EA022959B1 - Способ пневматического обогащения минерального сырья - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области обогащения минерального сырья и может быть использовано для создания мобильных обогатительных фабрик, предназначенных для переработки и классификации сырья по фракциям практически в любых погодных условиях, в том числе и при температурах окружающего воздуха от -50 до +50°С. Заявляется способ пневматического обогащения минерального сырья, включающий размещение обогащаемого сырья на воздухопроницаемой поверхности, пересекающей вертикальную камеру с восходящим воздушным потоком, поднимающим с воздухопроницаемой поверхности легкие фракции, которые затем потоком воздуха переносят в камеру гравитационного осаждения. Новым является то, что воздухопроницаемая поверхность выполнена в виде конвейера пропущенного ниже уровня нижнего основания одной или нескольких последовательно установленных вертикальных камер, в каждой из которых выбором скорости воздушного потока образован объемный псевдокипящий слой из частиц заданной плотности, в который попадают и беспрепятственно проходят сквозь него частицы меньшей плотности, а затем восходящим воздушным потоком переносятся из вертикальной камеры в камеру гравитационного осаждения.

Description

Изобретение относится к области обогащения минерального сырья и может быть использовано для создания мобильных обогатительных фабрик, предназначенных для переработки и классификации сырья по фракциям практически в любых погодных условиях, в том числе и при температурах окружающего воздуха от -50 до +50°С.

Известно, что за годы эксплуатации обогатительных фабрик и металлургических комбинатов накопились огромные объемы техногенных отходов, которые не только загрязняют окружающую среду, но и выводят из оборота огромные земельные площади, находящиеся в непосредственной близости от поселков, городов и прочих населенных пунктов. Большинство этих минеральных отходов представляют собой ценное сырье для вторичной переработки. Так, например, шлаки производства феррохрома содержат от 2 до 12% металлического феррохрома, при этом содержание хрома в руде, поступающей на переплавку, составляет от 1 до 5%, причем в химически связанном состоянии. Следовательно, вторичная переработка шлаков не только способна улучшить экологию региона, но и экономически целесообразна, при этом сама технология переработки указанных отходов должна удовлетворять целому ряду жестких требований.

Во-первых, технология обогащения сырья должна быть универсальной, легко перестраиваемой под переработку различного вида минерального сырья и при этом должна быть пригодной для обогащения различных по плотности материалов (угля, руды, техногенных отходов и нерудного сырья). Процесс переработки должен предусматривать возможность быстро и плавно производить изменение технологических режимов в зависимости от свойств перерабатываемого сырья, требований к качеству продуктов переработки и т.д., что позволит создавать мобильные обогатительные фабрики модульного типа с малым уровнем капитальных затрат на их доставку и установку.

Во-вторых, технология обогащения сырья должна быть высокоэффективной, обеспечивающей высокое качество получаемых продуктов, а так же то, чтобы после ее применения оставались только те отходы, которые не пригодны к дальнейшей переработке или непосредственному применению.

В-третьих, технология обогащения сырья должна быть всепогодной и круглогодичной, чтобы процесс проходил не сезонно с временным привлечением трудовых ресурсов, а шел постоянно - с круглогодичной занятостью местного населения. По этой причине технологический цикл обогащения сырья должен включать диапазон температур окружающего воздуха от -50 до +50°С и должен допускать размещение оборудования под открытым небом или с использованием укрытий легкого типа.

Известен способ обогащения сырья, широко используемый в настоящее время, основанный на разделении продуктов по плотности в жидкой среде (см. Разумов К.А. Перов В.А. Проектирование обогатительных фабрик М., Недра 1982 г., стр. 195-205, 268-282). Способ позволяет при наличии больших и дешевых водных ресурсов обеспечивать достаточно производительный процесс обогащения сырья.

Основным недостатком известного способа обогащения сырья является невозможность его использования в зимних условиях под открытым небом. Строительство же специализированных обогатительных фабрик, работающих круглый год, требует значительных материальных и финансовых ресурсов на обеспечение обогрева, что не позволяет получать известным способом конкурентоспособную продукцию при работе в зимних условиях даже в условиях средних широт с умеренно холодными зимами (пиковые значения отрицательных температур находятся в интервале от - 5 до -10°С).

Известен также способ обогащения сырья, широко используемый до настоящего времени, основанный на разделении продуктов по плотности в воздушной среде (см. М.В.Верхотуров Гравитационные методы обогащения М., Макс-Пресс 2006г., стр. 306-318), Г.Н. Шохин А.Г. Лопатин Гравитационные методы обогащения, М., Недра 1993г., стр. 9, включающий подачу обогащаемого сырья в камеру гравитационного осаждения, совершающую возвратно-поступательные движения, оснащенную ситом, снизу которого поступает поток воздуха. По мере продвижения по решету тяжелые зерна стремятся вниз, легкие зерна поднимаются в верхнюю часть слоя создаваемого из перерабатываемого продукта.

Способ позволяет производить круглогодичное обогащение сырья под открытым небом или с использованием укрытий легкого типа.

Основным недостатком известного способа обогащения сырья является низкая эффективность процесса разделения продуктов, высокая степень заражения тяжелых продуктов легкими фракциями, т.к. процесс осуществляется в слое продукта, расположенного на решете. Увеличение толщины слоя, необходимое для образования раздельных слоев из продуктов различной плотности, приводит к его высокому сопротивлению, и как следствие, низкой степени его разрыхления и низкой эффективности разделения фракций.

Еще одним недостатком известного способа является невозможность обеспечить быструю перестройку технологического процесса под переработку различного вида минерального сырья, т.к. каждый сепаратор создается для переработки продуктов с заданным диапазоном плотности.

Кроме того, известный способ обогащения сырья не позволяет осуществлять высокоэффективное разделение сырья по фракциям из-за высокого влияния влажности сырья на процесс.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению (прототипом) является способ обогащения минерального сырья (см. описание заявки \УО 96/09901, кл.В 07 В4/08, 1996 г), размещение обогащаемого сырья на воздухопроницаемой поверхности, пересекающей вертикальную камеру с восходящим

- 1 022959 воздушным потоком, поднимающим с воздухопроницаемой поверхности легкие фракции, которые затем потоком воздуха переносятся в камеру гравитационного осаждения. Известный способ позволяет производить круглогодичное обогащение сырья под открытым небом или с использованием укрытий легкого типа, а также производить быструю перестройку технологического процесса под переработку различного вида минерального сырья путем изменения скорости потока воздуха.

Основными недостатками известного способа являются, во-первых, его ограниченные функциональные возможности. За один цикл обогащения способ позволяет разделить обогащаемое сырье только на две фракции по плотности, одна из которых оседает в камере гравитационного осаждения, а вторая остается на воздухопроницаемой поверхности и за счет ее вибрации выводится из зоны сепарации, и одну фракцию малой крупности, имеющую размер менее размера ячеек воздухопроницаемой поверхности и просыпающуюся через воздухопроницаемую поверхность вниз.

Другим недостатком известного способа являет то, что производительность процесса, которую можно получить с использованием данного способа, ограничена производительностью удаления тяжелой фракции, что не позволяет эффективно сепарировать минеральное сырье.

Кроме того, известный способ не позволяет организовать высокую эффективность разделения сырья на фракции ввиду неравномерности поля скоростей потока воздуха в камере из-за подсоса воздуха через несимметричные боковые отверстия, предназначенные для подачи исходного сырья и вывода тяжелой фракции.

В основу данного изобретения поставлена задача устранения указанных недостатков, а именно создания универсального способа, позволяющего обогащать различные виды минерального сырья и техногенных отходов, таких как золотая и полиметаллическая руда, руда черных металлов, уголь, нерудные минералы, шлаки, клинкеры и т.д.

Указанная задача в способе пневматического обогащения минерального сырья, включающем размещение обогащаемого сырья на воздухопроницаемой поверхности, пересекающей вертикальную камеру с восходящим воздушным потоком, поднимающим с воздухопроницаемой поверхности легкие фракции, которые затем потоком воздуха переносят в камеру гравитационного осаждения, решена тем, что воздухопроницаемая поверхность выполнена в виде конвейера пропущенного на уровне или ниже уровня нижнего основания одной или нескольких последовательно установленных вертикальных камер, в каждой из которых выбором скорости воздушного потока образован объемный псевдокипящий слой из частиц заданной плотности, в который попадают и беспрепятственно проходят сквозь него частицы меньшей плотности, а затем восходящим воздушным потоком переносятся из вертикальной камеры в камеру гравитационного осаждения.

Наличие нескольких последовательно установленных вертикальных камер, в каждой из которых присутствует объемный псевдокипящий слой из частиц заданной плотности, в который попадают и беспрепятственно проходят сквозь него частицы меньшей плотности, позволяет одновременно организовать многопоточное пневматическое разделение обогащаемого сырья на несколько фракций, что существенно упрощает не только технологию разделения, но и существенно (в несколько раз) удешевляет процесс обогащения.

Наличие в каждой из вертикальных камер своего регулируемого режима всасывания воздуха с установлением своей индивидуальной скорости воздушного потока (постоянной или переменной), позволяет очень быстро производить процесс перенастройки режимов обогащения сырья, а с учетом возможности установки различных размеров ячеек воздухопроницаемого конвейера (постоянных или изменяемых), заявляемый способ существенно расширяет свои функциональные возможности.

Возможность создания прерывистого движения конвейера в результате воздействия знакопеременных ускорений позволяет обеспечить более равномерное распределение частиц на воздухопроницаемой поверхности и ликвидировать запирание частиц под слоем других частиц.

Регулировка расположения конвейера относительно уровня нижней части камеры позволяет быстро перенастраивать процесс при изменении крупности перерабатываемого продукта.

Использование в качестве конвейера движущегося ленточного конвейера с воздухопроницаемым полотном позволяет обеспечивать высокую производительность процесса.

Использование конвейера с изменяемым размером ячейки от камеры к камере позволяет охватить за один цикл сепарации всю возможную комбинацию фракций обогащаемого сырья.

Использование вибрационного конвейера позволяет упростить конструктивные решения в тех случаях, когда нет необходимости организовывать высокую производительность процесса, но есть ограничения по площади и габаритам размещаемого оборудования.

Использование конвейера в виде вращающегося диска оправдано в случае необходимости компактного размещения оборудования на ограниченной площади.

Использование в качестве конвейера вращающегося барабана позволяет также создать компактную простую установку сепарации на 2-3 фракции, работающую с высокой производительностью.

Таким образом, заявляемый способ позволяет разделять минеральное сырье практически на любое количество фракций за один цикл обработки сырья, что не имеет аналогов среди известных методов пневматической сепарации, а значит соответствует критерию изобретательский уровень.

- 2 022959

Заявляемый способ поясняется рисунками на фиг.1-4. На фиг. 1 представлена пневматическая схема устройства сепарации, поясняющая суть заявляемого способа, содержащая питатель 1 со смесью разделяемого сырья 2; воздухопроницаемый ленточный конвейер 3, под которым установлен вибротранспортер 4 (вибрирующий желоб, приводимый в движение, например, электромагнитом или вибродвигателем) на пружинных направляющих 5; всасывающие вертикальные камеры 6 (6а-6п), соединенные через всасывающие воздуховоды 7 (7а-7п) с камерами гравитационного осаждения 8 (8а-8п), которые через воздуховоды 9 (9а-9п) присоединены к вентиляторам 10 (10а-10п); шлюзовые затворы 11 (11а-11п), формирующие фракционные партии сырья 12 (12а-12п); фракционные партии сырья 13 (ссыпающаяся с конвейера 3) и 14 (мелкая фракция, просыпающаяся через конвейер 3).

На фиг. 2 представлена схема устройства для реализации заявляемого способа, где конвейер выполнен в виде вибрационного конвейера 15 на пружинных направляющих 16.

На фиг. 3 представлена схема устройства для реализации заявляемого способа, где конвейер выполнен в виде вращающегося диска 17с воздухопроницаемой поверхностью 18 и сбрасывателем сырья 19 (неподвижно закрепленной над диском с минимальным зазором пластиной).

На фиг. 4 представлена схема устройства для реализации заявляемого способа, где конвейер выполнен в виде вращающегося барабана 20 с просыпающейся поверхностью (на рисунке не показана), над которым вдоль его оси установлены вертикальные камеры 6, а внутри барабана - вибротранспортер 4 на пружинных направляющих 5.

Осуществление заявляемого способа рассмотрим на установке, представленной на фиг. 1. С питателя 1 перерабатываемое сырье 2, представляющее из себя сыпучую зернистую смесь, предварительно разделенную на классы по крупности и состоящую из зерен отличающихся друг от друга по плотности, равномерным слоем распределяют на движущейся поверхности полотна воздухопроницаемого ленточного конвейера 3. Наиболее мелкая фракция сразу просыпается через конвейер 3 на вибротранспортер 4, с которого она ссыпается в мелкую фракционную партию 14. Более крупные частицы движутся на конвейере 3 мимо нижних открытых срезов всасывающих камер 6а-6п и за счет всасывающих потоков воздуха от вентиляторов 10а-10п попадает во внутрь всасывающих камер 6а-6п. Над одним конвейером 3 может быть расположено любое количество камер 6а-6п, обеспечивающих получение нужного количества фракций различной плотности. В каждой из камер 6а-6п установлен свой индивидуальный режим скорости воздушного потока, который всасывая частицы с заданной плотностью создает в камере из них объемный псевдокипящий слой, через который беспрепятственно проходят частицы меньшей плотности, которые затем через воздуховоды 7а-7п попадают в камеры гравитационного осаждения 8а-8п, где воздушный поток замедляется и частицы оседают на дно камер 8а-8п и потом через шлюзовые затворы 11а11п непрерывно или периодически удаляются, образуя фракционные партии сырья 12а-12п. Все те частицы, которые оказались самыми тяжелыми и не попали в камеры 6а-6п, ссыпаются с конвейера 3 во фракционную партию 13. Таким образом, все поступающее на сепарацию сырье оказывается одновременно разделено на соответствующее количество фракций.

Аналогичным образом работает установка, представленная на фиг. 2. Отличием является то, что конвейер выполнен в виде вибрационного конвейера 15.

Установка, представленная на фиг. 3, работает аналогичным образом, но выполнена с использованием дискового конвейера 17 с воздухопроницаемой поверхностью 18.

Отвод оставшихся на дисковом конвейере 17 частиц 2 осуществляется сбрасывателем сырья 19.

Представленная на фиг. 4 установка выполнена с использованием вращающегося барабана 20 с просыпающейся поверхностью, внутри которого установлен вибротранспортер 4.

Конкретное осуществление заявляемого способа рассмотрим на примерах обогащения различного минерального сырья.

Пример 1.

Рассмотрим сепарацию шлаков феррохромного производства для дальнейшего получения феррохрома. Процесс пневматического обогащения рассмотрим на установке, представленной на фиг. 1. Производительность технологической линии составляет 50 т/ч. До начала переработки шлаки предварительно дробятся до крупности 0-6 мм и подаются на ленточный конвейер 3 с полотном, выполненным из сетки с ячейкой 1 мм, шириной 600 мм и движущимся со скоростью 0,5-1,5 м/с, над которым установлено две прямоугольные камеры 6а и 6б с сечением 600x150 мм и высотой 900 мм. Камеры соединены с камерами гравитационного осаждения 8а и 8б с диаметром 1200 мм и высотой 2500 мм.

Частицы шлака с размером менее 1 мм просыпаются под сетку конвейера 3 и попадают на вибрирующий желоб 4, удаляющий продукт из под конвейера 3.

Воздушный поток в камерах подбирается таким образом, что в первой камере выделяется продукт, не содержащий зерен феррохрома и имеющий плотность менее 2,9 т/м³, во второй камере выделяются зерна, содержащие до 50% феррохрома и имеющие плотность от 2,9 до 7,0 т/м³, данный продукт отправляется на вторичный переплав, на конвейере 3 после прохождения обеих камер 6а и 6б остается металлический феррохром с незначительными включениями шлака и являющийся товарным концентратом.

Пример 2.

Рассмотрим сепарацию высококачественных угольных концентратов из антрацита Горловского ме- 3 022959 сторождения (см. фиг. 1). Задачей является получение супернизкозольного концентрата, потребность в котором резко увеличилась в последние годы, и повышение суммарной стоимости товарных продуктов, получаемых в результате переработки угля. Производительность технологической линии составляет 500 т/ч. При переработке уголь классифицируется на машинные классы, и на переработку поступает уголь с крупностью менее 13 мм, который в свою очередь делится на классы 0-6 и 6-13 мм, каждый из которых перерабатывается по отдельности. Частицы крупностью 0-6 мм подаются на ленточный конвейер 3, с полотном, выполненным из сетки с ячейкой 1 мм и шириной 1000 мм, движущегося со скоростью 1,0-2,0 м/с, над которым установлено четыре прямоугольные камеры 6а, 6б, 6в и 6г с сечением 1000x200 мм и высотой 1200 мм. Камеры соединены с камерами гравитационного осаждения 8а-8г диаметром 1800 мм и высотой 2500 мм. Частицы угля с размером менее 1 мм просыпаются под сетку конвейера 3 и попадают на вибрирующий желоб 4, удаляющий продукт из под конвейера. Воздушный поток в камерах 6а-6г подбирается таким образом, что в первой камере 6а выделяется продукт с минимальной зольностью 2,4%, являющимся ценным сырьем для без коксовой металлургии, во второй камере 6б выделяются зерна угля, имеющие суммарную зольность не более 9% и использующиеся для производства электродов для алюминиевой промышленности, в третьей камере 6в выделяется высококачественный энергетический концентрат, имеющий зольность не более 17%, а в четвертой камере 6г - низкокачественный концентрат с зольностью до 26%. На сетке конвейера 3 остается продукт, представленный негорючими минералами с зольностью не менее 78-80%. Антрацит с крупностью 6-13 мм перерабатывается на аналогичной установке, отличающейся тем, что размер ячеек сетки конвейера 3 составляет 5 мм. Вертикальные камеры 6а6г выполнены размером 1000x250 мм с высотой 1500 мм, камеры осаждения 8а-8г диаметром 2000 мм и высотой 3500 мм.

Пример 3.

Рассмотрим сепарацию золота из полиметаллической руды сложного минерального состава на установке, представленной на фиг 2. Руда представлена минералами различной плотности: карбонатными породами и кварцем, имеющими плотность 2,6-2,9 т/м³; сростками сульфидных минералов с кварцем, имеющими плотность 2,9-3,5 т/м³; сульфидными минералами, имеющими плотность 3,5-4,3 т/м³; сульфидными минералами с незначительными включениями золота, имеющими плотность 4,3-5,0 т/м³; сульфидными минералами, имеющими существенные включения золота с плотностью 5,0-8,0 т/м³; самородки золота с включениями пород и имеющими плотность 8,0-18 т/м³. Производительность линии составляет 5 т/ч по исходной руде. Предварительно руда измельчается в размер крупности 0-4 мм, обеспечивающей начало вскрытия зерен минералов. Частицы крупностью 0-4 мм подаются на вибрационный конвейер 15 с полотном, выполненным из стального полотна с отверстиями 0,5 мм и шириной 600 мм, над которым установлено пять прямоугольных камер 6а-6д с сечением 600x100 мм высотой 1000 мм. Камеры соединены с камерами гравитационного осаждения 8а-8д диаметром 800 мм и высотой 1500 мм. Мелкий продукт с крупностью менее 0,5 мм просыпается через сетку на желоб 4 и выводятся за границы устройства (направляются на дальнейшую переработку флотационными методами). В первой камере 6а выделяется пустая порода с плотностью менее 2,9 т/м³, которая удаляется в отвал, что позволяет снизить нагрузку на дальнейшие процессы переработки и снизить себестоимость переработки. Во второй камере 6б выделяются сростки сульфидных минералов и кварца, которые направляют на дополнительное дробление с целью вскрытия сростков и повторно отправляются на переработку. В третьей камере 6в выделяется концентрат сульфидных минералов, который направляется на измельчение и дальнейшую переработку по флотационной технологии. Концентрат четвертой камеры 6г, содержащий золото в количестве не менее 120 г/т, направляется на выщелачивание. Концентрат пятой камеры 6д, содержащий достаточно высокие содержания золота, отправляются на участок гравитационной доводки золотосодержащих концентратов. Самородки золота, которые остались на ленте конвейера, представляют из себя концентрат, направляемый на аффинаж.

Пример 4.

Рассмотрим сепарацию клинкера цинкового производства (см. фиг. 4). При производстве металлического цинка образуется шлаковый клинкер, представляющий из себя смесь не прореагировавшего кокса и алюмосиликатной глыбы. Данный продукт достаточно сложно утилизируется, так как содержит до 20% кокса, который может возгораться, а так же не позволяет использовать клинкер в составе строительных материалов. После охлаждения клинкер дробится в размер менее 20 мм и поступает на конвейер, выполненный в виде барабана 20 с ячеей 1,0 мм. Над конвейером 20 установлена одна камера 6а размером 1000x100 мм с потоком воздуха, настроенным на извлечение кокса. Большая разница в плотности кокса и шлака позволяет получить качественное разделение материалов в широком диапазоне крупности частиц.

Таким образом, заявляемый способ позволяет эффективно осуществлять пневматическую сепарацию различного минерального сырья.

Claims (13)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Способ пневматического обогащения минерального сырья, включающий размещение обогащаемого сырья на воздухопроницаемой поверхности, пересекающей вертикальную камеру с восходящим воздушным потоком, поднимающим с воздухопроницаемой поверхности легкие фракции, которые затем потоком воздуха переносят в камеру гравитационного осаждения, отличающийся тем, что воздухопроницаемая поверхность выполнена в виде конвейера, пропущенного ниже уровня нижнего основания одной или нескольких последовательно установленных вертикальных камер, в каждой из которых выбором скорости воздушного потока образуют объемный псевдокипящий слой из частиц заданной плотности, в который попадают и беспрепятственно проходят сквозь него частицы меньшей плотности, а затем восходящим воздушным потоком переносятся из вертикальной камеры в камеру гравитационного осаждения.
2. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что регулируют скорость воздушного потока в каждой из вертикальных камер.
3. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что профиль скорости воздушного потока внутри каждой из вертикальных камер устанавливают постоянным.
4. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что профиль скорости воздушного потока внутри каждой из вертикальных камер устанавливают переменным.
5. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что размер ячейки воздухопроницаемого конвейера устанавливают постоянным по всей его поверхности.
6. 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что размер ячейки воздухопроницаемого конвейера устанавливают от камеры к камере изменяемым.
7. 7. Способ по п.1, отличающийся тем, что регулируют скорость движения конвейера.
8. 8. Способ по п.1, отличающийся тем, что скорость движения конвейера устанавливают прерывистой.
9. 9. Способ по п.1, отличающийся тем, что регулируют положение конвейера относительно уровня нижней части камер.
10. 10. Способ по п.1, отличающийся тем, что конвейер выполнен в виде движущегося ленточного конвейера.
11. 11. Способ по п.1, отличающийся тем, что конвейер выполнен в виде вибрационного конвейера.
12. 12. Способ по п.1, отличающийся тем, что конвейер выполнен в виде вращающегося диска.
13. 13. Способ по п.1, отличающийся тем, что конвейер выполнен в виде вращающегося барабана с горизонтальной осью, над которым вдоль его оси установлены вертикальные камеры.