Способ и устройство пневмоэлектростатической сепарации сыпучих материалов

(51)7 03 7/12 ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН(73) Таразский государственный университет им. М.Х. Дулати(54) СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ПНЕВМОЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОЙ СЕПАРАЦИИ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ(57) Изобретение относится к обогащению полезных ископаемых, а именно сухой переработке тонкоизмельченной руды и других сыпучих материалов с применением пневмоэлектростатической сепарации. Способ пневмоэлектростатической сепарации сыпучих материалов включает сушку, измельчение,трибоэлектризацию, разделение частиц в электростатическом поле сепарационной камеры. Электростатическую сепарацию производят с поэтапной отсечкой слоев продуктов разделения, образовавшихся в отдельных зонах сепарационной камеры, от потока воздушной смеси сепарируемого материала. Пневмоэлектростатический сепаратор содержит загрузочный бункер, вентилятор, трубопровод, сепарационную камеру конфузорной формы, приемник продуктов разделения. Сепарационная камера образована между двумя основными электродами,образующих конфузор удлиненной формы. На внутренней поверхности основных электродов закреплены плоские отсекающие электроды. Отсекающие электроды расположены симметрично к вертикальной оси сепарационной камеры, с образованием отдельных зон сепарации со ступенчатым уменьшением рабочего пространства в направлении сужения конфузора. Электроды закреплены преимущественно параллельно к основному электроду с помощью проходных изоляторов, с воздушным зазором между основным и отсекающими электродами. Отсекающие электроды расположены с возможностью отделения взвешенной смеси сепарируемого материала от более плотного слоя заряженных частиц, сконцентрированных на поверхности электродов. Пневмоэлектростатический сепаратор с отсекающими электродами отличается высокой эффективностью и производительностью. 10415 Изобретение относится к обогащению полезных ископаемых, а именно сухой переработке тонкоизмельченной руды и других сыпучих материалов с применением пневмоэлектростатической сепарации. Известен пневмоэлектрический сепаратор типа Электроцикложет (патент США 3476243, кл. 209-129, В 03 С 7/00, 1969), состоящий из воздуховода прямоугольного сечения, имеющего вид замкнутого овального кольца. Тонкоизмельченная руда из загрузочного бункера непрерывно транспортируется по нему в потоке воздуха во взвешенном состоянии. В процессе трения частиц между собой и скольжения по поверхности каналов пневмотранспорта сепарируемый материал приобретает избыточный электрический заряд. Кроме того, сепарируемый материал получает дополнительную подзарядку в поле коронного разряда, создаваемого в транспортном канале. Заряженный материал подается в разделительную камеру, состоящую из двух, плоских расходящихся отклоняющих электродов, создающих электростатическое поле. Разделение частиц происходит согласно их заряду, а неотклонившиеся частицы попадают в промпродукт и рециркулируют. Недостатком известного устройства является низкая эффективность процесса. Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности является пнеавмоэлектростатический сепаратор (а. с.1304889, В 03 С 7/12,1986), который состоит из загрузочного бункера,вентилятора, трубопровода, сепарационной камеры,состоящей из двух основных электродов, выполненных из металлических пластин, образующих конфузор, а также направляющих, шибера, приемника продуктов сепарации и высоковольтного источника питания. Сепарационный материал из загрузочного бункера подается в воздушный поток, возбуждаемый вентилятором. Смешанный поток по трубопроводу направляется в сепарационную камеру, в которой воздушные течения корректируются направляющими. Основные электроды подключаются к высоковольтному источнику питания. Продукты сепарации на выходе из сепарационной камеры разделяются шибером, затем улавливаются в приемнике. Недостатком известного устройства является низкая эффективность процесса способ электростатического обогащения фосфатных руд (а. с.1304889, кл. В 03 С 7/12, 1986), который включает сушку сырья, дробление, измельчение до крупности 0,16 мм. Измельченный продукт, имеющий температуру 20-50 С, из бункера подается в трубопровод,где смешивается с воздухом, поступающим от вентилятора. В турбулентном газовом потоке трубопровода происходит трибоэлектризация частиц материала. Поток смеси направляется в пневмоэлектрический сепаратор, рабочая зона которого состоит из двух плоских электродов, расположенных под углом к вертикали, образующих зону сепарации конфузорной формы для ламинаризации потока. При этом скорость движения частиц в зоне разделения и напряженность электростатического поля уве 2 личивается в направлении движения потока. К плоским электродам от высоковольтного источника подается постоянный ток высокого напряжения. В узкой части напряженность электростатического поля составляет 4105 Вм-1. В сепараторе руда разделяется на концентрат и хвосты. Оба потока направляются в улавливающие устройства, а технологический воздух циркулирует в замкнутом цикле. На отрицательный электрод оседают положительно заряженные частицы, а на положительном электроде образуется слой частиц с отрицательным зарядом. Все частицы слоя непрерывным потоком по электроду направляются в приемные устройства, расположенные на выходе из сепарационной камеры. Частицы из средней зоны струи, образующие некондиционный промежуточный продукт, выводятся из процесса, а затем подвергаются повторной электростатической сепарации. Удлинение двух плоских электродов сепарационной камеры с целью увеличения времени пребывания частиц в электростатическом поле не приводит к улучшению технологических показателей. Поэтому в обычных конструкциях применялись сепарационные камеры, высотой не более 0,5-1,5 м. Следовательно, время пребывания заряженных частиц в электростатическом поле составляло несколько секунд. Основной причиной, одерживающей эффективность процесса, является наличие на электродах слоя однородно заряженных частиц, который затормаживает дальнейший процесс разделения. Изза падения напряженности электростатического поля формирование траектории и необходимого дрейфа частиц по всей толщине потока сепарируемого материала не происходит. Слой на электродах образуется лишь в результате отклонения частиц, находящихся по краям основного потока. Многостадиальные схемы обогащения с повторными операциями электростатической сепарации требуют дополнительных затрат ресурсов и времени. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности сепарации сыпучих материалов путем ограничения толщины слоя материала, образующегося на электродах. Это достигается тем, что в способе пневмоэлектростатической сепарации сыпучих материалов,включающем сушку, измельчение, триюоэлектризацию, разделение частиц в электростатическом поле сепарационной камеры, согласно изобретению,электростатическую сепарацию производят с поэтапной отсечкой слоев продуктов разделения, образовавшихся в отдельных зонах сепарационной камеры, от потока воздушной смеси сепарируемого материала. В устройстве пневмоэлектростатической сепарации сыпучих материалов, содержащем загрузочный бункер, трубопровод, вентилятор, сепарационную камеру конфузорной формы, включающую два основных плоских электрода, высоковольтный источник питания и приемники продуктов разделения,согласно изобретению, на внутренней поверхности основных электродов закреплены отсекающие электроды, каждая пара которых размещена симметрич 10415 но относительно вертикальной оси сепарационной камеры с образованием отдельных зон сепарации со ступенчатым уменьшением рабочего пространства в направлении сужения конфузора. Отсекающие электроды закреплены параллельно к основным электродам при помощи проходных изоляторов с образованием зазора между ними со ступенчатым его расширением к выходу из конфузора. Отсекающие электроды закреплены с зазором по отношению друг к другу. Отсекающие электроды закреплены с возможностью регулирования их положения в потоке сепарируемого материала. Отсекающие электроды подключены к источнику постоянного тока высокого напряжения через проходные изоляторы. Высоковольтный источник постоянного тока подключен к отсекающим электродам через делитель напряжения. На фигуре показано устройство пневмоэлектростатического сепаратора, на котором реализуется предлагаемый способ. Пневмоэлектростатический сепаратор состоит из загрузочного бункера 1, вентилятора 2, трубопровода 3 и сепарационной камеры 4. Сепарационная камера образована между двумя основными электродами 5, образующими конфузор удлиненной формы. Основные электроды выполнены из плоских металлических пластин. На широком конце конфузора расположены направляющие 6. На внутренней поверхности основных электродов 5 прикреплены отсекающие электроды 7, представляющие металлические пластины с закругленными краями. Они расположены симметрично к вертикальной оси сепарационной камеры, т. о. образуют , ,и другие сепарационные зоны (отсеки), со ступенчатым уменьшением рабочего пространства в направлении сужения канала (фигура). Отсекающие электроды 7 прикреплены, преимущественно параллельно, к основному плоскому электроду 5 с помощью проходных изоляторов 8, с воздушным зазором между основным и отсекающими электродами. Причем, величина этого зазора увеличена в направлении сужения конфузора. Вследствие этого между основным 5 и отсекающими 7 электродами образовано пространство, которое имеет ступенчатое расширение в сторону уменьшения поперечного сечения конфузора. Отсекающие электроды расположены с возможностью отделения взвешенной смеси сепарируемого материала от более плотного слоя заряженных частиц, сконцентрированных на поверхности электродов. Взаимное расположение основного и отсекающих электродов показано на фигуре. На стыках соседних отсекающих электродов, прикрепленных к основному электроду, задана щель для отсечения приэлектродного продукта, движущегося к выходу из сепарационной камеры Конфигурация отсекающих электродов и их крепежных элементов заданы с учетом аэродинамики потока внутри сепарационной камеры и равномерности распределения электростатического поля. Возможны варианты установки отсекающих электродов под оптимальным углом к потоку сепарируемого материала. Установка угла наклона и по ложения отсекающих электродов относительно основного и соседних электродов произведена с помощью проходных изоляторов 8. Последние служат также для электрической изоляции электродов друг от друга. К электродам 5 подключен высоковольтный источник 9, а подключение отсекающих электродов 7 к источнику произведено через проходной изолятор 8 и делитель напряжения 10. Способ пневмоэлектростатической сепарации реализуется в следующем порядке. Исходное сырье, представляющий собой сыпучий материал крупностью менее 0,16 мм, из бункера 1 транспортируют воздушным потоком, создаваемым вентилятором 2, по трубопроводу 3 в сепарационную камеру 4, которая образована между двумя основными электродами 5. Воздушные потоки в сепарационной камере корректируют с помощью направляющих 6. К основным и отсекающим электродам 7 высокое напряжение подают через проходные изоляторы 8 от источника высокого напряжения постоянного тока 9. Между противоположными электродными системами сепаратора создают электростатическое поле с напряженностью (2-6) 105 Вм-1. Транспортировкой исходного сырья через трубопровод 3 в турбулентном потоке сообщают избыточный трибоэлектрический заряд к минеральным частицам, которые затем в электростатическом поле сепарационной камеры 4 разделяют по полярности приобретенного заряда. Частицы, сконцентрированные на электроде 5 в более плотный слой, в зоне 1 транспортируют по плоскости электрода воздушным потоком. При входе в зонуэтот слой частиц направляют в приемники готовой продукции 12 через воздушный канал, образованный между основным 5 и отсекающим 7 электродами. В зонеконцентрация частиц происходит на плоскости отсекающего электрода. Этот, вновь образованный слой частиц, выводят из зоны сепарации через щели на стыке соседних отсекающих электродов в подэлектродное пространство, а далее в приемное устройство 12. В других отсеках рабочей камеры процесс разделения происходит аналогично. На выходе из камеры оставшийся веер сепарируемого материала разделяют шибером 11 на два продукта. При наличии сросшихся минералов по способу предусматривают получение промпродукта. Готовый продукт улавливают в специальных устройствах 12. Часть отработанного воздуха после дополнительной очистки используют для танспортировки сепарируемого материала по трубопроводу 3. А другую часть возвращают в сепарационную камеру 4. По мере движения потока в камере конфузорной формы, периодическое отсекание слоя на электродах от воздушной смеси сепарируемого материала позволило активизировать воздействие электростатического поля на траекторию заряженных частиц. Рассматриваемый способ и устройства для его реализации позволяет завершить процесс разделения заряженной смеси с раскрытыми зернами (без сростков) в одной сепарационной камере и в одну стадию, т. е. процесс разделения в установке дово 3 10415 дится до полного его завершения за один прием. Формирование траектории частиц происходит по значениям и полярности трибозарядов, распределение которых определяется по первоначальному минеральному составу сырья. Пример Экспериментальный пневмоэлектростатический сепаратор имел следующие основные размеры сепарационной камеры высота основных электродов 500 мм расстояние между электродами в верхней части 200 мм в нижней части 100 мм. Электроды подключены к положительной и отрицательной полярности источника высокого напряжения. Электрод с отрицательным потенциалом заземлен. Со стороны электрода с положительной полярностью отбирались хвосты. Ширина хвостового потока составляет 30 мм. В сравниваемых режимах условия по плотности,производительности и температуре потока сепарируемого материала в течение всего исследования поддерживались неизменными. Согласно предлагаемому изобретению, на двух основных электродах дополнительно закреплены три пары отсекающих электродов шириной 15 мм. Зазор между основным и верхним отсекающим электродами составил 5 мм. Другие отсекающие электроды закреплены с отступом от предыдущих электродов также на 5 мм. Средняя напряженность поля во всех зонах сепарационной камеры поддерживалась равной 3 кВ/см. Исследования проводились на рядовом фосфоритном сырье, имеющем следующий химический состав (в ) Р 2 О 3 - 25,88 СаО - 39,12- 1,92- 20,13 О 2 - 5,05 . Исходная руда после сушки и измельчения до крупности менее 0,16 мм подавалась при температуре сепарируемого материала 22 С, через загрузочный бункер и трубопровод, в сепарационную камеру. Средняя напряженность поля в сравниваемых режимах составила 3 кВ/см. В отличие от прототипа в новом способе производилось разделение потока воздушной смеси сепарируемого материала в три этапа, с помощью трех пар отсекающих электродов, прикрепленных на основных электродах сепарационной камеры с помощью проходных изоляторов. При этом более плотные слои, образованные на плоскости электродов, 4 отсекались от менее плотных слоев, движущихся в основной рабочей части сепарационной камеры. Полученные технологические параметры процессов пневмоэлектростатической сепарации показывают, что новый способ, по сравнению с прототипом, позволил улучшить за одну операцию качество концентрата по основному компоненту на 1,24, а также выросло его извлечение в концентрат на 5,9 . ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ пневмоэлектростатической сепарации сыпучих материалов, включающий сушку, измельчение, трибоэлектризацию, разделение частиц в электростатическом поле сепарационной камеры,отличающийся тем, что электростатическую сепарацию производят с поэтапной отсечкой слоев продуктов разделения, образовавшихся в отдельных зонах сепарационной камеры, от потока воздушной смеси сепарируемого материала. 2. Устройство пневмоэлектростатической сепарации сыпучих материалов, содержащее загрузочный бункер, трубопровод, вентилятор, сепарационную камеру конфузорной формы, включающую два основных плоских электрода, высоковольтный источник питания и приемники продуктов разделения,отличающееся тем, что на внутренней поверхности основных электродов закреплены отсекающие электроды, каждая пара которых размещена симметрично относительно вертикальной оси сепарационной камеры с образованием отдельных зон сепарации со ступенчатым уменьшением рабочего пространства в направлении сужения конфузора. 3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что отсекающие электроды закреплены параллельно к основным электродам при помощи проходных изоляторов с образованием зазора между ними со ступенчатым его расширением к выходу из конфузора. 4 Устройство по п. 2, отличающееся тем, что отсекающие электроды закреплены с возможностью регулирования расстояния между основным и отсекающим электродом. 5. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что каждая пара отсекающих электродов подключена к источнику постоянного тока высокого напряжения параллельно через проходные изоляторы и делители напряжения.