CN1863602A - 电动力学式的破碎用的过程反应器和运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电动力学式破碎用的一种过程反应器和其运行方法。反应容器(1)具有一个漏斗形的底部，其出口作为已处理的材料的出料管(9)使用。待处理的材料通过一个供料装置(5)输入该反应容器中。在该出料管的下方安装一个出料装置(10)，该出料装置把已处理的材料以速度V₀连续地运走。材料在反应区的平均停留时间T_M由该反应区下方的出料管的卸料速度V₀来决定。

Description

电动力学式的破碎用的过程反应器和运行方法

技术领域

本发明涉及一种通过脉冲高压放电对浸没在一种过程液体中的块状矿物材料实施电动力学式的破碎用的过程反应器和这种过程反应器的运行方法。

背景技术

这种过程反应器的基本结构由下列部分组成：

一个带漏斗形底部和中心出料口的封闭式反应容器；一个可加高压的电极，该高压电极从上方插入该反应容器，这个电极除其露出的端部外，全用电绝缘层包封；该高压电极可沿其纵轴线移动，所以其端部与出料口在反应器的漏斗形底部中心对置，该出料口的金属镶边表示另一个位于参考电位的对应电极。材料为破碎通过反应容器的壁内的开口连续的或成批的供入。

迄今为止公知的大部分破碎设备都按成批运行方式进行工作，专业术语也叫做分批式，亦即通常用手工把几公斤范围内的少量要处理的材料放入反应室内并堆放在接地电极上(一般为筛底)，然后借助高压放电进行破碎。当达到要求的放电次数时，将筛下材料和可能的筛上材料分开卸掉。这种运行方式的典型代表是DE 19534232 C2(图5、图6)所示的弗兰卡-O-设备或例如公开文献(1)描述的类似设备。

这种分批式处理设备不特别适用于工业上相关的物料流量。[2]中给出的装置适用于连续装料，但由于所用的筛而不宜用于较大的物料流量。

US 6 039 274(图1)也提出了一种与筛或振动筛相关的物料流，但未解决流量、处理持续时间和筛使用寿命。

DE 197 27 534 C2和GB 1 284 426中已授予专利的连续工作方法基于电动液压原理的应用，亦即仅仅是水中高压放电引起的冲击波的作用。一般来说，在过程容器中带筛底的全部设备的基本弱点在于，除了只能是相当小的物料流量外，从过程区域脱离的最大填料成分总是小于筛孔尺寸。实际上这种情况更为不利：当一种填料成分从材料中分离出来后，如其不强制位于底筛的一个孔上，而是进行一些进一步的放电过程后才到达那里，它就可能经受一次或多次破碎。如果除了材料破碎的基本要求外，还要求在一种混合材料中保持一定成分的尺寸，则这种效应是不希望有的。这里以混凝土的处理作为例子来说明。在这种处理中，通过筛电极的工作不可避免地导致原来填料的筛分曲线不希望地移到更小的破碎级。所以不能在这种回收料的基础上直接混合新的混凝土。如欲避免这种筛分曲线的移动或不希望的破碎过程，则必须使用具有较多孔数和较大孔径的筛。但其后果是，筛的破裂几率随着较大孔数的增加而增加，且由于较大的孔不只是要求的原有尺寸的填料成分脱离，带有水泥基体和基体凝聚团的剩余粘附较小的填料成分也脱离。这又有悖于按成分的尽可能完全的分选要求。

此外，由于混凝土废料中可能存在损害技术设备的功能性的钉子和钢筋头之类的杂质，筛子具有不可避免的堵塞倾向的严重缺点。

发明内容

本发明的目的在于，为工业上相关物料流量，对脆性的、块状的矿物材料的最好连续的和有效的电动力学式的破碎提出一种过程反应器。

这个目的是通过权利要求1的特征部分所述的一种过程反应器和通过权利要求11所述工艺步骤的一种方法来实现的。

有漏斗形底部的出口连接一根出料管，此管下方是一个运走物料的运输单元，该运输单元运走通过该出料管落下的已处理的破碎物料。一个把待破碎的材料输入反应容器中的供料装置终止在该反应容器的壁的开口中。在反应容器内，在入料口前安装一个阻挡装置，该阻挡装置调节材料流入和反应室内的料位高度，或用该阻挡装置调节材料流入。

根据权利要求11，材料在反应区内的平均停留时间T_M是由反应区下方的出料管的出料速度来决定的。而这个速度则是由出料管出口的出口面积A_u、出料管的下口和运输/出料单元之间的可调距离a以及该单元的速度V₀来确定。从这些参数的组合中可得出运输速度dV/dt。出料管的长度1是这样选择的，即在破碎时落到运输单元上的已破碎的料形成一个稳定的堆料角。最后，被处理的物料的破碎度可通过作用到位于反应区内的材料数量m上的高压脉冲平均数n和运输速度dV/dt以及每个高压脉冲输入材料中的能量和脉冲重复频率f进行调节。

在从属权利要求2至9中描述了诸多特征，用其所规定的结构元件可组成该装置。

根据权利要求2，在漏斗形的底部的中心出口是一根金属的出料管，该管带有上部净入口面A₀、出口、下部内出口面A_u和面积关系A₀＜A_u。该出口具有一个锥形边缘并齐平平滑地伸入漏斗形的底部的锥形部分。出口的金属镶边构成过程反应器的两个电极系统的对应电极，并连接在一个参考电位，通常为地电位上。在圆形横截面和垂直安装出料管的情况下，直径和横截面的关系为A＝πd²/4。在一般情况下，出料管可具有圆形或多角形横截面并从反应器垂直或倾斜引出。在漏斗形的底部安装反应容器的金属壁，该壁位于与装料管相同的参考电位。

出料管垂直或倾斜通入出料通道并以一个可调的距离a竖立在材料运出用的运输单元上方。

用于把待破碎的物料输入反应容器的供料装置通入该反应容器的壁的开口中。

一个可调节料位高度和材料流入量的阻挡装置装在或插入该反应容器中。

如权利要求3所述，高压电极由导电优良的、耐烧蚀的金属制成。根据权利要求4，该电极可以是分别带有圆形或多角形横截面的实心的圆柱体或管形的即空心圆柱体。

具有平均直径d_e的端面，在高压电极和位于参考电位的电极之间形成一个锥形的环形缝隙的情况下，以圆周恒定的宽度g与位于出料管的锥形扩展平行对置，并由此构成锥形的环形破碎区。

根据权利要求5，该供料装置例如是一台在运输技术内公知的振动器或输送带。根据权利要求6，反应容器内的阻挡装置例如是一块装在反应容器的壁上的、高度可调的挡板，该挡板在封闭位置内还用其底边缘接触该反应容器或支撑在该处。另一方面，按权利要求7所述的阻挡装置可以是一个在反应室的内壁上呈水平或螺旋形环绕的由至少一个槽构成的组，沿其底线设有孔，这些孔上分别装一根具有该孔的直径的至少净宽的管，这样，落下的物料就不会卡住。这些管在反应器壁的附近向下导引并通入真正的反应容积中。

作为运输单元例如可考虑用：

一个按照权利要求8所述的堆料圆盘，在该圆盘上堆放的、已被破碎的物料可被旋转掉并例如通过一块分离板向下导引，或按照权利要求9用一台输送带。

在两个电极上的放电通道的开始对破碎设备的可靠的长时间运行是至关重要的。在出口面上，放电通道应从一个预定的区域开始，以免局部发生电极烧蚀，而是在每次放电时电极烧蚀都尽可能统计均匀分布。根据权利要求10所述的两种表面状态可以对此做出贡献，亦即高压电极的环形端面在放电通道的预定起始区内的表面构成平的或这样粗糙的构成，使电场统计均匀分布地产生局部的超高。

在电动力学方式的破碎时，采用脉冲高压放电进行处理。用这种方式时，放电至少主要通过待破碎的材料，而不只是绕过其通过过程液体。

过程反应器满足下列要求：

-被破碎的材料可被连续地和可控地输入和输出反应容积；

-高压电极和接地电极布置成能够实现大的材料流量。

通过这些措施可获得如下的优点：

-在过程反应器中，材料的装料高度保持不变。这是一个重要的问题，因为阻挡装置失灵时，过程反应器在如下情况下，即材料的供应比处理和输出进行得快-在运行故障时容易出现的情况-逐渐被供入的材料装满。这会导致两个负面影响：

第一，材料动力学在处理空间内由于大量材料的超层堆积而被缩小。在每次脉冲产生的冲击波作用下进行处理时，材料很少可自由改变层次，所以难于实现均匀的破碎处理；

第二，反应空间被不断流入的材料的超高层堆积，根据经验会导致洞穴形成，即所谓的料仓效应。这种洞穴部分地由于形成拱顶状而变得很稳定，以致导致随后的材料运送完全停顿。

-被破碎的材料在反应容积中的平均停留时间是可控的，以便通过对通过的材料的每个计量单位放电的平均数达到要求的破碎度。

-已破碎的材料可控地和连续地从反应容积中输出。

电极的几何形状的构造具有如下的优点：

-高压放电优选通过用电动力学方式进行破碎的待破碎的材料，亦即通过材料放电路径首先使其爆炸，随后的冲击波作用通过外部作用进一步粉碎材料。

-在高压电极的绝缘表面上不产生放电。

如DE 101 26 646 A1所述的在绝缘端部的区域内，通过高压电极的造型采取相应结构的场放电的措施。

与迄今为止通常使用的大致按20至40厘米距离与一块接地板或一个筛底对置的圆柱形高压电极(例如见DE 195 34 232 C2)比较，这里给出的电极结构具有如下的优点：

-在相同电极距离的情况下，由于电极的锥形的环形形状，反应空间明显增大，所以可通过和处理较多的材料；

-由于两个电极较大的表面和由于在其整圆周上的统计分布产生的电火花的原因，所以两个电极的烧蚀是比较小的；

-接地电极即出料管不具有一般类似筛的结构，因而不存在与此关联的机械稳定性以及堵塞的问题；

-电极烧蚀的补偿通过高压电极共同与其绝缘子2在Z方向的垂直运动来实现，并由此使电极距离g匹配最佳的过程参数；

-由于在反应区内材料块或产生电火花的随机分布性，所以出料管总的来说是接地电极并具有轴向的延伸。

附图说明

下面结合附图来说明权利要求2、7和8的过程反应器的结构。

图1表示过程反应器的轴向剖面图；

图2表示反应区域及其周围和出料管的放大图。

具体实施方式

待破碎的材料通过可振动支承的管5即振动器从材料漏斗被输入/振动进入用钢板制成的桶形反应容器1中。输入的材料量通过振动输送驱动装置6的强度可进行调节。为了避免反应容器1装得过满，也为了保护高压电极3连同绝缘子2，安装了一块可调高度的挡板7。在挡板下缘和反应容器1的漏斗形壁之间的可调节的通流宽度W向上限定反应区8上方的反应空间内的待处理材料的堆料高度，而与振动输送驱动装置6的或材料输送的强度无关。这样就缩短了材料在其处理之前的停留时间。此外，在反应容器1中的材料总量的限制对修理工作是重要的。

高压电极3的盘形的端部4具有平均直径d_e的端面并与对置的漏斗形接地电极9形成宽度为g的环形缝。高压放电优选发生在最高场强的部位，亦即在高压电极3的端部4、一种具有比过程液体(这里指水)的相应介电常数ε_r小的与之保持接触的矿物材料决和在接地电位上的反应容器1之间。在破碎材料与电极4和9在空间和时间上随计接触时，高压放电统计分布在电极4、9的整个圆周上。

电动力学式的破碎所需的过程液体(通常为水)的供入和排出通过反应容器底部的孔11、12来实现。

在反应区8的上方堆积足够的待破碎的材料，且通过这个区域的材料流量在几何尺寸上不受限制，即使脉冲发生器/电储能器设计得足够强，在这种情况下，材料在反应区内的平均停留时T_M则由通过出料管9的卸料速度来决定。出料管9与高压电极3对置的区域呈粗圆锥形，在该处具有圆形横截面，并呈细圆锥形向下敞开。从反应区8到该出料管的入口具有较不的内宽d₀并由此具有圆形的入口面A₀，而出口则具有相应较大出口面A_u的较大内宽d_u。从反应区8的卸料速度V₀或运输速度dV/dt由于出料管9出口和运输单元10(这里是一台以可调速度V₀运转的传送带)之间的可调距离a由传送带上排出物的堆积表面来决定。出料管9的长度1是这样选择的，即在水下和尽管由于破碎过程产生振动的情况下仍可在堆积表面上形成一个稳定的堆料角。在这些条件下，作用到通过的材料量m上的高压脉冲的平均数n由堆积参数a、V₀以及由高压脉冲的脉冲重复频率f来确定。通过的材料的破碎度通过这些参数进行控制。在恒定的堆积参数时，脉冲重复频率f的升高/下降导致较高的/较小的破碎。如果达到脉冲发生器的极限处理能力或电极距离g和/或出料管的电极侧的直径d₀作用有限时，则须调节堆积参数，亦即减小到堆积材料的距离a和/或降低堆积表面的速度V₀。

附图标记

1.反应容器

2.高压绝缘子

3.高压电极

4.高压电极的端部/端面

5.管/振动器

6.振动输送驱动装置

7.挡板

8.反应区

9.出料管，接地电极

10.运输单元

11.喷嘴

12.筛网过滤器

参考文献

[1]J.哈蒙等著：“电脉冲振动抽样粉碎器”，

Proc.28^th IEEE Int.Conf on Plasma Science and 13^th IEEE Int.Pulsed Power Conf.(PPPS-2001)，Las Vegas，USA，June 17-22，2001，pp 1142-1145

[2]J.安德列：见Int.Journal of Mineral Processing，4(1977)33-38

Claims (11)

1.通过脉冲高压放电对浸没在一种过程液体中的块状矿物材料实施电动力学式的破碎用的过程反应器，其包括：

带漏斗形底部的反应容器；

从上方伸入该反应容器的、可加高压的电极，该高压电极除其端部外，全用电绝缘层包封；

其中，该高压电极可沿其纵轴线移动，使得其端部以可变的距离在反应容器的漏斗形底部与中心出口对置，位于参考电位的另一电极位于该出口处，其特征为：

在漏斗形底部的出口通入出料管，在该管的下方是用于材料运输的运输单元(10)，该运输单元运走通过该出料管落下的已处理的破碎材料；

供料装置(5)通入反应容器(1)的壁的开口中，待破碎的材料用该供料装置输入反应容器(1)中，

在反应容器(1)中，在入料口前安装一个阻挡装置(7)，该阻挡装置调节材料流入和反应室内的料位高度或用该阻挡装置调节材料流入。

2.按权利要求1的过程反应器，其特征为，在漏斗形的底部的中心出口是一根长度为1的金属出料管(9)，该管上部净宽为d₀、下部净宽为d_u，且d₀＜d_u，该管具有一个圆锥形边缘，并齐平平滑地伸入漏斗形底部的锥形部分并构成位于参考电位的电极；安装在反应容器(1)的漏斗形底上的壁同样是金属的，且该壁和出料管(9)位于一个共同的电位即参考电位。

3.按权利要求2的过程反应器，其特征为，高压电极(3)用导电优良的、耐烧蚀的金属制成，在反应室外面，在该电极上连接一根供应冷却水的绝缘软管，在与位于参考电位的电极对置的自由端漏斗形扩径，且其中具有直径d_e的端面在高压电极(3)和位于参考电位的电极(9)之间在形成锥形的环形缝隙的情况下以圆周恒定的宽度g与出料器(9)上的锥形扩展平行对置并由此构成破碎用的锥形环形反应区(8)。

4.按权利要求3的过程反应器，其特征为，高压电极(3)是实心的或空心的圆柱体并具有圆形或多角形的横截面。

5.按权利要求4的过程反应器，其特征为，供料装置(5)是振动器或输送带。

6.按权利要求5的过程反应器，其特征为，阻挡装置(7)是可调高度的挡板。

7.按权利要求5的过程反应器，其特征为，阻挡装置(7)是在反应室的内壁上呈水平或螺旋形环绕的由至少一个槽组成的组，沿其底线设有孔，这些孔上分别装一根具有该孔的直径的至少净宽的管，且该管靠近反应室壁向下延伸并在反应底板前终止。

8.按前述权利要求5至7任一项的过程反应器，其特征为，

运走材料的运输单元(10)是堆料圆盘。

9.按权利要求5至7任一项的过程处理器，其特征为，

运走材料的运输单元(10)是输送带。

10.按权利要求8和9任一项的过程反应器，其特征为，

高压电极(3)的环形端面在其表面是平的或这样造型，使电场局部超高。

11.通过脉冲高压放电用权利要求1至9之一所述的过程反应器对浸没在一种过程液体中的块状矿物材料进行电动学式的破碎的方法，其由下列步骤组成：

待破碎的材料通过供料装置可调地输入桶形反应容器(1)中；

在反应容器(1)中的材料堆积的高度通过阻挡装置向上被限制；

材料在反应区(8)的平均停留时间T_M是由反应区(8)下方的出料管(9)的卸料速度来决定的，而这个速度则由运输单元/材料输出单元(10)的运输速度dV/dt来决定；

出料管(9)的长度1是这样选择的，使在破碎时落到运输单元(10)上的已破碎的材料能够构成稳定的堆料角；

处理后的材料的破碎度通过作用到位于反应区的材料量m上的高压脉冲的平均数n和运输速度dV/dt以及每个高压脉冲输入到材料中的能量和高压脉冲的脉冲重复频率f来进行调节。