CN102378646B - 混合具有宽的颗粒尺寸分布的散状固体材料的方法及混合站 - Google Patents

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Abstract

一种用于混合散状固体材料的方法及混合站，特别是用于混合至少两种材料(A，B)，其中所述至少两种材料中的至少一种材料(A)具有宽的颗粒尺寸分布。在该材料(A)与材料(B)在第二混合器(7)中混合在一起之前，该材料(A)在第一混合器(5a，5b)中被均匀化。该材料(A)在带有多个腔室的重力混合器(5a，5b)中被均匀化并且根据整体流原理被排出。该材料(A)和材料(B)优选在带有多个腔室的重力混合器(7)中被混合并且根据整体流原理进一步被排出。材料(A)基本上是电解质渣壳材料。材料(B)是初生和/或次生氧化铝，材料(B)与材料(A)混合后将被用作可回收的阳极覆盖材料(ACM)。

Description

混合具有宽的颗粒尺寸分布的散状固体材料的方法及混合站
技术领域
本发明涉及一种用于混合材料(例如具有宽的颗粒尺寸分布的散状固体材料)的方法及混合站。特别地，本发明涉及铝工业中阳极覆盖材料(ACM)的制备。在具有预焙阳极的电解槽中，这种材料被用作作为电解池上方的包封层的阳极块的顶部上和侧部处的覆盖材料。
背景技术
ACM是电解质渣壳(crushed bath)和氧化铝、初生氧化铝(primary alumina)和/或次生氧化铝(secondary alumina)的混合物，该混合物以取决于在实际现场处的电解技术的比例进行混合。这种材料可由相当大的量的可回收材料构成，例如在更换阳极时从电解槽获取的电解质渣壳材料和/或渣料，或者通过杆状工具从残余部分(butt)移除的材料。
在大多数用于混合电解质渣壳和氧化铝以制造ACM的现有设施中，使用了机械式混合器，在大多数情况下为普通的间歇式混合器，或者仅计量通过螺旋输送装置以期望的混合比例输送到带输送装置上的多个材料流。应用具有均匀颗粒分布的ACM对于电解槽中的热平衡是重要的。
本发明改进的出发点在于，由于宽的颗粒尺寸分布，来自铝电解槽的电解质渣壳是一种将会非常易于偏析的材料。因此，方法必须选择成使得该方法将会抵制偏析作用。为实现这点，均匀化的基本原理被应用。这将降低材料流的变化，否则将必须通过混合设备或混合站的操作员来校正。正如预期的那样，这种设施将使输入的材料流均匀化，并在任何时候输送具有针对均匀化改进的材料特性(平均/恒定的颗粒尺寸分布(PSD))的材料。
用于混合材料的合理配置的设备(例如料仓(silo))可给出与普通机械式混合器可实现的相比一样好且在某些情况下更好的混合物。其原因在于，所述料仓与普通的混合器在每单位时间可混合或均匀化的材料相比，可混合或均匀化更大数量的材料。
基于Andrew W.Jenike的理论：散状固体的重力流，公报108，犹他大学(1961)，已经知道如何设计限定为整体流(mass-flow)和漏斗流(funnel-flow)的流型。
料仓通常包括平行分段和收敛分段(料斗)。通过将料仓的平行分段借助于内壁分成若干个腔室，然后一个接一个地将它们填充并同时将它们排空(根据整体流原理)，将实现混合/均匀化。通常，这种料仓可被称为重力混合器(gravimetric mixer)。
为了解释这一概念，最简单的方式是通过实例来说明其如何工作。假想300个样本从进入料仓的所述流中在时间上等分地被采集。在此平均数：算术平均(Average)和标准差(Stot)则被计算出，给出了进入材料随时间的变化，参见表1。如果表1中的样本被填充至常规的整体流料仓(没有内部腔室)内然后被排出，由在表2中的Stot所描述的变化(标准差)将会是相同的。
表1输入样本的实例
表2关于均匀化计算的实例
为描述料仓中的重力混合的作用，人们可将上述料仓理论上分成例如10个腔室。这些腔室被一个接一个地填充有如表1中的相同的材料，并且新腔室对于每30个样本开始填满。
当材料从料仓的出口移除时，与之前实例中的漏斗流相对照，由于整体流原理的原因，所有的腔室将平行地或同时地排空。在不同腔室中的样本将彼此混合。如果在排出期间采集30个样本，第一样本理想地将为表1中的样本1、31、61...和271的平均值，第二样本理想地将为表2中的样本2、32、62...和272的平均值，诸如此类。排出后的标准差则将在表3中给出。
表3当在料仓中使用若干个腔室时关于均匀化的计算的实例
30个第一样本被填入表的第一列，接下来的30个在第二列，诸如此类。在排出期间采集的30个样本将给出通过最后一列所示出的样本，即算术平均，其为被分配到10个腔室中的对应样本的对应数值的平均数。
如从表1和3清楚地看出的那样，填充的样本的标准差Stot远大于在排出期间收集的样本的标准差Stot2。在这种情形下，从填充到由均匀化料仓排出使标准差降低了68％。这可被理论地表示为，包括N个腔室的均匀化料仓平均起来从填充到排出标准差降低N的平方根的因数。
这意味着均匀化效果在腔室数目增加的情况下得到改进，但随着腔室数目的增加，额外腔室的作用渐近地减小。
为了使这样的腔室料仓发挥作用，对腔室的正确设计是必要的，与此同时料仓本身也必须被正确地设计。
上面给出的实例在图1中示出。如附图所示，在整个采样序列中与常规料仓有关的样本变化很大。如果使用10腔室的均匀化料仓，排出的材料的变化显著地减小，正如通过与10腔室料仓有关的曲线所表示出的那样。
发明内容
本发明是基于上述给出的关于重力混合在输送和处理期间偏析的材料的理论和知识。根据本发明可以再回收和处理阳极覆盖材料，并且进一步将该材料与次生和/或初生氧化铝或者其它材料以有效且低能耗的方式混合。
根据本发明的具体实施例，它涉及一种用于混合散状固体材料的方法和混合站，特别是用于混合至少两种材料(A，B)，其中所述至少两种材料(A，B)材料中的至少一种材料(A)具有宽的颗粒尺寸分布。在该材料(A)与材料(B)在第二混合器(7)中混合在一起之前，该材料(A)在第一混合器(5a，5b)中被均匀化。该材料(A)在带有多个腔室的重力混合器(5a，5b)中被均匀化并且根据整体流原理排出。材料(A)和材料(B)优选在带有多个腔室的重力混合器(7)中混合并且根据整体流原理被进一步排出。材料(A)基本上是电解质渣壳材料。材料(B)是初生和/或次生氧化铝，材料(B)与材料(A)混合后将被用作可回收的阳极覆盖材料(ACM)。
上述特点和进一步的优点将根据被限定在所附的权利要求1-16中的本发明来实现。
附图说明
下面，本发明将通过实例和附图进行描述，其中：
图1示出了与带有10腔室的均匀化料仓相比的常规料仓的样本变化；
图2示出了分成各腔室的混合器沿I-I的透视剖视图；
图3a示出了以透视图示出的图2中的混合器的中央填充管；
图3b示出了分成16腔室的混合器的圆柱部分的局部透视图；
图4示出了图2中的混合器的前视横截面图；
图5示出了根据本发明的混合设备或混合站。
具体实施方式
本发明基于多腔室料仓中的整体流原理，其中料仓具有混合功能，即，在下文中所谓的混合器。在图2和4中示出了混合器的三个主要方面。首先，在混合器的一个圆柱部分9内布置有中央填充管1。填充管具有一个进口开口1’。在下端，混合器的收敛部分，即料斗2”，在其内布置有两个层流促进装置2、2’。出口用附图标记3标识。
中央填充管1在图3a中被更详细地示出。如附图所示，在管中设有通过8、8’...标识的、具有不同竖向延伸量的若干个开口或狭槽，从而将材料连续地分配到如在图3b中所示的相应的腔室4、4’...中。在将材料填充到中央填充管内期间，由于这些槽的布置，管中的狭槽将使材料连续地分配到每个腔室。
混合器的圆柱部分9在图3b中被更详细地示出，其中填充管1的上部与腔室4、4’一起被示出。填充管中的狭槽8、8’与腔室4、4’相连通。沿内部分隔壁20、28的线I-I示出了与图2和4中相同的剖面。
如图4(图4为图1的前视图)中所示，带有开口或狭槽8、8’的填充管1布置在混合器的圆柱部分中，从而允许被填充到填充管1中的材料被分配到混合器的各个腔室中。
在材料从料仓移除期间，层流促进装置2、2’被设计成维持使材料根据整体流原理从腔室被移除，随后这些材料将同时地排出，从而使填充至混合器内的散状固体混合/均匀化。
利用上述理论和根据该理论的混合器，设置如图5所示的混合站M。根据这个实例的混合站具有两个主混合器5a，、5b，该混合站通过进口输送装置9a、9b而从竖向输送装置9接收最易于偏析的散状固体。在这个实施例中电解质渣壳是最易于偏析的散状固体。混合器与在之前实例(图2-4)中所描述的混合器类型相同。
混合器以这样的方式被操作，即当混合器5a被填充时，混合器5b处于其排出模式。这种操作方法对于使多腔室混合器理想地工作是必要的。这是因为已经观察到的是，当混合器处于排出模式时进行填充将影响料仓关于均匀化的优化操作。
来自于混合器5a或5b、经由排出输送装置10a、10b的材料然后以适当的比例与不易偏析的粉末(例如初生和/或次生氧化铝)一起被填充，所述不易偏析的粉末从料仓6经由输送装置6a输送到输送系统12、12a、12b、12c。该输送系统包括横向输送器12、竖向输送器12a、一个进口输送装置12b和一个料斗储存器12c。料斗储存器的出口13将材料输送入到重力混合器7内。混合器7按照上述多腔室料仓的原理工作，并且根据整体流原理排出。在操作中，混合器7被完全填充满。它被完全地排放以用于在工艺中的进一步地输送。

Claims (15)

1.一种用于混合散状固体材料的方法，更准确地说用于混合至少两种材料(A，B)，所述至少两种材料中的至少一种材料(A)具有变化的颗粒尺寸分布，其中，所述材料(A)在带有多个腔室(4，4’)的第一重力混合器(5a，5b)中被均匀化，
其特征在于，
在将材料(A)排放并与材料(B)在第二混合器(7)中混合在一起之前，使材料(A)进入第一重力混合器(5a，5b)的中央填充管(1)内，然后连续地进入到每个腔室(4，4’)，其中所述中央填充管具有朝向相应的腔室(4，4’)的、带有不同的竖向延伸量的开口或狭槽(8，8’)。
2.如权利要求1所述的方法，
其特征在于，
使材料(A)根据整体流原理排出。
3.如权利要求1所述的方法，
其特征在于，
使材料(A)和材料(B)在重力混合器(7)中混合。
4.如权利要求3所述的方法，
其特征在于，
使这些材料在带有多个腔室的混合器(7)中混合，并且根据整体流原理被进一步排出。
5.如权利要求1所述的方法，
其特征在于，
材料(A)基本上是电解质渣壳材料。
6.如权利要求1所述的方法，
其特征在于，
使材料(A)与材料(B)混合以便产生阳极覆盖材料(ACM)，材料(B)是初生氧化铝和/或次生氧化铝。
7.一种用于散状固体材料的混合站(M)，更准确地说用于混合至少两种材料(A，B)，所述至少两种材料中的至少一种材料(A)具有变化的颗粒尺寸分布，所述混合站包括第一混合器(5a，5b)，其中第一混合器(5a，5b)是重力混合器，所述重力混合器形成为具有带多个腔室的上部部分的料仓，所述材料(A)被供给到所述腔室中以便使材料(A)均匀化，
其特征在于，
所述第一混合器(5a，5b)具有中央填充管(1)，所述中央填充管设有朝向所述腔室(4，4’)的、带有不同的竖向延伸量的若干个开口或狭槽(8，8’)，其中材料(A)在被排放并进入用于将材料(A)和材料(B)混合的第二混合器(7)之前，进入中央填充管(1)内并通过所述开口(8，8’)进一步连续地进入到每个腔室。
8.如权利要求7所述的混合站，
其特征在于，
所述第一混合器(5a，5b)包括带有出口的下部收敛部分，并且所述下部收敛部分还在内部设有层流促进装置。
9.如权利要求7所述的混合站，
其特征在于，
第二混合器是重力混合器，所述第二混合器形成为具有带多个腔室的上部部分的料仓，其中所述材料相继地被进给到所述腔室内。
10.如权利要求9所述的混合站，
其特征在于，
所述第二混合器包括带有出口的下部收敛部分，并且所述下部收敛部分还在内部设有层流促进装置。
11.如权利要求7所述的混合站，
其特征在于，
所述混合站包括第三混合器(6)，所述第三混合器用于在材料(B)与材料(A)混合之前使材料(B)均匀化。
12.如前述权利要求7-11中任一项所述的混合站，
其特征在于，
所述混合器为整体流类型的混合器。
13.如前述权利要求7-12中任一项所述的混合站，
其特征在于，
材料(A)基本上是电解质渣壳材料。
14.如前述权利要求7-13中任一项所述的混合站，
其特征在于，
材料(B)基本上是初生氧化铝和/或次生氧化铝。
15.如前述权利要求14所述的混合站，
其特征在于，
混合后的材料是阳极覆盖材料(ACM)。
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