CN114555233B - 由颗粒尺寸和密度皆不均匀的颗粒混合物组成的颗粒材料的连续气动分离方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于对颗粒材料进行连续气动分离的方法，该颗粒材料由颗粒尺寸和密度皆不均匀的颗粒混合物组成，其特征在于，该方法包括以下步骤：研磨材料的颗粒；产生输送所研磨的颗粒的气体流；对所述气体流进行第一气动分离，以便将其所包含的颗粒分成由具有可变密度的最粗颗粒组成的第一粒组和由最细颗粒组成的第二粒组；对第一粒组进行第二气动分离，以便将其所包含的颗粒分成由最粗和/或密度最大的颗粒组成的第三粒组和由最细和/或密度最小的颗粒组成的第四粒组；在研磨入口处重新注入第三粒组或第四粒组，以及同时分别回收第二粒组以及第四粒组或第三粒组作为输出产物。
Description
技术领域
本发明总体上涉及用于对颗粒材料进行研磨和气动分离的处理，并且更具体地涉及用于对在尺寸、密度和形状方面不均匀的颗粒材料进行分离的处理。本发明适用于各种各样的领域，且尤其适用于处理矿石、建筑和公共工程产生的废料、植物或动物物质(如生物质、食品)、电子废料等。
背景技术
参考图1，为了将不同类型的成分彼此分离，用于分离不均匀颗粒材料M的处理通常包括：第一研磨阶段，第一研磨阶段由研磨机B和分级CL1相结合组成，分级CL1根据尺寸将颗粒分成最粗颗粒和最细颗粒，直到达到一定的颗粒尺寸范围；以及在第一研磨阶段之后的第二分级阶段CL2，第二分级阶段CL2旨在分离最细颗粒和/或具有不同性质的颗粒(通常是按照密度计的分级，以将密度最大的颗粒与密度最小的颗粒分离)。在某些应用中，密度最大的颗粒是试图从废料中回收的金属。
在这种已知的方法中，来自第一分离步骤的最粗颗粒在研磨机入口处被重新注入，以再次被细分。
这种方法的显著缺点是CL2的接续性方面，CL2仅在B和CL1的相结合的动作已经完成之后才起效。在某些情况下，这可能导致分级CL2的效率降低，以及导致与CL1相结合的动作B需要高能耗，该动作B必须处理全部材料。
发明内容
本发明旨在用一种完全创新的方法来弥补这些缺点。
本发明旨在改进现有的用于分离不均匀材料的方法，并且通过研磨与两种气动分级的新颖的同时性的组合，使得可以产生包含根据颗粒尺寸和密度两者所分级的颗粒的粒组(fraction)和也根据颗粒尺寸和密度所分级的另一粒组(例如，一个粒组具有较细且密度较大的颗粒，而第二粒组具有较粗且密度较小的颗粒)。
为此，根据第一方面，本发明涉及一种用于对颗粒材料进行连续气动分离的方法，该颗粒材料由颗粒尺寸和密度皆不均匀的颗粒混合物组成，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(a)研磨材料的颗粒，
(b)产生输送所研磨的颗粒的气体流，
(c)在第一气动分离单元中对所述气体流进行第一气动分离，以便将气体流所包含的颗粒分成由具有可变密度的最粗颗粒组成的第一粒组和由最细颗粒组成的第二粒组，
(d)在第二气动分离单元中对所述第一粒组进行第二气动分离，以便将所述第一粒组所包含的颗粒分成由最粗和/或密度最大的颗粒组成的第三粒组和由最细和/或密度最小的颗粒组成的第四粒组，
(e)在研磨入口处重新注入第三粒组或第四粒组，以及
(f)同时分别回收第二粒组以及第四粒组或第三粒组作为输出产物。
根据下文公开的实施例和替代实施例来实施本发明，这些实施例和替代实施例将被单独考虑或者根据任何技术上可行的组合来考虑。
有利地，第一气动分离包括与颗粒的回收相关联的动态分级。
根据一个优选的实施方案，第一粒组从气体流中被回收出来，并且被机械地输送到供给第二气动分离单元的气体流。
类似地，第二气动分离包括与颗粒的回收相关联的动态分级。
根据本发明的一个具体方面，第三粒组或第四粒组从气体流中被回收出来，并且被机械地输送或经由气体流输送到研磨步骤的入口。
更具体地，当该方法被应用于包含金属材料和比金属材料轻的非金属材料的颗粒材料的分离时，步骤(e)包括在研磨入口处重新注入第三粒组，以便回收第二粒组和第四粒组，第二粒组包含最细颗粒尺寸的颗粒，且具有相对于初始颗粒增加的金属材料比例，第四粒组包含最粗颗粒尺寸和密度最小的颗粒，且具有相对于初始颗粒增加的非金属材料比例。
本发明还涉及一种用于对颗粒材料进行连续气动分离的装置，该颗粒材料由颗粒尺寸和密度皆不均匀的颗粒混合物组成，其特征在于，该装置包括：
-研磨机，其被供给待处理的不均匀的颗粒混合物，
-用于在研磨机的出口处产生包含来自研磨的颗粒的气体流的装置，
-第一气动分级器，其接收所述气体流并能够产生包含具有可变密度的最粗颗粒的第一粒组和包含最细颗粒的第二粒组，
-第二气动分级器，其接收所述第一粒组并能够产生包含最粗和/或密度最大的颗粒的第三粒组和包含最细和/或密度最小的颗粒的第四粒组，和
-用于向研磨机的入口输送第三粒组或第四粒组的装置。
优选地，第一气动分级器包括与颗粒回收器相关联的动态分级器。
有利地，该装置还包括用于将回收器的出口处的清洁空气流重新注入研磨机的入口的管道。
更具体地，还包括用于将第一粒组的颗粒机械地输送到扩散器的装置，所述扩散器插入在第二气动分级器的入口管道上。
根据具体实施例，第二气动分级器包括与第二颗粒回收器相关联的第二动态分级器。
根据一个具体方面，该装置还包括用于将第二颗粒回收器的出口处的清洁空气流重新注入第二动态分级器的入口的管道、或者可选地在第三粒组返回到研磨机的情况下用于将第二颗粒回收器的出口处的清洁空气流重新注入研磨机的入口的管道。
此外，该装置还包括用于将颗粒从第三粒组或第四粒组机械地或气动地输送到研磨机的入口的装置。
附图说明
本发明的进一步优点、目的和特征将从以下出于解释而绝非限制性目的参考附图作出的描述中显现出来，其中：
在引言中已经描述的图1是根据现有技术的用于分离不均匀的颗粒物质的方法的总图(经分级的研磨阶段，随后是第二分级阶段)，
图2是根据本发明的用于分离不均匀颗粒物质的方法的第一总图，在该情况中第三粒组返回研磨机，
图3是图2的变型，在该情况中第四粒组返回研磨机，
图4示出了用于实施图2中的方法的装置的示例。
具体实施方式
将在引言中注意到：单独地或与比较级的或相对性的术语相关联的术语“粗”、“细”、“密”、“低密度”等是要以本领域技术人员的视角来衡量的，即视作给定颗粒组合物的特征值、中值或平均值，其涵盖实际上可能重叠的范围。
首先参考图2和图3，将描述根据本发明的用于分离颗粒材料的方法。
以对这两个图而言共有的方式，可选地通过本身已知的方式预分馏(préfractionner)的起始材料M被引入研磨机B，该研磨机B也接收气体流G(通常为空气或另一种气体)，以便产生气动流(flux aéraulique)F1，该气动流F1包含处于相对宽的颗粒尺寸范围中的颗粒的，具有的最大尺寸例如小于500μm。
该流F1被施加到第一分级单元CL1的入口，第一分级单元CL1用于将颗粒分成最粗颗粒的流F2和最细颗粒的流F3。
与根据现有技术的方法不同(在现有技术的方法中，最粗颗粒的流F2被直接重新引导到研磨机的入口)，该流F2在此在第二分级器CL2处同时地经受第二分级(按照颗粒尺寸计的和/或按照密度计的)，第二分级器CL2产生最细和/或密度最小的第四流F4和最粗和/或密度最大的颗粒的第三流F5。
在这一阶段，根据待处理产物的类型和目标应用，该方法可以有两种可选的实施方式。
因此，在图2所示的第一实施方式中，最粗和/或密度最大的颗粒(流F5)被重新引导向研磨机B的入口，而最细和/或密度最小的颗粒的流F4作为最终产物或中间产物被回收。
在图3所示的第二实施方式中，最细和/或密度最小的颗粒(流F4)被重新引向研磨机B的入口，而最粗和/或密度最大的颗粒流F5作为最终产物或中间产物被回收。
同时，最细颗粒的流F3被回收以形成另一种最终产物或中间产物。
例如，图2的实施方式可应用于回收由废料(电子废料；来自一般制造业、建筑和公共工程等的废料)组成的起始材料中的金属产物。因此，通过向研磨机连续供给起始材料以及通过快速地(因为是同时地)从所处理的流中提取仍处于其粗粒状态中的最轻颗粒(在此是非金属材料：聚合物、各种矿物质等)，获得了一种用于在流F3处获得既细且又比起始材料的金属浓度大得多(密度更大)的颗粒的特别有成本效益的方法。
因此，该流F3形成了基本上所寻求的最终产物或中间产物。
视情况而定由矿物、聚合物等组成的流F4还形成源自处理所产生的另一种最终产物或中间产物，其可以根据其性质和目标应用被适当地再利用，例如供应给回收工业。
图3的实施方式尤其应用于以下情况：在该情况中，从初始产物中最被需要的粒组是密度最小的粒组，这例如是果壳待被回收作为燃料的情况。在这种情况下，快速提取最粗和密度最大的粒组F5(这里是果壳，其可以例如被码垛以形成燃料)使得可以在流F3处特别有效地回收细颗粒尺寸和低密度的中间产物或最终产物(在此，果的内部部分被转化成例如用于食品应用的粉末)。
现在参考图4，将描述用于从既包含金属且又包含密度小于金属的非金属的废料中回收一方面具有细颗粒尺寸的大致金属的粒组和另一方面具有较粗和密度较小的颗粒尺寸的大致非金属的粒组的装置的示例。
该装置首先包括研磨机100(图2中的研磨机B)，其在入口(例如气动输送机，未示出)处接收颗粒材料102，例如在未示出的初始步骤中预先研磨的电子废料，其处于例如在0和10mm之间的颗粒尺寸中。
研磨机还经由管道104接收清洁或低粉尘气体流(通常为空气)，用于将颗粒输送到研磨机100的出口处。
该研磨机可以根据任何已知的技术和一种已知的研磨方法(压缩、冲击、研磨，取决于待研磨的起始材料的性质和尺寸以及所寻求的细度)来实现，并且被设计成将初始碎片减小成颗粒尺寸通常小于约500μm的粉末。作为一般规则，选择该最大颗粒尺寸以确保颗粒材料中金属颗粒和非金属颗粒之间的有效物理分离，尽可能地避免含有金属材料和非金属材料两者的颗粒的存在。
研磨机出口处的颗粒由穿过研磨机的气体流输送到管道150(流F1)中，到达第一气动分离站200，该站在此包括本身已知类型的动态涡轮分级器210，其与包含在空气中的颗粒的一个或多个回收器220(例如本身已知的旋风分离器(cyclone)、筒式过滤器、袋式过滤器)相关联。
分级器210示意性地包括转子212，转子212包括在收集料斗216上方以经调节的速度旋转的叶片214。
传送颗粒的空气流F1经由设备的基部被传送通过位于分离器外壁和料斗216之间的截头圆锥环形式的外围空间218。颗粒在转子的叶片214处经受离心力、气动夹带和重力下降的相结合的效应，使得最终最细的颗粒穿过转子并出现在空气流中进入分离器的上部出口管道250，并且最粗的颗粒被保持在转子外部并积聚在料斗的底部处，这些最粗的颗粒从料斗的底部例如经由蜂窝状筛230被提取。
具有包含金属和非金属的粉末的该分离器使得可以在顶部部分中的流出空气流中进行细粒(fines)的第一次回收，这些细粒具有的金属颗粒的比例显著大于初始研磨产物中的金属颗粒的比例，因此这些细粒具有的非金属颗粒的比例较低，而最粗的颗粒在分离器210的底部处被回收，并经由蜂窝状筛230被提取，以同时地经历如下文将要描述的第二次分级(流F2)。
管道250连接到颗粒回收器220的入口，颗粒回收器220例如为一个或多个旋风分离器、筒式过滤器或袋式过滤器，其参数被调节以从空气流中去除悬浮在其中的大部分细粒。如上所述，这些颗粒是金属比例得以增加的细颗粒，并形成源自处理所产生的第一产物。这些颗粒经由蜂窝状筛240被回收，以形成最终产物或被导向(箭头242)另一处理(流F3)。
颗粒回收器220出口处的空气流在管道251中流向热交换器260，然后流向鼓风机270，鼓风机270在研磨机中和分离站200中产生空气流。可以保持带有非常少量的颗粒的该空气流经由管道253在研磨机100的入口处被重新注入。应当注意的是，热交换器260使得可以在空气向研磨机入口返回之前冷却空气，特别是当研磨机由于其工作原理而产生空气流的显著升温和所输送的颗粒的显著升温(研磨热)时。
动态涡轮分级器210有利地是具有可调分离阈值的类型，并且例如被选择以允许在入口处的颗粒尺寸高达5mm，其中可调颗粒尺寸分离阈值在3和400μm之间。
该第一分离站200在功能上连接到第二分离站300，第二分离站300在这里也包括本身已知类型的动态涡轮分级器310，动态涡轮分级器310与优选地与回收器220类型相同的一个或多个其它颗粒回收器320相结合。
更具体地，来自与分级器210相关联的蜂窝状筛230的由最粗的金属和非金属颗粒组成的粒组F2由重力或机械输送器(线231)输送，并经由扩散器335注入到被输送到管道350中的空气流中，管道350供给分级器310的底部。该分级器310有利地具有与分级器210相同的结构；这种结构将不再描述，因为这种分级器本身是已知的。该分级器被配置成使得最粗和/或密度最大的颗粒被保持在涡轮外部，并积聚在料斗的底部处。它们被蜂窝状筛330收集，并经由重力或机械输送管线450在研磨机100的入口处重新注入(流F5)。
最细和/或密度最小的颗粒出现在分级器310的顶部部分的空气流中。该空气流经由管道351被输送到颗粒回收器320，颗粒回收器320从中提取颗粒，在此形成由该装置获得的源自处理所产生的第二产物，即非金属比例增加的相对粗且低密度的粉末。后者积聚在底部处，并经由蜂窝状筛340被提取，以被输送以及例如被包装用于再循环(流F4)。回收器320的顶部部分通过管道352连接到鼓风机370，鼓风机370产生通过站300的空气流，并且该鼓风机的出口通过管道353、354连接到上述的扩散器335。
可以分别控制节气阀510、520、530、540：
-以便允许经由管道104向研磨机供应新鲜空气，
-以便允许经由管道354向扩散器335供应空气，
-以便允许将来自鼓风机270的气动盈余(excédent aéraulique)经由用于去除最后颗粒的过滤站500(本身已知的类型)排出到大气中，
-以便允许以同样的方式将来自鼓风机370的气动盈余经由该过滤站500排出到大气中。
因此，通过研磨和同时进行的两阶段分级的特定组合，图4中的装置允许在不使用单独的颗粒尺寸分级和按照密度计的分级步骤的情况下特别有效地且经济地一方面获得粒组(F3)且另一方面获得粒组(F4)，其中粒组(F3)包含最细颗粒，且具有显著增加的金属比例，粒组(F4)包含相对粗且低密度的颗粒，且具有显著增加的非金属比例。应该理解的是，仅仅通过说明的方式给出的本发明主题的详细描述绝对不构成限制，技术等同物也包括在本发明的范围内。
Claims (14)
1.一种用于对颗粒材料进行连续气动分离的方法，所述颗粒材料由颗粒尺寸和密度皆不均匀的颗粒混合物组成，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(a)研磨材料的颗粒，
(b)产生输送所研磨的颗粒的气体流，
(c)在第一气动分离单元中对所述气体流进行第一气动分离，以便将所述气体流所包含的所述颗粒分成由具有可变密度的最粗颗粒组成的第一粒组和由最细颗粒组成的第二粒组，
(d)在第二气动分离单元中对所述第一粒组进行第二气动分离，以便将所述第一粒组所包含的颗粒分成由最粗和/或密度最大的颗粒组成的第三粒组和由最细和/或密度最小的颗粒组成的第四粒组，
(e)在研磨入口处重新注入所述第三粒组或所述第四粒组，以及
(f)同时分别回收所述第二粒组以及所述第四粒组或所述第三粒组作为输出产物。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一气动分离包括与所述颗粒的回收相关联的动态分级。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第一粒组从所述气体流中被回收出来，并且被机械地输送到供给所述第二气动分离单元的气体流。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第二气动分离包括与所述颗粒的回收相关联的动态分级。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第三粒组或所述第四粒组从所述气体流中被回收出来，并且被机械地输送或经由所述气体流输送到研磨步骤的入口。
6.根据权利要求1所述的方法，其被应用于包含金属材料和比金属材料轻的非金属材料的颗粒材料的分离，其特征在于，步骤(e)包括在研磨入口处重新注入所述第三粒组，以便回收第二粒组和第四粒组，所述第二粒组包括最细颗粒尺寸的颗粒，且具有相对于初始颗粒增加的金属材料比例，所述第四粒组包含最粗颗粒尺寸和密度最小的颗粒，且具有相对于初始颗粒增加的非金属材料比例。
7.一种用于对颗粒材料进行连续气动分离的装置，所述颗粒材料由颗粒尺寸和密度皆不均匀的颗粒混合物组成，其特征在于，所述装置包括：
-研磨机(100)，其被供给待处理的不均匀的颗粒混合物，
-用于在所述研磨机的出口处产生包含来自研磨的颗粒的气体流(F1)的装置(510，104)，
-第一气动分级器(200)，其接收所述气体流并能够产生包含具有可变密度的最粗颗粒的第一粒组(F2)和包含最细颗粒的第二粒组(F3)，
-第二气动分级器(300)，其接收所述第一粒组并能够产生包含最粗和/或密度最大的颗粒的第三粒组(F5)和包含最细和/或密度最小的颗粒的第四粒组(F4)，和
-用于向所述研磨机的入口输送所述第三粒组(F5)或所述第四粒组(F4)的装置(450)。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第一气动分级器(200)包括与颗粒回收器(220)相关联的动态分级器(210)。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述装置还包括用于将所述回收器(220)的出口处的清洁空气流重新注入所述研磨机(100)的入口的管道(253)。
10.根据权利要求8或9所述的装置，其特征在于，所述装置还包括用于将所述第一粒组(F2)的所述颗粒机械地输送到扩散器(335)的装置，所述扩散器(335)插入在所述第二气动分级器(300)的入口管道(350)上。
11.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第二气动分级器(300)包括与第二颗粒回收器(320)相关联的第二动态分级器(310)。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述装置还包括用于将所述第二颗粒回收器(320)的出口处的清洁空气流重新注入所述第二动态分级器(310)的入口的管道(353)。
13.根据权利要求11或12所述的装置，其特征在于，所述装置还包括用于将颗粒从所述第三粒组或所述第四粒组机械地或气动地输送到所述研磨机(100)的入口的装置。
14.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述装置还包括在所述第三粒组(F5)返回到所述研磨机(100)的情况下用于将所述第二颗粒回收器(320)的出口处的清洁空气流重新注入所述研磨机(100)的入口的管道。
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