PL207219B1

PL207219B1 - Sposób i zespół do obróbki minerałów z użyciem energii mikrofalowej

Info

Publication number: PL207219B1
Application number: PL382813A
Authority: PL
Inventors: Raymond Walter Shaw
Original assignee: Tech Resources Pty Ltd
Priority date: 2004-09-30
Filing date: 2005-09-30
Publication date: 2010-11-30
Also published as: US7727301B2; CN101068939A; WO2006034553A1; RU2389806C2; ZA200703472B; PE20060783A1; ES2324326B1; CA2582927A1; US20090013822A1; RU2007116113A; BRPI0516852A; CA2582927C; PL382813A1; ES2324326A1

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób i zespół do obróbki minerałów z użyciem energii.

Rozumie się, że określenie „energia mikrofalowa” oznacza tu promieniowanie elektromagnetyczne o częstotliwości w zakresie 0,3-300 GHz.

Rozumie się, że określenie „wysoka energia” oznacza tu wartości zasadniczo leżące powyżej powszechnie stosowanych w domowych kuchenkach mikrofalowych, tj. zasadniczo powyżej 1 kW.

Znany jest sposób obróbki cząstek energią mikrofalową, w którym naświetla się swobodnie spadające cząstki energią mikrofalową z pojedynczym przejściem poprzez strefę naświetlania. W tym znanym sposobie ekspozycja cząstek na działanie promieniowania mikrofalowego jest przypadkowa, a urządzenie stosowane do realizacji tej obróbki jest skomplikowane.

Według wynalazku, sposób obróbki minerałów z użyciem energii mikrofalowej, w którym poddaje się przemieszczane złoże cząstek minerału działaniu energii mikrofalowej, charakteryzuje się tym, że działaniu energii mikrofalowej poddaje się przemieszczane złoże mieszane, w którym jednocześnie miesza się cząstki przemieszczanego złoża eksponując zasadniczo wszystkie cząstki złoża na działanie impulsowej energii mikrofalowej.

Złoże poddaje się działaniu energii mikrofalowej o mocy co najmniej 20 kW, a korzystniej co najmniej 50 kW.

W korzystnym wariancie wynalazku stosuje się energię mikrofalową o długości impulsów poniżej 1 sekundy, korzystnie o długości impulsów poniżej 0,1 sekundy, a szczególnie korzystnie poniżej 0,001 sekundy.

Kontroluje się energię i/lub długość impulsów energii mikrofalowej ogrzewając cząstki i/lub urządzenie do poziomu niższego niż poziom dla nich niepożądany.

Stosuje odstęp pomiędzy kolejnymi impulsami energii mikrofalowej równy 10-20 krotności czasu trwania impulsu.

Poddając minerały działaniu energii mikrofalowej selektywnie ogrzewa się materiał wrażliwy na ciepło w tych minerałach, a następnie mierzy się ilość tego nagrzanego selektywnie materiału w minerałach.

Poddając minerały działaniu energii mikrofalowej selektywnie ogrzewa się materiał w tych minerałach, a następnie wykrywa się ogrzany materiał i selektywnie oddziela się ten materiał od minerałów.

Według wynalazku zespół do obróbki minerałów z zastosowaniem energii mikrofalowej, zawierający źródło energii mikrofalowej i urządzenie przemieszczające do przemieszczania złoża poprzez co najmniej jedną strefę naświetlania źródła energii mikrofalowej, charakteryzuje się tym, że urządzenie przemieszczające stanowi przenośnik do przemieszczania złoża mieszanego cząstek minerału i do mieszania cząstek zło ż a dla eksponowania zasadniczo wszystkich cząstek złoża na działanie impulsowej energii mikrofalowej, przy czym przenośnikiem jest zwłaszcza przenośnik ślimakowy, który ma regulowaną szybkość przenoszenia do przodu od wlotu do wylotu.

Korzystnie, urządzenie przemieszczające zawiera cylindryczną obudowę, posiadającą wlot w jednym koń cu i wylot w drugim koń cu, z przenoś nikiem ś limakowym umieszczonym w tej obudowie i zamontowanym obrotowo wokół swojej osi do transportu i mieszania cząstek w obudowie od wlotu do wylotu.

Co najmniej jedna sekcja obudowy może być wykonana z materiału, który jest przepuszczalny dla energii mikrofalowej.

Także sekcja przenośnika ślimakowego umieszczonego w obudowie może być wykonana z materiału, który jest przepuszczalny dla energii mikrofalowej.

Wynalazek zapewnia skuteczną i wydajną obróbkę minerałów uzyskaną poprzez przemieszczanie złoża, zwłaszcza przemieszczanie złoża mieszanego minerałów w postaci cząstek przez strefę naświetlania impulsową wiązką wysokiej energii mikrofalowej, przez co wszystkie cząstki minerałów zostają naświetlone co najmniej raz energią mikrofalową. W szczególności, użycie ruchomego złoża, zwłaszcza ruchomego złoża mieszanego cząstek minerałów, umożliwia uzyskanie żądanej ekspozycji wszystkich cząstek.

Wynalazek umożliwia zastosowania wysokiej impulsowej energii mikrofalowej dla spowodowania fizycznych i chemicznych zmian w minerałach.

W sposobie według wynalazku stosuje się ruchome złoże cząstek, co umożliwia obróbkę duż o szerszego zakresu wielkości cząstek, włączając większe cząstki. W szczególności, ruchome złoże eliminuje niektóre problemy napotykane w obróbce miałkich materiałów jak talk, lub materiałów, gdzie

PL 207 219 B1 trudno jest przygotować jednorodną frakcję do przeprowadzenia przez strefę lub strefy naświetlania mikrofalowego.

Korzystnie, ruchome złoże jest ruchomym złożem mieszanym. Rozumie się, że określenie „ruchome złoże” oznacza złoże mieszanych cząstek, przechodzących poprzez strefę lub strefy naświetlania mikrofalowego i tym samym zmieniających położenie cząstek względem innych cząstek i energii mikrofalowej, gdy cząstki te przemieszczają się poprzez strefę lub strefy.

Jak podano powyżej, zastosowanie mieszanego złoża cząstek wewnątrz urządzenia przenoszącego, dostosowanego do złoża fluidalnego, upraszcza taką obróbkę.

Użycie impulsowej energii mikrofalowej zmniejsza zapotrzebowanie mocy w obróbce sposobem według wynalazku i zwiększa wygrzewanie wszystkich cząstek rudy.

Urządzenie przenoszące, a zwłaszcza podajnik ślimakowy, umożliwia skutecznie kontrolowane naświetlenie minerałów energią mikrofalową, a zwłaszcza zapewnienie jednorodnej obróbki minerałów.

Sposób obróbki minerałów z użyciem energii mikrofalowej, według wynalazku, polega na tym, że naświetla się mieszane złoże cząstek minerału za pomocą impulsowej energii mikrofalowej, w wyniku czego zasadniczo wszystkie cząstki otrzymują co najmniej pewne naświetlenie od energii mikrofalowej.

Rozumie się, że w odniesieniu do tego sposobu określenie „zasadniczo wszystkie cząstki” oznacza 80% wagowych cząstek.

Korzystnie, sposób obejmuje naświetlanie ruchomego złoża cząstek minerału za pomocą wysokiej impulsowej energii mikrofalowej, w wyniku czego co najmniej 85%, a korzystniej co najmniej 90% cząstek, uzyskuje co najmniej pewne naświetlenie energią mikrofalową.

W sposobie wedł ug wynalazku zł o ż e naś wietla się wiązką mikrofalową o energii wynoszą cej co najmniej 20 kW, a korzystniej co najmniej 50 kW.

Wytwarza się impulsy energii mikrofalowej, których czas trwania jest krótszy niż 1 sekunda, korzystniej krótszy niż 0,1 sekundy, a najkorzystniej krótszy niż 0,01 sekundy.

W szczególności, w sposobie obróbki według wynalazku reguluje się energię i/lub czas trwania impulsów energii mikrofalowej tak, aby poszczególne cząstki nie zostały zbytnio naświetlone dla uniknięcia niepożądanego ogrzania cząstek i/lub urządzenia. Niepożądane ogrzanie może obejmować przykładowo niepożądane spiekanie/stapianie cząstek i/lub cieplne uszkodzenie urządzenia.

Pomiędzy kolejnymi impulsami energii mikrofalowej korzystnie zachowuje się przerwy wynoszące 10-20 krotności czasu trwania impulsu.

Jak podano powyżej, wynalazek nie ogranicza się do oddziaływania na drobne cząstki i można, na przykład, obrabiać cząstki o największym wymiarze w zakresie 5-15 cm.

Sposób obróbki z zastosowaniem wysokiej impulsowej energii mikrofalowej zgodnie z obecnym wynalazkiem jest odpowiedni do użycia w szerokim zakresie zastosowań, w których pożądane jest ułatwienie i/lub uproszczenie późniejszego przetwarzania minerałów.

Późniejsze przetwarzanie obejmuje, na przykład, odzyskiwanie wartościowych składników z minerałów.

Zgodnie z tym, według wynalazku sposób obróbki obejmuje odzyskiwanie wartościowych składników, takich jak metal, z minerału poddanego wcześniej opisanej powyżej obróbce mikrofalowej.

Jednym, choć nie jedynym przykładem zastosowania sposobu obróbki przy pomocy wysokiej impulsowej energii mikrofalowej zgodnie z obecnym wynalazkiem, który ułatwia i/lub upraszcza późniejsze przetwarzanie minerałów, jest powodowanie fizycznych i chemicznych zmian w minerałach, prowadzących do przemiany co najmniej części minerałów w fazę gazową i późniejsze uwolnienie fazy gazowej z minerałów.

Przykład ten obejmuje zastosowanie wysokiej impulsowej energii mikrofalowej dla spowodowania zmian fizycznych i chemicznych, szczególnie przemiany chemicznie związanej wody w minerałach w parę wodną, i późniejsze uwolnienie pary wodnej z minerałów.

Jednym, choć nie jedynym, minerałem, dla którego stosuje się taka obróbkę jest boksyt.

Taką obróbkę można również stosować do innych minerałów, przykładowo rud żelaza, zwłaszcza rud zawierających getyt i rud laterytu zawierających nikiel.

Zastosowanie wysokiej impulsowej energii mikrofalowej w obróbce zgodnie z wynalazkiem ułatwia i/lub upraszcza późniejsze przetwarzanie minerałów obejmujące: a) reakcję pirytu, w takich rudach jak talk, dla zmiany go w pirotyn, który następnie usuwa się selektywnie z zastosowaniem separacji magnetycznej, gdyż jest on znacznie bardziej magnetyczny niż piryt i inne występujące minerały; b) reakcję takich siarczków jak chalkopiryt dla drobnej zmiany ich składu chemicznego, w celu poprawy

PL 207 219 B1 późniejszego oddzielenia poprzez dołączenie chemikaliów w procesie upłynnienia; c) reakcję takich siarczków jak chalkopiryt dla zmiany ich składu chemicznego, w celu uzyskania większej reaktywności w ł ugowaniu, lecz bez znacznego wytwarzania gazów zawierają cych siarkę jak dwutlenek siarki lub siarkowodór, które mogłyby wymagać wychwycenia i obróbki w tym procesie; d) reakcję zwierających węgiel zanieczyszczeń w rudach, jak talk lub boksyt, dla ich usunięcia z tych minerałów i tym samym uniknięcia szkodliwych skutków, takich jak zanieczyszczenie strumieni procesu produkcji tlenku glinowego z boksytu i/lub szkodliwego wpływu na takie właściwości wyrobu jak połysk wyrobów talkowych; e) łuszczenie wermikulitu; f) selektywny kraking rud dla ułatwienia dalszego przetwarzania, jak opisano i zastrzeżono w międzynarodowym zgłoszeniu patentowym PCT/AU2003/000681, które to ujawnienie przytoczono niniejszym dla informacji.

W powyższym przykładzie selektywnego krakingu rud zróżnicowane ogrzewanie spowodowane mikrofalowymi impulsami powoduje zmiany fizyczne w rudach ułatwiające rozwinięcie pęknięć, przez co poprawia się późniejsze przetwarzanie.

Ten przykład selektywnego krakingu również obejmuje powodowanie takiego krakingu, jaki będzie wystarczający dla rozbicia wielu cząstek, umożliwiając rozdzielenie cząstek rozbitych od cząstek, które nie uległy oddziaływaniu mikrofal z powodu ich odmiennego rozmiaru.

Powyższy przykład selektywnego krakingu również obejmuje powodowanie krakingu występującego selektywnie w rudach i przez to odsłonięcie wartościowych minerałów na powierzchniach pęknięć, co zwiększa łatwość dostępu w takich procesach jak ługowanie i/lub późniejsze rozbicie poprzez upłynnienie.

W minerałach poddanych działaniu energii mikrofalowej według wynalazku moż na później mierzyć ilość materiału, który był selektywnie ogrzewany przy naświetlaniu energią mikrofalową.

Zatem, sposób według wynalazku zapewnia pomiar ilości materiału wrażliwego na temperaturę w minerale, który wykonuje się obrabiając minerał zgodnie z opisanym powyżej sposobem obróbki, i nastę pnie wykonują c pomiar iloś ci materiał u w minerał ach, które został y ogrzane selektywnie poprzez naświetlenie energią mikrofalową.

Inny, choć nie jedyny następny przykład późniejszego przetwarzania minerałów zgodnie z obecnym wynalazkiem obejmuje oddzielenie materia ł u od minerał ów na zasadzie selektywnoś ci ogrzewania.

Stosownie, wynalazek zapewnia sposób oddzielenia materiału wrażliwego na temperaturę w minerale, polegający na tym, że wykonuje się obróbkę minerałów zgodnie z powyż ej opisanym sposobem obróbki i selektywnie ogrzewa się materiał w tych minerałach, a następnie wykrywa się ogrzany materiał i selektywnie oddziela się ten materiał od minerałów.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony na rysunku w postaci schematu blokowego zespołu do obróbki minerałów z zastosowaniem energii mikrofalowej, gdzie przedstawiono dla przykładu obróbkę rudy boksytu sposobem według wynalazku i za pomocą zespołu według wynalazku, dla ułatwienia lub uproszczenia odzyskiwania aluminium z tej rudy.

Boksyt jest głównym źródłem rudy zawierającej aluminium, stosowanym w produkcji tlenku glinowego. Boksyt zawiera uwodnione formy tlenku glinowego (korundu), które występują w kilku różnych postaciach strukturalnych. Najbardziej użyteczne handlowo złoża boksytu zawierają gibsyt (trójwodzian tlenku glinowego) i/lub bemit (monowodzian tlenku glinowego) oraz diaspor. Boksyt zawiera znaczne ilości chemicznie związanej wody. Typowo, gibsyt zawiera 35% wagowych wody, bemit zawiera 15% wagowych wody, a diaspor zawiera 15% wagowych wody.

Usunięcie wody z boksytu jest konieczne jako część procesu odzyskiwania tlenku glinowego z boksytu.

Usunięcie części wody z zastosowaniem wysokiej impulsowej energii mikrofalowej, zgodnie ze sposobem według wynalazku, może również poprawić warunki rozpadu w późniejszych stadiach, oraz umożliwia rozpad w niższej temperaturze przy szybkim prażeniu w tradycyjnych piecach.

W odniesieniu do przedstawionego schematu, boksyt doprowadza się do pierwszej kruszarki 1 i kruszy się na czą stki typowo poniż ej 5 mm.

Następnie pokruszone cząstki rudy boksytu podaje się do stanowiska mikrofalowej obróbki minerałów za pomocą urządzenia przenoszącego 3. Stanowisko mikrofalowej obróbki zawiera źródło

PL 207 219 B1 energii mikrofalowej 2 oraz urządzenie przemieszczające 3 do przemieszczania złoża mieszanego pokruszonych cząstek rudy boksytu po przejściu przez strefę naświetlania mikrofalowego.

Za pomocą źródła energii mikrofalowej 2 wytwarza się impulsy wysokiej energii mikrofalowej, korzystnie o natężeniu co najmniej 20 kW, długości impulsu mniejszej niż 0,01 sekundy, przy odstępie pomiędzy kolejnymi impulsami równym 10-20 krotności czasu trwania impulsu.

Urządzenie przemieszczające 3 do przemieszczania złoża może być też urządzeniem złoża fluidalnego, zwłaszcza złoża fluidalnego cyrkulującego lub niecyrkulującego.

Urządzenie przemieszczające 3 do przemieszczania złoża mieszanego korzystnie zawiera poziomą lub lekko pochyloną cylindryczną obudowę 4, posiadającą wlot 5 w jednym końcu i wylot 6 w drugim koń cu oraz przenoś nik, którym jest zwł aszcza przenoś nik ś limakowy 7, umieszczony w tej obudowie 4 i zamocowany obrotowo wokół jego osi w celu transportowania cząstek poprzez obudowę 4 od wlotu 5 do wylotu 6.

Urządzenie przemieszczające 3 i źródło energii mikrofalowej 2 są ustawione względem siebie tak, że wiązka mikrofal ze źródła energii mikrofalowej 2 pada na sekcję 8 cylindrycznej obudowy 4 i naświetla skruszone cząstki rudy boksytu w strefie naświetlania energią mikrofalową. Ta sekcja 8 obudowy 4 jest wykonana z materiału, który jest przepuszczalny dla energii mikrofalowej. Ponadto, sekcja przenośnika ślimakowego 7 umieszczonego w obudowie 4 jest również wykonana z materiału, który jest przepuszczalny dla energii mikrofalowej.

W zastosowaniu ruch obrotowy przenoś nika ś limakowego 7 przemieszcza pokruszone czą stki rudy boksytu w kontrolowanym torze ruchu od wlotu 5 do wylotu 6 obudowy 4, przemieszczając cząstki poprzez strefę naświetlania wysoką impulsową energią mikrofalową. Ruch obrotowy powoduje zmianę orientacji cząstek względem wiązki mikrofalowej i przyczynia się do mieszania cząstek w obudowie 4, w rezultacie czego zapewnione jest różne ustawienie cząstek naświetlanych mikrofalami oraz zwiększona sposobność naświetlenia wszystkich cząstek mikrofalami. Ogólnie biorąc, przenośnik ślimakowy 7 umożliwia skuteczne kontrolowanie naświetlenia pokruszonych cząstek rudy boksytu energią mikrofalową, a zwłaszcza zapewnia jednorodną obróbkę tych cząstek.

Ponadto, zastosowanie wysokiej impulsowej energii mikrofalowej zmniejsza ryzyko niewłaściwego ogrzewania skruszonych cząstek rudy boksytu, które mogłoby być szkodliwe.

Sterowanie obróbką skruszonych cząstek rudy boksytu wykonuje się poprzez regulację jednego z parametrów: prędkości obrotu przenośnika ślimakowego 7, wielkości impulsowej energii mikrofalowej, czasu trwania impulsów, odstępu pomiędzy impulsami i gęstości upakowania minerałów w obudowie 4.

Obrobione i pokruszone cząstki rudy boksytu po wyjściu z wylotu 6 podaje się do następnych operacji technologicznych dla dalszego przetwarzania, według potrzeby, ogólnie oznaczonego na rysunku jako 9.

W opisanym powyż ej wynalazku moż na wprowadzić wiele modyfikacji.

Zespół do obróbki minerałów z zastosowaniem energii mikrofalowej opisany w odniesieniu do schematu pokazanego na rysunku zawiera jedno źródło energii mikrofalowej 2 i jedno urządzenie przemieszczające 3. Jednak wynalazek nie jest do tego ograniczony i może obejmować układ, w którym występuje szereg zespołów, a obrabiany materiał z każdego poprzedniego w ciągu technologicznym zespołu przenosi się kolejno do zespołów następnych. W takim układzie może zachodzić przypadek, że w każdym zespole naświetla się stosunkowo małą ilość cząstek rudy energią mikrofalową, oraz że w ogólnym efekcie zasadniczo wszystkie cząstki będą naświetlone energią mikrofalową.

Urządzenie ruchomego złoża może być takie, że wysoka impulsowa energia mikrofalowa bezpośrednio naświetla ruchome złoże cząstek, zaś urządzenie nie posiada obudowy, takiej jak opisana powyżej cylindryczna obudowa ślimakowego urządzenia podającego. W takich sytuacjach korzystnie urządzenie ruchomego złoża jest zaprojektowane dla uniknięcia wstecznego przepływu pyłu do źródła energii mikrofalowej.

Urządzenie ruchomego złoża może być poziome lub pochylone pod kątem, ponieważ nie występuje specjalna potrzeba wykorzystania szybkości opadania dla kontroli naświetlenia, jak w przypadku znanego układu opisanego w kanadyjskim zgłoszeniu patentowym 2,227,383 (w imieniu Golden Wave Resources Inc).

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób obróbki minerałów z użyciem energii mikrofalowej, w którym poddaje się przemieszczane złoże cząstek minerału działaniu energii mikrofalowej, znamienny tym, że działaniu energii mikrofalowej poddaje się przemieszczane złoże mieszane, w którym jednocześnie miesza się cząstki przemieszczanego złoża eksponując zasadniczo wszystkie cząstki złoża na działanie impulsowej energii mikrofalowej.
2. Sposób wedł ug zastrz. 1, znamienny tym, ż e zł oż e poddaje się dział aniu energii mikrofalowej o mocy co najmniej 20 kW.
3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, ż e stosuje się promieniowanie energii mikrofalowej o mocy co najmniej 50 kW.
4. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że stosuje się energię mikrofalową o długości impulsów poniżej 1 sekundy.
5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że stosuje się energię mikrofalową o długości impulsów poniżej 0,1 sekundy.
6. Sposób wedł ug zastrz. 5, znamienny tym, ż e stosuje się energię mikrofalową o dł ugoś ci impulsów poniżej 0,001 sekundy.
7. Sposób wedł ug zastrz. 1, znamienny tym, ż e kontroluje się energię i/ł ub dł ugość impulsów energii mikrofalowej ogrzewając cząstki i/lub urządzenie do poziomu niższego niż poziom dla nich niepożądany.
8. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że stosuje odstęp pomiędzy kolejnymi impulsami energii mikrofalowej równy 10-20 krotności czasu trwania impulsu.
9. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że poddając minerały działaniu energii mikrofalowej selektywnie ogrzewa się materiał wrażliwy na ciepło w tych minerałach, a następnie mierzy się ilość tego nagrzanego selektywnie materiału w minerałach.
10. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że poddając minerały działaniu energii mikrofalowej selektywnie ogrzewa się materiał w tych minerałach, a następnie wykrywa się ogrzany materiał i selektywnie oddziela się ten materiał od minerał ów.
11. Zespół do obróbki minerałów z zastosowaniem energii mikrofalowej, zawierający źródło energii mikrofalowej i urządzenie przemieszczające do przemieszczania złoża poprzez co najmniej jedną strefę naświetlania źródła energii mikrofalowej, znamienny tym, że urządzenie przemieszczające (3) stanowi przenośnik do przemieszczania złoża mieszanego cząstek minerału i do mieszania cząstek złoża dla eksponowania zasadniczo wszystkich cząstek złoża na działanie impulsowej energii mikrofalowej, przy czym przenośnikiem jest zwłaszcza przenośnik ślimakowy (7), który ma regulowaną szybkość przenoszenia do przodu od wlotu (5) do wylotu (6).
12. Zespół według zastrz. 11, znamienny tym, że urządzenie przemieszczające (3) zawiera cylindryczną obudowę (4), posiadającą wlot (5) w jednym końcu i wylot (6) w drugim końcu, z przenośnikiem ślimakowym (7) umieszczonym w tej obudowie (4) i zamontowanym obrotowo wokół swojej osi do transportu i mieszania cząstek w obudowie (4) od wlotu (5) do wylotu (6).
13. Zespół według zastrz. 12, znamienny tym, że co najmniej jedna sekcja (8) obudowy (4) jest wykonana z materiału, który jest przepuszczalny dla energii mikrofalowej.
14. Zespół według zastrz. 13, znamienny tym, że sekcja przenośnika ślimakowego (7) umieszczonego w obudowie (4) jest wykona z materiału, który jest przepuszczalny dla energii mikrofalowej.