способ переработки материалов и мельница для переработки материалов

Формула изобретения

1. Способ переработки материалов, включающий подачу материала с водой в кольцеобразную зону измельчения сверху, истирание частиц материала друг о друга принудительным полиградиентным перемещением концентрических слоев материала и удаление пульпы снизу, отличающийся тем, что после подачи материала осуществляют его объемное сжатие, а истирание частиц материала осуществляют при одновременном воздействии на него высокотемпературным потоком жидкости, перегретым паром или горячим воздухом, вибрации и ультразвука в зоне его деформации и разрушения, после чего смешивают измельченный материал с холодной водой.

2. Мельница для переработки материалов, преимущественно алмазосодержащего сырья, содержащая рабочую камеру, ротор на вертикальном валу с нижним приводом, загрузочное и разгрузочное устройства, отличающаяся тем, что рабочая камера снабжена расположенным по периферии ее верхней части кольцевым перфорированным коллектором для воды с гидравлическим или магнитострикционным устройством, эластично закрепленным за стенки рабочей камеры, которая снабжена равномерно размещенными по ее боковым стенкам устройствами для генерирования ультразвуковых колебаний, оси которых ориентированы по касательной к ротору, выполненному в виде пустотелого прямого конуса с водоподводящим и парогазоподводящим патрубками и равномерно расположенными по его окружности вдоль образующих поверхности футеровочными ребрами, при этом в межреберных впадинах выполнены наклонные к основанию конуса сквозные каналы, разгрузочное устройство выполнено в виде расположенной под основанием конуса приводной тарели, образующей с нижним торцом рабочей камеры кольцевой зазор, перекрываемый посредством обечайки с зубчатым нижним торцом, причем последняя выполнена с возможностью перемещения вдоль рабочей камеры, а по окружности тарели концентрично с ней смонтировано уплотнительное кольцо с эластичной прокладкой, имеющее зазор с закрепленным против него скребком для съема продуктов измельчения с поверхности тарели.

3. Мельница по п.2, отличающаяся тем, что загрузочное устройство выполнено в виде шнека, расположенного над ротором по его оси, при этом вал шнека жестко связан с ротором в верхней его части, а устройство для генерирования ультразвуковых колебаний выполнено в виде электроакустического излучателя.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горнорудной промышленности, в частности к измельчению различных материалов, и может быть использовано при измельчении рудного и нерудного сырья.

Известен способ переработки материалов, осуществляемый в истирающих мельницах [1], включающий подачу исходного материала с водой в кольцеобразную зону измельчения, истирание частиц материала друг о друга принудительным полиградиентным перемещением вертикально расположенных концентричных слоев материала под действием собственного веса материала и удаление продуктов измельчения снизу.

Недостатком известного способа является то, что он не имеет необходимых операций для интенсификации процесса измельчения. Измельчение же материала под действием собственного веса материала имеет низкие удельную производительность и КПД.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является истирающая мельница [1], содержащая приводной вертикально расположенный в корпусе ротор, соединенный через вал с приводом и опорами, загрузочное и разгрузочное устройства, при этом привод и опоры расположены внутри корпуса в нижней его части и выполнены в виде установленной внутри корпуса консоли с изолированной сальниковой полостью, в которой на упорных подшипниках смонтирован вал.

Эта мельница имеет ряд недостатков, проявляющихся при интенсификации процесса. В частности, подшипниковый узел, защищенный манжетными сальниками от зоны измельчения, при интенсивном режиме не обеспечивает надежной работы мельницы из-за попадания в него компонентов рудной пульпы. Не исключено также попадание компонентов рудной пульпы при интенсивных режимах и в картер, где размещена коническая пара шестерен вертикального и горизонтального валов. Не имеет эта мельница конструктивных элементов для объемного сжатия и высокоградиентного температурного, вибрационного и ультразвукового воздействия на измельчаемый материал в зоне его деформации и разрушения, необходимых для интенсификации процесса измельчения. Измельчение материала в этой мельнице производится без подпора рудной массы, а именно, при свободном равномерном распределении загрузки по кольцевому пространству рабочей камеры посредством центробежного питателя.

Выгрузка измельченного продукта через решетку также снижает надежность работы мельницы, что проявляется не только при интенсификации процесса, но и при недостатке воды в питании при любой нагрузке. Наличие же разгрузочных люков на корпусе мельницы мало помогает в этих случаях, ибо требуется остановка мельницы для ее распрессовки. Для алмазосодержащего сырья разгрузка измельченного продукта через решетку нежелательна также из-за возможной задержки в мельнице крупных кристаллов и последующего их разрушения, вероятность которого при интенсивных режимах возрастает.

Целью изобретения является интенсификация процесса измельчения за счет объемного сжатия и высокоградиентного температурного, вибрационного и ультразвукового воздействия на измельчаемый материал в зоне его деформации и разрушения, улучшения условий отделения разрушенной части материала от недоизмельченного остатка непосредственно при разрушении частиц материала, а также улучшения выгрузки и рациональной компоновки основных узлов мельницы.

Для этого в способе переработки материалов, включающем подачу материала с водой в кольцеобразную зону измельчения сверху, истирание частиц материала друг о друга принудительным полиградиентным перемещением концентрических слоев материала и удаление пульпы снизу, после подачи материала осуществляют его объемное сжатие, а истирание частиц материала осуществляют при одновременном воздействии на него высокотемпературным потоком жидкости, перегретым паром или горячим воздухом, вибрации и ультразвука в зоне его деформации и разрушения, после чего смешивают измельченный материал с холодной водой. Для чего мельнице для переработки материалов, преимущественно алмазосодержащего сырья, содержащей рабочую камеру, ротор на вертикальном валу с нижним приводом, загрузочное и разгрузочное устройства, рабочая камера снабжена расположенным по периферии ее верхней части кольцевым перфорированным коллектором для воды с гидравлическим или магнитострикционным устройством, эластично закрепленным за стенки рабочей камеры, которая снабжена равномерно размещенными по ее боковым стенкам устройствами для генерирования ультразвуковых колебаний, оси которых ориентированы по касательной к ротору, выполненному в виде пустотелого прямого конуса с водоподводящим и парогазоподводящим патрубками и равномерно расположенными по его окружности вдоль образующих поверхности футеровочными ребрами, при этом в межреберных впадинах выполнены наклонные к основанию конуса сквозные каналы, разгрузочное устройство выполнено в виде расположенной под основанием конуса приводной тарели, образующей с нижним торцом рабочей камеры кольцевой зазор, перекрываемый посредством обечайки с зубчатым нижним торцом, причем последняя выполнена с возможностью перемещения вдоль рабочей камеры, а по окружности тарели концентрично с ней смонтировано уплотнительное кольцо с эластичной прокладкой, имеющее зазор с закрепленным против него скребком для съема продуктов измельчения с поверхности тарели, загрузочное устройство выполнено в виде шнека, расположенного над ротором по его оси, при этом вал шнека жестко связан с ротором в верхней его части, а устройство для генерирования ультразвуковых колебаний выполнено в виде электроакустического излучателя.

Процесс измельчения материала в центробежных мельницах можно интенсифицировать, если произвести объемное сжатие частиц материала в зоне измельчения и одновременно резко воздействовать на них в момент их деформации и разрушения высокотемпературным потоком жидкости, перегретым паром или горячим воздухом. При одновременном усиленном механическом и контрастном температурном воздействии разрушение материала будет происходить более интенсивно и преимущественно по местам вкраплений минеральных зерен в рудном материале, что способствует лучшему их раскрытию. В известной истирающей мельнице это нетрудно сделать, если дополнить ее необходимыми конструктивными элементами для объемного сжатия материала в зоне измельчения и подачи непосредственно в зону измельчения высокотемпературного теплоносителя (горячей воды, перегретого пара, высокотемпературного газового потока). Одновременно с этим за счет улучшения выгрузки измельченного продукта и рациональной компоновки основных узлов мельницы можно повысить надежность ее работы.

Дальнейшей интенсификации процесса измельчения можно добиться, если в момент деформации и разрушения частиц материала воздействовать на них направленным, сфокусированным в зоне измельчения, потоком ультразвуковых колебаний при одновременном вибрационном воздействии на измельчаемый материал. В водной среде эффект такого воздействия интенсифицирует как непосредственное разрушение частиц материала за счет кавитационных явлений, так и отделение разрушенной части материала от недоизмельченного остатка в момент разрушения частиц материала за счет вибрационной оттирки частиц материала друг о друга, а также за счет пульсаций водной среды. Фокусировка ультразвуковых пучков в зоне измельчения также способствует интенсификации процесса измельчения за счет концентрации энергии в этой зоне. Ориентирование потока ультразвукового излучения в зоне измельчения, расположенной вокруг ротора, касательно к ротору во встречном вращению направлении, также способствует концентрации энергии в зоне измельчения, что также интенсифицирует процесс измельчения. Создать же вибрационный эффект в водной среде несложно, поместив в кольцевой коллектор, сообщенный с внутренней полостью рабочей камеры, источник вибраций, например, гидравлического или магнитострикционного типа. Черед водную фазу вибрации передадутся при этом в зону измельчения.

На фиг. 1 изображена мельница для переработки материалов, фронтальный разрез; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1.

Мельница для переработки материалов состоит из вертикально расположенной цилиндрической рабочей камеры 1, соосно размещенного внутри нее подвижного ротора 2, закрепленного на вертикальном валу 3 с нижним приводом, загрузочного 4 и разгрузочного 5 устройств, смонтированных на общей раме 6 и основании (станине) 7.

Рабочая камера 1 прочно скреплена с рамой 6. Внутри по периферийной части рабочей камеры 1 по всей ее высоте закреплены с равными интервалами по окружности футеровочные ребра 8, сужающиеся к нижней своей части для лучшей выгрузки измельченного продукта. По периферии верхней части рабочей камеры 1 размещен кольцевой коллектор 9 для промывных вод с водоподводящим патрубком 10 и с расположенными равномерно между футеровочными ребрами 8 выходными отверстиями 11.

Ротор 2 выполнен в виде пустотелого прямого конуса 12 с футеровочными ребрами 13, расположенными по его образующей с равными интервалами по окружности. Нижний конец вертикального вала 3 и ротор 2 опираются на консоль 14. Пустотелый прямой конус 12 имеет в межреберных впадинах футеровки ротора 2 сквозные каналы 15, соединяющие его внутреннюю полость с зоной измельчения, расположенной непосредственно над и вокруг ротора 2 в рабочей камере 1. Оси сквозных каналов 15 наклонены к основанию пустотелого прямого конуса 12 для предотвращения их забивания частицами измельчаемого материала. Внутри пустотелого прямого конуса 12 по его оси расположены водоподводящий 16 и парогазоподводящий 17 патрубки.

Загрузочное устройство 4 выполнено в виде вертикально расположенного шнека 18 с загрузочной воронкой 19 в верхней своей части, являющихся одовременно непрерывно действующим прижимным приспособлением, обеспечивающим постоянное объемное сжатие частиц материала в зоне измельчения. Корпус шнека 18 и загрузочная воронка 19 прочно закреплены на цилиндрической рабочей камере 1 мельницы и на ее раме 6. Вал шнека 18 нижним своим концом посредством резьбового соединения 20 жестко связан с ротором 2 в вершине конуса 12, а верхним своим концом подвижно закреплен в подшипниковом узле 21, установленном посредством радиально расположенных ребер 22 по оси мельницы внутри загрузочной воронки 19.

Разгрузочное устройство 5 выполнено в виде горизонтально расположенной и закрепленной в основании пустотелого прямого конуса 12 приводной тарели 23, диаметр которой превышает диаметр цилиндрической рабочей камеры 1 мельницы. Нижний торец рабочей камеры 1 образует с верхней поверхностью тарели 23 кольцевой зазор 24, телескопически перекрываемый обечайкой 25 с зубчатым нижним торцом 26, расположенной с внешней стороны рабочей камеры 1 и кинематически связанной с силовыми гидроцилиндрами 27 для возвратно-поступательного перемещения в осевом направлении. Силовые гидроцилиндры 27 шарнирно связаны с опорными элементами 28 и 29.

Над краем тарели 23 концентрично к ней установлено уплотнительное кольцо 30 с эластичной прокладкой 31, предотвращающие просыпание материала с тарели 23. Уплотнительное кольцо 30 и прокладка 31 имеют зазор 32, против которого закреплен касательно к цилиндрической рабочей камере 1 скребок 33, предназначенный для съема измельченного материала с поверхности тарели 23 при ее вращении. Под периферийной частью тарели 23 закреплены на раме 6 течка 34 для приема измельченного материала, расположенная напротив скребка 23, и кольцевой желоб 35 с наклонным днищем для сбора шламов, проходящих через контакт неподвижной эластичной прокладки 31 и подвижной тарели 23.

В нижней части мельницы расположены коническая пара 36 и горизонтальный вал с подшипниковой опорой 37, предназначенные для вращения вертикального вала 3 с ротором 2 и с закрепленной на пустотелом прямом конусе 12 приводной тарелью 23 и в вершине конуса 21 шнека 18. Корпуса подшипникового узла вертикального вала 3 и подшипниковой опоры 37 закреплены на консоли 14 станины 7.

Кольцевой желоб 35 в верхней своей части имеет патрубки 38 для подвода смывной воды.

Водоподводящий патрубок 16 и парогазоподводящий патрубок 17 концентрично проходят через вертикальный вал 3. Для этого вал 3 имеет осевой канал 39. Водоподводящий патрубок 16 жестко скреплен с валом 3 посредством гаек 40 и бурта 41, выполненного заодно с патрубком 16 в верхней его части, и поэтому является подвижным, вращающимся заодно с валом 3. Парогазоподводящий патрубок 17 установлен внутри водоподводящего патрубка 16 с кольцевым зазором 42 и является неподвижным. Нижний конец водоподводящего патрубка 16 через сальниковое уплотнение 43 закреплен с возможностью осевого вращения патрубка 16 в стакане 44, который неподвижно закреплен в основании консоли 14 посредством фланцевого соединения 45 и имеет внутри на уровне нижнего конца водоподводящего патрубка 16 концентрическую полость 46 с водоподводящим штуцером 47. Парогазоподводящий патрубок 17 посредством резьбового соединения 48 и бурта 49, выполненного заодно с патрубком 17 в нижней его части, жестко и плотно закреплен в стакане 44 в осевом его отверстии 50. К нижнему концу парогазоподводящего патрубка 17 прикреплен штуцер 51 для подвода парогазовой смеси.

Большая шестерня конической пары 36 привода мельницы закреплена за вертикальный вал 3 посредством гаек 52. Вертикальный вал 3 установлен в подшипниках 53, размещенных в полости 54 консоли 14. Верхняя часть вертикального вала 3 выполнена заодно с ним в виде диска 55, на котором посредством штифтов 56 закреплен пустотелый прямой конус 12 ротора 2.

Внутри кольцевого коллектора 9 размещено магнитострикционное вибрационное устройство 57, выполненное секционно в форме обечайки и эластично закрепленное через резиновые втулки 58 за боковые стенки цилиндрической рабочей камеры 1. Магнитострикционное вибрационное устройство 57 призвано возбудить вибрационные колебания в водной среде во внутренней полости кольцевого коллектора 9 с последующей передачей этих колебаний через выходные отверстия 11 в зону измельчения.

На внешней стороне боковых стенок цилиндрической рабочей камеры 1 равномерно по ее периметру размещены устройства 59 для генерирования ультразвуковых колебаний, выполненные в виде электроакустических излучателей. Оси их ориентированы по касательной к ротору 2 во встречном его вращению направлении, а ультразвуковые пучки сфокусированы непосредственно в зону измельчения, что обеспечивает максимальную концентрацию энергии ультразвуковых колебаний в зоне измельчения. Для большей интенсификации процесса измельчения электроакустические излучатели могут быть установлены на боковых стенках цилиндрической рабочей камеры 1 многорядно в шахматном порядке.

Мельница для переработки материалов работает следующим образом.

Рабочую камеру 1 через шнек 18 и загрузочную воронку 19 загрузочного устройства 4 заполняют исходным мелкокусковым материалом, подлежащим измельчению.

Ротор 2 с закрепленной в основании пустотелого прямого конуса 12 тарелью 23 приводят во вращение через вертикальный вал 3, закрепленный в подшипниках 53 консоли 14, коническую пару 36 и горизонтальный вал с подшипниковой опорой 37. Одновременно в пустотелый прямой конус 12 ротора 2 подают через кольцевой зазор 42 в водоподводящем патрубке 16, концентрическую полость 46 в стакане 44 и штуцер 47 воду, либо раствор ПАВ, а через парогазоподводящий патрубок 17 и штуцер 51 острый (перегретый) пар, либо горячий (раскаленный) воздух, которые через сквозные каналы 15 в пустотелом прямом конусе 12 поступают между футеровочных ребер 13 непосредственно в зону измельчения, расположенную над и вокруг ротора 2, причем в верхнюю ее часть поступает острый (перегретый) пар либо горячий (раскаленный) воздух, а в нижнюю ее часть - вода либо раствор ПАВ. Утечку воды (раствор ПАВ) из стакана 44 предотвращают сальниковым уплотнением 43, установленным на контакте вращающегося водоподводящего патрубка 16 и неподвижного стакана 44.

При вращении шнека 18 находящийся во внутренней полости рабочей камеры 1 исходный материал подвергается объемному сжатию. При вращении ротора 2 происходит истирание частиц материала друг о друга принудительным полиградиентным перемещением концентрических слоев материала при одновременном резком высокоградиентном температурном воздействии на частицы материала в момент их деформации и разрушения в условиях объемного сжатия материала. Частицы материала перед своим разрушением претерпевают интенсивные механические и высокотемпературные дефомации, что интенсифицирует процесс их разрушения. При этом процесс ведется непрерывно. Контрастность высокотемпературного воздействия на измельчаемый материал усиливается поочередным воздействием на разрушаемые частицы материала сначала острым (перегретым) паром либо горячим (раскаленным) воздухом, а затем непосредственным низкотемпературным воздействием холодной воды либо раствора ПАВ. В последнем случае молекулы ПАВ оказывают расклинивающее действие (эффект В.А.Ребиндера) по микротрещинам, образующимся в деформируемых частицах материала, а также по контакту минеральных вкраплений, способствуя их лучшему раскрытию.

Наклон осей каналов 15 к основанию пустотелого прямого конуса 12 препятствует их забиванию частицами измельчаемого материала при объемном его сжатии. Нахождение слоя воды в нижней части пустотелого прямого конуса 12 предохраняет диск 55 вертикального вала 3 и подшипники 53 от возможного перегрева, экранируя их от высокотемпературной среды (острого пара, горячего воздуха). Роль теплового экрана выполняет при этом также слой воды (растора ПАВ), проходящий по кольцевому зазору 42 в водоподводящем патрубке 16.

В момент деформации и разрушения частиц материала на них воздействуют направленным, сфокусированным в зоне измельчения потоком ультразвуковых колебаний при одновременном вибрационном воздействии на измельчаемый материал. Для этого включают магнитострикционное вибрационное устройство 57, расположенное внутри кольцевого коллектора 9, и электроакустическое устройство 59 для генерирования ультразвуковых колебаний, расположенное вокруг цилиндрической рабочей камеры 1 на ее вертикальных стенках. За счет возникающих при этом кавитационных явлений на границе жидкость - твердое и пульсационного эффекта жидкой фазы происходит истирание частиц материала друг о друга при одновременном вибрационном и ультразвуковом воздействии на материал в зоне его деформации и разрушения. Разрушение частиц материала происходит более интенсивно при более быстром удалении продуктов разрушения. Колебательный эффект жидкой фазы и частиц материала в зоне измельчения увеличивают также за счет пульсирующего ввода промывных вод в кольцевой коллектор 9 через водоподводящий патрубок 10.

Разгрузку измельченного материала из рабочей камеры 1 осуществляют при подаче воды в кольцевой перфорированный коллектор 9 через водоподводящий патрубок 10. Выходя через выходные отверстия 11, расположенные между футеровочными ребрами 8, из кольцевого перфорированного коллектора 9 и двигаясь вниз по рабочей камере 1, она уносит измельченные частицы материала в нижние его слои. При вращении приводной тарели 23 измельченный материал в виде пульпы выходит из рабочей камеры 1 через щели зубчатого торца 26 обечайки 25 и затем снимается с ее поверхности скребком 33 в течку 34 для приема измельченного материала, установленным напротив зазора 32 в кольце 30 с эластичной прокладкой 31, служащие для предотвращения просыпания материала с тарели 23 при ее вращении. Шламы, прошедшие с тарели 23 под эластичную прокладку, попадают в кольцевой желоб 35 с наклонным днищем, откуда они смываются в течку 34 водой, подаваемой через патрубки 33 для подвода смывной воды. Разгрузка измельченного материала из рабочей камеры 1 мельницы регулируется путем поднятия или опускания обечайки 25 над поверхностью тарели 23 посредством силовых гидроцилиндров 27, работа которых может быть автоматизирована.

Таким образом предложенное техническое решение по сравнению с прототипом позволит за счет объемного сжатия и высокоградиентного температурного, вибрационного и ультразвукового воздействия на измельчаемый материал в зоне его деформации и разрушения, улучшения условий отделения разрушенной части материала от недоизмельченного остатка непосредственно при разрушении частиц материала, а также улучшения выгрузки и рациональной компоновки основных узлов мельницы интенсифицировать процесс измельчения.