Способ обогащения сырья с металлическими включениями и устройство для осуществления способа

006010 Предлагаемые способ и устройство относятся к обогащению полезных ископаемых, в частности,сухой сепарации руд черных и цветных металлов, а также сырья с металлическими включениями техногенных месторождений. Способ может применяться в качестве промежуточного технологического цикла при обогащении полезных ископаемых, обеспечивая возможность деления исходного сырья на два технологических потока - с повышенным и низким содержанием полезного компонента. Способ может применяться при сепарации шлаков, обеспечивая получение металла, пригодного для повторной переработки, а также готового сырья из молотого шлака, пригодного для утилизации в промышленности в качестве наполнителя или вяжущего бетонных смесей. Предлагаемое устройство может применяться для осуществления данного способа. Известен способ обогащения сырья с металлическими включениями путем его магнитной сепарации (Келина И.М. "Обогащение руд", М., "Недра", 1979 г., с. 148-157). Способ включает дробление и измельчение исходного сырья. После измельчения исходное сырье подают в сепаратор с одним, двумя или несколькими барабанами с магнитной системой. В процессе прохождения магнитного сепаратора формируют потоки с разным содержанием полезного компонента: поток с максимально высоким содержанием полезного компонента - товарный концентрат, поток с низким содержимым полезного компонента - промежуточный продукт и поток с запредельно низким содержанием полезного компонента хвосты обогащения. Недостатком известного способа является его многостадийность. Способ реализуется применительно к рудам, которые имеют высокую магнитную восприимчивость и совсем не применяется для руд цветных металлов, а также переработки техногенных месторождений, сформированных из отходов металлургического производства. Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ обогащения сырья с металлическими включениями. Способ включает подачу исходного сырья в пространство рабочей камеры, которая имеет донную часть и крышку, воздействие разрушающими элементами,деление на компоненты, которые содержат и не содержат металл (Келина И.М. "Обогащение руд", М.,"Недра", 1979 г., с. 93). Недостатком известного способа является то, что для его реализации необходимо предшествующее дробление и измельчение исходного сырья, так как в качестве разрушающих элементов выступают потоки воды, которые только разделяют исходное сырье по плотности и, соответственно, по содержанию полезного компонента. Известный способ характеризуется многостадийностью, низкой производительностью, значительными затратами технологической воды. Способ не предусматривает обогащение крупнокускового сырья без предшествующей подготовки, а также сырья, которое имеет большие металлические сростки, например, шлаки. Задачей изобретения является усовершенствование способа для обогащения сырья с металлическими включениями за счет использования центробежных сил, которые обеспечивают эффективное дробление и измельчение частиц исходного сырья. Это позволяет разделить входное сырье на частицы, которые содержат полезный компонент и частицы, которые не содержат полезный компонент. Способ обеспечивает эффективное деление компонентов в зависимости от исходных физико-механических свойств и гранулометрического состава. Поставленная задача решается за счет того, что способ обогащения сырья с металлическими включениями включает подачу его в пространство рабочей камеры, которая имеет донную часть и крышку,воздействие разрушающими элементами, деление на компоненты, которые содержат и не содержат металл. Согласно изобретению сырье с металлическими включениями одновременно с нисходящим воздушным потоком подают в рабочую камеру цилиндрической формы, воздействуют в донной ее части установленными под углом к горизонтальной плоскости вращающимися разрушающими радиальными элементами, при этом, придают центробежное ускорение частицам сырья до соударения их с боковой стенкой рабочей камеры и наклонной поверхностью ее крышки, при этом компоненты сырья с металлическими включениями извлекают непрерывно из рабочей камеры посредством нисходящего воздушного потока через секторное пространство между радиальными элементами и периодически, посредством центробежных сил, в разгрузочный проем в боковой стенке рабочей камеры. Поставленная задача может быть также решена посредством другого изобретения - устройства для обогащения сырья с металлическими включениями (устройства для осуществления предложенного способа). Известно устройство для обогащения сырья с металлическими включениями путем его магнитной сепарации (Келина И.М. "Обогащение руд", М., "Недра", 1979 г., с. 148-157). Устройство содержит рабочий корпус с системой загрузки и разгрузки сырья. В корпусе расположена барабанная магнитная система с узлами деления переработанного сырья на потоки. Недостатком известного устройства является сложность конструкции, его металлоемкость, необходимость предшествующего тонкого дробления исходного сырья. Практически невозможно обогащать сырье с металлическими включениями с маленькой магнитной восприимчивостью полезного компонента.-1 006010 Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является устройство для обогащения сырья с металлическими включениями. Устройство содержит корпус с расположенным внутри него дробящим элементом, загрузочное и разгрузочное отверстия (авторское свидетельство СССР 700975, опубл. БИ 24, 1983 г.). Недостатком известного устройства является низкий уровень извлечения полезного продукта, недостаточное и неуправляемое качество дробления исходного сырья. Устройство не может обогащать крупнокусковое сырье, а также сырье, которое представлено большими металлическими сростками, например, шлаки. Использование металлических шаров ослабляет динамику процесса разрушение частиц исходного сырья. Задачей изобретения является усовершенствование устройства для обогащения сырья с металлическими включениями за счет использования центробежных сил, которые обеспечивают динамическое деление частиц, которые содержат полезный компонент и частиц, которые не содержат полезный компонент при взаимодействии со стенками рабочего корпуса. Это позволяет снизить динамические нагрузки на рабочий орган, уменьшить его износ, обеспечить селективность и оперативную управляемость процесса деления сырья с металлическими включениями в прямой зависимости от его физико-механических свойств и гранулометрического состава. Решение задачи обогащения сырья с металлическими включениями с помощью заявляемого устройства обеспечивает реализацию технологических схем, которые предусматривают цикличную или непрерывную переработку сырья, позволяет получить высокие технико-экономические показатели процесса обогащения и высокую производительность. Поставленная задача решается за счет того, что устройство для обогащения сырья с металлическими включениями содержит корпус с расположенным внутри него дробящим элементом, загрузочное и разгрузочное отверстия. В соответствии с изобретением корпус имеет цилиндрическую форму и установлен вертикально, при этом в донной части корпуса размещен дробящий элемент, выполненный в виде ротора с радиально установленными лопатками, верхняя образующая которых выполнена под углом 1535 относительно горизонтальной плоскости, а верхняя часть корпуса - крышка выполнена в виде полого усеченного конуса с боковой образующей, выполненной под углом 25-45, при этом образующая верхнего отверстия усеченного конуса соединена с соосным корпусу воздухоподающим патрубком, внутри которого коаксиально расположен загрузочный патрубок, нижний торец которого расположен над центральной частью ротора на расстоянии равным не менее величины внутреннего диаметра загрузочного патрубка, при этом внутренняя поверхность корпуса снабжена ребристой футеровкой, механическая прочность которой превышает механическую прочность компонентов обогащаемого сырья с металлическими включениями, при этом ребра футеровки ориентированны вдоль вертикальной образующей корпуса, в боковой части которого выполнено разгрузочное отверстие, снабженное заслонкой, высота которой не менее 1/4 высоты цилиндрической части корпуса от точки пересечения верхних образующих лопаток с внутренней поверхностью корпуса, а ширина разгрузочного отверстия равна не более 1/3 длины окружности боковой поверхности корпуса. Для снижения сопротивления потоку воздуха при выходе его из корпуса и эффективного выноса мелких фракций сырья с включениями полезного компонента и без него, суммарная площадь секторного просвета между лопатками ротора может быть не менее площади просвета между воздухоподающим и загрузочным патрубками. Для снижения нагрузки на лопатки при загрузке устройства исходным сырьем, их консольная часть может быть закреплена к бандажному кольцу. Для предотвращения возможности заклинивание частиц сырья с металлическими включениями между корпусом устройства и лопатками и снижения износа вращающихся элементов, торцы консольной части лопаток могут быть выполнены под углом к горизонтальной плоскости, при этом к внутренней части корпуса закреплено защитное кольцо, угол образующей боковую поверхность которого равняется углу торцовой части лопаток. Для уменьшения износа рабочей поверхности лопаток в процессе работы устройства, образующая верхней части лопаток может быть покрыта футеровкой. Для предотвращения износа торцовых частей лопаток при их температурном расширении в процессе работы устройства, расстояние между торцовой частью лопаток и образующей боковую поверхность защитного кольца может равняться не менее 0,5 мм. Для равномерного распределения исходного сырья с металлическими включениями на поверхности, образованной вращающимися лопатками, осевая часть ротора может быть снабжена со стороны внутренней части корпуса конической насадкой. Для предупреждения выноса частиц сырья и повышения жесткости конструкции воздухоподающего и загрузочного узла устройства, в пространстве между воздухоподающим и загрузочным патрубками могут быть установлены ребра жесткости. Для равномерного распределения динамического потока воздуха в корпусе устройства, а также уменьшения выноса частиц сырья, длина воздухоподающего патрубка внутри корпуса может равняться не более 1/5 длины загрузочного патрубка от верхнего устья усеченного конуса.-2 006010 Как вариант, для реализации способа необходимо оборудование следующей комплектации. Рабочая камера цилиндрической формы, установленная вертикально. Внутри рабочей камеры в донной ее части расположены разрушающие элементы, в виде ротора с радиально установленными лопатками. Лопатки выполнены под углом относительно горизонтальной плоскости. Крышка рабочей камеры выполнена наклонной в виде полого усеченного конуса с подводами нисходящего потока исходного сырья и воздуха. В боковой части рабочей камеры выполнен разгрузочный проем. Способ обогащения сырья с металлическими включениями может быть реализован, в частности, с помощью предложенного устройства. Заявленное устройство представлено схемами, где на фиг. 1 показана вертикальная проекция устройства; на фиг. 2 - разрез по А-А; на фиг. 3 - сечение по В-В; на фиг. 4 - сечение по С-С. Устройство для обогащения сырья с металлическими включениями содержит корпус 1 цилиндрической формы, установленный вертикально. Внутри корпуса 1 у донной его части расположен дробящий элемент, выполненный в виде ротора 2 с радиально установленными лопатками 3, верхняя образующая которых выполнена под углом 15-35 относительно горизонтальной плоскости. Верхняя часть корпуса 1- крышка 4 выполнена в виде полого усеченного конуса с боковой образующей под углом 25-45. Образующая верхнего отверстия крышки 4 соединена с соосным корпусу 1 воздухоподающим патрубком 5,внутри которого коаксиально расположен загрузочный патрубок 6, нижний торец которого расположенный над центральной частью ротора 2. Внутренняя поверхность корпуса 1 снабжена ребристой футеровкой 7, ребра которой ориентированны вдоль вертикальной образующей корпуса 1. В боковой части корпуса 1 выполнено разгрузочное отверстие, снабженное заслонкой 8. Высота разгрузочного отверстия не менее 1/4 высоты цилиндрической части корпуса 1 от точки пересечения верхних образующих лопаток 3 с внутренней поверхностью корпуса 1, а ширина разгрузочного отверстия равняется не более 1/3 длины окружности боковой поверхности корпуса 1. Нижний торец загрузочного патрубка 6 расположен над центральной частью ротора 2 на расстоянии, равном не менее величины его внутреннего диаметра. Консольная часть лопаток 3 закреплена к бандажному кольцу 9. Торцы консольной части лопаток 3 выполнены под углом к горизонтальной плоскости, при этом к внутренней части корпуса 1 закреплено защитное кольцо 10, угол образующей боковую поверхность которого равняется углу торцовой части лопаток 3, при этом расстояние между торцовой частью лопаток 3 и образующей боковую поверхность защитного кольца 10 равняется не менее 0,5 мм. Образующая верхней части лопаток 3 покрыта защитным слоем. Осевая часть ротора 2 снабжена со стороны внутренней части корпуса 1 конической насадкой 11. В пространстве между воздухоподающим 5 и загрузочным 6 патрубками установлены ребра жесткости 12. Устройство для обогащения сырья с металлическими включениями работает следующим образом. Ротор 2 с закрепленными на нем лопатками 3 приводится в движение с помощью двигателя с заданными параметрами вращения. После этого в корпус 1 устройства по воздухоподающему патрубку 5 подается с помощью компрессорной или другой установки исходящий поток воздуха. После необходимого времени на стабилизацию скорости воздуха и, соответственно, скорости вращения ротора 2, в корпус 1 устройства по загрузочному патрубку 6 подается исходное сырье с металлическими включениями, которые представлены, в основном, фракциями разного гранулометрического состава. Частицы сырья приходят в столкновение с вращающимися лопатками 3 и подвергаются частичному дроблению. Так как верхние образующие лопаток 3 выполнены под углом относительно горизонтальной плоскости, равным 15-35, частицы сырья получают центробежное ускорение, вектор которого направлен в сторону стенки корпуса 1. После столкновения под углом со стенкой корпуса 1 частицы сырья частично направляются в верхнюю часть корпуса 1 - в его конусообразную крышку 4, выполненную под углом 2545, и, отразившись от нее, поступают в донную часть корпуса 1 для следующего цикла дробления лопатками 3, поверхностью стенки корпуса 1 и конусообразной крышкой 4. Эффективность дробления повышается за счет того, что внутренняя часть корпуса 1 и конусообразная крышка 4 покрыты ребристой футеровкой 7 высокой механической прочности, ребра которой ориентированы вдоль вертикальной образующей корпуса 1. Поверхность футеровки 7 выполняют ребристой для повышения динамического давления на частицы сырья с металлическими включениями при их столкновении со стенкой корпуса 1 и его крышкой 4. В зависимости от параметров воздушного потока, скорости движения ротора 2, физикомеханических свойств и гранулометрического состава сырья с металлическими включениями и содержащегося в ней вкрапленных частиц металла, дробленные дисперсные частицы и металлические включения, освобожденные от неметаллических компонентов проникают через секторное пространство между лопатками 3 и выносятся за границы корпуса 1. Дальнейшее деление металлических и неметаллических компонентов, осуществляется с помощью традиционного оборудования - циклонов или магнитных сепараторов. Неметаллические компоненты сырья могут быть использованы в строительной промышленности в качестве наполнителя или связующего твердеющих смесей. Металлические компоненты поступают на металлургические предприятия в качестве готового сырья или концентрата.-3 006010 Если металлические компоненты представлены частицами больших размеров, например, при переработке доменных шлаков, то по мере их освобождения от неметаллических частиц, их разгрузка осуществляется через боковое отверстие в корпусе 1 за счет использования центробежных сил, которые возникают при вращении лопаток 3. На период разгрузки больших металлических частиц прекращается подача в корпус 1 исходного сырья, открывается заслонка 8, которая перекрывает разгрузочное отверстие и металлические частицы удаляются в приемный бункер или транспортное средство для следующей переработки. После удаления металлических частиц перекрывают разгрузочное отверстие заслонкой 8 и повторяют цикл загрузки исходного сырья в корпус 1 устройства. Эффективность движения воздушного потока и, соответственно, вынос компонентов сырья с металлическими включениями зависят от местных сопротивлений, которые создают конструктивные элементы устройства. Наибольшее сопротивление потока обеспечивает вращающийся ротор 2 с лопатками 3. Поэтому снижение сопротивления воздушному потоку может быть достигнуто за счет регламентированной суммарной площади секторных пространств между лопатками 3. Проведенные исследования показали, что минимальная площадь секторных пространств между лопатками 3 должна быть не менее площади просвета между воздухо-подающим 5 и загрузочным 6 патрубками. В связи с тем, что лопатки 3 поддаются значительным динамическим нагрузкам, в особенности при загрузке кускового сырья, которое имеет большой удельный вес, консольную часть лопаток 3 закрепляют к бандажному кольцу 9, что обеспечивает жесткость конструкции в процессе эксплуатации. Наличие твердых частиц в сырье может привести к их заклиниванию между корпусом устройства и лопатками. Это приводит или к разрушению лопаток, или к их значительному износу. Для предотвращения этого, торцы консольной части лопаток выполняют под углом к горизонтальной плоскости, а к внутренней части корпуса закрепляют защитное кольцо 10, угол образующей боковую поверхность которого равняется углу торцовой части лопаток 3. При работе устройства кольцо 10 предотвращает заклинивание лопаток 3 частицами сырья и очищается лопатками 3 в процессе вращения ротора. При переработке абразивного сырья, рабочую образующую верхней части лопаток 3 покрывают защитным пластом из износоустойчивого металла - футеровкой. В процессе переработки сырья за счет сил трения происходит нагревание лопаток 3 и их возможная деформация об защитное кольцо 10, поэтому между защитным кольцом и лопатками должный быть зазор не менее 0,5 мм, большая величина которого устанавливается в зависимости от металла из которого изготовлены лопатки и допустимой величины биения ротора 2. Равномерное распределение сырья, которое поступает в устройство в больших объемах, обеспечивают установкой на роторе 2 конической насадки 11. Насадка 11 позволяет равномерно распределить сырье на лопатках 3, снизить дебаланс вращающейся системы и ее преждевременный снос. Для сохранения коаксиальности взаимного расположения загрузочного 6 и воздухоподающего 5 патрубков между ними устанавливают ребра жесткости 12. Количество ребер жесткости 12 зависит от параметров патрубков. Равномерность воздушного потока в корпусе 1 устройства зависит от высоты его подачи. Как показали исследования, максимальная величина длины воздухоподающего патрубка 5 внутри корпуса 1 должна быть не более 1/5 длины загрузочного патрубка 6 от верхнего устья усеченного конуса крышки 4. При увеличении длины воздухоподающего патрубка 5 в корпусе 1 образуются застойные зоны, которые снижают эффективность выноса мелких фракций, а значит и эффективность работы устройства в целом. Проведенные исследования и опытно-промышленные испытания показали, что выполнение верхней образующий поверхности лопаток под углом 15-35 относительно горизонтальной плоскости обеспечивает придание эффективного центробежного ускорения частицам, соударения их с футеровкой, разрушение и, соответственно, обогащение сырья с металлическими включениями. Крышка корпуса с боковым образующей, выполненной под углом 25-45, обеспечивает возможность дополнительного разрушения частиц сырья и их возвращение в зону вращающегося ротора с лопатками. Как показали исследования, распределение частиц по плоскости, образованной вращающимися лопатками, находится в прямой зависимости от высоты подачи обогащаемого материала, но минимальное расстояние должно быть таким, чтобы нижний торец загрузочного патрубка располагался над центральной частью ротора на расстоянии, равном не менее величины внутреннего диаметра загрузочного патрубка. Это предотвращает заклинивание крупногабаритных кусков и необходимость остановки технологического процесса. Габаритные размеры разгрузочного отверстия определенны, исходя из условия эффективного удаления крупногабаритных кусков металла под действием центробежных сил и сохранения жесткости корпуса устройства. Исходя из этого установлено, что для заявленной конструкции высота разгрузочного отверстия должна быть не менее 1/4 высоты цилиндрической части корпуса от точки пересечения верхних образующих лопаток с внутренней поверхностью корпуса, а ширина разгрузочного отверстия должна равняться не более 1/3 длины окружности боковой поверхности корпуса.-4 006010 Реализация заявляемого устройства позволяет повысить эффективность обогащения сырья с металлическими включениями в широком диапазоне его физико-механических параметров. В качестве исходного сырья могут применяться как руды черных и цветных металлов, так и отходы металлургического производства - доменные шлаки. Устройство обеспечивает возможность совмещения двух технологических процессов: измельчение исходного сырья и деление его на компоненты. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ обогащения сырья с металлическими включениями, который включает подачу его в пространство рабочей камеры, которая имеет донную часть и крышку, воздействие разрушающими элементами, разделение на компоненты, содержащие и не содержащие металл, отличающийся тем, что сырье с металлическими включениями одновременно с нисходящим воздушным потоком подают в рабочую камеру цилиндрической формы, воздействуют в донной ее части установленными под углом к горизонтальной плоскости вращающимися разрушающими радиальными элементами, при этом придают центробежное ускорение частицам сырья до столкновения их с боковой стенкой рабочей камеры и крышкой,которую выполняют наклонной, при этом компоненты сырья с металлическими включениями извлекают непрерывно из рабочей камеры с помощью нисходящего воздушного потока через секторное пространство между радиальными элементами и периодически - с помощью центробежных сил, в разгрузочный проем в боковой стенке рабочей камеры. 2. Устройство для обогащения сырья с металлическими включениями, содержащее корпус с расположенным внутри него дробящим элементом, загрузочное и разгрузочное отверстия, отличающееся тем,что корпус имеет цилиндрическую форму и установлен вертикально, при этом в нижней части корпуса размещен дробящий элемент, выполненный в виде ротора с радиально установленными лопатками,верхняя образующая которых выполнена под углом 15-35 относительно горизонтальной плоскости, а верхняя часть корпуса - крышка выполнена в виде полого усеченного конуса с боковой образующей, выполненной под углом 25-45, при этом образующая верхнего отверстия усеченного конуса соединена с соосным корпусу воздухоподающим патрубком, внутри которого коаксиально расположен загрузочный патрубок, нижний торец которого расположен над центральной частью ротора на расстоянии, равном не менее величины внутреннего диаметра загрузочного патрубка, при этом внутренняя поверхность корпуса и крышки снабжены ребристой футеровкой, механическая прочность которой превышает механическую прочность компонентов обогащаемого сырья с металлическими включениями, при этом ребра футеровки ориентированы вдоль вертикальной образующей корпуса, в боковой части которого выполнено разгрузочное отверстие, снабженное заслонкой, высота которой не менее 1/4 высоты цилиндрической части корпуса от точки пересечения верхних образующих лопаток с внутренней поверхностью корпуса, а ширина разгрузочного отверстия равняется не более 1/3 длины окружности боковой поверхности корпуса. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что в проекции на горизонтальную плоскость суммарная площадь секторного просвета между лопатками ротора не меньше площади просвета между воздухоподающим и загрузочным патрубками. 4. Устройство по п.2 или 3, отличающееся тем, что консольная часть лопаток закреплена к бандажному кольцу. 5. Устройство по любому из пп.2-4, отличающееся тем, что торцы консольной части лопаток выполнены под углом к горизонтальной плоскости, при этом к внутренней части корпуса закреплено защитное кольцо, угол образующей боковую поверхность которого равняется углу торцовой части лопаток. 6. Устройство по любому из пп.2-5, отличающееся тем, что образующая верхней части лопаток покрыта защитным слоем футеровки. 7. Устройство по любому из пп.2-6, отличающееся тем, что расстояние между торцовой частью лопаток и образующей боковую поверхность защитного кольца равняется не менее 0,5 мм. 8. Устройство по любому из пп.2-7, отличающееся тем, что осевая часть ротора снабжена со стороны внутренней части корпуса конической насадкой. 9. Устройство по любому из пп.2-8, отличающееся тем, что в пространстве между воздухоподающим и загрузочным патрубками установлены ребра жесткости. 10. Устройство по любому из пп.2-9, отличающееся тем, что длина воздухоподающего патрубка внутри корпуса равняется не более 1/5 длины загрузочного патрубка от верхнего устья усеченного конуса.