專利名稱：用流化床精選石棉的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是用一種以空氣為工作介質(zhì)的氣體鼓泡流化床，對石棉粗精礦或含石棉產(chǎn)物進行除砂、除塵、或除砂、分級的方法。
在現(xiàn)行石棉選礦纖維流程中，纖維除砂使用的是篩分吸選方法，或空氣分選機、比重分選機風力分級方法;纖維分級和除塵則采用各種單層篩、多層篩、圓筒篩、錐筒篩等篩分分級方法。除篩分吸選除砂作業(yè)具有一定纖維除塵效能之外，其他纖維除砂、分級和除塵作業(yè)都是作為一個具有單一目的的工藝作業(yè)進行的。
石棉粗精礦所含纖維、砂粒和粉塵互相混雜在一起，當它們呈集聚狀態(tài)，共同參與由料流所受摩擦力、自身重量和運動慣性力共同決定的篩分運動時，彼此之間不可能存在足夠有效的分離動力。何況，砂粒、粉塵即使實現(xiàn)了與纖維的分離，仍然需要透過一定厚度的料層才能到達篩面。因此用篩分方法進行纖維的除砂、除塵，不可能達到較高的分選效率。
篩分方法用于纖維分級，其結(jié)果更帶有隨機的性質(zhì)。因為，單體長纖維完全可能透過篩孔，進入篩下產(chǎn)物;而短纖維由于石棉容易結(jié)團也可能留在篩上。這樣以來，就使在纖維分級流程中出現(xiàn)的有關(guān)處理物料量、入料纖維組成和纖維結(jié)構(gòu)的任何波動，都可能改變分級結(jié)果。
問題在于，傳統(tǒng)的石棉選礦工藝恰恰是普遍地使用了篩選方法，以致于必然給它帶來作業(yè)段數(shù)多、工藝流程復(fù)雜、質(zhì)量控制困難，空氣設(shè)施龐大的缺點，而這一切又都導(dǎo)致生產(chǎn)成本的增長。
本發(fā)明的目的是為了給石棉精選工藝引入一種具有高分選效率和同時具有除砂、除塵或除砂分級雙重工藝效能的風選方法。
石棉粗精礦，或其他含石棉產(chǎn)物，用氣體鼓泡流化床進行精選加工，可使其中的纖維、砂粒、粉塵的充分分散狀態(tài)下，按沉降末速差異，實現(xiàn)單體粒子的“自由”重力分選。這種風選方法能避免篩分方法存在的料流始終呈集聚狀態(tài)和分選動力不足的缺點，達到更高的分選效率。
因為在氣體鼓泡流化床密相區(qū)和自由空域?qū)嶋H存在著兩個工作風速，能夠分選出三個產(chǎn)物，所以促成本發(fā)明可能在充分利用石棉及其所含巖石顆粒物性差異的基礎(chǔ)上，給出一種具有特殊結(jié)構(gòu)的流化床，使之具備可同時進行纖維除砂、除塵或除砂、分級的雙重工藝效能。
用于石棉精選的本氣體鼓泡流化床，主要由兩部分組成，即流化床床體和分布板。床體是一個用金屬制成，大致成長方形的殼體。為了流化過程的需要，沿豎向床體橫斷面，在幾處是變化的。由于分為幾個室，各室之間設(shè)有隔板。在兩個端部流化室側(cè)壁上，一個裝有入料口，另一個裝有排料口，它們都裝在床體高度上的中間部位。在本流化床各室上部設(shè)有折曲管，折曲管以上是帶有排風口的集風罩。流化床的另一個主要部件分布板，是向床體內(nèi)送風的裝置，它往往需要滿足工藝對流化過程的一些特定要求。在本流化床中，分布板是平面搖動的，因此它裝有傳動系統(tǒng)，彈性支桿。它的下部裝有進風口。
就流化床工藝操作方面的物理-力學內(nèi)容而言，在床體空間下部存在一個固相濃度較大的密相區(qū)，它的上界面大約在溢流口下緣近處。密相界面以上直至排氣口，是為自由空域。密相區(qū)的氣一固兩相混合物具有像液體一樣的可流動性，所以當入料給入一個端部流化室后，可以逐室溢流，并經(jīng)另一端部流化室的排料口卸至床體以外。
下面結(jié)合附圖來說明本發(fā)明。附圖1為精選石棉的流化床示意圖。入選石棉粗精礦或其他含石棉產(chǎn)物，經(jīng)由給料口(12)進入流化床密相區(qū)。
入料在密相區(qū)，由于受到氣流的沖擊、沖洗，由于發(fā)生著與床層材料、高空氣噴頭見附圖2(20)和器壁的碰撞，不斷得到松散、分散，逐步轉(zhuǎn)化成更小的粒團或粒子單體。床層材料在整個密相區(qū)范圍內(nèi)進行著強烈的流化返混運動。氣泡相不斷從分布板近處升起，攜帶著大量微細粒級，沖破密相界面，將之送入自由空域，而床層物料則在強烈流化中，不斷越過各室間的隔板，溢流入下一個室，或者由最末一個室的排料口卸出流化床。卸出床體的床層材料，經(jīng)歷了床層內(nèi)的分選過程，得到了凈化，成為流化床分選作業(yè)的精礦。
床層材料在流化床中同時進行著兩個分選過程，也就是在分布板上發(fā)生的，由摩擦-重力分選機制決定的分布板對于巖石顆粒的選擇性沉積，和在自由空域發(fā)生的床層氣流對于微細粒級的揚析。巖石顆粒的選擇性沉積，使砂粒不斷從床層中離析出來，因而成為一種除砂過程。微細粒級的楊析導(dǎo)致粉塵或某一粒級以下的纖維與床層材料的分離，從而成為一種纖維的除塵或者分級過程。分選出來的砂粒經(jīng)排砂裝置(4)和排砂口(2)卸出流化床。分選出來的粉塵或含低品級石棉的產(chǎn)物，由床層尾風送往降棉，收塵設(shè)備。
床層微細組分的揚析，其實質(zhì)是，當流化床自由空域中的氣速分布達到均化，而具有空管流速時，上升氣流對于那些沉降末速小于此流速的粒子的風力輸送。在低風速下，可被氣流帶走的所謂“揚析組分”，將只含一些微細粉塵和很短的纖維。于是揚析成為對于入料的除塵過程。在較高風速下，揚析組分還將包含一些較長的纖維，楊析也就隨之成為對于入料的風力分級。
顯然，依靠床層揚析實現(xiàn)纖維除塵或者分級，都是一種風力分級過程。保證分級效果的關(guān)鍵在于控制風速分布的均化。
建立分布板上的除砂機制，問題顯得復(fù)雜得多，單純依靠風力分級原理，只能除掉那些沉降末速大的大砂粒。因此必須在分布板上建立起可強化巖石顆粒沉積的新機制，稱它作摩擦-重力分選機制。
為強化除砂效果，本發(fā)明給出了一種具有特殊結(jié)構(gòu)和運動參數(shù)的分布板(見附圖2)。這個分布板裝有高空氣噴頭(20)，板面(19)用篩網(wǎng)制成，整個分布板箱體作平面搖動。因為空氣由上部空間經(jīng)噴頭孔口送入床層，所以在板面上將發(fā)生砂粒沉積。分布板的平面搖動使物料分層，形成明顯的砂層界面。此砂層表面既經(jīng)形成，就將對后續(xù)沉落巖石顆粒和纖維顯示不同的作用性質(zhì)。砂粒沉落在此表面上，將嵌塞在相鄰大砂粒形成的凹谷中，難以被氣流重新帶入床層。石棉纖維的線尺寸大，且易成團，沉落之后將浮游在砂粒峰面上。于是氣泡相尾跡的負壓作用很容易把它帶入床層深處。這樣，分布板上的摩擦-重力分選機制就使砂層表面對巖石顆粒產(chǎn)生了選擇性沉積效應(yīng)，以至于能把粒徑較小的巖石顆粒從床層中分離出來，明顯地提高纖維除砂效果。
建立起靠摩擦-重力分選的除砂機制，是使石棉精選用鼓泡流化床具備雙重工藝效能的決定性因素。
為實現(xiàn)具有上述工作機制的分選過程，并使之得到強化，必須在流化床的各部分結(jié)構(gòu)采取相應(yīng)的技術(shù)措施。
首先是，用作平面搖動的分布板促使床層材料空隙率分布均化，籍助部分床體的錐形床結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)床層的強烈流化返混。
含石棉產(chǎn)物可壓縮性強，空隙率大而且多變;纖維之間存在相互機械作用，易于結(jié)團和集聚成塊。流化柱試驗證明，往往在床層大空隙率處形成固定氣流通道，即出現(xiàn)所謂“溝流”。為此，本發(fā)明采取了一種作平面搖動的分布板，見圖1中(5)。其傳動系統(tǒng)的曲軸偏心距為15-20mm，曲軸轉(zhuǎn)速為250-300r/min。這樣，分布板的運動，就使其箱體壁，柔性密封(6)，高空氣噴頭，圖2中(20)，及其噴出氣體射流，在床層下部產(chǎn)生一種攪動、搖動作用，床層空隙率由此得到均化，完全避免了溝流的發(fā)生。
把固定床體下部作成錐度為5-10°的錐形床結(jié)構(gòu)(7)，可以顯著減小壁面摩擦，從而能有利于流化啟動。特別是，它能加強床層返混，有利于強化微細組分揚析和巖石顆粒沉積。
第二，采取在板面上人為造成砂層，進風由高空氣噴頭送入床層的分布板結(jié)構(gòu)。
為在分布板上建立摩擦-重力分選機制，分布板上的砂層厚度為10-20mm，由溢砂堰圖2中(21)的高度來控制。高空氣噴頭(20)的孔口到分布板篩板(19)的高度60-100mm，是為了在板面上形成氣流死區(qū)，造成砂層。篩板用24-32目篩網(wǎng)制成，使砂層中的砂粒有較大粒徑，以利除砂。篩板上、下的巖石顆粒分別由兩個排砂通道(22，23)和嚴格鎖氣的排砂口(2)卸出。
第三，采用由溢砂堰(21)，和具有漸擴斷面并成U形彎曲的排砂通道(23)構(gòu)成的排砂裝置(4)。
溢砂堰只能控制砂層的最小厚度。排砂能力過小，會加大分布板上砂層厚度，不利除砂。排砂能力過大，會使上排砂通道(23)豎直段的砂層表面過低，以致浮游在此砂面上的纖維將因不能流化而被排砂料流夾帶卸出。為此上排砂通道(23)的末端底板須進行調(diào)整，以便于維持分布板篩板(19)上和排砂通道(23)豎直段中砂層表面高度與溢砂堰(21)頂大致齊平。
第四，用折曲管強制均化自由空域中的風速分布，防止夾帶發(fā)生。
由氣泡相爆裂形成的沖擊氣流具有較高的速度。為使此沖擊氣速自然衰減，達到風速均化，需要一個量值可觀的自由空域高度。
因此，本發(fā)明采用折曲管圖1中(10)來抑制此沖擊氣流，強制均化風速的分布，以便得出一個為一般廠房層高可以接受的流化床總高。
折曲板是由一組與水平成60°，來回折曲的板制成的。相鄰兩板之間的間距為25-35mm。每段折曲板的長與此間距的比為2-2.5。慣性力將使懸浮于氣流中的較粗粒子沉落到折曲板壁面上，而后在重力作用下落回床層。由于巖石顆粒與纖維對于壁面的碰撞具有不同的性質(zhì)，所以粉塵將受到選擇性揚折，而有利于纖維除塵。
第五，采用多室流化床結(jié)構(gòu)流態(tài)化工程的理論和實踐證明，單室流化床不利于粒子在床層內(nèi)的停留時間分布均化，因而也就不利于纖維的精選。
圖1給出的是3室流化床。在工程實際上，流化床作為3至5室的結(jié)構(gòu)是適宜的。既可保證顆粒停留時間分布均化，流化床結(jié)構(gòu)也不致于復(fù)雜。
多室流化床料流，氣流接口增多，必須保證嚴格密閉，床層壓降在多室床各室之間會有明顯差異，各室進風閥門必須自動控制，調(diào)節(jié)其開啟度。
精選石棉的流化床方法與傳統(tǒng)方法相比，具有顯著的優(yōu)越性。
1、流化床精選石棉的方法同時具有除砂、除塵或除砂、分級的雙重工藝效能，可以顯著簡化選礦流程。
2、流化床方法具有高的分選效率，可改善產(chǎn)品質(zhì)量，減少作業(yè)段數(shù)。
經(jīng)過流化床一次作業(yè)，可以完全清除纖維中的砂粒。然而根據(jù)1988年度石棉國家抽檢報告報道，我國各礦商品石棉中砂粒含量超過國家標準規(guī)定指標的竟占不合格產(chǎn)品總數(shù)的53.33%，占受檢產(chǎn)品總數(shù)的29.09%。經(jīng)過選礦流程不少于兩段除砂作業(yè)的商品棉出現(xiàn)這樣的質(zhì)量狀況，可以看出，傳統(tǒng)工藝的除砂效率是不高的。
經(jīng)過工業(yè)型流化床一次處理，石棉的-0.075mm粒級含量的降低，可以達到6-10%。用篩分方法除塵，往往發(fā)生透篩率顯著，但-0.075mm粒級含量段有明顯變化的情況。
3、石棉經(jīng)過流化床處理，纖維強烈松散，除掉了砂粒，清除了吸附微塵。作業(yè)產(chǎn)物可在后續(xù)篩分除塵作業(yè)中達到較好的工藝指標。
4、流化床運動件少，無需另設(shè)防塵密閉措施，有利于減少維修工作量和解決選廠防塵問題。
實施例用本發(fā)明的方法，加工我國某礦山空氣分選機精礦，得到以下指標。
1、該產(chǎn)物在流化床中的起始流化速度0.38m/s。
2、流化床精選該產(chǎn)物時的工作流速0.608m/s。
3、含砂量試驗物料1.3%4、流化床作業(yè)精礦05、一次作業(yè)后-0.075mm粒級的降低6.18-10.28%＊＊ 根據(jù)模擬理論推算出的，產(chǎn)物在大型裝置上可望達到的技術(shù)指標。


圖1、精選石棉的流化床示意圖1、分布板支桿 9、漸擴管2、排砂口 10、折曲管3、分布板傳動系統(tǒng) 11、集風罩4、排砂裝置 12、給料口5、分布板 13、排料口6、柔性密封 14、室間隔板7、錐形床段 15、進風口8、等直床段圖2、分布板和排砂裝置示意圖16、進風調(diào)節(jié)閥 20、高空氣噴頭17、進風室 21、溢砂堰18、隔板 22、下排砂通道19、篩板 23、上排砂通道
權(quán)利要求
1.用流化床精選石棉的方法，是用一種以空氣為工作介質(zhì)的氣體鼓泡流化床，對石棉粗精礦或含石棉產(chǎn)物進行除砂，除塵或除砂、分級的方法，本發(fā)明的特征是使含石棉產(chǎn)物中的纖維、砂粒和粉塵在充分分散狀態(tài)下，在流化床的分布板上進行摩擦--重力分選，和在自由空域進行風速強制均化風力分級的方法。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是摩擦-重力分選是在流化床的分布板上，由砂層表面對于巖石顆粒和石棉纖維的摩擦性質(zhì)差異和流化床密相區(qū)中氣泡相尾跡的負壓作用共同決定的。
3.精選石棉的流化床，其特征是用平面搖動的分布板和部分床體采用錐形結(jié)構(gòu);在分布板的板面上人為形成砂層，進風由高空氣噴頭送入床層的分布板結(jié)構(gòu);排砂裝置由溢砂堰和具有漸擴斷面，并成U形彎曲的排砂通道構(gòu)成;用折曲管裝置強制均化自由空域中的風速分布;并采用多室流化床結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的流化床，其特征是平面搖動的分布板是由曲軸偏心距15-20mm，曲軸轉(zhuǎn)速250-300r/min來實現(xiàn)的，并將與柔性密封相接的固定床體下段作成錐度為5-10°的錐形床結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的流化床，其特征是分布板由32-24目篩網(wǎng)制成，進風由高出分布板60-100mm的高空氣噴頭送入床層的分布板結(jié)構(gòu)，并在分布板板面上人為形成10-20mm厚的砂層。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的流化床，其特征是在自由空域由一些與水平成60°，來回折曲的板制成的，兩板之間的間距為25-35mm，每段折曲管通道長與寬之比為2-25的折曲管裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的流化床，其特征是流化床采用3-5室結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明給出了一個用有著特殊結(jié)構(gòu)的氣體鼓泡流體床，對石棉粗精礦或含石棉產(chǎn)物進行精選的方法。該方法采用均化床層孔隙率的方法，保證石棉這種纖維性礦物完全實現(xiàn)正常流化；采取在自由空域抑制沖擊氣流的措施，使揚析操作成為可控制的纖維除塵或分級過程；設(shè)計了一種特殊結(jié)構(gòu)的分布板，建立起了可選擇性沉積巖石顆粒的選別機制，使這種流化床具有了可同時進行纖維除砂、除塵、或除砂、分級的雙重工藝效能。
文檔編號B07B9/02GK1060236SQ9110990
公開日1992年4月15日 申請日期1991年10月22日 優(yōu)先權(quán)日1991年10月22日
發(fā)明者俞純橋 申請人:國家建筑材料工業(yè)局咸陽非金屬礦研究所