способ переработки материалов

Формула изобретения

1. Способ переработки материалов, включающий подачу материала с водой в кольцеобразную зону измельчения сверху, объемное сжатие материала в зоне измельчения, истирание частиц материала друг о друга принудительным полиградиентным перемещением концентрических слоев материала при одновременном импульсном воздействии на частицы в момент их деформации и разрушения высокотемпературным потоком жидкости, перегретым паром или горячим воздухом, смешение измельченного продукта с холодной водой и удаление пульпы снизу, отличающийся тем, что подачу материала с водой в кольцеообразную зону измельчения осуществляют после предварительного объемного сжатия материала в щековой дробилке с регулируемой посредством вращающегося иглообразного барабана выгрузкой дробленого продукта, причем в зону объемного сжатия материала в щековой дробилке подают снизу острый пар или горячий воздух, а сверху дробимый материал орошают водой или раствором поверхностно-активных веществ.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что импульсное воздействие на частицы материала высокотемпературным потоком жидкости, перегретым паром или горячим воздухом в момент их деформации и разрушения осуществляют одновременно с подачей маслообразных и поверхностно-активных веществ.

Описание изобретения к патенту

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

Известен способ переработки материалов, осуществляемый в мельнице для переработки материалов, включающий подачу исходного материала с водой в кольцеобразную зону измельчения сверху, объемное сжатие материала в зоне измельчения, истирание частиц материала друг о друга принудительным полиградиентным перемещением концентричных слоев материала при одновременном резком высокоградиентном температурном воздействии на частицы материала в момент их деформации и разрушения высокотемпературным потоком жидкости, перегретым паром или горячим воздухом, смешение измельченного продукта с холодной водой и удаление продуктов измельчения снизу [1].

Недостатком известного способа является то, что он не имеет операций для качественной подготовки поверхности алмазов для физико-химических методов обогащения при ее механоактивации.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ переработки материалов, включающий подачу исходного материала с водой в кольцеобразную зону измельчения сверху, объемное сжатие материала в зоне измельчения, истирание частиц материала друг о друга принудительным полиградиентным перемещением концентрических слоев материала при одновременном импульсном воздействии на частицы в момент их деформации и разрушения высокотемпературным потоком жидкости, перегретым паром или горячим воздухом, смешение измельченного продукта с холодной водой и удаление продуктов измельчения снизу [2].

Недостаток известного способа состоит в отсутствии необходимых операций, обеспечивающих качественную подготовку поверхности алмазов, находящихся внутри наиболее прочных кусков рудного материала.

Задачей изобретения является повышение качества подготовки поверхности частиц полезного компонента при непрерывном интенсивном измельчении материала для последующего эффективного их извлечения. Указанная задача достигается тем, что в способе переработки материалов, включающем подачу материала с водой в кольцеобразную зону измельчения сверху, объемное сжатие материала в зоне измельчения, истирание частиц материала друг о друга принудительным полиградиентным перемещением концентрических слоев материала при одновременном импульсном воздействии на частицы в момент их деформации и разрушения высокотемпературным потоком жидкости, перегретым паром или горячим воздухом, смешение измельченного продукта с холодной водой и удаление пульпы снизу, подачу материала с водой в кольцеобразную зону измельчения осуществляют после предварительного объемного сжатия в щековой дробилке в регулируемой посредством вращающегося иглообразного барабана выгрузкой дробленого продукта, причем в зону объемного сжатия материала в щековой дробилке подают снизу острый пар или горячий воздух, а сверху дробимый материал орошают водой или раствором с поверхностно-активным веществом, импульсное воздействие на частицы материала высокотемпературным потоком жидкости, перегретым паром или горячим воздухом в момент их деформации и разрушения может быть осуществлено одновременно подачей маслообразных и поверхностно-активных веществ.

Свежеобразованная поверхность частиц, включая и алмазы при их раскрытии из руд, обладает исключительно высокой химической и адсорбционной активностью. Поэтому весьма важно защитить такую поверхность от абсорбции нежелательных веществ и молекул, приводящих к снижению их природной адгезионной активности. Это возможно сделать, если раскрытие алмазов производить в присутствии маслообразных и поверхностно-активных веществ. Маслообразные вещества адсорбируются преимущественно на гидрофобной поверхности. Адсорбируясь на ней, они оказывают одновременное ингибиторное воздействие, не позволяя адсорбироваться другим веществам, способным гидрофилизировать поверхность. С другой стороны, гидрофилизированные участки поверхности частиц, подлежащих извлечению физико-химическими методами обогащения, например, липкостной сепарацией, могут быть гидрофобизированы поверхностно-активными веществами в момент их высокой адсорбционной активности при раскрытии этих частиц. Маслообразные вещества, такие как мазут, который широко используется при извлечении алмазов, требуют для своего эффективного технологического воздействия весьма тонкой диспергации. Такая диспергация обеспечивается в условиях применения острого пара или горячего (раскаленного) воздуха при раскрытии алмазов в интенсивном истирающем режиме. Механоактивация поверхности извлекаемых алмазов, иницируемая измельчением в данном режиме, дополняется устойчивой ее гидрофобизацией, что обеспечивает повышение технологических показателей при последующем обогатительном процессе.

Процесс измельчения материала в центробежных мельницах интенсифицируется при объемном сжатии частиц материала в зоне измельчения и одновременном воздействии 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 происходит более интенсивно и преимущественно по местам вкраплений минеральных зерен в рудном материале, что способствует лучшему их раскрытию. В известной мельнице [2] это достигается конструктивными элементами для объемного сжатия материала в зоне измельчения и подачи непосредственно в зону измельчения высокотемпературного теплоносителя (горячей воды, перегретого пара, высокотемпературного газового потока).

Вместе с тем алмазы, находящиеся внутри наиболее прочных кусков рудного материала, могут длительное время находиться в нераскрытом состоянии, образуя повышенную циркулирующую нагрузку при измельчении в центробежных мельницах. Для эффективного раскрытия этих алмазов целесообразно использовать процесс дробления руды при одновременном объемном сжатии материала и высокоградиентном температурном воздействии на частицы материала в момент их деформации и разрушения. Этого возможно достигнуть в типовых щековых дробилках с регулируемой посредством вращающегося иглообразного барабана выгрузкой дробленого продукта, подав в зону объемного сжатия материала в щековой дробилке снизу вверх острый пар или горячий (раскаленный) воздух и оросив сверху дробимый материал водой или раствором ПАВ. В этом случае разрушение частиц материала аналогично тому, как это происходит в центробежной мельнице, будет вестись интенсивно и преимущественно по местам вкраплений минеральных зерен в рудном материале, что способствует лучшему их раскрытию, в том числе и из кусков руды повышенной прочности.

Процесс раскрытия минеральных зерен при объемном сжатии материала и высокотемпературном воздействии на его частицы в момент их деформации и разрушения в щековых дробилках и выгрузку дробленого материала из дробилки возможно в этом случае регулировать посредством изменения скорости вращения барабана, подпирающего выход материала из выходной щели дробилки, а также высотой игл и их расположением между собой на цилиндрической поверхности барабана и количеством воды или раствора ПАВ, подаваемого на орошение в питание дробилки. Мелкие частицы дробленого материала будут выноситься поступающей с питанием водой из зоны объемного сжатия и дробления сквозь игольчатую зону поверхности вращающего барабана, а крупные частицы будут при этом задерживаться в зоне дробления до достижения ими необходимой крупности. Сохранность алмазов при дроблении обеспечивается размером выходной щели дробилки, а именно, равной или более размера максимально крупного кристалла алмаза.

Пример конкретного выполнения изобретения.

Способ переработки материалов реализуется в мельнице для переработки материалов и в работающей с ней в замкнутом цикле типовой щековой дробилке, оснащенной снизу вдоль выходной ее щели перфорированным в пределах выходной щели паропроводом и вращающимся барабаном с иглообразной поверхностью его цилиндрической части, а сверху оросителем, расположенным сбоку вдоль приемного отверстия дробилки. Конструкция мельницы представлена на фиг. 1 - 3, где: фиг. 1 изображает общий вид мельницы для переработки материалов (фронтальный разрез), фиг. 2 - сечение по линии А-А на фиг. 1, фиг. 3 - устройство для дозированной подачи маслообразных и поверхностно-активных веществ.

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 станине 7.

Рабочая камера 1 прочно скреплена с рамой 5. Внутри по периферийной части рабочей камеры 1 по всей ее высоте закреплены с равными интервалами по окружности футеровочные ребра 8, сужающиеся к нижней 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 одновременно 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 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. Уплотнительной 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 33, и кольцевой желоб 35 с наклонным днищем для сбора шламов, проходящих через контакт неподвижной к 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 3 и с закрепленной на пустотелом прямом конуса 12 приводной тарелью 23 и в вершине конуса 12 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. Стакан 44 неподвижно закреплен в основании консоли 14 посредством фланцевого соединения 45 и имеет внутри на уровне нижнего конца водоподводящего патрубка 16 концентрическую полость с водоподводящим штуцером 47. Парогазоподводящий патрубок 14 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 парогазопроводящего 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.

На горизонтальном участке паропроводящего патрубка 17 (см. фиг. 3) установлено устройство 57 для дозированной подачи маслообразных и поверхностно-активных веществ, закрепленное за консоль 14 с внешней ее стороны (фиг. 1 не показано). Устройство 57 выполнено в виде герметичного сосуда 58 с расположенным внутри него шатунно-кривошипным механизмом 59, имеющим на возвратно-поступательной его части поршень 60 в виде стержня с кольцевыми канавками 61, предназначенными для забора маслообразных и поверхностно-активных веществ из сосуда 58 и переноса их во внутреннюю полость парогазопроводящего патрубка 17. Для этого поршень 60 помещен в цилиндр 62, внутренняя полость которого одним концом сообщена с внутренней полостью герметичного сосуда 58, а другим с внутренней полостью паропроводящего патрубка 17. Для большего вхождения нижней части цилиндра 60 с кольцевыми канавками 61 во внутреннюю полость паропроводящего патрубка 17 цилиндр 60 расположен под углом к этому патрубку. Герметичный сосуд 58 снабжен крышкой 63, плотно прижатой к верхнему его торцу через эластичную прокладку 64 посредством болтовых соединений 65, а также патрубком 66 для залива в него маслообразных и поверхностно-активных веществ. Шатунно-кривошипный механизм 59 имеет диск 67 с приводным валом 68 с уплотнением, проходящим через боковую стенку сосуда 58.

При работе мельницы рабочую камеру 1 через шнек 18 и загрузочную воронку 19 загрузочного устройства 4 заполняют исходным мелкокусковым материалом, подлежащим измельчению. Воду подают в рабочую камеру 1 через входные отверстия 11 в кольцевом перфорированном коллекторе 9 с водоподводящим патрубком 10. 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 подшипниковый 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 с предварительно введенными в них через устройство 57 маслообразными и поверхностно-активными веществами, которые через сквозные каналы 15 в пустотелом прямом конуса 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 с маслообразными и поверхностно-активными веществами, а в нижнюю ее часть - вода либо раствор ПАВ. Утечку жидкости из стакана 44 предотвращают сальниковым уплотнением 43, установленным на контакте вращающегося водоподводящего патрубка 16 и неподвижного стакана 44.

Дозированное введение маслообразных и поверхностно-активных веществ в парогазоподводящий патрубок 17 посредством устройства 57 производят следующим образом.

Сосуд 58 через патрубок 66 заполняют жидкими маслообразными и поверхностно-активными веществами. При вращении вала 68 и диска 67 шатунно-кривошипный механизм 59 возвратно-поступательно перемещает поршень 60 с кольцевыми канавками 61 в цилиндре 62. При вхождении поршня 60 во внутреннюю полость сосуда 58 маслообразные и поверхностно-активные вещества заполняют канавки 61. Затем при возвратном вхождении поршня 60 во внутреннюю полость парогазоподводящего патрубка 17 маслообразные и поверхностно-активные вещества выходят из канавок 61 и поступают в паровоздушный поток, а вместе с ним в зону деформации и разрушения частиц материала. При этом поршень 60 при своем движении одновременно изолирует высокотемпературную область высокого давления внутри парогазоподводящего патрубка 17 и область с более низкой температурой и давлением в сосуде 58. Количество маслообразных и поверхностно-активных веществ дозируют посредством изменения числа оборотов вала 68, а также сечением кольцевых канавок 61.

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 перетягивают интенсивные механические и высокотемпературные деформации, что интенсифицирует процесс их разрушения. При этом процесс ведется непрерывно. Контрастность высокотемпературного воздействия на измельчаемый материала усиливается поочередным воздействием на разрушаемые частицы материала сначала острым (перегретым) паром либо горячим (раскаленным) воздухом с маслообразными и поверхностно-активными веществами, а затем непосредственным низкотемпературным воздействием холодной воды либо раствора ПАВ. Молекулы ПАВ оказывают расклинивающее действие (эффект П.А. Ребиндера) по микротрещинам, образующимся в деформирующих частицах материала, а также по контакту минеральных вкраплений, способствуя их лучшему раскрытию. Маслообразные вещества, в частности мазут, абсорбируются при этом на гидрофобной поверхности алмазов и, адсорбируясь на ней, оказывают одновременные ингибиторное действие, не позволяя другим веществам, способным гидрофилизировать поверхность, адсорбироваться на этой поверхности. Гидрофилизирующие участки поверхности алмазов гидрофобизируются, при этом поверхностно-активные вещества в момент их высокой адсорбционной активности при раскрытии.

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 жидкости, проходящий по кольцевому зазору 42 в водоподводящем патрубке 16.

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 футеровочных ребер 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 материала 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, служащей 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 или ее частиц над поверхностью тарели 23 посредством силовых гидроцилиндров 27, работа которых может быть автоматизирована.

Снижение циркулирующего через мельницу более прочного материала осуществляют пропусканием ее питания через работающую в замкнутом цикле с ней типовую щековую дробилку, оснащенную сверху оросителем, расположенным вдоль приемного отверстия и снизу размещенным вдоль выходной щели перфорированным в пределах ее длины паропроводом и вращающимся барабаном с иглообразной поверхностью его цилиндрической части.

Таким образом, изобретение позволяет повысить качество подготовки поверхности частиц полезного компонента при непрерывном интенсивном измельчении материала для последующего эффективного их извлечения.

Использованная литература

1. RU N 2010606 C1, 15.04.94.

2. М. Н.Злобин. "Разработка и промышленное освоение флотационной технологии и оборудования для извлечения алмазов из руд", докт.дисс., 1995 г. с. 35-38, рис.8.