Спосіб відокремлювання електропровідних часток із їх суміші з іншими речовинами

Изобретение относится к отделению разнородных частиц из их смеси, может быть использовано при обогащении руд, утилизации шлаков, отделении неферромагнитных частиц металлов и други х технологических процессах, где требуется отделение электропроводных частиц из их смесей с другими веществами. Известно применение электромагнитного ускорения взвеси твердых или жидких частиц в электропроводной жидкости. Варианты такого применения в различных технологических процессах, являющиеся аналогами предлагаемого способа, представлены в таблице. В способах, при которых реализуются варианты 1,4, 6 и 7, ЭМ ускорение интенсифицирует естественные процессы всплывания или осаждения, их применение описано в источниках [1,2]. Эти варианты могут быть осуществлены и центрифугированием. Варианты 2, 3, 5 и 8, при которых ЭМ ускорение заставляет частицы двигаться в направлении, противоположном силе земного тяготения, представляют интерес для техники тем, что без ЭМ ускорения и могут быть реализованы. Известно ЭМ утяжеление расплава ферросилиция с частицами магния, при котором ЭМ силы удерживают магний в глубине расплава до полного усвоения [3]. вариант 2 таблицы, с.1. Известно ЭМ утяжеление взвесей горных масс и обогащаемого сырья в электролитах, при котором путем регулирования плотности тока добиваются избирательного всплывания частиц заданной плотности, вариант 5 [1]. Этот вариант является физической основой работы магнитогидродинамических сепараторов. Требует больших энергозатрат. Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам является способ отделения электропроводных частиц из их смеси с другими веществами, включающий измельчение смеси, диспергирование ее в электропроводной жидкости, электромагнитное ускорение взвеси, уборку и утилизацию отделенных частиц. Электромагнитное облегчение чугуна до такой степени, чтобы в нем потонула неэлектропроводная кремнемагниевая лигатура. Лигатуру подают в облегченный ЭМ способом восходящий поток чугуна, регулир уют облегчение плотностью тока, лигатура тонет. Используется вариант 3. В глубине чугуна лигатура расплавляется, приобретает большую электропроводность и всплывает в восходящем потоке чугуна, чему способствует его ЭМ облегчение. Это вариант 4. Затем лигатура попадает вместе с чугуном в зону его ЭМ утяжеления (вариант 2), где погружается и пребывает до полного растворения в чугуне [4]. Недостатком известного способа является необходимость создания в облегченном восходящем потоке чугуна достаточно большого ЭМ облегчения, приближающегося к 0,9q ("q" - ускорение земного тяготения), что опасно из-за возможности выброса и требует больших энергозатрат. Технической задачей изобретения является создание такого способа отделения электропроводных частиц, в котором за счет регулирования параметров электромагнитного облегчения разделяемой взвеси достигается быстрое отделение электропроводных частиц из их смесей с другими веществами при малых энергозатратах без опасности выбросов. Поставленная задача решается тем, что в способе отделения электропроводных частиц из их смеси с другими веществами, включающем измельчение смеси, диспергирование ее в электропроводной жидкости, электромагнитное ускорение взвеси, уборку и утилизацию отделенных частиц, согласно изобретению взвесь подают в восходящий поток, создают во взвеси электромагнитное облегчение и регулируют его величину плотностью тока соответственно индукции магнитного поля, удельному весу взвеси, частиц и их объемной доле во взвеси, что позволяет быстро отделить электропроводные частицы из их смеси с другими веществами при малых энергозатратах без опасности выбросов. При электромагнитном облегчении взвеси все ее составляющие, а именно: отделяемые частицы, диспергирующая жидкость и балласт изменяют свой кажущийся удельный вес по-разному. Наибольшее облегчение испытывают отделяемые электропроводные частицы. Диспергирующая жидкость облегчается слабо. Балласт относительно жидкости становится тяжелее. Если кажущийся удельный вес балласта g", жидкости g и у отделяемых частиц g', то в результате электромагнитного облегчения и его регулирования создается гравитационная обстановка, когда g"> g > > g'. Реализуется вариант 8 таблицы, не используемый в други х способах. Происходит быстрое разделение взвеси: тяжелые электропроводные частицы с большой скоростью (» 0,5 м/с) в восходящем спутном потоке всплывают, обгоняя его, к поверхности и поступают на разгрузку. Балласт оседает с естественной скоростью. Алгоритмом регулирования плотности тока во взвеси дли достижения повального или выборочного всплывания отделяемых частиц является выражение [1]: где β - отношение плотностей частиц и жидкости; g - действительный удельный вес взвеси, н/м 3; В - индукция магнитного поля, Тл; V’ - объемная доля отделяемых частиц; V - объемная доля диспергирующей жидкости; V’’ - объемная доля балласта. На фиг.1 показан разрез А-А на фиг.2; на фи г.2 - аппарат в плане. Способ заключается в следующем. Реактор, содержащий загрузочную зону 1, разделительную 2 и разгрузочную 3 заполняют электролитом, водным раствором поваренной соли. Под носок желоба 4 помещают контейнер 5, снабженный окнами из сетки или ткани, пропускающими электролит и не пропускающими отделяемые частицы. Обмотки 6, расположенные на полюсах 7 электромагнита 8, подключают к источнику тока 9, в результате чего поперек разделительной зоны 2 появляется поток магнитной индукции. Электроды 10 и 11 подключают к источнику тока 12 с такой полярностью, чтобы в разделительной зоне 2 создавалось электромагнитное облегчение. В результате уровень электролита в разделительной зоне 2 повышается, и электролит перетекает по желобу 4 в разгрузочную зону 3. Боковые стены и дно зоны 2 не электропроводные. По лотку 13 в загрузочную зону 1 подают смесь, из которой надо отделить электропроводные частицы, которые на фиг.1 обозначены кружочками. Активатором 14 или барботажным способом смесь в загрузочной зоне 1 диспергируется и в виде взвеси поступает в разделительную зону 2 через вертикальную щель 15 в электроде 10. В зоне 2 электропроводные отделяемые частицы облегчаются намного сильнее, чем электролит, всплывают кверху и вместе с электролитом переливаются в разгрузочный конвейер 5 в зону разгрузки 3 по желобу 4. Режим перелива регулируют краном 16 на трубопроводе 17, по которому насосом 18 чистый электролит возвращают в зону загрузки 1. За пределами зоны 2 электромагнитное облегчение на отделяемые частицы не действуе т, и они накапливаются, оседая в контейнере 5. Балласт смеси, который на фиг.1 обозначен черточками, в разделительной зоне 2 не облегчается, оседает книзу, откуда по мере надобности эвакуируется разгрузочным устройством 19. Расходуемый при этом электролит утилизируют для повторного использования. Поступление взвеси из зоны 1 в зону 2 через узкую щель способствует гашению завихренности и ускоряет процесс разделения. В процессе разделения регулируют плотность тока между электродами 10 и 11 и его силу в обмотках 6 электромагнита 8 в соответствии с выражением (1) и объективными данными, чтобы в разгрузочную зону 3 попадал нужный материал и не попадал балласт. Трубопровод 17 частично или полностью выполняют из диэлектрического материала, например, полиэтилена, чтобы электрический контакт между электролитом, находящимся в зонах 1 3, происходил через зону 2 и был минимальным по контур у 17. Это увеличивает КПД установки фиг. 1-2. Пример 1. Отделяли частицы меди от формовочной земли. Предположительна объемная доля меди в смеси 1%. Объемная доля смеси во взвеси 10 плотность взвеси 1,1, индукция магнитного поля 0,5 Тл. Плотность тока наращивали от 200 а/м 2. До плотности 1900 а/м 2 в зоне разделения ничего не всплывало, затем на поверхности появились мелкие частицы, затем до плотности тока 2900 а/м 2 всплывали частицы покрупнее. После 3000 а/м 2 количество всплывшего материала визуально не изменялось. Анализ балласта показал отсутствие в нем меди. Размер отделенных частиц 0,1-2 мм. По выражению (1) всплывание медных частиц при таких условиях происходит при j>1740 а/м 2. Следовательно, выражение (1) может служить основой для разработки устройств и регулирования процесса отделения металлических частиц по предлагаемому способу с использованием эффекта 8 таблицы стр. 1. Пример 2. От формовочной земли отделяли частицы алюминия и меди. Предположительная доля по объему в смеси частиц алюминия 1%, меди 1%. Объемная доля смеси во взвеси 20%, плотность взвеси 1,2. Индукция магнитного поля 0,5 Тл. При увеличении плотности тока до 1300 а/м 2 частицы не всплывали, затем до 5500 а/м 2 всплывали только частицы алюминия, затем всплывали частицы и алюминия и меди. При плотности тока 7000 а/м 2 всплывали практически все металлические частицы. По выражению (1) при таких условиях частицы алюминия всплывают при плотности тока более 1200, частицы меди при плотности тока более 5600 а/м 2. Следовательно, плотность тока при отделении электропроводных частиц необходимо регулировать в соответствии с индукцией магнитного поля, удельным весом взвеси, частиц и их объемной долей во взвеси. Выражение (1) является основой для регулирования. Применение предлагаемого способа отделения электропроводных частиц позволяет провести эту работу быстро, относительно простым оборудованием и с малыми энергозатратами, на малых площадях, без загрязнения окружающей среды. По прототипу в активной зоне реактора надо создавать ЭМ облегчение до 0,9q. В действующих магнитогидродинамических сепараторах создают ЭМ утяжеление до 4,0q. Для предлагаемого способа достаточно ЭМ облегчения 0,054-0,2q. Это обеспечивает малые энергозатраты, сравнительно низкие капитальные расходы и безопасность для персонала.