Пристрій для сухого збагачення вугілля

Пристрій для сухого збагачення вугілля, який включає конвеєрну стрічку та електромагнітний опромінювач для формування магнітного поля, яке перетинає весь шар вугілля, яке рухається разом зі стрічкою, який відрізняється тим, що електромагнітний опромінювач виконаний у вигляді поздовжнього прохідного вихроструменевого датчика у 3 дяної пари, яка, до того ж не утилізується, поєднання принципово різних технологічних процесів збагачення вугілля, зокрема, процедур агломерації, флотації, парування, промивання, сушіння, з використанням декілька хімічних реагентів, водяної пари, технічної води. У склад цього обладнання входять пристрої, що належить до різних галузей техніки, для можливості впливу на сировину різними за видами енергетичними та хімічними засобами, що дає підставу для висновку - його використання, безумовно, є економічно невиправданим. Крім того, до загального недоліку обладнання для всіх відомих «мокрих» способів слід віднести обов'язкову наявність у його складі пристроїв для подальшого сушіння готової продукції, зокрема, вугілля, та мати потужні відстійники і систему очищення від реагентів, використаної води для можливості її повторного використання у технологічному процесі збагачення вугілля. Обладнання для реалізації, так званих «сухих» способах збагачення вугілля, позбавлена вказаного недоліку через відсутність у складі низки пристроїв для сушіння та рекуперації робочої рідини. Так, наприклад, відомо обладнання для реалізації способу «сухого» збагачення вугілля, яке містить, щонайменше, дві дробарки, систему решіт різного калібру, низку ємностей для збирання різних продуктів та фракцій збагачення (золи, різного за зольністю вугілля) та довгий транспортний засіб, зокрема конвеєр. Це обладнання використовують на такий спосіб. Всі технологічні операції по збагаченню вугілля здійснюють в процесі транспортування вугільної сировини на єдиному транспортному засобі з попереднім його вибірковим роздрібненням та подальшим розділенням на низкозольні і високозольні класи за зовнішнім виглядом, при цьому низкозольні класи (концентрат) видаляють з транспортного потоку у підрешітний продукт і направляють споживачеві, а високозольні класи ще раз піддають вибірковому дробленню з подальшим виділенням роздробленого вугілля із транспортного потоку у підрешітний продукт, після чого видаляють породу, що залишилася, у вигляді надрешітного продукту з процесу збагачення [див. заявку Росії №96114936 з класів В07В 1/00, В07В 13/00, В02С 23/00, опубліковану 20.10.1998 р. у Бюл. №29]. Основним недоліком даного обладнання є те, що його експлуатація потребує використання ручної роботи для розділення фракцій, в ньому відсутні пристрої для виділення пустої породі, пристроїв для виділення глини. Таке обладнання не забезпечує певну якість процесу збагачення, небезпечно для працівників через наявність у складі рухомих пристроїв, зокрема конвеєра. Вказаних недоліків позбавлено устаткування для відділення дрібних часток вуглецю від зольного пилу, що містить трьохступеневу систему обладнання, перша з яких має пристрої для роздрібнення вихідної сировини до пилоподібної фракції та її класифікації, друга - трибоелектричний зарядний пристрій, у якому відбувається заряджання трибоелектричним методом часток вихідної сировини, третя - трибоелектричний сепаратор, у яко 57295 4 му відбувається процедура електростатичного відділяння заряджених часток вуглецю від зарядженого зольного пилу [див. заявку Японії №57171454 з класу В03С 7/02, В03С 1/24, опублікований 22.10.1982 р. у Бюл. «Токкє Кохо»]. Основним недоліком відомого устаткування є його занадто висока складність через використання нестандартного, до того ж, досить коштовного обладнання, зокрема трибоелектричного зарядного пристрою та трибоелектричного сепаратора, що підвищує собівартість готового продукту. Даний устаткування передбачає переробку виключно дрібних фракцій вуглецевмісного матеріалу, зокрема, зольного пилу, що містить частки вуглецю, а тому є непридатним для збагачення викопного (шматкового) вугілля, тобто має певні обмеження щодо його застосування. Найбільш близьким за своєю суттю та ефектом, що досягається, і який приймається за прототип, є пристрій для безперервного сухого збагачення вугілля, який включає конвеєрну стрічку, що завантажує вугілля в вагони, над якою розташований потужній електромагнітний опромінювач, у вигляді електромагнітного генератора, для формування магнітного поля, яке перетинає весь шар вугілля для виділення з нього зайвої вологи, яке рухається разом зі стрічкою, та розпилювач водного розчину синтетичного полімеру для захисту від повторного проникнення в шматочки вугілля атмосферної та іншої вологи. Даний пристрій використовують на такий спосіб. Шматки вугілля, рухаючись на конвеєрній стрічці, перетинають магнітне поле опромінювача, при цьому зменшуються сили зв'язку молекул води з поверхнями тріщин, пружні сили яких видавлюють воду з простору (об'єму) тріщин і закривають їх вологи. Захист від повторного проникнення вологи в мікро- чи макротріщини вугілля здійснюють шляхом покриття зовнішньої поверхні шматків полімерною плівкою, яку наносять розпилювачем водного розчину полімерів або методом занурювання вугілля в такий розчин [див. пат. України №46872 з класів C10L 5/04, B03D 1/10, опублікований 17.06.2002 в Бюл. №6]. Основним суттєвим недоліком відомого пристрою для збагачення вугілля є те, що воно не забезпечує відділення вуглецевмісного компонента вугілля від пустої породи. Сутність даного недоліку пояснюється наступним: збагачення за цим способом полягає виключно у видаленні вологи із тріщин шматкового вугілля, а також у захисті поверхні окремих шматків від її повторного проникнення. Це, скоріше, пристрій для захисту вугілля, ніж його збагачення, оскільки таким же ж чином електромагнітний опромінювач впливає й на породу, а розпилювач також покриває породу полімерною плівкою, тобто порода нікуди не дівається з конвеєру. До того ж, полімерна плівка покриває як вугілля, так і породу лише з одного боку, що звернений до розпилювача рідинної полімерної речовини. Якщо вугілля на конвеєрі розташовано у декілька шарів, то нижні з них взагалі не будуть оброблені полімерної речовиною, оскільки ворушіння на конвеєрі непередбачене. Подібний пристрій доцільно застосовувати лише на заключних 5 етапах збагачення, тобто, коли порода та інші мінеральні домішки вже видалені із вугільної маси. Наступним суттєвим недоліком відомого пристрою для збагачення вугілля є нераціональність використання природних властивостей магнітного (електромагнітного) поля, зокрема, його проникнення у електропровідні матеріали, що яких належить вугілля. Даний недолік полягає в тому, що магнітне (електромагнітне) поле застосовується тільки, частково, зокрема, для видалення зайвої вологи і при цьому зовсім не використовується для ідентифікації вуглецевмісного компонента викопного вугілля та наступного його відділення від пустої породи. Це, безумовно, втрачені можливості. Також недоліком відомого пристрою для збагачення вугілля є низька його продуктивність. Сутність цього недоліку пояснюється наступним. Оскільки над конвеєром розташований лише один електромагнітний опромінювач, то для забезпечення ефективного впливу магнітного поля на всі частки вугільного потоку необхідно, щоб конвеєрна стрічка рухалася дуже повільно, оскільки перед покриттям шматків вугілля водним розчином полімерного матеріалу потрібний ще деякий час для відбування процесів виділення з щілин вологи (навіщо вологу взагалі видаляти, якщо вона знов потрапляє у щілини разом з полімерним матеріалом?). Це негативно позначається на ефективності і продуктивності відомого пристрою у цілому. Ще одним недоліком відомого пристрою для збагачення викопного вугілля є застосування в ньому технології розпилювання розчину синтетичних полімерів. Цей недолік полягає в тому, що ця технологія, по-перше, є недешевою, по-друге, вимагає використання додаткових синтетичних речовин, по-третє, є незручною при її застосуванні на завершальному етапі збагачення, та ще й становить небезпеку екологічного забруднення довкілля полімерними матеріалами і, по-четверте, є економічно виправданою лише для окремих видів (марок) вугілля, зокрема, для антрациту. Враховуючи, що антрацит найчастіше використається у металургійно-ливарному виробництві, згорянні полімерних матеріалів при виплавці металу, забруднюватиме довкілля продуктами згоряння та газами нервово-паралітичної дії, тобто токсичними для людини. Отже, низка зазначених недоліків, притаманних відомому пристрою для збагачення вугілля, заважають його розповсюдженню та практичному застосуванню. В основу корисної моделі поставлена задача створення високоефективного та безпечного пристрою для сухого збагачення вугілля, експлуатація якого не потребує використання додаткових природних чи синтетичних матеріалів, який би забезпечував якісне відділення вуглецевмісного компоненту від пустої породи незалежно від фракційності та вологості вуглецевої сировини за рахунок використання вихротокового ефекту, що виникає у електропровідних матеріалах при потраплянні їх у електромагнітне поле, яке змінюється під впливом вихрових токів, що виникають у таких матеріалах, шляхом здійснення контролю 57295 6 зміни електричного сигналу у електричній схеми для подальшого його використання для розділення вугільної сировини за різницею електропровідності вуглецевмісного і мінерального її компонентів. Рішення поставленої задачі досягається тим, що у відомому пристрої для безперервного сухого збагачення вугілля, який включає конвеєрну стрічку та електромагнітний опромінювач для формування магнітного поля, яке перетинає весь шар вугілля, яке рухається разом зі стрічкою, згідно пропозиції, електромагнітний опромінювач, виконаний у вигляді поздовжнього прохідного вихроструменевого датчика у вигляді котушки індуктивності з первинною та вторинною обмотками, перша з яких генерує електромагнітне поле всередині вказаної соленоїдної котушки, а друга - формує електричний сигнал при диференційній зміни електромагнітного поля під час потрапляння у нього електропровідного матеріалу, а також механічну заслінку, електричне зв'язану з електроконтактором, який електричне зв'язаний з приладом для обробки електричного сигналу, за рівнем якого здійснюють відокремлення механічною заслінкою вуглецевмісного компонента сировини від пустої породи, крім того, перед конвеєрною стрічкою розташована додаткова стрічка з терезами для зважування вугільної сировини. В основу розробки запропонованого пристрою для сухого збагачення вугілля покладена така властивість вугільної компоненти сировини, як її електропровідність, яка повністю відсутня, або занадто низька у зольній компоненти сировини. Загальне відомо, що у будь-якому електричному середовищі, зокрема, й у електромагнітному полі, відбуваються зміни, якщо в неї розмістити електропровідний матеріал. Такі зміни у електромагнітному полі відбуваються завдяки виникненню у електропровідному матеріалі вихрових токів через його магнітну проникливість, яка сягає майже одиниці (1 для всіх вуглеців незалежно від вологості та типу вугілля). Отже, зміни електромагнітного поля всередині соленоїдної котушки, неминуче призводять до зміни електричних параметрів у вторинній обмотці, зокрема, напруги. Такі зміни у вторинній обмотці виникають лише при потраплянні у соленоїд вугілля, а при потраплянні породи змін не відбувається. Це дозволяє з вторинної обмотки отримувати диференційний сигнал для подальшої його обробки. Рівень вказаного сигналу дозволяє визначати марку вугілля за електропровідністю, а також, після обробки, цей сигнал подають на виконавчий механізм, наприклад, на механічну заслінку, за допомогою якої здійснюється процедура відокремлення вуглецевмісного компонента сировини від пустої породи. Отже, здійснення електромагнітного контролю вугільної маси за допомогою наскрізного соленоїду (поздовжній прохідний вихроструменевий датчик) дозволяє чітко визначити який шматочок сировини (вугілля чи порода) потрапив у електромагнітне поле. При збагаченні вугілля за його електропровідністю, з'являється можливість з високою точністю сортувати вугілля в потоці, відділяючи з нього фрагменти з мінімальним вмістом 7 вуглецю, а також пусту породу, глину та інші неорганічні домішки. Попереднє зважування вугільної сировини та її рядкове подавання у електромагнітне поле дозволяє попередньо коректувати потужність електромагнітного поля, що забезпечує більш високу точність формування диференційного сигналу, тобто чутливість запропонованого пристрою можна регулювати у залежності від загального рівня електропровідності окремої порції вугільної маси. За рахунок магнітної проникності вугілля (вугільна речовина є не феромагнітною), запропонованим пристроєм можна з успіхом збагачувати, як крупні фракції викопного вугілля, так і дрібні. Отже, використання запропонованого принципу збагачення викопного вугілля, заснованого на властивостях електропровідності вугілля та виникненню в ньому вихрових токів, що змінюють напруженість електромагнітного поля, забезпечує якісне відділення вуглецевмісного компоненту від пустої породи та суттєво, майже повністю, знижує зольність готового продукту. Таким чином, уся сукупність суттєвих ознак запропонованого технічного рішення забезпечує досягнення технічного результату, сформульованого у постановці задачі. Подальша сутність запропонованого технічного рішення пояснюється спільно з ілюстративним матеріалом, на якому зображена схема пристрою для сухого збагачення вугілля. Вихідну вугільну сировину 1, що підлягає збагаченню, попередньо класифікують будь-яким відомим способом, наприклад, на ситах чи за допомогою грохотів за розмірами шматочків та зважують на ваговому конвеєрі 2. Цей конвеєр еклектично пов'язаний з регулятором потужності електромагнітного поля у соленоїдній котушці 3 для налагодження чутливості соленоїдної котушки 3 у відповідності до розмірів шматочків вихідної вугільної сировини (визначається через загальну вагу). Електричний струм подається на первинну обмотку 4 соленоїдної котушки 3 від джерела постачання електроструму 5. Далі, вихідна вугільна сировина 1 потрапляє рядком на транспортний конвеєр 6, який проходить крізь соленоїдну котушку 3. Всередині соленоїдної котушки 3 первинна обмотка 4 генерує електромагнітне поле, завдяки якому у вторинній обмотці 7 виникає електричний потенціал, який фіксується потенціометром 8, що електричне пов'язаний з електроконтактором 9, який, у свою чергу, пов'язаний з механічної рухомою заслінкою 10 (виконавчий механізм може бути будь-який з відомих). Під впливом електромагнітного поля у шматочках вугілля 11 виникають вихрові токи, які змінюють параметри електромагнітного поля всередині соленоїдної котушки 3. Ця зміна автоматично викликає зміну потенціалу у вторинній обмотці 7. Зміна потенціалу у вторинній обмотці 7, фіксується потенціометром 8 та подається на виконавчий орган - електроконтактор 9, який пересуває механічну заслінку 10 у відповідне положення. По обидві боки від заслінки 10 розташовані, наприклад, ємності 12 для збирання вугілля та пустої породи 13 чи конвеєри (не має значення). Якщо у солено 57295 8 їдну котушку 3 по конвеєру 6 потрапила пуста порода 13, зміна електромагнітного поля не відбувається, та й у вторинній обмотці 7 зміна сигналу не відбувається і заслінка 10 спрямовує породу у відповідну ємність 12 для збирання породи 13. Суттєва відмінність запропонованого технічного рішення, від раніше відомих, полягає у застосуванні вихроструменевого принципу розділення вуглецевмісного та мінераловмісного компонентів вугільної сировини у електромагнітному полі з урахуванням їх різної властивості щодо електропровідності. Вказана відмінність забезпечує отримання точного та високоякісного безконтактного процесу збагачення вугілля без використання додаткових речовин, не враховує стан сировини, незалежна від маси сировини, тобто незалежна від будь-яких зовнішніх факторів. Жоден із відомих пристроїв не може одночасно володіти всіма перерахованими властивостями разом, оскільки взагалі не передбачає отримання даних щодо кількісного співвідношення органічної і мінеральної складових викопного вугілля шляхом аналізу вихрових токів, що виникають в них під дією електромагнітного поля. Запропоноване технічне рішення перевірене на практиці. Запропонований пристрій для сухого збагачення вугілля не містить жодних елементів чи вузлів, які неможливо було б відтворити на сучасному етапі розвитку науки і техніки, зокрема, виробництва пристроїв для збагачення вугілля, отже, прийнятний для промислового застосування, має технічні і інші переваги перед відомими подібними технічними рішеннями через запропоновані конструктивні зміни, що підтверджує можливість досягнення технічного результату об'єктом, що заявляється, у відомих джерелах інформації не виявлено подібних пристроїв для сухого збагачення вугілля з вказаними в пропозиції суттєвими ознаками, а тому, вважається таким, що може отримати правовий захист. До технічних переваг запропонованого технічного рішення, у порівнянні з прототипом, можна віднести: - забезпечення більш точного, якісного і повноцінного збагачення викопного вугілля за рахунок можливості відділяти вуглецевмісний компонент вугілля від пустої породи, мінеральних домішок; - можливість використання на всіх етапах збагачення (попередньому, основному і заключному) з цієї ж причини; - розширення області використання властивостей електромагнітного поля за рахунок застосування вихроструменевого принципу розділяння органічних і неорганічних складових викопного вугілля; - можливість переробки будь-яких фракцій вугілля з цієї ж причини; - незалежність від сортів вугілля - всі вони електропровідні - треба лише встановити відповідну чутливість соленоїдної котушки; - висока продуктивність процесу збагачення за рахунок незалежності від швидкості переміщення конвеєру; 9 57295 - легкість реалізації з використанням простого, доступного та розповсюдженого технологічного обладнання, а також екологічну безпечність. Соціальний ефект від впровадження запропонованого технічного рішення, у порівнянні з використанням прототипу, отримують за рахунок відсутності будь-якого забруднення довкілля невідновними відходами процесу збагачення. Економічний ефект від впровадження запропонованого технічного рішення, у порівнянні з використанням прототипу, отримують за рахунок зниження вартості процесу збагачення вугілля, відсутності допоміжних речовин, відходів, що потребують утилізації, застосування звичайного не коштовного обладнання. Після опису запропонованого технічного рішення фахівцям у даній галузі знань повинно бути наочним, що все вищеописане є лише ілюстративним, а не обмежувальним, будучи представленим даним прикладом. Численні можливі модифікації пристрою, зокрема конструкцій соленоїду, варіантів механічного розділяння вугільної маси, або їх послідовності, можуть змінюватися залежно від вихідної сировини, рівня технічного оснащення та, Комп’ютерна верстка А. Рябко 10 зрозуміло, знаходяться в межах об'єму одного із звичайних і природних підходів в даній області знань і розглядаються такими, що знаходяться в межах об'єму запропонованого технічного рішення. Квінтесенцією запропонованого технічного рішення є використання вихроструменевого принципу розділення вуглецевмісного та мінераловмісного компонентів вугілля у електромагнітному полі з урахуванням різниці їх електропровідності, і саме ця обставина дозволила надбати запропонованому пристрою вищеперераховані й інші переваги. Зміна окремих положень запропонованого принципу розділення вуглецевмісного та мінераловмісного компонентів вугілля на інші, природно, обмежує спектр переваг, перерахованих вище, і не може вважатися новими технічними рішеннями в даній області знань, оскільки інше, подібне описаному пристрою, вже не вимагатиме будь-якого творчого підходу від конструкторів і інженерів, і не може вважатися результатами їх творчої діяльності або новими об'єктами інтелектуальної власності, відповідними до захисту охоронними документами. Підписне Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601