專利名稱:分離方法和設(shè)備的制作方法
本發(fā)明涉及利用有助于分離方法的粒子的固有特性以進(jìn)行粒狀材料的分離。
本發(fā)明具體地但并非僅僅涉及基于粒子的形狀、回彈性、尺寸、磁化率、導(dǎo)電性或其它性質(zhì)對粒狀材料進(jìn)行分離及分類。
目前，粒狀材料的分離是利用若干個(gè)依賴于諸如粒子尺寸、密度和電磁性質(zhì)的方法進(jìn)行的。雖然，這些先有技術(shù)的分離方法一般說來對特定的分離方法是有效的，但對不同粒子的性質(zhì)缺乏現(xiàn)成的通用性，且通常這類先有技術(shù)的方法如不是不能也是難于同其它分離方法結(jié)合起來以提高或選擇性地改進(jìn)對粒狀材料的分離。
多種這類先有技術(shù)的方法被設(shè)計(jì)成用以分離或分類一粒狀原料以實(shí)現(xiàn)只有一特定程度的分離或分類。因此，為取得所需的最終結(jié)果，可對某一原料進(jìn)行多種結(jié)合不同分離或分類技術(shù)的工序。
用于農(nóng)業(yè)材料的單程分離或分類裝置已敘述在美國專利第3587857、3902457號(hào)，澳洲專利第8652892-A號(hào)及荷蘭專利8301221-A號(hào)中，而用于分離球形物體的裝置則已敘述在美國專利第3411626號(hào)及捷克斯洛伐克專利第8400028-A號(hào)中。
一種公知的揀選球形粒子技術(shù)利用一平坦表面，讓一單層粒狀原料跨過此表面而移動(dòng)。不過，由于需要單層粒狀原料和低的粒子速度，這種技術(shù)的效率是不高的。這類技術(shù)已例示在美國專利第3672500、3464550號(hào)及西德專利第2701009-A號(hào)中。
另外一種用以分類球形材料的技術(shù)已敘述在蘇聯(lián)專利第831226A號(hào)中，該專利涉及利用一彎曲的反射表面以實(shí)現(xiàn)分離。
美國專利第3680694號(hào)中敘述一種利用粒子的回彈性的性質(zhì)但卻采用一種包括粒子的共振頻率的不同原理以實(shí)現(xiàn)分離的設(shè)備。
雖然所有先有技術(shù)的裝置和/或技術(shù)對揀選、分離或分類粒狀材料的初步、中間或最終工序可能有用，但都可能有一種或多種缺陷，這種缺陷降低作業(yè)的效率及應(yīng)用中的通用性。
先有技術(shù)設(shè)備的主要缺點(diǎn)可能都需要至少一個(gè)運(yùn)動(dòng)部件及某種形式的能量以使設(shè)備工作。
事實(shí)上，所有先有技術(shù)的粒子分離方法不論是在能量和/或加工材料的消耗成本方面及廠房和裝備的投資成本方面均相當(dāng)可觀。
本發(fā)明的一個(gè)目的在于克服或至少減輕某種與先有技術(shù)粒子分離方法相關(guān)聯(lián)的問題及提供一簡單的和不昂貴的、基于粒狀材料的形狀、回彈性和其它相關(guān)性質(zhì)的粒狀材料分離方法和設(shè)備。
按照本發(fā)明提供一種分離粒狀材料的方法，所述方法的步驟包括容許一種粒狀材料在重力的影響下與一沖擊表面接觸，從而使粒子循著作為各個(gè)所述粒子的物理性質(zhì)的函數(shù)的相應(yīng)的偏折路線從該表面被偏折;和，通過分散裝置選擇性地分散至少所述被偏折粒子的一部分到相應(yīng)的收集區(qū)。
待分離的粒狀材料以從放置在所述沖擊表面之上的原料源導(dǎo)出為宜，并以受控的流量饋送該粒狀材料到所述沖擊表面為好。以粒狀材料成簾流狀粒流饋送為最好。
按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供用以分離顆粒材料的設(shè)備，所述設(shè)備包括一沖擊表面適配成從該表面偏折在重力影響下饋送到所述沖擊表面的粒子，從而使所述粒子循著作為各個(gè)所述粒子的物理性質(zhì)的函數(shù)的相應(yīng)的偏折路線從該表面被偏折;及分散裝置以便選擇性地將至少所述被偏折的粒子導(dǎo)向一相應(yīng)的收集區(qū)中。
該原料源可包含任何適宜的饋送設(shè)備如一振動(dòng)饋料器、傳送帶饋料器之類，并可使之適應(yīng)于讓粒狀材料象一薄的簾流降落到該沖擊表面上。
該沖擊表面宜于包含一板狀元件，該元件可為平坦的、彎曲的或有紋理的，或可組合一種以上的那種特點(diǎn)，并以可相對于流到其上的粒狀材料的流動(dòng)方向進(jìn)行角度的調(diào)節(jié)為最好。
與沖擊表面相關(guān)聯(lián)的尚可有振動(dòng)裝置、加熱裝置、磁場、電場、流體流動(dòng)路徑或它們的任何組合以協(xié)助分離過程。
該沖擊表面可由任何適宜的材料組成的。包括但不僅限于剛性材料、彈性材料、柔韌性材料。該沖擊表面材料可為實(shí)心的、多孔的或由具有不同的物理和力學(xué)性質(zhì)的層壓部件組成的。該沖擊表面可包含一薄的膜狀部件，而該膜沖擊表面可具有可調(diào)節(jié)的張力裝置以改變膜中的張力。
與沖擊表面相關(guān)聯(lián)的可有一裝置用以選擇性地改變接觸到?jīng)_擊表面的粒子的功能。
分散裝置宜于包含至少一個(gè)在相鄰收集區(qū)之間的隔板，而所述隔板可被調(diào)節(jié)以改變一個(gè)或多個(gè)所述收集區(qū)的位置和/或面積。
該分散裝置可包含一個(gè)或多個(gè)葉片狀元件排列成橫切從沖擊表面導(dǎo)出的粒子流以分散所述粒子流成各具有不同的物理特性的粒子的部分。
該分散裝置可包含固定的或角度可調(diào)節(jié)的板狀部件，該部件可為異形的、彎曲的或起紋理的，或組合一種以上那些特點(diǎn)。
與該分散裝置相關(guān)聯(lián)的尚有靜電場和/或磁場、振動(dòng)裝置、流體流動(dòng)裝置或任何它們的組合以協(xié)助分離和/或分散過程的進(jìn)行。
該設(shè)備可包含一多個(gè)如上所述的分離單元，每個(gè)單元的收集區(qū)與相對應(yīng)的順次單元相連通，從而選擇性地對一粒狀供料的分散部分進(jìn)行進(jìn)一步分離。
為了便于進(jìn)一步了解本發(fā)明，現(xiàn)將對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例參照附圖進(jìn)行敘述，其中圖1為一分離單元的示意圖;
圖2示出一多個(gè)級(jí)聯(lián)連接的分離單元;
圖3和4示出一按照本發(fā)明的設(shè)備的另一個(gè)實(shí)施例;
圖5示出一示于圖1中的類型的標(biāo)準(zhǔn)型單元。
在圖1中，該分離單元包含一有壁室1，該室在上端部2開口，并包括傾斜底板3和4分別形成收集區(qū)5和6的底板，在底板3和4的較低的部分分別提供以出口7和8。
放置在收集區(qū)5和6上為一沖擊表面9以板狀的形式跨越室1的上部部分。
一可變角度的分散器葉片10延伸跨過室1并可樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝于底板3和4的頂部。
一粒狀材料以一稀簾流的方式饋送到表面9上，在重力的影響下及依賴于粒子的諸如球形度、回彈性等特性，使粒子沿不同的偏折路徑而被偏折，某些被偏折到收集區(qū)5，而其它則被偏折到收集區(qū)6。比如說依賴于粒子的球形度時(shí)，則在收集區(qū)6收集到的粒子部分將較在收集區(qū)5收集到的粒子部分具有更高的球形度。分散器葉片10角度可調(diào)節(jié)以改變有效面積或與每個(gè)收集面積相關(guān)聯(lián)的開孔以提供粒子部分間更精確的分散。
基于球形度的分散效應(yīng)的發(fā)生是由于不規(guī)則形狀或球形度差的粒子在以該粒子可能導(dǎo)致粒子偏折的范圍達(dá)到最大值的一取向與該沖擊表面接觸，從統(tǒng)計(jì)的角度說來是不太可能的。
依賴于所需的分離程度，從出口7和8取走的已分離部分各自或兩者均可再循環(huán)以進(jìn)行多次分離。
與其再循環(huán)已分離部分以獲得更高的分離程度，不如將在圖1中所示的單元類型安排成如圖2所示的級(jí)聯(lián)連接方式。
圖2說明本發(fā)明的標(biāo)準(zhǔn)型本質(zhì)，其中一多個(gè)單元被疊置起來以形成一級(jí)聯(lián)連接，從一單元的已分離部分作為一饋送料而被導(dǎo)向到下一級(jí)分離單元以進(jìn)行進(jìn)一步分離。
所示的結(jié)構(gòu)中，屬于上部單元23的出口20、21分別被安排成用于下部單元24、25的饋送進(jìn)口，后者則成為用于單元26、27和28的饋送進(jìn)口。初始饋送的粒狀材料就這樣最后被分成4部分而收集在接收器29，30，31和32內(nèi)。與各個(gè)分離單元相關(guān)聯(lián)的各個(gè)沖擊表面35可調(diào)節(jié)成相同的傾斜度，或根據(jù)待分離的部分的特性而使各個(gè)沖擊表面具有不同傾斜角。此外，該沖擊表面可在表面外形，紋理和/或結(jié)構(gòu)上變化。同樣，分散器擋板36可為特定部分的分離而加以調(diào)節(jié)。
除了應(yīng)用于粒狀材料的分離之外，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，本發(fā)明的方法和設(shè)備顯然也可應(yīng)用于按照粒狀材料的一個(gè)或多個(gè)物理性質(zhì)對之進(jìn)行分類。
為提高按照本發(fā)明的方法和設(shè)備的分離和/或分類能力可采用其它有影響的技術(shù)。例如在圖1中說明的設(shè)備，可將器件繞由b-b軸所示的軸轉(zhuǎn)動(dòng)。以這樣的方式，粒子偏折的范圍和/或粒子的動(dòng)能在偏轉(zhuǎn)之前或之后可被施加在粒子上的離心力所提高。
另外，或除了上述增強(qiáng)方法之外，可在跨過粒子的偏折路徑上施加一靜電場或電磁場。靜電場或電磁場也可出現(xiàn)在例如沖擊板和分散器擋板之間或在平行或垂直于粒子的偏折路徑的平面內(nèi)。在這樣的方式下，除了其它能實(shí)現(xiàn)分離和/或分類的物理性質(zhì)外，還可應(yīng)用粒子的磁化率和/或?qū)щ娦缘刃再|(zhì)。
分離/分類可在適宜的流體介質(zhì)或真空中進(jìn)行。這類介質(zhì)可包括空氣或在因靜電放電而潛在爆炸性的情況下應(yīng)用惰性氣體介質(zhì)。對于某些粒子來說，可以使用不同粘性的流體。所用的流體介質(zhì)可以是靜止的、或可用順流或逆流流體流動(dòng)以控制接觸一沖擊表面的粒子的終端速度和/或粒子的偏折路徑。
為進(jìn)一步提高分離能力，可使沖擊表面發(fā)生振動(dòng)以向受到偏折的粒子的誘導(dǎo)附加動(dòng)能。對于某種粒狀材料這類振動(dòng)對避免粒子粘附到?jīng)_擊表面是必需的，因?yàn)檫@種粘附現(xiàn)象對分離性能會(huì)造成很大的損害。
對于潮濕或粘性粒子，可加熱該沖擊表面，但在任何情況下，需將該沖擊表面定期地或不斷地清潔，這種清潔可利用流體通過該表面擴(kuò)散或利用一流體噴射刷洗、擦去或抹去而實(shí)現(xiàn)。
該沖擊表面可以是平坦的，或是在間隔或深度方面凸出部分是有恒定或頻繁變化的紋理。此外，該沖擊表面可以彎曲以校正降落成簾流的粒子的有限寬度。該彎曲表面可限定為圓、橢圓或拋物線的一部分。
本發(fā)明的其它實(shí)施例于圖3和4中說明。
在圖3中，由旋轉(zhuǎn)圓柱體30形成的分離單元具有一傾斜的旋轉(zhuǎn)軸。固定安裝于圓柱體30內(nèi)的一多個(gè)漏斗狀部件31，各部件有一字排列在傾斜的沖擊表面33之上的出口32。
如圖4中所示，圓柱體30的內(nèi)表面包括一多個(gè)提升部件34，在圓柱體旋轉(zhuǎn)時(shí)該提升部件起著提升粒狀材料的作用，并把被提升的材料導(dǎo)向圓柱體30的第一漏斗部件31a之上的上端部35，并將各提升部件中的粒狀材料全部干凈地倒入漏斗的口中。導(dǎo)入到漏斗31a中的粒狀材料以受控的方式經(jīng)出口32出去以與沖擊板33接觸。
根據(jù)在饋送進(jìn)口的粒子混合料的物理特性將部分粒子進(jìn)一步偏折向圓柱體30的出口端36處。同樣，其它部分并不偏折到相同的范圍，而這后一部分當(dāng)為提升部件所收集時(shí)，不太可能被沉積在下一個(gè)漏斗31b中。
由于圓柱體的旋轉(zhuǎn)而發(fā)生連續(xù)的分離，具有起支配作用的物理性質(zhì)的粒子首先從出口端36排出，隨后為具有不同物理性質(zhì)的粒子逐漸變化的部分也相繼地被排出。
圖2的級(jí)聯(lián)安排可由一多個(gè)具有圖1單元的通用構(gòu)型的標(biāo)準(zhǔn)型單元構(gòu)成的。如圖5中所示，一遠(yuǎn)離沖擊板9的端壁在適當(dāng)情況下是可拆裝的。該單元易于運(yùn)輸?shù)焦ざ紊?，并可?gòu)成級(jí)聯(lián)連接或?qū)ζ錁?gòu)型加以改良以適應(yīng)待分離、分級(jí)或分類的粒狀材料。
可用這類過程進(jìn)行分離的粒狀材料的一個(gè)實(shí)例為沖積砂，該沖積砂包括不同形狀和球形度的砂粒子及片狀黃金片。較圓的砂粒子首先從中排出，隨之為不規(guī)則形狀的砂粒子，最后將片狀黃金片排出。
本發(fā)明可與先有技術(shù)的分離技術(shù)配合使用以提供初始粗糙饋送分離或以提供排出部分的選擇性分離。
本發(fā)明的其它變化中，粒狀原料可選擇性地用影響個(gè)別粒子的偏折特性的涂料進(jìn)行涂敷。
在其它的變化中，圖1中的沖擊板和/或底板3和4可穿以孔隙以提供利用更為傳統(tǒng)的分離技術(shù)的附加分離區(qū)。
因此，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員很顯然明確按照本發(fā)明的方法和設(shè)備可用于處理粒狀材料以實(shí)現(xiàn)下列目的形狀分類;
尺寸分類;
由復(fù)原(回彈性)系數(shù)的分類;
由其它物理參數(shù)包括靜電性質(zhì)和磁性質(zhì)的分類和/或分離。
雖然本發(fā)明已基于球形度參照粒狀材料的分離和分類進(jìn)行敘述，但是很顯然本發(fā)明并不僅限于此。
不作為限制性實(shí)例，本發(fā)明可用于1碎石(proppant)及碎(frac)砂的分級(jí);
2種子的揀選和分級(jí);
3磨料粒度的分離和分級(jí);
4礫石和砂的分離和分級(jí);
5礦石包括云母、黃金礦石、礦砂等的揀選;
6網(wǎng)球或其運(yùn)動(dòng)用球類的分級(jí);
7彈丸的揀選和分類;
8肥料粒料的分級(jí);
9研磨介質(zhì)的揀選;
10金屬及陶瓷粉的分級(jí);
11滾珠軸承的分級(jí);
12對堅(jiān)果如澳洲堅(jiān)果屬的殼的揀選;
13催化劑粒料的分級(jí);
14粒狀材料中形狀分布的數(shù)量和質(zhì)量的鑒定。
實(shí)例1(對照)具有直徑范圍在0.85至1.18毫米的一批陶瓷珠用傳統(tǒng)裝置以鑒定其球形度。球形度被表達(dá)成基本上為圓球體的粒子的質(zhì)量對粒狀原料的質(zhì)量的比值。
球形度的測定是通過讓陶瓷珠通過一傾斜震動(dòng)板并在適當(dāng)?shù)牡胤绞占切┫鄬τ谕Ａ粼诎迳系牧Ｗ硬糠侄允亲杂傻貪L動(dòng)通過該板表面的粒子部分。用此法測定的粒子的球形度為47%。
實(shí)例2在對照實(shí)例1中所用的相同陶瓷珠試樣被導(dǎo)入到一如圖2中簡圖所示的“級(jí)聯(lián)”揀選設(shè)備中。
該珠為充分圓的只是球形度不同。
在這鑒定中應(yīng)用了10個(gè)圖1中簡略示出的標(biāo)準(zhǔn)型單元級(jí)聯(lián)而構(gòu)成分離設(shè)備，并以500公斤/公尺寬小時(shí)的最佳速率饋送原料。
以5個(gè)部分收集被揀選的陶瓷珠，將各個(gè)部的重量稱出并鑒定其球形度。
其結(jié)果列于表1中。
表1部分號(hào) %重量 球形度1 16.8 74%2 30.2 55%3 33.5 40%4 16.1 27%5 3.4 23%1000上表中所列出的結(jié)果清楚證明按照本發(fā)明的設(shè)備對基于球形度的選擇性粒子揀選、分離和分類是有效的。通過適當(dāng)?shù)母牧迹嘈旁撛O(shè)備同樣可用于在基于其它如密度、回彈性、形狀等物理性質(zhì)對粒狀材料進(jìn)行分別地揀選或分類。
權(quán)利要求
1.用于粒狀材料的分離的設(shè)備，其特征在于該設(shè)備包含一分離裝置，所述裝置包括一沖擊表面以將在重力影響下饋送到所述沖擊表面的粒子從所述表面偏折，從而使所述粒子沿著作為各個(gè)所述粒子的物理性質(zhì)的函數(shù)所相應(yīng)的偏折路徑從所述表面被偏折；及至少一個(gè)分散裝置以選擇性地將所述被偏折粒子的一部分導(dǎo)向一相應(yīng)的收集區(qū)中。
2.按權(quán)利要求
1所述的設(shè)備，其特征在于該設(shè)備包含一多個(gè)分散裝置，每個(gè)分散裝置的相應(yīng)收集區(qū)與一順次的分散裝置的相應(yīng)饋送區(qū)連通，從而使一粒狀供料的已選擇性地分散部分經(jīng)受進(jìn)一步的分離。
3.按權(quán)利要求
1或2所述的設(shè)備，其特征在于所述設(shè)備還包括用以以一薄簾流狀饋送一粒狀供料到所述沖擊表面上的裝置。
4.按權(quán)利要求
3所述的設(shè)備，其特征在于其中所述沖擊表面包含一板狀元件，所述板狀元件為平坦的、彎曲的或有紋理的，或它們的各種組合。
5.按權(quán)利要求
4所述的設(shè)備，其特征在于其中所述沖擊表面是可相對于流向所述表面的粒狀材料流的方向進(jìn)行角度調(diào)節(jié)。
6.按權(quán)利要求
5所述的設(shè)備，其特征在于所述設(shè)備包括用以使與所述沖擊表面接觸的粒子的動(dòng)能選擇性地變化的裝置。
7.按權(quán)利要求
6所述的設(shè)備，其特征在于其中所述分散裝置包含至少一個(gè)在相鄰的收集區(qū)間的隔板，所述至少一個(gè)隔板適配成以改變一個(gè)或多個(gè)所述收集區(qū)的位置和/或面積。
8.按權(quán)利要求
7所述的設(shè)備，其特征在于其中所述分散裝置包含一個(gè)或多個(gè)葉片狀元件安排成橫切從該沖擊表面導(dǎo)出的粒子流以分散所述粒子流成各具有不同物理特性的粒子的部分。
9.按權(quán)利要求
8所述的設(shè)備，其特征在于其中所述一個(gè)或多個(gè)葉片狀元件是角度可調(diào)節(jié)的。
10.分離粒狀材料的方法，其特征在于所述方法的步驟包括容許一粒狀材料在重力的影響下與粒子分離裝置的沖擊表面接觸，從而使粒子循著作為各個(gè)所述粒子的物理性質(zhì)的函數(shù)的相應(yīng)偏折路徑從所述沖擊表面被偏折;及通過分散裝選擇性地分散至少一部分所述被偏折粒子到一與所述粒子分離裝置相關(guān)聯(lián)的相應(yīng)收集區(qū)。
11.按權(quán)利要求
10所述的方法，特征在于其中在一粒子分離裝置的收集區(qū)中被收集的粒子在重力影響下被導(dǎo)向一個(gè)或多個(gè)粒子分離裝置的相應(yīng)沖擊表面上與之接觸以便進(jìn)行順次的分離步驟，所述粒子循著作為各個(gè)所述粒子的物理性質(zhì)的函數(shù)的相應(yīng)偏折路徑而順次地被偏折;及，通過分散裝置順次地選擇性地分散至少一部分所述被偏折粒子到一相應(yīng)的順次的收集區(qū)。
12.按權(quán)利要求
10或11所述的方法，其特征在于其中待分離的粒狀材料以受控流量饋送到所述沖擊表面上。
13.按權(quán)利要求
12所述的方法，其特征在于其中所述粒狀材料是成薄簾流狀粒流饋送的。
專利摘要
一粒子分離設(shè)備被設(shè)計(jì)成能基于包括球形度、密度和回彈性等不同物理性質(zhì)而分離粒狀物質(zhì)。粒子在重力影響下以薄簾布狀粒流饋送到傾斜的沖擊板(9)上以導(dǎo)致各個(gè)粒子沿著作為不同的物理性質(zhì)的函數(shù)的不同偏析路徑上從該板上偏析過去。通過一可調(diào)節(jié)分散板(10)被偏析的粒子流被分散到收集區(qū)(5，6)中。每個(gè)獨(dú)立分離單元(1)是標(biāo)準(zhǔn)型的并可組裝成一級(jí)聯(lián)連接以實(shí)現(xiàn)按照需要的分離粒子的各種部分。
文檔編號(hào)B07B13/00GK87104432SQ87104432
公開日1988年2月24日 申請日期1987年5月26日
發(fā)明者彼得·多內(nèi)克 申請人:科馬爾科鋁有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan