Способ измельчения минеральных и/или хрупких материалов и фрагментационная установка для его осуществления

(51) 02 19/18 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ Для более эффективного измельчения и фрагментации продукта, результатом чего является сокращение продолжительности и снижение расхода энергии в процессе измельчения,включающем обработку импульсными электрическими разрядами продукта в реакционной зоне между двумя электродами, фрагментируемый продукт поддерживают во взвешенном состоянии,часть прошедшего процесс фрагментации продукта,имеющего крупность зерен менее заданной и близкую заданному значению, выводят из реакционного сосуда, а часть фрагментированного продукта,имеющего крупность зерен,превышающую заданную,возвращают в реакционную зону. Фрагментационная установка, состоит из электрического аккумулятора энергии,двух электродов, расположенных с зазором между ними в реакционном сосуде с технологической жидкостью,причем один из электродов заземлен, а другой электрод выполнен с возможностью подачи на него импульсного высокого напряжения. На реакционном сосуде или в нем установлено устройство для поддержания во взвешенном состоянии находящегося в технологической жидкости фрагментируемого продукта, а также устройство для вывода из суспензии части фрагментированного продукта с крупностью зерен ниже заданной, подачи к устройству для разделения на твердую и жидкую фазы и возвращения в реакционный сосуд фрагментированного продукта с крупностью зерен выше заданной.(73) Карлсруер Институт фюр Технологи(74) Шабалина Галина Ивановна Шабалин Владимир Иванович Кучаева Ирина Гафиятовна(54) СПОСОБ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ МИНЕРАЛЬНЫХ И/ИЛИ ХРУПКИХ МАТЕРИАЛОВ И ФРАГМЕНТАЦИОННАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к измельчению материалов, в частности к способу измельчения минеральных и/или хрупких материалов до заданной крупности зерен менее 5 мм и к фрагментационной установке для осуществления способа. 19405 Изобретение относится к измельчению материалов, в частности к способу эффективного измельчения фрагментируемого продукта, а именно минеральных и/или хрупких материалов до заданной крупности зерен менее 5 мм и к фрагментационной установке для осуществления способа. Способ основан на технических принципах технологии(- ),описанной, в частности, в способе дробления и измельчения твердых конгломератов / 19534232,кл. В 02 С 19/18, 1997/. Известный способ включает обработку измельчаемого материала, находящегося в реакционном сосуде в технологической жидкости импульсными электрическими разрядами,источником которых является электрический аккумулятор энергии. Импульсные разряды происходят между размещенными напротив друг друга в реакционном сосуде двумя электродами,один из которых заземлен, а ко второму подведено высокое напряжение. Описанная в 19534232 фрагментационная установка включает реакционный сосуд с технологической жидкостью, расположенный на опоре, на которой также размещена сборная емкость для фрагментированного материала заданной крупности. Электрический аккумулятор энергии,состоящий из батареи конденсаторов, через высоковольтную линию соединен с положительно заряженным высоковольтным электродом,выполненным с возможностью подачи на него импульсного высокого напряжения и размещенным в реакционном сосуде с зазором напротив заземленного фильтра, который служит вторым электродом. При измельчении во фрагментационной установке находящийся между двумя электродами в технологической жидкости измельчаемый продукт измельчается посредством электрических разрядов и возникающих при этом ударных волн. Эти минеральные и/или хрупкие материалы могут быть однородными, такими как горная/скальная порода или стекло, или конгломерированными, такими как горная порода или бетон. Заданная крупность зерен составляет менее 5 мм, преимущественно даже менее 2 мм. Фрагментированные частицы, имеющие крупность ниже заданной, отводят из зоны процесса через фильтр. Примером использования известного способа является получение щебня или песка или размол пигментов, вообще веществ, не состоящих из композиций. Фрагментируемый продукт,получаемый, например, при сносе здания,непрерывно добавляют в технологическое пространство,ориентируясь по количеству отводимого фрагментированного продукта. До сих пор специалисты исходили из того, что измельчаемый продукт, вследствие разрядов между электродами, а это в большинстве случаев электрод высокого напряжения и дно или его участок, во время импульсных разрядов всегда достаточно сильно завихряется. Серии испытаний показали,однако, что завихрение весьма неполное. 2 Задачей изобретения является достижение более эффективного измельчения и фрагментации загруженного в межэлектродное пространство фрагментируемого продукта, результатом чего является сокращение продолжительности измельчения и снижение расхода энергии в процессе. Эта задача решается в способе измельчения минеральных и/или хрупких материалов в фрагментационной установке,включающем обработку импульсными электрическими разрядами фрагментируемого продукта, находящегося в технологической жидкости в реакционной зоне между двумя расположенными на расстоянии друг от друга электродами. В способе предусмотрено завихрение фрагментируемого продукта в заполненном технологической жидкостью пространстве между электродами и предотвращение осаждения на дне реакционного сосуда фрагментируемого продукта. Находящийся в технологической жидкости фрагментируемый продукт постоянно поддерживают во взвешенном состоянии и, тем самым, образуют суспензию с технологической жидкостью, часть прошедшего процесс фрагментации продукта,имеющего крупность зерен менее заданной и близкую заданному значению, выводят из реакционного сосуда, а часть фрагментированного продукта,имеющего крупность зерен,превышающую заданную, возвращают в реакционную зону. Для эффективного поддержания фрагментируемого продукта во взвешенном состоянии пригодны гидродинамические меры,такие как интенсивное перекачивание жидкости,или механические меры, такие как механическое перемешивание. Для оптимизации фрагментации имеется возможность управления и регулирования направлением и силой течения технологической жидкости, а также скоростью перемешивания. Для вывода части прошедшего процесс фрагментации продукта может быть использована классификация в восходящем потоке с последующим разделением продукта на твердую и жидкую фазы. При этом крупные фракции продукта,превышающие заданную крупность зерен,выделенные при классификации, возвращают в реакционный сосуд. Это выделение может осуществляться посредством гидроциклонирования,кроме того, для этого выделения могут быть использованы погруженные в технологическую жидкость в реакторе фильтры, такие как фильтрующие корзины или фильтрующие патроны. Задача изобретения также решается в фрагментационной установке,состоящей из заряжаемого электрического аккумулятора энергии,двух электродов, расположенных напротив друг друга с зазором между ними в реакционном сосуде с технологической жидкостью, причем один из электродов заземлен, а другой электрод высокого напряжения выполнен с возможностью подачи на него импульсного высокого напряжения от аккумулятора энергии. В соответствии с изобретением на реакционном сосуде или в нем 19405 установлено устройство,выполненное с возможностью поддержания во взвешенном состоянии находящегося в технологической жидкости фрагментируемого продукта, причем на реакционном сосуде или в нем установлено устройство, выполненное с возможностью вывода из суспензии части фрагментированного продукта с крупностью зерен ниже заданной, подачи к устройству для разделения на твердую и жидкую фазы и возвращения в реакционный сосуд фрагментированного продукта с крупностью зерен выше заданной, причем в реакционный сосуд входит обратный трубопровод для технологической жидкости. Предпочтительный вариант выполнения установки предусматривает использование устройства, поддерживающего фрагментируемый продукт во взвешенном состоянии без образования мертвых (застойных) зон в суспензии. Для выведения фрагментированного продукта из установки и разделения фракций по крупности предложено использовать классификатор,работающий в восходящем потоке. Альтернативным решением устройства для разделения фракций является гидроциклон. Такими устройствами могут служить также известные из технологии просеивания фильтры в виде,например,фильтрующих корзин или фильтрующих патронов. При этом из-за воздействия ударных волн вследствие электрического разряда, расстояние от фильтра до межэлектродного пространства устанавливают с возможностью их эффективной очистки и предотвращения разрушения. Впускные сопла, через которые полученную при разделении на твердую и жидкую фазы технологическую жидкость возвращают в реакционный сосуд, устанавливают таким образом,чтобы возможно полно поддерживать фрагментируемый продукт во взвешенном состоянии. Благодаря этим мерам измельчаемый материал можно поддерживать во время фрагментации во взвешенном состоянии в технологической жидкости и снова возвращать в зону электрического разряда. При этом фильтрующий патрон или фильтрующие патроны размещены так, что фрагментированный продукт с высокой вероятностью попадет на них, а достаточно мелкие частицы будут проходить через фильтр. При каждом разрядном процессе задержанные фильтром еще слишком крупные частицы стряхиваются посредством вызванной каналом разряда или вызванных каналами разряда ударной волны или ударных волн. Далее способ и пример выполнения фрагментационной установки поясняются более подробно с помощью чертежа. Описан один вариант установки, а именно выполнение установки,содержащей кольцевой трубопровод. По результатам предварительных исследований он является наиболее благоприятным в гидродинамическом отношении решением. В любом случае при выполнении и конструировании установки следует обратить внимание на предотвращение образования застойных, мертвых областей, в которых скапливались и осаждались бы мелкие фракции. Из фрагментационной установки изображен лишь сам реакционный сосуд. Электрическая часть,зарядный прибор, аккумулятор энергии, являются устройствами, известными из уровня техники. Преимущественно электрическим аккумулятором энергии является конденсаторная батарея, которая с промежуточно включенными искровыми промежутками в режиме самопробоя разряжается на материал, расположенный в межэлектродном пространстве в реакционном сосуде. В установках-типа электрической частью является конденсатор Маркса, электрические заряд и разряд которого известны из техники электрических импульсов высокой мощности/высокого напряжения. На фиг. 1 изображен бочкообразный реакционный сосуд 1, стоящий на опорах 10. Через крышку внутри реакционного сосуда 1 установлен электрически изолированный со стороны своей свободной концевой зоны электрод высокого напряжения 3. Электрод высокого напряжения 3 расположен в крышке не жестко, так что возникающее в результате импульсных электрических разрядов воздействие ударной волны не может передаваться на корпус реакционного сосуда 1. Неизолированная металлическая концевая часть электрода 3 полностью погружена в находящуюся в реакционном сосуде технологическую жидкость, в данном случае воду. Изолирующая оболочка электрода также глубоко входит в воду. На ней при длительной эксплуатации не должны образовываться каналы скользящего разряда. Вторым электродом 2 в данном случае является сферически вогнутое дно самого реакционного сосуда, установленное на поворотной консоли 11, закрепленной на опоре 10. Это может быть все дно или только его центральный участок. В любом случае второй электрод имеет постоянный(опорный) потенциал, в частности заземлен. На внутренней поверхности электрода 2 показан осажденный по центру фрагментируемый продукт. Через крышку реакционного сосуда 1 проходят подводящий трубопровод 7 для воды и отводящий трубопровод 12 для содержащей фрагментированный продукт суспензии. Для оптимизации процесса фракционирования с использованием движения суспензии,обеспечивающим завихрение, движением суспензии управляют по силе, а в начале течения - по направлению. Устройство 4 для создания движения и завихрения фрагментируемого продукта охватывает здесь электрод высокого напряжения 3 коаксиально. Устройство 5 (на фиг.1 представлен фильтр) предназначено для выведения из суспензии части фрагментированного продукта и ее подачи через отводящий трубопровод 12 к устройству для разделения на твердую и жидкую фазу 6. Через указанный слева от реакционного сосуда 1 патрубок 9 загружают новые порции фрагментируемого продукта. Подводящий трубопровод 7 питает 3 19405 коаксиально расположенный кольцевой трубопровод, снабженный соплами 8. Кольцевой трубопровод должен быть надежно установлен на стенке реакционного сосуда 1, для преодоления воздействия ударных волн, возникающих при импульсных разрядах. Установка работает следующим образом. Измельчаемый материал загружают в реакционный сосуд 1 через патрубок 9. С помощью устройства 4 и жидкости, подаваемой через сопла 8, материал переводится во взвешенное состояние. Сопла 8 выполнены с возможностью ориентирования в направлении выпуска фрагментированного продукта, так что в зависимости от крупности фрагментируемого продукта может быть установлено или отрегулировано оптимальное для процесса завихрение суспензии. Интенсивность движения суспензии устанавливают с помощью насоса, нагнетающего чистую технологическую жидкость в кольцевой трубопровод. Сопла направляют струи жидкости вдоль дна к его центру. Осажденный и осаждающийся там фрагментируемый продукт постоянно взмучивается и поддерживается во взвешенном состоянии в суспензии. Этим предотвращается образование мертвых застойных зон во всем объеме реакционного сосуда. При подаче импульсного напряжения от электрического аккумулятора энергии на высоковольтный электрод 3 происходит импульсный разряд на материал, расположенный в межэлектродном пространстве в реакционном сосуде. Канал импульсного разряда образуется,начиная от острия электрода высокого напряжения 3, через фрагментируемый продукт к заземленному электроду 2 или же образуется конусообразная область из каналов разряда от торца электрода высокого напряжения к центральному участку дна реакционного сосуда 1. Измельченный за счет воздействия ударных волн материал находится в реакционном сосуде в виде суспензии, часть которой выводится с помощью устройства 5,например, фильтра. Фильтрующий патрон 5 полностью погружен в суспензию. Окружающая фильтрующий патрон решетка определят размером своих ячеек наибольшую отводимую крупность зерен. Проходящую через фильтрующий патрон суспензию направляют по отводящему трубопроводу 12 в устройство 6, например,центрифугу, где разделяют на жидкую часть,представляющую технологическую воду, и твердую фракцию заданного размера, выводимую из устройства 6. Воду возвращают по подводящему трубопроводу 7 в реакционный сосуд 1 к кольцевому трубопроводу,возможно,предварительно смешав со свежей водой. В зависимости от величины реакционного сосуда значительное облегчение проведения работ по обслуживанию и ремонту установки достигается когда дно реакционного сосуда 1 может быть отвинчено и отведено в сторону посредством консоли 11, установленной с возможностью вращения на правой опоре 10. 4 ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ измельчения минеральных и/или хрупких материалов до заданной крупности зерен менее 5 мм, в фрагментационной установке,включающий обработку импульсными электрическими разрядами фрагментируемого продукта, находящегося во взвешенном состоянии в технологической жидкости в реакционной зоне между двумя расположенными на расстоянии друг от друга электродами, вывод части прошедшего процесс фрагментации продукта,имеющего крупность зерен менее заданной и близкую заданному значению из реакционной зоны и возврат в реакционную зону части фрагментированного продукта,имеющего крупность зерен,превышающую заданную, отличающийся тем, что находящийся в технологической жидкости фрагментируемый продукт постоянно поддерживают во взвешенном состоянии гидродинамически или механически, образуя суспензию с технологической жидкостью,выведенный продукт разделяют по крупности путем классификации в восходящем потоке, или посредством гидроциклонирования, или с помощью погруженных в технологическую жидкость фильтров и отделяют твердую фазу от жидкости. 2. Фрагментационная установка, состоящая из заряжаемого электрического аккумулятора энергии,двух электродов (2) и (3), расположенных напротив друг друга с зазором между ними в реакционном сосуде (1) с технологической жидкостью, причем один из электродов (2) заземлен, а другой электрод(3) высокого напряжения выполнен с возможностью подачи на него импульсного высокого напряжения от аккумулятора энергии, отличающаяся тем, что на реакционном сосуде или в нем установлено устройство (4), выполненное с возможностью поддержания во взвешенном состоянии находящегося в технологической жидкости фрагментируемого продукта,причем на реакционном сосуде или в нем установлено устройство (5), выполненное с возможностью вывода из суспензии части фрагментированного продукта с крупностью зерен ниже заданной,подачи к устройству (6) для разделения на твердую и жидкую фазы и возвращения в реакционный сосуд фрагментированного продукта с крупностью зерен выше заданной, причем в реакционный сосуд входит обратный трубопровод(7) для технологической жидкости. 3. Установка по п.2, отличающаяся тем, что устройство (4) выполнено с возможностью перемещения находящегося в технологической жидкости фрагментируемого продукта через реакционную зону без образования мертвых областей в суспензии. 4. Установка по п.3, отличающаяся тем, что устройство (5), выполненное с возможностью выведения из суспензии части фрагментированного продукта с крупностью зерен ниже заданной,представляет собой классификатор для классификации в восходящем потоке. 19405 5. Установка по п.3, отличающаяся тем, что устройство (5), выполненное с возможностью выведения из суспензии части фрагментированного продукта с крупностью зерен ниже заданной,представляет собой гидроциклон. 6. Установка по п.3, отличающаяся тем, что устройство (5), выполненное с возможностью выведения из суспензии части фрагментированного продукта с крупностью зерен ниже заданной, представляет собой, по меньшей мере, один фильтр,учитывающий заданную крупность зерен. 7. Установка по одному из п.п.4-6,отличающаяся тем, что технологическую жидкость от разделения на твердую и жидкую фазы возвращают в реакционный сосуд через обратный трубопровод (7) и одно или несколько сопел (8) с возможностью максимально полного поддержания технологического продукта в реакционной зоне во взвешенном состоянии.