥量石灰石原料的制备方法，其特征在于，所述的振动输料的振动频率为25Hz，激振力18～22kN。
6.一种低含泥量石灰石原料的分离设备，其特征在于，所述的低含泥量石灰石原料的分离设备采用权利要求1-5任一权利要求所述的低含泥量石灰石原料的制备方法进行低含泥量石灰石原料的分离；
至少包括一级风洗筒，所述的风洗筒包括依次连通的进料口(1)、振动输料段(2)、出料口(4)和出风口(3)，在所述的振动输料段(2)设置高压风喷嘴(21)；
所述的进料口(1)沿纵向设置，出风口(3)沿横向设置，振动输料段(2)过渡连接进料口(1)和出风口(3)倾斜设置；
所述振动输料段(2)的长径比为9.5～13.5。
7.根据权利要求6所述的低含泥量石灰石原料的分离设备，其特征在于，进料口(1)的高度H＝1200～1500mm，在所述的进料口(1)上还安装第一料位探测器(11)和第二料位探测器(12)，第一料位探测器(11)安装在进料口(1)的口部，第二料位探测器(12)安装在距进料口(1)口部360～450mm处。
8.根据权利要求6所述的低含泥量石灰石原料的分离设备，其特征在于，所述的振动输料段(2)的倾斜角度α为18～22°，所述的高压风喷嘴(21)与振动输料段(2)的轴线夹角β为28～32°。
9.根据权利要求6所述的低含泥量石灰石原料的分离设备，其特征在于，在所述的进料口(1)上设置第一振动器(13)，在所述的振动输料段(2)上设置第二振动器(22)。
10.根据权利要求6所述的低含泥量石灰石原料的分离设备，其特征在于，沿纵向依次设置布袋除尘分离通道(6)和重力沉降分离通道(7)；
所述的出风口(3)与布袋除尘分离通道(6)和重力沉降分离通道(7)连通；
出料口(4)与溜筛(8)连接或出料口(4)与多级风洗筒连通；
溜筛(8)和重力沉降分离通道(7)分别与螺旋给料机(9)连接。
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