способ тонкого селективного измельчения пористых материалов

Формула изобретения

СПОСОБ ТОНКОГО СЕЛЕКТИВНОГО ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ ПОРИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ, включающий предварительную классификацию материала, насыщение его веществом, легко переходящим в другое термодинамическое состояние, и нагревание насыщенного материала под давлением, сброс давления и ударное воздействие, отличающийся тем, что насыщение материала ведут при температуре и давлении, не превышающих критических, определяемых размером крупности фракции, при этом сброс давления осуществляют поэтапно до величины, при которой происходит разрушение менее прочной части материала, с последующим разделением измельченного материала на две фракции, одну из которых, содержащую преимущественно целевой продукт, подвергают повторному измельчению, другую фракцию удаляют, а насыщающее вещество после сброса давления конденсируют и направляют в начало процесса.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии тонкого измельчения твердых материалов и может быть использовано в рудо- и угольнообогатительной, химической и других отраслях промышленности.

Известен способ измельчения рудных материалов, заключающийся в насыщении материала водой в количестве, соответствующем его водоемкости, при нагревании до 360^оС и давлении до 2,5 МПа, последующего сброса давления до атмосферного, в результате чего происходит измельчение твердых частиц за счет разрыва по ослабленным зонам. Затем смесь, состоящую из паров воды и твердых частиц, подвергают ударным деформациям в струйной мельнице, в результате чего происходит окончательное доизмельчение материала [1]

Недостатком указанного способа является невозможность регулирования процесса измельчения материала, что затрудняет его использование на последующих стадиях процесса обогащения, а также большие энергозатраты на измельчение, поскольку все фракции материала претерпевают одни и те же физические воздействия.

Известен также способ измельчения твердых материалов, заключающийся в том, что материал предварительно классифицируют по крупности, затем обрабатывают (насыщают) веществом, легко переходящим в другое термодинамическое состояние с расширением (например насыщают водой или газом). После этого формируют тонкую плоскую струю материала для исключения теневого взаимодействия частиц в рабочем поле и подвергают ударному термическому воздействию, например, струей высокотемпературного газа, подаваемого под углом к струе материала. При этом вещество, насыщающее объем каждой частицы материала, резко расширяется, что способствует разрыву частиц по ослабленным зонам. Кроме того, ударное термическое воздействие вызывает накопление термических напряжений в теле частиц. Затем материал подвергают ударным деформациям, создавая на пути струи твердую преграду, а потом резкому охлаждению, что приводит к полному разрушению частиц исходного материала [2]

Недостатками указанного способа являются его низкая эффективность определяемая тем, что процесс насыщения материала водой или газом и последующее ударное термическое воздействие происходит при постоянном давлении (сброс давления осуществляют после этих операций), вследствие чего эффективность разрушения материала по разрушенным связям низка. Кроме того, ударному термическому воздействию могут подвергаться только тонкие плоские струи материала, толщина которых соизмерима с размером частиц материала, что также снижает эффективность указанного способа.

Целью изобретения является повышение эффективности процесса тонкого селективного измельчения пористых материалов.

Эта цель достигается тем, что в способе тонкого селективного измельчения пористых материалов, включающем предварительную классификацию материала, насыщение его веществом, легко переходящим в другое термодинамическое состояние и нагревание насыщенного материала под давлением, сброс давления и ударное воздействие, в отличие от прототипа, насыщение материала ведут при температуре и давлении, не превышающих критических, определяемых размером крупности фракции, при этом сброс давления осуществляют поэтапно до величины, при которой происходит разрушение менее прочной части материала, с последующим разделением измельченного материала на две фракции, одну из которых, содержащую преимущественно целевой продукт, подвергают повторному измельчению, другую удаляют, а насыщающее вещество после сброса давления конденсируют и направляют в начало процесса.

В качестве вещества, легко переходящего в другое термодинамическое состояние, используют воду или газ, например, фреон или углекислый газ.

В данном способе повышение эффективности измельчения пористых материалов осуществляется за счет "внутрипорового взрыва" менее прочной части материала, который происходит путем поэтапного резкого сброса давления до заданного, определяемого состоянием пористых свойств целевого продукта и "хвостов". При этом классификация материала по плотности позволит убрать более прочную составляющую. Сочетание "внутрипорового взрыва" с дальнейшим измельчением частиц материала повышает эффективность измельчения.

На чертеже приведена принципиальная схема, характеризующая предложенный способ тонкого селективного измельчения пористых материалов.

На чертеже показан бункер 1 с предварительно измельченным материалом, классификатор 2, где материал разделяется на заданные размеры по крупности 0 d₁, d₁-d₂, d₂-d₃ и т. п. резервуар 3, в котором находится насыщающее вещество, например вода, смеситель 4, в котором происходит насыщение пористого материала насыщающим веществом, насос высокого давления 5, подающий суспензию в нагреватель 6, устройство первичного сброса давления до заданного уровня, совмещенное с ударным измельчительным устройством 7, гравитационный разделитель 8, позволяющий разделить частицы раздробленного материала по плотности, конденсатосборник 9, резервуар для отходов 10, устройство для вторичного сброса давления, совмещенное с ударным измельчительным устройством 11, второй конденсатосборник 12, бункер для готового (целевого) продукта 13.

Способ осуществляется следующим образом.

Пористый материал, подлежащий измельчению, предварительно раздробляют до крупности 2-3 мм и направляют в бункер 1, откуда он поступает в классификатор 2, где его разделяют по размерам на две или более фракции по крупности. Из классификатора 2 заданную фракцию материала подают в смеситель 4, куда из резервуара 3 подают насыщающее вещество. Далее полученную пульпу, состоящую из 0,5-1,5 ч, насыщающего вещества на одну весовую часть материала, с помощью насоса высокого давления 5, подают в нагреватель 6.

Величины давления и температуры определяются крупностью измельчаемой фракции, прочностными свойствами и пористостью частей материала: его целевой части и "хвостов" и подбираются экспериментально. Затем пульпа поступает в устройство первичного сброса давления, совмещенное с ударным измельчительным устройством 7. Сброс давления может быть реализован в виде дроссельного устройства, а в качестве ударного измельчительного устройства может использоваться струйная мельница со встречными струями.

Для каждого материала экспериментально подбираются величины давления, температуры, при которых в результате первичного сброса давления и последующего ударного измельчения, "взрывному" и ударному измельчению подвергалась та часть материала, которая обладает меньшей прочностью и большей пористостью. Например, в случае измельчения угля более пористой и менее прочной является органическая часть угольной массы. В результате этого после первичного сброса давления и ударного измельчения получается тонкоизмельченная органическая часть угля и практически неизмельченная неорганическая часть.

Далее газопульповая смесь поступает в гравитационный разделитель 8, где происходит разделение среды, содержащей целевой продукт и среды жидкостной, содержащей "хвосты". "Хвосты" вместе с газообразной несущей средой далее поступают в конденсатосборник 9, откуда сконденсированное насыщающее вещество поступает в резервуар 3, а "хвосты" в резервуар для отходов 10. Целевой продукт, вместе с газожидкостной несущей средой, поступает в устройство вторичного сброса давления, совмещенное с ударным измельчительным устройством 11. В этом устройстве давление сбрасывается до атмосферного и происходит окончательное измельчение целевого продукта.

Сброс давления может быть осуществлен с помощью дроссельного устройства, а ударное измельчение в струйной мельнице со встречными струями. Окончательно измельченный целевой продукт, вместе с газожидкостной средой, поступают в конденсатосборник 12, откуда насыщающее вещество поступает в резервуар 3, а целевой продукт в бункер готового (целевого) продукта 13.

Измельчение других фракций материала осуществляется на такой же схеме (не показаны), однако величина давления, температуры и уровень сброса давления зависит от величины крупности фракций и их оптимальные значения определяются экспериментально, так как зависят не только от крупности фракции, но и от пористости и прочности веществ, составляющих материал, подвергаемый измельчению.

В данном способе происходит снижение энергозатрат на измельчение, определяемое тем, что окончательному измельчению подвергается только та часть измельчаемого материала, которая является (готовым) целевым продуктом. "Хвосты", как более прочные, так менее прочные, подвергаются только первичному измельчению, на что затрачивается лишь часть запасенной потенциальной энергии.

Изменение уровня давления и температур, величины уровня сброса давления, в зависимости от крупности фракций измельчаемого материала, позволяет регулировать процесс таким образом, чтобы в каждом конкретном случае оптимизировать процесс измельчения в целом.

П р и м е р. Измельченный каменный уголь марки Д крупностью 0-3 мм с зольностью 20% состоящий из органической части (менее прочной) и минеральной части (более прочной), поступает на классификатор, где разделяется на две фракции 0-0,5 мм и 0,5-3 мм с зольностью 24,5 и 17% соответственно. Массовая доля мелкой фракции 0,4, крупной 0,6. Обе фракции поступают в смесители, куда также подается насыщающее вещество вода. Мелкая фракция угля образует с водой пульпу с отношением твердое: жидкое Т:Ж=1:1. Мелкодисперсная пульпа под давлением 8,5 МПа нагревается до 280^оС. В устройстве первичного сброса давления происходит понижение давления до 7 МПа и первичное измельчение материала. Уровень сброса давления определяется тем, что происходит взрывное и ударное разрушение органической части материала, обладающего прочностью в диапазоне (20-200) 10⁵ Н/м², а его минеральная составляющая с прочностью свыше 25010⁵ Н/м² почти не разрушается. (См. Сиденко Т.М. Измельчение в химической промышленности. М. Химия, 1977, с. 362, 363. Газопульповая смесь при давлении 7 МПа поступает в гравитационный разделитель, где большая часть минерального вещества после прохождения конденсатосборника направляется в резервуар для отходов. Массовая доля "хвостов" составляет 0,064, а их зольность 90% Оставшаяся часть газопульповой смеси направляется в устройство окончательного сброса давления до атмосферного давления и окончательного измельчения до d_ср 50 мкм. Массовая доля измельченного продукта 0,336, а их зольность 110.

Крупная фракция угля образует с водой пульпу с отношением Т:Ж 1:1,25. Параметры процесса, характеризующие измельчение крупности фракции, показаны в таблице.

Из приведенных данных следует, что в процессе селективного измельчения, наряду с собственно процессом измельчения, происходит обогащение целевого продукта за счет вывода из процесса измельчения той части исходного материала, сохранение которого в целевом продукте нежелательно.