Устройство для эрлифтирования сыпучих материалов

 

Использование: изобретение относится к области химической промышленности, горно-строительной индустрии и смежным отраслям и может быть использовано для повышения эффективности процессов, связанных с обработкой двухфазных систем жидкость - твердое, таких как всасывание, ионный обмен, вещелачивание, извлечение из растворов и пульп, концентрирование, для тонкой очистки различных элементов, для промывки, растворения и т.п., а также для добычи горно-грунтовой массы со дна водоемов и горных выработок шахт. Сущность изобретения: устройство для эрлифтирования сыпучих материалов содержит емкость, расположенную в ней эрлифтную подъемную трубу с патрубком подвода воздуха и один или несколько трубчатых каналов, установленных параллельно эрлифтной подъемной трубе. Патрубок подвода воздуха установлен тангенциально к эрлифтной подъемной трубе, а трубчатые каналы различного исполнения перфорированы круглыми или щелевыми отверстиями. 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области химической промышленности, горно-строительной индустрии и смежным отраслям и может быть использовано для проведения процессов, связанных с обработкой двухфазных систем жидкость - твердое, таких как всасывание, ионный обмен, выщелачивание, извлечение из растворов и пульп, концентрирование и тонкая очистка различных элементов, в том числе и радиоактивных, промывка, обезвреживание, растворение, реакции с применением твердых зернистых катализаторов, а также для добычи горно-грунтовой массы со дна водоемов и горных выработок шахт.

Известны устройства для проведения процессов, связанных с обработкой двухфазных систем жидкость - твердое [1, 2]. Эти устройства в своем составе содержат негерметизированную емкость с загрузочными и разгрузочными приспособлениями и механизм, выполненный либо в виде эрлифта, либо сообщающихся сосудов для перемешивания пульпы, содержащей полезный компонент и сорбент.

Недостатки данных устройств заключаются в том, что возможности принципа эрлифтирования для вертикального перемещения и циркуляции по объему камеры твердой фазы пульпы ограничены размерами (весом) твердой фазы, в результате область использования этих аппаратов ограничена диаметром твердого не более 0,15 мм до 3-5%.

Наиболее близким к предложенному устройству является устройство на принципе эрлифтирования для ионообменной сорбции из пульп [3]. Оно содержит емкость для загрузки пульпой, содержащей продуктивный раствор, три эрлифтные трубы, из которых одна служит для перемешивания, другая для транспортировки пульпы и третья для транспортировки смолы - ионита. Эрлифтные трубы посредством патрубков подсоединены к воздухопроводу. Недостаток таких аппаратов - сложность создания равномерного распределения потоков по сечению аппарата, а также уже упомянутые ограничения в диаметре частиц при эрлифтировании таким способом. На таких аппаратах невозможно проведение процессов выщелачивания, промывки, обезвреживания, растворения зернистых плотных пульп.

Настоящее изобретение направлено на повышение эффективности процесса всасывания при погружении всасывающей трубы в плотную зернистую горную массу, а также на обеспечение равномерности интенсивности перемешивания твердой фазы исходного материала (или сорбента) и жидкой фазы продуктивного раствора в процессе сорбции или реагента в процессе выщелачивания, обезвреживания, промывки и увеличение извлечения металлов из руд. Изобретение позволяет расширить область применения предложенного устройства при добыче и переработке полезных ископаемых.

Общими признаками известного и предложенного устройств являются загрузочная емкость (в качестве емкости в полевых условиях могут выступать зумпф или вертикальная горная выработка), расположенная вдоль центральной части емкости эрлифтная подъемная труба и патрубок подвода воздуха к нижней части эрлифтной трубы, подсоединенный к воздухопроводу.

Отличие, позволяющее достичь указанные выше технические результаты, заключается в установке внутри загрузочной емкости одного или нескольких трубочных каналов параллельно или коаксиально эрлифтной трубе.

Отличительным признаком является установка патрубка подвода воздуха тангенциально к эрлифтной трубе или к кольцевой камере, установленной в нижней части эрлифтной трубы и имеющей в донной части патрубок, образующий кольцевой зазор с эрлифтной трубой.

Отличием является также установка на эрлифтной трубе или на патрубке кольцевой камеры конфузора с возможностью его перемещения. Предложенное устройство также отличается вариантами выполнения трубчатых каналов - в виде обечайки эрлифтной трубы, в виде внутреннего или внешнего кожуха емкости, в виде отдельных трубок, которые могут быть размещены внутри загрузочной емкости и на внешней ее поверхности. Трубчатые каналы перфорированы круглыми или щелевыми отверстиями, размеры которых не превышают характерных размеров компонентов засыпки емкости, а их верхние торцы содержат сетку или поплавковый клапан.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена принципиальная схема устройства для выщелачивания металлов из руд и концентратов, на фиг. 2-4 варианты выполнения и взаимного расположения каналов для ускоренного движения жидкости из верхних слоев к всасывающему узлу.

Устройство содержит загрузочную емкость 1 или в полевых условиях это - зумпф, вертикальная горная выработка (далее по тексту - емкость). Внутри емкости по всей ее глубине размещена эрлифтная подъемная труба 2 с воздухоотделителем 3 в верхней ее части и узлом пульпоприготовления и всасывания 4 - в нижней. Параллельно или коаксиально эрлифтной трубе частично или по всей глубине емкости размещены трубчатые каналы 5. Узел пульпоприготовления и всасывания 4 для создания закрученного воздушного потока содержит кольцевую камеру 6 с тангенциально расположенным патрубком 7 подвода газа от компрессора через воздухопровод 8 и задвижку 9 (в более простом варианте патрубок может быть подсоединен тангенциально непосредственно к эрлифтной трубе). В донной части кольцевой камеры подсоединен патрубок 10 коаксиально с эрлифтной трубой 2 и образующий кольцевую насадку 11. Выходное сечение кольцевой насадки и входное всасывающее отверстие 12 размещены в камере всасывания 13, верхняя часть которой ограничивается конфузором 14. Конфузор при необходимости может перемещаться (скользить) по внешней цилиндрической поверхности кольцевой насадки 11 (или в отсутствие насадки по эрлифтной трубе).

Возможны различные варианты выполнения и взаимного расположения трубчатых каналов 5: в виде внутреннего кожуха боковой поверхности загрузочной емкости (фиг. 2), как обечайка эрлифтной подъемной трубы (фиг. 3), в виде отельных трубок внутри и вне загрузочной емкости (фиг. 4). Трубчатые каналы перфорированы (частично или по всей длине) круглыми или щелевыми отверстиями 15. Их размеры не превышают характерных размеров компонентов засыпки емкости. Перфорация может быть выполнена с различной степенью равномерности в зависимости от распределения и состава засыпки по высоте. Верхние торцы трубчатых каналов содержат либо сетку 16, либо поплавковый клапан 17.

Днище емкости 1 имеет преимущественно конусную поверхность 18 и содержит патрубок слива пульпы 19 с задвижкой 20. Полость воздухоотделителя 3 в донной части связана с полостью патрубка 21 с задвижкой 22, выходной торец которого направлен к емкости 1, и с полостью транспортного трубопровода 23 с задвижкой 24.

Устройство работает следующим образом.

Емкость 1 загружают металлосодержащей дробленой рудой, хвостами обогащения или концентратом, в сухом виде или в виде пульпы, до уровня верхнего среза трубчатых каналов 5. При загрузке пульпой открывают задвижку 20 на сливном донном патрубке 19 и поровую воду дренируют, чему способствуют трубчатые каналы, по которым поровая вода с наименьшими гидравлическими сопротивлениями транспортируется к патрубку 19. Количество трубчатых каналов определяют по скорости фильтрации загруженного в емкость 1 материала. Закрывают задвижку 20 и емкость заполняют предварительно подготовленным до заданной концентрации реагентом до верхнего среза трубчатых каналов 5.

Открывают задвижку 9 на воздухопроводе 8, подают под давлением газ к узлу пульпоприготовления и всасывания 4 эрлифтной подъемной трубы 2, направляемый по патрубку 7 тангенциально в кольцевую камеру 6, где газ закручивается до заданной для данного зернистого материала угловой скорости и уже закрученный газовый поток формируется в кольцевой щели насадки 11, а в камере 13, ограниченной по верху от гравитационного давления вышележащего в емкости слоя твердого, получают компактный тороидальный жидкостно-газовый вихревой поток. Центральная часть тороидального потока в режиме естественного природного состояния закручивания при всасывании формирует трехфазный (газ - жидкость - твердое) поток во всасывающее отверстие 12 эрлифтной подъемной трубы 2, а периферийная область упомянутого газового потока с высоким тангенциальным давлением вытесняет в зернистом слое вне камеры всасывания 13 через кольцевой канал, образованный конфузором 14 и конусной поверхностью 18 емкости 1, часть поровой жидкости и вместе с поднимающимися и расширяющимися пузырьками газа повышает уровень жидкости над слоем загруженного в емкости 1 твердого.

Раствор реагента из объема вытестенной поровой жидкости под слоем твердого нисходящим потоком с наименьшими гидравлическими сопротивлениями по гладкоствольным перфорированным трубчатым каналам 5 попадает опять в зону всасывания, где твердое над конфузором 14 насыщается жидкостью и в плывунном состоянии по боковой наклонной поверхности конфузора поступает в область воздействия тороидального вихря и формируется им в виде концентрированного твердым потока к всасывающему отверстию 12 эрлифтной подъемной трубы 2, проходя по которой трехфазная смесь в вооздухоотделителе 3 сепарируется от газа. При открытой задвижке 22 и закрытой 24 смесь по патрубку 21 сливается в емкость 1, и цикл повторяется необходимое число раз, или обработанный продукт гидравлически транспортируют по трубопроводу 23 при открытой задвижке 24 и закрытой 22. Расход вытесненной поровой жидкости-реагента над слоем твердого, поступающей в трубчатый канал 5, регулируют на торце его сеткой или поплавком-клапаном 17. Трубчатые каналы 5 перфорированы круглыми или щелевыми отверстиями, размеры которых не превышают характерных размеров компонентов твердого в емкости, что препятствует проникновению твердой фазы в каналы.

На фиг. 2 показан вариант устройства, когда трубчатые каналы 5 имеют несколько меньшую длину, с тем чтобы образовать над ними пространство для засыпки слоя твердого 24. Засыпка твердого обезвоженного материала сверху рабочего слоя позволяет вести процесс сорбции в режиме зажатого слоя ионита, что значительно уменьшает степень его дезинтеграции (измельчения).

Предложенное устройство позволяет с минимальным объемом раствора реагента (около 40% по объему как поровой жидкости) выщелачивать рудный материал предельно возможного объема (около 60% по объему как скелета загруженного твердого) при различных скоростях фильтрации, обеспечиваемых каналами 5, независимо от фильтрационных свойств загруженного материала, вплоть до непроницаемого.

Режим циркуляции твердого в жидкости можно осуществлять в широком диапазоне скоростных и напорных характеристик потока: - в пульсационно-статическом режиме; - при резко изменяющихся режимах турбулентности - числа Re = 1·10⁶, в эрлифтной подъемной трубе до Re = 1-2 (вялое псевдосжиженное состояние в объеме слоя твердого вне эрлифтной подъемной трубы); - в режиме движущегося пригруженного слоя ионита за счет обезвоженного верхнего слоя 24, который и уплотняет рабочий слой смолы (фиг. 2); - режим движения раствора по емкости практически равномерный; - при переработке с плотным слоем ионита неосветленных продуктивных растворов и пульп значительной вязкости без опасности кольматации (забивки) порового пространства слоя твердого.

Предложенное устройство возможно использовать при добыче полезных ископаемых в шельфовой зоне морей и океанов с применением эрлифтного подъема при погружении всасывающего наконечника в грунт (при всасывании "из под слоя").

Источники информации 1. Авторское свидетельство СССР N 874093, B 01 D 15/04, 1981.

2. Извлечение металлов из замагазинированной руды в блоках подземного и штабелях кучного выщелачивания. Издательско-полиграфическое предприятие "Жана-Арка", г. Целиноград, 1992, с. 251, рис. 7.9.

3. Извлечение металлов из замагазинированной руды в блоках подземного и штабелях кучного выщелачивания. Издательско-полиграфическое предприятие "Жана-Арка", г. Целиноград, 1992, с. 260, рис. 7.15.

Формула изобретения

1. Устройство для эрлифтирования сыпучих материалов, содержащее расположенную вдоль всей глубины загрузочной емкости эрлифтную трубу и патрубок подвода воздуха к эрлифтной подъемной трубе в нижней ее части, подсоединенный к воздухопроводу, отличающееся тем, что параллельно эрлифтной подъемной трубе установлены один или несколько трубчатых каналов, а в нижней части эрлифтной подъемной трубы коаксиально ей установлена кольцевая камера, к донной части которой подсоединен патрубок, образующий кольцевой зазор с эрлифтной подъемной трубой, а патрубок подвода воздуха установлен тангенциально к кольцевой камере.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что всасывающее отверстие эрлифтной подъемной трубы сверху окружено конфузором, установленным на патрубке кольцевой камеры с возможностью перемещения по нему.

3. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что трубчатый канал представляет собой обечайку эрлифтной подъемной трубы.

4. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что трубчатый канал представляет собой внутренний кожух поверхности загрузочной емкости, зумпфа или вертикальной горной выработки.

5. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что трубчатый канал представляет собой внешний кожух поверхности загрузочной емкости.

6. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что трубчатые каналы представляют собой отдельные трубки, расположенные внутри и/или вне загрузочной емкости.

7. Устройство по любому из пп.1 - 6, отличающееся тем, что трубчатые каналы частично или по всей длине перфорированы круглыми или щелевыми отверстиями, размер которых не превышает характерные размеры компонентов находящейся в емкости засыпки.

8. Устройство по любому из пп.1 - 7, отличающееся тем, что верхние торцы трубчатых каналов содержат сетку либо поплавковый клапан.

9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что загрузочная емкость представляет собой зумпф или вертикальную горную выработку.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4