Результат интеллектуальной деятельности: УСТАНОВКА ДЛЯ ДРОБЛЕНИЯ, СЕЛЕКТИВНОГО ПОМОЛА, СУШКИ И СЕПАРАЦИИ ПОЛИМИНЕРАЛЬНЫХ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ

Изобретение относится к горно-обогатительной технике и может быть использовано для селективного дробления, помола, сушки и сепарации отходов обогащения углей, углистых аргиллитов, а также других полиминеральных отходов, в частности отходов флотационного обогащения железных руд, каолинов, песков и др.

Известна установка для подготовки порошка из глинистого сырья [Пат. РФ 2099308, С04В 33/02, В02С 21/00, 20.12.1997] включающая вертикально расположенную сушильную камеру с питателем, воздухораспределителем, набором направляющих лопастей, патрубками для подвода и отвода теплоносителя, теплогенератор, дымосос, циклон и бункер, причем сушильная камера дополнительно содержит подвижный конус, размещенный в верхней его части, овальное тело, закрепленное в центре камеры под загрузочным питателем, направляющие лопасти выполнены подвижными путем размещения их на колесе-активаторе, над которым закреплена ложная стенка, снабженная жалюзи, при этом колесо-активатор и ложная стенка отдельными газоходами соединены с воздухораспределителем

Недостатками известной установки являются невозможность организации селективного помола и применения ее для сушки и помола глинистого сырья с влажностью выше 20%.

Известна сушильно-сепарационная установка для сушки, классификации и обогащения минерального полидисперсного сырья без ограничения его крупности [Пат. РФ 2360195, F26B 17/10, 29.01.2008], включающая вертикальный и горизонтальный завихрители, вертикальную загрузочную трубу, связанную с питателем, размещенную в центре сушильной камеры над завихрителями, заглушенную в верхней части, с конусным распределителем на выходе, в нижней части сушильной камеры размещен классификатор для крупной фракции, воздушные сепараторы снабжены полочными классификаторами, а бункеры готовой продукции - регулируемыми клапанами для подсоса атмосферного воздуха.

Недостатками известной установки являются невозможность организации в ней селективного помола и использования ее для вторичного обогащения отходов из-за отсутствия мелющих тел и принудительной подачи теплоносителя через горизонтальный завихритель, вследствие чего завихритель зачастую завален породой и через него теплоноситель в сушильную камеру не поступает.

Наиболее близким техническим решением, выбранным за прототип, является измельчительно-сепарационная установка [Пат. РФ 2194577, В02С 21/00, 20.12.2002], включающая последовательно соединенные между собой общей воздушной системой вертикально расположенный вихревой измельчительно-сушильный аппарат, снабженный колесом-активатором, ложной стенкой с жалюзи, соединенный с теплогенератором отдельными газоходами, питателем, подвижным конусом, размещенным в верхней его части, овальным телом, закрепленным в центре, теплогенератор, воздухораспределитель, дымосос и аспирационную систему. Колесо-активатор вихревого измельчительно-сушильного аппарата выполнено в виде турбины, на направляющих лопастях которой установлены била, отдельные газоходы ложной стенки и турбины выполнены в виде единой улитки, верхний конец овального тела размещен над загрузочным питателем, а аспирационная система установки включает от двух до четырех последовательно расположенных ступеней пылеосаждения.

Недостатком известной установки является то, что ее нельзя использовать для переработки отходов сухого и флотационного обогащения углей, углистых аргиллитов, каолинов, песков и других техногенных отходов из-за невозможности организации селективного (избирательного) дробления, помола и одновременной сушки при влажности выше 20% при сохранении высокой производительности.

Задачей изобретения является создание устройства, в котором возможна организация дробления, селективного помола с одновременной двухступенчатой сушкой и сепарации полиминеральных промышленных отходов с влажностью 20% и выше при сохранении высокой производительности.

Поставленная задача решается благодаря тому, что в заявляемой установке, включающей последовательно соединенные между собой общей воздушной системой вертикально расположенную мельницу-сушилку с вертикальной сушильной трубой и загрузочной трубой, герметичным питателем, рабочей камерой с помольным рабочим органом, соединенной с теплогенератором отдельными газоходами, выполненными в виде единой улитки, с вертикальным и горизонтальным завихрителями, систему классификаторов, пылеуловителей и дымосос, согласно изобретению:

1. помольный рабочий орган мельницы-сушилки выполнен в виде трех вращающихся в одном направлении с изменяющейся от 750 до 3000 мин^-1 скоростью вращения роторов,

2. роторы установлены в рабочей камере мельницы-сушилки таким образом, что их оси проходят через вершины равностороннего треугольника, центр тяжести которого лежит на оси рабочей камеры мельницы сушилки, причем оси роторов и рабочей камеры параллельны,

3. на валах роторов закреплены от 6 до 18 мелющие тел - бил, т.е. от 2 до 6 бил могут быть закреплены на валу каждого из роторов,

4. газоход, соединяющий рабочую камеру мельницы-сушилки с теплогенератором через горизонтальный завихритель, выполнен таким образом, что теплоноситель от теплогенератора поступает в рабочую камеру мельницы-сушилки принудительно через воздуховод вентилятора поддува,

5. герметичный питатель для подачи отходов в загрузочную трубу мельницы-сушилки состоит из последовательно соединенных шлюзового и шнекового питателей,

6. установка снабжена дополнительно газоходом, соединяющим теплогенератор и сушильную трубу в месте выхода измельченного материала из рабочей камеры мельницы-сушилки,

Схематично установка для селективного дробления, помола, сушки и сепарации полиминеральных промышленных отходов показана на фиг. 1-6.

На фиг. 1 представлена схема установки для дробления, селективного помола, сушки и сепарации полиминеральных промышленных отходов.

На фиг. 2 показан вид А, мельница-сушилка.

На фиг. 3 показана мельница-сушилка в разрезе, вид Б-Б.

На фиг. 4 показан вид В, герметичный питатель.

На фиг. 5 показан вид Г, газоходы.

Где: 1 - мельница-сушилка; 2 - сушильная труба; 3 - шлюзовой питатель; 4 - шнековый питатель; 5 - теплогенератор; 6 - газоход; 7 - газоход; 8 - воздуховод; 9 - вентилятор поддува; 10 - газоход; 11 - инерционные уловители; 12 - регулируемые отверстия инерционных уловителей; 13 - полочные классификаторы; 14 - групповые циклоны; 15 - рукавный фильтр; 16 - дымосос; 17 - бункеры; 18 - крышки бункеров; 19 - рабочая камера мельницы-сушилки; 20 - загрузочная труба; 21 - роторы; 22 - била; 23- двигатели; 24 -вертикальный завихритель; 25 - горизонтальный завихритель.

Установка для селективного дробления, помола, сушки и сепарации полиминеральных промышленных отходов содержит последовательно соединенные между собой вертикально расположенную мельницу-сушилку 1, теплогенератор 5, последовательно установленные герметичные шлюзовый 3 и шнековый 4 питатели, два установленных на бункерах 17, и последовательно соединенных U-образных инерционных уловителя 11 со встроенными полочными классификаторами 13, групповые циклоны 14, рукавный фильтр 15 и дымосос 16.

Мельница-сушилка имеет три рабочих органа, выполненных в виде роторов 21 с изменяющейся от 750 до 3000 мин^-1скоростью вращения, на которых закреплены от 6 до 18 мелющих тел - бил 22, приводимых в движение двигателями 23. Роторы установлены таким образом, что являются вершинами равностороннего треугольника, через центр тяжести которого проходит ось рабочей камеры 19 мельницы-сушилки. Расположение роторов позволяет более эффективно производить помол материала за счет создания встречных потоков при работе бил. Роторы вращаются в одном направлении, например, против часовой стрелки. Установка трех роторов позволяет в отличие от работы одного колеса-активатора организовать дробление и селективный (избирательный) помол отходов сухого или флотационного обогащения углей, углистых аргиллитов, каолинов и др.

Мельница-сушилка снабжена вертикальной загрузочной трубой 20, размещенной внутри сушильной камеры над мельницей и связанной с герметичным питателем, состоящим из последовательно соединенных шлюзового питателя 3 и шнекового питателя 4, что обеспечивает разрыхление материала при подаче его в мельницу-сушилку и предотвращает подсос наружного воздуха за счет герметичности шлюзового питателя.

Мельница-сушилка соединена с теплогенератором 5 двумя газоходами.

Газоход 6 соединяет рабочую камеру 19 мельницы-сушилки и теплогенератор 5 через вертикальный завихритель 24. Теплоноситель по газоходу 6 поступает в рабочую камеру мельницы-сушилки за счет разрежения, создаваемого дымососом 16.

Газоход 7 соединяет рабочую камеру 19 мельницы-сушилки и теплогенератор 5 через горизонтальный завихритель 25. Теплоноситель по газоходу 7 поступает в рабочую камеру мельницы-сушилки принудительно с помощью вентилятора поддува 9, которым осуществляют отбор теплоносителя от теплогенератора через воздуховод 8.

Дополнительный газоход 10 соединяет теплогенератор 5 и сушильную трубу 2 в месте выхода измельченного материала из рабочей камеры мельницы-сушилки. Теплоноситель по газоходу 10 за счет разрежения, создаваемого дымососом 16 в мельнице-сушилке, поступает в сушильную трубу 2, где происходит окончательная сушка измельченных отходов.

Система классификаторов включает в себя два последовательно установленных на бункерах U-образных инерционных уловителя 11 со встроенными в них полочными классификаторами 13, через которые организовано регулируемое движение наружного воздуха для избирательной классификации и охлаждения материала. Инерционные уловители 11 выполнены с возможностью организации потоков в них с помощью регулируемых отверстий 12 за счет подсоса атмосферного воздуха, что позволяет охлаждать и выделять из пылевоздушного потока минеральные зерна, различающиеся по размерам и плотности. Классификация продуктов селективного помола в U-образных инерционных уловителях со встроенными в них полочными классификаторами разного сечения с помощью регулирования объемов холодного воздуха позволяет реализовать процесс разделения дисперсных материалов в широком диапазоне размеров частиц (от миллиметров до микрон). Пылеуловители включают в себя последовательно соединенные групповые циклоны 14, позволяющие улавливать частицы от 20 до 100 мкм, и рукавный фильтр 15, обеспечивающий практически полную очистку отработанного теплоносителя от пыли. Для обеспечения взрывобезопасности процесса приемные бункера снабжены легко сбрасываемыми крышками 18.

Установка работает следующим образом.

Предварительно раздробленные до максимального размера частиц, составляющего 10-15 мм, отходы ленточным транспортером равномерно подают в приемный бункер шлюзового питателя 3, которым дозированно загружают их в шнековый питатель 4 с коэффициентом заполнения ≤50%. В разрыхленном состоянии отходы шнековым питателем через загрузочную трубу 20 равномерно подают в мельницу-сушилку 1.

Для селективного помола материала в мельнице-сушилке 1 служат три вертикально установленных ротора 21 с изменяющейся скоростью вращения, на которых закреплены от 6 до 18 бил. Селективный помол отходов осуществляют за счет избирательного разрушения природных агрегатов билами 22, установленными на трех вертикальных роторах 21 и вращающимися в одном направлении. Селективного помола отходов достигают благодаря тому, что при вращении роторов била отбрасывают обрабатываемый материал движущемуся навстречу соседнему билу, что обеспечивает помол материала за счет «свободного» удара. Центробежными силами материал прижимается к стенкам рабочей камеры мельницы, где происходит разрушение мягких пород за счет трения о стенки рабочей камеры мельницы и соударения частиц друг о друга. Изменение скорости вращения бил позволяет подобрать режим, при котором происходит максимальное раскрытие минералов, а именно предпочтительное разрушение по естественным структурным границам внутри измельчаемых кусков, незначительные сдвиговые деформации внутри однородных фрагментов и прочее.

Селективно разрушенный и подсушенный материал пневмотранспортом (за счет постоянной работы дымососа) выносится из рабочей камеры мельницы-сушилки в сушильную трубу 2, двигаясь тангенциально за счет центробежных сил, и дополнительным потоком теплоносителя досушивается и транспортируется в U-образные инерционные уловители 11, где происходит его классификация по плотности и размеру частиц.

Сушку отходов осуществляют горячими газами, которые поступают в рабочую камеру мельницы-сушилки от теплогенератора 5 через горизонтальный завихритель 24 за счет их принудительной подачи вентилятором поддува 9 по отдельному газоходу 7 и через вертикальный завихритель 24 за счет создания разрежения в мельнице-сушилке 1 при работе дымососа 16 по газоходу 6. Принудительная подача теплоносителя обеспечивает поддержание псевдоожиженого слоя материала в мельнице-сушилке за счет создания «воздушной подушки» над горизонтальным завихрителем в рабочей зоне бил и постоянного давления теплоносителя в зоне вертикального завихрителя. Теплоноситель, поступающий через горизонтальный и вертикальный завихрители, служит для предварительной сушки флотационных отходов влажностью 20% и более до влажности, при которой эффективно происходит селективный помол отходов, и поддержания псевдоожиженого слоя материала в рабочей (помольной) камере мельницы-сушилки.

Для окончательной сушки измельченных отходов теплоноситель дополнительно подают от теплогенератора по газоходу 10 за счет разрежения, создаваемого дымососом в мельнице-сушилке, в сушильную трубу. Количество теплоносителя для создания псевдоожиженого слоя материала, необходимого для его селективного помола и предварительной сушки, оказывается недостаточным для окончательной сушки материала при влажности 20% и выше. Для сушки материала влажностью 20% и выше при сохранении производительности установлен третий газоход от теплогенератора к сушильной трубе установки в месте выхода материала из рабочей камеры мельницы-сушилки, где измельченный материал, выходя из мельницы в зоне шнекового питателя, подхватывается и досушивается.

Для селективного помола и одновременной сушки отходов подбирают режимы, при которых количество теплоносителя является достаточным для поддержания псевдоожиженного слоя материала в мельнице и сушки его до влажности, при которой происходит хрупкое разрушение агрегатов, а скорость вращения бил должна обеспечивать измельчение мягких пород, угля, не разрушая при этом твердые вмещающие породы такие, как кварц, кальцит, сидерит, апатит и гематит.

Например, отходы обогащения углей, углистые аргиллиты, предварительно дробят до максимального размера 10-15 мм. При переработке отходов, содержащих уголь, для исключения процессов их деструкции температура газового теплоносителя должна быть не более 250-350°С, а остаточную влажность продуктов переработки доводят до 6-8%. Поскольку плотность углистых частиц <1500 кг/м³ и после помола их размер не превышает 100 мкм, то в бункерах 17, на которых установлены U-образные инерционные уловители 11 с полочными классификаторами 13, оседают частицы пустой породы различного класса по крупности. Угольный концентрат улавливают циклонами 14, мелкодисперсную угольную пыль - рукавным фильтром 15.

Селективный помол, совмещенный с сушкой в вихревом потоке теплоносителя, создаваемом вертикальным и горизонтальным завихрителями, приводит к уменьшению размеров частиц высушиваемого материала и к увеличению его концентрации в рабочей зоне, то есть к увеличению поверхности фазового контакта. Все это приводит к росту относительной скорости дисперсной и газовой фаз при закручивании потока газовзвеси материала, а также движущей силы процесса сушки.

В заявленной установке, в отличие от известных, селективный помол наряду с двухступенчатой сушкой позволяет осуществить вторичное обогащение отходов обогащения углей, а также других полиминеральных промышленных отходов, в частности отходов флотационного обогащения железных руд, каолинов, песков и др., влажностью более 20% с одинаковой эффективностью высушивая и селективно разрушая их природную структуру путем соответствующего подбора режимов работы, что обуславливает широкую область применения установки.

Осуществление изобретения можно продемонстрировать на следующих примерах.

Пример 1.

Отходы обогащения Коркинского угольного разреза - порода, состоящая из аргиллитов и углистых аргиллитов, песчаников, алевролитов и карбонатов, влажностью 12% подавали в установку при соотношении теплоносителя температурой 250°С к отходам в весовом отношении 1:1. Конечная влажность высушенных отходов 6%. Гранулометрический состав исходной породы и продуктов ее переработки приведен в таблице 1.

Химический состав и зольность отходов обогащения углей Коркинского разреза приведены в таблице 2.

Использование установки позволяет осуществлять вторичное обогащение отходов обогащения углей Коркинского разреза.

Пример 2.

Отходы флотационного обогащения каолина Кыштымского месторождения (Челябинская область) влажностью 22,1%, имеющие гранулометрический состав, приведенный ниже в таблице 3, подавали в установку при соотношении теплоносителя температурой 250°С к отходам в весовом отношении 3,3: 1. Конечная влажность высушенного каолина - 0,5%. Гранулометрический состав выделенного в 1-м инерционном уловителе песка, во 2-м инерционном уловителе промпродукта и обогащенного каолина в циклоне и рукавном фильтре приведен в таблице 3.

Результаты анализа химического состава исходного продукта, отходов флотационного обогащения каолина и продукта, полученного в процессе переработки на заявляемой установке для дробления, селективного помола, сушки и сепарации полиминеральных промышленных отходов, приведены в таблице 4.

Использование установки позволяет осуществлять вторичное обогащение отходов флотационного обогащения каолина Кыштымского месторождения.