способ и устройство для отделения более твердого материала от менее твердого материала

Формула изобретения

1. Способ отделения магния или алюминия от компактного сплошного блока отходов, содержащих магний или алюминий, отличающийся тем, что на сплошной блок воздействуют по меньшей мере одной струей жидкости под давлением не менее 400 бар для отделения металла от шлака путем откалывания от блока кусков и для охлаждения вещества водой с целью снижения потерь металла за счет окисления, причем сопло или сопла и блок перемещаются относительно друг друга.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что после первоначального дробления струями жидкости, если материал недостаточно очищен, его подвергают дальнейшей переработке в установках дробления и грохочения.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что после первоначального дробления струями воды или в дробильных установках материал подвергают дальнейшей обработке струями жидкости под давлением в барабанных сепараторах и/или водой в промывочных барабанах.

4. Способ по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что в качестве жидкости под давлением используют воду.

5. Способ по любому из пп.1 - 4, отличающийся тем, что перемещение сопла или сопел и сплошного блока относительно друг друга осуществляют вращением сплошного блока вокруг вертикальной оси при совершении соплом или соплами возвратно-поступательных движений.

6. Способ по любому из пп.1 - 5, отличающийся тем, что для уменьшения окисления металла блок и вещества охлаждают водой.

7. Устройство для отделения магния или алюминия от компактного сплошного блока шлака или отходов, содержащих магний или алюминий, отличающееся тем, что оно имеет по меньшей мере одно сопло для целенаправленного использования струи жидкости под давлением не менее 400 бар, причем сопло размещено выше, ниже и на уровне боковой стороны компактного сплошного блока.

8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что сопло или сопла размещены в промывочной головке, которая направляет струю жидкости на возможно сохранившиеся части блока, все еще не разделившиеся на металл и шлак, в ручном, программном или автоматическом режиме.

9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что оно снабжено барабанным сепаратором, приспособленным для приема переработанной массы и содержащим средства для ввода струй жидкости, предпочтительно струй воды, под высоким давлением, которые отделяют остаточное неотделенное вещество.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к способу и устройству для отделения более твердого материала от менее твердого, в частности к отделению магния или алюминия от компактного сплошного блока отходов, содержащих магний или алюминий.

Известные способы извлечения металла из шлака и отвалов, содержащих магний и алюминий, или для разделения соответствующих сочетаний материалов технически сложны, часто вредны для окружающей среды и поэтому дорогостоящи.

Так, например, металлический магний извлекают из магниевого шлама, который формуют в блоки или заливают в стальные бочки в то время, когда он все еще находится в жидкой фазе, и который содержит магний, распределенный в основе из солей и оксидов. Обычной практикой является дробление этих блоков в несколько этапов при одновременном отборе металла вручную и просеивании металла, в результате чего из процесса удаляют остаточный шлам для последующего вывоза в отвалы или использования в иных целях. Для этого процесса требуются огромные механические агрегаты для переработки материала вне зависимости от нужной производительности. Одновременно на различных предприятиях образуются относительно небольшие количества магниевого шлама. По этой причине во всем мире утилизацию осуществляют лишь на очень немногих централизованных предприятиях, в связи с чем транспортные расходы могут быть велики как из-за расстояния, так и из-за того, что в отношении транспортировки и упаковки магниевого шлама существуют жесткие ограничения.

В ходе технологического процесса происходит выделение опасных и создающих помех газов, которое следует контролировать. Кроме того, в связи с высокой гигроскопичностью магниевого шлама его сухая переработка предъявляет особые требования к выбору дробильного и просеивающего оборудования, а также конвейеров и оборудования для улавливания пыли и газов.

На многих предприятиях до сих пор или до последнего времени делали выбор в пользу вывоза шлама в отвалы, как самого простого и дешевого решения. Однако по мере ужесточения требований к защите окружающей среды во все большем числе промышленно развитых стран вводится запрет на создание таких отвалов.

Известен способ переработки отходов магниевого производства, в котором твердые магнийсодержащие отходы предварительно смешивают с водой в соотношении (5-7):1 до образования густой кашицы и выдерживают при 100-120^oC в течение 50-60 мин. После схватывания образующейся массы получают цемент, который дробят и подвергают трехфазной хемосорбции в присутствии воды. Процесс позволяет получить хлормагниевые щелоки высокой концентрации. Недостаток - необходимость контролирования вредных газов /1/.

Другим примером является извлечение металлического алюминия из белого дросса, которое до настоящего времени осуществляется с помощью случайных и дорогостоящих методов. Первой операцией переработки дросса, охлажденного в изложницах, обычно является механическое обогащение в ходе нескольких этапов дробления с отсеиванием металлических частиц от неметаллических. В результате удается получить концентрат с содержанием металлического алюминия порядка 60-70%, перед тем как направить его на переплавку во вращающуюся варницу. Подсчитано, однако, что охлаждение дросса в изложницах ведет к потере приблизительно 1% металлического алюминия в минуту в первоначальный период охлаждения после выполнения скачивания.

В качестве замены охлаждения в изложницах в последние десять лет все более широкое применение находят охлаждающие барабаны. Они обеспечивают ускорение охлаждения и снижение выгорания зерен металла. Дросс на выходе из охлаждающих барабанов содержит 35-60% алюминия.

Дросс, который охлаждается в барабане, удобен в обращении, однако имеет тот недостаток, что с трудом поддается обогащению, главным образом на дробильной или просеивающей установке, поскольку способ охлаждения вызывает сцепление металла и оксидов таким образом, что непосредственная переработка во вращающейся варнице неизбежно становится следующим производственным звеном.

Процесс переработки во вращающейся варнице является дорогостоящим и вредным для окружающей среды, поскольку ведет к выделению отходов по существу в объеме, равном загруженному концентрату дросса. Дросс, который содержит 50% алюминия и 50% оксидов, требует 50% солевых добавок или количество соли, равное неметаллической части дросса.

Вывоз в отвалы отходов в форме соляного кека превратился в ряде промышленно развитых стран в серьезную проблему, поскольку солевой раствор проникает в грунт и загрязняет подпочвенные воды. В нескольких странах построены утилизационные установки для соли, однако полученная в результате утилизации соль дороже свежей соли. Тем не менее, вторичных переработчиков в таких странах заставляют отгружать соляной кек и выплачивать сбор за вес отгруженного соляного кека. Более того, их принуждают закупать дорогостоящую соль обратно.

Известно устройство для обработки дросса, которое предусматривают обработку дросса путем прессования его при ограниченной степени деформации между валками, помол спрессованного продукта для отделения металла от окислов и последующее разделение 2 компонентов. Пылевидные металлические частицы, образующиеся во время помола после операции разделения, переходят в окисную фазу /2/.

Недостатки и отрицательные стороны существующих процессов привели к серьезным усилиям, направленным на упрощение существующих и создание новых процессов, однако до сих пор это не привело к практическим результатам.

Целью настоящего изобретения является возможность устранения перечисленных выше недостатков и ограничений.

Поставленная цель достигается тем, что в способе отделения магния или алюминия от компактного сплошного блока отходов, содержащих магний или алюминий, на сплошной блок воздействуют по меньшей мере одной струей жидкости под давлением не менее 400 бар для отделения металла от шлака путем откалывания от блока кусков и для охлаждения вещества водой с целью снижения потерь металла за счет окисления, причем сопло или сопла и блок перемещаются относительно друг друга.

После первоначального дробления струями жидкости, если материал недостаточно очищен, его подвергают дальнейшей переработке в установках дробления и грохочения.

Возможна также после первоначального дробления струями воды или в дробильных установках дальнейшая обработка материала струями жидкости под давлением в барабанных сепараторах и/или водой в промывочных барабанах.

В качестве жидкости под давлением используют воду.

Перемещение сопла или сопел и сплошного блока относительно друг друга осуществляют вращением сплошного блока вокруг вертикальной оси при совершении соплом или соплами возвратно-поступательных движений.

Для уменьшения окисления металла блок и вещества охлаждают водой.

Устройство для отделения магния или алюминия от компактного сплошного блока шлака или отходов, содержащих магний или алюминий, имеет по меньшей мере одно сопло для целенаправленного использования струи жидкости под давлением не менее 400 бар, причем сопло размещено выше, ниже и на уровне боковой стороны компактного сплошного блока. Сопло или сопла размещены в промывочной головке, которая направляет струю жидкости на возможно сохранившиеся части блока, все еще не разделившиеся на металл и шлак, в ручном, программном или автоматическом режиме. Устройство может быть снабжено барабанным сепаратором, приспособленным для приема переработанной массы и содержащим средства для ввода струй жидкости, предпочтительно струй воды, под высоким давлением, которые отделяют остаточное неотделенное вещество.

Способ и устройство, являющиеся предметом настоящего изобретения, предлагают по сравнению с известными и общепринятыми в настоящее время способами гораздо более простые и дешевые сооружения и оборудование, которые могут перерабатывать меньшие объемы сырья, сохраняя при этом способность экономически конкурировать с более крупными, часто находящимися на значительном расстоянии установками. Это достигается путем применения промывки при очень высоком давлении, улучшения сепарации получения более чистого продукта, в особенности более чистых металлических концентратов, и, кроме того, достигается значительно более быстрое разделение блока массы по сравнению с известными мокрыми процессами, что наряду с быстрым охлаждающим действием промывающей и охлаждающей воды ограничивает охлаждение и потерю в ходе процесса как такового ценной составляющей, такой как металл.

Настоящее изобретение может быть использовано для отделения более мягкого материала от более твердого вне зависимости от того, какой из материалов представляет интерес.

Настоящее изобретение обладает также рядом других преимуществ и улучшений по сравнению с существующим уровнем техники. Компактность установки облегчает осуществление контроля и нейтрализации выделения опасных и создающих помехи газов. Кроме того, способ быстрее мокрого процесса. Это особенно необходимо при обработке магниевого и алюминиевого шлака, который вступает в сильно экзотермическую реакцию с выделением под воздействием воды и воздуха ряда опасных и создающих помехи газов. При поступлении воды и воздуха последовательно снижается содержание металла. Со временем такие реакции приведут к снижению содержания или полному удалению металла из базового исходного материала.

Способ, являющийся предметом настоящего изобретения, позволяет получить более чистый по сравнению с большинством других случаев, поскольку он в определенной степени препятствует попаданию в металл загрязнений, что может иметь место при многоступенчатом дроблении магния и алюминия. Кроме того, он обеспечивает более высокую извлекаемость с более высоким выходом, например, магния и алюминия по сравнению с операциями дробления или размалывания и в особенности выше, чем при выплавке алюминия во вращающейся варнице, в которой потери составляют приблизительно 10%.

Способ, являющийся предметом настоящего изобретения, оказался особенно подходящим для отделения от шлака и отходов, содержащих магний и соответственно для отделения алюминия от шлака и отходов, содержащих алюминий, однако применение способа не ограничивается этими областями. Наоборот, этот принцип может быть использован даже в тех областях, где более твердый материал нужно отделить от окружающего его несколько более мягкого материала и где по различным причинам не пригодно применение процесса дробления или промывки под низким давлением отчасти из-за больших временных затрат и отчасти из-за возможных побочных эффектов.

Даже если доказано, что изобретение хорошо подходит для извлечения металла из шлака и отходов, содержащих магний и алюминий, оно может быть успешно использовано для отделения других материалов, представляющих собой соединение нескольких компонентов, обладающих различной твердостью.

Черный дросс, который может содержать 3-10% металлического алюминия, может поэтому также с успехом быть переработан с помощью настоящего изобретения. Переработка или фрагментирование таким образом могут быть частью всего процесса извлечения металлов, оксидов и солей или же могут быть применены для извлечения металла и оксидов алюминия, в результате чего растворенные соли (в основном NaCl) выпускаются в море.

В ходе применения способа, являющегося предметом настоящего изобретения, струя жидкости, находящейся под очень высоким давлением, выбивает мягкое или хрупкое вещество из более твердых или прочных веществ. Давление струи устанавливают в зависимости от конкретного материала, предназначенного к обработке, и оно может варьироваться от нескольких сотен до нескольких тысяч бар.

Выяснено, что струи жидкости с очень высоким давлением очень подходят для отделения твердых и пластичных материалов, таких как металлы, от хрупких, мягких или песчаных материалов, в которые погружены металлические частицы. Струи под высоким давлением разламывают блок по граничным поверхностям между частями, обладающими различными механическими свойствами, различающимися, например, твердостью, хрупкостью или вязкостью. Части, на которые легче всего воздействует струя, отрываются и смываются с более устойчивых частей.

Процесс может иметь в качестве исходной точки сплошной блок, содержащий шлак с включенным в него металлом отчасти в виде комков различных размеров и формы и отчасти в виде шариков малого диаметра.

Похоже, что существует пороговое значение давления в струях жидкости, поскольку при давлении ниже порогового значения менее устойчивые части будут медленно механически вымываться из материала, растворяться в жидкости или вымываться или вступать в химическую реакцию с жидкостью с последующим вымыванием.

При давлении ниже порогового содержание механически устойчивых частей, таких как металлы, может уменьшиться или они могут исчезнуть полностью в случае, если допустить развитие нежелательных реакций.

Однако при давлении выше порогового достигается быстрое выламывание и удаление менее устойчивых частей с освобождением при этом твердых и прочных частей. Таким образом, не останется времени на развитие реакций, понижающих, например, содержание металла, так что они не имеют значения.

Пороговые значения будут меняться в зависимости от состава, предназначенного для обработки материала.

До настоящего времени не определено конкретное пороговое значение, характерное для перехода от обычной промывки до разрушения более мягкого материала при обработке материалов различных составов, однако предполагается, что такое пороговое значение может быть обнаружено в диапазоне 300-500 бар и что соответствующее рабочее давление, применяемое в случае магния и алюминия, будет находиться в диапазоне от 500 бар и выше, даже более 1000 бар.

Однако промывка под высоким давлением превосходит другие способы, когда требуется получить чистый металл при минимуме потерь из магниевого шлама, алюминиевого дросса и черного дросса, поскольку дробление блока массы происходит так же хорошо, как и в механических дробильных машинах, при отсутствии повреждений, дробления или шелушения металла до нежелательной степени. Кроме того, промывка под высоким давлением быстро разрушает блок таким образом, что реакции, способствующие понижению содержания металла, не имеют достаточно времени для нанесения существенного ущерба. Процесс промывки под высоким давлением требует компактной установки, на которой легко обеспечить улавливание газов, которые могут выделяться, а также дальнейшую переработку этих газов.

Описанные выше преимущества достигаются с помощью способа и устройства, являющихся предметом настоящего изобретения, как это показано в признаках, перечисленных в формуле изобретения.

Ниже изобретение описано на примере двух вариантов реализации, изображенных на чертежах, из которых на фиг. 1 схематически показана блок-схема первого варианта реализации изобретения, а на фиг. 2 схематически показана блок-схема альтернативного варианта реализации.

На обоих чертежах показан блок 1, состоящий из смеси материалов, включающий по меньшей мере два компонента, обладающих различной твердостью (механические свойства) и годные для функционирования процесса, таких как металл в массе шлака. Блок направляется через задвижку в контейнер 2, в котором имеется по меньшей мере одно сопло 11 для промывки под высоким давлением, и опускается на рычаг или раму, предназначенную для этой цели, причем рычаг или рама может перемещаться внутри контейнера по горизонтали так же, как по вертикали, таким образом, что сопло или сопла успешно перекрывают поверхность блока струями под высоким давлением. Благодаря этому будут отделяться части блока, причем некоторые из них будут настолько малы, что станут проваливаться сквозь сетку под блоком 1, которая может быть выполнена неподвижной или в форме вращающегося диска, или же через отверстия в нижней части контейнера для отходов. Другие части останутся на решетке 4 для последующей обработки струями под более высоким давлением, по мере того как струи взламывают и вгрызаются в блок, разделяя части, остающиеся на решетке, и таким образом в конечном счете вымывая более мягкий материал. Обычно струи высокого давления могут поступать из агрегата 3, подающего воду под высоким давлением.

Струи высокого давления могут поступать из промывочной головки при запрограммированном движении струй или промывочной головки, так что струи "отыскивают" те куски, которые необходимо разрушить. Вне зависимости от того, поступают ли струи из рычага или рамы, содержащей множество сопел 11, или одна промывочная головка содержит несколько или только одну струю, важно чтобы струи были правильно ориентированы и обеспечивали разрушение всего блока. Головка или головки сопла могут быть направлены к блоку по вертикали вниз или могут быть повернуты из этого положения по существу по горизонтали в направлении блока. Необходимо также подводить головку или головки сопла под решетку, чтобы иметь возможность осуществлять промывку снизу по направлению вверх. В качестве рабочей жидкости может применяться вода или другие подходящие жидкости.

Комки материала, выдерживающего воздействие струй высокого давления, такого как металл, и которые больше диаметра отверстий в решетке 4, останутся на решетке и могут быть извлечены после завершения переработки блока 1.

В зависимости от желательного конечного продукта материалы могут использоваться непосредственно, рециркулироваться для повторной переработки, могут быть подвергнуты грохочению или дальнейшей переработке, например в барабанном сепараторе 6, на установке дробления и грохочения, в промывочном барабане или на сушильной установке 5. Для дальнейшей переработки материал транспортируют с решетки 4 в барабанный сепаратор 6, где для разделения частей с различными механическими свойствами, в особенности металла и шлака, повторно используется промывка под высоким давлением. Предпочтительно материал пропускают через барабанный сепаратор 6 в осевом направлении через сепаратор до другого его конца, где начинается переработка. В несколько наклоненном барабанном сепараторе струи под высоким давлением направляются на материал, посредством чего он одновременно переносится вверх из водяной ванны таким образом, что материал дробится о заднюю и боковые стенки и сразу же падает в водяную ванну, в значительной мере избегая возможного воздействия на материал воды.

Материал перерабатывают в барабане 6 посредством одного или нескольких сопел, последовательно осуществляющих многократную обработку материала посредством струй под высоким давлением.

Барабанный сепаратор 6 предпочтительно наклоняется таким образом, что материал под воздействием вращения барабана перемещается вниз в направлении, противоположном движению конвейера, подающего материал в барабан. Эта часть барабана содержит продольные щели или подъемники, создающие возможность перемещения материала при вращении барабана, не допуская при этом смывания материала струями высокого давления, но вместо этого обеспечивая его дробление при одновременной максимально возможной очистке.

После дробления под высоким давлением материал перемещается в секцию грохочения барабана 6, где более мелкий материал, размерами ниже установленного порогового значения, удаляется из системы с подачей и без подачи обычной промывочной воды (мокрое грохочение). Удобнее всего сбор тонкоизмельченного материала и воды со всей установки на желобе 13 и удаление их из процесса.

Более крупный материал остается на решетке вплоть до достижения конца барабана 6, где подъемники благодаря вращению барабана поднимут материал на конвейер с доставкой его обратно к противоположному концу барабана 6 для повторной обработки струями высокого давления. В барабане осуществляется переработка в замкнутом цикле с удалением тонкоизмельченного материала.

После достижения достаточной степени очистки кускового материала, решение о чем принимают на основании визуального осмотра или известной из опыта длительности переработки продукт (собранную фракцию) отбирают через заслонку, желоб или подобное приспособление 5, которое подводят под выходной конец конвейера.

На фиг. 5 показан другой вариант реализации изобретения, специально разработанный для тех случаев, когда части, выломанные из сплошного блока, такого как материал, содержащий магний и алюминий, имеют размеры, позволяющие пройти через решетку 4, но не так чисты, как предназначенные к отбору компонент или компоненты. Поэтому материал перед дальнейшей переработкой может быть разделен на две и более фракции, а именно тонкую фракцию, направляемую на конечную очистку в барабанном сепараторе или промывочном барабане и одну или больше грубых фракций, направляемых в замкнутую схему дробления, в которой осуществлялось отделение от металла солей и оксидов и их измельчение с последующим удалением.

Виброжелоб подает поступающие воду, пульпу и кусковой материал через решетку 4. Вибрирующие стержни в конце желоба пропускают между собой измельченный материал. Он транспортируется по виброжелобу по меньшей мере к одному промывочному барабану 7. Вода и пульпа с мелочью отделяются и удаляются из процесса посредством желоба 13 через решетку 8, расположенную на входе промывочного барабана.

Холодная свежая вода поступает в барабан через сопло 9 в таком количестве, чтобы температура поддерживалась по существу на уровне температуры поступающей свежей воды. Промывка может продолжаться от пары минут до 30-40 минут и в некоторых случаях даже дольше, вплоть до того времени, когда металлический концентрат в барабане достигнет нужной степени чистоты.

Поверхностная вода и пульпа с мелочью проходят через решетку 8. По достижении нужной степени чистоты на входное отверстие барабана надевают крышку и из барабана 7 через решетку 8 сливают воду и пульпу с мелочью, как показано на фиг 2, в то время как металлический концентрат остается в барабане. Сразу после этого в отверстие продолжающего вращение барабана направляют сильный тепловой поток с целью просушить металлический концентрат еще до того, как он вступит в реакцию с водой и воздухом. Как только концентрат высохнет, реакция значительно замедляется.

Сухим металлическим концентратом заполняют бочки или контейнеры, которые затем герметизируют и как можно надежнее изолируют от контакта с водой и воздухом.

Более крупные комки перемещают с желоба над стержнями на конвейер с низкой скоростью, доставляющей кусковой материал в молотковую дробилку 10, где от металла отделяются соли и другие примеси. Виброжелоб и конвейер транспортируют материал от дробилки к грохоту, где происходит отделение тонкоизмельченного материала и его доставка по виброжелобам в промывочный барабан 7 для окончательной промывки вместе с измельченным материалом, поступающим непосредственно из промывочной камеры.

Надрешеточный продукт с грохота возвращают назад в дробилку 10. С конвейера 12 чистые куски металла могут отбираться вручную или же материал может собираться и пропускаться через дробилку 10 до тех пор, пока материал не достигнет приемлемой степени чистоты, при которой соли, оксиды и другие примеси бывают раздроблены и отделены от металла.

Металлический концентрат может быть направлен для чистой отмывки в промывочном барабане 7 или же может быть отобран с желоба.

Самые крупные куски металла, остающиеся на решетке 4, промываются дочиста на решетке 4 и отбираются вручную.

В этом процессе существенную роль играют следующие факторы. Для поддержания низкой температуры и избежания нежелательных реакций, уменьшающих содержание металла, важно использовать большое количество воды. Процесс должен проходить очень быстро, чтобы не допустить начала развития нежелательных реакций. Операция дробления включена для того, чтобы уменьшить длительность переработки для фракции средних размеров, которые не столь легко можно отмыть дочиста на решетке 4 и которые содержат так много солевого покрытия или неметаллических соединений, с трудом поддающихся растворению, так что непосредственная очистка в промывочном барабане потребует непропорционально длительного времени.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР N 1024519, кл. C 22 B 7/00, опубл. 23.06.89.

2. Патент Великобритании N 1603932, кл. C 22 B 7/00, опубл. 02.12.81.