RU2179069C2

RU2179069C2 - Method of selective dispersion of materials and disperser of its embodiment

Info

Publication number: RU2179069C2
Application number: RU99112711/03A
Authority: RU
Inventors: А.П. Гордеев; Э.Я. Довгаль; В.Г. Казаков; М.В. Казаков; С.А. Кожухова
Original assignee: Акционерное общество открытого типа "Абразивный завод "Ильич"
Priority date: 1999-06-09
Filing date: 1999-06-09
Publication date: 2002-02-10

Abstract

FIELD: processing of artificial diamond-containing materials. SUBSTANCE: method involves material dispersion up to required dispersion by multiple impact action of working members vibration in resonant condition, regulation of working- member parameters and subsequent separation of product. Gaps between coils are additionally regulated by varying speed of relative relation of working members. Dispersion of materials is effected under three independent resonant conditions of regulation of impact force of working member vibrations. Disperser has body with two working members which consists of springs installed between driving and driven flanges. Working members are made in the form of three units consisting of three concentric springs. In this case, gap between spring coils reduces from center to periphery. Installed between body and working members are flexible screening rods. Driven flanges are connected with body through excitation mechanism, and their cavities are communicated with material supplying pipelines. Body lower part has outlet sockets. EFFECT: higher quality of products. 7 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области механизированного обогащения твердых материалов, в том числе к области переработки искусственных алмазосодержащих материалов, например, в форме таблеток. The invention relates to the field of mechanized enrichment of solid materials, including the field of processing artificial diamond-containing materials, for example, in the form of tablets.

Известны способ и устройство для переработки алмазосодержащих материалов, используемых в горнорудной промышленности, включающее вращающийся барабан с ротором, загрузочный и выгрузочный патрубки, патрубки для подвода рабочих сред, при этом самоизмельчение материала обеспечивается в воде при постоянном перемешивании и увеличении циркулирующей нагрузки, зависящей от соотношения радиальной составляющей силы тяжести и центробежной силы, а также использования высокой скорости выгрузки измельченного материала (RU 2035288 C1, 20.05.1995). A known method and device for processing diamond-containing materials used in the mining industry, including a rotating drum with a rotor, loading and unloading nozzles, nozzles for supplying working media, while the self-grinding of the material is provided in water with constant mixing and an increase in circulating load, depending on the ratio of the radial component of gravity and centrifugal force, as well as the use of a high discharge rate of crushed material (RU 2035288 C1, 05.20.1995).

Недостатками указанных способа и устройства являются низкое качество получаемых алмазов из-за возможного их переизмельчения, а также наличия в них трещин и сколов, значительная металлоемкость конструкции, технологическая сложность и большая энергоемкость процесса. The disadvantages of the indicated method and device are the low quality of the resulting diamonds due to their possible overgrinding, as well as the presence of cracks and chips in them, significant metal consumption of the structure, technological complexity and high energy intensity of the process.

Наиболее близким к способу по технической сущности является способ избирательного диспергирования материалов, заключающийся в диспергировании материала до требуемой дисперсности многократным воздействием на материал ударного усилия колебаний рабочих органов в резонансном режиме, регулировании параметров рабочих органов - зазоров между витками пружин и скорости вращения, и последующей сепарации продукта (RU 2015729 C1, 15.07.1994). Closest to the method in technical essence is a method of selective dispersion of materials, which consists in dispersing the material to the required dispersion by repeatedly exposing the material to the shock force of the vibrations of the working bodies in the resonant mode, adjusting the parameters of the working bodies - the gaps between the coil springs and the rotation speed, and subsequent product separation (RU 2015729 C1, 07.15.1994).

Наиболее близким к устройству по технической сущности является диспергатор, содержащий корпус с размещенными в нем с возможностью вращения двумя рабочими органами, состоящими из пружин, установленных между ведущими и ведомыми фланцами, по крайней мере, один привод, соединенный с ведущими фланцами, и механизм возбуждения колебаний, кинематически связанный с механизмом поджатия в виде подпружиненной гайки (RU 2015729 C1, 15.07.1994). Closest to the device in technical essence is a dispersant containing a housing with two working bodies placed in it with the possibility of rotation, consisting of springs installed between the drive and driven flanges, at least one drive connected to the drive flanges, and a vibration excitation mechanism kinematically associated with the preload mechanism in the form of a spring-loaded nut (RU 2015729 C1, 07.15.1994).

Недостатком данного способа и устройства является возможность разрушения кристаллов алмазов при переработке искусственных алмазосодержащих материалов и загрязнение кристаллов включениями, что затрудняет их классификацию. The disadvantage of this method and device is the possibility of destruction of diamond crystals during the processing of artificial diamond-containing materials and contamination of crystals by inclusions, which makes their classification difficult.

Задачей изобретения является повышение качества продукции и расширение ее ассортимента при минимальных энергозатратах. The objective of the invention is to improve the quality of products and expand its range with minimal energy consumption.

Указанная задача достигается тем, что в способе избирательного диспергирования материалов, заключающемся в диспергировании материала до требуемой дисперсности многократным воздействием на материал ударного усилия колебаний рабочих органов в резонансном режиме, регулировании параметров рабочих органов - зазора между витками пружин и скорости вращения и последующей сепарации продукта, зазоры между витками пружин дополнительно регулируют путем изменения скорости относительного вращения рабочих органов, совершаемых колебания по шести степеням свободы, а диспергирование материала осуществляют в трех независимых резонансных режимах регулированием ударного усилия колебаний рабочих органов, в первом из которых обеспечивают ударное усилие δ₁ = 0,1-0,9δ_min, разрушающее матрицу материала, во втором резонансном режиме обеспечивают ударное усилие δ₂ = 2-8δ_min, разрушающее сростки и измельчающее слабое зерно, а в третьем резонансном режиме обеспечивают усилие δ₃ = 1,4δ_min, очищающее и овализирующее зерно материала, δ_min - минимальное усилие разрыва материала, определяемое предварительно, при этом в зону диспергирования вводят активаторы процесса.This problem is achieved by the fact that in the method of selective dispersion of materials, which consists in dispersing the material to the required dispersion by repeatedly exposing the material to the shock force of the vibrations of the working bodies in the resonant mode, adjusting the parameters of the working bodies - the gap between the coil springs and the speed of rotation and subsequent product separation, gaps between the turns of the springs is additionally regulated by changing the speed of the relative rotation of the working bodies, the oscillations are made along and the degrees of freedom, and dispersing the material is performed in three independent resonant modes adjusting impact force oscillations working bodies, the first of which provides impact force δ ₁ = 0,1-0,9δ _min, destroys the matrix material in the second resonance mode provide impact force δ ₂ = 2-8δ _min, damaging the splices and poor grinding grains, and the third resonance mode provide force δ ₃ = 1,4δ _min, cleaning and ovaliziruyuschee grain material, δ _min - minimum breaking force material determined preliminary tionary, wherein the dispersing zone is introduced into the process activators.

В качестве активатора может быть использован газ. As an activator can be used gas.

В качестве газа может быть использован жидкий азот. As gas, liquid nitrogen can be used.

В качестве активатора процесса может быть использовано поверхностно-активное вещество. As a process activator, a surfactant can be used.

В качестве поверхностно-активного вещества может быть использован сополимер метилметакрилата. As a surfactant, a methyl methacrylate copolymer may be used.

В качестве активатора процесса могут быть использованы мелющие тела различной формы, массы, твердости. As an activator of the process, grinding media of various shapes, masses, and hardness can be used.

Указанная задача достигается в устройстве тем, что в диспергаторе, содержащем корпус с размещенными в нем с возможностью вращения двумя рабочими органами, состоящими из пружин, установленных между ведущими и ведомыми фланцами, по крайней мере, один привод, соединенный с ведущими фланцами, и механизм возбуждения колебаний, кинематически связанный с механизмом поджатия в виде подпружиненной гайки, рабочие органы выполнены в виде трех блоков, состоящих из трех концентричных пружин, при этом зазор между витками пружины по мере ее удаления от центра уменьшается, между корпусом и рабочим органом установлены с возможностью вращения вокруг своей оси и с возможностью сепарации продукта упругие экранизирующие стержни, ведомые фланцы соединены с корпусом через механизм возбуждения, а полости в них - с трубопроводом подачи материала, в нижней части полости корпуса между рабочими органами от уровня экранизирующих стержней имеются отводные гнезда, в которых наклонно расположены упругие стержни, при этом отводные гнезда соединены с трубопроводом для отвода промежуточного и/или готового продукта, отверстие в нижней части корпуса соединено с трубопроводом для отсоса продуктов механического обогащения. This task is achieved in the device by the fact that in the dispersant containing the housing with two working bodies placed therein with the possibility of rotation, consisting of springs installed between the drive and driven flanges, at least one drive connected to the drive flanges and an excitation mechanism oscillations kinematically associated with the preload mechanism in the form of a spring-loaded nut, the working bodies are made in the form of three blocks consisting of three concentric springs, while the gap between the turns of the spring as it moves away from the center decreases, between the body and the working body are installed with the possibility of rotation around its axis and with the possibility of product separation, elastic screening rods, driven flanges are connected to the body through the excitation mechanism, and the cavities in them - with the material supply pipe, in the lower part of the body cavity between the workers bodies from the level of the shielding rods have outlet nests in which the elastic rods are obliquely located, while the outlet nests are connected to a pipeline for diverting the intermediate and / or ready new product, the hole in the lower part of the housing is connected to the pipeline for suction of mechanical enrichment products.

На фиг. 1 представлен общий вид диспергатора,
на фиг. 2 - разрез по А-А на фиг. 1,
на фиг. 3 - разрез по Б-Б на фиг. 1.In FIG. 1 shows a General view of the dispersant,
in FIG. 2 is a section along AA in FIG. 1,
in FIG. 3 is a section along BB in FIG. 1.

Диспергатор, реализующий данный способ, содержит корпус 1, внутри которого установлены два одинаковых рабочих органа "X" и "Y", имеющие или отдельные приводы, или общий привод и редуктор. Рабочие органы (модули) можно заменять. Каждый рабочий орган состоит, например, из трех блоков, содержащих по три концентричных пружины 2, снабженных ведущими и ведомыми фланцами 3 и 4 соответственно и установленных симметрично оси рабочего органа. При этом зазор между витками пружины по мере удаления ее от центра к периферии уменьшается. Соотношение зазоров витков пружин подбирается экспериментально. Фланец 4 связан с корпусом 1 через механизм возбуждения колебаний 5, соединенный с механизмом поджатия 6, выполненным в виде подпружиненной гайки. На фланцах 4 выполнены полости 7, соединенные с трубопроводом 8 подачи материала в виде таблеток, зерен, сростков и активаторов процесса диспергирования. Между корпусом 1 и рабочими органами "X" и "Y" расположены упругие стержни 9, образующие экран, который способствует как сепарации, так и мягкому разрушению матрицы. В нижней части полости корпуса 1 между рабочими органами "X" и "Y" от уровня экранизирующих стержней образованы отводные гнезда, в которых наклонно расположены упругие стержни 10, также способствующие сепарации. При этом отводные гнезда в конце наклона стержней 10 сообщены с трубопроводом 11 для отвода промежуточного и/или готового продукта. Отверстие в нижней части корпуса 1 соединено с трубопроводом 12 для отсоса продуктов механического обогащения. The dispersant that implements this method includes a housing 1, inside which two identical working bodies "X" and "Y" are installed, having either separate drives, or a common drive and gearbox. Working bodies (modules) can be replaced. Each working body consists, for example, of three blocks containing three concentric springs 2, equipped with leading and driven flanges 3 and 4, respectively, and mounted symmetrically to the axis of the working body. In this case, the gap between the turns of the spring decreases as it moves from the center to the periphery. The ratio of the gaps of the turns of the springs is selected experimentally. The flange 4 is connected to the housing 1 through an oscillation excitation mechanism 5, connected to a preload mechanism 6, made in the form of a spring-loaded nut. On the flanges 4 there are made cavities 7 connected to the material supply pipe 8 in the form of tablets, grains, splices and activators of the dispersion process. Between the housing 1 and the working bodies "X" and "Y" are elastic rods 9, forming a screen, which contributes to both the separation and the soft destruction of the matrix. In the lower part of the cavity of the housing 1 between the working bodies "X" and "Y" from the level of the shielding rods, outlet nests are formed in which the elastic rods 10 are also inclined, which also facilitate separation. In this case, the outlet slots at the end of the inclination of the rods 10 are in communication with the pipe 11 for removal of the intermediate and / or finished product. A hole in the lower part of the housing 1 is connected to a pipe 12 for suctioning the products of mechanical enrichment.

Способ сухого избирательного измельчения материалов осуществляется следующим образом. The method of dry selective grinding of materials is as follows.

Партию алмазосодержащих прессованных таблеток выборочно исследуют любым известным способом на предмет определения минимального усилия на разрыв по межзеренному пространству матрицы δ_min, где n - количество исследуемых таблеток. При этом получают среднеарифметическую величину, равную минимальному ударному усилию колебаний рабочих органов.A batch of diamond-containing pressed tablets is selectively examined by any known method to determine the minimum tensile strength in the intergranular space of the matrix δ _min , where n is the number of test tablets. This gives the arithmetic mean value equal to the minimum shock force of the oscillations of the working bodies.

Таблетки подают в диспергатор по трубопроводам 8, которые через полость 7 в ведомом фланце 4 попадают в полости блока пружин 2. При включении приводов рабочие органы "X" и "Y" через фланцы 3 приводятся во вращение, передающееся на блоки пружин 2 и фланец 4. Фланец 4 соединен с механизмом возбуждения колебания 5, поэтому колебательное движение передается на пружины 2 блока, которые совершают колебательные движения с шестью степенями свободы с заданным ударным усилием в резонансном режиме. Резонанс достигается смещением фланца 4 от оси вращения резонансной системы. Находящиеся в полостях блока пружин 2 таблетки (сростки, зерна) и мелющие тела взаимодействуют, во-первых, между собой, а при прохождении между витками блока пружин 2 (из-за малого сечения таблеток или малого зазора между витками) происходит виброшлифование поверхности таблеток шероховатостью поверхности пружин, чем также обеспечивается послойное измельчение поверхности таблетки путем выфрезерования с одновременным смятием и раскачиванием зерна. Во-вторых, вся масса центробежными силами прижимается к периферийной области пружин, где на нее многократно воздействуют пружинные витки. Происходит разрушение материала силами разрыва, возникающими при истирании материала, при непрерывном воздействии на него из различных пространственных точек элементов пружин, частичек самого материала и введенных дополнительно активаторов процесса. Такое воздействие на материал не позволяет его частям образовывать "сплошной слой", происходит его разрушение в так называемом "псевдоожиженном слое", что снижает коэффициент трения, повышает амплитуду колебаний, исключая разрушение материала "в слое", в результате чего значительно снижаются энергозатраты.

The tablets are fed into the dispersant through pipelines 8, which, through the cavity 7 in the driven flange 4, enter the cavities of the spring block 2. When the drives are turned on, the working elements “X” and “Y” are rotated through the flanges 3 and transmitted to the spring blocks 2 and the flange 4 The flange 4 is connected to the oscillation excitation mechanism 5, therefore, the oscillatory movement is transmitted to the springs 2 of the block, which oscillate with six degrees of freedom with a given shock force in the resonant mode. Resonance is achieved by displacing the flange 4 from the axis of rotation of the resonant system. 2 tablets located in the cavities of the spring block (splices, grains) and grinding media interact, first of all, between each other, and when passing between the turns of the spring block 2 (due to the small cross section of the tablets or the small gap between the turns), grinding of the surface of the tablets with roughness occurs the surface of the springs, which also ensures layer-by-layer grinding of the tablet surface by milling with simultaneous crushing and rocking of the grain. Secondly, the entire mass is pressed by centrifugal forces to the peripheral region of the springs, where spring coils repeatedly act on it. The destruction of the material occurs by the tensile forces arising from the abrasion of the material, with the continuous action of spring elements, particles of the material itself and additional activators of the process introduced from various spatial points of the material. Such an effect on the material does not allow its parts to form a "continuous layer", it is destroyed in the so-called "fluidized bed", which reduces the friction coefficient, increases the amplitude of oscillations, excluding the destruction of the material "in the layer", resulting in significantly reduced energy costs.

Активаторы процесса диспергирования - жидкий азот, или сополимер метилметакрилата, или твердые мелющие тела различной формы и массы - подают в диспергатор также по трубопроводам 8. При этом жидкий азот делает хрупким вязкие составляющие диспергируемого материала (графит), что ускоряет процесс раскрытия кристаллов. Поверхностно-активное вещество также способствует лучшему раскрытию алмазов, оказывающему расклинивающее действие по микротрещинам, образующимся в деформируемых частицах диспергируемого материала, и по контакту минеральных вкраплений. Твердые мелющие тела способствуют механическому разрушению материала. The activators of the dispersion process — liquid nitrogen, or a copolymer of methyl methacrylate, or solid grinding media of various shapes and weights — are also fed to the dispersant through pipelines 8. Moreover, liquid nitrogen makes the viscous components of the dispersible material (graphite) brittle, which accelerates the process of crystal opening. The surfactant also contributes to a better opening of diamonds, which has a proppant effect on microcracks formed in deformable particles of the dispersible material, and on the contact of mineral inclusions. Solid grinding media contribute to the mechanical destruction of the material.

Для данного материала диспергирование проводится в три этапа. На каждом этапе используется соответствующее ударное усилие в резонансном режиме. При этом происходит избирательное диспергирование. На первом этапе ударные усилия витков пружин составляют 0,1-0,9δ_min и воздействуют на каждую таблетку практически за счет введения в резонанс. Усилие обеспечивается механизмом поджатия 6, скоростями модулей рабочих органов и их относительным проскальзыванием. После многократного воздействия данным усилием происходит разрушение матрицы таблетки по межзеренному пространству, без разрушения зерен и сростков. На втором этапе ударные усилия составляют 2-8δ_min, скорость вращения рабочих органов увеличивается, ось ведомого фланца 4 смещается относительно оси диспергатора, механизмом поджатия пружин уменьшают зазор между витками пружин 2 блока. При многократном воздействии ударным усилием происходит разрушение сростков по материалу оксидов Mn и Ni, разрушение слабого зерна (измельчение). Качественные зерна при этом не повреждаются.Dispersion is carried out for this material in three stages. At each stage, the corresponding shock force in the resonant mode is used. In this case, selective dispersion occurs. At the first stage, the shock forces of the coil of springs are 0.1-0.9δ _min and affect each tablet almost due to the introduction of resonance. The force is provided by the preload mechanism 6, the speeds of the modules of the working bodies and their relative slippage. After repeated exposure to this force, the matrix of the tablet is destroyed in the intergrain space, without the destruction of grains and intergrowths. At the second stage, the impact forces are 2-8δ _min , the rotation speed of the working bodies increases, the axis of the driven flange 4 is shifted relative to the axis of the dispersant, and the gap between the coil springs of the block 2 is reduced by the spring compression mechanism. With repeated exposure to impact force, the splices on the material of the Mn and Ni oxides are destroyed, and weak grain is destroyed (grinding). High-quality grains are not damaged.

На третьем этапе ударное усилие составляет 1-4δ_min, что позволяет очистить зерна от оксидов и при необходимости овализировать их при минимальных затратах в этом же диспергаторе.At the third stage, the impact force is 1-4δ _min , which allows you to clean the grains of oxides and, if necessary, ovulate them at minimal cost in the same dispersant.

Кроме действия центробежных сил, вибрации и дополнительно введенных активаторов процесса в полости пружин и между витками на таблетку действует вибрация в полости между рабочими органами и экранизирующими стержнями 9. Упругие стержни 9, во-первых, в силу своей упругости и возможности вращения вокруг оси смягчают усилия воздействия на зерна и сростки в области между рабочими органами и экраном, а во-вторых, промежутки между упругими стержнями подобраны таким образом, чтобы задерживать проходовый продукт и пропускать сходовый продукт (например, межзеренный материал и мелкие зерна и сростки, не представляющие промышленного интереса), т.е. экран является и сепаратором. Проходовый продукт (зерна, сростки) по упругим наклонным стержням 10 транспортируются в трубопровод 11. In addition to the action of centrifugal forces, vibration, and additionally introduced activators of the process in the cavity of the springs and between the coils, the vibration in the cavity between the working bodies and the shielding rods 9 acts on the tablet. The elastic rods 9, firstly, due to their elasticity and the possibility of rotation around the axis, soften the efforts impacts on grains and intergrowths in the area between the working bodies and the screen, and secondly, the gaps between the elastic rods are selected in such a way as to delay the feed-through product and allow the product to pass through (e.g. Emer, intergranular material and fine grains and aggregates which are not of industrial interest), i.e., the screen is also a separator. Feed-through product (grains, splices) along elastic inclined rods 10 are transported to the pipeline 11.

Контроль за качеством продукта механического обогащения обеспечивается на каждом этапе. Quality control of the product of mechanical enrichment is ensured at each stage.

Claims

1. The method of selective dispersion of materials, which consists in dispersing the material to the required dispersion by repeatedly exposing the material to the shock force of oscillations of the working bodies in the resonant mode, adjusting the parameters of the working bodies - the gap between the coil springs and the speed of rotation and subsequent separation of the product, characterized in that the gaps between spring turns are additionally regulated by changing the speed of the relative rotation of the working bodies, oscillating in six degrees of freedom s, and the dispersion material is carried out in three independent resonant modes adjusting impact force oscillations working bodies, the first of which provides impact force δ ₁ = 0,1-0,9δ _min, destroys the matrix material in the second resonance mode provide a striking force ₂ δ = 2-8δ _min, damaging the splices and poor grinding grains, and the third resonance mode provide force δ ₃ = 1,4δ _min, cleaning and ovaliziruyuschee grain material, where δ _min - minimum breaking load of the material, determined in advance, when fl m in the dispersion zone is introduced activators process.

2. The method according to p. 1, characterized in that gas is used as an activator of the process.

3. The method according to p. 2, characterized in that liquid gas is used as the gas.

4. The method according to p. 1, characterized in that as a process activator use a surfactant.

5. The method according to p. 4, characterized in that as a surfactant, a methyl methacrylate copolymer is used.

6. The method according to p. 1, characterized in that as the activator of the process use grinding media of various shapes, masses and hardness.

7. A dispersant comprising a housing with two working bodies rotatably disposed in it, consisting of springs installed between the driving and driven flanges, at least one drive connected to the driving flanges, and a vibration excitation mechanism kinematically coupled to the preload mechanism in the form of a spring-loaded nut, characterized in that the working bodies are made in the form of three blocks consisting of three concentric springs, while the gap between the turns of the spring decreases as it moves away from the center, between elastic screening rods, driven flanges are connected to the body through the excitation mechanism, and the cavities in them are connected to the material supply pipe, in the lower part of the body cavity between the working bodies from the level of screening devices rods there are outlet nests in which the elastic rods are inclined, while the outlet nests are connected to the pipeline for the removal of the intermediate and / or finished product, the hole in bo ttom housing part is connected to a suction pipe for mechanical dressing products.