Установка для перетворення слабомагнітної залізорудної сировини на сильномагнітну сировину за допомогою відновлювальних газів

Реферат: Установка для перетворення слабомагнітних залізних руд на сильномагнітні руди за допомогою відновлювальних газів містить циліндричний металевий реактор, у якому здійснюється перетворення властивостей залізної руди, пристрій для обертання реактора, що з'єднаний з металевим реактором, та водяний затвор для запобігання доступу кисню до реактора. Крім цього, гази-відновники генеруються в окремому генераторі з активованого вугілля, причому газогенератор та металевий реактор розташовані послідовно, швидкість потоку повітря до газогенератора контролюється диференційним манометром, а температура газогенератора цифровим терморегулятором. UA 113349 U (12) UA 113349 U UA 113349 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі збагачення залізних руд, зокрема перетворення слабомагнітних залізних руд на сильномагнітні руди для підвищення ефективності подальшої магнітної сепарації під час виробництва залізорудних концентратів, та може бути використана у лабораторіях гірничо-збагачувальних підприємств, що виробляють залізорудні концентрати для металургії, а також у наукових та навчальних установах відповідного профілю. Для перетворення властивостей залізних руд використовують, зазвичай, трубчасті обертові печі, в тому числі, для магнетизуючого випалу бідних залізних (дисперсногематит-мартитових, залізнослюдко-мартитових, гідроксидних, сидеритових) руд [1]. Зміна магнітних властивостей руд здійснюється в зоні реактора за рахунок перетворення слабомагнітних мінералів (гематит, гетит) на сильномагнітний магнетит за допомогою газоподібних, рідких або твердих відновників. При цьому відновлювальні сполуки, за допомогою яких здійснюється перетворення магнітних властивостей, знаходяться або формуються в зоні реактора, температура, за якої здійснюється перетворення в реакторі, дорівнює приблизно 1000 °C, а ізоляція внутрішньої порожнини реактора від атмосферного кисню не здійснюється, що є недоліками розглянутої установки. Прототипом (найближчим аналогом) корисної моделі є обертова піч для перетворення слабомагнітних мінералів заліза на сильномагнітні мінерали при їх відновленні вуглеводами біомаси [2]. Піч містить циліндричний металевий корпус (реактор), розташований під кутом до горизонталі, привід для його обертання, а внутрішня порожнина реактора ізольована від атмосфери за допомогою водяного затвору, який призначений для відведення газів, що утворюються в реакторі, та запобігання доступу кисню з повітря всередину реактора. Нагрів реактора в такій печі здійснюється до температури 650 °C. Недоліком розглянутого обладнання є те, що в результаті згоряння біомаси в реакторі з'являється велика кількість смол різного складу, а також вуглекислого газу та води, що ускладнює експлуатацію цієї установки, а також негативно впливає на якість отриманого матеріалу. В основу запропонованої корисної моделі поставлено задачу вдосконалення установки для перетворення слабомагнітних залізних руд на сильномагнітні руди в процесі їх відновлення газами. Під час перетворення слабомагнітних мінералів заліза на сильномагнітні мінерали за допомогою газів-відновників (переважно, СО) важливим є відсутність кисню в зоні реактора, контроль за потоком газу-відновника та за температурою реактора, а також забезпечення постійного та однакового контакту газу-відновника з різними частинками залізорудної сировини. Для запобігання окиснення в зоні реактора сильномагнітної фази та збільшення магнітного моменту кінцевого продукту, реакційну суміш необхідно ізолювати від дії атмосферного кисню. Поставлена задача вирішується тим, що в запропонованій корисній моделі для перетворення властивостей залізних руд, гази-відновники утворюються в окремому газогенераторі за рахунок спалювання активованого вугілля за температури 750 °C, швидкість потоку газів-відновників контролюється за допомогою диференційного манометра, рівномірний контакт газів-відновників з частинками залізної руди забезпечується за рахунок постійного реверсного обертання реактора навколо його осі майже на 360 градусів; ізоляція реактора від кисню повітря забезпечується водяним затвором та постійним потоком через реактор газіввідновників. Нагрів руди в реакторі здійснюють в інтервалі температур 400-500 °C, що контролюється цифровим терморегулятором. Приклад Для демонстрації працездатності запропонованої установки був створений аналог напівпромислової установки для перетворення слабомагнітних залізних руд на сильномагнітні руди за рахунок їх відновлення газами-відновниками, схема якого зображена на Фіг. 1. Повітряний компресор (1) нагнітає повітря, яке під постійним тиском, що контролюється диференційним манометром (2), надходить до газогенератора (3). Середня швидкість потоку 3 повітря до газогенератора складає 2,8 см /с. В газогенераторі знаходиться активоване вугілля (4) за температури близько 750 °C. Завдяки дефіциту кисню в газогенераторі формується монооксид вуглецю, який є газом-відновником. Монооксид вуглецю надходить до металевого реактора (5), що знаходиться за температури 400-500 °C в муфельній печі (6). Температура газогенератора й реактора встановлюється та контролюється цифровим двоканальним терморегулятором (7). Внутрішній діаметр реактора 100 мм, довжина - 210 мм. В реактор вміщують приблизно 100 грам гематитової руди та забезпечують його реверсне обертання майже на 360 градусів зі швидкістю 7 об/хв. Це забезпечує рівномірний контакт газу-відновника з усіма частинками руди. Реверсне обертання реактора забезпечується завдяки пристрою з кінцевими вимикачами (8), який подає електричні сигнали на реле (9), що управляє реверсним двигуном (10). Реверсне обертання здійснюють усі елементи, починаючи з осі двигуна (10) до осі пристрою з кінцевими вимикачами (8). Гази, що виходять з реактора спочатку потрапляють до муфти зчеплення (11), а потім до водяного затвору (12), який не дозволяє кисню повітря 1 UA 113349 U 5 10 15 20 25 30 надходити до реактора. Після водяного затвору гази з реактора надходять до пристрою контролю газів (13), який дозволяє визначати склад газів, що надходять до нього з водяного затвору. За описаною вище процедурою нами було проведено перетворення мінерального складу та магнітних характеристик гематитової руди Криворізького басейну. Повітря подавалось до 3 газогенератора зі швидкістю потоку 2,8 см /с. Температура газогенератора дорівнювала 750 °C. Руда знаходилась у реакторі за температури 500 °C протягом 30 хвилин. Мінеральний склад вихідної та перетвореної руди визначався за допомогою рентгенофазового аналізу. Відповідні дифрактограми наведені на Фіг. 2 (дифрактограма вихідної залізної руди) та Фіг. 3 (дифрактограма перетвореної залізної руди). На дифрактограмах рефлекси гематиту позначені як Hem, а магнетиту як Mag. На осі абсцис на Фіг. 2 та Фіг. 3 наведений дифракційний кут 20. З дифрактограм можна бачити, що вихідна (Фіг. 2) руда представлена, переважно, слабомагнітним гематитом (Ре2Оз), а перетворена (Фіг. 3) руда, головним чином, сильномагнітним магнетитом (Fe3O4). За допомогою магнітометра з датчиками Хола було встановлено, що намагніченість 2 насичення вихідної руди складала приблизно 0,3 А•м /кг, а після перетворення властивостей 2 руди за допомого розробленого пристрою, намагніченість насичення руди складала 84 А•м /кг, тобто намагніченість руди збільшилась приблизно в 280 разів. Відзначимо, що перетворення слабомагнітної залізорудної сировини на сильномагнітну сировину суттєво підвищує ефективність технологій виробництва залізорудних концентратів за допомогою методів магнітної сепарації. Відзначимо також, що для успішного створення високоякісних залізорудних концентратів за допомогою магнітної сепарації, як правило, достатньо лише частково перетворити гематит на магнетит. Це знижує вимоги до температури реактора, а також до тривалості перебування руди в реакторі. Посилання 1. Справочник по обогащению руд. Специальные процессы / под. ред. О.С. Богданова, В.И. Ревнивцева. - М.: "Недра", 1983. - С. 48. 2. Патент України №94162. МПК В03С 1/015, F23B 7/00, C01G 49/00, 27.10.2014. Бюл. №20, "Обертова піч для переведення слабомагнітних мінералів заліза в сильномагнітні при їх відновленні вуглеводами біомаси". Янишпольський В.В., Алєксейцев Ю.О., Дудченко Н. О., Пономаренко О. М., Брик О.Б. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 40 45 1. Установка для перетворення слабомагнітних залізних руд на сильномагнітні руди за допомогою відновлювальних газів, що містить циліндричний металевий реактор, у якому здійснюється перетворення властивостей залізної руди, пристрій для обертання реактора, що з’єднаний з металевим реактором, та водяний затвор для запобігання доступу кисню до реактора, яка відрізняється тим, що гази-відновники генеруються в окремому генераторі з активованого вугілля, причому газогенератор та металевий реактор розташовані послідовно, швидкість потоку повітря до газогенератора контролюється диференційним манометром, а температура газогенератора - цифровим терморегулятором. 2. Установка для перетворення слабомагнітних залізних руд на сильномагнітні руди за допомогою відновлювальних газів за п. 1, яка відрізняється тим, що металевий реактор розташований в горизонтальній площині, швидкість його обертання навколо своєї осі на 360 градусів складає 7 об./хв., а температура всередині реактора встановлюється в інтервалі 400500 °С. 2 UA 113349 U Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3