PL161347B1

PL161347B1 - Sposób i urzadzenie do oddzielania i odzyskiwania materialu czasteczkowego PL

Info

Publication number: PL161347B1
Application number: PL1988275734A
Authority: PL
Original assignee: Ryan Investments
Priority date: 1987-11-11
Filing date: 1988-11-10
Publication date: 1993-06-30
Also published as: DE3871905T2; PL275734A1; ZA888142B; EP0316201B1; US4865740A; EP0316201A1; AU2491788A; DE3871905D1; GB8726428D0; GB2212077A; IN170380B; ES2032569T3; ATE77063T1; GB2212077B; ZW14288A1; AU627699B2; GB8826404D0

Abstract

12. Urzadzenie do oddzielania i odzyskiwania mate- rialu czasteczkowego, majace wiele separatorów cyklo- nowych, z których kazdy ma wlot, wylot przeplywu gór- nego i wylot przeplywu dolnego, przy czym te separatory cyklonowe sa polaczone szeregowo w kierunku przep- lywu za pomoca elementów laczacych wylot przeplywu górnego kazdego separatora oprócz ostatniego do wlotu nastepnego separatora w szeregu w kierunku przeplywu, a ponadto do wlotu pierwszego separatora sa dolaczone elementy doprowadzajace material czasteczkowy zawie- szony w plynnym medium, zas kat rozwarcia kazdego separatora w szeregu, stanowiacy kat tworzacej stozka separatora wzgledem jego osi, jest mniejszy niz kat poprzedzajacego go separatora, znamienny tym, ze wspom- niany kat rozwarcia separatorów (104, 112, 118) jest okreslony wedlug zaleznosci: ( cot (90-2a 1 )) \ ( cot (90-2a 2 )) = ? 1 / ? 2 gdzie ai i a 2 stanowia katy rozwarcia dwóch kolejnych separatorów odsrodkowych, a ? 1 i ? 2 stanowia srednie geometryczne wymiaru czastek przerobu kolejnych stopni separatorów (104,112, 118), przy czym a 2 miesci sie w zakresie ± 5% wyliczonej wartosci. F I G . 2A PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie do oddzielania i odzyskiwania materiału cząsteczkowego.

Istnieje wiele zastosowań, do których jest potrzebne ze względów ekonomicznych i ekologicznych oddzielanie i odzyskiwanie materiału masowego i nieobrobionego surowego urobku węglowego. Przykładami takich materiałów są kopce, zrzuty lub zwały żużla narastające przy kopalniach górniczych i zawierające materiały uważane dotychczas za odpadowe, powstające podczas wydobycia minerału z kopalni. Tego rodzaju zrzuty, zwały żużla lub zbiorniki zawierają stosunkowo dużo minerału wydobywanego, jednakże w takiej postaci, która dotychczas nie wydawała się cenna do odzyskiwania w trakcie narastania odpadowej hałdy. W ogólności, minerał w zwałach żużla i zbiornikach występuje w postaci rozdrobnionej i o tak małych rozmiarach, że nie wydawało się możliwe odzyskiwanie go w sposób ekonomiczny.

Szczególną ale nie wyłączną wagę ma odzyskiwanie węgla ze zwałów żużla. Ilość węgla występująca w takiej hałdzie zmienia się w zależności od miejsca składowania, jednakże stwierdzono, że 20 do 100% występującego węgla ma częsteczki o rozmiarze 1 mm lub mniejszym. Węgiel o takich wymiarach nie był uważany dotychczas za przydatny do odzyskiwania na skalę przemysłową. Stwierdzono jednakże, że główną część tego węgla, np. 70 do 1(0)% wagowo możia odzyskać stosując separatory odśrodkowe.

Znane jest stosowanie separatorów odśrodkowych od oddzielania i odzyskiwania materiału cząsteczkowego lub granulatu. Takie separatory zawierają górną część cylindryczną mającą wew161347 nątrz współosiową rurę (selektor wirowy) oraz część o kształcie stożka ściętego, odchodzącą od części cylindrycznej do wylotu lub odpływu o mniejszej średnicy. Przeznaczony do oddzielenia materiał jest zmieszany z płynnym medium, tworząc zawiesinę wprowadzaną zasadniczo stycznie do cylindrycznej części tak, że wiruje ona wokół rury, przesuwając się w stronę odpływu. Po przejściu przez wewnętrzne zakończenie rury część tego medium zmienia kierunek i przepływa w górę przez rurę przy przelewie, zabierając ze sobą cząsteczki o mniejszej gęstości i rozmiarze, podczas gdy reszta wychodzi przez odpływ.

Z opisu patentowego W. Brytanii nr 718 845 jest znany sposób oddzielania i odzyskiwania materiału cząsteczkowego przy pomocy separatorów cyklonowych. Separatory te ustawione są szeregowo w kierunku przepływu . Materiał zamieszczony w ciekłym medium podaje się w kierunku przepływu przez separatory tak, że grubszy materiał odprowadza się przez wylot dolny a drobniejszy materiał odprowadza się przez przelew górny. W pierwszym separatorze stosuje się większy kąt rozwarcia stożka niż w ustawionym po nim w kierunku przepływu drugim separatorze.

Maksymalna gęstość minerału przeznaczonego do odzyskiwania jest ogólnie znana. W przypadku węgla gęstość ta jest w zakresie 1,5 do 2,5, a częściej około 1,8 do 2,0. Dotychczas nie uważano za możliwe praktyczne odzyskiwanie środkami mechanicznymi węgla w tym zakresie gęstości i mającego rozmiar cząsteczkowy, wynoszący 1 mm lub mniej, ponieważ konwencjonalne separatory odśrodkowe uruchamiane w zwykły sposób nie oddzielają cząsteczek węgla o wielkości 1 mm lub mniejszej w zakresie gęstości 1,8 do 2,0, z materiału odpadowego, w którym są zawarte.

Celem wynalazku jest opracowanie sposobu i urządzenia do odzyskiwania i oddzielania materiału cząsteczkowego o małych rozmiarach, tzn. o wielkości 1 mm lub mniejszej w zakresie gęstości 1,8 do 2,0 z materiału odpadowego, tak aby nie tylko można było odzyskać wydobywane minerały, ale również likwidować zwały i zbiorniki żużla i zawracać je do przetworzenia, oczyszczając teren.

Jako każdy stopień separatora może występować jeden lub więcej podobnych separatorów połączonych równolegle, przy czym każdy stopień dla uproszczenia będzie nazywany separatorem odśrodkowym.

Doświadczenia wykazały, że charakterystyka separatora odśrodkowego może być modyfikowane poprzez zmianę lub dobór jego kąta rozwarcia. W obecnym zastosowaniu kąt rozwarcia stanowi kąt tworzącej stożka ściętego względem osi separatora w płaszczyźnie wspólnej. Przez zmniejszanie tego kąta można powodować zmniejszanie wielkości cząstek, które wydostają się przy przelewie, mając daną gęstość lub zakres gęstości. Zakładając, że kąt rozwarcia jest a, a średnia geometryczna rozmiarów cząsteczek wychodzących przy przelewie górnym wynosi 0, wówczas dla zakresu gęstości węgla prawdziwe jest wyrażenie

Ki + K2 · cot/90-2a/ = 05,(1) gdzie Ki i K2 stanowią charakteiystyczne parametry rozmiaru cząsteczek danego separatora. Ponieważ Ki jest bardzo małe (bliskie 0), zatem wyrażenie (1) można zapisać jako cot/90-2a/ = K0,(2) gdzie

K = J_

Ks

Tak więc, przy oddzielaniu cząsteczek węgla w zakresie 250 do 500μ mamy 0 = V250 · 500μ = 350μ

Sposób oddzielania i odzyskiwania materiału cząsteczkowego za pomocą licznych separatorów cyklonowych, mających wlot, wylot przepływu górnego i w^l^t przepływu dolnego, polegający na tym, że ustawia się szeregowo separatory w kierunku przepływu, następnie łączy się wylot przepływu górnego każdego separatora z wyjątkiem ostatniego z wlotem następnego separatora, po czym podaje się w kierunku przepływu przez separatory materiał zawieszony w płynnym medium, przy czym grubszy i gęstszy materiał odprowadza się przez wylot przepływu dolnego, a drobniejszy i lżejszy materiał odprowadza się przez wylot przepływu górnego przez kolejne separatory, przy czym stosuje się szereg separatorów cyklonowych mających kąt rozwarcia kolejnych separatorów, stanowiący kąt tworzącej stożka separatora względem jego osi, malejący w kierunku

161 347 5 przepływu, według wynalazku charakteryzuje się tym, że dobiera sięz tolerancją ± 5% kąt rozwarcia ct2 następnego separatora w szeregu względem kąta ee poprzedniego według zależności cot (90-2aeJ 01 COt (90-2CT2) 02 gdzie et2 jest kątem rozwarcia separatora odśrodkowego następującego po separatorze o kącie rozwarcia eti, a 01 i 02 stanowią średni geometryczny rozmiar cząsteczkowy przerobu kolejnych separatorów o tych kątach rozwarcia.

Według wynalazku korzystnie stosuje się również zmniejszenie średnicy wylotu przepływu dolnego przynajmniej jednego separatora w stosunku do następnego w szeregu.

Korzystnie stosuje się coraz mniejszą średnicę wylotu przepływu górnego kolejnych separatorów w kierunku przepływu.

Korzystnie dobiera się średnice Di i D2 kolejnych separatorów cyklonowych uzależnione względem siebie według wzoru

D,²= K · 0, cos 02 /ton (90°-2cti)

D22 ⁰² cose Vtan (90°-2<Χ2) w którym K = 1 dla wszystkich separatorów z wyjątkiem ostatniego i K = 4,4335 dla ostatniego separatora.

Według wynalazku korzystnie stosuje się materiał cząsteczkowy zawieszony w płynnym medium, mający rozmiar 1 mm lub mniej, oraz materiał cząsteczkowy o ciężarze właściwym pomiędzy 1,5 a 2,5, a zwłaszcza materiał cząsteczkowy o ciężarze właściwym w zakresie 1,8 do 2.

Jako materiał cząsteczkowy zwykle stosuje się węgiel, a jako płynne medium stosuje się wodę.

Do każdego separatora cyklonowego w szeregu wtryskuje się materiał cząsteczkowy zawieszony w płynnym medium z zasadniczo tą samą prędkością.

Korzystnie stosuje sę wejściową prędkość wtryskiwania pomiędzy 1,4 a 1,75 m/sek.

Materiał cząsteczkowy podaje się przez szereg N stopni separatorów cyklonowych, przy czym stosuje się stopnie od 1 do N-l o wydajności przynajmniej 0,9 i ostatni stopień o wydajności nie większej niż 0,05.

Urządzenie do oddzielania i odzyskiwania materiału cząsteczkowego, mające wiele separatorów cyklonowych, z których każdy ma wlot, wylot przepływu górnego i wylot przepływu dolnego, przy czym te separatory cyklonowe są połączone szeregowo w kierunku przepływu za pomocą elementów łączących wylot przepływu górnego każdego separatora oprócz ostatniego do wlotu następnego separatora w szeregu w kierunku przepływu, a ponadto do wlotu pierwszego separatora są dołączone elementy doprowadzające materiał cząsteczkowy zawieszony w płynnym medium, zaś kąt rozwarcia każdego separatora w szeregu, stanowiący kąt tworzącej stożka separatora względem jego osi, jest mniejszy niż kąt poprzedzającego go separatora, według wynalazku charakteryzuje się tym, że wspomniany kąt rozwarcia separatorów jest określony według zależności:

cot (90-2exi) 01 cot (90-2tZ2) 02 gdzie CTi i 02 stanowią kąty rozwarcia dwóch kolejnych separatorów odśrodkowych, a 01 i 02 stanowią średnie geometryczne wymiaru cząstek przerobu kolejnych stopni separatorów przy czym 02 mieści się w zakresie ± 5% wyliczonej wartości.

Średnica wylotu przepływu górnego kolejnych separatorów maleje w kierunku przepływu. Średnice Di i D2 kolejnych separatorów są uzależniowe według wzoru

Di²_ k . 0i cos g2 f tan (9ó°-2gi)'

D22 02 cosffi Vtan (90°-2g2) gdzie K = 1 dla wszystkich separatorów oprócz ostatniego, i K = 4,4335 dla ostatniego separatora.

Średnica wylotu przepływu dolnego w separatorach maleje od przynajmniej jednego separatora do następnego w kierunku przepływu.

161 347

Urządzenie według wynalazku korzystnie posiada N stopni separatorów cyklonowych, połączonych szeregowo, przy czym wydajność stopni 1do N-l wynosi przynajmniej 0,9, zaś wydajność ostatniego stopnia jest nie większa niż 0,05.

Każdy z separatorów ma element do doprowadzania materiału cząsteczkowego zawieszonego w płynie z tą samą prędkością ± 10%, zwłaszcza z prędkością 1,4 do 1,75 m/sek.

Należy uwzględnić, że masa lub wielkość hałdy żużla lub zwału lub surowego urobku jest taka, że urządzenie według wynalazku musi być zamontowane na miejscu i że próbki będą początkowo pobierane z surowego materiału w hałdzie dla sprawdzenia rozkładu gęstości i rozmiaru cząsteczek. Z tego względu kąt rozwarcia cti pierwszego separatora w szeregu może być dobrany dla danej ustalonej średnicy geometrycznej wielkości cząstek 01 dla pierwszego wsadu. Następnie można decydować o zakresie wielkości cząstek dla wsadów w kolejnych separatorach. Z równania (2) wynika, że cot(90-2cri) _ 0i cot (90-2<22) 02 określające początkowo wartości dla <Xi i 01 i dobierając 02 dla drugiego separatora, można obliczyć optymalny kąt rozwarcia az dla drugiego separatora.

Płynne medium, w którym są zawieszone cząstki, korzystnie stanowi wodę, a kąt a reguluje zakres wielkości przemywanego lub czystego materiału cząsteczkowego, odprowadzanego do przelewu, przy czym 0 stanowi średnią geometryczną tego zakresu.

Należy uwzględnić, że dla danej prędkości wejściowej materiału, większe i bardziej zagęszczone cząsteczki są odprowadzane do odpływu, a mniejsze i lżejsze cząsteczki są odprowadzane do przelewu. Materiał cząsteczkowy odprowadzany do przelewu będzie zatem zawierał określony zakres wielkości cząstek minerału, które są przemywane lub oczyszczone, oraz pozostałość cząstek o mniejszych rozmiarach, które nie są przepłukane. Dobierają kąt następnego kolejnego separatora odśrodkowego, przemyte cząstki w zakresie z poprzedniego separatora odśrodkowego są odprowadzane do niego i odzyskiwane z odpływu, a następny zakres mniejszych cząstek, które zostały przepłukane, zostaje odprowadzony do przelewu dla odzyskania przy następnym kolejnym separatorze odśrodkowym.

Jeżeli oznaczymy jako M maksymalną wielkość w mikronach cząstek przeznaczonych do odzyskiwania, jako m minimalną wielkość w mikronach, zaś jako R stosunek górnej i dolnej granicy wielkości cząstek w zakresie obrabianym w każdym separatorze, to liczba wymaganych stopni wyniesie lub

M__=rN m

_l M log= ^mlog R

Przykładowo, jeżeli materiał cząsteczkowy przeznaczony do odzyskania jest w zakresie M = 1000/ł, m = 30// i R = 2, wówczas log

1000 .= 5 lOg2

Każdy z 5 stopni będzie dostarczał następujący zakres przemytych cząstek odprowadzanych do przelewu:

Etap 1 500-1000/ł

Etap 2 250- 5(0)/

161 347

Etap 3 125- 250μ

Etap 4 66- 125 μ

Etap 5 31- 62μ

Jeżeli M = 500μ, m — 3^/piR — 2, wówczas N = 4 i stanowi to ilość stopni w następującym dalej przykładzie.

Jeżeli założy się układ z N stopni i użyje się identyfikatora i dla zidentyfikowania stopnia pośredniego dła stopnia 1 i stopnia N, wówczas

Vr'' · R'' gdzie 0i jest średnią geometryczną zakresu wielkości cząstek obrabianych poprzez stopień i.

Sposób według wynalazku można stosować do oddzielania i odzyskiwania materiału cząsteczkowego przez podawanie materiału zawieszonego w płynnym medium do pierwszego z szeregu separatorów odśrodkowych, mających kąt rozwarcia tak dobrany, aby odprowadzać czyste i przepłukane cząstki w obrębie pierwszego określonego zakresu wielkości cząstek do przelewu wraz z cząstkami o mniejszym rozmiarze, i podawanie materiału odzyskiwanego z przelewu do drugiego separatora odśrodkowego, mającego kąt rozwarcia mniejszy niż kąt rozwarcia pierwszego separatora i tak dobrany, aby odprowadzać oczyszczone i przepłukane cząstki w obrębie pierwszego określonego zakresu odpływu i aby doprowadzić do przelewu oczyszczone i przepłukane cząstki w obrębie drugiego określonego zakresu wielkości cząstek, mniejszego niż pierwszy zakres. Należy zauważyć, że dla danego ciążaru właściwego, grubsze cząsteczki są odprowadzane do odpływu separatora, a drobniejsze do przelewu, jakkolwiek nieuchronnie niektóre trafią do niewłaściwego ujścia. Stwierdzono ponadto, że średnica separatora stanowi parametr oddziaływujący na skuteczność oddziaływania separatora odśrodkowego względem rozmiarów cząstek odprowadzonych do odpływu lub wychodzących poprzez przelew. Poprzez dobór tej średnicy jest możliwe uzyskiwanie wyższej skuteczności dla drobniejszych lub mniejszych cząstek odprowadzonych do przelewu niż dla większych cząstek odprowadzanych do przelewu. Tak więc, poprzez dobór kąta rozwarcia można dobierać zakres wymiarów cząstek odprowadzanych do przelewu, zaś poprzez dobór średnicy separatora można redukować możliwość wyprowadzania cząstek o dużych rozmiarach poprzez przelew i zwiększyć ich ilość odprowadzoną do odpływu.

Przy wielu separatorach odśrodkowych ustawionych szeregowo i malejącej średnicy w kolejnych separatorach uzyskuje się efekt zwiększania ilości grubszych cząstek odprowadzanych do odpływu w stosunku do ilości grubszych cząstek, odprowadzanych w sposób niepożądany do przelewu.

Korzystnie sposób według wynalazku stosuje się do oddzielania i usuwania cząstek z materiału odpadowego i nieprzerobionego surowego urobku wąglowego, w którym surowy materiał zawieszony w wodzie przeprowadza się przez wiele separatorów odśrodkowych, połączonych szeregowo przelewami, przy czym zarówno kąt rozwarcia jak i średnica kolejnych separatorów maleją według podanych zależności.

Korzystnie urządzenie według wynalazku jest stosowane do oddzielania i usuwania cząstek z materiału odpadowego i surowego urobku węglowego, i zawiera wiele szeregowych separatorów odśrodkowych, mających kąt rozwarcia i średnicę, malejące według podanych zależności.

Zastosowanie wielu połączonych szeregowo separatorów odśrodkowych, których każdy ma dobrany według wynalazku kąt rozwarcia, powoduje zwiększone odprowadzenie grubszych cząstek do odpływu, w zakresie wymiarów, mieszczących się w zakresie wymiarów cząsteczek drobniejszych, odprowadzanych do przelewu.

Skuteczność E. danego stopnia jest określona jako stosunek aktualnego ciężaru cząstek o wielkości 0,, odprowadzanych do przelewu stopnia i separatora względem teoretycznego ciężaru, który powinien być odprowadzony w warunkach idealnych przy pożądanym maksymalnym ciężarze właściwym odpowiadającym czystemu produktowi.

Dla stopni separatora od 1 do N-l, skuteczność powinna wynosić przynajmniej 0,9, zaś dla ostatniego stopnia N powinna ona być nie większa niż 0,05.

Ei jest funkcją średnicy cylindrycznej części separatora, tak że średnica Di stanowi ważny parametr w optymalizowaniu sposobu i urządzenia według wynalazku.

Dla stopnia cyklonowego od 1 do N-l, średnica Di jest dana równaniem.

Ol i =N -1 i = l

2,79-0i > tan (90-2o© )' coso( i gdzie Di jest podana w calach a 0 w mikronach. Dla ostatniego stopnia Dn, gdzie i = N mamy ₆₂„._0n

Odpływ w stopniu i cyklonów składa się z oczekiwanych, czystych przepłukanych produktów o pożądanym ciężarze właściwym i wielkości równej lub większej od Sj, wraz z niepożądanymi, popiołowymi produktami o wielkości równej lub mniejszej niż Si. Si można traktować jako rozmiar procesowy, ustalany za pomocą sita umieszczonego poniżej odpływu stopnia (i) cyklonu.

^Si = 0 · ΪΚ (7) Nakż^y zauwa^żyć^{, ż}e dla ^N = ^5; R = ². Μ = ΙΟΟΟμ i m = 30μ. ^poniże^j podano następujące wartości dla Si

Odpływ stopnia Rozmiar procesowy sita (μ)

990μ

495 μ

247μ

123,7μ

61,9μ

Pożądane jest, aby prędkość wejściowa zawiesiny materiału była zasadniczo taka sama przy każdym stopniu i korzystnie powinna ona wynosić pomiędzy 1,4 do 1,75 m/sek.

Zaleca się również, aby średnica wylotu odpływu postępująco malała w kolejnych separatorach w szeregu. Średnica odpływu stopnia separatora powinna być zmienna dla możliwości wyregulowania charakterystyki pracy danego stopnia w celu uzyskania precyzyjnego dostrojenia.

Urządzenie według wynalazku pozwala na oddzielenie masy cząstek odpadowych o wstępnie określonym ciężarze właściwym pomiędzy 1,5 i 2,5 i wielkości do 1 mm, przy użyciu wielu separatorów cyklonowych, połączonych szeregowo poprzez przelew i posiadających odpowiednio dobrane sita przy odpływie.

Urządzenie tego rodzaju jest przydatne do przemywania cząstek o wielkości pomiędzy M i m mikronów, gdzie M jest nie większe niż lmm, przez odcinanie lub oddzielanie przy danym dM (maksymalny ciężar właściwy dopuszczalny dla czystego produktu). Dla danego dm stosunek r _ wielkość maksymalna wiekość minimalna przemywane przez dowolny cyklon w szeregu różni się w zależności od surowego materiału. Dla' danego zastosowania R ma określoną wartość zawartą pomiędzy 1 i 5.

Przedmiot wynalazku zostanie uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat blokowy typowego urządzenia do odzyskiwania cząstek węgla o większych rozmiarach, fig. 2A i 2B - łączny schemat blokowy urządzenia według wynalazku do odzyskiwania cząsteczek węgla o wielkości 1 mm i mniejszej, fig. 3 - kontynuację fig. 2A i 2B, a fig. 4 - wykres ilustrujący zasadę wynalazku.

Opisany poniżej przykład dotyczy odzyskiwania cząstek węgla o wielkości 1 mm lub mniejszej z surowego materiału, który jest zwykle zgromadzony masowo jako zwały żużla, hałdy lub zbiorniki w sąsiedztwie wyeksploatowanych kopalni węgla. Zwykle tego rodzaju odpady zawierają pomiędzy 20 i 80% wagowo węgla o wielkości cząstek 1 mm lub mniejszej, dotychczas uważanego za bezwartościowy ekonomicznie do odzyskiwania.

W celu uniknięcia kosztów transportu surowego materiału, cząsteczki węgla powinny być oddzielone na miejscu składowania materiału. Urządzenie według wynalazku powinno zatem być zwyczajowo budowane na miejscu dla dopasowania do właściwości dowolnego, szczególnego materiału surowego. Z tego względu przeznaczony do obróbki materiał surowy jest początkowo badany dla oceny ilości cząstek węgla w danych zakresach wymiarowych i ich rozkładu w obrębie materiału. Następnie dopiero projektuje się i montuje urządzenia.

Jak przedstawiono na fig. 1, surowy materiał jest dostarczany do rynny podającej 1, z której przechodzi do dystrybutora 2, podającego materiał na następny przenośnik 4, prowadzący materiał na wibracyjne sito 4. Na materiał na sicie 4 jest natryskiwana woda, podawana rurami 10 ze zbiornika lOa. Materiał o dużych rozmiarach rzędu 25 do 120 mm przechodzi w dół rynny spustowej 5 do przenośnika 9, który prowadzi go na usypisko. Z rynną spustową 5 jest połączony magnez trwały 6, usuwający ewentualną zawartość żelaza. Mniejsze cząstki są przepuszczane przez kruszarkę i sortownik 7 do przenośnika 11, zawracającego je do przenośnika 3.

Materiał przechodzący przez sito wibracyjne 4 jest opuszczony na sitowe wygięcie X, które rozdziela cząstki na większe i mniejsze rozmiary, tak że cząstki o mniejszych rozmiarach około 1 mm i mniejsze są przepuszczane do zbiornika odszlamiającego 101 (fig. 1 i 2B). Cząstki o większych rozmiarach są przepuszczane przez sito odszlamiające 12, umożliwiające przechodzenie uwięzionych cząstek o mniejszych wymiarach do zbiornika odszlamiającego 101. Cząstki o większych rozmiarach przechodzą z sita 12 do płuczki cyklonowej fazy gęstej, która oddziela węgiel od gliny i innych występujących niepożądanych zanieczyszczeń. Otrzymany tu węgiel będzie miał ogólnie wielkość większą niż 1 mm, zwykle około 1 do 25 mm.

Zbiornik odszlamiający 101 stanowi źródło odzyskiwania cząstek węgla o wielkości 1 mm i mniejszej. Szlam w zbiorniku 101 jest pompowany pompą 102 (fig. 2) poprzez rozgałęźnik 103 do wlotu separatora odśrodkowego 104, stanowiącego pierwszy w szeregu czterech stopni separatorów odśrodkowych reprezentowanych w tym przykładzie przez separatory 104, 112,118 i wielocyklonowy pierścień separatorów 125. Materiał zawieszony w wodzie jest podawany do każdego z separatorów 104, 112, 118 i 125 z tą samą prędkością.

Separator odśrodkowy 104 ma za zadanie przepłukać poprzez przelew przemyte, czyste cząsteczki węgla o wielkości 250μ do 500μ i pożądanym ciężarze właściwym oraz z nieprzepłukanymi cząstkami o mniejszym wymiarze. Ma on kąt rozwarcia 31°C i średnicę cyklonu wynoszącą 762 mm.

Celowe jest usuwanie poprzez odpływ cząsteczek o wielkości 0,5 do 1 mm, które są nieprzepłukane i które przeszły do wspomnianej uprzednio płuczki cyklonowej fazy ciężkiej, do której wprowadzane są cząstki o większych rozmiarach z sita 12.

Cząstki o wymiarze 0,5 do 1 mm mogły zostać przepłukane w dodatkowym separatorze odśrodkowym, poprzedzającym separator 104 i mającym średnicę 889 mm i kąt rozwarcia 38°. Podniesie to liczbę separatorów odśrodkowych do pięciu zgodnie z równaniem (4).

Separator odśrodkowy 112 ma za zadanie przepłukać poprzez przelew przemyte, czyste cząstki węgla o wielkości 125μ do 250μ. Ma on kąt rozwarcia 21° i średnicę 635 mm. Przemyte, czyste cząstki w zakresie 250μ do 500μ z poprzedniego stopnia 104 są odzyskiwane przez odprowadzanie do odpływu.

Separator odśrodkowy 118 ma na celu przepłukanie przez przelew przemytych, czystych cząstek węgla o wielkości 65 μ do 125 μ. Ma on kąt rozwarcia 10° i średnicę 508 mm.

Przemyte, czyste cząstki w zakresie 125 μ do 250μ z poprzedniego stopnia 112 wychodzą przez odpływ i zostają odzyskane.

Separatory odśrodkowe 125 mają .na celu usunąć poprzez odpływ cząstki węgla o wielkości 65 μ i grubsze. Mają one kąt rozwarcia 3° i średnicę 228,6 mm.

Pierwszy separator odśrodkowy 104 jest przeznaczony do usuwania ze szlamu drobniejszych cząstek węgla, mających przybliżony rozmiar od 0 do 0,5 mm i wyprowadzenia ich poprzez przelew do zbiornika 109, z którego ten drobniejszy szlam jest pompowany pompą 110 do rozgałęzionego wlotu 111 do drugiego separatora odśrodkowego 112.

Na figurze 4 pokazano niektóre charakterystyczne krzywe A dla rozmaitych kątów rozwarcia dla wykresów gęstości względem wielkości cząstek, odprowadzanych do przelewu. Można stwierdzić, że kąt rozwarcia 31° stanowi najodpowiedniejsze rozwiązanie dla wyprowadzenia przez przelew większości cząstek o wielkości mniejszej niż 500μ z cząsteczkami o ciężarze właściwym odpowiadającym zakresowi wymiarów 250μ do 500μ (średnia geometryczna 350μ) w stanie przemytym. Na tym samym wykresie można zauważyć krzywe B reprezentujące wydajność w stosunku do wymiaru cząstek odprowadzanych przy przelewie. Można stwierdzić, że wydajność ta spada dla wymiarów cząstek 500μ i większych i że krzywa B dla kąta rozwarcia 31° ponownie stanowi najlepsze rozwiązanie powodowania odprowadzania cząstek o rozmiarze większym niż 500μ raczej do odpływu niż do przelewu.

Jak wspomniano uprzednio, większe cząstki o rozmiarze 500μ do 1 mm wychodzą z odpływu 104 jako nieprzepłukany węgiel i przechodzą po sitowym wygięciu 106, po którym następuje wibracyjne sito 107, na przenośnik 108 i są przeprowadzane do wspomnianej uprzednio płuczki fazy gęstej. Niepożądana glina i zawiesina są zbierane z sita 107 do zbiornika 132. Cząstki 500μ do 1 mm mogą zostać przemyte w dodatkowym hydrocyklonie poprzedzającym separator 104 jak wspomniano uprzednio, tak że ten ostatni może być zasilany przepłukanym, czystym węglem w tym zakresie wymiarowym.

Kolejne stopnie separatora odśrodkowego dokonuj podobnych operacji, przy czym każdy separator redukuje rozmiar oddzielanych cząstek. Tak więc separator odśrodkowy 112 przekazuje przemyte cząstki węgla o wielkości 250-500μ ze swego odpływu na sito wibracyjne 114 a następnie przez przenośnik śrubowy 306 do wirówek 300, które osuszają materiał. Niepożądana glina i szlam przechodzą z sita 114 do zbiornika 132. Równoważąca masa materiału wychodzi z przelewu separatora 112 i zawiera przemyte, czyste cząstki węgla w zakresie 125-250μ i nieprzemyte cząstki o mniejszym rozmiarze. Materiał ten przechodzi przez zbiornik 115 i pompę 116 do rozgałęzionego wlotu 117 następnego separatora odśrodkowego 118. Tutaj przemyte cząstki węgla o wielkości w zakresie 125μ do 250μ wychodzą przez odpływ poprzez zbiornik 120 i podajnik 121 do wirującego przesiewania 122, z którego są doprowadzane do przenośnika 130. Niepożądana glina i szlam są podawane z wirującego przesiewania 122 do zbiornika 132.

Przelew z separatora 118 przechodzi przez zbiornik 123 i pompę 124 do cyklonowego pierścienia 125. Przemyte cząstki węgla o wielkości w zakresie 65μ do 125μ wychodzą z odpływów przez zbiornik 127 i podajnik 128 do wirującego przesiewacza 129, skąd są podawane na przenośnik 130. Przenośnik 130 podaje cząstki o rozmiarze 65μ do 250μ przez przenośniki 131 i 305 do śrubowego przenośnika 306 i stąd do wirówek 308, które osuszają materiał. Osuszony materiał z wirówek przechodzi wzdłuż przenośnika 313 do elewatora 315 dla usypania w stos. Niepożądana woda lub szlam są zbierane w zbiorniku 305 i odpompowywane pompą 310 albo bezpośrednio do zbiornika 132 lub do następnego separatora cyklonowego 311 realizującego ostateczne oddzielenie, przy czym oddzielone cząstki węgla przechodzą przez odpływ do śrubowego przenośnika 306, a odpadowy szlam idzie do zbiornika 132.

Należy zauważyć, że praktycznie zakresy oddzielanych cząstek częściowo nakładają się na siebie przy każdym separatorze. Pomimo tego, stosując wiele separatorów cyklonowych szeregowo i budując je selektywnie dla odprowadzania malejących przedziałów wymiarów cząstek, stało się obecnie możliwe wydzielanie cząstek węgla o rozmiarze 1 mm lub mniejszym z odpadowych hałd i usypisk surowego urobku węglowego. W konsekwencji znacznie redukuje się objętość odpadu i usuwa się z krajobrazu szpecące zwały, hałdy i wysypiska.

Szlam odpadowy ze zbiornika 132 jest usuwany przez odwadnianie w skraplaczu 135 i odpompowywanie do basenu odstojnikowego w rodzaju zbiornika lub jeziora (145,151,152) lub nawet rzeki 143.

Należy zauważyć, iż jakkolwiek szczegółowy zmieszczony tu opis dotyczy odzyskiwania cząstek węgla, to jednak wynalazek znajduje zastosowanie do odzyskiwania innych minerałów, występujących w dużych ilościach w obecnie odrzucanym materiale. Początkowo trzeba ustalić gęstość i rozmiar cząsteczek minerału przeznaczonego do odzyskania oraz ocenić przydatność danego separatora cyklonowego dla tych parametrów. Następnie poprzez zmianę kąta rozwarcia, średnicy cyklonu i korzystnie również średnicy wylotu odpływu jest możliwe modyfikowanie charakterystyki separatora cyklonowego tak, aby dopasować ją do szczególnego zastosowania.

Średnice kolejnych cyklonów w szeregu są określone poprzez wzór D1² 0i .cosf₂. tan (90-2σι)

D2² 02 cosfi V tan (90-20¾) gdzie K = 1dla wszystkich cyklonów w szeregu poza ostatnim i K = 4,4335 dla ostatniego cyklonu.

FIG. 2A

103^ a

161 347

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Ceną 10 000 zł

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób oddzielania i odzyskiwania materiału cząsteczkowego za pomocą licznych separatorów cyklonowych, mających wlot, wylot przepływu górnego i wylot przepływu dolnego, polegający na tym, że ustawia się szeregowo separatory w kierunku przepływu, następnie łączy się wylot przepływu górnego każdego separatora z wyjątkiem ostatniego z wlotem następnego separatora, po czym podaje się w kierunku przepływu przez separatory materiał zawieszony w płynnym medium, przy czym grubszy i gęstszy materiał odprowadza się przez wylot przepływu dolnego, a drobniejszy i lżejszy materiał odprowadza się przez wylot przepływu górnego przez kolejne separatory, przy czym stosuje się szereg separatorów cyklonowych mających kąt rozwarcia kolejnych separatorów, stanowiący kąt tworzącej stożka separatora względem jego osi, malejący w kierunku przepływu, znamienny tym, że dobiera się z tolerancją ± 5% kąt rozwarcia az następnego separatora w szeregu względem kąta az poprzedniego według zależności cot (90-i2Zi) _ 01 cot (90-202 02 gdzie a2 jest kątem rozwarcia separatora odśrodkowego następującego po separatorze o kącie rozwarcia Ci, a 0i i 0₂ stanowią średni geometryczny rozmiar cząsteczkowy przerobu kolejnych separatorów o tych kątach rozwarcia.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się zmniejszenie średnicy wylotu przepływu dolnego przynajmniej jednego separatora w stosunku do następnego w szeregu.
3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że stosuje się coraz mniejszą średnicę wylotu przepływu górnego kolejnych separatorów w kierunku przepływu.
4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że dobiera się średnice Di i D2 kolejnych separatorów cyklonowych uzależnione względem siebie według wzoru

Di2 _ K · 01 cosa2. Vtan (90°-2cri)'

D22 02 coscc Vtan (90°-2a2 w którym K = 1dla wszystkich separatorów z wyjątkiem ostatniego i K = 4,4335 dla ostatniego separatora.
5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się mateńał cząsteczkowy zawieszony w płynnym m^um, mający rozmiar 1 mm lub mniej.
6. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że stosuje się mateńał cząsteczkowy o ciężarze właściwym pomiędzy 1,5 a 2,5.
7. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że stosuje się mateńał cząsteczkowy o ciężarze właściwym w zakresie 1,8 do 2.
8. Sposób według zastrz. 5 albo 6 albo 7, znamienny tym, że jako mateńał cząsteczkowy stosuje się węgiel a jako płynne medium stosuje się wodę.
9. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że do każdego separatora cyklonowego w szeregu wtryskuje się mateńał cząsteczkowy zawieszony w płynnym medium z zasadniczo tą samą prędkością.
10. Sposób według zastrz. 9, znamienny tym, że stosuje się wejściową prędkość wtryskiwania pomiędzy 1,4 a l,75m/sek.
11. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że mateńał cząsteczkowy podaje się przez szereg N stopni separatorów cyklonowych, przy czym stosuje się stopnie od 1 do N-l o wydajności przynajmniej 0,9 i ostatni stopień o wydajności nie większej niż 0,05.
12. Urządzenie do oddzielania i odzyskiwania mateńału cząsteczkowego, mające wiele separatorów cyklonowych, z których każdy ma wlot, wylot przepływu górnego i wylot przepływu dolnego, przy czym te separatory cyklonowe są połączone szeregowo w kierunku przepływu za pomocą elementów łączących wylot przepływu górnego każdego separatora oprócz ostatniego do

161 347 wlotu następnego separatora w szeregu w kierunku przepływu, a ponadto do wlotu pierwszego separatora są dołączone elementy doprowadzające materiał cząsteczkowy zawieszony w płynnym medium, zaś kąt rozwarcia każdego separatora w szeregu, stanowiący kąt tworzącej stożka separatora względem jego osi, jest mniejszy niż kąt poprzedzającego go separatora, znamienny tym, że wspomniany kąt rozwarcia separatorów (104, 112, 118) jest określony według zależności:

cot(90-2fi) 01 cot (90-2ff2) 02 gdzie σι i 02 stanowią kąty rozwarcia dwóch kolejnych separatorów odśrodkowych, a 01 i 02 stanowią średnie geometryczne wymiaru cząstek przerobu kolejnych stopni separatorów (104,112, 118) przy czym az mieści się w zakresie ± 5% wyliczonej wartości.
13. Urządzenie według zastrz. 12, znamienne tym, że średnia wylotu przepływu górnego kolejnych separatorów (104,112,118) maleje w kierunku przepływu.
14. Urządzenie według zastrz. 12 albo 13, znamienne tym, że średnice Di i D2 kolejnych separatorów (104,112,118) są uzależniowe według wzoru

D¹* 01 .cos a2^/'\^J tan (5⁰°^-2^ )’

D2² 02 coscti tan (90°-2ct2) ' gdzie K = 1 dla wszystkich separatorów oprócz ostatniego, i K = 4,4335 dla ostatniego separatora.
15. Urządzenie według zastrz. 12 albo 13, znamienne tym, że średnica wylotu przepływu dolnego w separatorach (104,112,118) maleje od przynajmniej jednego separatora do następnego w kierunku przepływu.
16. Urządzenie według zastrz. 12, znamienne tym, że posiada N stopni separatorów cyklonowych (104, 112, 118), połączonych szeregowo, przy czym wydajność stopni 1 do N-l wynosi przynajmniej 0,9, zaś wydajność ostatniego stopnia jest nie większa niż 0,05.
17. Urządzenie według zastrz. 12, znamienne tym, że każdy z separatorów (104,112,118) ma element do doprowadzania materiału cząsteczkoego zawieszonego w płynie z tą samą prędkością ± 10%.
18. Urządzenie według zastrz. 17, znamienne tym, że każdy z separatorów (104,112,118) ma element do doprowadzania materiału cząsteczkowego zawieszonego w płynie z prędkością 1,4 do l,75m/sek.