用于粒子分离的方法和装置

摘要

本发明涉及例如由压碎和碾磨所提炼的矿物或由再循环的材料（玻璃、塑料等）产生的粒子的动态分离。该分离通过多级动态分离器（2、3）执行，通过输送流体从而在分离级之间实施调节。输送的流体可以是类似输送到分离级的重介质，且相对分离器的轴具有旋转分量。

权利要求

1.一种粒子分离的方法，其中具有分散在其中的粒子的流体在至少两个连续的分离级(2、3)中受到离心作用，以便分离具有不同的终端速度的粒子，所述方法包括在所述分离级之间的中部位置上执行的调节步骤，其特征在于，来自所述分离级中的第一级(2)的流体轴向进入所述分离级中的第二级(3)，所述调节步骤包括在所述分离级(2、3)之间引入流体，其中所述引入通过向调节流体提供旋转速度分量而进行。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述调节流体包含与待分离的粒子类似的粒子。

3.如权利要求1或2所述的方法，其中包含待分离的粒子的所述流体和所述调节流体是基于水的液体。

4.一种用于粒子分离的装置，包括至少两个分离级(2、3)，其中具有分散在其中的粒子的流体受到离心作用，以便分离具有不同的终端速度的粒子，所述装置包括位于所述分离级之间的中部位置上的调节装置(15、16、17、18)，其中所述调节装置包括用于在所述分离级(2、3)之间的中部位置处引入调节流体的通道(15)，其特征在于，还包括在所述分离级(2、3)之间延伸的中间体(10)，其中所述调节通道(15)相对于所述中间体(10)切向进入所述中间体(10)之内。

5.根据权利要求4所述的装置，其中所述调节通道(15)关于所述中间体(10)定向，相对于所述中间体(10)所成的倾角为负值，正值或零。

6.如权利要求4所述的装置，其中所述分离级(2、3)是旋风分离器或具有大体上圆柱形状的分离器。

7.如权利要求4至6中任一项所述的装置，其中所述分离级中的第二级(3)为动态类型。

说明书

用于粒子分离的方法和装置

技术领域

[0001] 本发明涉及用于粒子分离的方法和装置。

背景技术

[0002] 本发明特别涉及应用在采矿、提炼等领域中的分离，其中从减小到预定尺寸的矿石中得到的待分离的粒子被分散到流体中，该流体被送入到两个动态分离器中，这两个分离器通常是两个被称为旋风分离器的圆锥形分离器，或圆柱形分离器或这两种形状的组合。

[0003] 动态分离器是利用离心力的机器，离心力通过在优选地具有圆柱形或截头锥形几何结构的室内向包含那些悬浮粒子的流体提供旋转运动而产生。

[0004] 因此，在该（气态或液态）流体内产生的离心力的场使粒子被布置在彼此同中心的具有相同的终端速度的层中（这取决于密度、尺寸、形状等），从而使具有较低的终端速度的粒子沿着分离器的轴浮动，而具有较高的终端速度的粒子通过使其迎着圆柱形或截头锥形的室的壁运动而下沉。

[0005] 在采矿工业中，旋风分离器一般用作在将矿石压碎和碾磨成预定尺寸的微粒之后分离提炼材料的装置。

[0006] 通常被称为旋风分离器的分离器具有大体上截头锥形状，并配备有相切布置的入口导管和沿着分离器的轴的两个出口。特别是，第一出口被布置在圆锥体的顶点附近，用于排出较重的粒子部分或更一般地具有较高终端速度的那些粒子，而第二出口被布置在圆锥体的底部处并用于排出具有较低终端速度的粒子部分。

[0007] 具有大体上圆柱形状的动态分离器通常用于比旋风分离器更准确的分离。如果所期望的分离主要是由于粒子的密度，则使用具有预定密度的重介质；这样的分离器可根据需要具有优选地圆柱形或截头锥形的形状。这些装置是在很多年来已经被确认的现有技术的部分。

[0008] 上面提到的旋风分离器和动态圆柱形分离器在很长时间以来是众所周知的，且为了提高其性能，将它们一个接一个（圆锥形和圆柱形分离器）串联布置以得到多级分离装置的事实也被熟知。

[0009] 在意大利专利公布文献IT1152915和英国专利公布文献GB2164589（都是属于Prominco S.r.l.）中描述了这种装置的例子。

[0010] 多级装置的工作原理是，将分离分成几个连续的分离级，它们中的每个分离级可能有更好的条件来从重的部分中移除轻的部分，因为粒子被释放到流中的概率增加了，该粒子是该流的部分。

[0011] 实际上如本申请的说明书附图中的图1所示，该图取自已经提到的文献GB2164589，与通过增加分离级的数量（曲线B、C、D）相比，单级分离（曲线A）能够去除较小百分比（在相同的条件下）的具有预定密度的材料：因此，增加分离级可能增加分离的准确度，因而增强整个工艺的性能。

[0012] 一种特别引起兴趣的例子是要求获得高质量煤（1.1-1.3kg/dm3的密度）的情况。

[0013] 存在很多这种情况，必须从送入的材料中分开三种或更多种副产品（例如，冶金煤、取热用煤和矿渣）；为此目的，也可能有利地在这几个级中使用具有不同密度的重介质，而不是使用安装和操作起来昂贵得多的完全独立的分离级，然而如果两个介质之间的差异3 3
非常高（例如，dl=2.00kg/dm,d2=1.45kg/dm），则进行彼此的连接是不利的。事实上，在这
3
种情况下，在进入随后的下游分离器的流体和其重介质（例如，il=1.8kg/dm,d2=1.45kg/
3
dm）之间将产生密度差异，导致至少在分离器的下一级的一部分中，分离器将不是在最佳的工作条件下工作，因而出现了低质量分离或需要超大尺寸的级。

[0014] 如可能被注意到的，一方面大量分离级的使用理论上允许分离工艺的性能被优化（如果只有两个产品被分离，则涉及分离准确度，或如果三个或更多产品被分离，则涉及廉价性），另一方面装置被制造得更复杂，这实际上意味着它们在功能上很不灵活，因为为了在几个分离级中保持分离的设计条件，不可能在一个分离级中进行变化而不影响后面的分离级。

[0015] 因此，如果由于某种原因假定具有悬浮粒子的流体的条件（例如流速、密度等）在分离器的一个分离级中发生变化，甚至其它分离级也将被涉及，恶化了整个装置的性能。

发明内容

[0016] 本发明旨在解决的技术问题是克服上面阐述的缺点。

[0017] 用于解决这样的问题的思想是提供对分离工艺的控制，其在两个分离级之间操作，使得在它们中的每一个分离级内部，获得稳定的条件，从而实现最佳操作。

[0018] 上面提到的技术问题由根据所附权利要求1的分离方法解决。

[0019] 本发明还包括用于借助于所述方法进行粒子分离的装置，其特征也在所附权利要求中被阐述。

附图说明

[0020] 本发明的这些特征和效果将从对于在附图中示出的其中一个实施方式的描述中变得更清楚，该实施例仅提供来作为例子而不是限制性的，其中：

[0021] 图1示出了关于作为已知的多级分离器的密度的函数的所分离的流体的重部分的百分比的插值曲线；

[0022] 图2-4是从文献GB2164589获知的分离装置的相应的可能实施方式的截面图；

[0023] 图5是本发明的装置的简化截面图；

[0024] 图5a是图5的可能的变形实施方式的局部放大视图；

[0025] 图6是沿着图5的线VI-VI截取的截面图，是根据本发明的装置的局部；

[0026] 图6a是沿着图5的线VI-VI截取的截面图，是图6所示局部的变形实施方式；

[0027] 图7是其中设置有图5所示装置的工厂的一部分的示意图；

[0028] 图7a是前一图所示工厂的变形实施方式的示意图；

[0029] 图8、9和10是根据本发明的装置的各个变形实施方式。特别注意到，在图8中，与其它实施方式不同，第一分离级的重材料而不是轻材料被重新处理，为此目的，只有在图8中，导管6才是轻材料的出口而导管7是重材料的出口。

具体实施方式

[0030] 参考上面列出的附图且特别参考图5到10，示出根据本发明的分离装置的不同实施方式；这些实施方式中的第一个实施方式在图5中作为整体由1表示，且它包括两个分离级，其中第一分离级由旋风分离器2组成，而第二分离级是圆柱形分离器3。

[0031] 因为这些类型的分离器都是本身已知的，在本说明书中，将只参考理解本发明所必须的部件进行描述，其他更详细的描述请参考关于本主题的现有技术、科学文献和专利公布文献；在这样的公布文献当中，除了上面提到的文献（IT1152915和GB2164589）以外，还指出包括有与旋风分离器有关的专利公布文献GB530309或GB542988。

[0032] 分离装置1特别用于处理从采矿提炼的材料，其被压碎和碾磨以便得到具有预定尺寸的粒子，或处理再循环的材料，例如塑料、玻璃、铝等；由分离器1处理的采矿材料可以是与其它惰性材料（例如碳酸盐、硅酸盐等）混合的具有不同密度的煤或（含铁和不含铁）金属。

[0033] 材料被送入到第一旋风分离器分离级中成为流体中的悬浮物，流体可以是气态或液态（优选为水），取决于应用和本发明的变形实施方式；因为它出现在旋风分离器中，较重的材料与分散到悬浮体中的较轻材料分离，且穿过轴向排放导管6出来。相反，轻的部分在装置1中继续前行穿过出口歧管7，出口歧管7优选地配备有凸缘8，以便允许出口歧管7被连接到中间调节体10。

[0034] 调节体10提供具有与第一分离级的歧管7实质上相同直径的中心管状部分11，在其端部处，设置两个凸缘12和13用于连接到分离级2和3；调节通道15进一步连接中间体用于将流体供应到分离装置1中。

[0035] 调节通道15优选地布置成相对于中间体10相切，如图6、6a和5a中所示，分别显示了通道15的实施例；然而，通道可能有其它布置，例如相对于分离体10是径向的或相对于分离体以不同的方式（例如倾斜）被定向，α和β的值均可为负值或正值或零，如图5a所示。

[0036] 调节通道15也可符合几个布置，例如它的长度也可根据分离工艺的需要来改变；一些图只显示调节通道10的端部，然而调节通道10可向上游延伸用于将过程流体输送到分离器中。

[0037] 为此目的，在图7、7a中，示出了用于穿过相应的通道15输送调节流体的相应的可选解决方案（这是其中设有分离装置1的工厂的示意性表示）；该工厂实际上复杂得多，如从在专利IT11654948中描述的实施方式可以获悉，由于与之相一致，该专利的内容被合并在本申请中。

[0038] 调节流体可通过重力或通过泵送而被送入；为此目的，在通道15的上游，设置有控制阀16，其允许来自罐17的流体通过重力或通过泵18所提供的压力而输送。如果调节流体是气态的，泵18可由压缩机代替。

[0039] 如已经提到的，第二分离级3为动态类型，且在中间体10的下游，它由相应的凸缘20连接；动态分离器3具有通常大体上圆柱形状，且来自第一分离级2的流体在入口导管
21处轴向地进入动态分离器3中，用于与通过入口22进入分离器中的过程流体（即，重介质）会合，如在图5中由箭头所表示。

[0040] 过程流体22接着连同分离的粒子的重部分（也被本领域中的技术人员称为“沉物”）一起通过出口歧管23排出，而轴向向前移动的材料的较轻部分（也被称为“浮物”）沿着在分离器下游的出口24中的同一线出来。

[0041] 前面在本文描述的分离器的操作如下（图5）。

[0042] 具有待分离的矿物材料的悬浮粒子的流体被送入到第一分离级2，在其中发生具有较大密度（沉物）的粒子的第一分离，所述粒子穿过旋风分离器2的圆锥体的出口6出来；较轻部分（浮物）前进进入出口歧管，并到达调节体10，其中调节通道15在此进入调节体10之内。

[0043] 在歧管7和/或调节体10处，优选地（甚至可选地）设置用于探测旋风分离器的流体特性的探测器，该流体将在下文被简称为“浮物1”（即，与第一分离级有关）；流体浮物1的特性的探测器可以是已知的类型，例如光学、磁性或其它类型（由Heinrichs公司、Trimtec Sistemi公司销售的那些在意大利市售的密度计），用于直接对流体流进行测量；相反，可通过未在附图中示出的重定向结构（旁路）对在分离过程期间从中间体10提取的流体的样本进行测量。另一类型的调节可依赖于分离到分离器3中的效果，例如对于包含在从导管24出来的产品中的灰或对于所期望的元素含量等的在线测量。

[0044] 根据已经进行的测量，分离器1的控制系统操作电磁阀16，该电磁阀16启动通过通道15进入调节体10的调节流体的供应和调节。

[0045] 为此目的，根据工艺条件，包含在罐17内的流体可以是水或具有预定密度的粒子的水溶液，以在流体浮物1进入第二分离级3之前调节流体浮物1的密度。

[0046] 在第二种情况下，水溶液优选地是具有适当浓度的磁铁矿和/或硅铁的悬浮液，其适合于帮助分离包含在浮物1中的较轻部分，并随后进入到动态分离器2中；后者是第二分离级，其中流体被分割，以便将较低密度的粒子与较高密度的粒子分开，较低密度的粒子从分离器3的出口24由流排出，简称浮物2（即与第二分离级有关），较高密度的粒子由分离器3的出口23排出（简称沉物2）。

[0047] 由于这个原因，重介质通过相切的入口22进入到动态分离器中，重介质优选地也由密度为中间密度（通常介于流的较轻粒子（浮物2）和从出口23排出的较重粒子（沉物2）之间）的磁铁矿和/或硅铁的水溶液组成。

[0048] 考虑到目前为止所进行的描述，可以理解分离方法和用于执行该方法的相关的分离装置如何使得本发明基本的技术问题得以解决。

[0049] 通过穿过通道15的调节流体的受控输入进行的在分离器的两个分离级之间的调节，使得在第二分离级3的入口处的工艺条件被准确地调节，从而在其中保持用于动态分离的最佳条件；可以得到该结果，而不对第一分离级的操作造成变化，因此可像平常一样操作。

[0050] 很清楚，通过适当地调节阀16和/或泵18的电机的每分钟转数，可以调节被添加到在两个分离级2和3之间的过程流体的控制流体的流速。

[0051] 通过使用两个体积流速作为权重，进入第二分离器的流体的最终的密度将是两种流体（部分地分离的流体和控制重介质）的密度的加权平均。

[0052] 这使本发明的应用对现存的分离工厂特别有利，因为做出的改变只影响连接串联设置的两分离级的中间区域。

[0053] 本发明还预期应用在单级分离工厂中，该单级分离工厂可通过添加串联的一个或多个分离级（都是截头锥形的和大体上圆柱形的分离级）来转换成多级工厂，根据上述描述，中间调节使得其操作优化。

[0054] 这样可以增强性能，且如已经阐述的，允许从质量和数量两方面得到更好的分离效果。

[0055] 从第二分离级3出来的产品（浮物2）的输出，粒子的较轻部分的含量高，整个工艺的性能随之较高；必须注意，关于成本，可通过将例如用于输送到第一分离级的旋风分离器2的流体用作分离级3的重介质来有利地得到这个结果。

[0056] 显然，到目前为止所描述的例子的本发明的变形实施方式是可能的，将参考图8和随后的一些图来考虑这些变形实施方式，其分别显示了可替换的实施例，为了简洁起见，相同的标号代表结构上或功能上相等的部件。

[0057] 图8中的变形实施方式不同于前面的实施例，因为在第一旋风分离级2中，圆锥以反向方式被布置，使得其中输送的悬浮物的较重部分（沉物）被分离并在经过中间体10之后被发送到第二分离级3，在中间体10中进行特性的调节，如在前文已经解释的那样。

[0058] 在这个变形实施方式中，第二分离级3由完全类似于前面的实施例的动态分离器组成，且因此其操作和所实现的相关优点在前文已经解释。

[0059] 然而，可理解，因为旋风分离器2被反向设置，使得分离的粒子的较重部分（沉物）被排出并被发送到第二分离级3，在中间体10中进行的调节所使用的流体的特性不同于第一实施方式，其它条件是相同的。

[0060] 作为本发明的另一变形实施方式，必须指出，本发明所使用的这些分离器不一定彼此不同，即，在前两个实施例中具有旋风和动态类型，但它们可以是例如图9所示的两个（或多个）相同的分离器。

[0061] 即使在图9中，对于第一分离级2，相同的标号用于表示旋风分离器，但是很清楚，它是配备有重介质的相切入口5的动态分离器，然而甚至在这种情况下，根据已经阐述的教导，在两个分离级之间对从第一分离级出来的流体浮物1进行调节，并从其中得到相关的效果。

[0062] 如可理解的，本发明具有在功能上灵活的重要优点，且因此可应用于分离器的不同布置；如可从附图中注意到的，在第一例子中，分离器的轴被水平地布置，而在图8和9中，分离器的轴被布置成倾斜的。然而，这不是限制性的，且可能有不同的布置，其中第一分离级和第二分离级具有如图10中的不同的相应倾斜轴，其中第一分离级是旋风分离器，而第二分离级是圆柱形分离器。

[0063] 甚至关于通过将流体提供到中间体10中而进行的调节，也可以有几个变形实施方式。

[0064] 可根据应用来研究这种流体的成分；因此流体可能是简单的水或包含甚至与存在于分离器中的粒子不同的粒子的水溶液，或代替悬浮物的水溶液，或细微地分布到液体中的气体的混合物，等等。

[0065] 并且，用于通过通道15导入的调节流体的参数，例如压力、速度和数量，它们将根据有待进行的分离工艺来定义。

[0066] 当进入分离级2、3内的流体成分改变时，例如当材料粒子的成分改变时，这是有利的。

[0067] 然而很清楚，可以在分离级之间设置几个入口通道15，而不是附图中所示的单个；这些通道可布置在沿着中间体10的不同位置上，以便允许调节流体在分离的点被引入到在中间体中流动的大量流体中。

[0068] 必须进一步注意，在中间体10的一侧处或相对侧处的通道15的相切布置有利于对其中输送的流体施加顺时针或逆时针旋转分量。

[0069] 最后重要地指出，本发明适用于具有高于二级的多个分离级的装置，例如在图2、3和4中所示的分离级的装置。

[0070] 特别是，可能将调节通道插在两个相邻级之间，以使这些装置具有与分离级的数量成比例的2、3或更多个调节通道。

[0071] 但是根据前面的例子的教导，也可能有多组分离级，例如图4示出的分离级，将一个（或多个）调节通道应用在这些组间。

[0072] 参考图4，很清楚，中间体（例如在图5-10中由10表示的中间体）可被插入在连接数组分离器的凸缘之间，使得该过程可如已经解释的被调节。

[0073] 最后，必须指出，本发明的原理甚至可应用于待分离的粒子分散其中的气态型的流体中。

[0074] 对本文描述的变形实施方式进行的其它组合是可能的，然而不偏离本发明的教导。