способ сухого обогащения минерального сырья

Формула изобретения

1. Способ сухого обогащения минерального сырья, включающий стадийное дробление и воздушную классификацию в восходящем потоке, отличающийся тем, что перед воздушной классификацией производят измельчение обогащаемой смеси в валках, для этого значение максимального контактного напряжения на валках регулируют посредством изменения угла взаимодействия материала с валками на входе в очаг деформации таким образом, что если _n> _x, то _n>Р_m> _x, где _n - предел прочности или экспериментально установленное напряжение, при котором наступает разрушение извлекаемого (полезного) компонента смеси (Па), Р_m - максимальное нормальное контактное напряжение на валках (Па); _x - предел прочности или экспериментально установленное напряжение, при котором наступает разрушение компонентов пустой породы (хвостов) (Па), а если _n< _x, то _к>Р_m> _n, при этом операции измельчения в валках и воздушной классификации последовательно повторяются несколько раз с соответствующими настройками, в зависимости от количества полезных компонентов, извлекаемых из обогащаемой смеси, а воздушная классификация в восходящем потоке проводится в центробежных классификаторах с возможностью создания центробежного движения с помощью ротора или с помощью неподвижных регулируемых лопаток.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед измельчением в валковой мельнице обогащаемую смесь сушат.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горнорудной и металлургической промышленности, а именно к способу сухого обогащения минерального сырья, в том числе слабомагнитных и немагнитных руд.

Известен способ магнитного обогащения слабомагнитных руд, [1] включающий измельчение, классификацию и магнитную сепарацию. Недостатком данного способа является низкий процент извлечения полезного компонента смеси в концентрат.

Наиболее близким по достигаемому эффекту является способ сухого обогащения слабомагнитного минерального сырья [2], включающий стадийное дробление и воздушную классификацию в восходящем потоке.

Недостатком данного метода является низкая эффективность и узкая направленность способа только на магнитные и слабомагнитные материалы. Причина - плохая подготовка материала к воздушной классификации. Использование на последней стадии измельчения центробежно-ударного дробления приводит к целому ряду существенных недостатков данного способа. Во-первых, в процессе дробления сростков раскрытие полезного компонента носит случайный характер, что приводит к появлению фракции, требующей дополнительного размола и повторной классификации. Во-вторых, в процессе центробежно-ударного дробления материал необходимо разогнать до больших скоростей, что приводит к повышенному расходу энергии и металла на тонну готовой продукции. В-третьих, материал размалывается в одном корпусе, и часть уже размолотого продукта остается продолжительное время в зоне измельчения, тормозя процесс и снижая производительность.

Задачей изобретения является устранение присущих известному способу недостатков, а также расширение сферы применения способа сухого обогащения на более широкий круг материалов, в том числе на немагнитные материалы и металлургические отходы.

Технический результат достигается тем, что в способе сухого обогащения минерального сырья, включающем стадийное дробление и воздушную классификацию в восходящем потоке, согласно изобретению перед воздушной классификацией производят измельчение обогащаемой смеси в валках, для этого значение максимального контактного напряжения на валках регулируют посредством изменения угла взаимодействия материала с валками на входе в очаг деформации таким образом, что: если _n> _x, то _n>Р_m> _x, где _n - предел прочности или экспериментально установленное напряжение, при котором наступает разрушение извлекаемого (полезного) компонента смеси (Па), P_m - максимальное нормальное контактное напряжение на валках (Па); _x - предел прочности или экспериментально установленное напряжение, при котором наступает разрушение компонентов пустой породы (хвостов) (Па), а если _n< _x, то _к>P_m> _n, при этом операции измельчения в валках и воздушной классификации последовательно повторяются несколько раз с соответствующими настройками в зависимости от количества полезных компонентов, извлекаемых из обогащаемой смеси, а воздушная классификация в восходящем потоке проводится в центробежных классификаторах с возможностью создания центробежного движения с помощью ротора или с помощью неподвижных регулируемых лопаток.

Перед измельчением в валковой мельнице обогащаемую смесь сушат.

Для решения поставленной задачи на последней стадии измельчения продукта предлагается использовать валковую мельницу с гладкими валками. Конструкция мельницы должна позволять регулировать нормальное контактное напряжение на валках в очаге деформации. Данные регулировки можно осуществить следующими способами: изменять жесткость валкового узла, связав между собой подушки валков элементом с управляемой жесткостью и регулируя угол взаимодействия материала с валками на входе в очаг деформации.

Таким образом, появляется возможность в зависимости от прочностных характеристик компонентов, входящих в состав обогащаемой смеси, проводить избирательное измельчение.

В процессе помола смесь проходит через валковое пространство, в котором весь материал подвергается воздействию нормальных контактных напряжений. Величина напряжений изменяется от 0 в начале очага деформации, достигает своего максимума в нейтральном сечении и опять становится равной 0 на выходе из валков [3, с.41]. В результате такого воздействия измельчаются только те компоненты смеси, предел прочности которых меньше максимального нормального контактного напряжения. Следовательно, если _n> _х, то _n>P_m> _x, где _n - предел прочности или экспериментально установленное напряжение, при котором наступает разрушение извлекаемого компонента смеси, Р_m - максимальное нормальное контактное напряжение на валках; _x - предел прочности или экспериментально установленное напряжение, при котором наступает разрушение ближайшего по твердости к _n компонента смеси, входящего в пустую породу. Если _n< _х, то параметры настройки должны быть следующими _x>P_m> _n.

Следовательно, становится возможным последовательно извлекать компоненты из смеси по мере роста их прочностных характеристик.

Реализована такая схема может быть набором классификаторов и мельниц, соответствующим образом настроенных, имеющих индивидуальную систему очистки воздушного потока и соединенных воздуховодами в соответствии с программой обогащения данной смеси.

Пример 1

Рассмотрим порядок обогащения смеси из пяти компонентов, в которой нам надо извлечь первый и четвертый компонент. Допустим, что пределы прочности или экспериментально установленные напряжения, при которых наступает разрушение этих компонентов, удовлетворяют следующему неравенству: _n1> ₂> ₃> _n4> ₅, где _n1, ₂, ₃, _n4, ₅ - пределы прочности или экспериментально установленные напряжения, при которых наступает разрушение соответствующих компонентов смеси. Настраиваем валковую мельницу, чтобы максимальное нормальное контактное напряжение удовлетворяло неравенству _n4>P_m5> ₅. В процессе измельчения в очаге деформации возникнет напряжение Р_m5> ₅ и, следовательно, 5-й компонент будет измельчаться. В это же время будут измельчаться и оставшиеся после предварительного дробления не размолотые куски материала, т.к. твердость сростков, как правило, меньше твердости минералов. Следует заметить, что в процессе измельчения более твердые компоненты смеси будут способствовать размолу менее твердых компонентов, создавая неоднородность в очаге деформации. Как показывают экспериментальные данные, объемная степень измельчения может достигать , где _н - объем частиц до измельчения, _k - объем частиц после измельчения. Что дает возможным достаточно эффективно отделить помолотый компонент воздушным потоком, а оставшуюся смесь собрать в приемном бункере классификатора.

Для извлечения четвертого (полезного) компонента смеси изменим настройки ₃>Р_m4> _n4. Таким образом, в процессе измельчения в очаге деформации возникнет напряжение P_m4> _n4, следовательно, 4-й компонент измельчится. В процессе воздушной классификации он будет отделяться от смеси, выноситься потоком и осаждаться в системе очистки воздуха.

Для извлечения первого компонента настроим узел деформации так, чтобы _n1>P_m2> ₂. Таким образом, в очаге деформации возникнет напряжение Р_m2> ₂> ₃, и 2-й, 3-й компоненты измельчатся. В процессе классификации они будут отделены воздушным потоком, а 1-й, обогащаемый компонент окажется в приемном бункере.

Таким образом, мы извлекли 4-й компонент. Он был осажден в системе воздушной очистки после второго классификатора. И извлекли 1-й компонент, который был собран в приемном бункере третьего классификатора.

Пример 2

Шлак, полученный при выплавке латуни Л-62, измельчался на первой стадии в щековой дробилке, затем в валковой мельнице, причем параметры измельчения регулировалось таким образом, чтобы максимальное нормальное контактное напряжение в валках находилось в диапазоне _л62>Р_m> _шл, где _л62=362 (Н/мм²) - предел прочности для Л-62, _шл=3 (Н/мм²) - экспериментально полученная величина, соответствующая напряжению, при котором произошло достаточное измельчение неметаллической составляющей шлака. Исходя из полученных данных было принято P_m=10 (Н/мм²).

После измельчения материал подвергался воздушной классификации. В процессе воздушной сепарации неметаллическая составляющая шлака, переведенная на предыдущем этапе в пылевидную фракцию, была удалена воздушным потоком. В результате в бункере классификатора был собран концентрат, который представлял собой смесь частиц металла размером (0,3-15) мм. Из полученного концентрата были отобраны пробы для проведения балансовой плавки. Результаты показали, что с 1000 г концентрата было получено 855 г металла.

Очевидно, что предложенным способом возможно обогащение немагнитных материалов до высоких концентраций.

Следует заметить, что предложенному способу не свойственны перечисленные выше недостатки прототипа, связанные с центробежно-ударным способом дробления. Во-первых, в предлагаемом способе скорости движения материала в узле деформации на порядки меньше, чем при центробежно-ударном способе дробления, поэтому расход энергии и износ инструмента значительно сократится. Во-вторых, помолотый материал не остается продолжительное время в зоне измельчения, а отводится сразу, что также улучшает экономику процесса.

В частных воплощениях изобретения для разделения компонентов смеси с размерами частиц, близких к 10 мкм, используют центробежные классификаторы. Это вызвано тем, что при низких скоростях восходящего патока возможно использование только центробежных классификаторов [4, стр.70]. В свою очередь, центробежные классификаторы делят на два типа: статически центробежные классификаторы, в которых поток переводится в центробежное движение с помощью неподвижных, регулируемых лопаток, и динамически центробежные классификаторы, где поток переводится в центробежное движение с помощью специального ротора. Выбор типа классификатора производится в зависимости от заданного размера отделяемых частиц и аэродинамических характеристик установки.

Также в частных воплощениях изобретения перед измельчением в валках материал сушат. Целесообразно применять данную операцию в случаях, когда необходимо извлечь материал из глины (влажной, вязкой среды). В процессе сушки глина твердеет, а при измельчении в валках она дробится и затем удаляется из классификатора воздушным потоком.

Источники информации

1. SU 1694226.

2. RU 2156661.

3. Ложечников Е.Б. Прокатка в порошковой металлургии. М.: Металлургия, 1987, с.41.

4. Мизонов В.Е., Ушаков С.Г. Аэродинамическая классификация порошков М.: Химия, 1989, с.70-72.