專利名稱：干磨固體粒子的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及干磨固體粒子的方法和裝置。
目前，干磨過程是使用裝備有內(nèi)部分選機(jī)的錘磨機(jī)、沖擊磨機(jī)、球磨機(jī)、或滾子磨機(jī)進(jìn)行的，該內(nèi)部分選機(jī)淘選出所希望的精細(xì)部分，而將粗的顆粒返回研磨腔。對于極精細(xì)和特細(xì)的研磨，可以采用帶有振動磨，沖擊互研磨或噴射磨的類似裝置。所有現(xiàn)行的磨機(jī)精磨時的效率都偏低，能量消耗太大并且磨損很大。
在通常的磨機(jī)中，通過機(jī)械沖擊來進(jìn)行固體粒子的干磨的缺點(diǎn)是，在磨的過程中所產(chǎn)生的固體粒子精細(xì)部分，會由于靜電而粘附在較大的送進(jìn)顆粒上，在接著進(jìn)行的碰撞過程中，這些較大的送進(jìn)顆粒得到緩沖，不受沖擊，因此，研磨的效率降低。
雖然，噴射磨沒有沖擊磨的靜電問題，因?yàn)閲娚淠ナ褂玫氖歉邏簹怏w，但是噴射磨需要的能量大，維修費(fèi)用昂貴，并且容量有限。
本發(fā)明的主要目的是要消除先前技術(shù)系統(tǒng)的缺點(diǎn)，并提供一種固體粒子干磨的方法和裝置，該裝置能以安全、節(jié)能高效和對環(huán)境可接受的方式，生產(chǎn)微粉化的產(chǎn)品，并且基本建設(shè)費(fèi)用和運(yùn)轉(zhuǎn)成本低。
本發(fā)明利用流體化床的可控制渦流，在低的靜壓力下對固體粒子進(jìn)行粗磨和細(xì)磨，接著利用氣體腐蝕和在高的流動壓力下，在垂直或水平渦流中剪切顆粒，而形成細(xì)的，極細(xì)的和特細(xì)的產(chǎn)品。本發(fā)明通過使顆粒混合物進(jìn)行重力分離，以限制加至精細(xì)，極細(xì)和特細(xì)研磨的粉碎區(qū)的材料顆粒的尺寸，而重力分離是利用離心排風(fēng)扇進(jìn)行的，并且包含有分類顆粒的氣流進(jìn)入上部渦流研磨區(qū)。
與通常的磨機(jī)相反，本發(fā)明通過使氣流強(qiáng)烈地上升，立即除去精細(xì)的顆粒，從而使干磨更有效。在本發(fā)明中，這是與通過一個回轉(zhuǎn)的半滲透性裝置，使尺寸過大的顆粒有效地在內(nèi)部再循環(huán)至初始的粗磨級來進(jìn)行的。
與噴射磨相反，本發(fā)明不使用壓力氣體作為粉碎能源，因此可以大大降低投資費(fèi)用、能量需要和維修費(fèi)用，并可使容量按比例增加。
本發(fā)明采用轉(zhuǎn)子在流體化床中產(chǎn)生可控制的渦流，該渦流主要通過自生沖擊和互磨來進(jìn)行研磨，另外還采用包括回轉(zhuǎn)的半滲透性裝置的渦流發(fā)生器，該發(fā)生器可產(chǎn)生垂直渦流，并主要通過氣體腐蝕進(jìn)行研磨，此外還采用旋轉(zhuǎn)圓盤，該圓盤產(chǎn)生水平渦流，并主要通過剪切進(jìn)行研磨。
本發(fā)明可以用于煤或石灰石的微粉化過程，并可以利用價格低廉的微粉化的產(chǎn)品應(yīng)用在能源的原材料，石油化工產(chǎn)品，工業(yè)和通用的加熱和電廠的環(huán)境清理，微粉化固體粒子的管道運(yùn)輸，制造建筑材料，制造新型或改進(jìn)的材料(例如承重絕緣體)，制造陶瓷和超導(dǎo)體，和在金屬生產(chǎn)及與包括貴金屬在內(nèi)的礦石準(zhǔn)備有關(guān)的冶金工業(yè)中。
這里，使用了下列一些與產(chǎn)品尺寸大小有關(guān)的定義產(chǎn)品尺寸篩目(Tyler篩目)微米(μm)粗的+270 ＞56細(xì)的270和-270≤56極細(xì)的 500和-500≤32特細(xì)的 -500至-4500 ＜32至＜5在這個使用過程中，提到了“微粉化的”固體粒子，例如，微粉化的煤和石灰石。為此目的，定義尺寸在-400目的75％(75％＜40微米(μm))范圍內(nèi)的固體粒子為“微粉化的”。
本發(fā)明繞過了與顆粒和研磨機(jī)的內(nèi)部運(yùn)動零件直接沖擊(如在沖擊磨機(jī)中)有關(guān)的價格昂貴的問題，這種直接沖擊造成這些裝置的功率消耗大，磨損過大和維修費(fèi)用昂貴。本發(fā)明利用快速運(yùn)動的空氣緩沖墊。顆粒通過自生沖擊和互磨，氣體腐蝕的剪切作用，在該快速運(yùn)動的空氣緩沖墊上研磨。本發(fā)明的研磨機(jī)構(gòu)設(shè)計成可避免固體顆粒與研磨機(jī)的內(nèi)部機(jī)構(gòu)碰撞。當(dāng)在流體化床中產(chǎn)生可控制的渦流時，本發(fā)明的轉(zhuǎn)子的作用象回轉(zhuǎn)的風(fēng)扇一樣，轉(zhuǎn)子葉片擊打氣體，而氣體則將這個沖擊的動能傳遞給在初始粗磨區(qū)作漩流運(yùn)動的顆粒上。因此，為了減小磨料礦石的尺寸，本發(fā)明可以采用鑄塑的聚氨酯或聚氨酯包覆/涂層的內(nèi)部零件，它們磨損較小。以上所述說明了本發(fā)明的研磨效率高、所需功率小，磨損小和維修成本低。
本發(fā)明為流體能量磨機(jī)，即利用氣體(例如，空氣，二氧化碳，氮或惰性氣體)作為工作流體，該氣體可傳遞加速懸浮顆粒尺寸減小所需的能量。在通常的流體能量磨機(jī)，(例如噴射磨)中，顆粒所需的速度頭由高的外部壓力產(chǎn)生，該外部壓力賦予送入的顆粒以初速。然而，由于噴射磨機(jī)的效率不高和再循環(huán)比率高，以及磨損大，在經(jīng)過一個短的路徑之后，這種速度頭就下降。相反，本發(fā)明的送進(jìn)顆粒被離心力連續(xù)地再加速，而由磨機(jī)的快速轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子組件供應(yīng)能量的空氣緩沖墊使顆粒的速度頭得以更新。本發(fā)明在低的靜壓力(15″水柱以下)下工作，但利用通過裝置內(nèi)部設(shè)計傳播的文吐里效應(yīng)，可產(chǎn)生非常高的滾動壓力。軸的速度在3000～10000轉(zhuǎn)/分(RPM)范圍內(nèi)。
本發(fā)明的研磨腔中的轉(zhuǎn)子是離心力源。顆粒的流體化床的攪動是通過轉(zhuǎn)子所產(chǎn)生的紊流空氣運(yùn)動與垂直安裝在研磨機(jī)內(nèi)壁上的流動增強(qiáng)桿一起配合來完成的。轉(zhuǎn)子葉片的設(shè)計使得可以得到加速和空氣緩沖墊的可控制紊流的最優(yōu)條件。另外，這種設(shè)計可以保證能量消耗最小和避免轉(zhuǎn)子葉片與送進(jìn)顆粒碰撞。對于細(xì)的、極細(xì)的和特細(xì)的顆粒，通過邊界層的上升可以避免碰撞。
轉(zhuǎn)子葉片和研磨機(jī)的殼體壁之間的距離決定了流體化床研磨區(qū)的寬度。通過縮短轉(zhuǎn)子臂，可使流體化床的寬度擴(kuò)大和使初始粗磨區(qū)的容量增加。
本發(fā)明是根據(jù)渦流研磨原理工作的，采用氣體作為工作流體。為了減小初始尺寸，本發(fā)明采用了流體化床的可控制的渦流，其中，離心力和渦流的攪動是由轉(zhuǎn)子組件產(chǎn)生的。流體化床由強(qiáng)烈上升的氣流支承，該強(qiáng)烈上升的氣體也可以立即除去細(xì)的顆粒。獨(dú)特的內(nèi)部再循環(huán)機(jī)構(gòu)，以很低的能量消耗，將與細(xì)的顆粒一起被上升的氣流吹出的粗的或尺寸過大的顆粒返回至初始粗磨區(qū)，以便使這些尺寸過大的顆粒與流入渦流的送進(jìn)氣流混合。本發(fā)明使用兩種通過渦流研磨進(jìn)行粉碎的新方法進(jìn)行顆粒的主要細(xì)磨和極細(xì)研磨-(ⅰ)回轉(zhuǎn)的半滲透性裝置，(ⅱ)旋轉(zhuǎn)圓盤。
在最初的研磨過程中，本發(fā)明采用在低的靜壓力下的流體化床，而其第二個研磨過程是在高的流動壓力下進(jìn)行的。在第二個研磨過程中，占所生產(chǎn)的總細(xì)顆粒的1/4～1/2的細(xì)顆粒轉(zhuǎn)化為極細(xì)的顆粒和特細(xì)的顆料。這樣，細(xì)顆粒與所產(chǎn)生的極細(xì)顆粒之比在4～2范圍內(nèi)，而其能量消耗與初始研磨過程的能量消耗相比，不會有明顯的增加。通過改變裝置的內(nèi)部設(shè)計，可以抑制第二個研磨過程。研磨系統(tǒng)可以在工作流體再循環(huán)的條件下工作，因此使系統(tǒng)對環(huán)境是安全的。除了其環(huán)境優(yōu)點(diǎn)之外，本發(fā)明的研磨系統(tǒng)工作時噪聲水平很低。
本發(fā)明所實(shí)現(xiàn)的可控制渦流可供在流體化床粗磨過程中散熱用和在初始研磨腔中嚴(yán)格控制尺寸減小的過程之用。因此，本發(fā)明克服了先前技術(shù)的缺點(diǎn)，在先前技術(shù)中，研磨機(jī)工作時沒有可控制的渦流，結(jié)果產(chǎn)生不可控制的發(fā)熱，尺寸減小的過程也不能嚴(yán)格控制，并造成產(chǎn)品不希望的改變。
使用回轉(zhuǎn)篩網(wǎng)分離固體粒子的尺寸大小是眾所周知的。離心篩子就是根據(jù)這個原理工作的，它讓較小的顆粒通過篩孔，而依靠離心力排斥被篩出的較粗的顆粒，使它們保留在篩子上，這樣來區(qū)分磨出的產(chǎn)品的尺寸。篩子的回轉(zhuǎn)速度為30～120r.p.m。假如篩子的速度增加，超過120r.p.m，則篩子的回轉(zhuǎn)篩網(wǎng)會堵塞，并且由于篩網(wǎng)的堵塞，使尺寸分離工作停止。假如在本發(fā)明的研磨系統(tǒng)中，使用帶有100目的篩網(wǎng)的篩子，當(dāng)回轉(zhuǎn)速度為1500～4500r.p.m時，篩網(wǎng)立即被細(xì)的顆粒堵死，不能工作。由初始研磨腔的流體化床的渦流研磨產(chǎn)生的，并由上升的氣流攜帶向上的固體粒子的尺寸在40～500目范圍內(nèi)。
本發(fā)明的一個目的是要使用一種回轉(zhuǎn)的半滲透性裝置，該裝置包括帶有篩目尺寸較大，在高的回轉(zhuǎn)速度下不會堵死的回轉(zhuǎn)篩網(wǎng)的組件。半滲透性裝置的一個用途是使懸浮在氣體介質(zhì)中的粗的或某些尺寸過大的顆粒產(chǎn)生再循環(huán)?？焖龠\(yùn)動的氣流使尺寸過大的顆粒作價格低廉的再循環(huán)。4～10目的快速回轉(zhuǎn)篩網(wǎng)中的隔板，對于運(yùn)動速度較慢的顆粒使用如同一個統(tǒng)計學(xué)上的壁壘?；剞D(zhuǎn)半滲透性裝置不能與離心篩子一樣，辨認(rèn)出顆粒尺寸的差別，而帶有4目篩網(wǎng)的回轉(zhuǎn)篩子不能阻擋住40目的顆粒。回轉(zhuǎn)半滲透性裝置只能辨認(rèn)出顆粒速度的差別。從流體化床研磨區(qū)的被攜帶向上的顆粒，根據(jù)其粘性阻力(Stokes drag)的不同，可以在層流氣流中獲得一定速度，并且較大顆粒的速度比較小顆粒的速度小。另外，運(yùn)動速度較慢的顆粒更有可能擊打包含在回轉(zhuǎn)半滲透性裝置組件中的篩目較大的快速回轉(zhuǎn)篩網(wǎng)的隔板，并被篩網(wǎng)阻擋而落回至初始粗磨區(qū)。這樣，回轉(zhuǎn)篩網(wǎng)的速度與在氣流中上升的上升顆粒的速度之比決定了什么顆粒會被篩目較大的快速回轉(zhuǎn)篩網(wǎng)的隔板所阻擋。改變篩網(wǎng)的速度，可以控制通過快速回轉(zhuǎn)篩網(wǎng)的顆粒的尺寸。這說明，在本發(fā)明中，顆粒尺寸與回轉(zhuǎn)篩網(wǎng)的篩目尺寸沒有關(guān)系。根據(jù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動的篩網(wǎng)和向上運(yùn)動的顆粒的上述速度比值的不同，回轉(zhuǎn)半滲透性裝置可以阻擋60～150目的顆粒。另外，顆粒的速度又決定于上升氣流的速度和決定其粘性阻力(Stokes drag)的顆粒尺寸的大小。
上述由于顆粒的不同速度，使得顆粒通過具有篩目尺寸較大的快速回轉(zhuǎn)篩網(wǎng)的系統(tǒng)的“統(tǒng)計學(xué)排斥”現(xiàn)像只局限于含有懸浮在快速運(yùn)動氣流中的固體粒子的系統(tǒng)。該現(xiàn)像構(gòu)成了粗的或尺寸過大的顆粒，在內(nèi)部再循環(huán)至本發(fā)明的初始研磨區(qū)的基礎(chǔ)。上述現(xiàn)像不會在稠密的介質(zhì)，例如像水一類的液體中發(fā)生。本發(fā)明的半滲透性裝置，當(dāng)回轉(zhuǎn)速度在1500～10000r.p.m范圍內(nèi)可以有效地工作，最好是在3000～4500r.p.m范圍內(nèi)。本發(fā)明的半滲透性裝置克服了先前技術(shù)篩網(wǎng)所遇到的困難，該篩網(wǎng)在高速回轉(zhuǎn)時被堵死，而不能工作。
一旦離開了初始粗磨腔，顆粒的尺寸將在150～500目或更小的范圍內(nèi)，這種較小的顆粒尺寸的阻力將迅速減小。因此，對于在初始粗磨腔外面的較小的顆粒尺寸，回轉(zhuǎn)半滲透性裝置的速度區(qū)分可以忽略不計。
在初始粗磨區(qū)外面的半滲透性裝置的另一個用途是通過產(chǎn)生垂直方向的渦流來研磨細(xì)的固體粒子。這可以做到低成本的極細(xì)和特細(xì)研磨。通過回轉(zhuǎn)半滲透性裝置的高速氣體被篩目較大的篩網(wǎng)的隔板分裂為多個氣體束，這些氣體束被篩網(wǎng)快速回轉(zhuǎn)的動量所扭轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生垂直的螺旋渦流。在垂直渦流中，顆粒由氣體腐蝕所粉碎。粉碎的有效性決定于在渦流研磨區(qū)中的氣體速度和半滲透性裝置的回轉(zhuǎn)速度。渦流研磨區(qū)中的氣體速度決定了顆粒在渦流中的停留時間，而半滲透性裝置的回轉(zhuǎn)速度則決定了影響構(gòu)成渦流的氣體束的紊流動量。
在初始粗磨腔外面，該回轉(zhuǎn)的半滲透性裝置的唯一作用是一個有效的渦流產(chǎn)生器。在本發(fā)明中，渦流產(chǎn)生器獨(dú)特地放置在分類腔中，在該分類腔中，向上氣流中的較粗的顆粒的重力分離由離心排風(fēng)扇進(jìn)行。保留在向上氣流中的區(qū)分出的顆粒受到半滲透性裝置產(chǎn)生的渦流研磨。通過在多個級中(每一級包括重力分離和渦流研磨)重復(fù)這個過程，可將細(xì)的顆粒尺寸減小至特細(xì)的尺寸。利用回轉(zhuǎn)篩網(wǎng)產(chǎn)生的氣體渦流，將細(xì)的顆粒磨成極細(xì)和特細(xì)的產(chǎn)品是意想不到的，它所用的功率很低。篩網(wǎng)由鋼制成較好，其篩目尺寸在2.5～60范圍內(nèi)，最好在4～10范圍內(nèi)?；剞D(zhuǎn)篩網(wǎng)的最優(yōu)篩目尺寸和回轉(zhuǎn)速度必需通過實(shí)驗(yàn)選擇。由回轉(zhuǎn)的半滲透性裝置產(chǎn)生渦流只限于氣體介質(zhì)。在稠密的介質(zhì)(例如水一類的液體)中，由回轉(zhuǎn)篩網(wǎng)產(chǎn)生的渦流被局限在一定的區(qū)域內(nèi)，并通過摩擦被消滅。
回轉(zhuǎn)半滲透性裝置的另一個用途是有效地從高速、高溫的壓力氣流中消除固體粒子，并使壓力損失和溫度降低可以忽略不計。用于這種應(yīng)用場合的半滲透性裝置具有篩目尺寸在2.5～60范圍內(nèi)，最好在4～10范圍內(nèi)的回轉(zhuǎn)篩網(wǎng)，該半滲透性裝置由適合于它所處的溫度和回轉(zhuǎn)速度的金屬或合金(例如，鎢或鋼)制成。為了使該回轉(zhuǎn)的半滲透性裝置能有效地阻擋懸浮的固體顆粒，必需決定回轉(zhuǎn)篩網(wǎng)的速度與壓力氣流速度之比，在該比值下，懸浮的固體顆粒可以產(chǎn)生適當(dāng)?shù)乃俣炔?。利用離心排風(fēng)扇進(jìn)行重力分離，接著使氣流通過回轉(zhuǎn)的半滲透性裝置，可以進(jìn)一步清理氣流。
本發(fā)明的另一個目的是要利用由靜止的圓孔和放在這種小孔中的回轉(zhuǎn)圓盤形成的環(huán)形間隙，通過由該回轉(zhuǎn)圓盤產(chǎn)生的水平方向的渦流，在該環(huán)形間隙中進(jìn)行細(xì)的固體粒子的研磨。環(huán)形間隙的寬度為0.5～6英寸，最好為大約3英寸，其高度為0.5～6英寸。環(huán)形間隙中的粉碎效果決定于微細(xì)顆粒在其中的停留時間和剪切力大小。因此，環(huán)形間隙的效果將由上升氣流的速度和回轉(zhuǎn)圓盤的速度決定。使用很小的功率就可以通過環(huán)形間隙使顆粒尺寸減小。
在用于控制進(jìn)入粉碎區(qū)的顆粒尺寸的回轉(zhuǎn)圓盤廣為人知的應(yīng)用情況中，環(huán)形間隙(用于細(xì)和極細(xì)的研磨應(yīng)用場合)的寬度應(yīng)在0.125～0.20英寸范圍內(nèi)。當(dāng)采用這樣小的環(huán)形間隙寬度時，用于通過剪切達(dá)到減小顆粒尺寸的渦流不可能產(chǎn)生，并且所用的功率過大。因此，在本發(fā)明中，獨(dú)特地將由環(huán)形間隙構(gòu)成的渦流產(chǎn)生器放在分類腔中，從該環(huán)形間隙的水平渦流中出來的尺寸減小的顆粒，在該分類腔中由離心排風(fēng)扇產(chǎn)生的重力區(qū)域內(nèi)，進(jìn)行尺寸分離。
為了進(jìn)行顆粒的極細(xì)和特細(xì)研磨，本發(fā)明采用了包括回轉(zhuǎn)的半滲透性裝置和放置在分類腔內(nèi)的環(huán)形間隙的渦流產(chǎn)生器，這樣，這個第二次研磨可在低的功率消耗和低的維修成本下實(shí)現(xiàn)。
這樣，本發(fā)明克服了先前技術(shù)的缺點(diǎn)。在先前技術(shù)中，為了進(jìn)行極細(xì)和特細(xì)的研磨。采用了沖擊互廉式磨機(jī)，而極細(xì)和特細(xì)研磨是在初始研磨腔中，通過在轉(zhuǎn)子和磨機(jī)殼體壁之間的狹窄空間中的不可控制的渦流和通過葉片內(nèi)和平板內(nèi)產(chǎn)生的渦流(在某些情況下，這種渦流的產(chǎn)生受到超聲波產(chǎn)生的加強(qiáng))來完成的。先前技術(shù)的所有這些渦流和聲波的強(qiáng)化作用說明過程的細(xì)磨效率低，所需功率大和維修成本高。
本發(fā)明還有一個目的是利用自生研磨劑和/或裝置，就地使用有機(jī)或無機(jī)化學(xué)試劑對所述新磨出的固體顆粒的反應(yīng)表面進(jìn)行改造，該自生研磨劑和/或裝置可對懸浮在氣體狀工作流體中的固體粒子進(jìn)行剪切或氣體腐蝕。新磨表面的反應(yīng)性和利用化學(xué)試劑對表面進(jìn)行改造是得到公認(rèn)的，但在先前技術(shù)研磨系統(tǒng)(例如，沖擊互磨式磨機(jī)或噴射磨機(jī))中的改造過程是以不可控制的方式進(jìn)行的。這樣，由于過量使用試劑和因此而對最終產(chǎn)品的性質(zhì)控制所加的限制，使得表面改造過程的經(jīng)濟(jì)效益不佳。在本發(fā)明的研磨系統(tǒng)中，可以嚴(yán)格控制通過在環(huán)形間隙中的剪切形成新鮮表面，并且可以實(shí)現(xiàn)所希望的部分表面改造，同時化學(xué)試劑的使用比較經(jīng)濟(jì)，可以得到具有理想的表面性質(zhì)的改造產(chǎn)品。
本發(fā)明還有一個目的是使用渦流產(chǎn)生器來以低的功率消耗進(jìn)行固體粒子的極細(xì)和特細(xì)研磨。該渦流產(chǎn)生器包括回轉(zhuǎn)的半滲透性裝置和環(huán)形間隙的組合，而該回轉(zhuǎn)半滲透性裝置由含有回轉(zhuǎn)篩網(wǎng)的組件構(gòu)成，該環(huán)形間隙則由靜止圓孔中的回轉(zhuǎn)圓盤形成。在本發(fā)明中，這種渦流產(chǎn)生器的組合在分類腔內(nèi)使用，其中，當(dāng)使帶有理想的較小尺寸的顆粒的清理過的氣流進(jìn)入由回轉(zhuǎn)的半滲透性裝置產(chǎn)生的垂直渦流區(qū)之前，由離心排風(fēng)扇進(jìn)行的重力分離可以將從環(huán)形間隙的水平渦流中出來的顆粒尺寸區(qū)分開來。在垂直的一堆分類腔中，重復(fù)使用這種組合可以生產(chǎn)出特細(xì)的產(chǎn)品。在給定分類腔中清除出來的尺寸過大的顆粒又從外部再循環(huán)至該垂直一堆的先前的分類腔中，以便通過渦流研磨進(jìn)一步減小顆粒的尺寸。
本發(fā)明還有一個目的是使用由帶有轉(zhuǎn)子的腔構(gòu)成的研磨系統(tǒng)，在流體化床的研磨區(qū)的可控制渦流中，進(jìn)行固體粒子的初始粗磨和細(xì)磨，同時有一個另外的研磨區(qū)可供利用渦流產(chǎn)生器對所述固體粒子進(jìn)行極細(xì)和特細(xì)研磨。該渦流產(chǎn)生器包括回轉(zhuǎn)的半滲透性裝置和所述的環(huán)形間隙，其中設(shè)置有一個分離動力驅(qū)動裝置，可以很低的功率消耗，使篩網(wǎng)和圓盤作非?？焖俚幕剞D(zhuǎn)。帶有分離驅(qū)動裝置的篩網(wǎng)的轉(zhuǎn)速可以大于10000r.p.m而轉(zhuǎn)子組件的轉(zhuǎn)速則小于3200r.p.m，同時系統(tǒng)仍舊保留功耗消耗小，磨損小的特性。為了在初始粗磨腔內(nèi)完成內(nèi)部再循環(huán)功能，該回轉(zhuǎn)半滲透性裝置的轉(zhuǎn)速必需小于4500r.p.m。該內(nèi)部再循環(huán)功能包括利用顆粒在上升氣流中不同的單獨(dú)速度來區(qū)分顆粒。
本發(fā)明的另一個目的是建造一個系統(tǒng)，其中轉(zhuǎn)子組件用橡膠，聚氨酯或其他塑料覆蓋，或者該轉(zhuǎn)子組件由利用這些材料鑄塑各種零件而制成。另一種可供選擇的方案是，轉(zhuǎn)子組件可以涂上一層陶瓷(例如，碳化鉻，碳化鎢)或氧化鋁。
本發(fā)明還有一個目的是建造一個系統(tǒng)，其中，系統(tǒng)的壁面，回轉(zhuǎn)篩網(wǎng)和圓盤都涂敷一層橡膠、聚氨酯，其他塑料，陶瓷或氧化鋁。
根據(jù)本發(fā)明，本發(fā)明的這些和其他一些目的和優(yōu)點(diǎn)是利用一種干磨固體粒子的方法達(dá)到的。該方法包括下述步驟將微細(xì)的固體顆粒一般為向上地導(dǎo)入渦流研磨區(qū)；使一部分顆粒通過渦流研磨區(qū)，利用放置在渦流研磨區(qū)中的渦流產(chǎn)生器，研磨向上導(dǎo)入的微細(xì)固體顆粒。該渦流研磨區(qū)包括至少一個依次垂直放置的研磨級，該研磨級包括使顆粒向上通過至少一個回轉(zhuǎn)半滲透性裝置，和由帶有圓孔的靜止平板與在該圓孔中的一個回轉(zhuǎn)圓盤所形成的環(huán)形間隙。
使顆粒向上通過所述回轉(zhuǎn)的半滲透性裝置的步驟包括使顆粒通過一個快速回轉(zhuǎn)的篩網(wǎng)。篩網(wǎng)的篩目不能比2.5目更粗，其篩目尺寸在2.5～60范圍內(nèi)是較好的，最好在4～10范圍內(nèi)，其轉(zhuǎn)速在1500～10000r.p.m范圍內(nèi)，最好是在3000～4500r.p.m范圍內(nèi)。
使顆粒通過環(huán)形間隙的步驟包括使顆粒通過寬度為0.5～6英寸，最好為大約3英寸，高度為0.5～6英寸的環(huán)形間隙。
最好，每一級包括使顆粒通過回轉(zhuǎn)的半滲透性裝置，而此后再通過環(huán)形間隙。為了區(qū)分從環(huán)形間隙出來的顆粒尺寸，離心排風(fēng)扇對帶有懸浮顆?；旌衔锏南蛏蠚饬鬟M(jìn)行重力分離，并且，帶有分類尺寸的顆粒的向上氣流可以進(jìn)入回轉(zhuǎn)半滲透性裝置的垂直渦流研磨區(qū)中。
在初始粗磨腔中，為了防止一部分尺寸過大的顆粒通過該腔，研磨過程還包括使所述半滲透性裝置以足夠大的速度回轉(zhuǎn)而在內(nèi)部進(jìn)行再循環(huán)。研磨過程還包括使位于回轉(zhuǎn)的半滲透性裝置下游的離心排風(fēng)扇轉(zhuǎn)動，而在外部進(jìn)行再循環(huán)和提供一個再循環(huán)通道。該再循環(huán)通道可以接收從回轉(zhuǎn)風(fēng)扇送出的顆粒，并且在至少一個渦流研磨級下面，具有出口。
該方法還包括清除渦流研磨區(qū)上面的顆粒的步驟。該清除步驟又包括使位于至少一個渦流研磨級下游的至少一個離心排風(fēng)扇轉(zhuǎn)動。
在一個實(shí)施例中，該方法還包括在將細(xì)的顆粒導(dǎo)入含有渦流產(chǎn)生器的研磨區(qū)之前，將粗顆粒初始研磨成細(xì)顆粒的步驟。該初始研磨的步驟包括將固體粒子送入腔中；通過將空氣向上導(dǎo)入該腔中，以在該腔中形成固體粒子的流體化床和在該流體化床中產(chǎn)生可控制的渦流，以便進(jìn)行自生研磨。外部再循環(huán)步驟包括在外部，使顆粒再循環(huán)至流體化床中。
該方法可以有多個包含渦流產(chǎn)生器的研磨級，并可使尺寸過大的顆粒外部再循環(huán)至前一級。分離和清除步驟最好包括在二個垂直放置的清除級中的清除工作，以便分離和清除尺寸依次較小的顆粒。
在另一個實(shí)施例中，初始粗磨的步驟包括利用轉(zhuǎn)子產(chǎn)生可控制的渦流。
包括回轉(zhuǎn)的半滲透性裝置和旋轉(zhuǎn)圓盤的渦流產(chǎn)生器可在一公共軸上回轉(zhuǎn)。
研磨步驟可在惰性氣體氛圍中，在有化學(xué)試劑的情況下進(jìn)行，以便對固體顆粒進(jìn)行可控制的表面改造。
本發(fā)明還涉及一種干磨固體粒子的裝置，該裝置包括形成含有渦流產(chǎn)生器的渦流研磨區(qū)的裝置和將細(xì)的固體顆粒向上導(dǎo)入渦流研磨區(qū)的裝置。該渦流產(chǎn)生器包括至少一個依次垂直放置的，用于研磨細(xì)的固體顆粒的渦流研磨級。所述至少一個渦流研磨級包括含有至少一個回轉(zhuǎn)半滲透性裝置和形成環(huán)形間隙的裝置的渦流產(chǎn)生器。該環(huán)形間隙包括帶有圓孔的靜止平板和在圓孔中的回轉(zhuǎn)圓盤。并且，該回轉(zhuǎn)半滲透性裝置和環(huán)形間隙的形狀可使一部分向上送入的、尺寸較小的顆粒從其中通過，同時具有一個供從環(huán)形間隙的水平渦流區(qū)出來的產(chǎn)品用的顆粒尺寸分離器。尺寸過大的顆粒由離心排風(fēng)扇，按重力進(jìn)行分離。
回轉(zhuǎn)半滲透性裝置最好包括一個不比2.5目更粗，其篩目尺寸在2.5～60范圍內(nèi)較好，最好在4～10范圍內(nèi)的回轉(zhuǎn)篩網(wǎng)。環(huán)形間隙的寬度為0.5～6英寸，最好大約為3英寸，其高度為0.5～6英寸。這兩個渦流產(chǎn)生器均用于在向上氣流中，有效地研磨細(xì)的顆粒，將這些顆粒磨小至極細(xì)和特細(xì)尺寸的產(chǎn)品。
在一個實(shí)施例中，每一級包括回轉(zhuǎn)的半滲透性裝置和形成環(huán)形間隙的裝置。該形成環(huán)形間隙的裝置在回轉(zhuǎn)半滲透性裝置的下游，并具有一個包括離心排風(fēng)扇的，用于向上氣流中的尺寸過大的顆粒的重力分離器。
在另一個實(shí)施例中，該裝置還包括一上使粗顆粒在初始研磨腔中作內(nèi)部再循環(huán)的裝置。這個內(nèi)部再循環(huán)裝置又包括以足夠大的速度使所述半滲透性裝置回轉(zhuǎn)，以防止一部分在向上氣流中速度較低的顆粒通過它的裝置。該裝置還包括一個用于外部再循環(huán)的裝置。該外部再循環(huán)裝置又包括在初始粗磨腔中，位于回轉(zhuǎn)的半滲透性裝置下游的回轉(zhuǎn)離心排風(fēng)扇和一個再循環(huán)通道。該再循環(huán)通道可以接收從回轉(zhuǎn)排風(fēng)扇出來的顆粒，并在至少一個渦流研磨級的下面有出口。
該裝置還有一個用于清除有初始粗磨區(qū)上面的顆粒的裝置。在一個實(shí)施例中，該清除裝置包括使至少一個位于至少一個研磨級下游的離心風(fēng)扇轉(zhuǎn)動的裝置。
在又一個實(shí)施例中，該裝置還包括一個用于在將粗顆粒送入含有渦流產(chǎn)生器的研磨區(qū)之前，將粗顆粒初磨成細(xì)顆粒的裝置。該初磨裝置最好包括一個將固體粒子送入腔中的裝置和一個在該腔中形成固體粒子的流體化床的裝置。(該流體化床裝置又包括將空氣向上送入該腔中的裝置)和在流體化床中產(chǎn)生可控制的渦流，以進(jìn)行自生研磨的裝置。該外部再循環(huán)包括使顆粒在外部循環(huán)進(jìn)入流體化床的裝置。
在另一個實(shí)施例中，該裝置包括多個研磨級，每一級包括渦流產(chǎn)生器和重力分離及使尺寸過大的顆粒在外部再循環(huán)至前一級的裝置。
該清除裝置最好包括在兩個垂直放置的清除級中進(jìn)行清除的裝置。用以分離和清除尺寸依次較小的顆粒。該初磨裝置最好包括用以產(chǎn)生可控制渦流的轉(zhuǎn)子。
包括回轉(zhuǎn)的半滲透性裝置和回轉(zhuǎn)圓盤的渦流產(chǎn)生器最好在一個公共軸上回轉(zhuǎn)。
在本發(fā)明的另一個實(shí)施例中，用于干磨固體粒子的方法和裝置包括一個將固體粒子送入腔中的裝置，一個通過將空氣向上通入腔中，而在該腔形成固體粒子的流體化床的裝置和在流體化床中產(chǎn)生可控制的渦流，以進(jìn)行自生研磨的裝置。這個實(shí)施例最好還包括用于分離和清除流體化床上面的顆粒的裝置和將清除掉的顆粒再循環(huán)至流體化床中的裝置。
顆粒的清除最好包括使位于流體化床下游的至少一個離心排風(fēng)扇回轉(zhuǎn)。而再循環(huán)最好包括使位于流體化應(yīng)下游的離心排風(fēng)扇回轉(zhuǎn)和提供一個再循環(huán)通道。該再循環(huán)通道可以接收從轉(zhuǎn)動的排風(fēng)扇出來的顆粒，并具有一個進(jìn)入流體化床的出口。顆?？梢栽趦蓚€垂直放置的清除級中被清除，以便分離和清除尺寸依次較小的顆粒。
控制渦流的產(chǎn)生最好包括轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)，而研磨則可以在惰性氣體的氛圍中，在有化學(xué)試劑參與的情況下進(jìn)行，以便對固體顆粒表面進(jìn)行可控制的改造。
本發(fā)明的另一個實(shí)施例涉及清除氣流中的粒子的方法和裝置。它包括使至少一個回轉(zhuǎn)的半滲透性裝置轉(zhuǎn)動，使帶有固體顆粒的至少一股氣流通過至少一個回轉(zhuǎn)的半滲透性裝置和清除沒有通過該至少一個回轉(zhuǎn)的半滲透性裝置的顆粒及清除通過位于該回轉(zhuǎn)的半滲透性裝置下游的回轉(zhuǎn)排風(fēng)扇的顆粒。
該至少一個回轉(zhuǎn)的半滲透性裝置最好包括一個帶有回轉(zhuǎn)篩網(wǎng)的組件，該篩網(wǎng)的篩目最好不要比2.5目更粗，篩目尺寸在2.5～60范圍內(nèi)較好，最好在4～10范圍內(nèi)。
本發(fā)明的這些和其他一些目的和優(yōu)點(diǎn)從下面結(jié)合附圖進(jìn)行的詳細(xì)說明中將會清楚，其中


圖1為實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的方法的按照本發(fā)明的裝置的原理圖；圖2為
圖1所示的流體能量磨機(jī)的示意性橫截面圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明的流體能量磨機(jī)改良裝置的示意性橫截面圖；圖4為根據(jù)本發(fā)明的改良的流量能量特細(xì)磨機(jī)的示意性橫截面圖；圖5A和5B為圖2所示的離心氣流上升風(fēng)扇的頂視圖和截面圖；圖6A和6B為用于圖2中的兩個不同的同軸轉(zhuǎn)子的頂視圖；圖7A和7B為圖2所示的回轉(zhuǎn)半滲透性裝置的頂視圖和正視圖；圖8A和8B為圖2所示的旋轉(zhuǎn)圓盤的頂視圖和正視圖；圖9A和9B為圖2所示的回轉(zhuǎn)平板的頂視圖和正視圖；
圖10為圖2的磨機(jī)中內(nèi)軸承組件的頂視圖；
圖11為圖2的磨機(jī)中流動增強(qiáng)桿的頂視圖。
圖1為根據(jù)本發(fā)明的裝置和用于實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的方法的裝置的原理圖。
如
圖1所示，研磨部件10包括一個腔形的下部粗磨和細(xì)磨區(qū)11，固體材料通過送料輸入口14送入該區(qū)中，而氣體(例如空氣)則從底部的輸入口15送入該區(qū)中。利用氣流將顆粒從下部區(qū)11送至中間研磨區(qū)12，作進(jìn)一步研磨。中間區(qū)12帶有兩個再循環(huán)通道18,19，用于使尺寸過大的顆粒再循環(huán)回至下部區(qū)11中。利用氣流，將在中間區(qū)12中磨過的顆粒送入上部分離區(qū)13中。上部區(qū)13的作用是分離出最終產(chǎn)品(例如，特細(xì)的顆粒)，該最終產(chǎn)品再通過管路16輸出至旋流器30中，將極細(xì)的產(chǎn)品隔離出來。細(xì)的顆粒從上部區(qū)13，通道管道17送至旋流器20，用以隔離出細(xì)的產(chǎn)品。
旋流器20將再循環(huán)用的氣體，通過管路23送入下部區(qū)11的底部，并通過管路24，將顆粒輸送至細(xì)顆粒產(chǎn)品鼓輪21上。旋流器30將氣體，通過管路22再循環(huán)至下部區(qū)11的底部中。極細(xì)的顆粒通過管路33，送入產(chǎn)品鼓輪31中。另一個可供選擇的方案是，旋流器30可將部分或全部載體氣體通過管道40送至收集器的集塵室。
圖2更詳細(xì)地表示
圖1的研磨部件10。如圖所示，研磨部件使用了內(nèi)部軸51，它由電機(jī)52驅(qū)動，并安裝在軸承53中，該軸用于使研磨部件的所有內(nèi)部零件54～68轉(zhuǎn)動。為了使回轉(zhuǎn)軸穩(wěn)定，不受振動的影響，沒有一個或幾個內(nèi)部軸承，如
圖10所示。這些軸承75通過鋼制的輻條76固定在磨機(jī)的外壁上。為了在超過4000r.p.m的速度下工作，可以使用空心軸，以防止軸的抖動。該裝置可以使用分離的軸進(jìn)行工作，這時，在含有轉(zhuǎn)子的區(qū)域11中，軸以較低的速度工作，而其他的回轉(zhuǎn)零件則以較高的軸的轉(zhuǎn)速工作。
下部區(qū)11包括回轉(zhuǎn)平板54，它安放在內(nèi)部氣流上升風(fēng)扇55的下面。平板54保護(hù)風(fēng)扇，免受通過輸入口22和23進(jìn)入的再循環(huán)氣流引起的紊流的影響，風(fēng)扇55的作用是在整個研磨部件中，提供上升的空氣流。
氣流上升風(fēng)扇55更詳細(xì)地表示在圖5A和5B中。如圖5A和5B所示，風(fēng)扇包括一個輪轂部分55A和多個葉片55B。每一個葉片在輪轂的上面和下面，交替地扭轉(zhuǎn)一個大約15°的角度。這樣，當(dāng)風(fēng)扇轉(zhuǎn)動時，可以產(chǎn)生上升的作用。
在風(fēng)扇55上面有四排橫向交錯排列的同軸的成對轉(zhuǎn)子56～59。轉(zhuǎn)子最好是平板臂式圓桿臂形的轉(zhuǎn)子，它們用鍵固定在軸上，并且在每一個末端有一個同軸的轉(zhuǎn)子葉片。轉(zhuǎn)子葉片更詳細(xì)地表示在圖6A和6B中。
圖6A表示具有平板561的平板臂式轉(zhuǎn)子，在臂的末端有轉(zhuǎn)子葉片562和563。轉(zhuǎn)子葉片放置成與平板561的水平面呈大約70°的扭轉(zhuǎn)角。在圖6B中表示了一種圓臂式的轉(zhuǎn)子，它包括圓形臂564和在該臂末端，并與臂564成大約70°的扭轉(zhuǎn)角放置的轉(zhuǎn)子葉片565和566。
風(fēng)扇55產(chǎn)生圓周空氣簾，該空氣簾受到固定在流動增強(qiáng)桿77的下端的裙板(沒有示出)的輔助，而該流動增強(qiáng)桿77則固定在壁面78上，如
圖11所示。壁78可用橡膠或聚氨酯襯片覆蓋，每一個流動增強(qiáng)桿77最好隔開3″至7″，沿著該壁固定在壁78上。轉(zhuǎn)子葉片攪動由風(fēng)扇55產(chǎn)生的流體化床。轉(zhuǎn)子葉片對于水平面可以有不同的扭曲角或扭轉(zhuǎn)角，不同的傾角(即時垂直平面傾斜)，或相對于轉(zhuǎn)子臂可以有一定的擺動角度。另外，轉(zhuǎn)子還可以有偏轉(zhuǎn)器(沒有示出)以增加渦流的紊流或通過使空氣流偏轉(zhuǎn)，而加大研磨區(qū)。
在轉(zhuǎn)子59上面，在中間區(qū)12的開始處放置著回轉(zhuǎn)半滲透性裝置60，它的作用是促使粗的或尺寸過大的顆粒在內(nèi)部再循環(huán)至初始研磨區(qū)11，以及通過在中間區(qū)12內(nèi)上部的垂直渦流對顆粒的作用，促進(jìn)附加的細(xì)磨和極細(xì)磨?；剞D(zhuǎn)的半滲透性裝置60的結(jié)構(gòu)示于圖7A和7B中。
如圖7A,7B所示，回轉(zhuǎn)半滲透性裝置60具有包括輪轂60B的框架60A，輪轂60B用鍵固定在軸51上。篩網(wǎng)60C在支承平板60A的下部。篩網(wǎng)的篩目可在2.5～60范圍內(nèi)，最好為4～10。最好，篩網(wǎng)由鋼制成。在篩網(wǎng)下面為偏轉(zhuǎn)器60D，它可防止顆粒通過篩網(wǎng)60C的中心。根據(jù)所希望的物料通過量的數(shù)量和細(xì)度的不同，偏轉(zhuǎn)器圓盤的直徑可在4″～10″之間變化。
然后，通過回轉(zhuǎn)半滲透性裝置60的顆粒必需通過靜止平板70和放置在靜止平板70的孔70A中的旋轉(zhuǎn)圓盤61之間的環(huán)形間隙70B。圖8A和8B更詳細(xì)地表示在靜止平板的中心孔中的，形成環(huán)形間隙70B的旋轉(zhuǎn)圓盤的位置。環(huán)形間隙70B的寬度為0.5″～6″，最好為大約3″，其高度為0.5～6英寸。裝置60和平板70之間的距離最好大于2″。旋轉(zhuǎn)圓盤61和靜止平板70最好在同一平面上，但是圓盤平面可以在平板平面上面或下面最多達(dá)大約1″。旋轉(zhuǎn)圓盤和靜止平板最好由鋼制成。
中間區(qū)12包括離心排風(fēng)扇62，其作用是將通過回轉(zhuǎn)半滲透性裝置60和旋轉(zhuǎn)圓盤61與靜止平板70之間的環(huán)形間隙70B的粗的或尺寸過大的顆粒排出。這些粗的或尺寸過大的顆粒，通過通道18和19再循環(huán)至初始研磨區(qū)11。
在風(fēng)扇62之上放置著回轉(zhuǎn)半滲透性裝置63，它的結(jié)構(gòu)與回轉(zhuǎn)半滲透性裝置60相同。已經(jīng)達(dá)到小尺寸的顆粒不再被回轉(zhuǎn)半滲透性裝置63排斥作再循環(huán)，該裝置63上起產(chǎn)生渦流的作用。在裝置63之上是靜止平板71，它具有放置在孔71A中，并形成環(huán)形間隙71B的旋轉(zhuǎn)圓盤64。這些零件的結(jié)構(gòu)與靜止平板70和旋轉(zhuǎn)圓盤61的結(jié)構(gòu)相同。在旋轉(zhuǎn)圓盤64之上放置著離心排風(fēng)扇65，它將細(xì)的顆粒通過出口17排出。在排出風(fēng)扇65之上放置著回轉(zhuǎn)平板66，它的結(jié)構(gòu)與回轉(zhuǎn)平板54相同，更詳細(xì)地表示在圖9A和9B中。如圖9A和9B所示，回轉(zhuǎn)平板66具有輪轂661，它用鍵與軸51固定，可以與軸51一起轉(zhuǎn)動。平板66的作用是消除區(qū)域13內(nèi)向上的紊流，并輔助由離心排風(fēng)扇65和66，通過接收器出口17和16進(jìn)行的顆粒尺寸分離。當(dāng)細(xì)的或極細(xì)的顆粒尺寸要求更嚴(yán)格的分離時，可將從出口17和16輸出的顆粒送入一個淘選裝置中。
在回轉(zhuǎn)平板66之上放置著靜止平板72，它具有在中心孔72A中轉(zhuǎn)動，并形成環(huán)形間隙72B的旋轉(zhuǎn)圓盤67。這個靜止平板的結(jié)構(gòu)與上述帶有回轉(zhuǎn)圓盤的靜止平板的結(jié)構(gòu)相同。
在旋轉(zhuǎn)圓盤67之上放置著離心排風(fēng)扇68，它將極細(xì)的顆粒通過出口16排出。
下部區(qū)11可以象一個封閉的大氣系統(tǒng)一樣工作，在這種情況下，入口15和出口40封閉。假如使?jié)竦乃腿肓?，則要在入口15處連接一個快速干燥器，以便將送入料干燥至潮濕程度小于4％，同時進(jìn)行研磨。必需對在干燥過程中產(chǎn)生的蒸汽的排出作出安排，為此可在旋流器排出后，產(chǎn)生一個出口這種出口可設(shè)在入口22和23上。
圖1中的入口22和23用于輸從旋流器出來的再循環(huán)的氣體。
從入口14輸入的顆粒由轉(zhuǎn)子56～59產(chǎn)生的氣體緩沖墊的作用推進(jìn)至圓周，顆粒在圓周處形成顆粒的流體化床，并被風(fēng)扇55產(chǎn)生的氣流的連續(xù)的上升力保持懸浮狀態(tài)。
在圓形流體化床中的相互碰撞的顆粒的速度頭由轉(zhuǎn)子56～59的離心力產(chǎn)生，并通過氣體工作流體傳遞。這個速度頭隨著固定在回轉(zhuǎn)軸51上的轉(zhuǎn)子的每一轉(zhuǎn)而更新。利用回轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子葉片和通過選擇葉片的扭轉(zhuǎn)角和傾角，可以攪動和控制流體化床。被攪動的流體化床由垂直安裝在研磨裝置10的內(nèi)壁上的流動增強(qiáng)桿調(diào)節(jié)，該流動增強(qiáng)桿迫使顆粒進(jìn)入“受限制的口袋”，并且通過流動壓力的流動，對該“受限制的口袋“產(chǎn)生”文吐里泵吸”作用。
由風(fēng)扇55產(chǎn)生，并被通過轉(zhuǎn)子對56～59的交叉交錯排列產(chǎn)生的氣體工作流體的螺旋上升所需增強(qiáng)的連續(xù)向上氣簾將顆粒從圓形流體化床吹出。
就在下部區(qū)域作用在顆粒上的力而言，回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的離心力主要影響較大的顆粒，將它們推至外圓周。同時，假如上升氣流速度保持恒定時，則粘性力使這些顆粒保持懸浮在渦流區(qū)。一旦由于自生的沖擊，摩擦，剪切或腐蝕作用，顆粒尺寸減小，這些顆粒將達(dá)到離心力作用減小的尺寸范圍。這樣，這些顆粒將運(yùn)動至漩流渦流的內(nèi)部周邊。當(dāng)顆粒達(dá)到尺寸較小時，阻力將減少至上升氣流的流動動態(tài)占優(yōu)勢的數(shù)值，并將尺寸減小的顆粒向著回轉(zhuǎn)的半滲透性裝置60輸送。
回轉(zhuǎn)半滲透性裝置是借助通過“統(tǒng)計學(xué)的排斥作用”，促進(jìn)尺寸過大的顆粒的更有效的內(nèi)部再循環(huán)而起作用的。此外，回轉(zhuǎn)半滲透性裝置與通過的氣流發(fā)生干涉，將氣體束分裂和扭轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生垂直方向的渦流力，該力主要通過氣體腐蝕和剪切作用，使顆粒進(jìn)一步變細(xì)。軸轉(zhuǎn)速較高時，回轉(zhuǎn)半滲透性裝置的細(xì)磨有效性會顯著增加。
放置在靜止平板70,71,72的中心孔70A,71A和72A中的旋轉(zhuǎn)圓盤61,64和67產(chǎn)生文吐里效應(yīng)和高的流動壓力。因此，極細(xì)的研磨主要是通過作用在細(xì)顆粒上的渦流的增強(qiáng)的圓周剪切力而獲得的，對于給定的送料速率和轉(zhuǎn)子速度，作渦流運(yùn)動的流體化床存在一個顆粒群的大密度，當(dāng)懸浮顆粒粉碎時，這個最大密度能使渦流能量的作用達(dá)到最優(yōu)。在本發(fā)明中，通過內(nèi)部設(shè)計和工作變量的調(diào)節(jié)，可以得到這個最大的密度值，并且可以保持最優(yōu)的可控制的渦流作用。結(jié)果，本發(fā)明利用流體化床可控制的渦流運(yùn)動，使輸入能量通過氣體工作流體，最有效地轉(zhuǎn)化為實(shí)際粉碎送入的顆粒。
為了提高使用球磨機(jī)，滾子磨機(jī)或其他沖擊裝置，并以低成本引入增強(qiáng)的細(xì)磨和極細(xì)磨能力的現(xiàn)有的研磨系統(tǒng)的性能，可以使用圖3的流體能量改進(jìn)裝置。在這個圖中，相同的數(shù)字表示相同的零件。圖3與圖2實(shí)施例的不同之處在于下部區(qū)域主要用于作送料準(zhǔn)備，并只有二個轉(zhuǎn)子和產(chǎn)品的外部再循環(huán)是從中間研磨區(qū)，通過管道18’和19’返回至液體化床，以產(chǎn)生規(guī)定的細(xì)的或極細(xì)的最終產(chǎn)品。在圖3中，液體能量改進(jìn)裝置利用回轉(zhuǎn)的半滲透性裝置73作為渦流產(chǎn)生器，以代替圖2中的平板66。與圖2的實(shí)施例相同，流體能量改進(jìn)裝置使用回轉(zhuǎn)半滲透性裝置60來進(jìn)行初始粗磨腔中的尺寸過大的產(chǎn)品的最有效的內(nèi)部再循環(huán)，和回轉(zhuǎn)半滲透性裝置63與73和旋轉(zhuǎn)圓盤61,64和67作為增強(qiáng)的細(xì)磨和極細(xì)磨的渦流產(chǎn)生器。通過選擇插入件和磨機(jī)的內(nèi)部調(diào)節(jié)，流體能量改進(jìn)裝置的極細(xì)研磨可以受到抑制或加速。
作為一種改型，流體能量改進(jìn)裝置可以產(chǎn)生現(xiàn)有研磨系統(tǒng)的最終產(chǎn)品，和把這種產(chǎn)品用作送料材料。
圖4所示的特細(xì)的研磨改進(jìn)裝置，利用包括回轉(zhuǎn)半滲透性裝置(80,82,86,89,92和95)和旋轉(zhuǎn)圓盤(84,87,90,93,96和99)的渦流產(chǎn)生器的增強(qiáng)的細(xì)磨，極細(xì)磨和特細(xì)磨的能力，可作為一種價格低廉和高效的特細(xì)研磨機(jī)。這個裝置的有效性是由于使用了很多級，其中，利用通過離心排風(fēng)扇(81,85,88,91和94)進(jìn)行的重力分離和將排出的尺寸過大的產(chǎn)品，通過再循環(huán)通道(110A～114A和110B～114B)輸送至下面較低的一級，在每一級中實(shí)現(xiàn)尺寸過大產(chǎn)品的連續(xù)不斷的再循環(huán)，從而使包括回轉(zhuǎn)半滲透性裝置和按垂直堆放式排列的旋轉(zhuǎn)圓盤的逐步升高的渦流產(chǎn)生器的作用倍增。在初始粗磨區(qū)11的外面，在向上流動的氣流中的固體顆粒的尺寸大大減小，因此由回轉(zhuǎn)半滲透性裝置進(jìn)行的任何內(nèi)部再循環(huán)作用變得可忽略不計。因此，在特細(xì)研磨改進(jìn)裝置的上升的各級中，回轉(zhuǎn)半滲透性裝置只起渦流產(chǎn)生器的作用。
通過使用多級和在低功率消耗下連續(xù)不斷的再循環(huán)來增強(qiáng)特細(xì)研磨顆粒尺寸的減小作用是意相不到的。
圖4的特細(xì)研磨改進(jìn)裝置是低壓的顆粒尺寸減小裝置，它在軸的高轉(zhuǎn)速和低能量消耗下工作。特細(xì)研磨改進(jìn)裝置在低的靜壓力下產(chǎn)生高的流動壓力，因此能有效地將270目(56μm)的送入材料減小至4500目(5μm)或規(guī)定的更小尺寸的最終產(chǎn)品。
圖4中，同樣的數(shù)字代表同樣的零件。在轉(zhuǎn)子58和59之上是回轉(zhuǎn)半滲透性裝置80，接著是靜止平板101。接著是一連串的五個級，它們由離心排風(fēng)扇81,85,88,91和94和回轉(zhuǎn)半滲透性裝置82,86,89,92和95，靜止平板102～106和旋轉(zhuǎn)圓盤84,87,90,93和96組成，形成環(huán)形間隙102B～106B。該五個級具有再循環(huán)通道110A-114A和110B～114B。在頂部是極細(xì)顆粒和特細(xì)顆粒分離裝置，它們包括排風(fēng)扇97和100，回轉(zhuǎn)平板98，旋轉(zhuǎn)圓盤99和形成環(huán)形間隙107B的靜止平板107。排風(fēng)扇97和100將顆粒排入出口17和16中。
下部區(qū)域用作送料輸入，通過入口14的送入顆粒利用離心風(fēng)扇55’的向上力和交叉交錯排列的轉(zhuǎn)子58～59的渦流作用而懸浮起來。此后，顆料受回轉(zhuǎn)半滲透性裝置80的渦流作用，并被推送至一連串的級中。除了氣體入口15之外，在送料輸入腔的底部還有輸入導(dǎo)管22～23，它們使從旋流器輸出的氣體返回(如果需要，為了加壓，可以在通過一個增壓器盒(沒有示出)之后)。
用于極細(xì)和特細(xì)研磨的中間區(qū)分成五個級。這些級中的每一級都使送入的顆粒受到包括回轉(zhuǎn)半滲透性裝置和按上升順序排列的旋轉(zhuǎn)圓盤渦流產(chǎn)生器的連續(xù)作用。每一級都有與它關(guān)聯(lián)的離心排風(fēng)扇，它的作用是在尺寸過大的產(chǎn)品從環(huán)形間隙的水平渦流出來，通過再循環(huán)出口導(dǎo)管，進(jìn)入下面低一級以后，將尺寸過大的產(chǎn)品排出。因此，重力分離可區(qū)分出部分固體粒子，并限制進(jìn)入帶有包括回轉(zhuǎn)滲透性裝置的垂直渦流產(chǎn)生器的連續(xù)渦流研磨區(qū)的顆粒尺寸。
上部區(qū)域是作分類用的，它具有離心排風(fēng)扇97和100，它們將最終產(chǎn)品通過出口導(dǎo)管17和16，排出至相應(yīng)的旋流器。假如希望對顆粒尺寸進(jìn)行更嚴(yán)格的分類，則可將從出口17和16輸出的顆粒再送入一個淘選裝置中。
精細(xì)研磨改進(jìn)裝置的直徑可為2英尺，高度為7英尺，具有變速驅(qū)動裝置，軸的回轉(zhuǎn)速度可達(dá)3000～10500r.p.m。改良裝置的各個插入件用鍵固定在空心管的軸51上。該裝置的壁可以鋃襯橡膠和用滾動增強(qiáng)桿作成波紋狀，這些滾動增強(qiáng)桿沿著裝置壁面圓周互相隔開3″～7″。
假如希望使用這種流體能量磨機(jī)去析出粗濃縮物形式的送入材料的某些特定成份時，圖2的流體能量磨機(jī)具有作用在其中的一定的靈活性。在這種情況下，必需限制渦流的活動和磨機(jī)的再循環(huán)作用。相應(yīng)地，要將回轉(zhuǎn)平板66(圖9A)放在回轉(zhuǎn)半滲透性裝置60之上(圖2)，以限制該裝置的內(nèi)部再循環(huán)至下面的初始粗磨區(qū)的作用，同時除去旋轉(zhuǎn)圓盤61和64以及回轉(zhuǎn)半滲透性裝置63和離心排風(fēng)扇62，限制物料通過量或關(guān)閉再循環(huán)導(dǎo)管18和19和增加通過入口15的磨機(jī)氣體吸入量。粗的濃縮物從導(dǎo)管17排出，而細(xì)的顆粒通過導(dǎo)管16排出。
在特細(xì)研磨改進(jìn)裝置中，最小的顆粒在較低的靜壓力(15″水柱以下)下向上流動，并暴露在由回轉(zhuǎn)半滲透性裝置產(chǎn)生的非常高速的方向?yàn)榇怪钡穆菪螝庑?，并通過在環(huán)形間隙中產(chǎn)生的圓周剪切區(qū)。通過剪切作用和氣體腐蝕使顆粒尺寸減小。每一級所帶的離心排風(fēng)扇提供重力分離作用，并幫助尺寸過大的顆?；氐较旅娴妮^低一級中，以便進(jìn)一步減小顆粒尺寸。因此，只有尺寸較小的顆料在進(jìn)行處理，而每一個前向級都帶有由回轉(zhuǎn)半滲透性裝置和旋轉(zhuǎn)圓盤產(chǎn)生的渦流研磨區(qū)，并且在特細(xì)研磨改進(jìn)裝置中位于垂直方向較高的位置處。
使單獨(dú)各級的直徑增大，可以使特細(xì)研磨改進(jìn)裝置按比例增大。增加裝置的上升級數(shù)，也可以加大容量。
由于送入的材料較細(xì)和將轉(zhuǎn)子主要用作送入料的混合，因此，圖4的特細(xì)研磨改進(jìn)裝置可以用比圖2的流體能量磨機(jī)高得多的軸轉(zhuǎn)速進(jìn)行工作，從而在仍保持功率消耗較低的同時，可以增加容量。
通常在細(xì)磨中使用的送入材料尺寸為1/2″～1/8″，并且是利用各種各樣的破碎機(jī)，以低的成本獲得的。一般，細(xì)磨機(jī)為帶有連接的分類器系統(tǒng)的氣吹式磨機(jī)，它將尺寸過大的顆粒返回至研磨系統(tǒng)，作進(jìn)一步的細(xì)磨。各種沖擊式磨機(jī)-球磨機(jī)，粒狀表面管式磨機(jī)，錘磨機(jī)，滾子磨機(jī)和其他沖擊式粉磨機(jī)都可以完成這個功能。所有這些裝置中的主要研磨作用是通過擊打部分沖擊送入的顆粒而實(shí)現(xiàn)的。
沖出式磨機(jī)的實(shí)用性及其優(yōu)點(diǎn)是得到公認(rèn)的，它的工作容量大，能有效地減小顆粒尺寸。這種磨機(jī)的缺點(diǎn)也是眾所周知的，即磨損大，能量消耗大和細(xì)磨能力差。通過產(chǎn)生渦流來擴(kuò)展沖擊式磨機(jī)的使用范圍的努力文獻(xiàn)上也多有報導(dǎo)。渦流沖擊式磨機(jī)或沖擊互磨式磨機(jī)使用帶有徑向擊打器平板和覆蓋圓盤的回轉(zhuǎn)擊打器。細(xì)磨時采用顆粒與擊打器平板直接機(jī)械沖擊和通過碰撞，使顆粒與裝置的表面互磨。渦流的第二次作用的價值是很好理解的，即通過顆粒對顆粒的碰撞實(shí)現(xiàn)互磨，由渦流中的高速氣體實(shí)現(xiàn)腐蝕和剪切。沖出互磨式磨機(jī)中所產(chǎn)生的不可控制的渦流區(qū)位于轉(zhuǎn)子和殼體壁之間的狹窄空間中和轉(zhuǎn)子組件內(nèi)的葉片內(nèi)部或平板內(nèi)部的區(qū)域中。殼體壁作成波紋形狀可以強(qiáng)化渦流的形成，而振動葉片或振動圓盤附件產(chǎn)生的超聲波振動有助于渦流的產(chǎn)生。渦流沖擊式磨機(jī)的缺點(diǎn)是能量消耗大，磨損過大，發(fā)熱大，容量小和細(xì)磨生產(chǎn)較低。因此，很難將它再增大至較大的工作裝置。
如圖2所示的本發(fā)明的設(shè)計，通過主要利用位于磨機(jī)圓周上的流體化床的可控制渦流來減小顆粒尺寸，其中顆粒互相沖擊，由轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的離心力推進(jìn)，并由氣體工作流體有效地傳送，從而克服了這些缺點(diǎn)。使轉(zhuǎn)子葉片退回(通過縮短轉(zhuǎn)子臂)和相應(yīng)地，增加回轉(zhuǎn)速度和上升氣流的速度可以增大流體化床的寬度。為了在高的剪切速率下使互磨作用達(dá)到最大，應(yīng)該使顆粒以優(yōu)選的角度進(jìn)行自生碰撞來實(shí)現(xiàn)互磨。通過利用回轉(zhuǎn)半滲透性裝置的速度區(qū)分作用，使尺寸過大的顆粒非常有效地內(nèi)部再循環(huán)至初磨區(qū)11(
圖1)，可以實(shí)現(xiàn)高效的粗磨和細(xì)磨。該回轉(zhuǎn)半滲透性裝置排斥由氣流攜帶向上的運(yùn)動較慢的顆粒(大部分是尺寸較大的顆粒)。與先前技術(shù)相反，大多數(shù)細(xì)磨和極細(xì)磨不是在初始研磨區(qū)中進(jìn)行的。在本發(fā)明中，大部分細(xì)磨和極細(xì)磨是在渦流研磨區(qū)中進(jìn)行的，其中，回轉(zhuǎn)半滲透性裝置和旋轉(zhuǎn)圓盤起渦流產(chǎn)生器作用，并通過氣體腐蝕和在高的流動壓力下的剪切作用，而使細(xì)磨，極細(xì)磨和特細(xì)磨作用強(qiáng)化。因此，本發(fā)明能量消耗低，磨損極小，發(fā)熱很少，其特點(diǎn)是可進(jìn)行非常高效的細(xì)顆粒和極細(xì)顆粒的生產(chǎn)。
如圖4所示的特細(xì)研磨改進(jìn)裝置，通過新的設(shè)計可實(shí)現(xiàn)價格低廉的特細(xì)研磨。該新設(shè)計是利用產(chǎn)生垂直的螺旋形氣旋，對顆粒進(jìn)行氣體腐蝕，并與水平的圓周方向剪切區(qū)(該區(qū)可以高的流動壓力和低的靜壓力剪切顆粒)結(jié)合實(shí)現(xiàn)特細(xì)研磨。這個渦流產(chǎn)生系統(tǒng)利用回轉(zhuǎn)的半滲透性裝置來形成垂直的螺旋形渦流區(qū)和旋轉(zhuǎn)圓盤來形成水平渦流區(qū)。這兩個渦流產(chǎn)生器對于在氣流中向上運(yùn)動的細(xì)顆粒，起高效的尺寸減小裝置的作用，并可以消耗很小的能量將這些顆粒粉碎。在每一級，隨著顆粒通過水平渦流區(qū)，接著尺寸過大的顆粒被離心排風(fēng)扇產(chǎn)生的重力分離作用區(qū)分出來。分離出的尺寸過大的顆粒，在外部再循環(huán)至下面的較低的渦流研磨區(qū)，使尺寸進(jìn)一步減小。在通過重力分離進(jìn)行尺寸分選以后，留在向上氣流中的細(xì)顆粒進(jìn)入下一個渦流研磨區(qū)，使顆粒尺寸進(jìn)一步減小。這樣，通過作成平臺狀的裝置的各個上升級，可使研磨效果倍增。特細(xì)研磨改進(jìn)裝置可在低磨損，低能量消耗和低的投資費(fèi)用下進(jìn)行特細(xì)研磨。
粗磨的石灰石長期以來就是建筑業(yè)、水泥制造和農(nóng)業(yè)中使用的主要工業(yè)產(chǎn)品。細(xì)磨的石灰石可用于喂養(yǎng)動物和水處理。特細(xì)的石灰石是用作紙張尺寸大小控制劑、顏料、工業(yè)復(fù)合配料和環(huán)境治理中的昂貴產(chǎn)品。
價格低廉的極細(xì)和特細(xì)的石灰石在廢氣脫硫中是非常有價值的，并可促進(jìn)價格低廉的高熱值高硫煤炭的使用。微粉化的石灰石在擴(kuò)展的煤燃料混合中是有價值的。極細(xì)的白云石和鎂砂作為各種熱油，重原油或石油焦炭的脫硫添加劑是有價值的。
當(dāng)用于生產(chǎn)微粉化的煤/微粉化的石灰石時，本發(fā)明可以低的成本完成SO2和氮的氧化物的清理。
利用本系統(tǒng)，微粉化的煤和微粉化的石灰石可以同時通過燃燒器的噴嘴進(jìn)入燃燒室中。對于這種顆粒尺寸，燃燒將是瞬時發(fā)生的，作為燃燒器的送入燃料，燃燒對油和天然氣體都是以同樣的速度進(jìn)行的。為了使SO2與石灰石的反應(yīng)能夠完成，可能需要使排出氣體圍繞著熾鍋爐管道再循環(huán)。碳完全燒完和灰燼的顆粒尺寸非常細(xì)說明這些顆粒沒有聚集和粘附，導(dǎo)熱和對流表面的污損、腐蝕和侵蝕可減至最小。碳完全燒完可降低通過排氣管發(fā)散的熱損失，并且鍋爐的出熱量增加。另外，所產(chǎn)生的煤灰含碳量非常低(小于0.5％)，并且在混凝土配方中適合于作為高級水泥的代用品和添加劑。
當(dāng)使用低硫煤(例如懷俄明河盆地煤粉(Wyoming Powder River BasinCoal))時，與中部和中西部高硫煤(Eastern and Midwestern high Sulfurcoals)比較，煤的熱含量較低。這樣，當(dāng)使用同樣數(shù)量的低硫煤粉(顆粒尺寸為75μm，200目)時，由于所燃燒燃料的出熱量低，使鍋爐系統(tǒng)的有效性降低。當(dāng)使用微粉化的低硫煤(顆粒尺寸為40μm，400目)時，燃燒大大加速，鍋爐的生產(chǎn)率提高，這是由于鍋爐每小時燃燒更大量的燃料的能力提高了的緣故。
煤灰顆粒的微粉化尺寸可減輕對氣體渦輪機(jī)葉片的損壞。作為一種選擇方案，可以利用回轉(zhuǎn)的半滲透性裝置清除飛揚(yáng)的粒子中的熱的燃燒氣體，而不會使壓力或溫度顯著降低。
同樣，可以將硫吸著劑、堿性吸著劑和粉塵改良劑加入熱的燃燒氣體中，并利用回轉(zhuǎn)的半滲透性裝置，以同樣的方法進(jìn)行熱的燃燒氣體的清理。
在燃燒氣體通過回轉(zhuǎn)半滲透性裝置后，插入離心排風(fēng)扇可增強(qiáng)清理效果。
當(dāng)在燃燒室中使用擴(kuò)展的燃料(煤與天然氣體，熱油，重原油或水的混合物)時，假如混合物已經(jīng)穩(wěn)定，則燃料與微粉化的石灰石的預(yù)先混合應(yīng)該充分，因此，在燃燒室中應(yīng)備有SO2凈化劑。通過增大微粉化煤的表面積，增加微粉化煤的揮發(fā)性和使燃燒容易進(jìn)行，能放出大量的熱則可使在擴(kuò)展燃料(熱油，重原油，酒精)中使用微粉化的煤變得容易。這種擴(kuò)展燃料可用在油和氣體燃燒鍋爐中，而不會使這種鍋爐的生產(chǎn)率顯著降低。可以使用只存貯少量空氣的燃燒器來燃燒這種擴(kuò)展燃料，從而可避免形成氮的氧化物，或?qū)⒌难趸锏男纬蓽p至最少。
低壓清除SO2的最經(jīng)濟(jì)的方法是將微粉化的石灰石噴射入燃燒區(qū)或現(xiàn)有的熱廢氣中。由于利用微粉化的石灰石/白云石進(jìn)行SO2的廉價清理工作，因此本發(fā)明的裝置可以燃燒比較便宜的高硫燃料(煤和褐煤，石油焦碳，殘渣油，重原油和瀝青烯)。可以在石灰石/白云石中加入微粉化的氧化鐵，作為助熔劑，以加速完成反應(yīng)。
在利用高壓加氫作用(H-煤，H-油，使焦炭軟化(Flexicoke)的過程)對這種微粉化煤和油的混合物進(jìn)行處理，使它轉(zhuǎn)化為高熱值的石油液體(運(yùn)輸燃料，粗揮發(fā)油，氣體油)，同時將硫雜質(zhì)作為元素硫清除和回收之前，可以利用根據(jù)本發(fā)明制備的高含硫量的微粉化煤加入殘余油和重原油中。用于此目的微粉化煤的顆粒尺寸比30μm(525目)小80％和比20μm(875目)小20％。這種油-微粉化煤混合物系統(tǒng)中將含有50％以下的微粉化煤。在加氫作用過程中，混合物中有這種煤可使石油液體的產(chǎn)量更高，并且可改善過程的經(jīng)濟(jì)性。
在內(nèi)燃機(jī)擴(kuò)展燃料的煤的某些應(yīng)用場合(客車，卡車或內(nèi)燃機(jī)車發(fā)動機(jī))中希望使用特清潔的煤。為此目的，煤的顆粒尺寸應(yīng)減小至-400目(＜40μm)，然后進(jìn)行泡沫浮選，以除去灰分物質(zhì)。經(jīng)過精選的煤要進(jìn)行干燥，并在特細(xì)研磨改進(jìn)裝置中使顆粒尺寸減小至＜1μm的范圍。廉價的清潔的特細(xì)的煤本身，或與汽油、油、甲醇、MTBE(甲基-t-丁基乙醚)或煤-水稀漿燃料形式的混合物是汽車燃料的重要代用品。
尺寸減小的固體顆粒表面的改造對于沿管道輸送這些顆粒，或者在填充劑、顏料、吸收劑、磨料、水泥、高壓噴射的發(fā)動機(jī)煤稀漿燃料，或作為進(jìn)一步處理的中間原材料的工業(yè)應(yīng)用中是特別有興趣的。
通過在本發(fā)明減小顆粒尺寸時所用的剪切和氣體腐蝕而進(jìn)行的自生研磨時所產(chǎn)生的新鮮表面顯現(xiàn)出或者是機(jī)械的原子因形式(即，在送入材料表面的分子區(qū)內(nèi)，由于化學(xué)鍵斷裂造成的反應(yīng)區(qū))，或者是剩余化學(xué)價形式(即由在這種送入材料表面的晶格結(jié)構(gòu)破壞產(chǎn)生的活性區(qū))的反應(yīng)區(qū)。這些反應(yīng)區(qū)的生存時間一般較短，在普通的利用空氣中存在的氧或二氧化碳，或通過環(huán)境水汽中的水分子處理的過程中即被飽和。
本發(fā)明可以在惰性氣體(例如，由氮或惰性氣體組成的磨機(jī)工作流體，并且工作流體進(jìn)行完全的再循環(huán))中，利用有機(jī)和無機(jī)化合物的化學(xué)試劑對新磨出的表面和反應(yīng)表面進(jìn)行就地改造，產(chǎn)生商業(yè)上和工業(yè)上有價值的新材料。
用于本發(fā)明的表面改造的化學(xué)試劑，如果是揮發(fā)性的，則允許在系統(tǒng)的再循環(huán)互作流體內(nèi)蒸發(fā)，或作為氣溶膠分散，如果是沸點(diǎn)比較高或?yàn)楣腆w，則可用該系統(tǒng)工作流體中的惰性氣體稀釋。用于使機(jī)械式原子團(tuán)飽和的化學(xué)試劑由酒精(例如甲醇直至十八酰酒精)，脂肪酸(例如甲酸直至硬脂酸)或乙烯基化合物(例如乙烯醇，丙烯酸，丙烯腈，氯乙烯，苯乙烯，丁二烯)，胺，銨鹽，羧基酰胺，尿素和環(huán)氧化物(例如環(huán)氧乙烷，氧化丙烯，表氯醇)組成。用于使剩余原子價飽和的化學(xué)試劑由鹽(例如堿土金屬或基本金屬鹵化物或硬脂酸鹽或銨鹽)組成。
表面經(jīng)過就地化學(xué)改造的小尺寸固體粒子代表了一種新的物質(zhì)組成，它具有很有價值的性質(zhì)一可變的表面吸濕度和表面張力，顆粒之間粘附性小，象干粉一樣自動流動，懸浮在碳化氫或含水介質(zhì)中時的動力粘度低。
本發(fā)明的就地化學(xué)表面改造可以產(chǎn)生新的微粉化煤成份，它可用于形成擴(kuò)展燃料(例如，煤與酒精，燃料油，重原油混合的稀漿)或可以用作活性的中間體。改造過的煤產(chǎn)品分散性較好，當(dāng)稀漿中的煤量高時粘度較低(例如煤-水稀漿燃料或擴(kuò)展燃料)，貯存穩(wěn)定性改善，剪切和腐蝕性較小。
這種改造對于使微粉化的送入材料進(jìn)行固體粒子管道輸送是很重要的，它在固體裝載量很大時仍具有滿意的流變學(xué)性質(zhì)，因此運(yùn)送每噸固體的成本較低。
經(jīng)過就地對表面進(jìn)行化學(xué)改造的微粉化石灰石在制造高含硫量的燃料(重原油，殘渣油，船用燃料，瀝青烯，高含硫煤和石油集炭)，以便在燃燒時，能滿意地與環(huán)境要求一致方面是有用的。
其它一些表面經(jīng)過改造的微粉化產(chǎn)品包含金屬礦石和其它礦物質(zhì)，它們可輸出“經(jīng)過預(yù)先用試劑處理過的”產(chǎn)品，以供用不同的干分離(例如重力、磁性或靜電分離)和水分離(重量力、泡沫浮選或油凝聚)方法進(jìn)行后續(xù)的精選。
根據(jù)本發(fā)明的表面改造可以用于研磨填充劑和顏料。在填充劑的情況下(例如碳黑，二氧化硅，粘土，碳酸鈣)，改造過的化合物分散性較好，并且在聚合介質(zhì)中的增強(qiáng)特性非常好。在顏料情況下，改造過的化合物分散性較好和顏色強(qiáng)度較高(即，色值)。
對于準(zhǔn)備表面經(jīng)過改造的送入料以進(jìn)行高溫多相化學(xué)反應(yīng)而言，表面改造可以產(chǎn)生較快的反應(yīng)速率和最終產(chǎn)品的生產(chǎn)能力能夠改善，結(jié)果可以節(jié)約處理成本。
在水泥和石料的情況下，微粉化產(chǎn)品的就地改造可使存貯得以改善，粘合較快和時效特性較好。
本發(fā)明的裝置緊湊、重量輕，因此可將這種研磨機(jī)運(yùn)輸至生產(chǎn)現(xiàn)場，以便迅速產(chǎn)生新鮮的微粉化粉末。這樣，可以用小片熱料或微型熟料生產(chǎn)速硬水泥(instant cement)。目前采用的熟料配方使用緩慢硬化的處方，以防止存貯時地面水泥“豎起”。本發(fā)明的過程，通過在建筑工地生產(chǎn)新制的水泥，可以防止地面水泥變壞。同樣，在本發(fā)明的過程中，可以使用水泥熟料的快速硬化處方去生產(chǎn)新鮮水泥，以便加速建設(shè)。能夠在建筑工地生產(chǎn)水泥可以大大節(jié)約研磨、包裝、存貯和運(yùn)輸費(fèi)用。
本發(fā)明的自生研磨比用沖擊式研磨機(jī)能更經(jīng)濟(jì)地析出聚集礦石的所希望的成份。這是由于自生研磨與沖擊式研磨機(jī)比較，能夠析出顆粒尺寸較大的成份。當(dāng)采用沖擊式研磨時，尾渣中一部分所希望的成份會喪失，并且由于完成所希望成份的析出需要過度研磨，因此研磨能量浪費(fèi)。由于上述的理由，本發(fā)明可以經(jīng)濟(jì)地用于諸如制備需要康價地析出二硫化鐵和有關(guān)的無機(jī)硫化合物的煤炭供料。
假若各個成份的磨削性指標(biāo)相差很大，則本發(fā)明通過控制系統(tǒng)中的渦流、剪切和腐蝕力，可進(jìn)行差動研磨，以分離出聚集礦物質(zhì)中的各種成份。例如，通過差動干磨含有高濃度粘土的砂積礦床，可以精選出貴金屬礦石。同樣，通過差動干磨含金的黑砂，可以精選出金礦石。根據(jù)本發(fā)明的差動干磨法還可以用于在“洗煤”的送入料進(jìn)入研磨機(jī)之前，將這些送入料干燥后，提高粘土含量高的“洗煤”的質(zhì)量和這種“洗煤”的分離。
將固體試劑微粉化為顆粒尺寸比30μm(525目)小80％和20％～60％的粉末小于5μm(4500目)可以廉價地制造出許多微粉化的化學(xué)制品，其中包括堿土(earth alkali)、硅和重金屬碳化物(例如MgC2,CaC2,SiC,Cr3C2,Fe3C,W2C,NiC2)。這個過程是成本很低的，它不僅可降低生產(chǎn)這些碳化物的當(dāng)前的成本，而且還可以為這些碳化物開拓新的應(yīng)用場合。
一般來說，上述的討論說明了可以使用本發(fā)明的一些領(lǐng)域。下面舉出特定用途的某些詳細(xì)的實(shí)施例。
實(shí)施例1．電力生產(chǎn)用的微粉化煤。根據(jù)本發(fā)明將煤研磨，以便直接在鍋爐的燃燒腔中點(diǎn)火，其中，煤研磨成顆粒尺寸比32μm(500目)小80％。煤燃燒時具有短的光亮火焰，如No.2燃料油或天然氣一樣。與在淺的流體化床系統(tǒng)中燃燒的顆粒尺寸為75μm(200目)的粉碎煤的96％燒完率和9％的干燥廢氣損失比較，碳的燒完要快得多，其燒完率＞99％，而干燥廢氣損失＜6％。
2．用于鍋爐的清潔煤燃料。根據(jù)本發(fā)明研磨微粉化的煤燃料和微粉化的石灰石清洗劑(例如石灰石或石灰石和基本氧化物的混合物)，以便在鍋爐燃燒腔中直接點(diǎn)火，其中，煤磨成顆粒尺寸比32μm(500目)小90％，而石灰石磨成顆粒尺寸比30μm(525目)小90％和15％的顆粒尺寸小于5μm(4500目)。煤如No.2燃料油一樣燃燒，碳的燒完率＞99％，干燥廢氣損失＜6％，石灰石清洗了＞95％的SO2和NOx。
3．氣體渦輪機(jī)用的清潔煤燃料。根據(jù)本發(fā)明單獨(dú)研磨微粉化的煤燃料和微粉化的石灰石清洗劑中的每一種，以便直接點(diǎn)燃?xì)怏w透平，其中，煤和石灰石研磨至顆粒尺寸比30μm(525目)小90％,35％的顆粒尺寸小于10μm(2000目)和15％的顆粒尺寸小于5μm(4500目)。煤如No.2燃料油一樣燃燒，石灰石清洗了＞95％的SO2和NOx，燃燒過程中析出的微粉化粒子不會腐蝕或弄臟氣體渦輪機(jī)的葉片。
4．用于氣體生成的清潔煤燃料。根據(jù)本發(fā)明單獨(dú)研磨微粉化的煤燃料和微粉化的石灰石清洗劑中的每一種，以便利用氧在高壓煤氣化腔中燃燒，以生產(chǎn)BTU介質(zhì)氣體，其中，燃料和清洗劑磨至顆粒尺寸比32μm(500目)小80％和25％的顆粒尺寸小于20μm(875目)。所產(chǎn)生的BTU介質(zhì)氣體可以用作燃燒渦輪機(jī)的燃料，可以作為燃料電池的燃料輸入或可用作制造液體燃料(例如，甲醇，汽油，柴油)或化學(xué)原料的中間體。與較粗的煤比較，微粉化的煤的燃燒速率更快，并可使氣化器的容量增加。
5．清潔的擴(kuò)展燃料煤/氣體。根據(jù)本發(fā)明，單獨(dú)研磨由天然氣、微粉化煤組成的混合燃料和微粉化石灰石中的第一種固體成份至顆粒尺寸比32μm(500目)小90％和15％的顆粒尺寸小于5μm(4500目)。與純天然氣比較，混合燃料降低了生產(chǎn)和綜合循環(huán)動力消耗的費(fèi)用。
6．清潔的擴(kuò)展燃料煤/油。根據(jù)本發(fā)明單獨(dú)研磨由含硫液體燃料組成的含硫混合燃料，微粉化煤和微粉化石灰石清洗劑中的每一種固體成份，至顆粒尺寸比32μm(500目)小90％和15％的顆粒尺寸小于5μm(4500目)，并且在研磨時，就地化學(xué)改造二者的固體成份。表面改造可使液體燃料混合物(具有可接受的流變性質(zhì))中的固體粒子濃度比其它方法可能達(dá)到的高(可達(dá)70％)。
7．清潔的液體燃料重油。根據(jù)本發(fā)明將帶有微粉化石灰石清洗劑的含硫液體燃料中的清洗劑研磨至顆粒尺寸比30μm(525目)小90％，和20％的顆粒尺寸小于5μm(4500目)，并且在研磨時，對清洗劑表面進(jìn)行就地化學(xué)改造?；旌衔锟梢允褂脙r格低廉的含硫燃料油、船用燃料、殘渣油和重原油，結(jié)果可從直接點(diǎn)火的鍋爐或綜合循環(huán)發(fā)電機(jī)得到價廉的熱和/或電，同時可以就地清洗掉90％的SO2和NOx。
8．清潔的煤/水稀漿燃料。根據(jù)本發(fā)明，研磨煤-水稀漿燃料中的煤和石灰石清洗劑中的每一種至顆粒尺寸比32μm(500目)小90％和15％的顆粒尺寸小于5μm(4500目)，并且在研磨時，對燃料成份的表面進(jìn)行就地化學(xué)改追。這種煤-水稀漿燃料火焰穩(wěn)定，燃燒速率快，存貯穩(wěn)定，可允許煤量達(dá)到80％。在燃燒過程中，SO2和NOx被微粉化石灰石就地清洗。由于煤含量高和容易使用，這種煤-水稀漿燃料可以作為管道、內(nèi)陸駁船或海上油輪運(yùn)輸油的有用方法。與通常的塊煤比較，這種煤-水稀漿液體煤燃料在研磨、處理和運(yùn)輸方面都比較節(jié)約。另外，在油罐終端貯存也比較容易。這種煤-水稀漿燃料可以用作通用鍋爐的燃料或高壓煤氣化器的原料。
9．SO2/NOx控制共同燃燒形成碳化鈣。根據(jù)本發(fā)明，研磨煤和石灰石，以便在鍋爐燃燒腔中直接點(diǎn)火，其中，單獨(dú)研磨煤和石灰石中的每一種，至顆粒尺寸比30μm(525目)小70％～90％和20％～70％的顆粒尺寸小于5μm(4500目)，徹底混合至煤∶石灰石=4∶1的克分子比，并噴射至鍋爐的燃燒腔中。碳化鈣在燃燒器火焰溫度為(2920°F～3350°F)時形成，它與硫氧化物和氮的氧化物綜合在一起。SO2由碳化鈣還原為硫化鈣(CaS)，而NOx還原為氮(N2)，清洗效率達(dá)到90％～99％?？梢允占谙掠渭瘔m室中的所形成的粒子大大減小(或消除)對下游濕清洗排出廢氣的需要。
10．SO2/NOx控制共同燃燒和再循環(huán)。通過共同燃燒帶有微粉化石灰石清洗劑的燃料，消除在含硫燃料燃燒時產(chǎn)生的SO2和NOx。根據(jù)本發(fā)明將微粉化石灰石清洗劑研磨至顆粒尺寸比20μm(875目)小80％和20％的顆粒尺寸小于10μm(2000目)，并且在排出至塵袋收集器之前，使燃料氣體在1600°F下循環(huán)，以完成清洗。在上述顆粒尺寸下，SO2和NOx被吸收＞99％。
11．SO2/NOx控制共同燃燒和水化。通過共同燃燒帶有微粉化的石灰石清洗劑的燃料，消除在含硫燃料燃燒時產(chǎn)生的SO2和NOx。根據(jù)本發(fā)明將微粉化石灰石清洗劑研磨至顆粒尺寸比20μm(875目)小80％，和20％的顆粒尺寸小于5μm(4500目)，并且用細(xì)的水霧處理所產(chǎn)生的廢氣，以便進(jìn)一步激活清洗劑和在廢氣排出至塵袋收集器之前，將排出氣體的溫度降低至1400°F～1800°F范圍內(nèi)。采用帶有壓縮空氣的非常細(xì)的水噴霧，可將燃燒氣體中的燒過的石灰(氧化鈣CaO)轉(zhuǎn)化為冷卻過的石灰(quenched lime)(氫氧化鈣Ca(OH)2)，它能清洗任何殘留的SO2和NOx。上述方法可吸收＞90+％的SO2和NOx。
12．SO2/NOx控制吸附劑噴射。作為共同燃燒帶有微粉化石灰石清洗劑的微粉化煤的另一個可供選擇的方案，可以利用微粉化的石灰石作為吸附劑，噴射至在燃燒區(qū)上面作旋流運(yùn)動的熱氣體中。為了噴射吸附劑，根據(jù)本發(fā)明將微粉化的石灰石清洗劑研磨至顆粒尺寸比20μm(875目)小80％和20％的顆粒尺寸小于10μm(2000目)。為了改善吸附作用，通過加入微粉化的鐵酸鋅(Zinc ferrite)或微粉化的氧化鐵，可以進(jìn)一步激活微粉化的石灰石。上述方法可吸收＞96％的SO2和NOx。
13．NOx控制再燃燒。作為NOx控制的另一種可供選擇的方案，根據(jù)本發(fā)明研磨上所用燃料總重量達(dá)20％的量的微粉化煤，至顆粒尺寸比32μm(500目)小80％，并立即在燃燒區(qū)之上噴射，進(jìn)行“再燃燒”，產(chǎn)生一個缺氧區(qū)，從而消除散發(fā)出的殘余NOx。
14．改進(jìn)的水泥熟料。根據(jù)本發(fā)明將水泥用灰?guī)r(例如石灰石，粘土，石頭/硅酸鹽，鐵礦石和其它配料)研磨至顆粒尺寸比32μm(500目)小90％和15％的顆粒尺寸小于5μm(4500目)，而制造水泥熟料。將這種水泥用灰?guī)r混合，并在窯內(nèi)燃燒成為最終的水泥熟料。用如上面所述的極細(xì)和特細(xì)尺寸的水泥用灰?guī)r成份制成的熟料，比反應(yīng)成份沒有經(jīng)過這種準(zhǔn)備的熟料質(zhì)量更高和更一致。
15．改良水泥。根據(jù)本發(fā)明，在研磨時，對水泥顆粒表面進(jìn)行就地化學(xué)改造。微粉化水泥的表面改造可改善其強(qiáng)度，并且在制造混凝土?xí)r，可以較快地達(dá)到最終的物理性能。
16．水泥制備的改進(jìn)。減小水泥熟料的尺寸，其中，根據(jù)本發(fā)明，將水泥產(chǎn)品研磨至顆粒尺寸比30μm(525目)小90％和20％的顆粒尺寸小于5μm(4500目)，并且10％的顆粒尺寸小于2μm。帶有上述極細(xì)和特細(xì)顆粒的水泥，在制造混凝土?xí)r強(qiáng)度更高，時效特性非常好和硬化更快。
17．新的水泥配方?；鹕讲Ａ?例如火山灰，粉塵，凝灰?guī)r和流紋巖)可以轉(zhuǎn)化為微粉化玻璃。例如，根據(jù)本發(fā)明，將流紋巖研磨至顆粒尺寸比32μm(500目)小80％，并且20％的顆粒尺寸小于10μm(2000目)。在水泥配方中使用微粉化的火山玻璃生產(chǎn)出的混凝土，早期強(qiáng)度高、硬化快、在4000磅/寸2(psi)或更高的壓力下才產(chǎn)生壓縮永久變形。
根據(jù)本發(fā)明，可將飛揚(yáng)的粉塵(發(fā)電廠的副產(chǎn)品)微粉化，并與波特蘭水泥、二氧化硅煙霧和適當(dāng)?shù)募匣旌希迷诟邚?qiáng)度混凝土的配方中。所生產(chǎn)出的混凝土在17000～20000磅/寸2(psi)下才出現(xiàn)壓縮永久變形。將飛揚(yáng)的粉塵質(zhì)量提高至高級的微粉化產(chǎn)品可以降低電力生產(chǎn)成本。
18．混凝土的重復(fù)利用。根據(jù)本發(fā)明，可以通過將用過的混凝土干磨至相應(yīng)尺寸的顆粒，然后與作為添入的粘接劑的新鮮水泥綜合，用在新混凝土的配方中，而將用過的混凝土轉(zhuǎn)化為微粉化的重復(fù)利用的混凝土混合物。能在建筑工地上將回收的混凝土重復(fù)利用可以大大節(jié)約材料、運(yùn)輸、處理和勞動成本。
19．新型建筑材料。將花崗石、石英、硅灰石或其它堅硬的硅酸鹽和火成巖尺寸減小，其中，根據(jù)本發(fā)明，將被粉碎的產(chǎn)品研磨至顆粒尺寸比32μm(500目)小90％，并且20％的顆粒尺寸小于5μm(4500目)，使這種產(chǎn)品與粘接劑起反應(yīng)，可生產(chǎn)出新型的建筑材料。用微粉化的硬巖石制出的產(chǎn)品，與建筑工業(yè)中通常的產(chǎn)品(例如砂漿、磚、粗坯、瓦片和板材)比較，強(qiáng)度和其它物理性質(zhì)都非常好。
通過加入二氧化硅煙霧和飛揚(yáng)的粉塵作為配料制備的高強(qiáng)度混凝土配方具有高的壓縮永久變形強(qiáng)度，但缺乏延展性，變脆，并且剪切強(qiáng)度低。將這些配方所使用的普通集料更換成根據(jù)本發(fā)明制備的微粉化的硬灰?guī)r可克服這種缺陷，并可生產(chǎn)出具有高的壓縮永久變形強(qiáng)度和高的剪切強(qiáng)度的高強(qiáng)度混凝土。
20．新型絕緣材料。由微粉化的流紋巖或其它火山玻璃制成的蜂窩狀混凝土泡沫材料包括封閉的微孔結(jié)構(gòu)。由于夾帶著火山氣體氣泡，這種封閉的微孔結(jié)構(gòu)是這些礦物所固有的。這些泡沫材料的絕緣值和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較高(K值為30～40，壓縮強(qiáng)度可達(dá)2000磅/寸2(psi))。除了完全防火之外，微粉化的流紋巖-蜂窩狀混凝土泡沫材料配方是非常好的熱絕緣體和隔音材料，以及沖擊吸收材料。這種價格低廉的泡沫材料可以代替昂貴的聚氨酯泡沫絕緣材料，后者當(dāng)暴露在火中時，會放出有毒的氣體(例如氰化氫)。這種泡沫材料還可減少高大結(jié)構(gòu)對鋼筋的需要，可用于建設(shè)價格低廉的保溫倉庫，也可用作道路的路基，這樣可減少與用于溫度波動引起的道路損壞有關(guān)的維修費(fèi)用。
21．碳化鐵和海綿鐵的生產(chǎn)。為了將鐵礦石轉(zhuǎn)化為碳化鐵粉末，根據(jù)本發(fā)明將干鐵礦石研磨成微粉化的產(chǎn)品，其顆粒尺寸比32μm(500目)小90％，并且15％的顆粒尺寸小于5μm(4500目)。將微粉化的鐵礦石與顆粒尺寸比30μm(525目)小90％，并且15％的顆粒尺寸小于5μm(4500目)的微粉化煤混合，將混合物通過還原爐處理，可生產(chǎn)出碳化鐵。在采礦源處將鐵礦石轉(zhuǎn)化為碳化鐵可以生產(chǎn)出鐵含量高得多的產(chǎn)品(Fe3C含93.22％Fe，而Fe2O3含69.94％Fe)，因此可以減小運(yùn)輸?shù)绞袌龅馁M(fèi)用。通過作為小型工廠中廢鐵的代用品，碳化鐵可以直接用于電爐煉鋼過程，從而可繞過昂貴的將作成球狀的鐵礦石在高爐中還原的步驟。
為了將鐵礦石轉(zhuǎn)化為海綿鐵，根據(jù)本發(fā)明將干的鐵礦石研磨成顆粒尺寸比32μm(500目)小60％的微粉化產(chǎn)品。將微粉化的鐵礦石，通過還原爐，利用由微粉化煤和氧制成的氣化煤進(jìn)行處理。所產(chǎn)生的海綿鐵是合成的碎鐵，它可用于代替在小型工廠的電爐煉鋼用的廢鐵。
22．高爐用的微粉化煤。根據(jù)本發(fā)明研磨成顆粒尺寸比32μm(500目)小80％的微粉化煤可以直接用在通常的高爐中。通過將這種微粉化的煤送入所述爐子的風(fēng)口，可使鐵礦石還原。40％以內(nèi)的焦炭和所有在這種過程中作為輔助燃料使用的天然氣可以被價格低廉的高硫微粉化煤代替，而來源于這種煤的硫可以清除至高爐爐渣中。通過將微粉化煤和氧引入高爐過程，多達(dá)90％的焦炭可被根據(jù)本發(fā)明制備的微粉化高硫煤代替，因此，鋼的生產(chǎn)成本可降低。
23．戰(zhàn)略金屬的回收。擁有根據(jù)本發(fā)明的價格低康的微粉化礦石和從高硫微粉化煤的氣化中得到的廉價的氫可以從低品位的礦石中回收戰(zhàn)略金屬(錳、鎳、鈷、錫、鈦、鉻、鉬、鎢、釩)。根據(jù)本發(fā)明，低品位的戰(zhàn)略金屬研磨至顆粒尺寸比30μm(525目)小90％。這些微粉化的粉末，在還原爐中用氮進(jìn)行處理，從而使戰(zhàn)略金屬顆粒析出。這些顆?？梢岳弥亓牟幌Ｍ牡V石礦渣中分離出來。
24．貴金屬的干燥分離。根據(jù)本發(fā)明的減小顆粒尺寸的方法可以用于從高含粘土的礦床、黑砂或貴金屬的精礦砂中分離貴金屬和從貴金屬的難熔礦石中回收這些金屬。作為一種干燥的過程，它可節(jié)約用水和水的再循環(huán)，因此可降低貴金屬回收的處理費(fèi)用，特別是當(dāng)?shù)V床位于干旱氣候地區(qū)時。
25．從礦石中提煉金和鉑。根據(jù)本發(fā)明的減小顆粒尺寸的方法可以用于從硬石英或硅酸鹽礦石中提煉元素金，和從密封的磁鐵礦石巖球中提煉元素鉑。提煉出的金可利用攤鋪在平臺上或化學(xué)瀝濾方法進(jìn)行精選，而鉑則可用濕式磁性分離法提高其質(zhì)量。
26．生產(chǎn)氫。根據(jù)本發(fā)明，單獨(dú)地研磨煤和石灰石中的每一種，以便在高壓氣化器中，在有水的情況下，用氧燃燒，以生產(chǎn)出一氧化碳(CO)和氫(H2)的混合物，其中，煉磨至顆粒尺寸比32μm(500目)小80％，石灰石磨至顆粒尺寸比30μm(525目)小80％，并且25％的顆粒尺寸小于5μm。使用微粉化煤可減小反應(yīng)時間和更好地控制反應(yīng)，從而可將氫生產(chǎn)成本降低至使用較大的煤輸入的成本以下。以上所述方法是生產(chǎn)氫的最廉價的方法之一。
27．直接燃煤渦輪機(jī)的燃燒氣體清理。燒75μm(200目)煤的直接燃煤渦輪機(jī)的燃燒氣體水平地通過根據(jù)本發(fā)明的回轉(zhuǎn)半滲透性裝置。半滲透性裝置為一個帶有回轉(zhuǎn)篩網(wǎng)的組件，該回轉(zhuǎn)篩網(wǎng)放置在燃燒至小島和氣體渦輪機(jī)之間，其格柵在回轉(zhuǎn)篩網(wǎng)下面。大部分由煤形成的熱熔粉塵粒子，以可忽略的壓力損失和溫度降低，從氣流中被清除掉，而留在氣流中的粉塵粒子尺寸減小至不能對渦輪機(jī)葉片構(gòu)成損壞。同樣，當(dāng)將硫吸附劑，堿性吸附劑或粉塵改良劑噴射至熱氣流中，以避免氣體渦輪機(jī)被腐蝕和侵蝕和滿足環(huán)境排出物標(biāo)準(zhǔn)時，可以使用回轉(zhuǎn)半滲透性裝置進(jìn)行熱氣體清理。在熱氣體通過回轉(zhuǎn)半滲透性裝置后，通過另外使用離心排風(fēng)扇，可增強(qiáng)清理效果。
28．壓力流體化床燃燒室(PFBC)的燃燒氣體清理。在進(jìn)入氣體渦輪機(jī)之前，使熱氣體通過包含根據(jù)本發(fā)明的回轉(zhuǎn)半滲透性裝置的部件，可以清理從壓力流體化床燃燒室出來的，含有粉塵和堿性顆粒的燃燒氣體，因此不需要昂貴和易碎的陶瓷橫向流動過濾器。利用在回轉(zhuǎn)半滲透性裝置下游的離心排風(fēng)扇去消除熱氣流中的殘余固體粒子，可以增強(qiáng)清理的效果。
29．燃煤鍋爐的燃燒氣體清理。根據(jù)本發(fā)明的回轉(zhuǎn)半滲透性裝置由鎢制成，并水平地放置在燒75μm(200目)煤的燃煤鍋爐的鍋爐管區(qū)內(nèi)的燃燒腔中。較大的燃屑被回轉(zhuǎn)半滲透性裝置排后，并長期保留在燃燒腔內(nèi)，將附加的熱量傳輸給鍋爐管子，因此，碳的燒完率可增加至99％，而干燥廢氣的損失減小至8％以下。
30．碳化鈣的制造。根據(jù)本發(fā)明，單獨(dú)研磨石灰石和煤中的每一種至顆粒尺寸比30μm(525目)小80％，且20％～60％的顆粒尺寸小于5μm(4500目)。在氣旋燃燒室中點(diǎn)燃微粉化煤火焰，使其溫度保持在2920°F～3350°F下范圍內(nèi)。將微粉化的石灰石和微粉化的煤徹底混合至分子比為石灰石∶煤=1∶4，并將混合物吹入燃燒區(qū)中，在燃燒區(qū)形成碳化鈣。這樣形成的碳化鈣，由氣流通過管道裝置取出，在管道裝置中，反應(yīng)產(chǎn)品被冷卻至300°F，此后，在旋流器中，將碳化鈣粉末從傳輸氣流中分離出來。
以上的說明描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，它只是為了說明，而不是限制。技術(shù)熟練的人們可對所述的實(shí)施例進(jìn)行等價的改變。這些改變，改進(jìn)和等價的變化都在本發(fā)明保護(hù)范圍內(nèi)。以較大特殊性所述的本發(fā)明的范圍內(nèi)，希望獲得本發(fā)明完全有資格獲得的所有等價變化的利益。
權(quán)利要求
1．一種干磨固體粒子的方法，它包括下列步驟將固體顆粒通常為向上地送入渦流研磨區(qū)；和通過將一部分顆粒通過渦流研磨區(qū)，在渦流研磨區(qū)中研磨向上送入的固體顆粒，該渦流研磨區(qū)包括至少一個順序垂直配置的渦流研磨級，該渦流研磨級包括使顆粒向上通過至少一個回轉(zhuǎn)半滲透性裝置和一個環(huán)形間隙，該環(huán)形間隙由表面平坦的帶有圓孔的靜止平板和在該圓孔中沒有孔的回轉(zhuǎn)圓盤構(gòu)成。
2．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征為，使顆粒向上通過所述回轉(zhuǎn)半滲透性裝置的步驟包括使顆粒通過一個包含回轉(zhuǎn)篩網(wǎng)的組件。
3．如權(quán)利要求2所述的方法，其特征為，使顆粒通過所述回轉(zhuǎn)篩網(wǎng)的步驟包括使顆粒通過不比2.5目粗的篩網(wǎng)。
4．如權(quán)利要求3所述的方法，其特征為，篩網(wǎng)的篩目尺寸在2.5～60范圍內(nèi)。
5．如權(quán)利要求3所述的方法，其特征為，篩網(wǎng)的篩目尺寸在4～10范圍內(nèi)。
6．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征為，使顆粒通過環(huán)形間隙的步驟包括使顆料通過寬度為0.5～6英寸的環(huán)形間隙。
7．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征為，每一級包括使顆粒通過回轉(zhuǎn)的半滲透性裝置和此后，通過環(huán)形間隙。
8．如權(quán)利要求1所述的方法，它還包括通過使位于回轉(zhuǎn)的半滲透性裝置下游的離心排風(fēng)扇轉(zhuǎn)動進(jìn)行外部再循環(huán)和提供一個再循環(huán)通道的步驟，該再循環(huán)通道用于接收從回轉(zhuǎn)的排風(fēng)扇送出的顆粒，并且在至少一個渦流研磨級的下面，有一出口。
9．如權(quán)利要求1所述的方法，它還包括清除在研磨區(qū)上面的顆粒的步驟。
10．如權(quán)利要求9所述的方法，其特征為，該清除步驟包括使位于至少一個研磨級下游的至少一個離心排風(fēng)扇回轉(zhuǎn)。
11．如權(quán)利要求1所述的方法，它還包括在將細(xì)的顆粒送入渦流研磨區(qū)之前，將粗顆粒初磨成細(xì)顆粒的步驟。
12．如權(quán)利要求1所述的方法，它還包括通過將固體粒子送入腔中，將空氣向上通入該腔，在該腔中形成固體粒子的流體化床，并在流體化床研磨區(qū)中產(chǎn)生可控制的渦流，以實(shí)現(xiàn)自生研磨這樣來進(jìn)行初始粗磨和細(xì)磨的步驟。
13．如權(quán)利要求12所述的方法，它還包括通過將回轉(zhuǎn)半滲透性裝置插入初始粗磨區(qū)，并使所述半滲透性裝置以足夠大的速度轉(zhuǎn)動，以防止一部分尺寸過大的顆粒從該處通過，并使所述顆粒，在內(nèi)部再循環(huán)至初始粗磨區(qū)，這樣來進(jìn)行在內(nèi)部的再循環(huán)步驟。
14．如權(quán)利要求12所述的方法，它還包括在外部，使顆粒再循環(huán)至流體化床中的步驟。
15．如權(quán)利要求1所述的方法，它包括多個渦流研磨級，并還包括在外部將顆粒再循環(huán)至前一級的步驟。
16．如權(quán)利要求9所述的方法，其特征為，該清除步驟包括在二個垂直配置的清除級中進(jìn)行清除，以便清除尺寸依次較小的顆粒。
17．如權(quán)利要求12所述的方法，其特征為，該產(chǎn)生可控制渦流的步驟包括使用轉(zhuǎn)子。
18．如權(quán)利要求7所述的方法，它還包括在一個公共軸上轉(zhuǎn)動回轉(zhuǎn)半滲透性裝置和回轉(zhuǎn)圓盤。
19．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征為，該研磨步驟是在惰性氣體的氛圍中，在有化學(xué)試劑的情況下進(jìn)行的，以便進(jìn)行可控制的表面改造。
20．一個處理燃燒氣體，用以清除其中的SO2和NOk的過程，它包括下列步驟將煤和石灰石研磨至顆粒尺寸比30μm小70％～90％，并且20％～70％的顆粒尺寸小于5μm；將所述磨過的煤和磨過的石灰石、以克分子比至少為4∶1的比例，在2850°F和3350°F之間的溫度下，送入腔中，以便生成CaC2；和將生成的CaC2與燃燒氣體混合，通過形成CaS和N2，清除燃燒氣體中的SOx和NOx。
21．一種干磨固體粒子的裝置，它包括一個形成渦流研磨區(qū)的裝置，它包括至少一個順序垂直放置的渦流研磨級，用于研磨固體顆粒；和用于使固體顆粒一般為向上地送入渦流研磨區(qū)的裝置，其特征為，所述至少一個渦流研磨級包括至少一個回轉(zhuǎn)的半滲透性裝置和一個形成環(huán)形間隙的裝置，該環(huán)形間隙裝置包括帶有圓孔的表面平坦的靜止平板和在該圓孔中的一個沒有孔的回轉(zhuǎn)圓盤，其特征還在于，該回轉(zhuǎn)半滲透性裝置和環(huán)形間隙的形狀可使一部分向上送入的顆粒從中通過；和每一個渦流研磨級，包含一個位于該回轉(zhuǎn)半滲透性裝置的下游的回轉(zhuǎn)排風(fēng)扇，用于區(qū)分向上送入的顆粒的尺寸。
22．如權(quán)利要求21所述的裝置，其特征為，該回轉(zhuǎn)半滲透性裝置包括一個含有回轉(zhuǎn)篩網(wǎng)的組件。
23．如權(quán)利要求22所述的裝置，其特征為，該回轉(zhuǎn)篩網(wǎng)包括篩目尺寸不比2.5粗的篩網(wǎng)。
24．如權(quán)利要求22所述的裝置，其特征為，篩網(wǎng)的篩目尺寸在2.5～60范圍內(nèi)。
25．如權(quán)利要求23所述的裝置，其特征為，篩網(wǎng)的篩目尺寸在4～10范圍內(nèi)。
26．如權(quán)利要求21所述的裝置，其特征為，該環(huán)形間隙的寬度為0.5～6英寸。
27．如權(quán)利要求21所述的裝置，其特征為，每一級包括半滲透性裝置和形成環(huán)形間隙的裝置及在該半滲透性裝置下游的離心排風(fēng)扇。
28．如權(quán)利要求21所述的裝置，它還包括一個在內(nèi)部再循環(huán)的裝置，該裝置包括使所述半滲透性裝置以足夠大的速度回轉(zhuǎn)，以防止一部分顆粒從中通過的裝置。
29．如權(quán)利要求28所述的裝置，它還包括一個在外部作再循環(huán)的裝置，該裝置包括一個在該回轉(zhuǎn)半滲透性裝置下游的離心排風(fēng)扇和一個再循環(huán)通道，該通道用于接收從回轉(zhuǎn)的排風(fēng)扇送出的顆粒，并在至少一個渦流研磨級的下面有一出口。
30．如權(quán)利要求21所述的裝置，它還包括清除在渦流研磨區(qū)上面的顆粒的裝置。
31．如權(quán)利要求30所述的裝置，其特征為，該清除裝置包括使位于至少一個渦流研磨級下游的至少一個離心排風(fēng)扇轉(zhuǎn)動的裝置。
32．如權(quán)利要求21所述的裝置，它還包括在將細(xì)的顆粒送入渦流研磨區(qū)之前，將粗顆粒初磨成細(xì)顆粒的裝置。
33．如權(quán)利要求31所述的裝置，它還包括一個初磨裝置，該裝置又包括用于將固體粒子送入腔中的裝置，用于在該腔中形成固體粒子的流體化床，并包括將空氣向上送入該腔的裝置，和用于在該流體化床中產(chǎn)生可控制的渦流，以進(jìn)行自生研磨的裝置。
34．如權(quán)利要求33所述的裝置，它還包括一個用于在外部再使顆粒循環(huán)，進(jìn)入流體化床的裝置、
35．如權(quán)利要求21所述的裝置，它包括多個研磨級和在外部使顆粒再循環(huán)至前一級的裝置。
36．如權(quán)利要求30所述的裝置，其特征為，該清除裝置包括在二個垂直放置的清除級中進(jìn)行清除，以便清除尺寸依次較小的顆粒的裝置。
37．如權(quán)利要求33所述的裝置，其特征為，該用于產(chǎn)生可控制的渦流的裝置包括轉(zhuǎn)子。
38．如權(quán)利要求27所述的裝置，它還包括在一個公共軸上轉(zhuǎn)動該回轉(zhuǎn)的半滲透性裝置，回轉(zhuǎn)圓盤和回轉(zhuǎn)排風(fēng)扇的裝置。
39．一種干磨固體粒子的方法，它包括下列步驟(1)將固體粒子送入腔中；(2)通過將空氣向上通入該腔中，并利用離心力在該腔中產(chǎn)生空氣的橫向運(yùn)動，逼使固體粒子運(yùn)動至該腔的圓周而在該腔中形成固體粒子的流體化床；因此，所述流體化床在該腔的圓周上成為固體粒子的一個寬廣的自由浮動的環(huán)形空間，和(3)在該流體化床中產(chǎn)生可控制的渦流，以進(jìn)行固體粒子的自生研磨，這樣，在寬廣的自由浮動的環(huán)形空間的研磨區(qū)中，可避免磨機(jī)的機(jī)械零件直接沖擊固體粒子。
40．如權(quán)利要求39所述的方法，它還包括清除在流體化床上面的顆粒的步驟。
41．一種干磨固體粒子的方法，它包括下列步驟將固體粒子送入腔中；通過將空氣向上通入該腔中而在該腔中形成固體粒子的流體化床；在流體化床中產(chǎn)生可控制的渦流，以進(jìn)行自生研磨；清除流體化床上面的顆粒和使除去的顆粒再循環(huán)至流體化床中。
42．如權(quán)利要求40所述的方法，其特征為，該清除步驟包括使位于流體化床下游的至少一個離心排風(fēng)扇轉(zhuǎn)動。
43．如權(quán)利要求41所述的方法，其特征為，該再循環(huán)步驟包括使位于流體化床下游的離心排風(fēng)扇回轉(zhuǎn)，和提供一個再循環(huán)通道，該通道可以接收從回轉(zhuǎn)網(wǎng)扇送出的顆粒，并具有通入流體化床的出口。
44．一種干磨固體粒子的方法，它包括下列步驟將固體粒子送入腔中；通過將空氣向上通入該腔中而在該腔中形成固體粒子的流體化床；在流體化床中形成可控制的渦流，以進(jìn)行研磨；和在二個垂直放置的清除級中清除流體化床上面的顆粒，以便除去尺寸依次較小的顆粒。
45．如權(quán)利要求39所述的方法，其特征為，研磨是在惰性氣體的氛圍中，在有化學(xué)試劑的情況下進(jìn)行的，以便實(shí)現(xiàn)可控制的表面改造。
46．一種干磨固體粒子的裝置，它包括形成腔的裝置；將固體粒子送入該腔中的裝置；包括將空氣向上通入該腔中而在該腔中形成固體粒子的流體化床的裝置；用于產(chǎn)生離心力，使空氣在該腔中作橫向運(yùn)動，迫使固體粒子運(yùn)動至該腔的圓周，以便將流體化床變成寬廣的自由浮動的環(huán)形空間的裝置；和用于在該腔中產(chǎn)生可控制的渦流，以進(jìn)行固體粒子的自生研磨的裝置；這樣可以避免在研磨區(qū)的寬廣的自由浮動的環(huán)形空間中，磨機(jī)的機(jī)械零件直接沖擊固體粒子。
47．如權(quán)利要求46所述的裝置，它還包括清除流體化床上面的顆粒的裝置。
48．一種干磨固體粒子的裝置，它包括形成腔的裝置；將固體粒子送入該腔中的裝置；包括將空氣向上通入該腔，而在該腔中形成固體粒子的流體化床的裝置和在流體化床中產(chǎn)生可控制的渦流，以進(jìn)行自生研磨的裝置；清除流體化床上面的顆粒的裝置；和使除去的顆粒再循環(huán)至流體化床中的裝置。
49．如權(quán)利要求47所述的裝置，其特征為，該清除裝置包括至少一個位于流體化床下游的回轉(zhuǎn)離心排風(fēng)扇。
50．如權(quán)利要求48所述的裝置，其特征為，該再循環(huán)裝置包括一個位于流體化床下游的回轉(zhuǎn)離心排風(fēng)扇和一個再循環(huán)通道，該通道用于接收從回轉(zhuǎn)風(fēng)扇送出的顆粒并有一個通入流體化床的出口。
51．一種干磨固體粒子的裝置，它包括形成腔的裝置，將固體粒子送入該腔的裝置，包括使空氣向上通入該腔，而在該腔中形成固體粒子的流體化床的裝置；和在流體化床中產(chǎn)生可控制的渦流，以進(jìn)行自生研磨的裝置；和清除流體床上面的顆粒的裝置，該清除裝置又包括引入垂直放置的清除級，以便除去尺寸依次較小的顆粒的裝置。
52．如權(quán)利要求46所述的裝置，其特征為，用于產(chǎn)生可控制渦流的裝置包括回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子。
53．一種清除氣流中粒子的方法，它包括下列步驟使至少一個半滲透性裝置回轉(zhuǎn)；將至少一股帶有固體顆粒的氣流通過至少一個回轉(zhuǎn)半滲透性裝置；和除去沒有通過該至少一個回轉(zhuǎn)半滲透性裝置的顆粒。
54．如權(quán)利要求53所述的方法，其特征為，該使帶有顆粒的氣流通過所述至少一個回轉(zhuǎn)半滲透性裝置的步驟包括使氣流和顆粒通過一個含有回轉(zhuǎn)篩網(wǎng)的組件。
55．如權(quán)利要求54所述的方法，其特征為，該使帶有顆粒的氣流通過所述回轉(zhuǎn)篩網(wǎng)的步驟包括使帶有顆粒的氣流通過篩目不比2.5粗的篩網(wǎng)。
56．如權(quán)利要求55所述的方法，其特征為，該篩網(wǎng)的篩目尺寸在2.5～60范圍內(nèi)。
57．如權(quán)利要求55所述的方法，其特征為，該篩網(wǎng)的篩目尺寸在4～10范圍內(nèi)。
58．一種清除氣流中的粒子的裝置，它包括至少一個回轉(zhuǎn)的半滲透性裝置；使帶有固體顆粒的氣流通過至少一個回轉(zhuǎn)半滲透性裝置的裝置；消除沒有通過該至少一個回轉(zhuǎn)半滲透性裝置的顆粒的裝置；和通過使所述氣流通過離心排風(fēng)扇以清除通過該回轉(zhuǎn)半滲透性裝置的顆粒的裝置。
59．如權(quán)利要求58所述的裝置，其特征為，該至少一個回轉(zhuǎn)半滲透性裝置包括含有回轉(zhuǎn)篩網(wǎng)的組件。
60．如權(quán)利要求59所述的裝置，其特征為，該回轉(zhuǎn)篩網(wǎng)包括篩目尺寸不比2.5目粗的篩網(wǎng)。
61．如權(quán)利要求60所述的裝置，其特征為，該篩網(wǎng)的篩目尺寸在2.5～60范圍內(nèi)。
62．如權(quán)利要求60所述的裝置，其特征為，該篩網(wǎng)的篩目尺寸在4～10范圍內(nèi)。
全文摘要
一種干磨固體粒子的方法和裝置,包括在流體化床的可控制渦流中初始粗磨固體粒子,并將細(xì)的固體粒子送入渦流研磨區(qū)中,然后使一部分顆粒通過該研磨區(qū),它包括至少一個順序垂直放置的研磨級,該研磨級包括使顆粒垂直向上通過至少一個由帶有圓孔的靜止平板構(gòu)成的環(huán)形間隙的水平渦流區(qū),利用離心排風(fēng)扇進(jìn)行重力分離,去除較粗的顆粒,清理向上運(yùn)動的產(chǎn)品混合物,并將向上運(yùn)動的顆粒中的剩余部分送入回轉(zhuǎn)半滲透性裝置的垂直渦流中。
文檔編號B02C23/40GK1208671SQ9711676
公開日1999年2月24日 申請日期1997年8月15日 優(yōu)先權(quán)日1995年4月17日
發(fā)明者埃內(nèi)斯特·琴代什 申請人:埃內(nèi)斯特·琴代什