PL190297B1 - Sposób i urządzenie do mielenia substancji stałych na sucho - Google Patents

Abstract

20. Urzadzenie do mielenia substancji sta- lych na sucho zawierajace element pólprzepusz- czalny oraz co najmniej jeden umieszczony kolejno w ukladzie pionowym stopien mielenia wirowego zawierajacy element staly i ruchomy ze szczelina pomiedzy nimi, tworzace strefe mielenia wirowego, oraz zawierajace elementy do kierowania czastek stalych w przyblizeniu ku górze do strefy mielenia wirowego, znamienne tym, ze co najmniej jeden stopien mielenia wirowego zawiera co najmniej jeden wirujacy element pólprzepuszczalny (60) i elementy tworzace pierscieniowa szczeline (70B), zawierajace plyte stacjonarna (70) o plaskiej po- wierzchni, z okraglym otworem (70A) i umieszczona w otworze (70A) wirujaca okragla tarcze pelna (61), przy czym wirujacy element pólprzepuszczalny (60) i pierscieniowa szczelina (70B) sa skonfigurowane tak, ze przepuszczaja przez siebie czesc skierowa- nych do góry czastek, oraz w sklad kazdego stopnia mielenia wirowego wchodzi obrotowy wentylator odpedowy (62) usytuowany za wirujacym elemen- tem pólprzepuszczalnym (60) wymiarowo odsiewa- jacy skierowane do góry czastki. FIG. 2 PL PL PL

Description

Wynalazek dotyczy sposobu i urządzenia do mielenia substancji stałych na sucho.

Dotychczas proces mielenia na sucho odbywa się w młynach młotkowych, młynach udarowych, młynach kulowych, młynach pierścieniowo-sprężynowych lub młynach walcowych wyposażonych w wewnętrzne sortowniki, które klasyfikują potrzebne frakcje drobnocząsteczkowe i zawracają cząstki grubsze do komory mielenia. W razie konieczności uzyskania super i ultra drobnych cząstek stosuje się podobne rozwiązania z młynami wibracyjnymi, młynami ściernymi lub młynami strumieniowymi. Wszystkie znane młyny mają słabą sprawność w przypadku mielenia drobnego, zużywają nadmierne ilości energii i wykazują bardzo silne zużycie.

Wadą mielenia na sucho techniką udarową w znanych młynach jest gromadzenie się drobnych cząstek substancji stałych, wytworzonych podczas mielenia i ich elektrostatyczne łączenie się ze sobą w większe cząstki, które amortyzują je podczas następnych zderzeń, co powoduje spadek skuteczności mielenia.

Problem ładunku elektrostatycznego w młynach udarowych nie występuje w młynach strumieniowych, w których stosuje się gazy pod wysokim ciśnieniem,, ale z kolei zużywają one bardzo dużo energii, wymagają starannej konserwacji i mają ograniczoną wydajność.

W opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 3 071 330 ujawniono urządzenie do mielenia drobnego, w którym stosuje się wirnik posiadający promieniowe łopatki, które poruszają się przy pionowo karbowanym, tworząc tym samym wiry za łopatkami, które poddają materiał do zmielenia zmieniającym się wysokim ciśnieniom. Substancja która ma być zmielona, wprowadzana jest w prąd powietrza poniżej wirnika i materiał jest rozprowadzany równomiernie na całym przekroju urządzenia, zanim osiągnie on stopień mielenia.

W opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4 749 133 ujawniono urządzenie do proszkowania i spalania paliw stałych, takich jak węgiel, w którym rozrobione z grubsza paliwo stałe wprowadzone jest do dalszej części usytuowanej pionowo, zamkniętej obudowy, w której jedna lub więcej narzucarek rzucają materiał o ścianki obudowy w celu jego rozbicia.

Głównym celem wynalazku jest eliminacja wad znanych dotychczas sposobów i urządzeń oraz zapewnienie sposobu i urządzenia do mielenia na sucho substancji stałych, dzięki którym wytwarza się bardzo drobne cząstki w sposób bezpieczny, oszczędny energetycznie i nie zagrażający środowisku naturalnemu, przy niskich kosztach inwestycyjnych i eksploatacyjnych.

190 297

Sposób mielenia substancji stałych na sucho, w którym kieruje się cząstki stałe w przybliżeniu ku górze do strefy mielenia wirowego oraz miele się skierowane ku górze cząstki stałe w strefie mielenia wirowego przepuszczając część cząstek przez strefę mielenia wirowego, w której znajduje się co najmniej jeden usytuowany kolejno w układzie pionowym stopień mielenia wirowego, przy czym przepuszcza się cząstki do góry przez element półprzepuszczalny i szczelinę, odznacza się według wynalazku tym, że przepuszcza się cząstki do góry przez co najmniej jeden wirujący element półprzepuszczalny i pierścieniową szczelinę, wyznaczoną przez mającą płaską powierzchnię, stacjonarną płytę z okrągłym otworem i usytuowaną w okrągłym otworze wirującą okrągłą tarczę pełną.

Korzystnie w ramach etapu przepuszczania cząstek ku górze przez wirujący element półprzepuszczalny przepuszcza się cząstki przez zespół zawierający wirujące sito.

Korzystnie w ramach etapu przepuszczania cząstek przez wirujące sito przepuszcza się cząstki przez sito nie rzadsze niż o numerze 2,5.

Korzystnie sito ma numer z przedziału od 2,5 do 60.

Korzystnie sito ma numer z przedziału od 4 do 10.

Korzystnie w ramach etapu przepuszczania cząstek przez pierścieniową szczelinę przepuszcza się cząstki przez pierścieniową szczelinę o szerokości od 12,7 mm do 152,4 mm (0,5 do 6 cali).

Korzystnie w ramach każdego stopnia przepuszcza się cząstki przez wirujący element półprzepuszczalny, a następnie przez pierścieniową szczelinę.

Korzystnie ponadto zewnętrznie zawraca się cząstki do obiegu za pomocą wentylatora odśrodkowego znajdującego się za wirującym elementem półprzepuszczalnym i posiadającego kanał zawracania do obiegu, odbierający cząstki z wirującego wentylatora i mający wylot poniżej co najmniej jednego stopnia mielenia wirowego.

Korzystnie ponadto usuwa się cząstki nad strefą mielenia.

Korzystnie w ramach etapu usuwania obraca się co najmniej jeden wentylator odśrodkowy za co najmniej jednym stopniem mielenia.

Korzystnie ponadto wstępnie miele się grube cząstki na cząstki drobne przed skierowaniem cząstek drobnych do strefy mielenia wirowego.

Korzystnie ponadto wstępnie miele się cząstki grube i drobne doprowadzając cząstki stałe do komory, formując złoże fluidalne z cząstek stałych w komorze, kierując powietrze do góry w komorze i tworząc kontrolowane zawirowania w strefach mielenia w złożu fluidalnym z realizacją samoczynnego mielenia.

Korzystnie wewnętrznie zawraca się cząstki do obiegu wprowadzając wirujący element półprzepuszczalny w strefę wstępnego mielenia cząstek grubych, oraz obracając wirujący element półprzepuszczalny z prędkością wystarczającą do zapobiegania przepływowi przez niego części cząstek nadwymiarowych oraz zawracając cząstki do strefy wstępnego mielenia cząstek grubych.

Korzystnie ponadto zewnętrznie zawraca się cząstki do złoża fluidalnego.

Korzystnie stosuje się wiele stopni mielenia wirowego oraz ponadto etap zewnętrznego zawracania cząstek do obiegu do stopnia poprzedniego.

Korzystnie w ramach etapu usuwania usuwa się cząstki w dwóch pionowo usytuowanych stopniach usuwania usuwających cząstki o coraz mniejszych wymiarach.

Korzystnie w ramach etapu wytwarzania kontrolowanego zawirowania stosuje się elementy do tworzenia kontrolowanego zawirowania w postaci wirników.

Korzystnie obraca się wirujący element półprzepuszczalny i tarczę wirującą na wspólnym wale.

Korzystnie mielenie przeprowadza się w atmosferze nieaktywnej w obecności odczynnika chemicznego realizując kontrolowaną modyfikację powierzchni.

Urządzenie do mielenia substancji stałych na sucho zawierające element półprzepuszczalny oraz co najmniej jeden umieszczony kolejno w układzie pionowym stopień mielenia wirowego zawierający element stały i ruchomy ze szczeliną pomiędzy nimi, tworzące strefę mielenia wirowego, oraz zawierające elementy do kierowania cząstek stałych w przybliżeniu ku górze do strefy mielenia wirowego, charakteryzuje się według wynalazku tym, że co najmniej jeden stopień mielenia wirowego zawiera co najmniej jeden wirujący element półprze6

190 297 puszczalny i elementy tworzące pierścieniową szczelinę, zawierające płytę stacjonarną o płaskiej powierzchni, z okrągłym otworem i umieszczoną w otworze wirującą okrągłą tarczę pełną, przy czym wirujący element półprzepuszczalny i pierścieniowa szczelina są skonfigurowane tak, że przepuszczają przez siebie część skierowanych do góry cząstek, oraz w skład każdego stopnia mielenia wirowego wchodzi obrotowy wentylator odpędowy usytuowany za wirującym elementem półprzepuszczalnym wymiarowo odsiewający skierowane do góry cząstki.

Korzystnie w skład wirującego elementu półprzepuszczalnego wchodzi zespół zawierający wirujące sito.

Korzystnie wirujące sito zawiera sito nie rzadsze niż o numerze 2,5.

Korzystnie sito ma numer z przedziału od 2,5 do 60.

Korzystnie sito ma numer z przedziału od 4 do 10.

Korzystnie pierścieniowa szczelina ma szerokość od 12,7 do 152,4 mm.

Korzystnie każdy stopień zawiera wirujący element półprzepuszczalny oraz elementy tworzące pierścieniową szczelinę i odśrodkowy wentylator eliminujący usytuowany za elementem półprzepuszczalnym.

Korzystnie urządzenie zawiera zespół do wewnętrznego zawracania do obiegu zawierający elementy do obracania elementu półprzepuszczalnego z prędkością wystarczającą do uniemożliwienia przepływu przez niego części cząstek.

Korzystnie urządzenie zawiera ponadto zespół do zewnętrznego zawracania do obiegu, w którego skład wchodzi obrotowy odpędowy wentylator odśrodkowy znajdujący się za wirującym elementem półprzepuszczalnym i kanał zawracania do obiegu, który odbiera cząstki z wirującego wentylatora odpędowego i ma wylot poniżej co najmniej jednego stopnia mielenia wirowego.

Korzystnie urządzenie zawiera ponadto elementy do usuwania cząstek nad strefą mielenia wirowego.

Korzystnie w skład elementów do usuwania wchodzą elementy do obracania co najmniej jednego odpędowego wentylatora odśrodkowego za co najmniej jednym stopniem mielenia wirowego.

Korzystnie urządzenie ponadto zawiera zespół do wstępnego mielenia cząstek grubych na cząstki drobne przed skierowaniem cząstek drobnych do strefy mielenia wirowego.

Korzystnie urządzenie zawiera zespół do wstępnego mielenia zawierający elementy do doprowadzania cząstek stałych do komory, elementy do formowania złoża fluidalnego z cząstek stałych w komorze, zawierające elementy do kierowania powietrza do góry w komorze i elementy do tworzenia kontrolowanego zawirowania w złożu fluidalnym dla realizacji samoczynnego mielenia.

Korzystnie urządzenie zawiera elementy do zewnętrznego zawracania cząstek do złoża fluidalnego.

Korzystnie urządzenie zawiera wiele stopni mielenia oraz elementy do zewnętrznego zawracania cząstek do stopnia poprzedniego.

Korzystnie elementy do usuwania stanowią elementy do usuwania w dwóch pionowo usytuowanych stopniach usuwania usuwających cząstki o coraz mniejszych wymiarach.

Korzystnie elementy do wytwarzania kontrolowanego zawirowania zawierają wirniki.

Korzystnie urządzenie zawiera elementy do obracania wirującego elementu półprzepuszczalnego, tarczy wirującej i obrotowego wentylatora eliminującego na wspólnym wale.

Według wynalazku stosuje się sterowane zawirowywanie złoża fluidalnego w celu mielenia substancji stałych na cząstki grube i drobne przy niskich ciśnieniach statycznych, a następnie rozdrabnia się i ścina cząstki za pomocą gazu w pionowym lub poziomym wirze przy wysokich ciśnieniach strumienia, uzyskując drobne, bardzo drobne i superdrobne wyroby. Według wynalazku, sortowanie wymiarowe cząstek materiału doprowadzonego do strefy rozdrabniania na cząstki drobne, bardzo drobne i superdrobne przeprowadza się poddając mieszankę cząstek rozdzielaniu grawitacyjnemu za pomocą wentylatora odśrodkowego i pozwalając strumieniowi gazu zawierającemu posortowane cząstki na wlot do strefy mielenia z pionowym wirem.

190 297

W odróżnieniu od młynów znanych, w urządzeniu według wynalazku drobne cząstki są natychmiast usuwane przez silny strumień wznoszący powietrza, dzięki czemu mielenie na sucho jest bardziej sprawne. Według wynalazku, cząstki o za dużych wymiarach są wewnątrz urządzenia zawracane do etapu wstępnego mielenia cząstek grubych za pomocą wirującego zespołu półprzepuszczalnego.

W odróżnieniu od młynów strumieniowych, w wynalazku nie stosuje się gazów pod ciśnieniem jako źródła energii do rozdrabniania, co znacznie zmniejsza nakłady inwestycyjne, zapotrzebowanie energii oraz intensywność konserwacji, a jednocześnie umożliwia zwiększenie wydajności.

W wynalazku stosuje się wirniki wytwarzające regulowane zawirowanie złoża fluidalnego, które miele głównie dzięki samoczynnemu uderzaniu i ścieraniu, oraz generatory wirów zawierające wirujące elementy półprzepuszczalne, które wytwarzają wir pionowy i mielą głównie dzięki erozji gazowej, oraz wirujące tarcze, wytwarzające wir poziomy i mielące głównie dzięki siłom ścinającym.

Wynalazek można zastosować do mikrorozdrabniania węgla lub kamienia wapiennego. Umożliwia on używanie tanich silnie rozdrobnionych materiałów w takich zastosowaniach jak surowce energetyczne, surowce petrochemiczne, nie zagrażające środowisku siłownie przemysłowe i elektrociepłownie, transport rurociągami silnie rozdrobnionych substancji stałych, wytwarzanie materiałów budowlanych, wytwarzanie nowych lub usprawnionych materiałów takich jak przenoszące obciążenia izolatory, wytwarzanie materiałów ceramicznych i półprzewodników, oraz produkcja metali i metalurgia związana z przygotowaniem rud, w tym metali szlachetnych.

W dalszej części opisu stosuje się sformułowania dotyczące wymiarów wyrobów, zdefiniowane w następujący sposób:

Wymiary wyrobu

Gruby

Drobny

Superdrobny

Ultradrobny

Sito (sito Tylera) + 270 2770 &

500 & -500 -500 do -4500 mikrometry >56 <=56 <= 32 <= 32 do <5

W odniesieniu do niniejszego zastosowania mówi się o „mikrocząsteczkowych” substancjach stałych np. mikrocząsteczkowym węglu i kamieniu wapiennym. Do tego celu termin „mikroczasteczkowy” definiuje się jako substancje stałe o wymiarach z przedziału 7>% klasy sitowej - 400 (7>% <40 mikrometrów).

W wynalazku pominięto kosztowne problemy z bezpośrednim uderzaniem cząstek w ruchome części wewnętrzne maszyny mielącej jak w młynach udarowych, co wiąże się z wysokimi kosztami energii oraz nadmiernym zużyciem i intensywnymi zabiegami konserwacyjnymi dla tych urządzeń. W wynalazku wykorzystano zasadę szybko poruszających się poduszek powietrznych, na których cząstki są rozdrabniane dzięki samoczynnemu zderzaniu się i ścieraniu, erozji gazowej i ścinaniu. Mechanizm mielenia według wynalazku działa w taki sposób, że unika się zderzeń cząstek substancji stałej z wewnętrznymi mechanizmami młyna. W procesie wytwarzania sterowanego wiru w złożu fluidalnym, wirniki w urządzeniu według wynalazku działają w sposób podobny do wirujących wentylatorów, łopatki wirników uderzają w gaz, a z kolei gaz przenosi uzyskaną energię kinetyczną na cząstki wirujące w strefie wstępnego mielenia cząstek grubych. Dzięki temu, w celu zmniejszenia wymiarów elementów ściernych, w wynalazku można stosować części wewnętrzne z lanego poliuretanu lub wykładane albo powlekane poliuretanem, nadal wykazujące pomimo tego niskie wskaźniki zużycia. Tłumaczy to sprawność mielenia, niskie zapotrzebowanie energii, niskie zużycie i niskie koszty konserwacji urządzenia według wynalazku.

Wynalazek dotyczy młyna działającego na zasadzie energii płynu, tj. gaz, taki jak powietrze, dwutlenek węgla, azot lub gaz szlachetny działa jako płyn roboczy i przenosi energię niezbędną do przyspieszania zawieszonych, poddawanych rozdrabnianiu cząstek. W typowych młynach wykorzystujących energię płynu, na przykład w młynach strumieniowych, nadawaną cząstkom wysokość prędkości wytwarza się za pomocą wysokich ciśnień zewnętrznych, które nadają doprowadzanym cząstkom prędkość początkową. Jednakże taka

190 297 wysokość prędkości spada na krótkiej drodze, co pociąga za sobą niesprawność i wysokie wskaźniki zawracania, jak również wysokie wskaźniki zużycia w młynach strumieniowych. W odróżnieniu, cząstki doprowadzane do urządzenia według wynalazku są ciągle przyspieszane przez siły odśrodkowe, a ich wysokość prędkości odnawia się dzięki poduszkom powietrznym zasilanym energią szybko wirujących zespołów wirnikowych młyna. Urządzenie według wynalazku działa przy niskich ciśnieniach statycznych do 3736 Pa (do 381 mm słupa wody), ale wytwarza bardzo wysokie ciśnienia prędkości dzięki zjawiskom zwężkowym rozprzestrzeniającym się w wewnętrznych zespołach urządzenia. Prędkości obrotowe wałów wynoszą od 3000 do 10 000 obrotów na minutę (RPM).

Wirniki w komorze mielenia według wynalazku są źródłem sił odśrodkowych. Mieszanie złoża fluidalnego cząstek odbywa się za pomocą turbulentnego ruchu powietrza wytwarzanego przez wirniki we współpracy z prętami intensyfikującymi przepływ osadzonymi pionowo na wewnętrznych ścianach młyna. Konstrukcję łopatek wirników dobiera się w taki sposób, żeby wytwarzały optymalne warunki przyspieszania i sterowaną turbulencję poduszek powietrznych. Ponadto konstrukcja tego typu zapewnia minimalne zużycie energii i eliminuje zderzenia łopatek wirnika z doprowadzanymi cząstkami. W przypadku cząstek drobnych, superdrobnych i ultradrobnych zderzenia nie występują dzięki wyporowi warstwy przyściennej.

Odległość pomiędzy łopatkami wirnika a ścianką obudowy młyna określa szerokość strefy mielenia złoża fluidalnego. Skracając ramiona wirnika rozszerza się złoże fluidalne oraz intensyfikuje wydajność strefy wstępnego mielenia cząstek grubych.

Urządzenie według wynalazku działa na zasadzie mielenia wirowego za pomocą gazu pełniącego rolę płynu roboczego. Ze względu na wstępne zmniejszenie wymiarów, wykorzystuje się w nim sterowane zawirowanie złoża fluidalnego, gdzie siły odśrodkowe i mieszające działanie wiru wytwarza zespół wirnikowy. Złoże fluidalne jest wspomagane przez silny strumień wznoszący powietrza, który zapewnia również stałe usuwanie drobnych cząstek. Jedyny w swoim rodzaju wewnętrzny mechanizm zawracania cząstek do obiegu powoduje zawracanie, przy niskich kosztach energii, cząstek grubych lub nadwymiarowych, które zostały wydmuchane wraz z cząstkami drobnymi przez wznoszący strumień powietrza, do strefy wstępnego mielenia cząstek grubych w celu wymieszania ich z doprowadzanym strumieniem napływającym w wirze. W procesie rozdrabniania i superrozdrabniania, w wynalazku wykorzystuje się dwie nowatorskie metody rozdrabniania za pomocą wiru półprzepuszczalne elementy wirujące; oraz tarcze wirujące.

W procesie mielenia głównego, według wynalazku stosuje się złoże fluidalne o niskim ciśnieniu statycznym, natomiast proces mielenia pomocniczego przebiega przy wysokich ciśnieniach strumienia. W tym drugim procesie cząstki drobne można przekształcić w cząstki superdrobne i ultradrobne, w ilości stanowiącej 1/4 do 1/2 wszystkich wytwarzanych cząstek. W ten sposób, stosunek wytwarzanych cząstek drobnych do superdrobnych wynosi 4 do 2 bez znaczącego wzrostu kosztów energii w porównaniu z kosztami energii procesu mielenia głównego. Zmieniając konstrukcję wyposażenia wewnętrznego można wyeliminować proces mielenia pomocniczego. Układ mielenia może pracować z odzyskiem płynu roboczego, dzięki czemu jest bezpieczny dla środowiska. Oprócz korzyści ekologicznych, układ mielenia według wynalazku działa bardzo cicho.

Stosowane w wynalazku sterowane wytwarzanie wiru umożliwia odpowiednie rozpraszanie ciepła podczas mielenia zgrubnego w złożu fluidalnym oraz dokładne sterowanie procesem zmniejszania wymiarów w komorze mielenia wstępnego. Dzięki temu w wynalazku wyeliminowano wady znanych młynów, które pracują w warunkach nie sterowanego wytwarzania ruchu wirowego, co prowadzi do niekontrolowanego gromadzenia się w nich ciepła, niedokładnego sterowania procesem zmniejszania wymiarów oraz niepożądanym zmianom parametrów wyrobu.

Znane jest stosowanie wirujących sit do rozdzielania wymiarowego substancji stałych. Na zasadzie tej działają przesiewacze odśrodkowe, które oddzielają wyrób zmielony o danych wymiarach umożliwiając przejście przez oczka w sicie cząstkom mniejszym i usuwając odśrodkowo pozostałe na nich odsiane cząstki grubsze. Przesiewacze te działają przy prędkościach obrotowych 30 do 120 obrotów na minutę (RPM). W przypadku zwiększenia prędkości obrotowej przesiewacza powyżej 1200 obrotów na minutę, jego wirujące sito zatyka się, co

190 297 powoduje wstrzymanie rozdzielania wymiarowego wskutek zaślepienia jego oczek. W przypadku stosowania w układzie mielenia według wynalazku przesiewacza o numerze 100, przy prędkości obrotowej 1500 do 4500 obr/min sito natychmiast zatyka się drobnymi cząstkami i staje bezużyteczne. Wielkość sitowa cząstek stałych, pochodzących z mielenia w wirze w złożu fluidalnym w komorze mielenia wstępnego i transportowanych do góry we wznoszącym się strumieniu gazu, wynosi od 40 do 500.

Jednym z celów wynalazku jest użycie wirujących zespołów połprzepuszczalnych, w których skład wchodzi zespół z wirującym sitem o dużych oczkach, które nie zatykają się przy dużych prędkościach obrotowych. Jednym z zastosowań elementów połprzepuszczalnych jest zawracanie do obiegu cząstek grubszych lub nadwymiarowych zawieszonych w czynniku gazowym. Dzięki temu osiągnięto tanie zawracanie do obiegu cząstek nadwymiarowych z szybko poruszającego się strumienia gazu. Przegrody w szybko wirującym sicie o numerze 4 do 10 działają na cząstki poruszające się wolniej jak bariera statyczna. Wirujący element półprzepuszczalny nie jest w stanie rozróżnić wielkości cząstek tak jak przesiewacz odśrodkowy, w związku z czym wirujący przesiewacz z sitem o numerze 4 nie może zablokować cząstek o numerze sitowym 40. Wirujący zespól półprzepuszczalny jest w stanie rozróżniać wyłącznie prędkości cząstek. Cząstki unoszone do góry ze strefy mielenia ze złożem fluidalnym osiągają swoją prędkość w laminamym strumieniu gazu w zależności od ich oporu aerodynamicznego, wskutek którego większe cząstki uzyskują mniejszą prędkość niż cząstki mniejsze. Z kolei cząstki poruszające się wolniej, z mniejszym prawdopodobieństwem uderzają w przegrody szybko wirującego sita z dużymi oczkami, znajdującego się w wirującym zespole półprzepuszczalnym, i są odrzucane przez nie z powrotem w dół do wstępnej strefy mielenia zgrubnego. Stąd stosunek prędkości wirującego sita do prędkości cząstek wznoszących się w strumieniu gazu, wyznacza te cząstki, które są zatrzymywane przez przegrody szybko wirującego sita o szerokich oczkach. Zmieniając prędkość szybko wirującego sita można regulować wymiary przechodzących przez nie cząstek. Tłumaczy to brak związku wymiarów cząstek z wielkością oczek wirującego sita według wynalazku. Wirujące elementy półprzepuszczalne mogą blokować cząstki o numerach sitowych 60 do 150 w zależności od wspomnianego powyżej stosunku prędkości wirującego sita do prędkości ruchu cząstek w górę. Z kolei prędkość cząstki zależy od prędkości wznoszącego się strumienia gazu i wielkości cząstki, z której wynika opór aerodynamiczny.

Powyższe zjawisko „statystycznego odrzucania” cząstek przez układ z szybko wirującym sitem o dużych oczkach, w wyniku zróżnicowania ich prędkości, które leży u podstaw wewnętrznego zawracania cząstek większych lub nadwymiarowych do strefy mielenia wstępnego według wynalazku, ogranicza się do układów zawierających cząstki stałe zawieszone w szybko poruszającym się strumieniu gazu. Zjawisko to nie występuje w czynnikach o większej gęstości, to jest w takich płynach jak woda. Półprzepuszczalne elementy według wynalazku działają skutecznie przy prędkościach obrotowych w zakresie od 1500 do 10 000 obr/min, a najlepiej w zakresie od 3000 do 4500 obr/min. Półprzepuszczalne elementy według wynalazku skutecznie eliminują trudności występujące w znanych dotychczas sitach, które podczas wirowania z dużymi prędkościami zatykają się i stają się bezużyteczne.

Cząstki wylatujące z komory zgrubnego mielenia wstępnego mają wymiary w zakresie numerów sita od 150 do 500, albo mniejsze, w związku z czym przy tak małych wielkościach gwałtownie spadają siły oporu aerodynamicznego. Wskutek tego prędkościowe sortowanie za pomocą wirujących elementów połprzepuszczalnych staje się pomijalnie małe w przypadku mniejszych cząstek, jakie przeważają na zewnątrz komory wstępnego mielenia cząstek grubych.

Celem dalszego używania elementów połprzepuszczalnych na zewnątrz komory wstępnego mielenia cząstek grubych jest mielenie drobnych cząstek poprzez wytwarzanie skierowanego pionowo wiru. Umożliwia to tanie mielenie cząstek do stanu superdrobnego i ultradrobnego. Gaz o dużej prędkości przepływający przez wirujący element półprzepuszczalny jest dzielony na strugi przez przegrody sita z szerokimi oczkami; strugi te są skręcane w wyniku działania momentu szybko wirującego sita, w wyniku czego powstaje pionowy wir spiralny. W tym pionowym wirze cząstki ulegają rozdrabnianiu wskutek działania erozji gazu. Skuteczność tego rozdrabniania zależy od prędkości gazu w strefie mielenia

190 297 wirowego, która determinuje czas przebywania cząstki w wirze, oraz od prędkości wirowania elementu półprzepuszczalnego, która determinuje moment turbulencji działający na strugi gazu tworzące wir.

Na zewnątrz komory wstępnego mielenia cząstek grubych jedynym zadaniem wirującego elementu półprzepuszczalnego jest skuteczne wytwarzanie wiru. Jedynie w swoim rodzaju, według wynalazku, generatory wiru znajdują się w komorach sortujących, gdzie grawitacyjne oddzielanie cząstek grubszych we wznoszącym się strumieniu gazu odbywa się za pomocą wentylatorów odśrodkowych. Sortowane cząstki, pozostające we wznoszącym się ku górze strumieniu gazu, są rozdrabniane za pomocą wiru wytwarzanego przez elementy półprzepuszczalne. Powtarzając ten proces etapami, w każdym z których odbywa się oddzielanie grawitacyjne i mielenie wirowe, można zmniejszyć cząstki drobne do ultradrobnych. Mielenie cząstek drobnych do superdrobnych i ultradrobnych za pomocą wirów gazu wytwarzanych przez wirujące sito jest zjawiskiem niespodziewanym i pojawia się przy bardzo małym zużyciu energii. Zaleca się stosowanie sit stalowych o numerach oczek 2,5 do 60, a najlepiej w zakresie od 4 do 10. Optymalne wielkości oczek wirującego sita oraz prędkości obrotowe trzeba dobierać doświadczalnie. Wytwarzanie wiru przez wirujący element półprzepuszczalny może odbywać się tylko w czynniku gazowym. W czynnikach o większej gęstości, na przykład w takich płynach jak woda, wytwarzane przez wirujące sito wiry są lokalizowane i tłumione w wyniku działania tarcia.

Innym zadaniem wirującego elementu półprzepuszczalnego jest skuteczne eliminowanie substancji stałych z płynącego z dużą prędkością strumienia gazu o wysokiej temperaturze i ciśnieniu, przy pomijalnie małych stratach ciśnienia i spadku temperatury. Półprzepuszczalny element do tego celu ma wirujące sito z oczkami o numerze od 2,5 do 60, a najlepiej w zakresie od 4 do 10, i jest wykonane z metalu lub stopu takiego jak wolfram lub stal, nadającego się do stosowania w temperaturach i przy prędkościach obrotowych, jakie na niego działają. Stosunek prędkości wirującego sita do prędkości strumienia gazu pod ciśnieniem należy określić w taki sposób, żeby uzyskać odpowiednie zróżnicowanie prędkości zawieszonych cząstek stałych, przy którym wirujący element półprzepuszczalny je blokuje. Dalsze oczyszczanie strumienia gazu poprzez rozdzielanie grawitacyjne za pomocą wentylatora odśrodkowego, odbywa się po przepłynięciu strumienia gazu przez wirujący element półprzepuszczalny.

Zgodnie z wynalazkiem zastosowano pierścieniową szczelinę ograniczoną przez stacjonarny kołowy otwór i umieszczoną w nim kołową tarczę wirującą do mielenia drobnych cząstek w pierścieniowej szczelinie wskutek wytwarzania przez wirującą tarczę poziomo skierowanego wiru. Szerokość pierścieniowej szczeliny wynosi 12,7 do 152,4 mm, korzystnie około 76,2 mm, a wysokość 12,7 do 152,4 mm. Skuteczność rozdrabniania w pierścieniowej szczelinie zależy od czasu przebywania w niej drobnych cząstek i przeważających sił ścinających. Stąd skuteczność pierścieniowej szczeliny wynika z prędkości wznoszącego się strumienia gazu oraz prędkości wirującej tarczy. Zmniejszenie wymiarów w pierścieniowej szczelinie występuje przy bardzo małym zużyciu energii.

W powszechnie znanych zastosowaniach wirujących tarcz do sterowania wymiarami cząstek wpływających do strefy rozdrabniania, szerokość pierścieniowej szczeliny (w zastosowaniu do wytwarzania cząstek drobnych i superdrobnych) powinna mieścić się w zakresie od 3,175 do 5,08 mm. W przypadku tak małej szerokości pierścieniowej szczeliny, wytwarzanie wiru staje się nie do wykorzystania do zmniejszania wymiarów cząstek poprzez ścinanie oraz zużycie energii mogłoby być za wysokie. Natomiast wyjątkowo, w sposobie według wynalazku generator wiru z pierścieniową szczeliną umieszcza się w komorze sortowania, gdzie cząstki o mniejszych wymiarach wypływające z poziomego wiru pierścieniowej szczeliny są rozdzielane wymiarowo w polu grawitacyjnym wytwarzanym przez wentylator odśrodkowy.

Do wytwarzania superdrobnych i ultradrobnych cząstek według wynalazku wykorzystano generatory wirów, w których skład wchodzi wirujący element półprzepuszczalny oraz pierścieniowa szczelina znajdująca się wewnątrz komory sortowania, gdzie odbywa się wspomniane dodatkowe mielenie przy mniejszym zużyciu energii i niższych kosztach konserwacji.

Dzięki temu w wynalazku wyeliminowano wady znanych dotychczas urządzeń, w których do wytwarzania cząstek superdrobnych i ultradrobnych stosuje się młyny abrazyjne,

190 297 a proces mielenia odbywa się w komorze mielenia wstępnego za pomocą niesterowanego wytwarzania wiru w wąskiej przestrzeni pomiędzy wirnikami a ścianką obudowy oraz za pomocą wytwarzania wirów miedzyłopatkowych i międzypłytowych (w pewnych przypadkach intensyfikowanych poprzez wytwarzanie fal ultradźwiękowych). Wszystkie takie, stosowane dotychczas sposoby wspomagania wirowego i akustycznego są procesami o niskiej sprawności w przypadku wytwarzania cząstek drobnych, zużywa się w nich dużo energii i wiążą się z nimi wysokie koszty konserwacji.

Kolejnym zadaniem jest wykorzystanie samoistnego czynnika mielącego i/lub urządzeń powodujących ścinanie lub erozję gazową cząstek stałych zawieszonych w gazowym płynie roboczym do natychmiastowej modyfikacji aktywnych powierzchni wspomnianych świeżo zmielonych cząstek za pomocą odczynników organicznych lub nieorganicznych. Reaktywność powierzchni świeżo zmielonych cząstek oraz ich modyfikowanie za pomocą odczynników chemicznych jest dobrze znane, ale procesy modyfikowania w znanych dotychczas instalacjach do mielenia, na przykład w młynach udarowo ściernych lub młynach strumieniowych, przebiegały w sposób niekontrolowany. Stąd ekonomika procesu modyfikowania powierzchni nie jest korzystna ze względu na nadmierne zużycie odczynników oraz wynikające z tego ograniczenia w kontroli właściwości produktów końcowych. W instalacji do mielenia według wynalazku istnieje możliwość ścisłego kontrolowania wytwarzania świeżych powierzchni poprzez ścinanie w pierścieniowej szczelinie oraz modyfikowania pożądanych części powierzchni przy ekonomicznym zużyciu odczynników chemicznych w celu nadania zmodyfikowanemu produktowi pożądanych właściwości powierzchniowych.

Jeszcze innym aspektem wynalazku jest zastosowanie generatorów wirów stanowiących kombinację wirującego elementu półprzepuszczalnego złożonego z zespołu zawierającego wirujące sito z pierścieniową szczeliną utworzoną przez wirującą tarczę w kołowym stacjonarnym otworze w celu mielenia substancji stałych na cząstki superdrobne i ultradrobne przy niskim zużyciu energii. Jedynie w swoim rodzaju, taką kombinację generatorów wirów stosuje się w urządzeniu według wynalazku wewnątrz komory sortowania, w której odbywa się grawitacyjne sortowanie za pomocą wentylatora odśrodkowego cząstek o danych wymiarach wypływających z poziomego wiru w pierścieniowej szczelinie, przed wpłynięciem oczyszczonego strumienia gazu ze zmniejszonymi cząstkami o pożądanych wymiarach do strefy pionowego wiru wytwarzanej za pomocą wirującego elementu półprzepuszczalnego. Skutkiem powtarzalnego użycia takich kombinacji w pionowym stosie komór sortowania jest wytwarzanie wyrobów ultradrobnych. Cząstki nadwymiarowe wyeliminowane w danej komorze sortowania są zawracane zewnętrznie do poprzedniej w pionowym stosie komory sortowania w celu dalszego zmniejszenia wymiarów w procesie mielenia wirowego.

Według wynalazku stosuje się układ mielenia złożony z komory z wirnikami do wstępnego mielenia cząstek grubych i do mielenia drobnego substancji stałych w strefie mielenia złoża fluidalnego ze sterowanym wirem z dodatkową strefą mielenia, w której odbywa się mielenie wspomnianych substancji stałych na cząstki superdrobne i ultradrobne z generatorami wirów zawierającymi wirujące elementy półprzepuszczalne i pierścieniową szczelinę, gdzie zapewnia się dzielony napęd umożliwiający bardzo szybkie wirowanie sita i tarczy przy niskim zużyciu energii. Sito z napędem dzielonym może wirować z prędkością ponad 10 000 obr/min, natomiast zespół wirnika obraca się z prędkością poniżej 3200 obr/min, przy czym instalacja taka nadal zachowuje takie charakterystyczne cechy jak niskie zużycie energii i podzespołów. Dla uzyskania funkcji wewnętrznego zawracania do obiegu wewnątrz komory wstępnego mielenia cząstek grubych, zawierającej sortowanie cząstek poprzez zróżnicowanie ich indywidualnych prędkości we wznoszącym się strumieniu gazu, wirujący element półprzepuszczalny musi uzyskać prędkość poniżej 4500 obr/min.

Jeszcze inny aspekt stanowi system, w którym zespół wirnika jest pokryty kauczukiem, poliuretanem lub innymi materiałami z tworzyw sztucznych, albo też zespół wirnika jest wykonany techniką odlewania tych części z takich materiałów. Alternatywnie, zespół wirnika może być pokryty materiałami ceramicznymi (np. węglikiem chromu, węglikiem wolframu) albo tlenkiem glinu.

190 297

Kolejny aspekt stanowi system, którego ścianki oraz wirujące sito i tarcza są pokryte kauczukiem, poliuretanem, innymi materiałami z tworzyw sztucznych, materiałami ceramicznymi lub tlenkiem glinu.

Te i inne zadania i zalety wynalazku uzyskuje się według wynalazku sposobem mielenia na sucho cząstek stałych, który polega na kierowaniu drobnych cząstek stałych w zasadzie do góry do wirowej strefy mielenia i mieleniu skierowanych ku górze drobnych cząstek stałych za pomocą generatorów wirów umieszczonych w strefie mielenia wirowego poprzez przepuszczanie części cząstek przez strefę mielenia wirowego, przy czym w skład strefy mielenia wirowego wchodzi co najmniej jeden, umieszczony kolejno w pionie stopień mielenia, w którym przepuszcza się cząstki do góry przez co najmniej jeden wirujący element półprzepuszczalny oraz pierścieniową szczelinę wyznaczoną przez stacjonarną płytę z okrągłym otworem w niej i wirującą okrągłą tarczę usytuowaną w okrągłym otworze.

Etap przepuszczania cząstek ku górze przez wspomniany wirujący element półprzepuszczalny obejmuje przepuszczanie cząstek przez szybko wirujące sito. Sito nie jest rzadsze niż 2,5, a korzystnie jego numer wynosi od 2,5 do 60, a najbardziej korzystnie, ma oczka o numerze w zakresie od 4 do 10 i wiruje z prędkością w zakresie od 1500 do 10 000 obr/min, a najkorzystniej w zakresie od 3000 do 4500 obr/min.

Etap przepuszczania cząstek przez pierścieniową szczelinę obejmuje przepuszczanie cząstek przez pierścieniową szczelinę o szerokości od 12,7 do 152,4 mm, korzystnie około 76,2 mm, i wysokości w zakresie od 12,7 do 152,4 mm.

Korzystnie, w ramach każdego etapu przepuszcza się cząstki przez wirujący element półprzepuszczalny a następnie przez pierścieniową szczelinę. W celu sortowania wymiarowego cząstek wypływających z pierścieniowej szczeliny, skierowany ku górze strumień gazu z zawieszoną w nim mieszanką poddaje się sortowaniu grawitacyjnemu za pomocą wentylatora odśrodkowego, a płynący ku górze strumień gazu, z posortowanymi wymiarowo cząstkami, wprowadza się do zawierającej pionowy wir strefy mielenia wirującego elementu półprzepuszczałnego.

W komorze wstępnego mielenia cząstek grubych zgodnie ze sposobem według wynalazku wewnętrznie zawraca się cząstki do obiegu poprzez wirowanie wspomnianego elementu półprzepuszczalnego z prędkością wystarczającą do zapobieżenia przejściu przez niego części cząstek nadwymiarowych. Ponadto w ramach sposobu zewnętrznie zawraca się do obiegu cząstki za pomocą wentylatora odśrodkowego wirującego za wirującym elementem półprzepuszczalnym oraz zapewnia się kanał zawracania do obiegu odbierający cząstki z wirującego wentylatora i mający wylot poniżej co najmniej jednego wirowego stopnia mielenia.

Ponadto w skład sposobu wchodzi etap usuwania cząstek nad strefą mielenia wirowego. W ramach etapu usuwania obraca się co najmniej jeden wentylator odśrodkowy znajdujący się za co najmniej jednym stopniem mielenia wirowego.

W jednym z przykładów realizacji, sposób obejmuje również etap wstępnego mielenia cząstek grubych na cząstki drobne przed skierowaniem cząstek drobnych do strefy mielenia zawierającej generatory wirów. W ramach etapu wstępnego mielenia doprowadza się substancję stałą do komory, formuje się złoże fluidalne z substancji stałej w komorze kierując powietrze ku górze w komorze i wytwarzając w sposób sterowany wir w złożu fluidalnym w celu realizacji mielenia samoczynnego. W ramach etapu zewnętrznego zawracania do obiegu zewnętrznie zawraca się cząstki do złoża fluidalnego.

Sposób może obejmować wiele stopni mielenia z generatorami wirów i z zewnętrznym zawracaniem cząstek nadwymiarowych do poprzedniego stopnia. Korzystnie, w ramach etapu oddzielania i usuwania usuwa się cząstki w dwóch rozmieszczonych w pionie stopniach usuwania w celu oddzielenia i usunięcia cząstek o stopniowo coraz mniejszych wymiarach.

W innym przykładzie wykonania, w ramach etapu wstępnego mielenia cząstek grubych wytwarza się sterowany wir za pomocą wirników.

Generatory wiru zawierające wirujący element półprzepuszczalny i tarczę wirującą mogą obracać się na wspólnym wałku.

Etap mielenia można zrealizować w nieaktywnej atmosferze gazowej w obecności odczynnika chemicznego w celu przeprowadzenia kontrolowanej modyfikacji powierzchni cząstek stałych.

190 297

Wynalazek dotyczy również urządzenia do mielenia na sucho substancji stałych, zawierającego elementy wytwarzające strefę mielenia wirowego z generatorami wirów, w tym co najmniej jeden usytuowany pionowo stopień mielenia wirowego przeznaczony do mielenia drobnych cząstek stałych oraz elementy do kierowania drobnych cząstek stałych w przybliżeniu do góry do strefy mielenia wirowego. W skład co najmniej jednego stopnia mielenia wirowego wchodzą generatory wirów zawierające co najmniej jeden wirujący element półprzepuszczalny oraz elementy tworzące pierścieniową szczelinę, zawierające stacjonarną płytę z okrągłym otworem oraz wirującą okrągłą tarczę umieszczoną w okrągłym otworze i gdzie wirujący element półprzepuszczalny i pierścieniowa szczelina są skonfigurowane tak, że przepuszczają przez siebie część skierowanych ku górze zmniejszonych cząstek i mają sortownik wymiarowy cząstek do produktów wypływających ze strefy wiru poziomego pierścieniowej szczeliny, przy czym cząstki nadwymiarowe są oddzielane grawitacyjnie za pomocą wentylatora odśrodkowego.

Korzystnie, w skład wirującego elementu półprzepuszczalnego wchodzi wirujące sito z oczkami o numerach nie większych niż 2,5, lepiej o numerach w zakresie od 2,5 do 60, a najlepiej o numerach w zakresie od 4 do 10. Szerokość pierścieniowej szczeliny wynosi od 12,7 do 152,4 mm, korzystnie około 76,2 mm, a wysokość od 12,7 do 152,4 mm. Obu tych generatorów wirów używa się do skutecznego mielenia drobnych cząstek w płynącym pionowo strumieniu gazów oraz do zmniejszania tych cząstek do produktów superdrobnych i ultradrobnych.

W jednym z przykładów wykonania, każdy stopień zawiera wirujący element półprzepuszczalny oraz elementy tworzące pierścieniową szczelinę znajdującą się za wirującym elementem półprzepuszczalnym i mające sortownik grawitacyjny cząstek nadwymiarowych w płynącym pionowo strumieniu gazu zawierający wentylator odśrodkowy.

W innym przykładzie wykonania, w skład urządzenia wchodzi zespół do wewnętrznego zawracania do obiegu cząstek grubych w komorze mielenia wstępnego zawierający elementy do obracania wirującego elementu półprzepuszczalnego z prędkością wystarczającą do uniemożliwienia przejścia przez niego części cząstek, przy czym taka część zawiera cząstki o mniejszej prędkości znajdujące się w skierowanym do góry strumieniu gazu. W skład tego urządzenia wchodzi również zespół do zewnętrznego zawracania zawierający obrotowy wentylator odśrodkowy usytuowany za wirującym elementem półprzepuszcząlnym w komorze wstępnego mielenia cząstek grubych oraz kanał zawracający cząstki odebrane z wirującego wentylatora, mający wylot poniżej co najmniej jednego stopnia mielenia wirowego.

W skład urządzenia wchodzą również elementy do usuwania cząstek usytuowane nad strefą wstępnego mielenia cząstek grubych. W jednym z przykładów wykonania w skład elementów do usuwania wchodzą elementy do obracania co najmniej jednego wentylatora odśrodkowego usytuowanego za co najmniej jednym stopniem mielenia.

W następnym przykładzie wykonania w skład urządzenia wchodzi zespół do wstępnego mielenia cząstek grubych na cząstki drobne przed ich skierowaniem do strefy mielenia zawierającej generatory wirów. W skład zespołu do wstępnego mielenia wchodzą, korzystnie, elementy do doprowadzania substancji stałej do komory, elementy do formowania złoża fluidalnego z cząstek stałych w komorze zawierające elementy do kierowania powietrza ku górze w komorze oraz elementy do wytwarzania sterowanego zawirowania w złożu fluidalnym w celu realizacji samoczynnego mielenia. Elementy do zewnętrznego zawracania cząstek do obiegu stanowią elementy do zewnętrznego zawracania cząstek do złoża fluidalnego.

W kolejnym przykładzie wykonania, w skład urządzenia wchodzi wiele stopni mielenia, każdy z tych stopni z generatorami wirów oraz elementami do grawitacyjnego oddzielania i zewnętrznego zawracania cząstek nadwymiarowych do stopnia poprzedniego.

Elementy do usuwania stanowią, korzystnie, elementy do usuwania w dwóch pionowo rozmieszczonych stopniach usuwania przeznaczone do oddzielania i usuwania cząstek o coraz mniejszych wymiarach. Elementy do wstępnego mielenia zawierają wirniki do wytwarzania sterowanego wiru.

Generatory wirów zawierają wirujące elementy półprzepuszczalne i wirującą tarczę, wirujące korzystnie na wspólnym wałku.

190 297

W jeszcze innym przykładzie realizacji wynalazku, w skład sposobu i urządzenia do mielenia na sucho cząstek stałych wchodzą elementy do doprowadzania cząstek stałych do komory, elementy formujące złoże fluidalne z cząstek stałych w komorze poprzez kierowanie powietrza ku górze w komorze oraz elementy wytwarzające sterowane wiry w złożu fluidalnym w celu realizacji samoczynnego mielenia. Korzystnie, urządzenie w tym przykładzie wykonania zawiera elementy do oddzielania i usuwania cząstek za złożem fluidalnym oraz, korzystnie, elementy do zawracania usuniętych cząstek do złoża fluidalnego.

Podczas usuwania cząstek, korzystnie, obraca się co najmniej jeden wentylator odśrodkowy za złożem fluidalnym, natomiast podczas zawracania do obiegu, korzystnie, obraca się wentylator odśrodkowy za złożem fluidalnym i zapewnia się kanał zawracający odbierający cząstki od wirującego wentylatora i mający wylot do złoża fluidalnego. Cząstki można usuwać w dwóch pionowo usytuowanych stopniach usuwających do oddzielania i usuwania cząstek o stopniowo coraz niniejszych wymiarach.

Do wytwarzania sterowanego zawirowania stosuje się, korzystnie, obrotowe wirniki, natomiast mielenie może odbywać się w nieaktywnej atmosferze gazowej w obecności odczynnika chemicznego w celu przeprowadzenia kontrolowanej modyfikacji powierzchni cząstek stałych.

Kolejny przykład realizacji wynalazku dotyczy sposobu i urządzenia do odprowadzania cząstek stałych ze strumienia gazu, obejmującego obracanie co najmniej jednego wirującego elementu półprzepuszczalnego, kierowanie co najmniej jednego strumienia gazu z cząstkami stałymi przez co najmniej jeden wirujący element półprzepuszczalny oraz usuwanie cząstek nie przepływających przez ten co najmniej jeden wirujący element półprzepuszczalny oraz usuwanie cząstek przepływających przez wirujący wentylator, za wirującym elementem półprzepuszczalnym .

W skład co najmniej jednego wirującego elementu półprzepuszczalnego wchodzi, korzystnie, zespół z wirującym sitem, korzystnie z sitem z oczkami nie większymi niż o numerze 2,5, korzystniej z sitem z oczkami nie większymi niż o numerze w zakresie od 2,5 do 60, a najkorzystniej z sitem z oczkami nie większymi niż o numerze w zakresie od 4 do 10.

Przedmiot wynalazku jest objaśniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia urządzenie do mielenia substancji stałych na sucho według wynalazku do realizacji sposobu mielenia substancji stałych na sucho według wynalazku, schematycznie, fig. 2 - urządzenie z fig. 1 wykorzystujące do mielenia energię płynu, w przekroju poprzecznym, schematycznie, fig. 3 - zmodyfikowane urządzenie według wynalazku wykorzystujące do mielenia energie płynu, w przekroju poprzecznym, schematycznie, fig. 4 - urządzenie według wynalazku do wytwarzania cząstek ultradrobnych za pomocą energii płynu, w przekroju poprzecznym, schematycznie, fig. 5A i 5B - odśrodkowy wentylator wznoszący z fig. 2, w rzucie z góry i w przekroju, fig. 6A i 6B - dwa różne współosiowe wirniki stosowane w urządzeniu według fig. 2, w rzucie z góry, fig. 7A i 7B - wirujący element półprzepuszczalny z fig. 2, w rzucie z góry i z boku, fig. 8A i 8B - tarczę wirująca z fig. 2, w rzucie z góry i z boku, fig. 9A i 9B - wirującą płytę z fig. 2; w rzucie z góry i z boku, fig. 10 - wewnętrzny zespól łożyskowania w urządzeniu z fig. 2, oraz fig. 11 - pręty intensyfikujące przepływ w urządzeniu z fig .2, w rzucie z góry.

Jak widać na fig. 1, w skład zespołu mielącego 10 wchodzi dolna strefa mielenia zgrubnego i drobnego w postaci komory 11, do której doprowadza się materiał stały przez wlot zasilający 14, i do której gaz, na przykład powietrze, doprowadza się od dołu wlotem 15. Cząstki z dolnej strefy w postaci komory 11 doprowadza się za pomocą strumienia gazów do pośredniej strefy 12 mielenia wirowego w celu dalszego mielenia. W pośredniej strefie 12 znajdują się dwa kanały 18, 19 zawracające do obiegu przeznaczone do zawracania do obiegu cząstek nadwymiarowych do dolnej strefy w postaci komory 11. Cząstki zmielone w pośredniej strefie 12 doprowadza się za pomocą strumienia gazu do górnej strefy 13 oddzielania z elementem 13 do usuwania cząstek. Górna strefa oddzielania działa w taki sposób, że oddziela produkt końcowy (taki jak cząstki superdrobne), które wylatują przewodem 16 do cyklonu 30, gdzie oddziela się produkt superdrobny. Cząstki drobne doprowadza sięz górnej strefy z elementami 13 do usuwania cząstek przewodem wylotowym 17 do cyklonu 20 w celu odizolowania produktu drobnego.

190 297

Cyklon 20 przepuszcza gaz do zawracania przewodem 23 na dno komory 11 i przenosi cząstki przewodem 24 do bębna 21 przeznaczonego na cząstki drobne. Cyklon 30 zawraca swój gaz do obiegu przewodem 22 na dno dolnej komory 11. Cząstki superdrobne płyną przewodem 33 do bębna 31 z produktem. Alternatywnie, cyklon 30 może przepuszczać część lub cały gaz nośny przewodem wylotowym 40 do zbiorczego filtra workowego.

Na figurze 2 pokazano szczegółowo zespół mielący 10 z fig. 1. Jak na nim widać, w zespole mielącym znajduje się wał wewnętrzny > 1 napędzany silnikiem >2 i osadzony w łożysku >3; wał ten napędza wszystkie wewnętrzne podzespoły >4-68 zespołu mielącego. Wał >1 z silnikiem >2 stanowią elementy do obracania co najmniej elementu półprzepuszczalnego 60, i stanowią także elementy do obracania jednego wentylatora odśrodkowego 68. W celu stabilizacji wirującego wału przed wibracjami, urządzenie jest wyposażone w jedno lub kilka łożysk wewnętrznych, jak pokazano na fig. 10, przy czym łożyska 7> są osadzone za pomocą stalowych ramion 76 w zewnętrznej ścianie młyna. Dla prędkości powyżej 4000 obr/min można zastosować wał drążony, w celu zapobieżenia jego biciu. Urządzenie może być wyposażone w wał dzielony, przy czym część wału znajdująca się w dolej komorze 11 zawierającej wirniki pracuje z mniejszą prędkością obrotową, natomiast pozostałe elementy wirujące są osadzone na wale o wyższej prędkości obrotowej.

W dolnej komorze 11 znajduje się wirująca płytka >4 usytuowana pod elementami do kierowania powietrza do góry w postaci wewnętrznego wentylatora wznoszącego >>. Płytka >4 chroni wentylator przed turbulencjami wywoływanymi przez strumienie odzyskiwanego gazu wpływające przewodami wlotowymi 22 i 23. Wentylator wznoszący >> pracuje w ten sposób, że zapewnia wznoszący przepływ powietrza przez zespół mielący.

Wentylator wznoszący >> pokazano szczegółowo na fig. >A i >B. Jak na nich widać, w skład wentylatora wchodzi piasta >>A i wiele łopatek >>B, każda skręcona pod kątem około 1>°, zmieniającym się zarówno nad jak i pod piastą w celu wytwarzania wznoszenia podczas wirowania.

Nad wentylatorem >> znajdują się cztery rzędy elementów do tworzenia kontrolowanego zawirowania w postaci poprzecznie przestawionych współosiowych bliźniaczych wirników >6->9. Korzystnie, wirniki są z ramionami z płaskowników lub okrągłych prętów, osadzonych na wypuście na wałku i z osadzonymi na każdym końcu współosiowymi łopatkami. Łopatki wirników pokazano szczegółowo na fig. 6A i 6B.

Na figurze 6A pokazano wirnik z ramieniem z płaskownika mający płaską płytkę >61 z osadzonymi na jej końcach łopatkami >62 i >63 wirnika. Łopatki wirnika są umieszczone pod kątem skręcenia około 70° do płaszczyzny poziomej płytki >61. Na fig. 6B pokazano wirnik z ramionami okrągłymi, w których skład wchodzi okrągłe ramię >64 z osadzonymi na jego końcu łopatkami >6> i >66 wirnika ustawionymi pod kątem skręcenia około 70° do ramienia >64.

Wentylator >> wytwarza obwodową kurtynę powietrzną wspomaganą przez fartuch (nie pokazany) przymocowany do dolnego końca prętów 77 ^intensyfikujących przepływ, które są przymocowane do ścianki 78, jak pokazano na fig. 11. Ścianka 78 może być pokryta kauczukiem lub poliuretanem i są w niej osadzone pręty 77 intensyfikujące przepływ, korzystnie w odstępach 76,2 mm do 177,8 mm wzdłuż ścianki. Łopatki wirnika mieszają złoże fluidalne wytwarzane przez wentylator >>. Łopatki wirnika mogą mieć różne kąty skręcenia lub zwichrowania w stosunku do płaszczyzny poziomej, różne kąty skoku, to jest mogą odchylać się od płaszczyzny pionowej, albo też mogą mieć kąty odchylenia względem ramion wirnika. Ponadto wirniki mogą być również zaopatrzone w deflektory (nie pokazane) do zwiększania turbulencji wiru lub powiększania stref mielenia przez odchylanie strug powietrza.

Nad wirnikiem >9, na początku pośredniej strefy 12, mielenia wirowego znajduje się wirujący element półprzepuszczalny 60, który ułatwia wewnętrzne zawracanie do obiegu cząstek grubych lub nadwymiarowych do komory 11 mielenia wstępnego, a także wspomaga mielenie na cząstki drobne i superdrobne dzięki wytwarzaniu pionowego wiru działającego na cząstki w kierunku ku górze wewnątrz pośredniej strefy 12. Budowę wirującego elementu półprzepuszczalnego 60 pokazano na fig. 7A i 7B.

Jak widać na tych figurach, wirujący element półprzepuszczalny 60 ma ramę 60A zawierającą piastę 60B osadzoną na wypuście na wale >1. Na dolnej części płyty nośnej

190 297 ramy 60A znajduje się sito 60C. Sito to może mieć oczka o numerach w zakresie od 2,5 do 60, korzystnie od 4 do 10. Korzystnie, sito jest wykonane ze stali. Pod sitem znajduje się deflektor 60D, który zapobiega przepływowi cząstek przez środek wirującego sita 60C. Średnica tarczy deflektora może zmieniać się w zakresie od 101,6 mm do 254 mm w zależności od pożądanej ilości i stopnia rozdrobnienia przechodzących przez nią cząstek.

Cząstki przepływające przez wirujący element półprzepuszczalny 60 muszą następnie przepłynąć przez pierścieniową szczelinę 70B pomiędzy stacjonarną płytą 70 a wirującą tarczą 61 umieszczoną w otworze 70A stacjonarnej płyty 70. Na fig. 8A i 8B pokazano bardziej szczegółowo położenie wirującej tarczy w centralnym otworze stacjonarnej płytki, pomiędzy którymi powstaje pierścieniowa szczelina 70B. Szerokość pierścieniowej szczeliny 70B wynosi 12,7 mm do 152,4 mm, korzystnie około 6,2 mm, a wysokość 12,7 mm do 152,4 mm. Odległość pomiędzy elementem półprzepuszczalnym 60 a płytką 70 jest, korzystnie, większa niż 50,8 mm. Korzystnie, wirująca tarcza 61 i stacjonarna płyta 70 znajdują się w tej samej płaszczyźnie, ale dopuszcza się, żeby płaszczyzna tarczy 61 leżała do około 25,4 mm ponad lub poniżej płaszczyzny płyty 70. Korzystnie, wirująca tarcza i stacjonarna płytka są wykonane ze stali.

W pośredniej strefie 12 znajduje się wentylator odśrodkowy 62, który wytłacza cząstki grube lub nad wymiarowe przechodzące przez wirujący element półprzepuszczalny 60 i pierścieniową szczelinę 70B pomiędzy wirującą tarczą 61 a stacjonarną płytą 70. Te grube lub nadwymiarowe cząstki są zawracane do obiegu kanałami 18 i 19 do komory 11 mielenia wstępnego.

Nad wentylatorem 62 znajduje się wirujący element półprzepuszczalny 63, który ma taką samą budowę jak wirujący element półprzepuszczalny 60. Wirujący element półprzepuszczalny 63, który służy wyłącznie do wytwarzania wiru, nie usuwa już i nie zawraca do obiegu cząstek, które uzyskały małe wymiary. Nad elementem 63 znajduje się stacjonarna płyta 71 z wirującą tarczą 64 umieszczoną w otworze 71A i tworzącą pierścieniową szczelinę 7IB. Elementy te mają taką samą budowę jak stacjonarna płyta 70 i wirująca tarcza 61.

Nad wirującą tarczą 64 znajduje się wentylator odśrodkowy 65 wyrzucający drobne cząstki przez przewód wylotowy 17. Nad wentylatorem odśrodkowym 65 znajduje się wirująca płytka 66, która ma taką samą budowę jak wirująca płytka 54, i którą pokazano szczegółowo na fig. 9A i 9B. Jak widać na tych figurach, wirująca płytka 66 ma piastę 661, która jest osadzona na wypuście na wale 51 tak, że się razem z nim obraca. Zadaniem płytki 66 jest zmniejszanie turbulencji skierowanej ku górze wewnątrz strefy z elementami 13 do usuwania cząstek oraz pomaganie w oddzielaniu wymiarowym dokonywanym przez wentylatory 65 i 68 przez odbiorcze przewody wylotowe 17 i 16. W przypadku, kiedy potrzebne jest dokładniejsze sortowanie wymiarowe cząstek drobnych i superdrobnych, przewody wylotowe 17 i 16 można doprowadzić do klasyfikatora pyłów.

Nad wirującą płytką 66 znajduje się stacjonarna płyta 72 z wirującą tarczą 67 obracającą się w centralnym otworze 72A i tworząca pierścieniową szczelinę 72B. Jej budowa jest taka sama jak wspomnianych wcześniej płyt stacjonarnych z wirującą tarczą.

Nad wirującą tarczą 67 znajduje się wentylator odśrodkowy 68, który wytłacza cząstki superdrobne przewodem wylotowym 16.

Dolna komora 11 może pracować jako układ o zamkniętej atmosferze; w takim przypadku wlot 15 i przewód wylotowy 40 są zamknięte. W przypadku zamiaru doprowadzania substancji wilgotnej, do wlotu 15 podłącza się suszarkę pneumatyczną, która suszy doprowadzaną substancję do wilgotności poniżej 4%, z równoczesnym mieleniem. Aby usunąć parę wodną powstającą podczas takiego suszenia trzeba zastosować odpowiednie środki, tworząc wyloty na wyjściu z cyklonów, przy czym wyloty te należy usytuować przy wlotach przewodów 22 i 23. Pokazane na fig. 1 przewody 22 i 23 służą do transportu gazu odzyskanego z cyklonów.

Doprowadzane do wlotu 14 cząstki wpływające są wytłaczane w kierunku obwodu w wyniku działania poduszek powietrznych wytwarzanych przez wirniki 56-59 i tam tworzą złoże fluidalne w formie cząstek zawieszonych przez ciągle działające siły wznoszące strumienia gazu wytwarzanego przez wentylator 55.

190 297

Wysokość prędkości zderzających się ze sobą cząstek w okrągłym złożu fluidalnym jest wytwarzana przez siły odśrodkowe wirników 56-59 i przenoszona przez gazowy płyn roboczy. Taka wysokość prędkości odnawia się przy każdym obrocie wirników, które są przymocowane do wirującego wału 51. Mieszanie i sterowanie złożem fluidalnym jest realizowane przez wirujące łopatki wirnika i dzięki doborowi ich kątów skręcenia i skoku. Wymieszane złoże fluidalne jest modulowane przez pręty intensyfikujące przepływ osadzone pionowo w wewnętrznej ściance zespołu mielącego, które zmuszają cząstki do wpływania w „zamknięte kieszenie” i wywierają na nie „pompowanie zwężkowe” dzięki wahaniom ciśnień strumienia.

Cząstki są wyrzucane z okrągłego złoża fluidalnego przez stałą, skierowaną ku górze kurtynę powietrzną wytwarzaną przez wentylator 55 i wspomaganą przez spiralne wznoszenie się gazowego płynu roboczego wytwarzanego dzięki krzyżowemu przestawieniu par wirników 56-59.

W kategoriach sił wywieranych na cząstki w dolnej strefie, siły odśrodkowe wytwarzane przez wirujące wirniki działają bardziej intensywnie na cząstki większe i wytłaczają je na obwód zewnętrzny, natomiast siły oporu aerodynamicznego utrzymują te cząstki w stanie zawieszonym w strefie wiru, pod warunkiem, że utrzymuje się stałą prędkość prądów wznoszących. Po zmniejszeniu wymiarów cząstek w wyniku samoczynnego zderzania, tarcia, ścinania lub erozji, osiągają one mniejszy zakres wymiarów, co powoduje spadek intensywności działania sił odśrodkowych. W ten sposób przemieszczają się one ku wewnętrznemu obwodowi wiru. Po zmniejszeniu wymiarów cząstek zmniejsza się opór aerodynamiczny do punktu, w którym dynamika przepływu strumienia wznoszącego porywają i przenoszą takie mniejsze cząstki ku wirującemu elementowi półprzepuszczalnemu 60.

Wirujący element półprzepuszczalny działa w ten sposób, że intensyfikuje bardziej skuteczne wewnętrzne zawracanie do obiegu cząstek nadwymiarowych poprzez „usuwanie statystyczne”. Ponadto zakłóca on przepływający strumień gazów dzieląc go na strugi i skręcając je, w wyniku czego powstają skierowane pionowo siły wiru, które tworzą dodatkowe drobne cząstki, głównie dzięki erozji gazowej i ścinaniu. Przy większych prędkościach obrotowych wału znacznie rośnie skuteczność wirującego elementu półprzepuszczalnego pod względem mielenia substancji na cząstki drobne.

Wirujące tarcze 61, 64 i 67 umieszczone w centralnych otworach 70A, 71A i 72A stacjonarnych płyt 70, 71, 72 wywołują zjawiska zwężkowe i wysokie ciśnienia przepływu. Zatem mielenie substancji na cząstki superdrobne zachodzi głównie dzięki intensyfikacji kołowych sił ścinających wiru działającego na cząstki drobne.

Dla danej wydajności doprowadzania i prędkości wirnika, istnieje dla wirowego złoża fluidalnego maksymalna gęstość znajdujących się w nim cząstek, przy której skutki energii wiru wykorzystywanej do rozdrabniania takich zawieszonych cząstek są maksymalne. W wynalazku można uzyskać taką maksymalną wartość gęstości oraz zachować optymalny sterowany efekt wirowania poprzez regulację gęstości wewnętrznej i zmienne procesu technologicznego. W rezultacie, dzięki kontrolowanemu zawirowywaniu złoża fluidalnego, wynalazek zapewnia najbardziej skuteczne przenoszenie energii wejściowej za pośrednictwem gazowego płynu roboczego do rzeczywistego rozdrabniania doprowadzanych cząstek.

W celu poprawy parametrów technicznych istniejących instalacji mielących, w których stosuje się młyny kulowe, młyny pierścieniowo-sprężynowe, młyny walcowe lub inne urządzenia udarowe, oraz umożliwienia, przy niskich kosztach, intensyfikacji mielenia na cząstki drobne i superdrobne, można zastosować urządzenie zasilane energią płynu pokazane na fig. 3. Na figurze tej podobne elementy są oznaczone takimi samymi liczbami. Urządzenie to różni się od urządzenia z fig. 2 tym, że dolna strefa jest używana głównie do sporządzania wsadu i znajdują się w niej tylko dwa wirniki, natomiast zewnętrzne zawracanie regeneracyjne produktu następuje od pośredniej strefy mielenia kanałami 18' i 19' z powrotem do złoża fluidalnego w celu uzyskania produktu końcowego w postaci żądanych cząstek drobnych i superdrobnych. W tym urządzeniu zasilanym energią płynu zastosowano wirujący element półprzepuszczalny 73 z fig. 3 jako generator wiru zamiast płytki 66 z fig. 2. Podobnie jak w przykładzie wykonania z fig. 2, w urządzeniu tym wirujący element półprzepuszczalny 60 jest używany do najbardziej skutecznego wewnętrznego zawracania do obiegu produktów nadwymia18

190 297 rowych w komorze wstępnego mielenia cząstek grubych a wirujące elementy półprzepuszczalne 63 i 73 i wirujące tarcze 61, 64 i 67 jako generatory wirów do intensyfikowania mielenia substancji na cząstki drobne i superdrobne. Mielenie na cząstki superdrobne w urządzeniu zasilanym energią płynu można stłumić albo zintensyfikować poprzez wybór wkładek i wewnętrzne regulacje młyna.

W ramach modernizacji, urządzenie zasilane energią płynu mogłoby odbierać produkty końcowe z istniejących instalacji mielących i wykorzystywać je jako materiał do dalszego przetworzenia.

Pokazane na fig. 4 urządzenie do wytwarzania cząstek ultradrobnych ma być tanim i skutecznym młynem do cząstek ultradrobnych, w którym wykorzystuje się możliwości mielące generatorów wirów z wirującymi elementami półprzepuszczalnymi (80, 82, 86, 89, 91 i 95) oraz wirującymi tarczami (84, 87, 90, 93, 96 i 99) do intensywniejszego wytwarzania cząstek drobnych, superdrobnych i ultradrobnych. Skuteczność takiego rozwiązania wynika ze stosowania stopni, w których kolejne zawracanie do obiegu produktów nadwymiarowych w każdym stopniu odbywa się w wyniku grawitacyjnego rozdzielania za pomocą wentylatorów odśrodkowych (81, 85, 88, 91 i 94) i transportu wyrzuconych produktów nadwymiarowych do następnego dolnego stopnia kanałami (110A-114A i 110B-114B) zawracania do obiegu, co potęguje działanie generatorów wirów wznoszących z wirującymi elementami półprzepuszczalnymi i wirującymi tarczami rozmieszczonymi w formie pionowego stosu. Na zewnątrz komory 11 wstępnego mielenia cząstek grubych wymiary cząstek substancji stałych w płynącym do góry strumieniu gazu wystarczająco zmniejszają się i wszelkie wewnętrzne zawracanie do obiegu za pomocą wirujących elementów połprzepuszczalnych staje się pomijalnie małe. Wskutek tego, we wznoszących się stopniach urządzenia do ultrarozdrabniania, wirujące elementy półprzepuszczalne działają wyłącznie jako generatory wirów.

Intensyfikacja zmniejszania wielkości cząstek do superdrobnych dzięki zastosowaniu stopni i następującego kolejno zawracania do obiegu przy małym zużyciu energii jest efektem niespodziewanym.

Urządzenie z fig. 4 do wytwarzania cząstek ultradrobnych jest niskociśnieniowym urządzeniem do zmniejszania wymiarów cząstek, które działa przy dużych prędkościach wału i małym zużyciu energii. Urządzenie do ultrarozdrabniania wytwarza wysokie ciśnienia przepływu przy niskich ciśnieniach statycznych, w wyniku czego skutecznie zmniejsza materiał doprowadzany o numerze sitowym 270 (56 mikrometrów) do żądanego produktu końcowego 0 numerze sitowym 4500 (5 mikrometrów) lub jeszcze drobniejszego.

Na figurze 4 te same liczby odnoszą się do takich samych elementów. Nad wirnikami 58 i 59 znajduje się wirujący element półprzepuszczalny 80, a za nim stacjonarna płyta 101. Za tymi zespołami znajduje się szereg pięciu stopni z wentylatorami odśrodkowymi 81, 85, 88, 91 i 94, wirującymi elementami półprzepuszczalnymi 82, 86, 89, 92 i 95, stacjonarnymi płytami 102-106 1 wirującymi tarczami 84, 87, 90, 93 i 96 tworzącymi pierścieniowe szczeliny 102B-106B. W skład tych stopni wchodzą kanały 110A-114A i 110B-114B zawracania do obiegu. Na szczycie znajdują się separatory cząstek superdrobnych i ultradrobnych zawierające wentylatory 91 i 100, wirującą płytkę 98, wirującą tarczę 99 i stacjonarną płytę 107 tworzącą pierścieniową szczelinę 107B. Wentylatory 97 i 100 wytłaczają cząstki do przewodów wylotowych 17 i 16. ...

Strefa dolna służy jako wlot, w którym wpływający przez wlot 14 materiał zasilający jest zawieszany za pomocą sił wznoszących wytwarzanych przez wentylator odśrodkowy 55' i wiry wytwarzane przez przestawione w układzie krzyżowym wirniki 58-59. W rezultacie na cząstki działa wir wytwarzany przez wirujący element półprzepuszczalny 80, który tłoczy je do szeregu stopni. Oprócz wlotu gazu w dnie zasilającej komory wlotowej istnieją również przewody wlotowe 22-23, które zawracają gaz z cyklonów (po przejściu, w razie potrzeby, przez skrzynię wspomagającą, nie pokazaną, przeznaczoną do pasteryzacji).

Strefa pośrednia do mielenia superdrobnego i ultradrobnego jest podzielona na pięć stopni. W każdym z tych stopni na napływające cząstki działają kolejno generatory wirów zawierające wirujące elementy półprzepuszczalne oraz wirujące tarcze rozmieszczone w układzie wznoszącym. W skład każdego stopnia wchodzi związany z nim wentylator odśrodkowy służący do usuwania produktu nadwymiarowego po jego wylocie z wiru poziomego

190 297 pierścieniowej szczeliny przez zawracające do obiegu kanały wylotowe do następnego dolnego stopnia. Dzięki takiemu rozwiązaniu następuje grawitacyjne sortowanie frakcji stałych i limitowanie wymiarów cząstek, które wpływają do następnej strefy mielenia wirowego z generatorem wiru pionowego zawierającym wirujący element półprzepuszczalny.

Strefa górna służy do klasyfikowania i znajdują się w niej wentylatory odśrodkowe 97 i 100, które wyrzucają produkty końcowe poprzez przewody wylotowe 17 i 16 do odpowiednich cyklonów. W razie konieczności dokładniejszego rozdzielania wymiarowego cząstek produkty z przewodów wylotowych 17 i 16 można doprowadzić do klasyfikatora pyłów.

Urządzenie do ultrarozdrabniania może mieć 61 cm średnicy i 213,5 cm wysokości, napęd o zmiennej mocy, umożliwiający uzyskanie prędkości obrotowych od 3000 do 500 obr/min. Wkładki do tego urządzenia można osadzić na wypustach wewnątrz wydrążonego wału 51. Ścianki urządzenia można wyłożyć kauczukiem i rozmieścić na obwodzie co 76,2 mm do 177,8 mm pręty intensyfikujące przepływ.

Pokazane na fig. 2 urządzenie do mielenia z wykorzystaniem energii płynu ma naturalną uniwersalność działania w przypadku konieczności zastosowania go do rozdzielania elementów cząstkowych materiału zasilającego w formie gruboziarnistych koncentratów. W takim przypadku trzeba ograniczyć jego aktywność pod względem wytwarzania wiru i zawracania do obiegu. W tym celu, wirującą płytkę 66 (fig. 9A) umieszcza się bezpośrednio nad wirującym elementem półprzepuszczalnym 60 (fig. 2), co ogranicza jej aktywność do wewnętrznego zawracania do obiegu do dolnej strefy wstępnego mielenia cząstek grubych, natomiast usunięcie wirujących tarcz 61 i 64, wraz z wirującym elementem półprzepuszczalnym 63 i wentylatorem odśrodkowym 62 ogranicza wydajność albo zamyka kanały 18 i 19 do zawracania do obiegu oraz zwiększa dopływ gazu do młyna przez wlot 15. Koncentraty zgrubne wylatują przewodem wylotowym 17, natomiast frakcje drobne są wyrzucane przewodem wylotowym 16.

W urządzeniu do uzyskiwania cząstek ultradrobnych najmniejsze cząstki płyną w strumieniu do góry przy stosunkowo niskich ciśnieniach statycznych do 3736 Pa (do 381 mm słupa wody) i działają na nie bardzo szybkie, skierowane pionowo spiralne cyklony wytwarzane przez wirujący element półprzepuszczalny i płynące poprzecznie przez górne kołowe strefy ścinania wytwarzane w pierścieniowych szczelinach. Zmniejszanie wymiarów cząstek odbywa się dzięki ścinaniu i erozji gazowej. Wentylator odśrodkowy, jaki znajduje się w każdym stopniu, zapewnia grawitacyjne rozdzielanie i pomaga w zawracaniu cząstek nadwymiarowych do następnego dolnego stopnia w celu dalszego zmniejszenia ich wymiarów. W rezultacie w każdym następnym stopniu cząstki o mniejszych wymiarach są oddzielane, co ułatwiają strefy mielenia wirowego wytwarzane przez wirujące elementy półprzepuszczalne i wirujące tarcze, i znajdujące się wyżej w pionie w urządzeniu do ultrarozdrabniania.

Istnieje możliwość powiększenia urządzenia do ultrarozdrabniania poprzez zwiększenie średnic poszczególnych stopni. Wydajność urządzenia można również zwiększyć poprzez zwiększenie liczby jego stopni wznoszących.

Dzięki drobniejszemu materiałowi zasilającemu i zastosowaniu wirników głównie do mieszania materiału zasilającego, urządzenie do ultrarozdrabniania z fig. 4 może pracować przy znacznie wyższych prędkościach obrotowych wałów niż urządzenie zasilane energią płynu z fig. 2, co zwiększa jego wydajność, z jednoczesnym zachowaniem małego zużycia energii.

Zazwyczaj materiałem zasilającym w procesie mielenia drobnego jest materiał w postaci cząstek o wymiarach 12,7 mm do 3,175 mm, który uzyskuje się przy mniejszych kosztach za pomocą różnorodnych kruszarek. Młynami do wytwarzania cząstek drobnych są na ogół młyny powietrzne wyposażone w instalacje sortujące, które zawracają frakcje cząstek nadwymiarowych do obiegu mielenia w celu dalszego przetwarzania na cząstki drobniejsze. Zadanie to wypełniają różnorodne młyny udarowe - młyn kulowy, młyn kulkowy, młyn młotkowy, młyn pierścieniowo-sprężynowy, młyn walcowy i inne pulweryzatory udarowe. Główny proces mielenia we wszystkich typach tych urządzeń odbywa się na zasadzie fizycznego uderzania elementów uderzających w doprowadzane cząstki.

Użyteczność i zalety młynów udarowych są powszechnie znane; są to urządzenia o wysokiej wydajności i skuteczności zmniejszania wymiarów cząstek. Znane są również dobrze ich wady - intensywne zużywanie się, wysokie koszty energii i mała wydajność w przypadku mielenia drobnego. Dobrze udokumentowane są próby rozszerzenia użytecznego zakresu

190 297 młynów udarowych poprzez wytwarzanie w nich wirów. W młynach wirowo-udarowych lub młynach udarowo-ściemych stosuje się wirujące bijaki z promieniowymi płytkami bijącymi i tarczami kryjącymi. Mielenie zachodzi dzięki bezpośredniemu uderzaniu mechanicznemu cząstek w płytki bijące i ścieraniu cząstek w wyniku zderzeń z powierzchniami urządzenia. Dobrze znana jest wartość wtórnych efektów wirowania - ścieranie wskutek zderzania się cząstek ze sobą, erozji i ścinania przez gazy płynące w wirze z bardzo dużą prędkością. Niekontrolowane strefy wiru wytwarzane w młynach udarowo-ściemych znajdują się w wąskich odstępach pomiędzy wirnikiem a ścianką obudowy, w obszarach pomiędzy łopatkami lub pomiędzy płytkami wewnątrz zespołu wirnika. Wytwarzanie wiru można zintensyfikować fałdując ściankę obudowy i wspomagając wibracjami ultradźwiękowymi wytwarzanymi za pomocą przymocowanych wibrujących łopatek lub wibrujących tarcz. Wadami młynów wirowo-udarowych są wysokie zużycie energii, nadmierne zużycie elementów, intensywne wydzielanie ciepła, mała wydajność i stosunkowo mała skuteczność wytwarzania drobnych cząstek. W rezultacie trudno jest je powiększać do dużych zespołów roboczych.

Pokazana na fig. 2 konstrukcja urządzenia według wynalazku nie ma tych wad dzięki zastosowaniu do głównego zmniejszania wymiarów kontrolowanego zawirowania złoża fluidalnego usytuowanego na obwodzie młyna, w którym to wirze cząstki uderzają o siebie, są wytłaczane przez siły odśrodkowe wytwarzane przez wirniki i skutecznie przenoszone przez gazowy płyn roboczy. Szerokość złoża fluidalnego można zwiększyć chowając łopatki wirnika (skracając ramiona wirnika) oraz odpowiednio zwiększając prędkość wirowania i prędkość strumienia wznoszącego. Ścieranie występuje dzięki samoistnym zderzeniom cząstek pod odpowiednimi kątami w celu minimalizacji efektu ścierania przy dużych intensywnościach ścinania. Skuteczność mielenia zgrubnego i drobnego wynika z bardzo wysokiej skuteczności wewnętrznego zawracania do obiegu cząstek nadwymiarowych do komory 11 mielenia wstępnego (fig. 1) dzięki wykorzystaniu efektu prędkościowego sortowania wirującego elementu półprzepuszczalnego, w wyniku którego usuwane są cząstki poruszające się wolniej, w większości o większych wymiarach, unoszone do góry w strumieniu gazu. W odróżnieniu od znanych dotychczas urządzeń, większość mielenia na cząstki drobne i superdrobne nie odbywa się w strefie mielenia głównego. W wynalazku, większość mielenia na cząstki drobne i superdrobne zachodzi w strefach mielenia wirowego, gdzie wirujące elementy półprzepuszczalne i wirujące tarcze działają jako generatory wirów i intensyfikują proces mielenia substancji na cząstki drobne, superdrobne i ultradrobne w wyniku erozji gazowej i ścinania przy wysokich ciśnieniach przepływu. Dzięki temu wynalazek cechuje się niskim zużyciem energii, minimalnym zużyciem mechanicznym i minimalną kumulacją ciepła, oraz odznacza się bardzo skutecznym wytwarzaniem cząstek drobnych i superdrobnych.

Pokazane na fig. 4 urządzenie do wytwarzania cząstek ultradrobnych zapewnia tanie mielenie na cząstki ultradrobne dzięki konstrukcji, w której zastosowano wytwarzanie pionowych cyklonów spiralnych do gazowego erodowania cząstek w połączeniu z poziomymi, kołowymi strefami ścinania, w których następuje ścinanie cząstek przy wysokich ciśnieniach przepływu i niskich ciśnieniach statycznych. W tym układzie wytwarzania wirów stosuje się wirujące elementy półprzepuszczalne do wytwarzania strefy pionowego wiru spiralnego i tarcze wirujące do wytwarzania strefy wiru poziomego, przy czym oba te generatory wiru działają jako skuteczne urządzenia do zmniejszania wymiarów cząstek służące do pionowego przemieszczania drobnych cząstek w strumieniu gazu i ich rozdrabniania przy niskim zużyciu energii. W każdym stopniu, po przepłynięciu cząstek przez strefę wiru poziomego, cząstki nadwymiarowe są oddzielane w wyniku separacji grawitacyjnej za pomocą wentylatora odśrodkowego. Wyeliminowane cząstki nadwymiarowe są zawracane wewnętrznie do obiegu do następnej dolnej strefy mielenia wirowego w celu dalszego zmniejszenia ich wymiarów. Drobne cząstki, które pozostały, w wyniku sortowania grawitacyjnego, w płynącym pionowo strumieniu gazu, przepływają do następnej strefy mielenia wirowego do dalszego zmniejszenia wymiarów, i w ten sposób efekt mielenia jest potęgowany w kolejnych stopniach wznoszących urządzenia dzięki platformowaniu. Urządzenie do ultrarozdrabniania zapewnia mielenie ultrarozdrabniające przy małym zużyciu mechanicznym, niskim zużyciu energii i małych nakładach kapitałowych.

190 297

Gruboziarnisty kamień wapienny jest od dawna głównym produktem przemysłowym używanym w budownictwie, wytwarzaniu cementu i w rolnictwie, zaś drobno mielony kamień wapienny stosuje -się w paszach dla zwierząt i w instalacjach do uzdatniania wody. Kamień wapienny ultrarozdrobniony jest drogim produktem stosowanym jako środek do zaklejania papieru, pigment, przemysłowy składnik domieszkowy i w oczyszczaniu środowiska naturalnego.

Tani kamień superrozdrobniony i ultrarozdrobniony byłby bardzo wartościowym materiałem w procesach odsiarczania gazów wylotowych i ułatwiałby używanie taniego węgla 0 dużej zawartości siarki o wysokich wartościach kalorycznych. Mikrocząsteczkowy kamień wapienny jest wartościowym materiałem domieszkowym do paliw węglowych. Superrozdrobnione dolomity i magnezyty są wartościowymi materiałami dodatkowymi do odsiarczania do różnych olejów opałowych, ciężkich frakcji ropy naftowej lub koksów naftowych.

Wynalazek, w zastosowaniu do wytwarzania mikrocząsteczkowego węgla lub kamienia wapiennego umożliwia usuwanie SO2 i tlenków azotu przy niskich kosztach.

W niniejszym układzie mikrocząsteczkowy węgiel i kamień wapienny można wprowadzać razem przez dysze palnika do komory spalania. W przypadku cząstek o takich wymiarach spalanie jest natychmiastowe, przebiega z podobną prędkościąjak w przypadku doprowadzania do palników oleju i gazu ziemnego. Warunkiem umożliwienia zakończenia reakcji SO2 z kamieniem wapiennym może być recyrkulacja gazów wylotowych wokół rur kotła. Skutkiem zupełnego spalania węgla oraz bardzo drobnych wymiarów cząstek popiołu jest eliminacja skupiania się 1 przylegania tych cząstek oraz minimalizacja zanieczyszczeń, erozji i korozji powierzchni przewodzących i konwekcyjnych. Zupełne spalanie węgla obniża straty cieplne wskutek emisji z komina i zwiększa wydajność termiczną kotła. Ponadto uzyskuje się w ten sposób niską zawartość lotnego popiołu w węglu (poniżej 0,5%), co jest korzystne z punktu widzenia zyskownego zastępowania cementu i dodatków przy wytwarzaniu betonu.

W przypadku stosowania węgla o niskiej zawartości siarki, np. węgla z zagłębia Wyoming Powder River, entalpia węgla jest mniejsza w porównaniu z węglem o wysokiej zawartości siarki z zagłębi wschodnich i środkowo zachodnich. Wskutek tego, stosując taką samą ilość rozdrobnionego węgla o niskiej zawartości siarki (wielkość 75 mikrometrów, numer sitowy 200), zmniejsza się obciążenie znamionowe instalacji kotłowej dzięki obniżeniu wydajności termicznej spalanego paliwa. Stosując silnie rozdrobniony węgiel o małej zawartości siarki (o wymiarach cząstek 40 mikrometrów, numer sitowy 400) znacznie przyspiesza się spalanie i poprawia parametry kotła, dzięki jego zwiększonej zdolności do spalania większych ilości paliwa na godzinę.

Mikrocząsteczkowy lotny popiół powinien zmniejszyć intensywność zużywania wirujących i stacjonarnych łopatek turbin gazowych. Opcjonalnie, gorące gazy spalinowe można oczyszczać z cząstek lotnych bez znaczniejszego obniżania ciśnienia lub temperatury, stosując wirujące elementy półprzepuszczalne.

Podobnie, do gorących gazów spalinowych można dodawać sorbenty siarki, sorbenty substancji alkalicznych oraz modyfikatory popiołu i oczyszczać je w podobny sposób za pomocą wirujących elementów półprzepuszczalnych. Oczyszczanie można zintensyfikować wprowadzając wentylator odśrodkowy za miejscem wylotu gazów spalinowych przez wirujące elementy półprzepuszczalne.

W przypadku konieczności stosowania w komorze spalania paliw złożonych (mieszanki węgla z gazem ziemnym, olejem opałowym, ciężkimi frakcjami ropy naftowej lub wodą), powinno wystarczać wstępne mieszanie paliwa z mikrocząsteczkowym kamieniem wapiennym, pod warunkiem stabilizacji mieszanki, w taki sposób, że w miejscu spalania dostępny jest środek do usuwania SO2. Stosowanie mikrocząsteczkowego węgla w paliwach złożonych (oleju opałowym, ciężkich frakcjach ropy naftowej, alkoholu) z zamiarem wykorzystania takiego paliwa w kotłach opalanych gazem i olejem, bez znaczniejszego pogorszenia wydajności takiego kotła, jest ułatwione przez zwiększone pole powierzchni mikrocząsteczkowego węgla, jego zwiększoną lotność i łatwość spalania, co przyczynia się do wzrostu wysokiej objętościowej wydajności cieplnej. Takie paliwa złożone można spalać za pomocą palników dostosowanych do małych nadmiarów powietrza, co eliminuje lub minimalizuje powstawanie tlenków azotu.

190 297

Najbardziej ekonomicznym środkiem niskociśnieniowego usuwania SO₂ jest wtryskiwanie mikrocząsteczkowego kamienia wapiennego do strefy spalania albo do wylatujących gorących gazów spalinowych. Wynalazek umożliwia spalanie tańszych paliw o wysokiej zawartości siarki - węgla i lignitu, węgla petrochemicznego, oleju asfaltowego, ciężkich frakcji ropy naftowej i asfaltenów - dzięki możliwości taniego usuwania SO2 za pomocą mikrocząsteczkowego kamienia wapiennego/dolomitu. Do kamienia wapiennego/dolomitu można dodawać mikrocząsteczkowy tlenek żelaza jako środek upłynniający w celu przyspieszenia przebiegu reakcji.

Mikrocząsteczkowy węgiel o wysokiej zawartości siarki, sporządzony sposobem według wynalazku, można dodawać do olejów asfaltowych i ciężkich frakcji ropy naftowej przed przetworzeniem takich mieszanek techniką wysokociśnieniowej hydrogenizacji (Węgiel H, Ropa H, procesy Flexicoke) w celu przeróbki na wysokowartościowe ciecze petrochemiczne (paliwa transportowe, ciężka benzyna, olej napędowy) usuwając równocześnie i odzyskując zanieczyszczenia siarkowe w postaci siarki pierwiastkowej.

Mikrocząsteczkowy węgiel do tych celów jest w postaci cząstek, z których 80% ma wymiar mniejszy niż 30 mikrometrów (numer sitowy 525) a 20% ma wymiar mniejszy niż 20 mikrometrów (numer sitowy 875). Takie mieszanki oleju z mikrocząsteczkowym węglem zawierają w układzie do 50% mikrocząsteczkowego węgla. Skutkiem obecności takiego węgla w mieszance jest, w procesie hydrogenizacji, wyższa wydajność cieczy petrochemicznych oraz poprawa ekonomiczności procesu.

W pewnych zastosowaniach węgla w paliwach złożonych do silników spalania wewnętrznego (silniki do pojazdów pasażerskich, ciężarówek lub silniki wysokoprężne do lokomotyw) potrzebny jest węgiel o bardzo dużej czystości. Do tego typu celów, cząstki węgla należy zmniejszyć do wielkości o numerze sitowym 400 (poniżej 40 mikrometrów), a następnie poddać flotacji pianowej w celu usunięcia z nich popiołu. Ulepszony w ten sposób węgiel można osuszyć i poddać procesowi zmniejszania cząstek w urządzeniu ultrarozdrabniającym do wielkości poniżej 1 mikrometra. Tani czysty węgiel ultrarozdrobniony stanowi sam w sobie lub w postaci mieszanek z benzyną, ropą naftową, alkoholem metylowym, MTBE (eterem metylowo-t-butylowym) albo w postaci paliwa w formie zawiesiny węgla z wodą ważny substytut paliw dla przemysłu motoryzacyjnego.

Modyfikacja powierzchni cząstek stałych o zmniejszonych wymiarach jest szczególnie ważna dla ich transportu rurociągami lub dla ich stosowania jako wypełniaczy, pigmentów, absorbentów, środków ściernych, cementów, węglowych paliw zawiesinowych do silników z wtryskiem wysokociśnieniowym, albo jako surowców pośrednich do dalszej obróbki.

Powierzchnie świeżo uformowane w procesie samoistnego mielenia podczas ścinania i erozji gazowej stosowanych do zmniejszania wielkości cząstek sposobem według wynalazku, mają strony aktywne w formie rodników mechanicznych (to jest strony aktywne powstające w wyniku pękania wiązań chemicznych w obszarach cząsteczek na powierzchni doprowadzanych materiałów) albo w postaci szczątkowych wartościowości (to jest strony aktywne powstające w wyniku pękania struktury sieci krystalicznej na powierzchni takich doprowadzanych materiałów). Takie strony aktywne mają zazwyczaj krótką żywotność i podczas normalnego przebiegu procesu są nasycane znajdującymi się w powietrzu tlenem lub dwutlenkiem węgla, albo cząstkami wody z wilgoci znajdującej się w otoczeniu.

Wynalazek, z atmosferą obojętną (np. w przypadku zastosowania w młynie płynu roboczego złożonego z azotu lub gazów szlachetnych, i działający w układzie pełnego zawracania do obiegu płynu roboczego), umożliwia, in situ, modyfikowanie świeżo odsłoniętych i aktywnych powierzchni za pomocą odczynników chemicznych, zarówno organicznych jak i nieorganicznych, w wyniku czego uzyskuje się wartościowe nowe materiały dla celów handlowych i przemysłowych.

W celu modyfikacji powierzchni w sposobie według wynalazku, umożliwia się odczynnikom chemicznym odparowanie, o ile są lotne, w ramach procesu regeneracji płynu roboczego układu, albo też rozprasza się je w formie aerozoli, jeżeli parują w wyższej temperaturze lub są stałe, po czym rozpuszcza się je w gazie obojętnym będącym płynem roboczym układu. W celu nasycenia rodników mechanicznych, jako środki chemiczne stosuje się alkohole (np. alkohol metylowy aż do alkoholu stearylowego), kwasy tłuszczowe (np. kwas mrówkowy do

190 297 kwasu stearynowego) albo związki winylowe (np. alkohol winylowy, kwas akrylowy, akrylonitryl, chlorek winylu, styren, butadien), aminy, sole amonowe, żywice karboksyaminowe, mocznikowe i epoksydowe (np. tlenek etylenu, tlenek propylenu, epichlorohydryna). Do nasycania wartościowości szczątkowych stosuje się takie środki chemiczne jak sole (na przykład halogenki albo stearyniany litowców, wapniowców lub metali zasadowych, albo sole amonowe).

Cząstki stałe o zmniejszonych wymiarach ze zmodyfikowanymi chemicznie in situ powierzchniami stanowią nowe składniki materii wykazujące cenne własności - inną zwilżalność powierzchni i napięcie powierzchniowe, mniejszą spójność pomiędzy cząstkami, płynność podobną do suchych proszków, mniejszą lepkość dynamiczną w stanie zawieszonym w węglowodorach lub substancjach wodnych.

W wyniku przebiegającej in situ chemicznej modyfikacji powierzchni zgodnie z wynalazkiem powstają nowe substancje zawierające mikrocząsteczkowy węgiel, które nadają się do wytwarzania paliw złożonych (to jest zawiesin węgla w alkoholu, w olejach paliwowych, ciężkich frakcjach ropy naftowej) albo nadające się do stosowania jako aktywne substancje pośrednie. Zmodyfikowane produkty węglowe wykazują lepszą dyspersję, mniejszą lepkość przy dużych zawartościach węgla w zawiesinach (na przykład paliwa w formie zawiesiny węgla w wodzie lub paliwa złożone), lepszą stabilność podczas przechowywania oraz własności mniejszej erozyjności i ścinania.

Modyfikacja tego typu jest ważna dla sporządzania mikrocząsteczkowych materiałów zasilających do transportu substancji stałych rurociągami, które to substancje mają zadowalające własności reologiczne przy dużych zawartościach składników stałych, a tym samym przyczyniają się do zmniejszenia kosztów transportu na tonę materiałów stałych.

Mikrocząsteczkowy kamień wapienny z modyfikowaną chemicznie in situ powierzchnią nadaje się do sporządzania paliw o wysokiej zawartości siarki (ciężkich frakcji ropy naftowej, olejów asfaltowych, paliw bunkrowych, asfaltenów, węgli o wysokiej zawartości siarki oraz węgli petrochemicznych) spełniających wymogi ochrony środowiska po ich spaleniu.

Do innych produktów mikrocząsteczkowych z modyfikowaną powierzchnią należą rudy metali i inne minerały, które stanowią produkty „wstępnie przereagowane” w celu ich późniejszego wykorzystania w różnych sposobach rozdzielania na sucho (na przykład grawitacyjnego, magnetycznego lub elektrostatycznego) oraz na mokro (grawitacyjnego, flotacji pianowej lub aglomeracji olejowej).

Modyfikowanie powierzchni zgodnie z wynalazkiem można stosować przy mieleniu wypełniaczy i pigmentów. W przypadku wypełniaczy (na przykład sadzy, krzemionek, iłów, węglanów wapnia), substancje zmodyfikowane mają lepsze własności z punktu widzenia ich rozpraszania i wzmacniania materiałów polimerowych. W przypadku pigmentów, substancje zmodyfikowane wykazują lepsze własności z punktu widzenia rozpraszania i nasycenia koloru (na przykład siły barwienia).

W celu przygotowania materiałów zasilających z modyfikowaną powierzchnią do wysokotemperaturowych heterogenicznych reakcji chemicznych, modyfikacja powierzchni przyczynia się do wyższych wydajności reakcji i lepszych wydajności produktów końcowych, co zmniejsza koszty procesu przetwarzania.

W przypadku cementu i kamienia, efektem procesu modyfikacji in situ produktów mikrocząsteczkowych jest poprawa właściwości z punktu widzenia składowania, szybsze wiązanie i lepsze właściwości z punktu widzenia starzenia.

Urządzenie według wynalazku jest zwarte i lekkie i możliwe do transportu na miejsca produkcji w celu szybkiego wytwarzania świeżych proszków mikrocząsteczkowych. W ten sposób istnieje możliwość wytwarzania cementu w proszku z rozdrobnionego klinkieru lub miniklinkieru. W używanych obecnie preparatach klinkierowych stosuje się substancje wolno utwardzające, które zapobiegają twardnięciu zmielonego cementu podczas składowania. Sposób według wynalazku pozwala zapobiec twardnięciu zmielonego cementu dzięki wytwarzaniu świeżego cementu na miejscach budowy. Podobnie, w sposobie według wynalazku można stosować substancje szybkowiążące do klinkierów cementowych w celu uzyskania świeżego cementu umożliwiającego przyspieszone budowanie. Efektem możliwości wytwarzania świeżego cementu w miejscach budowy mogą być znaczne oszczędności na kosztach mielenia, pakowania, magazynowania i transportu.

190 297

Efektem samoistnego mielenia zgodnie ze sposobem według wynalazku jest bardziej ekonomiczne wydzielanie pożądanych składników agregatów rud niż można to osiągnąć za pomocą młynów udarowych. Wynika to z samoistnych zjawisk mielenia uwalniających takie składniki przy większych wymiarach cząstek niż odbywa się to podczas mielenia udarowego. W przypadku mielenia udarowego część pożądanych składników traci się w instalacjach wylotowych oraz marnuje się energię mielenia ze względu na nadmierne mielenie konieczne dla wydzielenia pożądanego składnika. Z tych powodów wynalazek można ekonomicznie zastosować w takich technologiach jak sporządzanie surowców węglowych, wymagające taniego wydzielenia pirytów i towarzyszących im nieorganicznych związków siarki.

Dzięki kontroli zawirowania, ścinania i sił erozyjnych systemu, wynalazek umożliwia również zróżnicowane mielenie w celu oddzielenia składników agregatów mineralnych, pod warunkiem, że podatności na mielenie poszczególnych składników są wystarczająco różne. Przykładowo, istnieje możliwość koncentrowania rud metali szlachetnych poprzez różnicowe mielenie na sucho osadów aluwialnych zawierających wysokie stężenia iłu. Podobnie, istnieje możliwość koncentrowania rud złota poprzez różnicowe mielenie na sucho złotonośnych piasków czarnych. Różnicowe mielenie na sucho sposobem według wynalazku można stosować do wzbogacania i oddzielania „węgla płuczkowego” o wysokiej zawartości iłu po suszeniu takich materiałów zasilających przed ich doprowadzeniem do młyna.

Rozdrabnianie odczynników stałych na proszki zawierające 80% cząstek mniejszych niż 30 mikrometrów (numer sitowy >2>) oraz 20-60% cząstek mniejszych niż > mikrometrów (numer sitowy 4>00) umożliwia tanie wytwarzanie wielu mikrocząsteczkowych środków chemicznych, w tym węglików metali ziem alkalicznych, krzemu i metali ciężkich metali (na przykład, MgC 2, CaC?, SiC, Cr3 C₂, Fe3 C, W₂ C, NiC₂).

Proces ten jest na tyle tani, że nie tylko powinien zmniejszyć obecne koszty wytwarzania takich węglików, ale również umożliwić ich nowe zastosowania.

Powyższy opis dotyczy w zasadzie pewnych dziedzin zastosowań wynalazku. Poniżej przedstawiono kilka szczegółowych przykładów jego specyficznych zastosowań.

Przykłady

1. Mikroczasteczkowy węgiel dla energetyki. Miele się węgiel sposobem według wynalazku z przeznaczeniem do bezpośredniego spalania w komorze spalania kotła, gdzie 80% cząstek zmielonego węgla jest mniejszych niż 32 mikrometry (numer sitowy >00). Węgiel spala się krótkim jaskrawym płomieniem podobnie jak olej opałowy Nr 2 lub gaz ziemny. Spalanie węgla jest znacznie szybsze i wynosi powyżej 99%, za straty suchych gazów wylotowych wynoszą poniżej 6% w porównaniu z 96% spalaniem i 9% stratami suchych gazów wylotowych, w przypadku rozdrobnionego węgla z cząstkami o wielkości 7> mikrometrów (numer sitowy 200) spalanego w instalacji z płytkim złożem fluidalnym.

2. Czyste paliwo węglowe do zastosowań kotłowych.. Miele się sposobem według wynalazku mikrocząsteczkowe paliwo węglowe i mikrocząsteczkowy kamień wapienny pełniący rolę środka absorpcyjnego (na przykład kamień wapienny lub mieszankę kamienia wapiennego i tlenku zasadowego) z przeznaczeniem do bezpośredniego spalania w komorze spalania kotła, gdzie węgiel miele się do uzyskania 90% cząstek o wymiarach poniżej 32 mikrometry (numer sitowy >00), a kamień wapienny miele się do uzyskania 90% o wymiarach poniżej 30 mikrometrów (numer sitowy >2>) a 1>% poniżej > mikrometrów (numer sitowy 4>00). Węgiel spala się w podobny sposób jak olej paliwowy Nr 2, przy czym spalanie węgla jest 99%, straty na suche gazy spalinowe wynoszą poniżej 6%, a kamień wapienny wypłukuje powyżej 9>% SO₂ i NOx.

3. Czyste paliwo węglowe do zasilania turbin gazowych. Miele się oddzielnie zgodnie ze sposobem według wynalazku mikrocząsteczkowe paliwo węglowe i mikrocząsteczkowy kamień wapienny pełniący rolę środka absorpcyjnego, z przeznaczeniem do bezpośredniego spalania w turbinie gazowej, gdzie węgiel i kamień wapienny miele się do stanu, w którym 90% cząstek jest mniejszych niż 30 mikrometrów (numer sitowy >2>), 3>% cząstek jest mniejszych niż 10 mikrometrów (numer sitowy 2000) i 1>% cząstek jest mniejszych niż > mikrometrów (numer sitowy 4>00). Węgiel spala się w podobny sposób jak olej paliwowy Nr 2, przy czym kamień wapienny wypłukuje powyżej 9>% SO₂ i NOx, a mikrocząstki stałe pocho190 297 dzące z procesu spalania nie erodują ani nie zanieczyszczają łopatek kierowniczych ani wirnikowych turbiny gazowej.

4. Czyste paliwo węglowe dla gazyfikacji. Miele się oddzielnie sposobem według wynalazku mikrocząsteczkowe paliwo węglowe i mikrocząsteczkowy kamień wapienny pełniący role środka absorpcyjnego, z przeznaczeniem do spalania z tlenem w wysokociśnieniowej komorze do gazyfikacji węgla w celu wytworzenia gazu o średniej kaloryczności, gdzie węgiel i kamień wapienny miele się do stanu, w którym 80% cząstek jest mniejszych niż 32 mikrometry (numer sitowy 525) a 25% cząstek jest mniejszych niż 20 mikrometrów (numer sitowy 875). Powstający gaz o średniej kaloryczności można użyć jako paliwo do turbiny gazowej, może on służyć jako paliwo wlotowe do ogniw paliwowych, albo też można go zastosować jako substancję pośrednią do produkcji paliw płynnych (np. alkoholu metylowego, benzyny, oleju napędowego) lub surowców chemicznych. W porównaniu z gruboziarnistymi gatunkami węgla, mikrocząsteczkowy węgiel szybciej się spala i daje wyższe wydajności gazyfikacji.

5. Czyste paliwo złocone: Węgiel/gaz. W skład mieszanki paliwowej wchodzi gaz ziemny, mikrocząsteczkowy węgiel i mikrocząsteczkowy kamień wapienny, przy czym jej składniki stałe zmielono oddzielnie sposobem według wynalazku do stanu, w którym 90% cząstek jest mniejszych niż 32 mikrometry (numer sitowy 500) a 15% mniejszych niż 5 mikrometrów (numer sitowy 4500). W porównaniu z czystym gazem ziemnym, mieszanka paliwowa tego typu zmniejsza koszty współwytwarzania i kombinowanego wytwarzania energii.

6. Czyste paliwo złożone: Węgiel/ ropa naftowa. W skład mieszanki paliwowej zawierającej siarkę wchodzi płynne paliwo zawierające siarkę, mikrocząsteczkowy węgiel oraz mikrocząsteczkowy kamień wapienny pełniący rolę środka absorpcyjnego, przy czym jej składniki stałe zmielono oddzielnie sposobem według wynalazku do stanu, w którym 90% cząstek było mniejszych niż 32 mikrometry (numer sitowy 500) a 15% mniejszych niż 5 mikrometrów (numer sitowy 4500) oraz oba stałe składniki mieszanki zmodyfikowano chemicznie in situ podczas mielenia. Modyfikacja powierzchni umożliwia uzyskanie większych koncentracji substancji stałych (do 70%) w płynnej mieszance paliwowej (z akceptowalnymi właściwościami Teologicznymi) niż byłoby to możliwe w innej sytuacji.

7. Czyste paliwo płynne: olej ciężki. W skład zawierającego siarkę płynnego paliwa wchodzi mikrocząsteczkowy kamień wapienny pełniący rolę środka absorpcyjnego zmielony sposobem według wynalazku do stanu, w którym 90% cząstek jest mniejszych niż 30 mikrometrów (numer sitowy 525) a 20% jest mniejszych niż 5 mikrometrów (numer sitowy 4500), przy czym jego powierzchnia została zmodyfikowana chemicznie in situ podczas mielenia. Mieszanka ta umożliwia stosowanie tanich olejów paliwowych zawierających siarkę, paliw bunkrowych, olejów asfaltowych i ciężkich frakcji ropy naftowej, co umożliwia tanie wytwarzanie ciepła i/lub elektryczności z kotłów z opalaniem bezpośrednim lub generatorów energii o kombinowanym cyklu roboczym, umożliwiając równocześnie absorpcję in situ 90% SO2 i ΝΟχ.

8. Czyste paliwo zawiesinowe zawierające węgiel i wodę. W skład czystego paliwa w formie zawiesiny węgla w wodzie wchodzi węgiel i kamień wapienny pełniący rolę środka absorpcyjnego zmielone oddzielnie sposobem według wynalazku do stanu, w którym 90% cząstek jest mniejszych niż 32 mikrometry (numer sitowy 500) a 15% jest mniejszych niż 5 mikrometrów (numer sitowy 4500), przy czym jego powierzchnia została zmodyfikowana chemicznie in situ podczas mielenia. To węglowo-wodne paliwo zawiesinowe cechuje się stabilnym płomieniem i dużymi prędkościami spalania, jest stabilne podczas składowania i toleruje stężenia węgla do 80%. SO2 i ΝΟχ są pochłaniane in situ przez mikrocząsteczkowy kamień wapienny podczas procesu spalania. Dzięki swojej wysokiej zawartości węgla i łatwości użytkowania, takie węglowo-wodne paliwa zawiesinowe można stosować jako użyteczne środki do transportu węgla rurociągami, barkami śródlądowymi lub tankowcami morskimi. Na tego typu płynnych paliwach węglowych w postaci zawiesin węglowo-wodnych uzyskuje się oszczędności podczas mielenia, manipulowania i transportu w porównaniu z typowym węglem grubym. Ponadto paliwa tego typu można łatwo składować w zbiornikach magazynowych. Tego typu węglowo-wodne paliwo zawiesinowe można używać jako paliwo do ko26

190 297 tłów uniwersalnych lub jako materiał doprowadzany do wysokociśnieniowych urządzeń do gazyfikacji węgla.

9. Regulacja zawartości SCf/NCf: Współspalanie z wytwarzaniem węglika wapnia. Miele się zgodnie z wynalazkiem węgiel i kamień wapienny z przeznaczeniem do bezpośredniego spalania w komorze spalania kotła, przy czym węgiel i kamień wapienny miele się oddzielnie do stanu, w którym 70-90% cząstek jest mniejszych niż 30 mikrometrów (numer sitowy 525) i 20-70% jest mniejszych niż 5 mikrometrów (numer sitowy 4500), starannie je miesza do stosunku molowego węgla do kamienia wapiennego = 4:1, po czym wtryskuje do spalania w komorze kotła. Węglik wapnia powstaje w temperaturze spalania w komorze (1604,4°C do 1843,3°C), w której łączy się z tlenkami siarki i tlenkami azotu. Węglik wapnia redukuje SO₂ do siarczku wapnia (CaS), a NOx do azotu (N2) ze sprawnością absorpcji 90%-99%. Powstające cząstki, które można zbierać dalej w filtrze workowym, znacznie zmniejszają (lub eliminują) konieczność dalszego płukania na mokro wylotowych gazów spalinowych.

10. Regulacja zawartości SOU/NCf: Współspalanie i recyrkulacja.. Eliminowanie SO2 i NOx powstających podczas spalania paliw zawierających siarkę poprzez współspalanie paliwa zawierającego mikrocząsteczkowy kamień wapienny pełniący rolę środka absorpcyjnego, zmielony zgodnie ze sposobem według wynalazku do stanu, w którym 80% cząstek jest mniejszych niż 20 mikrometrów (numer sitowy 875) i 20% cząstek jest mniejszych niż 10 mikrometrów (numer sitowy 2000) i umożliwianie gazom paliwowym krążenie w temperaturze 871,1°C w celu dokończenia płukania przed odprowadzeniem do worka gromadzącego pyły. Przy podanych powyżej wielkościach cząstek stopień pochłaniania SO2 i NOx wynosi powyżej 99%.

11. Regulacja zawartości SC2/NOx: Współspalanie i hydratacja. Eliminowanie SO2 i NOx powstających podczas spalania paliw zawierających siarkę poprzez współspalanie paliwa zawierającego mikrocząsteczkowy kamień wapienny pełniący rolę środka absorpcyjnego, zmielony sposobem według wynalazku do stanu, w którym 80% cząstek jest mniejszych niż 20 mikrometrów (numer sitowy 875) i 20% cząstek jest mniejszych niż mikrometrów (numer sitowy 4500) oraz obrabianie powstających gazów spalinowych za pomocą drobnokropelkowej mgły wodnej w celu dalszego uaktywnienia środków absorpcyjnych i obniżenia temperatury gazów wylotowych do poziomu 760°C-982,2°C przed odprowadzeniem do worka gromadzącego pyły. Stosując silnie rozdrobnioną mgłę wodną ze sprężonym powietrzem przetwarza się wapno palone (tlenek wapnia, CaO) obecny w gazach spalinowych na wapno gaszone [wodorotlenek wapnia, Ca(OH)a], które pochłania wszelkie resztkowe ilości SO2 i NOx. Powyższy sposób umożliwia uzyskanie stopnia pochłonięcia SO2 i NOx wynoszącego powyżej 99%.

12. Regulacja zawartości SCf/NCfi: Wtryskiwanie sorbentu. Alternatywnie w stosunku do współspalania mikrocząsteczkowego węgla z mikrocząsteczkowym kamieniem wapiennym pełniącym rolę środka absorpcyjnego, mikrocząsteczkowy kamień wapienny można stosować do wtryskiwania sorbentu do gorących gazów wirujących nad obszarem spalania. W celu wtryskiwania sorbentu mikrocząsteczkowy kamień wapienny pełniący rolę środka absorpcyjnego miele się sposobem według wynalazku do stanu, w którym 80% cząstek jest mniejszych niż 20 mikrometrów (numer sitowy 875) i 20% cząstek jest mniejszych niż 10 mikrometrów (numer sitowy 2000). W celu polepszenia działania sorbcyjnego, mikrocząsteczkowy kamień wapienny można dalej uaktywniać dodając mikrocząsteczkowy żelazian cynkowy lub mikrocząsteczkowy tlenek żelaza. Powyższy sposób umożliwia pochłonięcie powyżej 96% SO2 i NOx13. Regulacja zawartości NOx' Dopalanie. Alternatywnie w stosunku do regulacji zawartości NOx, miele się mikrocząsteczkowy węgiel sposobem według wynalazku do stanu, w którym 80% cząstek jest mniejszych niż 32 mikrometry (numer sitowy 500), a następnie wtryskuje bezpośrednio nad strefę spalania w celu „dopalenia”, w wyniku czego tworzy się strefa niedoboru tlenu, co eliminuje możliwość emisji resztkowych ilości NOx.

14. Ulepszony klinkier cementowy.. Wytwarza się klinkier cementowy, mieląc sposobem według wynalazku margiel cementowy (np. kamienia wapiennego, gliny, kamieni/ silikatów, ruda żelaza i innych składników) do stanu, w którym 90% cząstek jest mniejszych niż 32 mikrometry (numer sitowy 500) i 15% cząstek jest mniejszych niż 5 mikrometrów (numer sitowy 4500); takie margle cementowe miesza się i spala w piecu na gotowy klinkier cementowy.

190 297

Klinkier wykonany z margla cementowego zawierającego opisane powyżej cząstki superrozdrobnione i ultrarozdrobnione ma lepszą i bardziej stałą jakość niż klinkier wykonany bez takiego przygotowania swoich składników aktywnych.

15. Ulepszone cementy. Cząsteczki cementu mają powierzchnie zmodyfikowane chemicznie in situ podczas mielenia sposobem według wynalazku. Modyfikacja powierzchni mikrocząsteczkowego cementu poprawia wytrzymałość i przyczynia się do szybszego rozwoju końcowych właściwości fizycznych w mieszankach cementowych.

16. Ulepszone sporządzanie cementu. Zmniejszanie wielkości klinkieru cementowego, gdzie produkt cementowy miele się sposobem według wynalazku do stanu, w którym 90% cząstek jest mniejszych niż 30 mikrometrów (numer sitowy 525) i 20% mniejszych niż 5 mikrometrów (numer sitowy 4500), przy czym 10% jest mniejszych niż 2 mikrometry. Cement zawierający wyspecyfikowane powyżej cząstki superdrobne i ultradrobne ma większą wytrzymałość, lepsze właściwości z punktu widzenia starzenia oraz szybciej wiąże w mieszankach cementowych.

17. Nowe receptury cementu. Szkliwo wulkaniczne (np. pucolana wulkaniczna, popiół, tuf wulkaniczny lub riolit) można przetworzyć na szkliwa mikrocząsteczkowe (na przykład miele się riolit sposobem według wynalazku do stanu, w którym 80% cząstek jest mniejszych niż 32 mikrometry (numer sitowy 500) i 20% cząstek jest mniejszych niż 10 mikrometrów (numer sitowy 2000). Mieszanki cementowe zawierające mikrocząsteczkowe szkliwa wulkaniczne dają beton o wysokiej wytrzymałości początkowej i szybkim wiązaniu, odporny na siły ściskające 276 x 10⁵Pa lub większe. Istnieje możliwość zmielenia sposobem według wynalazku popiołów lotnych, będących produktem ubocznym zakładów energetycznych, i wykorzystania ich w mieszankach betonowych o wysokiej wytrzymałości do mieszania z cementem portlandzkim, wydzielinami z krzemionki i odpowiednimi agregatami, w wyniku czego uzyskuje się cement o wytrzymałości na ściskanie 1173 x 105Pa do 1380 x 105Pa. Poprawa jakości popiołów lotnych do stanu produktu mikrocząsteczkowego powinna dać w wyniku obniżenie kosztów produkcji energii elektrycznej.

18. Regeneracja cementu.. Zużyty cement przetwarza się na mieszankę mikrocząsteczkowego cementu regenerowanego sposobem według wynalazku, mieląc go na sucho na cząstki o wymiarach nadających się do ich użycia w nowych mieszankach betonowych w połączeniu z cementem świeżym, stanowiącym dodatkowe spoiwo. Efektem możliwości regeneracji na miejscu budowy zużytego betonu są znaczne oszczędności na kosztach materiałowych, transportowych, usuwania odpadów i robocizny.

19. Nowe materiały budowlane. Zmniejszanie wymiarów granitu, kwarcu, wolastonitu lub innych twardych krzemianów i skał magmowych, gdzie rozdrobnione materiały miele się sposobem według wynalazku do stanu, w którym 90% cząstek jest mniejszych niż 32 mikrometry (numer sitowy 500) i 20% cząstek jest mniejszych niż 5 mikrometrów (numer sitowy 4500), po czym doprowadza się do reakcji tych produktów ze spoiwem uzyskując nowe materiały budowlane. Produkty sporządzone z mikrocząsteczkowych twardych skał cechują się znakomitą wytrzymałością mechaniczną i innymi właściwościami fizycznymi w porównaniu z produktami typowo stosowanymi w budownictwie, takimi jak zaprawy, cegła, bloki, płytki i płyty. Mieszanki betonowe o wysokiej wytrzymałości na ściskanie, sporządzone z dodatkiem takich składników jak opary krzemionki i popiół lotny, cechują się wysoką wytrzymałością na ściskanie, ale słabą ciągliwością, stają się kruche i wykazują mniejszą wytrzymałość na ścinanie. Zastąpienie zwykłych agregatów stosowanych w mieszankach tego typu mikrocząsteczkowymi twardymi skałami sporządzonymi sposobem według wynalazku eliminuje tę wadę i umożliwia uzyskanie betonu o wysokiej wytrzymałości mechanicznej, o dużej wytrzymałości na ściskanie i wysokiej wytrzymałości na ścinanie.

20. Nowe materiały izolacyjne. Komórkowe pianki cementowe z mikrocząsteczkowym riolitem lub innymi lotnymi szkliwami mają budowę zamknięto komórkową, co jest charakterystyczne dla tych minerałów ze względu na uwięzione w nich pęcherzyki gazów wulkanicznych. Pianki takie cechują się silnymi właściwościami izolacyjnymi i dodatkową wytrzymałością strukturalną (wartości współczynnika k rzędu 30 do 40 i wytrzymałości na ściskanie do 138 x 10⁵Pa). Oprócz całkowitej odporności na ogień, zawierające riolit komórkowy mikro28

190 297 cząsteczkowe piankowe mieszanki betonowe są znakomitymi izolatorami termicznymi i akustycznymi, a także dobrymi amortyzatorami udarów. Takie tanie pianki mogą zastąpić drogie izolacje z piankowego poliuretanu, które pod wpływem ognia wydzielają trujące gazy (np. cyjanowodór). Pianki tego typu mogą również zmniejszać wymóg wzmacniania stałą struktur silnie gąbczastych, można je stosować do wznoszenia tanich izolowanych magazynów oraz mogą służyć jako fundamenty dla koryt dróg, zmniejszając w ten sposób koszty utrzymania związane z niszczeniem dróg w wyniku wahań temperatury.

21. Produkcja wąglika żelaza i żelaza gąbczastego. W celu przetworzenia rudy żelaza w proszkowy węglik żelaza, miele się sposobem według wynalazku suchą rudę żelaza do stanu, w którym 90% cząstek jest mniejszych niż 32 mikrometry (numer sitowy 500) i 15% jest mniejszych niż 5 mikrometrów (numer sitowy 4500). Mikrocząsteczkową rudę żelaza miesza się z mikrocząsteczkowym węglem, w którym 90% cząstek jest mniejszych niż 30 mikrometrów (numer sitowy 525) i 15% jest mniejszych niż 5 mikrometrów (numer sitowy 4500), po czym uzyskaną w ten sposób mieszaninę przetwarza się w piecu redukującym na węglik żelaza. Efektem przetworzenia rudy żelaza na węglik żelaza w miejscu jej wydobycia jest produkt o znacznie większej zawartości żelaza (Fe3 C z 93,22% Fe w porównaniu z Fe2C>3 z 69,94% Fe), co zmniejsza koszty transportu na rynek. Węglik żelaza można zastosować bezpośrednio w technologii przetwarzania stali w piecach elektrycznych stosując go zamiast złomu żelaza w ministalowniach, co umożliwia ominięcie kosztownego etapu redukowania grudkowanej rudy żelaza w wielkich piecach.

W celu przetworzenia rudy żelaza na żelazo gąbczaste, miele się sposobem według wynalazku suchą rudę żelaza na produkt mikrocząsteczkowy, w którym 60% cząstek jest mniejszych niż 32 mikrometry (numer sitowy 500). Mikrocząsteczkową rudę żelaza przetwarza się w piecu redukującym razem z gazyfikowanym węglem uzyskanym z węgla mikrocząsteczkowego i tlenu. Powstałe w ten sposób żelazo gąbczaste jest syntetycznym złomem żeliwnym, który może zastąpić złom żeliwny używany do produkcji stali w piecach elektrycznych w minutach.

22. Mikrocząsteczkowy węgiel do wielkich pieców. Węgiel mikrocząsteczkowy, zmielony sposobem według wynalazku do stanu, w którym 80% cząstek jest mniejszych niż 32 mikrometry (numer sitowy 500), można zastosować bezpośrednio w konwencjonalnych wielkich piecach do redukowania rudy żelaza poprzez wprowadzanie takiego węgla mikroczasteczkowego do dysz powietrznych wspomnianych pieców. Takim tanim mikrocząsteczkowym węglem zawierającym dużo siarki można zastąpić do 40% węgla i cały gaz ziemny stosowany jako pomocnicze paliwo w takich procesach, przy czym siarkę, pochodzącą z takiego węgla, wchłania żużel wielkopiecowy. Wprowadzając do procesów wielkopiecowych mikrocząsteczkowy węgiel i tlen, można do 90% węgla zastąpić mikrocząsteczkowym węglem uzyskanym sposobem według wynalazku, co obniża koszty produkcji stali.

23. Odzyskiwanie metali strategicznych. Dzięki dostępności tanich mikrocząsteczkowych rud uzyskanych sposobem według wynalazku oraz taniego wodoru z gazyfikacji mikrocząsteczkowych węgli o wysokiej zawartości siarki, możliwe jest odzyskiwanie metali strategicznych (manganu, niklu, kobaltu, cyny, tytanu, chromu, molibdenu, wolframu i wanadu) z ich ubogich rud. Ubogie rudy metali strategicznych miele się sposobem według wynalazku do stanu, w którym 90% cząstek jest mniejszych niż 30 mikrometrów (numer sitowy 525). Te proszki mikrocząsteczkowe obrabia się za pomocą wodoru w piecu redukującym, w wyniku czego uwalnia się cząstki metalu strategicznego, które można następnie oddzielić grawitacyjnie od niepożądanej skały płonnej.

24. Suche oddzielanie metali szlachetnych. Zmniejszanie wymiarów sposobem według wynalazku można zastosować do oddzielania metali szlachetnych od złóż aluwialnych o wysokiej zawartości iłów, czarnych piasków lub ich koncentratów oraz do odzyskiwania tych metali od ich ognioodpornych rud. Dzięki temu, że jest to technologia sucha, oszczędza się wodę oraz na uzdatnianiu wody, co obniża koszty przetwórstwa podczas odzyskiwania metali szlachetnych, zwłaszcza w przypadku złóż znajdujących się w obszarach o suchym klimacie.

25. Uwalnianie złota i platyny z rud. Zmniejszanie wymiarów sposobem według wynalazku można wykorzystać do uwalniania złota pierwiastkowego z rud zawierających twardy

190 297 kwarc lub krzemiany oraz do uwalniania pierwiastkowej platyny zamkniętej w bułach magnetytowych. Uwolnione złoto można odzyskać na stołach koncentracyjnych lub techniką ługowania chemicznego, a platynę można wzbogacić techniką magnetycznego oddzielania na mokro.

26. Wytwarzanie wodoru. Miele się oddzielnie sposobem według wynalazku węgiel i kamień wapienny, po czym spala w tlenie w obecności wody w wysokociśnieniowej instalacji gazyfikującej, uzyskując w ten sposób mieszankę tlenku węgla (CO) z wodorem (H₂), przy czym węgiel jest zmielony do stanu, w którym 80% jego cząstek jest mniejszych niż 32 mikrometry (numer sitowy 500), a kamień wapienny jest zmielony do stanu, w którym 80% jego cząstek jest mniejszych niż 30 mikrometrów (numer sitowy 525), a 25% mniejszych niż 5 mikrometrów. Dzięki mikrocząsteczkowemu węglowi zmniejsza się czas przebiegu i poprawia kontrolę reakcji, co zmniejsza koszty wytwarzania wodoru poniżej tych, jakie są w przypadku stosowania węgla mniej rozdrobnionego. Jest to jedna z najtańszych metod produkcji wodoru.

27. Oczyszczanie gazu spalinowego do turbin z bezpośrednim opalaniem węglem. Gazy spalinowe z turbin z bezpośrednim opalaniem węglem, w którym spala się węgiel rozdrobniony na cząstki o wielkości 75 mikrometrów (numer sitowy 200), przepuszcza się poziomo przez wirujące elementy półprzepuszczalne urządzenia według wynalazku. Wirującym elementem półprzepuszczalnym jest zespół złożony z wirującego sita umieszczonego pomiędzy komorą spalania a turbiną gazową przy czym poniżej wirującego sita znajduje się pułapka. Większość gorących stopionych cząstek popiołu powstałych z węgla jest usuwana ze strumienia gazu przy pomijalnie małych stratach ciśnienia i spadkach temperatury, natomiast wymiary cząstek popiołu pozostałego w strumieniu gazu są tak zmniejszone, że nie niszczą łopatek kierowniczych ani wirujących turbiny. Podobnie, wirujące elementy półprzepuszczalne można zastosować do oczyszczania gorących gazów w przypadku wtryskiwania do strumienia gazów sorbentów siarki, materiałów alkalicznych lub modyfikatorów popiołu, w celu eliminacji erozji i korozji turbiny gazowej oraz spełnienia norm emisji szkodliwych substancji do środowiska naturalnego. Skuteczność takiego oczyszczania można zwiększyć stosując, dodatkowo wentylator odśrodkowy po przejściu gorących gazów przez wirujące elementy półprzepuszczalne.

28. Oczyszczanie gazów spalinowych z przeznaczeniem do PFBC. Gazy spalinowe wylatujące z komory spalania ze złożem fluidalnym zawierające cząstki popiołu i substancji alkalicznych, oczyszcza się przepuszczając gorące gazy przez urządzenie według wynalazku zawierające wirujące elementy półprzepuszczalne, a dopiero potem doprowadza na wlot turbiny gazowej, co eliminuje konieczność stosowania drogich i kruchych krzyżowych filtrów ceramicznych. Skuteczność takiego oczyszczania można zwiększyć stosując wentylator odśrodkowy umieszczony za wirującym elementem półprzepuszczalnym, co eliminuje resztkowe ilości cząstek stałych znajdujących się w strumieniu gorących gazów.

29. Oczyszczanie gazów spalinowych do kotłów opalanych węglem. Wykonany z wolframu wirujący element półprzepuszczalny urządzenia według wynalazku umieszcza się poziomo w komorze spalania w strefie rur kotłowych kotła opalanego węglem w postaci cząstek o wymiarach 75 mikrometrów (numer sitowy 200). Cząstki o większych wymiarach usuwa się za pomocą wirującego elementu półprzepuszczalnego i utrzymuje w komorze spalania tak długo, żeby do rur kotłowych doprowadzić dodatkowe ciepło, w wyniku czego wskaźnik spalania węgla rośnie do 99%, a sucha strata gazów spalinowych spada poniżej 8%.

30. Wytwarzanie węglika wapnia. Miele się sposobem według wynalazku oddzielnie kamień wapienny i węgiel do stanu, w którym 80% cząstek jest mniejszych niż 30 mikrometrów (numer sitowy 525) i 20-60% jest mniejszych niż 5 mikrometrów (numer sitowy 4500). Następnie inicjuje się spalanie mikrocząsteczkowego węgla w cyklonowej komorze spalania i utrzymuje w temperaturze w zakresie 1604,4°C-1843,3°C. Mikrocząsteczkowy kamień wapienny i mikrocząsteczkowy węgiel miesza się starannie do stosunku molowego kamienia wapiennego do węgła = 1:4, po czym uzyskaną mieszaninę wdmuchuje się do strefy spalania, w której powstaje węglik wapnia. Powstały w ten sposób węglik wapnia usuwa się za pomocą strumienia powietrza przez zespół rur, gdzie produkty reakcji chłodzi się do temperatury 149°C, po czym oddziela się proszkowy węglik wapnia od unoszącego go strumienia powietrza w cyklonie.

190 297

W powyższym opisie przedstawiono, dla celów ilustracyjnych, a nie z intencją ograniczania zastosowań, zalecane przykłady realizacji wynalazku. Profesjonaliści z tej dziedziny znajdą bez trudności odmiany zastosowań równoważne opisanym. Wszelkie tego typu odmiany, modyfikacje i rozwiązania równoważne mieszczą się w zakresie wynalazku.

Claims (37)

1. Sposób i urządzenie do mielenia substancji stałych na sucho

   Zastrzeżenia patentowe

   1 Sposób mielenia substancji stałych na sucho, w którym kieruje się cząstki stałe w przybliżeniu ku górze do strefy mielenia wirowego oraz miele się skierowane ku górze cząstki stałe w strefie mielenia wirowego przepuszczając część cząstek przez strefę mielenia wirowego, w której znajduje się co najmniej jeden usytuowany kolejno w układzie pionowym stopień mielenia wirowego, przy czym przepuszcza się cząstki do góry przez element półprzepuszczalny i szczelinę, znamienny tym, że przepuszcza się cząstki do góry przez co najmniej jeden wirujący element półprzepuszczalny (60) i pierścieniową szczelinę (70B), wyznaczoną przez mającą płaską powierzchnię, stacjonarną płytę (70) z okrągłym otworem (70A) i usytuowaną w okrągłym otworze wirującą okrągłą tarczę pełną (61).
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w ramach etapu przepuszczania cząstek ku górze przez wirujący element półprzepuszczalny (60) przepuszcza się cząstki przez zespół zawierający wirujące sito (60C).
3. 3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że w ramach etapu przepuszczania cząstek przez wirujące sito (60) przepuszcza się cząstki przez sito nie rzadsze niż o numerze 2,5.
4. 4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że sito ma numer z przedziału od 2,5 do 60.
5. 5. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że sito ma numer z przedziału od 4 do 10.
6. 6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w ramach etapu przepuszczania cząstek przez pierścieniową szczelinę (70B) przepuszcza się cząstki przez pierścieniową szczelinę (70B) o szerokości od 12,7 mm do 152,4 mm (0,5 do 6 cali).
7. 7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w ramach każdego stopnia przepuszcza się cząstki przez wirujący element półprzepuszczalny (60, 63, 73), a następnie przez pierścieniową szczelinę (70b, 71B, 72B).
8. 8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ponadto zewnętrznie zawraca się cząstki do obiegu za pomocą wentylatora odśrodkowego (62) znajdującego się za wirującym elementem półprzepuszczalnym (60) i posiadającego kanał (18) zawracania do obiegu, odbierający cząstki z wirującego wentylatora (62) i mający wylot poniżej co najmniej jednego stopnia (61, 70, 70A, 70B) mielenia wirowego.
9. 9. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ponadto usuwa się cząstki nad strefą (12) mielenia.
10. 10. Sposób według zastrz. 9, znamienny tym, że w ramach etapu usuwania obraca się co najmniej jeden wentylator odśrodkowy (68) za co najmniej jednym stopniem (62, 72, 72A, 72B) mielenia.
11. 11. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ponadto wstępnie miele się grube cząstki na cząstki drobne przed skierowaniem cząstek drobnych do strefy (12) mielenia wirowego.
12. 12. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ponadto wstępnie miele się cząstki grube i drobne doprowadzając cząstki stałe do komory (11), formując złoże fluidalne z cząstek stałych w komorze (11), kierując powietrze do góry w komorze (11) i tworząc kontrolowane zawirowania w strefach mielenia w złożu fluidalnym z realizacją samoczynnego mielenia.
13. 13. Sposób według zastrz. 12, znamienny tym, że wewnętrznie zawraca się cząstki do obiegu wprowadzając wirujący element półprzepuszczalny (60) w strefę wstępnego mielenia cząstek grubych, oraz obracając wirujący element półprzepuszczalny (60) z prędkością wystarczającą do zapobiegania przepływowi przez niego części cząstek nadwymiarowych oraz zawracając cząstki do strefy wstępnego mielenia cząstek grubych.
14. 14. Sposób według zastrz. 12, znamienny tym, że ponadto zewnętrznie zawraca się cząstki do złoża fluidalnego. ...
15. 15. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się wiele stopni mielenia wirowego oraz ponadto etap zewnętrznego zawracania cząstek do obiegu do stopnia poprzedniego.

    190 297
16. 16. Sposób według zastrz. 9, znamienny tym, że w ramach etapu usuwania usuwa się cząstki w dwóch pionowo usytuowanych stopniach usuwania usuwających cząstki o coraz mniejszych wymiarach.
17. 17. Sposób według zastrz. 12, znamienny tym, że w ramach etapu wytwarzania kontrolowanego zawirowania stosuje się elementy do tworzenia kontrolowanego zawirowania w postaci wirników (56, 57, 58, 59).
18. 18. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że obraca się wirujący element półprzepuszczalny (60, 63, 73) i tarczę wirującą (61, 64, 67) na wspólnym wale (51).
19. 19. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że mielenie przeprowadza się w atmosferze nieaktywnej w obecności odczynnika chemicznego realizując kontrolowaną modyfikację powierzchni.
20. 20. Urządzenie do mielenia substancji stałych na sucho zawierające element półprzepuszczalny oraz co najmniej jeden umieszczony kolejno w układzie pionowym stopień mielenia wirowego zawierający element stały i ruchomy ze szczeliną pomiędzy nimi, tworzące strefę mielenia wirowego, oraz zawierające elementy do kierowania cząstek stałych w przybliżeniu ku górze do strefy mielenia wirowego, znamienne tym, że co najmniej jeden stopień mielenia wirowego zawiera co najmniej jeden wirujący element półprzepuszczalny (60) i elementy tworzące pierścieniową szczelinę (70B), zawierające płytę stacjonarną (70) o płaskiej powierzchni, z okrągłym otworem (70A) i umieszczoną w otworze (70A) wirującą okrągłą tarczę pełną (61), przy czym wirujący element półprzepuszczalny (60) i pierścieniowa szczelina (70B) są skonfigurowane tak, że przepuszczają przez siebie część skierowanych do góry cząstek, oraz w skład każdego stopnia mielenia wirowego wchodzi obrotowy wentylator odpędowy (62) usytuowany za wirującym elementem półprzepuszczalnym (60) wymiarowo odsiewający skierowane do góry cząstki.
21. 21. Urządzenie według zastrz. 20, znamienne tym, że w skład wirującego elementu półprzepuszczalnego (60) wchodzi zespół zawierający wirujące sito (60C).
22. 22. Urządzenie według zastrz. 21, znamienne tym, że wirujące sito zawiera sito (60) nie rzadsze niż o numerze 2,5.
23. 23. Urządzenie według zastrz. 22, znamienne tym, że sito ma numer z przedziału od 2,5 do 60.
24. 24. Urządzenie według zastrz. 22, znamienne tym, że sito ma numer z przedziału od 4 do 10.
25. 25. Urządzenie według zastrz. 20, znamienne tym, że pierścieniowa szczelina (70B) ma szerokość od 12,7 do 152,4 mm.
26. 26. Urządzenie według zastrz. 20, znamienne tym, że każdy stopień zawiera wirujący element półprzepuszczalny (60, 63, 73) oraz elementy (61, 70, 70A; 67, 71, 71A; 67, 72, 72A) tworzące pierścieniową szczelinę (70B, 71B, 72B) i odśrodkowy wentylator eliminujący (62, 65, 68) usytuowany za elementem półprzepuszczalnym (62, 63, 73).
27. 27. Urządzenie według zastrz. 20, znamienne tym, że zawiera zespół do wewnętrznego zawracania do obiegu zawierający elementy (51, 52) do obracania elementu półprzepuszczalnego (60) z prędkością wystarczającą do uniemożliwienia przepływu przez niego części cząstek.
28. 28. Urządzenie według zastrz. 27, znamienne tym, że zawiera ponadto zespół do zewnętrznego zawracania do obiegu, w którego skład wchodzi obrotowy odpędowy wentylator odśrodkowy (62) znajdujący się za wirującym elementem półprzepuszczalnym (60) i kanał (18) zawracania do obiegu, który odbiera cząstki z wirującego wentylatora odpędowego (62) i ma wylot poniżej co najmniej jednego stopnia mielenia wirowego.
29. 29. Urządzenie według zastrz. 20, znamienne tym, że zawiera ponadto elementy (13) do usuwania cząstek nad strefą (12) mielenia wirowego.
30. 30. Urządzenie według zastrz. 29, znamienne tym, że w skład elementów (13) do usuwania wchodzą elementy (51, 52) do obracania co najmniej jednego odpędowego wentylatora odśrodkowego (68) za co najmniej jednym stopniem mielenia wirowego.
31. 31. Urządzenie według zastrz. 20, znamienne tym, że ponadto zawiera zespół do wstępnego mielenia cząstek grubych na cząstki drobne przed skierowaniem cząstek drobnych do strefy (12) mielenia wirowego.

    190 297
32. 32. Urządzenie według zastrz. 30, znamienne tym, że zawiera zespół do wstępnego mielenia zawierający elementy do doprowadzania cząstek stałych do komory (11), elementy (15, 55) do formowania złoża fluidalnego z cząstek stałych w komorze (11), zawierające elementy (55) do kierowania powietrza do góry w komorze i elementy (56, 57, 58, 59) do tworzenia kontrolowanego zawirowania w złożu fluidalnym dla realizacji samoczynnego mielenia.
33. 33. Urządzenie według zastrz. 32, znamienne tym, że zawiera elementy (18, 19) do zewnętrznego zawracania cząstek do złoża fluidalnego.
34. 34. Urządzenie według zastrz. 20, znamienne tym, że zawiera wiele stopni mielenia oraz elementy (18, 19) do zewnętrznego zawracania cząstek do stopnia poprzedniego.
35. 35. Urządzenie według zastrz. 29, znamienne tym, że elementy do usuwania stanowią elementy do usuwania w dwóch pionowo usytuowanych stopniach (16, 17) usuwania usuwających cząstki o coraz mniejszych wymiarach.
36. 36. Urządzenie według zastrz. 32, znamienne tym, że elementy do wytwarzania kontrolowanego zawirowania zawierają wirniki (56, 57, 58, 59).
37. 37. Urządzenie według zastrz. 26, znamienne tym, że zawiera elementy (52) do obracania wirującego elementu półprzepuszczalnego (60, 62, 73), tarczy wirującej (61, 64, 67) i obrotowego wentylatora eliminującego (62, 65, 68) na wspólnym wale (51).