CN1260016C - 用于分离颗粒材料的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种分离不同尺寸或密度的颗粒材料的方法包括以下步骤：翻转颗粒材料，以便在颗粒材料的表面中产生连续或离散的崩落(19)，从而使较小尺寸(14)或较高密度(22)的颗粒朝着颗粒材料的中心运动，并使较大尺寸(16)或较低密度(24)的颗粒从颗粒材料的中心径向向外运动；以及在选定的径向位置(8、10)处取出颗粒。本发明还提供了一种用于分离不同尺寸或密度的颗粒材料的装置。

Description

用于分离颗粒材料的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种用于分离颗粒材料的方法和装置。尤其是，本发明涉及用于分类、拣选或过滤颗粒材料的装置。

背景技术

术语“颗粒材料”是指粒状或粉末状材料，例如砂、矿石、岩石、砂砾、谷物、种子和其它类似材料。

拣选或分类装置用于多个行业，例如建筑、回收和采矿业。这些装置用于根据颗粒材料的尺寸而使该颗粒材料与其它不希望的物质分离。这种分类通常采用筛选技术。

已知用于拣选颗粒材料的装置采用旋转柱形筛的形式，该旋转柱形筛有预定尺寸的孔，并有位于旋转筛内的一系列旋转单排刷。推运螺旋将颗粒材料供给该筛子内，并且旋转刷驱扫颗粒使其靠在筛子上，从而使小于或等于预定尺寸的颗粒通过筛孔跌落，并使大于预定尺寸的颗粒通过该筛子，以便丢弃。

包括该已知装置的拣选装置有一个或多个严重缺点。在某些装置中，接近该预定尺寸的颗粒可能楔入筛孔内。这干扰了拣选处理，同时需要频繁对这些装置进行维护。为了改变拣选的颗粒材料的尺寸，很多现有的拣选装置需要更换筛子。在某些装置中，通常与筛子高速碰撞的颗粒可能引起筛子的损坏和磨损。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种分离不同尺寸或密度的颗粒材料的方法，该方法包括以下步骤：

翻转颗粒材料，以便在颗粒材料的表面中产生连续或离散的崩落，从而使较小尺寸或较高密度的颗粒朝着颗粒材料的中心运动，并使较大尺寸或较低密度的颗粒从颗粒材料的中心径向向外运动；以及

在选定的径向位置取出颗粒。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于分离不同尺寸或密度的颗粒材料的装置，该装置包括：

可旋转容器，用于接收颗粒材料；

用于将颗粒材料供给可旋转容器的装置；

用于使该容器旋转的装置，以便翻转颗粒材料，从而在颗粒材料的表面中产生连续或离散的崩落，以便使较小尺寸或较高密度的颗粒朝着颗粒材料的中心运动，并使较大尺寸或较低密度的颗粒从颗粒材料的中心径向向外运动；以及

用于在选定的径向位置取出颗粒材料的装置。

在本说明书中采用的术语“崩落”是指连续流状态或间歇(离散)流动状态，其中，跌落的材料离开材料床。优选是，该材料床的大部分是旋转实心体，其中在表面的相对较薄层崩落。该较薄崩落层并不是均匀厚度。例如，在连续流状态下，崩落层的厚度具有抛物线型面。根据本发明，在非粘合材料中，崩落层的平均厚度通常为大约5个颗粒，并可以直到大约10个颗粒，不过，崩落层的深度取决于优选旋转速度，其次还在一定程度上取决于颗粒性质。

翻转颗粒材料以便在颗粒材料表面中产生崩落，这将促使颗粒根据它们的尺寸或密度而分离。当颗粒主要是大小不同时，较小的颗粒将朝着颗粒材料的中心集中，而较大颗粒将集中在颗粒材料的边界处。因此，颗粒将根据它们的大小来径向分布，从而能够通过合适定位抽取装置而抽取所选尺寸的颗粒。本发明并不局限于分离具有相同密度而不同尺寸的材料。尽管本发明的许多应用涉及分离不同尺寸而密度相同的颗粒而且也适用于不同密度的颗粒，不过，当颗粒的尺寸与密度的比例满足特定的限制关系时，翻转作用将使满足该关系的颗粒混合，而不是使它们分离。这只发生在符合该关系的颗粒中，并不是在装置的颗粒“装料”中的全部颗粒都出现该情况。实际上，在整个颗粒装料中，满足该关系的颗粒数量通常只占整个颗粒装料的很小百分比。

当分离的颗粒材料主要为不同密度时，翻转材料以便产生崩落将促使材料根据它的密度而分离。更高密度的颗粒将朝着颗粒材料的中心集中，而更小密度的颗粒将集中在颗粒材料的边界处。这也可以用于通过在合适径向位置收集而进行分离。根据密度分离有多种用途，例如包括在回收业中分离绝缘体和铜线的混合物。因此，本发明使得颗粒能够根据它们的尺寸或密度来抽取，同时没有已知装置的相关困难。例如，本发明并不采用筛子来拣选颗粒材料。这意味着没有颗粒楔入筛子中和干扰拣选处理的危险。此外，通过沿半径对所需尺寸颗粒的颗粒材料进行取样，可以容易方便地根据尺寸选择颗粒。

本发明的方法和装置用于低能量消耗，且不需要如使用普通筛子的已知拣选器那么大的空间。而且，本发明的装置具有很大的调节率，从而使装置能够很容易关闭和重新起动。

本方法对颗粒和装置的磨损都较低。颗粒通过旋转和重力而分离，因此，颗粒不会高速撞击设备。颗粒将通过颗粒间接触而侵蚀，并不是通过与装置的接触。

优选是，翻转颗粒材料产生沿表面的颗粒连续流或间歇流。优选是，颗粒在从颗粒材料的中心靠外的径向位置处抽取。

优选是，旋转装置使颗粒材料翻转，以便沿表面产生颗粒的连续流或间歇流。优选是，抽取装置布置成这样，即它在从颗粒材料的中心靠外的径向位置处抽取颗粒材料。

优选是，抽取装置的位置靠近可旋转容器，这样，可以沿颗粒材料的半径处抽取颗粒。抽取装置可以为板的形式，该板有一个或多个相对于颗粒材料径向定位的孔。抽取装置可以有输送器，该输送器靠近该孔，用于促进材料的抽取。在本发明的其它形式中，抽取装置可以包括一个或多个螺旋输送机或气动抽吸管路。

优选是，容器的旋转速度满足以下关系：

ω²L/g≤1

其中，ω是旋转速度；L是容器的直径；以及g是重力加速度。

优选是，颗粒材料供给容器内至恰好低于容积容量的50％。优选是，颗粒材料供给容器内至容积容量的25％。

优选是，可旋转容器相对于水平方向倾斜一定角度，以便促使颗粒材料流过该容器。优选是，可旋转容器相对于水平方向倾斜4°至10°之间。

附图的简要说明

为了帮助理解本发明，下面将通过实例并参考附图介绍本发明的优选实施例，附图中：

图1是本发明优选实施例的、用于分离颗粒材料的装置的透视图；

图2是图1的装置的剖视图，表示了分离颗粒材料的方法；

图3是采用图1的装置来分离颗粒材料的方法的原理的视图；

图4表示了当根据密度来分离颗粒时的方法；

图5示意表示了当发生混合时在颗粒尺寸和密度之间的颗粒关系；以及

图6(a)至6(e)表示了根据尺寸通过图1的装置来分离建筑用砂。

具体实施方式

参考图1，图中表示了本发明优选实施例的、用于分离颗粒材料的装置。该装置包括具有固定端板4旋转纵向管2。

用于接收要分离或拣选的颗粒材料的输入端6相对于端板4位于管2的相对端上。固定端板4作为装置的输出端，有两个孔8、10，用于从管2中取出颗粒。孔8、10的尺寸和位置确定了将在各个孔中取出的颗粒的尺寸或密度。在端板4中的孔或开口8、10根据要取出的颗粒材料的希望截止尺寸或部分(fraction)而布置在不同径向位置。一种或多种尺寸部分可以同时除去。靠近孔8、10的较小螺旋输送机(未示出)除去位于孔8、10周围的分类颗粒材料(如箭头11所示)，并根据需要将分类的物流供给容器或下一处理级。其它类型的抽取器也可以用于代替螺旋输送机。当需要不同尺寸的颗粒时，端板4可以很容易用所需尺寸的孔代替。在端板4中的孔的数目可以根据需要变化。

图2表示了装置和工作方法。颗粒材料12的“装料”置于管2中。当管2旋转(沿箭头13的方向)时，颗粒或粒状材料首先支承为斜面18，直到该斜面18超过临界角度。越过该点的进一步旋转将开始材料的崩落，如虚线箭头19所示。该崩落19使得在斜面18上半部分的材料向该斜面18的下半部分运动。在崩落19过程中，颗粒材料在斜面18上展开，从而使较小的颗粒14向下运动或渗漏。当装料12作为实心体旋转时，颗粒14、16在它们越过崩落区域过程中的崩落19作用使得较小尺寸的颗粒14朝着装料12的中心运动，而不是该装料12的底部。同样，较大尺寸的颗粒16朝着装料12的边界运动。重复的崩落使得整个装料12根据尺寸快速分离，如图2中所示。当颗粒尺寸分布为连续值时，通过颗粒按尺寸大小的连续径向分级，该尺寸可以分成使最小的颗粒14在装料12的中心，而最大的颗粒16在管2的边界处。

下面将参考图3更详细地介绍尺寸分离的物理机理。当静止时，粒子或颗粒成组互锁。在崩落19时，运动的颗粒组将扩张，即它们彼此远离。该扩张增加了颗粒之间的平均间距，这又使更小的颗粒14在重力作用下向下渗漏。当非球形时，如图所示，较大的颗粒16也可以通过崩落层中的不同速度而旋转到表面上。因此，重复崩落将促使颗粒14和较大颗粒16快速分离。

应当知道，管2的旋转速度确定了分离的速度。当旋转速度较慢时，崩落19是离散的。当旋转速度更快时，崩落19相互混合形成连续流。当旋转速度再加快时，将产生瀑布(cascading)运动，其中，颗粒离开装料的表面。这样的瀑布运动或流不利于颗粒分离。而且，当旋转速度太快时，离心力使得颗粒粘在管2的侧壁上，从而阻止颗粒分离。

旋转速度可以通过Froude数来测量，因此不同类型的分离也可以通过Froude数来测量。该Froude数由以下等式来确定：

Fr＝ω²L/g    ...(1)

其中，Fr是Froude数；ω是角速度或旋转速度；L是管的直径或半径；以及g是重力加速度。

Froude数在Fr＜10^-3至10^-2的范围内意味着旋转速度ω产生离散崩落。通常，从崩落向连续流的过渡发生在范围10^-3＜Fr＜10^-2中。当Froude数等于Fr＝10^-1时产生连续流状态。Froude数在范围10^-1＜Fr＜1中则意味着旋转速度ω产生颗粒材料的瀑布运动。旋转速度Fr＞1产生离心运动，颗粒材料停止分离。

崩落19通常在颗粒材料装料12的薄表面层中发生。当该层不均匀时，发现在表面层中的颗粒数目平均在5至10个颗粒之间。此外，表面层的形状根据旋转速度而变化。对于离散崩落状态，表面层的截面为三角形，而对于连续流状态，表面层的截面更象抛物线形状，靠近中间处有更多材料。

估计当管2在5rpm的情况下旋转一圈时，有大约30次崩落。还发现，管2在3rpm的情况下旋转5圈就足以使25％容量的颗粒材料充分分离。

装置可以倾斜很小角度，以便促使材料流过该装置。通常，4°-5°的角度足以使合适的材料流流过装置，以便进行分离，且上限为10°。

对于具有圆形截面的管，最佳充装量为25％容量或四分之一，因为这将促使最快分离。对于该装置，所用的充装容量可以直到小于50％，但是分离速度较低。

在连续分离时，供给器和抽取器的速度将相互配合，以便保持充装点在最佳的25％容量附近。不过，也可以允许从最佳值进行较宽变化，这意味着该分类设备也作为“缓冲器”，防止不希望的材料流从上游或下游处理颠倒。

当最终目的是在细小组分中进行非常严格的分离时，该装置可以用于快速和便宜地除去颗粒材料中的粗大组分。在接近它的最佳充装量时能够进行非常快速和完全的分离意味着该装置特别适于快速、大容量、一次通过、粗糙的分离。

还发现，通过颗粒的密度进行分类也可以获得类似效果，尽管机理稍微不同。图4表示了对于具有双峰密度分布的颗粒装料20的结果。密度更高的颗粒22将集中在装料20的中心，而密度更小的颗粒24将集中在装料20的边界处。

在某些用途中，密度差和尺寸差的径向梯度引出了分离装置的设计准则。如图5示例表示，在颗粒比例中较大和较重的颗粒将混合，而不是分离。不过，该混合区域将很小，实际上，在很多工业情况下，进行分类的颗粒的密度变化并不大。

前面介绍的优选实施例采用了具有尺寸或密度的双峰分布的颗粒。不过，该装置并不局限于任何特性分布。图6表示了根据尺寸来分离建筑用砂的本发明装置的剖视图。在开始之前，砂筛分成等质量的四组。第二最大尺寸的组进行着色(以白色表示)。这些组再重新混合并倒入装置中。图6(a)表示了初始状态，而6(e)是装置在3rpm下转20圈之后的状态。因为砂颗粒尺寸分布成连续值，因此它们分类成使最小颗粒在装料的中心，而最大颗粒在容器的边界处，并有连续的颗粒尺寸径向梯度。

还利用相同装置对颗粒材料的盐进行实验。在该实验中，盐的颗粒尺寸分布中较大的一半染上绿色。装置在2rpm下转3圈之后就完成分类。

前面只是介绍了本发明的一个实施例，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行变化。

Claims (17)

1.一种分离不同尺寸或密度的颗粒材料的方法，该方法包括以下步骤：

翻转颗粒材料，以便在颗粒材料的表面中产生连续或离散的崩落，从而使较小尺寸或较高密度的颗粒朝着颗粒材料的中心运动，并使较大尺寸或较低密度的颗粒从颗粒材料的中心径向向外运动；以及

在选定的径向位置取出颗粒。

2.根据权利要求1所述的方法，其中：所述翻转产生沿所述表面的颗粒连续流或间歇流。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中：所述翻转引起所述表面的相对较薄层产生崩落。

4.根据权利要求3所述的方法，其中：所述薄层的厚度并不均匀。

5.根据权利要求1所述的方法，其中：在从颗粒材料的中心靠外的径向位置处抽取颗粒。

6.一种用于分离不同尺寸或密度的颗粒材料的装置，包括：

可旋转容器，用于接收颗粒材料；

用于将颗粒材料供给到可旋转容器中的装置；

用于使该容器旋转的装置，以便翻转颗粒材料，从而在颗粒材料的表面中产生连续或离散的崩落，以便使较小尺寸或较高密度的颗粒朝着颗粒材料的中心运动，并使较大尺寸或较低密度的颗粒从所述中心径向向外运动；以及

用于在选定的径向位置取出颗粒材料的装置。

7.根据权利要求6所述的装置，其中：旋转装置使颗粒材料翻转，以便沿表面产生颗粒材料的连续流或间歇流。

8.根据权利要求6或7所述的装置，其中，容器的旋转速度满足以下关系：

ω²L/g≤1

其中，ω是旋转速度；L是容器的直径；以及g是重力加速度。

9.根据权利要求6或7所述的装置，其中：可旋转容器相对于水平方向倾斜一定角度，以便促使颗粒材料流过该容器。

10.根据权利要求9所述的装置，其中：可旋转容器相对于水平方向倾斜4°至10°。

11.根据权利要求6所述的装置，其中：抽取装置在从颗粒材料的中心靠外的径向位置处抽取颗粒材料。

12.根据权利要求11所述的装置，其中：抽取装置的位置靠近可旋转容器。

13.根据权利要求12所述的装置，其中：抽取装置包括板，该板有一个或多个相对于颗粒材料径向定位的孔。

14.根据权利要求13所述的装置，其中：输送器靠近所述孔，用于促进颗粒的抽取。

15.根据权利要求12所述的装置，其中：抽取装置包括一个或多个螺旋输送机或气动抽吸管路。

16.根据权利要求6或7所述的装置，其中：颗粒材料供给到容器内至恰好低于容积容量的50％处。

17.根据权利要求16所述的装置，其中：颗粒材料供给到容器内至容积容量的25％处。

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