Способ сухой классификации порошкового материала

Способ сухой классификации порошкового материала

Реферат

Изобретение относится к области разделения твердых материалов с помощью газовых или воздушных потоков и может быть использовано при геологических и технологических исследованиях и обогащении минерального сырья.

Известен способ сухой классификации порошкового материала, включающий введение в рабочую камеру классификатора исходного материала и газового потока, дезинтеграцию частиц исходного материала и переведение частиц в газовый поток в рабочей камере, направление с использованием газовода газового потока в камеры классификатора, проведение классификации частиц исходного материала в газовом потоке, проведение классификации частиц исходного материала в газовом потоке, скорость которого изменяется в камерах классификатора за счет изменения их диаметра (патент РФ № 2189870, Аполицкий В.Н., 2002 г., патент РФ №2064345, Аполицкий В.Н., 1996 г.).

Наиболее близким по техническому решению к данному изобретению является способ сухой классификации порошкового материала, включающий введение в рабочую камеру классификатора сухого исходного материала и газового потока, дезинтеграцию частиц исходного материала и переведение частиц в газовый поток в рабочей камере с использованием движущихся рабочих органов и электрического разряда, направление газового потока с использованием газовода в камеры классификатора, проведение классификации частиц исходного материала в газовом потоке, скорость которого резко, изменяется в камерах классификатора за счет изменения их диаметра (патент РФ № 2175579, Аполицкий В.Н., 2001 г.).

Недостатком известных технических решений (аналога и прототипа) является невысокое качество классификации частиц порошковых материалов при их крупности менее 20 мкм.

Целью изобретения является повышение качества и производительности классификации частиц порошкового материала, меньших 50 мкм.

Поставленная цель достигается за счет того, что согласно способу сухой классификации порошкового материала, включающему введение в рабочую камеру классификатора сухого исходного материала и газового потока, дезинтеграцию частиц исходного материала и переведение частиц в газовый поток в рабочей камере с использованием движущихся рабочих органов и электрического разряда, направление газового потока с использованием газовода в камеры классификатора, проведение классификации частиц исходного материала в газовом потоке, скорость которого резко изменяется в камерах классификатора за счет изменения их диаметра, после введения исходного материала в рабочую камеру в ней осуществляют обтирку верхнего слоя частиц исходного материала путем взаимодействия поверхностей частиц с поверхностями рабочих органов и самообтирки движущихся частиц о другие частицы, создают возрастание скорости газового потока при выходе его из камер классификатора в соединяющие камеры газоводы, а в газоводе, соединяющем рабочую камеру с первой камерой классификатора, осуществляют дополнительную дезинтеграцию частиц, попавших в него из верхней части рабочей камеры, с помощью импульсного электрического разряда. Для повышения качества и количества получаемой фракции осуществляют обтирку верхнего слоя частиц исходного материала в рабочей камере путем увеличения числа движущихся рабочих органов, изменения характера их движения и размеров, увеличения числа взаимодействий самих частиц между собой, классификацию ведут вначале в вертикальном потоке газа, а затем в горизонтальном потоке газа, поток газа в классификаторе создают путем отсоса газа через выходное отверстие, расположенное в последней камере классификатора, для улавливания самых мелких легких частиц из газового потока, выходящего из классификатора, устанавливают газовый фильтр, для устранения влияния внешней среды на классификацию газовый поток, прошедший через газовый фильтр, направляют снова в рабочую камеру, таким образом создают замкнутый цикл движения газа в классификаторе.

Сущность предлагаемого способа.

В основе предлагаемого способа лежит разделение частиц исходного порошкового материала на фракции с использованием потока газа, скорость которого изменяется по мере его движения в камерах классификатора. Эти условия создаются за счет использования рабочей камеры, в которой осуществляют дезинтеграцию частиц исходного материала, переведения частиц в поток газа, создания возрастания скорости газового потока в верхней части рабочей камеры и направления его в камеры классификатора, расположенные над рабочей камерой, диаметр которых последовательно по мере продвижения потока изменяется. В зависимости от крупности массы частиц сосредотачиваются в той или иной камере классификатора, где под действием гравитационных сил частицы опускаются в нижнюю часть камер и попадают в специальные карманы-накопители фракций.

При такой классификации важным является высокая степень дезинтеграции частиц исходного материала. Особые сложности возникают при классификации порошкового материала с микро- и нанокрупностью, когда обычно наблюдается слипание мелких частиц, образование конгломератов частиц. Например, в случае классификации порошкового геологического материала, поисковых порошковых проб важным является отделение от пробы сверхтонкой фракции частиц, которая несет особую поисковую информацию, когда частицы находятся на поверхности относительно больших частиц различных минералов, появляющихся на поверхности частиц в виде частиц солей высохших геологических растворов, поверхностных пленок, сорбированных поверхностью крупных частиц минералов очень мелких частиц других минералов. Отделение и выделение наночастиц поверхностного слоя является важным как для поиска полезных ископаемых, так и для выбора технологии процесса обогащения минерального сырья.

В предлагаемом способе классификации порошкового материала для отделения мелких частиц от более крупных частиц рекомендуется в рабочей камере классификатора использовать процесс обтирки поверхности частиц порошковой пробы за счет интенсивного перемешивания среды, увеличения числа взаимодействий движущихся поверхностей рабочих органов с поверхностью частиц, а также взаимодействия поверхностей самих движущихся частиц друг с другом (самообтирки). Для этого используют большое число рабочих органов, которые движутся в порошковом материале в различных направлениях со скоростью, при которой еще не происходит измельчение частиц порошковой пробы. С целью более эффективной дезинтеграции микро- и наночастиц в рабочей камере и переведения частиц исходного материала в газовый поток среди частиц осуществляют импульсные высоковольтные высокочастотные разряды.

В предлагаемом способе классификации порошковых материалов для более эффективного выведения мелких частиц из камер классификатора создают условия для повышения скорости потока газа при выходе потока из камер классификатора путем постепенного уменьшения диаметра камеры в этой ее части. Это уменьшает оседание частиц на поверхности камеры и в относительно узких газоводах, соединяющих камеры классификатора. С целью дезинтеграции попавших в газовод слипшихся микрочастиц порошкового материала рационально с целью повышения качества и количества получаемых фракций осуществлять в нем разделение частиц с помощью импульсного высоковольтного электрического разряда. Пролетая в потоке газа сквозь высоковольтный электрический разряд, слипшиеся частицы разбиваются на отдельные мелкие частицы, которые в камерах классификатора в расширяющемся газовом потоке летят, уже практически не взаимодействуя друг с другом, что создает условия для более качественной их классификации.

Проблемным является выделение фракции микро- и наночастиц, для чего в предлагаемом способе используют движение газового потока в камерах классификатора с относительно малой скоростью. Вначале в вертикальном потоке газа осуществляют отделение от него относительно крупных частиц, а затем поток газа с мелкими (менее 50 мкм) частицами направляют с помощью узкого Г-образного газовода в камеры горизонтального классификатора, где для классификации мелких частиц используют различие в скорости падения частиц, имеющих различную массу. Скорость газового потока в узком Г-образном газоводе с находящимися в нем легкими частицами существенно возрастает, а при выходе из него направление газового потока меняется из вертикального на горизонтальное, а скорость потока резко падает за счет резкого увеличения диаметра камеры горизонтального классификатора. Частицы начинают падать вниз под действием гравитационной силы, которая зависит от массы частицы. Таким образом, в горизонтальном классификаторе осуществляется пространственная классификация по крупности особо мелких частиц (падение частиц в медленном потоке газа в зависимости от их крупности). Отделение от газового потока сверхтонкой фракции осуществляют в последней камере горизонтального классификатора с помощью газового фильтра, расположенного в верхней части этой камеры. По мере накопления сверхтонкой фракции на газовом фильтре она под силой тяжести и вибрации падает в карман-накопитель этой фракции.

Важным при классификации тонкодисперсного порошкового материала является исключение попаданий в классификатор внешних загрязнений из окружающей среды, внешней атмосферы (воздуха) в процессе классификации, мелкой пыли, которые ухудшают качество классификации тонкодисперсных материалов или при классификации порошковых материалов, которые необходимо производить в особой газовой атмосфере. С этой целью в способе предлагается использовать замкнутый газовый поток. Для этого газовый поток, выходящий из классификатора, после газового фильтра отсасывают компрессором и направляют снова в классификатор через входное отверстие рабочей камеры. Классификатор работает в замкнутом цикле с герметичной подачей порошкового материала в рабочую камеру. Это дает возможность не только избежать внешних загрязнений, но и поддерживать достаточно высокую температуру в классификаторе, исключить дополнительные затраты энергии на нагревание газового потока.

Примеры реализации предлагаемого способа

Пример 1. Необходимо для проведения геологических поисковых работ отделить от поисковой почвенной пробы (крупность исходного материала менее 1 мм) частицы крупностью менее 15 мкм и получить две фракции с крупностью от 3 до 15 мкм и фракцию с крупностью менее 3 мкм.

Изготавливают установку (см. чертеж) из нержавеющей тонкой стали, подобную прототипу. Рабочую камеру 1 классификатора делают в виде закрытого вертикально расположенного цилиндра с плоским дном 2 и сужающейся на конус верхней частью 3. В боковой стенке рабочей камеры 1 для ввода исходного порошкового материала делают входное отверстие 4, а в нижней ее части - выходное отверстие 5 для вывода крупной тяжелой фракции в карман-накопитель 6, а также устанавливают герметично и электрически изолированно от корпуса электроды 7, 8 высоковольтного искрового электрического разряда. Рабочую камеру 1 герметично соединяют с первой вертикальной цилиндрической камерой 9 классификатора с помощью вертикального газовода 10 так, чтобы вертикальная труба газовода выступала над дном камеры 9 30-40 мм. В газоводе 10 устанавливают электроды 11, 12 еще одного высоковольтного искрового электрического разряда. В первой вертикальной камере 9 классификатора в ее нижней части, как и в рабочей камере 1, изготавливают карман-накопитель 13 для вывода оседающего порошкового материала на стенках камеры 9 (не увлекающихся газовым потоком в следующие камеры классификатора 14, 15 частиц). Расположения, сочленение и размеры деталей камер 1, 9, 14 и 15 классификатора, как и их герметичные карманы-накопители фракций 6, 13, 16, 17 и 19 делают подобными прототипу. Верхнюю часть вертикальной камеры 9 классификатора делают сужающейся, переходящей в Г-образный газовод 18 небольшого диаметра (25 мм), соединяющий камеру 9 вертикального классификатора с цилиндрической камерой 14 горизонтального классификатора. Камера 14 имеет герметичный карман-накопитель для относительно крупной 19 и более мелкой 16 фракций. Камеру 14 герметично соединяют с последней вертикальной цилиндрической камерой 15 через отверстие-газовод 20 размером в 1/3 диаметра камеры 14. В последней камере 15 классификатора внизу устанавливают карман-накопитель 17 для сбора сверхтонкой фракции исходного порошкового материала, а в ее верхней части при выходе газа из классификатора располагают газовый фильтр 21, а за ним газовод 22, через который осуществляют вывод, газового потока из классификатора. Под плоским дном 2 рабочей камеры 1 классификатора располагают магнитный привод 23 с попарно расположенными магнитами разной полярности, а на дно 2 рабочей камеры 1 помещают рабочие органы - магнитопроницаемые стержни (один большой 24 в 3/4 диаметра рабочей камеры 1 и 15 стержней 25 длиной 10 мм и толщиной 2 мм).

Для осуществления способа включают магнитный привод 23 (скорость вращения 200 об/мин), искровой высоковольтный разряд и подают воздух, нагретый до температуры 120°С, через входное отверстие кармана-накопителя 6, а через входное отверстие 4 в стенке рабочей камеры 1 в камеру вводят герметично (например, с помощью червячного механизма) навеску в 200 г сухого исходного материала. Частицы классифицируемого материала падают вниз на дно рабочей камеры и взаимодействуют с поверхностью вращающихся рабочих органов 24 и 25. Магнитопривод 23 приводит в горизонтальное вращение длинный стержень 24, который отбрасывает короткие стержни 25 и порошковый материал к стенкам камеры 1. Короткие стержни 25, находящиеся у боковых стенок рабочей камеры 1, совершают энергичные движения, интенсивно взаимодействуя с большим стержнем 24 и магнитоприводом 23. За счет трения поверхностей частиц исходного материала с поверхностями рабочих органов 24 и 25 и взаимодействия поверхностей движущихся частиц происходит отделение мелких частиц от поверхности частиц исходного материала и попадание их в газовый поток, направленный вверх в рабочей камере 1 от кармана-накопителя 6 к верхней части 3 рабочей камеры 1. Этому процессу способствуют и возникающие среди частиц искровые разряды, происходящие между электродами 7 и 8. Достичь дезинтеграции частиц с крупностью меньше 20 мкм даже в этих условиях сложно из-за совместного присутствия большого числа частиц различной крупности. В верхнюю часть рабочей камеры поднимаются наиболее легкие частицы, общее число частиц там существенно уменьшается, а сами частицы во многих случаях состоят из слипшихся мелких частиц. Газовый поток в суживающейся верхней части рабочей камеры имеет бóльшую скорость, чем в нижней, что способствует полному прохождению наиболее легких частиц, попавших в верхнюю часть 3 рабочей камеры 1, через газовод 10, имеющий диаметр, существенно меньший диаметра рабочей камеры 1. Попадающие частицы в газоводе 10 подвергаются сильному воздействию искрового высоковольтного разряда (электроды 11 и 12), который эффективно разделяет на отдельные частицы частицы конгломератов. Дезинтегрированные частицы в потоке газа проходят через вертикально расположенный газовод 10 и попадают в первую вертикальную камеру 9 классификатора. Газовый поток в этой камере направлен вертикально вверх, а скорость его движения резко падает за счет относительно большого диаметра камеры 9. Газовый поток выносит из камеры 9 только те частицы, которые могут быть подняты подъемной силой потока газа, зависящего от скорости газового потока в камере 9, в следующую камеру 14. Наиболее крупные тяжелые частицы остаются в камере 9 и под действием силы тяжести опускаются на дно этой камеры и по мере их накопления попадают в карман-накопитель 13. Скорость газового потока, выходящего из камеры 9, повышается за счет сужения верхней части камеры 9, поток газа с большой скоростью проходит через Г-образный газовод 18, меняя свое направление движения из вертикального в горизонтальное, попадает в камеру 14 горизонтального классификатора. За счет резкого изменения диаметра горизонтальной камеры 14 скорость потока газа с частицами, вышедшего из Г-образного газовода 18, резко падает. Частицы, попавшие в камеру 14 горизонтального классификатора в медленно двигающемся потоке газа, под действием силы тяжести опускаются вниз со скоростью, зависящей от массы частицы. Происходит пространственное разделение частиц по крупности, массе частиц. Частицы, более крупные тяжелые, попадают в карман-накопитель 19, расположенный ближе к газоводу 18, а более мелкие легкие - в накопитель 16, расположенный дальше от этого газовода. Только самые легкие частицы проходят через отверстие-газовод 20 в последнюю камеру 15 классификатора. Газовый поток в последней камере 15 классификатора направлен вверх к газовому фильтру 21, который задерживает и накапливает сверхтонкую фракцию классифицируемого материала. По мере накопления сверхтонкой фракции на газовом фильтре 21 она падает под действием силы тяжести и вибрации вниз в карман-накопитель сверхтонкой фракции 17. В кармане-накопителе 19 сосредотачиваются частицы исходного материала крупностью от 15 до 25 мкм, в кармане-накопителе 16 - от 15 до 3 мкм, а в кармане-накопителе 17 - сверхтонкая фракция менее 3 мкм.

Проведенные исследования показали, что в выбранных условиях классификации позволяют получать две фракции поисковой почвенной пробы: частицы крупностью от 3 до 15 мкм в камере 16 и частицы крупностью менее 3 мкм в последней камере 15, что отвечает геологическим требованиям. При этом масса полученных фракций повышается более 2 раз.

Таким образом, за счет обтирки поверхности частиц путем их взаимодействия с большим числом движущихся рабочих органов и увеличения числа взаимодействий поверхностей частиц в рабочей камере, а также воздействия на частицы электрического разряда в вертикальном газоводе, соединяющем рабочую камеру с первой камерой классификатора, осуществления классификации в горизонтальном классификаторе, стоящем после вертикального классификатора, оказалось возможным повысить качество отделения (дезинтеграцию) мелких частиц друг от друга, а вместе с этим и качество классификации тонких фракций порошкового материала, одновременно с этим за счет отделения большего числа мелких частиц от крупных частиц (за счет их эффективной обтирки) в рабочей камере классификатора оказалось возможным увеличить массу выделяемых фракций, т.е. повысить производительность классификации по сравнению с прототипом.

Пример 2. Необходимо производить отделение фракций от поисковых геологических проб, указанных в примере 1, помещении воздух в котором загрязнен определяемыми в поисковой пробе компонентами.

Для осуществления классификации необходимо осуществить замкнутый цикл газового потока. Для этого газовод 22, стоящий после газового фильтра 21, через который отводится газовый поток из классификатора, подсоединяют к компрессору, который осуществляет отсос газового потока из классификатора и направляет его по газоводу (на чертеже компрессор и указанный газовод не показаны) снова в классификатор через входное отверстие в кармане-накопителе 6. Таким образом, создается замкнутый цикл движения газового потока в классификаторе. Указанный способ замкнутого цикла движения потока газа позволяет работать с любым введенным в цикл газом.

После создания замкнутого цикла движения газа процесс классификации порошкового материала должен осуществляться так же, как это рекомендуется в примере 1. Процесс классификации практически ничем не отличается от процесса классификации, изложенного в примере 1.

Таким образом, предлагаемый способ классификации порошковых материалов позволяет и в случае нахождения классификатора в неблагоприятных внешних условиях получать более качественную классификацию тонкодисперсного порошкового материала и повысить производительность этой классификации по сравнению с прототипом.

1. Способ сухой классификации порошкового материала, включающий введение в рабочую камеру классификатора сухого исходного материала и газового потока, дезинтеграцию частиц исходного материала и переведение частиц в газовый поток в рабочей камере с использованием горизонтально вращающегося рабочего органа в виде магнитопроницаемого стержня и электрического разряда, направление газового потока с использованием газовода в камеры классификатора, проведение классификации частиц исходного материала в газовом потоке, скорость которого резко изменяется в камерах классификатора за счет изменения их диаметра, отличающийся тем, что первую камеру классификатора снабжают Г-образным газоводом, соединяющим ее с последующей камерой классификатора, при этом после введения исходного материала в рабочую камеру в ней осуществляют дополнительную самообтирку движущихся частиц исходного материала путем взаимодействия поверхностей частиц с дополнительными рабочими органами, выполненными в виде коротких магнитопроницаемых стержней, по отношению к горизонтально вращающемуся стержню, который отбрасывает короткие стержни к боковым стенкам рабочей камеры, и создают возрастание скорости газового потока при выходе его из камер классификатора в соединяющие камеры газоводы, а в газоводе, соединяющем рабочую камеру с первой камерой классификатора, осуществляют дополнительную дезинтеграцию частиц, попавших в него из верхней части рабочей камеры, с помощью импульсного электрического разряда.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что классификацию ведут вначале в вертикальном потоке газа, а затем в горизонтальном потоке газа.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что поток газа в классификаторе создают путем отсоса газа через выходное отверстие, расположенное в последней камере классификатора.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что для улавливания самых мелких, легких частиц из газового потока, выходящего из классификатора, устанавливают газовый фильтр.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что для устранения влияния внешней среды на классификацию газовый поток, прошедший через газовый фильтр, направляют снова в рабочую камеру, таким образом создают замкнутый цикл движения газа в классификаторе.