Способ избирательного диспергирования материалов и диспергатор для его осуществления

 

Изобретение предназначено для переработки искусственных алмазосодержащих материалов. Способ заключается в диспергировании материалов до требуемой дисперсности многократным воздействием на материал ударного усилия колебаний рабочих органов в резонансном режиме, регулировании параметров рабочих органов и последующей сепарации продукта, при этом зазоры между витками дополнительно регулируют путем изменения скорости относительного вращения рабочих органов, а диспергирование материала осуществляют в трех независимых резонансных режимах регулированием ударного усилия колебаний рабочих органов. Диспергатор содержит корпус с двумя рабочими органами, состоящими из пружин, установленных между ведущими и ведомыми фланцами, при этом рабочие органы выполнены в виде трех блоков, состоящих из трех концентричных пружин, при этом зазор между витками пружин по мере ее удаления от центра уменьшается, между корпусом и рабочими органами установлены упругие экранизирующие стержни, ведомые фланцы соединены с корпусом через механизм возбуждения, а полости в них - с трубопроводами подачи материала, в нижней части корпуса имеются отводные гнезда. Изобретение позволяет повысить качество продукции. 2 с. и 5 з. п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области механизированного обогащения твердых материалов, в том числе к области переработки искусственных алмазосодержащих материалов, например, в форме таблеток.

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).

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.

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).

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).

Недостатком данного способа и устройства является возможность разрушения кристаллов алмазов при переработке искусственных алмазосодержащих материалов и загрязнение кристаллов включениями, что затрудняет их классификацию.

Задачей изобретения является повышение качества продукции и расширение ее ассортимента при минимальных энергозатратах.

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.

В качестве активатора может быть использован газ.

В качестве газа может быть использован жидкий азот.

В качестве активатора процесса может быть использовано поверхностно-активное вещество.

В качестве поверхностно-активного вещества может быть использован сополимер метилметакрилата.

В качестве активатора процесса могут быть использованы мелющие тела различной формы, массы, твердости.

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.

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.

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.

Способ сухого избирательного измельчения материалов осуществляется следующим образом.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Контроль за качеством продукта механического обогащения обеспечивается на каждом этапе.

Формула изобретения

1. 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 - зазора между витками пружин и скорости вращения и последующей сепарации продукта, отличающийся тем, что зазоры между витками пружин дополнительно регулируют путем изменения скорости относительного вращения рабочих органов, совершающих 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, где δ_min - минимальное усилие разрыва материала, определяемое предварительно, при этом в зону диспергирования вводят активаторы процесса.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве активатора процесса используют газ.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что в качестве газа используют жидкий азот.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве активатора процесса используют поверхностно-активное вещество.

5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что в качестве поверхностно-активного вещества используют сополимер метилметакрилата.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве активатора процесса используют мелющие тела различной формы, массы и твердости.

7. 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, отличающийся тем, что 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 рабочими органами 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.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3