PL166169B1 - Sposób oddzielania pneumograwitacyjnego wartosciowych substancji mineralnych z materialu sypkiego oraz urzadzeniedo oddzielania pneumograwitacyjnegowartosciowych substancji mineralnych z materialów sypkich Uprawniony z patentu:Avny Industries Corporation Spólka z o.o.BialystokPL PL PL PL - Google Patents

Abstract

1. Sposób oddzielania pneumograwitacyjnego wartosciowych substancji mineralnych z materialu syp- kiego zawierajacego skladniki mineralne, znamienny tym, ze sypki material zawierajacy skladniki mineralne wprowadza sie do komory flotacyjnej urzadzenia do od- siewania pneumograwitacyjnego posiadajacej co najmniej jeden wlot i liczne wyloty, przez która moze przeplywac strumien flotacyjny od co najmniej jednego wlotu do przynajmniej jednego wylotu, poddaje sie ten surowiec flotacji przez jego zetkniecie ze strumieniem flotacyjnym o okreslonej z góry predkosci przeplywu powietrza, wy- starczajacej aby spowodowac rozdzielenie tego surowca na co najmniej jedna wartosciowa frakcje mineralna, któ- ra wytraca sie ze strumienia flotacyjnego w wyniku gra- witacyjnego opadania tej frakcji ze strumienia pod cieza- rem wartosciowej substancji mineralnej oraz na frakcje odpadowa pozostajaca w strumieniu flotacyjnym oraz zbiera sie te co najmniej jedna wytracona wartosciowa frakcje mineralna przy jednym z wymienionych wylotów komory flotacyjnej, a pozostala odpadowa frakcje przy innym z wylotów. 18. Urzadzenie do oddzielania pneumograwitacyj- nego wartosciowych substancji mineralnych z materialów sypkich zawierajacych skladniki mineralne, znamienne tym, ze obejmuje komore flotacyjna PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób oddzielania pneumograwitacyjnego wartościowych substancji mineralnych z materiału sypkiego oraz urządzenie do oddzielania pneumograwitacyjnego wartościowych substancji mineralnych z materiałów sypkich. W szczególności wynalazek stanowi opracowanie sposobu i urządzenia do pozyskiwania zasadniczo czystych substancji mineralnych, a także innych cennych surowców wtórnych z takich materiałów sypkich jak popioły lotne, żużel i tym podobne.

Dotychczas proponowano szereg metod i urządzeń do pozyskiwania i odzyskiwania surowców mineralnych z takich materiałów jak popioły lotne, żużel i tym podobne.

Przykładowo amerykańskie opisy patentowe nr 3 1 75 900, 3 5571 533,

819 363, 3 843 351, 3 932 171, 3 945 557, 4 002 766, 4 082 832, 4 0-48 285,

225 565, 4 454 013,

2552 577, 4 4774 535,

310 050, 4 508 040,

337 900, 4 610 722.

361 4141, 4 617 180,

293 978, 4 652

410 358, 4 668 352,

783 \(^7,

177 060, 7 436 5^<^, 4 789 532,

Re 28 750 oraz brytyjskie opisy patentowe nr 1 273 523 i 1 317 888 przedstawiają rozmaite procesy techniczne i urządzenia do pozyskiwania i odzyskiwania różnorodnych surowców mineralnych z rozmaitych zasobów surowcowych.

Znane sposoby i urządzenia miały jednakże zazwyczaj wady, które nie pozwalały na ich gospodarczo użyteczne wykorzystania. Niektóre procesy były zbyt energochłonne, inne wymagały użycia ekonomicznie nieopłacalnych ilości reagentów lub innych elementów sposobów. Jeszcze inne sposoby były zbyt powolne lub zbyt skomplikowane. Były też takie propozycje, które nie rozwiązywały w sposób ekologicznie lub ekonomicznie zadowalający problemu materiałów odpadowych albo nawet stwarzały dodatkowe problemy związane z ochroną środowiska. Przykładowo niektóre z dawniejszych rozwiązań wymagały nadmiernie kosztownych i skomplikowanych systemów oczyszczania gazów oraz innych urządzeń zmniejszających zanieczyszczenie środowiska, zwłaszcza zaś atmosfery.

Obecny wynalazek opracowany został w odpowiedzi na wyżej wymienione niedostatki dotychczasowego stanu techniki.

Ogólnym celem wynalazku jest ulepszenie sposobów wyodrębniania zasadniczo czystych frakcji mineralnych takich jak tlenek glinu (korund) i tlenek tytanu z surowców zawierających składniki mineralne, korzystnie z surowców odpadowych takich jak popiół lotny, pył piecowy, żużel, odpady po procesach odlewniczych i innych procesach metalurgicznych, odpady kopalniane, piasek morski i tym podobne.

Celem wynalazku jest także dostarczenie ekonomicznie uzasadnionej korzystnej dla środowiska i opłacalnej handlowo technologii wyodrębniania zasadniczo czystych frakcji mineralnych.

Dalszym celem wynalazku jest dostarczenie handlowo opłacalnych sposobów wyodrębniania produktów ubocznych obok zasadniczo czystych frakcji mineralnych, najlepiej z surowców odpadowych takich jak popiół lotny, pył piecowy, żużel, odpady po procesach odlewniczych i innych procesach metalurgicznych, odpady kopalniane, piasek morski i tym podobne.

166 169

Jeszcze dalszym celem wynalazku jest dostarczenie sposobu odzyskiwania tlenku glinu, tlenku tytanu, żelaza, chromu, niklu, kobaltu, ołowiu, cynku, miedzi, cyrkonu i innych cennych pierwiastków oraz innych wartościowych produktów ubocznych z surowców odpadowych pochodzących z odlewni, elektrowni, wysypisk śmieci, procesów zmierzających do redukcji zanieczyszczenia środowiska jak przykładowo z prac przy oczyszczaniu dna morskiego i tym podobnych źródeł w taki sposób, aby wyeliminować problemy środowiskowe powodowane przez eksploatację surowców oraz tak, aby w rezultacie stosowania obecnego wynalazku nie pojawiły się żadne dodatkowe kłopoty związane z ochroną środowiska naturalnego.

Bardziej konkretnie, celem wynalazku jest dostarczenie jednostopniowego sposobu wyodrębniania cennych substancji mineralnych z materiałów sypkich zawierających składniki mineralne metodą pneumatyczno-grawitacyjną w urządzeniu do realizacji takiej metody, przy czym wynalazek ma na celu wykorzystanie pozyskanych materiałów bezpośrednio lub też poddanie ich dalszej obróbce nie będącej przedmiotem obecnego wynalazku, w której obecny wynalazek stanowi pierwszy etap.

Wynalazek udostępnia gospodarczo korzystne, wysoce opłacalne i zbawienne dla środowiska sposoby i urządzenie do przerobu sypkich odpadów mineralnych w celu pozyskania z nich zasadniczo czystych surowców. Oprócz pozyskania cennej zawartości mineralnej z surowców sypkich sposoby według wynalazku zapewniają także pozyskiwanie i odzyskiwanie cennych handlowo produktów ubocznych, o znacznej użyteczności, nadających się do wykorzystania np. jako materiały budowlane, wypełniacze spoiwa i tym podobne. Objęty wynalazkiem sposób zapewnia utylizację wszelkich surowców sypkich przy znacznych korzyściach dla środowiska.

W zależności od typu surowca do przerobu, jego składu, pożądanego stopnia czystości produktu końcowego i innych zmiennych podlegających każdorazowo ocenie, obecny wynalazek nadaje się do wykorzystania w procesie jednofazowym lub wielofazowym (dalsze fazy nie są objęte obecnym wynalazkiem). W procesie wielofazowym, korzystnie dwustopniowym, wykorzystuje się fizyczne i chemiczne sposoby rozdziału lub tylko jeden z nich w celu osiągnięcia pożądanego stopnia wyekstrahowania i odzyskania zawartości mineralnej z surowca oraz pozyskania innych cennych produktów ubocznych z pozostałości po przeprowadzonym postępowaniu.

Sposób oddzielania pneumograwitacyjnego wartościowych substancji mineralnych z materiału sypkiego zawierającego składniki mineralne, według wynalazku polega na tym, że sypki materiał zawierający składniki mineralne wprowadza się do komory flotacyjnej urządzenia do odsiewania pneumograwitacyjnego posiadającej co najmniej jeden wlot i liczne wyloty, przez którą może przepływać strumień flotacyjny od co najmniej jednego wlotu do przynajmniej jednego wylotu, poddaje się ten surowiec flotacji przez jego zetknięcie ze strumieniem flotacyjnym o określonej z góry prędkości przepływu powietrza, wystarczającej aby spowodować rozdzielenie tego surowca na co najmniej jedną wartościową frakcję mineralną, którą wytrąca się ze strumienia flotacyjnego w wyniku grawitacyjnego opadania tej frakcji ze strumienia pod ciężarem wartościowej substancji mineralnej oraz na frakcję odpadową pozostającą w strumieniu flotacyjnym oraz zbiera się tę co najmniej jedną wytrąconą wartościową frakcję mineralną przy jednym z wymienionych wylotów komory flotacyjnej, a pozostałą odpadową frakcję przy innym z wylotów.

Zgodnie z wynalazkiem, korzystnie sypki materiał zawierający składniki mineralne zwilża się przed wprowadzeniem do komory flotacyjnej roztworem kwasu siarkowego.

Korzystnie, utrzymuje się szybkość przepływu strumienia flotacyjnego w granicach od 2 do 25 m/s.

Korzystnie, obróbce poddaje się materiał sypki o ziarnach o promieniu mniejszym niż około 0,1 mm.

Korzystnie, obróbce poddaje się materiał sypki otrzymywany przez kruszenie surowca stałego zawierającego składniki mineralne.

16(6169

Korzystnie, obróbce poddaje się materiał wybrany z grupy obejmującej: popioły lotne, pył piecowy, żużel, węgiel, odpady odlewnicze i metalurgiczne, odpady kopalniane, piasek morski i ich mieszaniny.

Korzystnie, odpady odlewnicze stanowią żużel wytworzony w procesie produkcji żelazo-chromu. Korzystnie też stosuje się popiół lotny wytwarzany z żużla wielkopiecowego.

Korzystnie, materiał sypki traktuje się roztworem kwasu siarkowego przed wprowadzeniem do komory flotacyjnej.

Korzystnie, w sposobie według wynalazku jako wartościową frakcję mineralną zbiera się frakcję należącą do grupy obejmującej: tlenek glinowy, tlenek tytanu, żelazo, chrom, nikiel, kobalt, ołów, cynk., miedź, cyrkon i ich mieszaniny, zaś zebraną frakcję odpadową poddaje się dalszej obróbce w celu wytworzenia materiału budowlanego o cechach cementu.

W szczególności, sposób pozyskiwania substancji mineralnych z materiału sypkiego, zawierającego składniki mineralne, według wynalazku polega na tym, że materiał sypki wprowadza się do urządzenia do oddzielania pneumograwitacyjnego posiadającego podłużną komorę flotacyjną z pierwszym wlotem i pierwszym wylotem, środki do wprowadzania powietrza do tej komory przez pierwszy wlot oraz wymuszania przepływu przez komorę i opuszczenia jej przez pierwszy wylot, drugi wlot do wprowadzania materiału sypkiego do tej komory, tak aby możliwy był jego kontakt ze strumieniem flotacyjnym, usytuowany w komorze flotacyjnej w dostatecznej odległości od pierwszego wylotu, aby mogła wydzielić się co najmniej jedna frakcja mineralna i opaść ze strumienia flotacyjnego w wyniku osadzania grawitacyjnego pod ciężarem substancji mineralnych zawartych w tej frakcji i odbiera się z tego urządzenia co najmniej jedną taką frakcję mineralną.

Korzystnie, w sposobie tym materiał sypki wprowadza się do komory flotacyjnej przez drugi wlot usytuowany w odległości od pierwszego wylotu określonej wzorem:

C

Fd²/_C w którym C oznacza odległość poziomą pomiędzy drugim wlotem a pierwszym wylotem, C oznacza stały współczynnik obliczony na bazie liczby Reynoldsa, który w przypadku laminarnego przepływu powietrza przez komorę flotacyjną wynosi 18, V oznacza prędkość gazu (powietrza) przepływającego przez komorę flotacyjną, Mg oznacza dynamiczną lepkość gazu, F oznacza pole przekroju komory flotacyjnej, d oznacza średnią średnicę cząstek wprowadzanych do komory flotacyjnej, y_c oznacza ciężar właściwy cząstek, zaś H oznacza wysokość komory.

W sposobie według wynalazku materiał sypki wprowadza się do komory flotacyjnej przez drugi wlot z konstrukcją umożliwiającą regulację kąta wprowadzania tego surowca. Korzystnie, materiał sypki wprowadza się do komory flotacyjnej pod kątem około 12-75° w stosunku do kierunku przepływu prądu powietrza przez tę komorę. Korzystnie, w sposobie według wynalazku materiał sypki wprowadza się do urządzenia wyposażonego dodatkowo w mechanizm do przechylania komory flotacyjnej umożliwiający regulację kąta pomiędzy poziomym kierunkiem przepływu prądu powietrza przez tę komorę a osią podłużną tej komory. Korzystnie, kąt pomiędzy poziomym kierunkiem przepływu prądu powietrza przez tę komorę a osią podłużną tej komory reguluje się w granicach od około -60 do +60°.

Wynalazek dotyczy także urządzenia do oddzielania pneumograwitacyjnego wartościowych substancji mineralnych z materiałów sypkich zawierających składniki mineralne, które zgodnie z wynalazkiem obejmuje komorę flotacyjną o kształcie podłużnym, w obudowie, posiadającą pierwszy wlot i pierwszy wylot, środki do wprowadzania powietrza do komory przez pierwszy wlot oraz do wymuszania przepływu powietrza przez komorę flotacyjną w kierunku od pierwszego wlotu do pierwszego wylotu z zapewnieniem strumienia flotacyjnego powietrza w komorze, przepływającego od pierwszego wlotu do pierwszego wylotu oraz drugi wlot do wprowadzania do niej materiału sypkiego i zetknięcia go ze strumieniem flotacyjnym, przy czym drugi wlot umieszczony jest w komorze w dostatecznej odległości od pierwszego wylotu

166 169 aby pozwolić na oddzielenie wartościowych substancji mineralnych zawartych w materiale sypkim w postaci co najmniej jednej wartościowej frakcji mineralnej i jej opadnięcie ze strumienia flotacyjnego w wyniku osadzania grawitacyjnego pod ciężarem wartościowych substancji mineralnych zawartych w tej frakcji i drugi wylot do odbierania wyodrębnionej frakcji mineralnej.

Korzystnie, w urządzeniu według wynalazku odległość pomiędzy drugim wlotem a pierwszym wylotem jest określona wzorem.

CH V Mg

L =-3F d²)_c w którym L oznacza odległość poziomą pomiędzy drugim wlotem a- pierwszym wylotem, C oznacza stały współczynnik obliczony na bazie liczby Reynoldsa, który w przypadku laminarnego przepływu powietrza przez komorę wynosi 18, V oznacza prędkość gazu (np. powietrza) przepływającego przez komorę Mg oznacza dynamiczną lepkość gazu, F oznacza pole przekroju komory, d oznacza przeciętną średnicę cząsteczek materiału sypkiego wprowadzanych do komory przez drugi wlot, y_c oznacza ciężar właściwy cząstek, zaś H oznacza wysokość komory.

W urządzeniu według wynalazku, drugi wlot ma konstrukcję do regulacji kąta a wprowadzania materiału sypkiego do komory. Korzystnie kąt a wynosi 12-75° w stosunku do kierunku przepływu prądu powietrza przez komorę.

Urządzenie według wynalazku ma dodatkowo mechanizm przechylania komory do regulacji kąta β pomiędzy poziomym kierunkiem przepływu prądu powietrza przez komorę a osią podłużną tej komory. Korzystnie, kąt β zawarty jest w granicach od -60 do +60° w stosunku do poziomego kierunku przepływu powietrza.

Konstrukcja komory flotacyjnej według wynalazku może mieć przekrój prostokątny, kwadratowy, okrągły lub inny odpowiedni, aby tylko strumień powietrza wpadał do komory przez otwór wejściowy z jednej strony i przepływał przez komorę do otworu wyjściowego z drugiej strony. Materiał sypki jest wprowadzany do komory przez oddzielny otwór, położony w dostatecznej odległości od wylotu powietrza z komory, aby zapewnić optymalne odsianie składników mineralnych z poddanych obróbce materiałów sypkich.

Jak wspomniano wyżej, korzystnie zwilża się surowiec roztworem kwasu siarkowego przed wprowadzeniem go do urządzenia według wynalazku, w celu przereagowania cząstek aktywnych z kwasem, tak aby zwiększyć ciężar właściwy tych cząstek i aby dzięki temu zmniejszyć prawdopodobieństwo zlepiania się lub zbrylania tych cięższych cząstek wewnątrz komory w trakcie przedmuchu. Materiał sypki winien być wprowadzany do komory pod kątem o wartości pomiędzy 12 a 75° względem osi kierunku laminarnego przepływu powietrza z jednej strony komory na drugą. Prędkość zaś przepływu powietrza przez komorę winna być utrzymywana w granicach od około 2 m/s dla lżejszych cząstek aż do około 25 m/s dla cząstek najcięższych, takich jak tlenek ołowiu o ciężarze właściwym około 13 g/dm³. Stwierdzono, że prędkość przepływu poniżej około 2 m/s nie powoduje odsiewania cząstek.

Urządzenie według wynalazku wyposażone jest w mechanizm przechylania komory, do regulacji kąta p, co pozwala na dobór czasu i odległości przebywanej przez cząstki, zanim dostaną się w strumień powietrza. Kąt ten korzystnie zawiera się w granicach od -60 do 0° (w płaszczyźnie poziomej), co pozwala przejąć lżejsze cząstki zwiększając czas i odległość zanim zostaną one porwane przez strumień powietrza oraz od około +60 do około 0° (w płaszczyźnie poziomej) aby przejąć cięższe cząstki przez zmniejszenie tych parametrów.

Zgodnie z wynalazkiem stosuje się technikę pneumograwitacyjną do pozyskiwania z materiału sypkiego takich produktów mineralnych jak koncentraty metali i ich tlenki. W innych stadiach przerobu, nie objętych obecnym wynalazkiem, możliwa jest obróbka chemiczno-cieplna surowca lub też obróbka za pomocą plazmy produktu końcowego oddzielania pneumograwitacyjnego w celu pozyskania zasadniczo czystych produktów mineralnych oraz wydzie8

166 169 lenia dalszych produktów ubocznych, które wykorzystane mogą być samodzielnie lub w połączeniu z innymi odpadowymi pozostałościami z procesu oddzielania pneumograwitacyjnego jako materiały budowlane, takie jak produkty cementopodobne, wypełniacze i tym podobne.

W korzystnym przykładzie realizacji wynalazku materiał sypki zawierający składniki mineralne, o cząstkach mających promień mniejszy niż około 0,1 mm wprowadza się do rozdzielacza pneumograwitacyjnego szczegółowo opisanego poniżej, z komorą flotacyjną wyposażoną w co najmniej jeden wlot i wiele wylotów. Wentylator, dmuchawa lub inne podobne urządzenie wprowadza do komory powietrze i powoduje, że powietrzny strumień flotacyjny przepływa od co najmniej jednego wlotu do co najmniej jednego wylotu, zaś materiał sypki wchodzi w kontakt z tym flotacyjnym strumienia powietrza o z góry określonej prędkości przepływu. Prędkość ta musi być dostateczna aby materiał sypki pod wpływem tego strumienia rozdzielił się dając frakcję surowca mineralnego, która następnie opada ze strumienia powietrza flotacyjnego.

W tym celu materiał sypki wprowadza się do komory flotacyjnej przez co najmniej jeden wlot umieszczony w określonej odległości poziomej od miejsca doprowadzenia powietrza oraz pod uprzednio wyznaczonym kątem w stosunku do osiowego kierunku przepływu strumienia przez komorę.Ta frakcja mineralna opada ze strumienia pod ciężarem surowca mineralnego zawartego we frakcji, pozostawiając uniesioną w strumieniu powietrza flotacyjnego niewytrącającą się odpadową frakcję ziarnistą.

Ta uniesiona frakcja ziarnista zostaje zebrana ze strumienia flotacyjnego dla dalszej obróbki w celu pozyskania cennych materiałów budowlanych, w tym mieszanek cemento-podobnych, wypełniaczy i tym podobnych. W zalecanej wersji realizacji wynalazku zebrane frakcje odpadowe zawierają takie materiały, jak tlenek glinu (korund), tlenek tytanu, sole chromu i żelaza, a także wolne pierwiastki i różne inne związki i składniki pierwiastkowe pochodzące z najrozmaitszych surowców wyjściowych, które można poddać obróbce metodami stanowiącymi przedmiot niniejszego wynalazku. Obróbka pneumograwitacyjna według wynalazku daje w wyniku znaczną poprawę czystości pozyskanych składników mineralnych, chociaż lepiej jest poddać je kolejnym fazom przetwarzania, bądź to za pomocą dalszego odsiewania pneumograwitacyjnego, bądź poprzez inne techniki pozyskiwania, aby osiągnąć jeszcze wyższy stopień ich czystości.

W wyniku rozdziału pneumograwitacyjnego zgodnie z wynalazkiem zbiera się opadające frakcje mineralne i korzystnie poddaje się je dalszej obróbce sposobem nie objętym niniejszym wynalazkiem metodą przeróbki chemiczno-cieplnej przy użyciu nowego reaktora plazmowego, którego szczegółowy opis przedstawiono w opisie patentowym nr 165331 (zgłoszenie wynalazku nr P-289214). W reaktorze tym frakcja mineralna pozyskana zgodnie z obecnym wynalazkiem poddawana jest odsianiu za pomocą plazmy, aby osiągnąć wyższy stopień czystości pozyskanych substancji mineralnych. W wyniku zastosowania tej dodatkowej obróbki otrzymuje się z frakcji wydzielonych w sposobie według wynalazku zasadniczo czyste produkty mineralne.

W takim kompleksowym sposobie przerobu materiałów sypkich zawierających składniki mineralne, którego część stanowi sposób według wynalazku, odrębną fazę - nie objętą obecnym wynalazkiem - stanowi odsiewanie plazmowe. Frakcje mineralne w postaci sypkiej wprowadza się do komory reakcyjnej reaktora plazmowego. Zaleca się aby przeciętna średnica cząstek mineralnych poddawanych obróbce nie przekraczała 0,1 mm. Do tej komory reakcyjnej wprowadza się z kolei strumień gazu plazmowego. Gaz zostaje zjonizowany aby wytworzyć łuk plazmowy w strefie reakcji pomiędzy katodą a wielosegmentową anodą reaktora, gdzie następuje podgrzanie do temperatury około 10000°K. Reaktor ma taki kształt i wymiary, aby łuk plazmowy mógł szybko wirować wokół wielosegmentowej anody. Frakcje sypkie zostają poddane temu ruchowi, dzięki czemu cząstki muszą przejść przez plazmę pożądanym torem spiralnym. Korzystnie, pożądane obroty plazmy przewyższają 15000 obr./min. i wynoszą od 15000 do 30000 obr./min. Za najkorzystniejszą uważa się prędkość 16000 obr./min.

Reaktor plazmowy nie objęty obecnym wynalazkiem skonstruowany jest tak, aby wytworzyć obrotowe wyładowanie łuku plazmy pomiędzy dwoma stacjonarnymi układami elek166 169 trod. Gdy pomiędzy parą elektrod (to znaczy pomiędzy katodą i anodą) przepływa dostatecznie duże napięcie następuje wyładowanie łukowe wytwarzające plazmę. W korzystnym przykładzie realizacji anodę stanowi wieloczłonowy pierścień, w którym każdy człon jest elektrycznie odizolowany od pozostałych. Każdy z nich jest zarazem elektrycznie połączony z obszarem stałego potencjału, czyli uziemiony za pomocą pary cewek cylindrycznych (solenoidów) ułożonych po obu stronach członu anody pod kątem 90°. Oś każdej takiej cewki jest równoległa do linii wytyczonej od środka komory reakcyjnej do przyłączonego do niej członu anody. Wyładowanie plazmowe od katody do danego członu anody, a następnie do ziemi powoduje ładowanie odpowiedniej pary cewek cylindrycznych. Wywołane w ten sposób pole magnetyczne powoduje obrót łuku plazmowego ku kolejnemu członowi anody. Proces ten powtarza się dając w wyniku szybkie obroty łuku:

Ponadto, w reaktorze plazmowym współosiowa cewka cylindryczna otacza krawędź strefy reakcji. Jest ona współosiowa z linią łączącą katodę z anodą. Cewka współosiowa' wytwarza drugie pole magnetyczne, które dodatkowo przyśpiesza obroty łuku plazmowego, przekształcając prędkość kątową plazmy w prędkość liniową, po obwodzzie.

Do wytwarzania plazmy W generatorze stosuje się różne gazy w zależności od składu obrabianego surowca. Należą tu rozmaite gazy utleniające takie jak powietrze atmosferyczne lub tlen, gazy redukujące, jak wodór i gazy obojętne, jak argon i inne gazy szlachetne.

Tak więc cząstki przechodząc przez łuk zostają podgrzane do temperatur przekraczających ich temperatury topnienia i przechodzą w stan ciekły. Reaktor plazmowy ma ponadto taki kształt i wymiary, aby pomieścić strefę chłodzenia, przez którą ciecz opuszcza strefę reakcji z plazmą, przechodząc przez gradienty coraz niższych temperatur, gdy pożądane składniki mineralne w zasadniczo czystej postaci pierwiastków lub związków stygną i tężeją do stosunkowo gęstej postaci sypkiej. Również podgrzane pozostałości cząstek wprowadzonych na początku albo krystalizują, w strefie chłodzenia w postaci pyłu o stosunkowo niskiej gęstości, albo tamże odparowują w postaci gazów w wyniku poddania ich najpierw działaniu plazmy, a następnie ochłodzeniu. Ponadto budowa reaktora obejmuje strefę przedmuchu o odwrotnym kierunku, do której przechodzą materiały ciekłe, pyliste i gazowe po opuszczeniu strefy chłodzenia. W tej strefie przedmuchu materiały te zostają poddane odwrotnemu prądowi powietrza w sposób i przy użyciu aparatury, która zostanie opisana szczegółowo w dalszej części opisu. Po przejściu przez taki odwrotny prąd powietrza wartościowe skroplone substancje mineralne zostają doprowadzone do swej zasadniczo czystej postaci sypkiej, natomiast pozostałe składniki pyliste i gazowe zostają usunięte z produktu końcowego przez przeciwprąd powietrza i zebrane oddzielnie.

W wyniku dodatkowego odsiewania chemiczno-cieplnego przy użyciu opisanego wyżej reaktora plazmowego, z poddanych takiej obróbce surowców wyodrębnione zostają zasadniczo czyste substancje mineralne o poziomie czystości przekraczającym 95%. Ponadto w zależności od swego składu, pozostałe składniki pyliste i gazowe, oddzielone od zebranych wartościowych substancji mineralnych, mogą być poddane dalszej obróbce i stać się źródłem innych użytecznych, zasadniczo czystych frakcji. Inna możliwość polega na użyciu takich materiałów odpadowych jako cennych produktów ubocznych procesu.

Wynalazek bliżej zostanie omówiony w oparciu o załączone rysunki, na których fig. ' 1 przedstawia schemat blokowy procesu przerobu popiołów lotnych, którego część stanowi sposób według wynalazku, fig. 2 - schemat blokowy procesu przerobu żużla metalurgicznego będącego odpadem po produkcji żelazo-chromu, którego część stanowi sposób według wytaly.zku, fig. 3 - schemat blokowy procesu przerobu odpadów pogalwanicznych, którego część stanowi sposób według wynalazku, fig. 4 - schemat blokowy procesu przerobu piasku morskiego, którego część stanowi sposób według wynalazku, fig. 5 - urządzenie do oddzielania pneumograwitacyjnego według wynalazku, w przekroju w rzucie bocznym, fig. 6 - urządzenie do odsiewania chemiczno-cieplnego w przekroju w rzucie bocznym, fig. 7 - reaktor plazmowy uwidoczniony na rysunku fig. 6 w widoku z góry z projekcją od katody do wieloczłonowego zes10

166 169 połu anody, a fig. 8 przedstawia schematycznie szczegółowe wzajemne położenie katody i wieloczłonowej anody z rysunku fig. 7 z odsłoniętym przekrojem ich części.

Rysunki fig. 1-4 przedstawiają schematy blokowe procesów przerobu różnych surowców sypkich zawierających składniki mineralne, różniące się między sobą szczegółami zależnymi od składu surowca, jego postaci fizycznej, zawartości mineralnej i innych podobnych względów.

Surowcem poddawanym obróbce według schematu blokowego procesu przedstawionego na rysunku fig. 1 jest świeżo wyprodukowany, suchy popiół lotny pochodzący ze spalania węgla w elektrociepłowni. W związku z tym należy zauważyć, że użyty tutaj świeży popiół był dostatecznie miękki i można go było poddawać obróbce bez zmielenia do postaci sypkiej. Gdyby jednak używano popiołu z usypiska rezerwowego lub hałdy narastającej przez dłuższy czas - liczony nawet w latach - konieczne byłoby mielenie używanego jako surowiec popiołu na cząstki odpowiedniej wielkości, aby stosowany sposób przerobu według obecnego wynalazku mógł przynieść zadowalające wyniki.

Skład używanego do przerobu popiołu lotnego może się nieco zmieniać w zależności od paliwa. Zawsze jednak głównymi składnikami popiołu lotnego są krzem i glin, a wśród składników drugorzędnych znajduje się wapń, żelazo, tytan i magnez. Można się również spodziewać śladowych ilości ołowiu, rtęci, srebra, manganu i chromu. Zwykle stosowany w sposobie według wynalazku popiół lotny zawiera następujące związki:

SiO2	50-56%
Al2O3	21-28%
CaO	2-4%
Fe2°3	7-12%
TiO2	M^/o
MgO	223%

Przykład I. Zebrano 10 kg suchego popiołu lotnego świeżo wytworzonego z węgla podczas codziennej pracy elektrociepłowni. Ta 1.0-kilogramowa próbka miała następujący skład procentowy wyrażony w procentach wagowych:

SiO2	515°%
Al2O3	26,6%
CaO	2,6%
Fe-O;	113%
TiO2	1,2%
MgO	2,1%
Inne	4,7%

Ta próbka popiołu lotnego została wprowadzona do komory urządzenia do oddzielania pneumograwitacyjnego typu przedstawionego na rysunku fig. 5. Po wprowadzeniu do komory popiół został potraktowany 1 litrem 5% roztworu kwasu siarkowego; popiół wszedł w reakcję z kwasem i utworzył sypką frakcję siarczanową o wysokiej gęstości, co sprzyjało osadzaniu się aktywnych cząstek w dalszych fazach procesu.

W urządzeniu do oddzielania pneumograwitacyjnego cząstki wchodziły w styczność z laminarnym strumieniem powietrza flotacyjnego przepływającym przez komorę od wlotu po jednej stronie do wylotu po drugiej stronie komory. Prędkość powietrza wynosiła 2 m/s, a w miarę jak cząstki były przedmuchiwane przez komorę, cięższe ziarna, w tym Al₂03 i TiO₂, opadały ze strumienia flotacyjnego w wyniku osadzania grawitacyjnego, natomiast lżejsze cząstki pozostawały w zasadzie zawieszone w strumieniu flotacyjnym. Mineralna frakcja sypka, wytrącona ze strumienia flotacyjnego ważyła 3,08 kg i miała następujący skład wyrażony w procentach wagowych:

16<6169

Al2O3	68,18%
Al2(SO4)3	9,70%
SiO2	11,37%
TiO2	3,89%
Fe2°3	3,20%
Fe2(SO4)3	1,60%
MgO i MgSO4	0,138%
CaO	1,68%
Ta wytrącona frakcja pylista została zebrana i	przeniesiona do dalszej obróbki w stadium
odsiewania chemiczno-cieplnego w celu wydobycia	z produktu fazy obróbki pneumograwita-
cyjnej substancji mineralnych o wyższej czystości.
Cząstki, które pozostały w strumieniu flotacyjnym, zostały zebrane osobno. Ważyły one
6,92 kg. Skład procentowy tej frakcji odpadowej, wyrażony w procentach wagowych był na-
stępujący:
Al2O3	2,80%
Al2(SO4)3	0,87%
SiO2	66,,0%
FeA	13^2^%
Fe2(SO4)3	1,,5%
CaO	3,00%
TiO2	—
MgO i MgSO4	2^9%
Inne	6,788%

Ta frakcja odpadowa okazała się także wartościowym produktem ubocznym otrzymywanym w wyniku stosowania sposobu według wynalazku, nadającym się do dalszego przetwarzania w celu użycia do produkcji cemento-podobnych mieszanek budowlanych oraz spoiw i wypełniaczy doskonałej jakości.

W stadium odsiewania chemiczno-cieplnego frakcja sypka wytrącona w procesie oddzielania pneumograwitacyjnego według wynalazku wprowadzana była do reaktora plazmowego, przedstawionego na rysunku fig. 6, gdzie przy użyciu powietrza jako gazu wyjściowego wytwarzano plazmę o temperaturze około 10000°K; uzyskano obroty łuku plazmowego wokół uczłonowanej anody z prędkością około 30000 obr./min., co spowodowało wydzielenie użytecznej frakcji mineralnej o ciężarze 2,53 kg z pierwotnie wprowadzonej do komory reakcyjnej próbki materiału sypkiego o ciężarze 3,08 kg. Skład tej frakcji wyrażony w procentach wagowych był następujący:

Al₂0₃ 95,0%

TiO₂ 2,7%

Zanieczyszczenia 2,3%

Tak więc w dwustopniowym procesie uzyskano frakcję Al₂O₃ i TiO., o czystości 97,7% przez stopienie Al₂O₃ i TiCO w plazmie i odzyskanie nierozdzielonego agregatu, który zebrał się na dnie komory reakcyjnej reaktora przedstawionego na rysunku fig. 6.

Frakcja o ciężarze 0,55 kg, stanowiąca pozostałość z pierwotnej próbki o ciężarze 3,08 kg wprowadzonej do reaktora plazmowego, została z tego reaktora usunięta jak to opisano dalej w odniesieniu do urządzenia wskazanego na rysunku fig. 6. Przykładowo większa część magnezu, żelaza i krzemianów z 3,08 kilogramowej próbki została stopiona w plazmie i wykrystalizowała w postaci cząstek pyłu wydmuchniętych następnie z reaktora. Również

166 169 siarczany wyparowały w plazmie tworząc gaz, który został również wydmuchnięty z reaktora. Cała pozostała frakcja o ciężarze 0,55 kg, łącznie z cząstkami pyłowymi i gazowymi, mogła w razie potrzeby zostać zebrana do dalszego przetworzenia.

Przykład II. Na rysunku fig. 2 zilustrowano inny przykład realizacji wynalazku, gdzie jako materiału sypkiego użyto żużla z odlewni wytwarzającej produkty żelazo-chromowe. Należy dodać, że sposobem według wynalazku przerabiano także żużel kopalniany. Próbkę żużla wielkopiecowego pobrano z hałdy. Próbka żużla została przebrana w celu usunięcia zbyt dużych kęsów, a pozostały materiał sypki został poddany magnetycznej technice odsiewania, przy pomocy której kęsy o średnicy większej niż 250 mm zostały oddzielone od pozostałego materiału sypkiego. Ta odsiana frakcja kęsów o średnicy 250 mm i większej zawierała 75% (wagowo) żelaza i 25% wagowo związków chromu. Próbka o ciężarze 10 kg pozostałego surowca sypkiego złożonego z cząstek o mniejszej średnicy miała następujący skład wyrażony w procentach wagowych:

SiO2	25%
	3%
CaO	45%
Fe^O,	7%
MgO	8%
Cr
tlenek chromu	12%
chromiany

Ti 10 kg próbka została następnie poddana skruszeniu i zmieleniu, tak że cząstki zostały zmniejszone do przeciętnej średnicy od około 0,1 do około 0,2 mm. Te zmielone cząstki zostały wprowadzone do komory flotacyjnej urządzenia do oddzielania pneumograwitacyjnego przedstawionego na rysunku fig. 5. W urządzeniu tym cząstki weszły w kontakt z laminarnym strumieniem powietrza flotacyjnego przepływającego przez komorę od wlotu po jednej stronie do wylotu po drugiej stronie komory. Prędkość powietrza wynosiła około 10 m/s i cząstki przedmuchiwane przez komorę wypadały ze strumienia flotacyjnego w dwóch odrębnych frakcjach według ciężaru cząstek. W wyniku opadania grawitacyjnego pierwsza frakcja zawierała cząstki cięższe, zaś druga - lżejsze. Pozyskana pierwsza frakcja mineralna, która opadła ze strumienia flotacyjnego ważyła 5,75 kg została zebrana i poddana znanemu procesowi separacji magnetycznej w celu oddzielenia części (o wadze 3,27 kg) bogatej w żelazo i chrom od drugiej części (o wadze 2,48 kg). Pierwszą część bogatą w żelazo i chrom zebrano. Pozostała druga część o wadze 2,48 kg miała następujący skład wyrażony w procentach wagowych:

Al2O3	6,06%
CaO	66,522%
SiO2	26,21%
Cr2°3	0,41%
Fe2O3	0,40%
MgO	0,41%

Druga frakcja pozyskana w etapie oddzielania pneumograwitacyjnego ważyła 4,3 i miała następujący skład wyrażony w procentach wagowych:

^kg ^Al2^O3

CaO

SiO₂

Cr₂O₃

Fe₂O₃

MgO

3,49%

32,60%

39,56%

5,80%

4,65%

13,90%

166 169

Druga część z procesu separacji magnetycznej, o wadze 2,48 kg połączono z drugą frakcją z oddzielania pneumograwitacyjnego o wadze 4,3 kg, otrzymując połączoną próbkę o wadze 6,78 kg, którą przeniesiono do dalszej obróbki metodą odsiewania chemiczno-cieplnego w celu wydobycia z tego produktu substancji mineralnych o wyższej czystości.

Do połączonej próbki o wadze 6,78 kg dodano około 0,72 kg cząstek węgla otrzymując mieszaninę sypką o wadze 7,5 kg, którą wprowadzono następnie do reaktora plazmowego typu przedstawionego na rysunku fig. 6, gdzie przy użyciu powietrza jako gazu wyjściowego wytwarzano plazmę o temperaturze około 10000°K. Uzyskano obroty łuku plazmowego wokół uczłonowanej anody z prędkością około 30000 obr./min., co spowodowało wydzielenie użytecznej frakcji mineralnej o następującym składzie wyrażonym w procentach wagowych i wadze 0,28 kg:

mieszanka chromu 85% mieszanka żelaza 14% zanieczyszczenia 1%

Tak więc w dwuetapowym procesie pozyskano z surowców sypkich substancje mineralne o czystości 99% i wysokiej procentowej zawartości chromu i żelaza, w ilości około 0,28 kg. Pozostała frakcja zebrana z etapu odsiewania chemiczno-cieplnego w reaktorze takim jaki przedstawiono na rysunku fig. 6, o wadze 6,5 kg zawierała wartościowe składniki nadające się do wytwarzania cennych produktów ubocznych, takich jak materiał podobny do cementu portlandzkiego.

Przykład III. Na rysunku fig. 3 zilustrowano kolejny przykład realizacji wynalazku, w którym jako surowiec do pozyskiwania substancji mineralnych zastosowano pozostałość uzyskaną w procesie galwanicznego wytwarzania wysoko jakościowej stali. Po procesie galwanizacji zebrano pozostałość w postaci osadu, który zawierał w swoim składzie chromiany, siarczany, chlorany, związki żelazowe oraz krzemiany. W szczególności osad zawierał wysoki procent (ponad 50% wagowych) soli chromu.

Na początku osad poddano osuszeniu gorącym powietrzem. Następnie wysuszony materiał zmielono na cząstki o średnicy nie większej niż 2 mm. Tak przygotowany materiał sypki przetransportowano i wprowadzono jako próbkę o ciężarze 10 kg do urządzenia do oddzielania pneumograwitacyjnego typu, jaki przedstawiono na rysunku fig. 5, o zasadzie działania przedstawionej niżej w opisie tego rysunku. Prędkość przepływu lamrnamego strumienia powietrza w komorze flotacyjnej wynosiła około 5 m/s. Ze strumienia flotacyjnego opadła frakcja sypka o ciężarze 4,5 kg, a frakcja odpadowa o ciężarze 5,5 kg pozostała zawieszona w strumieniu flotacyjnym.

Odpadowa frakcja sypka ze stadium rozdziału pneumograwitacyjnego z przewagą soli chromu, chromianów oraz związków żelazowych i żelazawych została zebrana i przeniesiona z kolei do następnego etapu obróbki, to jest do odsiewania chemiczno-cieplnego w celu pozyskania cennej zawartości mineralnej o wyższej czystości niż produkt uzyskany w etapie oddzielania pneumograwitacyjnego.

Cząstki pozostałe w strumieniu flotacyjnym zostały zebrane oddzielnie jako cenny produkt uboczny, nadający się do użytku jako spoiwo lub w kopalniach jako podsadzka.

W etapie odsiewania chemiczno-cieplnego frakcja opadowa z etapu oddzielania pneumograwitacyjnego została wprowadzona do reaktora plazmowego przedstawionego na rysunku fig. 6, gdzie wytworzono plazmę o temperaturze około 10000°K przy zastosowaniu metanu jako gazu redukcyjnego. Łuk plazmowy obracał się wokół ośmioczłonowej anody z prędkością około 30000 obr./min., co spowodowało wydzielenie się zasadniczo czystego chromu pierwiastkowego, soli chromu oraz żelaza pierwiastkowego. Ta mieszanina materiałów chromowych i żelaznych poddana została procesowi odsiewania elektromagnetycznego w celu wyodrębnienia zasadniczo czystych materiałów chromowych od zasadniczo czystego żelaza.

166 169

Przykład IV. Na rysunku fig. 4 zilustrowano kolejny przykład realizacji wynalazku, w którym jako surowiec do pozyskiwania cennych substancji mineralnych wykorzystano piasek czerpany z dna zbiorników takich jak ocean, morze lub jezioro. Najlepiej, aby piasek do tego celu, dalej nazywany piaskiem morskim, był czerpany z pobliża kopalni lub zakładów przemysłowych odprowadzających ścieki do danego zbiornika wody. W niniejszym przykładzie użyto jako źródła substancji mineralnych 10 kilogramową próbkę piasku morskiego. Ta próbka zawierała następujące substancje mineralne w podanych niżej ilościach wyrażonych w procentach wagowych:

ilmenit	28,0%
cyrkon	20,7%
rutyl	7,:?%
monacyt	1,5%
granat	34,2%
amfibol	3,8%
epidot	3,1%
turmalin	1,4%

kilogramową próbkę piasku morskiego wprowadzono najpierw do odsiewacza magnetycznego o słabym polu magnetycznym, do około 5 kilogausów, aby odsiać wysoko magnetyczną frakcję materiałów żelazistych od niemagnetycznych i niżej magnetycznych składników próbki. Wydzielona w ten sposób frakcja wysoko magnetyczna ważyła 2,8 kg i zawierała 97% ilmenitu oraz 3% takich związków mineralnych jak granat, amfibol, epidot i turmalin. Ta frakcja magnetyczna została następnie wprowadzona w postaci sypkiej do reaktora plazmowego typu jaki przedstawiono na rysunku fig. 6, gdzie ten materiał sypki został poddany obróbce chemiczno-cieplnej opisanej w związku z działaniem takiego reaktora. W tym etapie z frakcji bogatej w ilmenit pozyskano żelazo o czystości 98,6% i TiP2 o czystości 99,4%.

Pozostała frakcja niemagnetyczna i niżej magnetyczna ważąca 7,2 kg została przeniesiona z odsiewacza magnetycznego i poddana odsiewaniu elektrostatycznemu przy zastosowaniu potencjału dodatniego do 50 kV. Odsianie elektrostatyczne spowodowało podział poddanej temu procesowi frakcji na dwie porcje. Jedna porcja, złożona z materiałów przewodzących ważyła 2,9 kg, zaś druga porcja złożona z dielektryków i materiałów nieprzewodzących ważyła 4,3 kg.

Pierwsza porcja złożona z materiałów przewodzących zawierała materiały takie jak granat, amfibol, epidot, turmalin i rutyl. Została ona następnie skierowana do dalszej obróbki aby oddzielić materiały półmagnetyczne w niej zawarte od frakcji niemagnetycznej przez poddanie 2,9 kilogramowej próbki odsiewaniu magnetycznemu w silnym polu magnetycznym do 16 kilogausów. Oddzielony materiał półmagnetyczny ważący 1,6 kg stanowił pozostałość procesu. Reszta odsianego materiału ważąca 1,3 kg została zebrana i oczyszczona w kolejnym procesie obróbki elektrostatycznej, w którym usunięto pozostałe jeszcze materiały dielektryczne, zaś materiały przewodzące, ważące 7 kg i zawierające 96% koncentrat rutylowy z 4% dodatkiem zanieczyszczeń takich głównie jak granat oraz cyrkon, amfibol, epidot i turmalin, zebrano i poddano obróbce w reaktorze plazmowym typu przedstawionego na rysunku fig. 6 i działającego zgodnie ze szczegółowym opisem podanym poniżej. Mieszanina uzyskana w wyniku obróbki chemiczno-cieplnej w reaktorze plazmowym zawierała TiO_:? o czystości 99,8%.

Ponadto, jak wspomniano wyżej, zebrano drugą porcję materiałów dielektrycznych i nieprzewodzących, ważącą 4,3 kg, którą również poddano odsiewaniu magnetycznemu w silnym polu magnetycznym do 16 kilogausów, co spowodowało wydzielenie dwu dodatkowych frakcji. Jedna z nich zawierała mineralne materiały magnetyczne i ważyła 0,5 kg. Ta frakcja magnetyczna zawierała monazyt o czystości 98% oraz 7% zanieczyszczeń takich jak cyrkon, granat, amfibol, epidot i turmalin. Tę 98% frakcję monazytu zebrano i poddano obróbce w reaktorze plazmowym w celu pozyskania tlenków lantanu o czystości 99,3%.

166 169

Frakcja niemagnetyczna wyodrębniona z wymienionych wyżej dwu frakcji ważyła 4,15 kg. Została ona przeniesiona do dalszego odsiewu elektrostatycznego, gdzie pozyskano koncentrat cyrkonu jako produkt dielektryczny odsiewania elektrostatycznego oraz pozostałość przewodzącą. Koncentrat cyrkonu ważył 2,1 kg i zawierał 97% ZrSiO4 i 3% zanieczyszczeń, złożonych głównie z rutylu i niewielkich ilości innych materiałów takich jak granat, amfibol, epidot i turmalin. Ten koncentrat cyrkonu również poddano obróbce chemiczno-cieplnej w reaktorze plazmowym typu opisanego i przedstawionego na rysunku fig. 6, w celu uzyskania ZrO2 o czystości 99,5% oraz SiO2 o czystości 99,8%.

Wyodrębniony materiał przewodzący o ciężarze 2,05 kg stanowił pozostałość procesu, którą połączono następnie z pozostałościami poprzednich stadiów i potraktowano łącznie jako odpad.

Wynalazek w zakresie urządzenia bliżej objaśniają dalsze rysunki. Poniższy szczegółowy opis urządzenia do oddzielania pneumograwitacyjnego ilustruje rysunek fig. 5 Urządzenie 50 ma podłużną obudowę 52 o prostokątnym przekroju poprzecznym. Obudowa 52 mieści komorę flotacyjną 54 i wlot 56 z dopasowanym zsypem 58, takim jak przykładowo taśmociąg wibracyjny, prowadzącym do komory 54 pod pożądanym kątem wejścia. W obudowie 52 jest także inny wlot 60, przez który do komory 54 wprowadzane jest powietrze za pomocą wentylatora lub dmuchawy 62 wmontowanej na stałe w pobliżu pierwszego zakończenia 64 obudowy 52. Obudowa 52 ma także co najmniej jeden wylot, przedstawiony na rysunku jako wyloty 66 i 68 ustawione tak, aby umożliwić odbiór odpadowych frakcji mineralnych otrzymywanych z materiału sypkiego wprowadzanego do komory 54 przez wlot 56 i poddawanego obróbce. Wylot 70 mieści się na drugim końcu 72 obudowy 52, przeciwległym do jej pierwszego końca 64, w celu umożliwienia odbioru nieopadniętych frakcji materiału sypkiego z zawartością mineralną stanowiących pozostałą frakcję odpadową.

W korzystnym przykładzie realizacji wlot 56 usytuowany jest wzdłużnie w stosunku do wylotu na końcu 72 obudowy 52, w odległości określonej wzorem:

CHVM_g Fd²y_c w którym C oznacza odległość poziomą pomiędzy drugim wlotem 56, przez który wprowadza się materiał sypki a końcem komory 54, przez który cząsteczki opuszczają komorę 54, C oznacza stałą obliczoną na bazie liczby Reynoldsa i w przypadku laminarnego przepływu powietrza przez komorę 54 wynosi 18, V oznacza prędkość gazu (np. powietrza) przepływającego przez komorę 54, Mg oznacza lepkość dynamiczną gazu, F oznacza pole przekroju komory 54, d oznacza przeciętną średnicę cząsteczek materiału sypkiego wprowadzanych do komory 54 przez drugi wlot 56, yc oznacza ciężar właściwy cząstek, zaś H oznacza wysokość komory 54.

W czasie pracy urządzenia 50 powietrze wdmuchiwane jest do komory 54 przez dmuchawę 62, co powoduje laminarny przepływ strumienia flotacyjnego wzdłuż stałej osi poziomej 74 przebiegającej od dyszy wlotowej 76 dmuchawy 62 do końca 72 obudowy 52. Cząstki wprowadzane są do komory 54 przez wlot 56 i zsyp 58 jest wyregulowany w sposób zapewniający pożądany kąt a wprowadzania cząstek do komory 54. Kąt a może być regulowany w granicach od okołol2 do około 75° względem osi 74 w celu dostosowania warunków prowadzenia oddzielania do ciężaru rozmaitych surowców poddawanych obróbce w tym urządzeniu 50. Korzystnie zsyp 58 ma konstrukcję umożliwiającą wibrację lub oscylację w taki sposób aby cząstki wprowadzane przez zsyp 58 do komory 54 były dostatecznie intensywnie wstrząsane dla przeciwdziałania ich aglomeracji. .

Nogi 76 i 78 zapewniają podparcie obudowy 52 i stabilne położenie względem podłogi 80. Urządzenie 50 wyposażone jest w typowe mechanizmy regulacyjne 82 i 84 do ustalania wysokości nóg 76 i 78 zamontowane na nogach 78 i 78 odpowiednio. Mechanizmy 82 i 84 pracują niezależnie w celu podnoszenia lub opuszczania obudowy 52, stosownie do potrzeb w celu przechylania komory 54 w obudowie 52 jeśli jest to pożądane, co umożliwia regulację

166 169 kąta β pomiędzy ustaloną osią poziomą 74 a osią podłużną komory 54. W ten sposób można regulować drogę opadania, jaką muszą przebyć cząstki pomiędzy wprowadzeniem do komory 54 a zetknięciem ze strumieniem powietrza, dostosowując tę drogę do surowców o rozmaitym ciężarze cząstek. Praktycznie stwierdzono, że dla osiągnięcia najlepszych wyników ta regulacja kątowa kąta β powinna być możliwa w granicach od około -60 do 0° (w poziomie) dla lżejszych produktów mineralnych oraz od +60 do 0° (w poziomie) dla cięższych produktów mineralnych.

Na rysunku fig. 6 przedstawiono schematycznie reaktor plazmowy 100, nie objęty obecnym wynalazkiem lecz służący - w kompleksowym procesie pozyskiwania cennych substancji mineralnych z materiałów sypkich - do obróbki surowców sypkich takich jak niewytrącone frakcje mineralne odzyskane w sposobie oddzielania pneumograwitacyjnego przy użyciu urządzenia 50 przedstawionego na wyżej omówionym rysunku fig. 5 lub do obróbki jakichkolwiek innych materiałów sypkich.

W reaktorze 100 znajduje się głowica plazmowa 102 z wmontowanym pionowo miotaczem plazmy 104. Miotacz 104 ma kształt i wymiary dobrane w celu wprowadzania plazmy gazowej, tak aby powstał skierowany w dół, centralny łuk lub strumień plazmy 105, rozciągający się od katody 106 do wieloczłonowego zespołu anody pierścieniowej 108 umieszczonej w komorze reakcyjnej 110 w kierunku w dół strumienia plazmy od głowicy 102. Głowica plazmowa 102 zawiera ukształtowane kanały 116, które biegną ku górze i pozostają w łączności z urządzeniem dozującym (nie uwidocznionym na rysunku), odmierzającym surowiec sypki zawierający składniki mineralne wprowadzany do komory reakcyjnej 110. Za komorą 110, w kierunku w dół strumienia plazmy znajduje się cylindryczna komora chłodzenia 112 prowadząca w dół do sekcji stożkowej 114, do której przez wejście 138 wprowadzane jest w przeciwprądzie powietrze, w tym celu aby wydmuchać pewne pozostałe ochłodzone materiały schodzące z komory 110 przez wylot 140, jak to zostało opisane bardziej szczegółowo poni_żej. _ _ .

Podczas działania urządzenia, cząstki po wprowadzeniu do komory 110 wchodzą w styczność z łukiem plazmowym 105 i zostają podgrzane do wysokiej temperatury w otoczeniu, w którym łuk plazmowy 105 krąży lub wiruje, jak to pokazano za pomocą strzałki A na rysunku fig. 7 i 8, z większą prędkością niż osiągalna za pomocą dotychczas stosowanych metod lub urządzeń.

Na rysunku fig. 7 ukazano konkretną realizację reaktora plazmowego w rzucie ku dołowi od katody 106 do anody 108 wzdłuż łuku plazmowego 105 w komorze reakcyjnej 110. Obszar między katodą a anodą będzie dalej określany jako strefa reakcji 118. Strefa reakcji 118 zawiera zwykle gaz nadający się do utworzenia plazmy, gdy między anodą 108 a katodą 106 p_rzył_ożo_ne zostaje dostateczne napięcie ze źródła zewnętrznego (nie uwidocznionego na rysunku). Ścieżkę łuku plazmowego 105 od katody 106 do anody 108 nazy_wa się dalej _osią _strefy reakcji. Jak pokazano na rysunku, łuk plazmowy 105 jest skierowany od katody 106 do wiel_oczłonowej anody pierścieniowej 108 złożonej z ośmiu oddzielnych elektrycznie od siebie odi_zolowa_ny_ch członów, do których kolejno kierowany jest łuk plazmowy, co daje w wyniku _ob_roty łuku. Ro_zczło_nkowana anoda o co najwyżej sześciu członach została uprzednio opisana w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych nr 4 361 441, którego treść traktuje _się j_ak_{o o}d_noś_nik literaturowy ujawniający konstrukcję takiej anody. W urządzeniu opisanym _w tym dok_ume_ncie wzbudzanie kolejnych członów anody powoduje wirowanie łuku z prędkością do _ok_oło 6000 _ob_r./min. zgodniej częstością wzbudzania poszczególnych członów. W cel_u sek_wencyj_neg_{o wz}budze_nia członów - anody stosuje się przełączniki elektryczne. Dla wspomoże_ni_a obrotów łuku plaanowego urządzenie według przytoczonego opisu patentowego Stanów Zj_ed_noczonych _nr 4 361 441, stosuje również wirujące pole magnetyczne, co dzięki temu, że pl_azma p_osiada ładunek powoduje, że łuk podlega sile prostopadłej do zastosowanego pola _mag_nety_cznego i do wektora p_rędkości łuku. Do wytwarzania wirującego pola magnetycznego

1666 169 stosuje się układ cewek cylindrycznych ułożonych wokół krawędzi ścieżki łuku plazmowego i wzbudzanych kolejno przez źródło zewnętrzne.

Jak już powiedziano, w reaktorze plazmowym 100 stosuje się wieloczłonową anodę 108, jednak w odróżnieniu od urządzenia opisanego wyżej znanego z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych nr 4 361 441, w reaktorze plazmowym 100 nie stosuje się żadnych obwodów przełączania elektrycznego w celu spowodowania aby łuk plazmy przeskakiwał z jednego członu anody 108 na drugi. Natomiast, jak to szczegółowo opisano poniżej, w celu wprowadzenia łuku plazmowego 105 w ruch wirowy poprzez kolejne człony anody 108 - jak to unaocznia strzałka A - zastosowano pole magnetyczne. Oznacza to, że prędkość obrotowa łuku plazmowego 105 nie zależy od częstości, z jaką możliwa jest zmiana stanów przełączników elektrycznych. Można zatem osiągnąć znacznie wyższe prędkości obrotowe - do około 30000 obr./min. - niż to było możliwe w dotychczasowych urządzeniach.

Jak pokazano na rysunkach fig. 7 i 8, wieloczłonowa anoda pierścieniowa 108 ma liczne cewki cylindryczne 120 rozmieszczone okrężnie po krawędzi. Każda z cewek 120 jest nawinięta na rdzeniu pierścieniowym o niskim oporze magnetycznym 122, którego oś jest zorientowana prostopadle do osi strefy reakcji 118. W korzystnym przykładzie realizacji tego urządzenia są dwie takie cewki 120 dla każdego członu anody 108, umieszczone co 90° po każdej stronie danego członu. Tak więc całkowita liczba cewek 120 jest dwa razy większa niż liczba członów anody 108. Na rysunku fig. 7 i 8 pokazano anodę ośmioczłonową z członami oddzielonymi materiałem izolacyjnym 124. Jednak dla prostoty na rysunku fig. 7 pokazano tylko cztery cewki oznaczone 120a, 120a', 120b, 120b'. Człon anody 108a jest połączony elektrycznie z cewkami 120a i 120a', natomiast człon anody 108b - z cewkami 120b i 120b'. Cewki 120a i 120b są nawinięte na tę samą część 126 rdzenia 122 w odwrotnych kierunkach. Podobnie cewki 120a' i 120b' są nawinięte na przeciwległą część rdzenia 122. Każda z cewek 120 jest także przyłączona do gruntu elektrycznego oznaczonego jako element 130. W ten sposób na każdym członie anody jest utrzymywany stały potencjał elektryczny przez dwie ścieżki biegnące do gruntu poprzez cewkę cylindryczną 120 umieszczoną na krawędzi strefy reakcji 118 i tak zorientowaną aby jej podłużna oś była prostopadła do linii nakreślonej od środka anody pierścieniowej 108 do danego członu anody, do którego jest ona przyłączona. Gdy między katodą 106 a danym członem anody zachodzi wyładowanie łuku plazmowego 105, przez ten człon anody i do gruntu przepływa prąd elektryczny wzbudzając dwie cewki cylindryczne związane z danym członem (to znaczy cewki 120a i 120a'). Zadaniem cewek 120 jest wytworzenie pola magnetycznego zorientowanego promieniście i skierowanego ku (lub od) członu anody przewodzącego wyładowanie plazmy. Jak pokazano na rysunku fig. 7, przy wzbudzeniu para cewek 120a i 120b rozmieszczona po przeciwnych stronach krawędzi ścieżki łuku wytwarza promieniście zorientowany wektor pola magnetycznego B_b Pole magnetyczne Bj powoduje zatem, że łuk plazmowy 105 podlega skierowanej po obwodzie sile pod kątami prostymi do B_b która jest proporcjonalna do prędkości osiowej wzdłuż ścieżki od katody do anody.

Tak więc reaktor plazmowy 100 działa w sposób następujący. Wszystkie człony anody są uziemione (lub połączone z innym obszarem stałego potencjału) przez odrębne ścieżki, z których każda przebiega przez cewkę cylindryczną 120. Po wstępnym wzbudzeniu katody, gdy osiągnięty zostaje potencjał rozbicia gazu, w komorze reakcyjnej następuje wyładowanie plazmowe pomiędzy katodą 106 i jednym spośród członów anody 108 i wytwarza się ścieżka przewodząca plazmy. Pod nieobecność innych sił wyładowanie pozostawałoby stacjonarne lub przeskakiwałoby losowo z jednego członu anody na inny. Jednakże pole magnetyczne B, wymusza ruch łuku po obwodzie i powoduje, że przeskakuje on na sąsiedni człon anody. Z kolei ten człon anody wzbudza następną parę cewek cylindrycznych, co powoduje dalszy obrót łuku plazmy do sąsiedniego członu anody i tak dalej. W ten sposób łuk plazmy musi obracać się w sposób ciągły, z prędkością niezależną od częstotliwości jakichkolwiek przełączeń elektrycznych.

166 169

W celu nadania plazmie jeszcze większej prędkości kątowej w reaktorze 100 zastosowano jeszcze jedną cewkę cylindryczną 132 nawiniętą wokół krawędzi strefy reakcji 118 i współosiową z osią strefy reakcji 118. Wzbudzona przez zewnętrzne źródło zasilania współosiowa cewka cylindryczna 132 wytwarza tedy jeszcze jedno pole magnetyczne- B2, skierowane osiowo wzdłuż ścieżki łuku plazmy, przedstawionej na rysunku fig. 8. Pole B2 powoduje, że wszystkie naładowane cząstki poruszające się z promienistą lub obwodową składową prędkości znajdują się pod wpływem siły skierowanej prostopadle do tej składowej prędkości. Składnik prędkości skierowany po promieniu nadawany jest łukowi plazmy przez ułożenie członów anody po krawędzi, co sprawia, że łuk plazmy wychyla się po promieniu na zewnątrz. Pole magnetyczne B2 przekształca więc skierowany po promieniu moment liniowy ruchu naładowanych cząstek na moment kątowy, wywołując ruch obrotowy mchu. Ponadto powstały dzięki temu składnik obwodowy prędkości wirującej plazmy (wywołany przez obydwa pola magnetyczne B! i B2) podlega działaniu pola B2, co przyciąga łuk promieniście do wewnątrz. To z kolei dostarcza siły dośrodkowej niezbędnej do utrzymania szybkich obrotów.

Dotychczasowe sposoby wymuszania ruchu obrotowego łuku plazmy, takie jak opisany w cytowanym uprzednio opisie patentowym Stanów Zjednoczonych nr 4 361 442, opierały się wyłącznie na wirowaniu zewnętrznego pola magnetycznego wprawianego w ruch obrotowy za pomocą przełączników elektrycznych oraz kolejnego wzbudzania członów anody również za pomocą przełączników elektrycznych. Oznacza to, że prędkość kątowa plazmy nie mogła być większa niż częstość przełączania elektrycznego. Natomiast obecne urządzenie nie ma takich ograniczeń i dlatego może nadawać łukowi plazmy znacznie większą prędkość obrotową.

Tak więc w praktycznym wykorzystaniu tego urządzenia w kompleksowym sposobie pozyskiwania cennych substancji mineralnych z materiałów sypkich zawierających składniki mineralne, jako gazu plazmowego do wytworzenia czystego tlenku glinu i tlenku tytanu z frakcji popiołów lotnych osadzonej w etapie oddzielania pneumograwitacyjnego używano powietrza atmosferycznego lub czystego tlenu. Temperatura wytworzona w komorze reakcyjnej 110 reaktora plazmowego 100 wynosiła około 10000°K, zaś wymuszona prędkość wirowania łuku po obwodzie ośmioczłonowej anody 108 wynosiła około 16000 obr./min. Materiał sypki wprowadzany był od góry do pionowo ustawionej komory reaktora 110 przez kanały 116 w takim tempie, aby cząstki opadały po spirali poprzez łuk plazmowy z prędkością około 5 kg/s.

W miarę jak cząstki opadają poprzez łuk plazmowy w komorze reakcyjnej 110, ich cenne składniki mineralne (takie jak tlenek glinowy i tlenek tytanu) topią się, natomiast pozostałe składniki wprowadzanego materiału sypkiego, takie jak magnez bądź krystalizują, bądź wyparowują. Po opuszczeniu komory reakcji 110, po przejściu w pobliżu anody 108, materiały wchodzą do cylindrycznej komory chłodzenia 112 i schodzą stamtąd poprzez gradienty temperatury, podczas gdy stopione substancje mineralne skupiają się w stosunkowo gęste cząstki, skrystalizowane pozostałości tworzą cząstki pyłowe, zaś składniki odparowane tworzą gazy. Następnie, w miarę jak ochłodzone składniki docierają do niższych sekcji komory chłodzenia 112, osiągają one płytę zdawczą 134, której celem jest oddzielenie stosunkowo gęstszych aglomeratów mineralnych, takich jak tlenek glinowy i tlenek tytanu od innych opadających materiałów. Ponadto płyta 134 skierowuje wydzielone cząstki mineralne we właściwym kierunku w dół poprzez sekcję stożkową 114, aby umożliwić ich zebranie na dnie 136 sekcji stożkowej 114.

W sekcji 114 zawirowany przeciwprąd powietrza zostaje skierowany z wlotu 138 ku górze do wylotu 140, aby spowodować towarzyszącym zgęstkom mineralnym cząstek pyłowych i gazów oraz wydmuchnięcie ich z reaktora 100 przez rurę wylotową 141 umocowaną przy wylocie 140.

Rura wylotowa 142 jest konstrukcyjnie związana z wlotem 138. Oś 144 rury 142 jest ustawiona pod kątem X do osi poziomej 146 i przechodzi przez punkt środkowy wlotu 138. Zatem kąt X zasadniczo określa kąt wlotu powietrza do sekcji stożkowej 114 reaktora 100.

166 169

W korzystnym przykładzie realizacji tego urządzenia kąt X powinien wynosić około 15°. Jednakże wielkość kąta X dla każdego poszczególnego procesu zależy od rozmaitych czynników, w tym od prędkości powietrza wprowadzanego przez wlot 138, od ciężaru właściwego poddawanych obróbce materiałów oraz od kąta pochylenia stożka (kąt Y na rysunku fig. 6). W związku z tym należy zauważyć, że dla materiałów o bardzo dużym ciężarze właściwym, kąt X można zwiększać aż do 90° (wówczas powietrze będzie wprowadzane z dna 136 stożka 114).

Korzystnie kąt Y nachylenia stożka 114 wynosi około 30°. Jednakże stwierdzono eksperymentalnie, że dla przeróbki materiałów o wysokim stężeniu żelaza i chromu, jak przykładowo surowce pochodzące z odlewni, kąt X powinien mieścić się w przedziale od około 0° do około 37°, a kąt Y - w przedziale od około 10° do około 30°.

Dla surowców o wysokiej koncentracji miedzi, niklu lub kobaltu takich jak surowce pochodzące z kopalń i odlewni, kąt X powinien mieścić się w przedziale od około 5° do około 30°, zaś kąt Y - w przedziale od około 15° do około 40°. Dla surowców o wysokim stężeniu cyrkonu, takich jak surowce pochodzące z piasku morskiego, kąt X powinien mieścić się w przedziale od około 0° do około 15°, zaś kąt Y - w przedziale od około 30° do około 40°. Dla materiałów o wysokiej zawartości tlenku glinowego i tlenku tytanu kąt X powinien mieścić się w granicach od około 0° do około 30°, zaś kąt Y - w przedziale od około 20° do około 40°.

Aby uwzględnić tak znaczną rozmaitość konfiguracji kątowych dla różnych surowców, w jednej wersji urządzenia 100 sekcja stożkowa 114 reaktora dostarczana jest jako część wymienna, tak że na korpusie reaktora 100 można wedle potrzeby instalować różnie ukształtowane końcówki.

Inną ważną cechą konstrukcji sekcji stożkowej 114 reaktora 100 jest umiejscowienie wlotu 138 i związanego z nim wlotu powietrza 142. Stwierdzono, że w korzystnym przykładzie realizacji punkt środkowy wlotu 138 powinien znajdować się na wysokości h, ponad dnem 136 sekcji stożkowej 114, to jest na około 1/4 wysokości całkowitej h_s sekcji 114. Wysokość h_s dla dowolnej wersji sekcji stożkowej 114 można wyliczyć jako funkcję kąta Y stożka 114 z równania:

hs = 1/2 d_s tgY w którym ds oznacza średnicę stożka 114 przy poziomym górnym ścięciu 148 sekcji stożkowej 114, średnicę ds sekcji stożkowej 114 można obliczyć z innego równania:

^ = 1,24 w którym cf oznacza promień cylindrycznej komory chłodzenia 112.

Inną ważną cechą konstrukcji reaktora 100 jest sekcja ścianki 150 umieszczonej pod odpowiednim kątem do poziomej podstawy 148 cylindrycznej komory chłodzenia 152 cylindrycznej komory chłodzenia 112 i do poziomego zwieńczenia 148 sekcji stożkowej 114. Ścianka 150 łączy po obwodzie i szczelnie spaja komorę 112 z sekcją stożkową 114. W korzystnym przykładzie realizacji, ścianka 150 jest umieszczona pod kątem Z do poziomego zwieńczenia 148 sekcji 114. Kąt ten jest tak dobrany, że powietrze wprowadzane do sekcji 114 przez wlot 138 pod kątem X zostaje skierowane przez ściankę 150 w pożądanym kierunku ku górze, aby weszło ono w styczność ze spadającym w dół komory chłodzenia 112 materiałem i aby dzięki temu stosunkowo lżejsze pyły i gazy znajdujące się tam, przemieszczały się ku górze przez centralnie umieszczony lej 154, na spotkanie z cząstkami spadającymi i aby te lżejsze materiały kierowały się do wylotu 140, skąd wychodzą przez rurę wylotową 141 i zostają zebrane jako produkty odpadowe z rozdzielania chemiczno-cieplnego.

W korzystnym przykładzie realizacji reaktora 100 kąt Z może mieścić się w granicach od około 35° do około 60°, najkorzystniej wynosi 45°. Jednakże kąt Z można zmieniać wedle potrzeby, aby wewnątrz sekcji stożkowej 114 uzyskać optymalne warunki aerodynamiczne dla kierowania powietrza wprowadzanego przez wlot 138 do wylotu 140, bądź to strumieniem bezpośrednim, bądź zawirowanym, spiralnym lub obracającym się.

166 169

W razie potrzeby można rurą wylotową 171 połączyć urządzenie wentylujące (nie pokazane na rysunku fig. 6), aby ułatwić zbieranie materiałów odpadowych.

Prędkość powietrza wprowadzonego do sekcji stożkowej 117 jest kolejnym ważnym czynnikiem wpływającym na pracę reaktora 100. Stwierdzono na przykład, że na ogół prędkość powietrza wprowadzanego do sekcji 117 przez wlot 138 powinna mieścić się w zakresie od 1 do 20 m/s. Prędkość powietrza reguluje się zależnie od gęstości pozyskiwanych substancji mineralnych, stosując na ogół większe prędkości dla najcięższych cząstek, takich jak żelazo-chrom, natomiast niższe prędkości stosuje się do materiałów o niższych ciężarach właściwych. Przykładowo, gdy w reaktorze stosuje się jako surowiec popiół lotny, to jak stwierdzono, należy do sekcji stożkowej 114 reaktora 100 wprowadzać przez wlot 138 powietrze rozpędzone do prędkości około 1,7 m/s.

Ponadto stwierdzono, że dla niektórych zastosowań reaktora 100 może być pożądane wbudowanie elektromagnesu 156 otaczającego pierścieniowo dolną sekcję cylindrycznej komory chłodzenia 112. W szczególności, aby wykonać niektóre zabiegi odsiewania na traktowanych plazmą materiałach pochodzących z żużla metalurgicznego lub z odlewni, działanie tego elektromagnesu 156 może dopomóc w odsiewaniu materiałów mineralnych od resztek. Jednakże przy obróbce popiołów lotnych takie wspomaganie elektromagnetyczne zazwyczaj nie jest potrzebne.

Chociaż wynalazek w korzystnym przykładzie realizacji opisany został w sposób uszczegółowiony, należy rozumieć, że powyższy opis przedstawiony jedynie w celu zilustrowania wynalazku. Liczne zmiany w szczegółach i poszczególnych czynnościach operacyjnych sposobu według wynalazku, jak też we właściwościach materiałów poddawanych obróbce są dopuszczalne i nie stanowią odstępstwa od ducha i zakresu wynalazku określonego w zastrzeżeniach patentowych.

Claims (22)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób oddzielania pneumograwitacyjnego wartościowych substancji mineralnych z materiału sypkiego zawierającego składniki mineralne, znamienny tym, że sypki materiał zawierający składniki mineralne wprowadza się do komory flotacyjnej urządzenia do odsiewania pneumograwitacyjnego posiadającej co najmniej jeden wlot i liczne wyloty, przez którą może przepływać strumień flotacyjny od co najmniej jednego wlotu do przynajmniej jednego wylotu, poddaje się ten surowiec flotacji przez jego zetknięcie ze strumieniem flotacyjnym o określonej z góry prędkości przepływu powietrza, wystarczającej aby spowodować rozdzielenie tego surowca na co najmniej jedną wartościową frakcję mineralną, którą wytrąca się ze strumienia flotacyjnego w wyniku grawitacyjnego opadania tej frakcji ze strumienia pod ciężarem wartościowej substancji mineralnej oraz na frakcję odpadową pozostającą w strumieniu flotacyjnym oraz zbiera się tę co najmniej jedną wytrąconą wartościową frakcję mineralną przy jednym z wymienionych wylotów komory flotacyjnej, a pozostałą odpadową frakcję przy innym z wylotów.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że sypki materiał zawierający składniki mineralne zwilża się przed wprowadzeniem do komory flotacyjnej roztworem kwasu siarkowego.
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że utrzymuje się szybkość przepływu strumienia flotacyjnego w granicach od 2 do 25 m/s.
4. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że obróbce poddaje się materiał sypki o ziarnach o promieniu mniejszym niż około 0, i mm.
5. 5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że obróbce poddaje się materiał sypki otrzymywany przez kruszenie surowca stałego zawierającego składniki mineralne.
6. 6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że obróbce poddaje się materiał wybrany z grupy obejmującej: popioły lotne, pył piecowy, żużel, węgiel, odpady odlewnicze, odpady metalurgiczne, odpady kopalniane, piasek morski i ich mieszaniny.
7. 7. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że obróbce poddaje się odpady odlewnicze stanowiące żużel wytworzony w procesie produkcji żelazo-chromu.
8. 8. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że obróbce poddaje się popiół lotny wytwarzany z żużla wielkopiecowego.
9. 9. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że materiał sypki traktuje się roztworem kwasu siarkowego przed wprowadzeniem do komory flotacyjnej.
10. 10. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako wartościową frakcję mineralną zbiera się frakcję należącą do grupy obejmującej: tlenek glinowy, tlenek tytanu, żelazo, chrom, nikiel, kobalt, ołów, cynk, miedź, cyrkon i ich mieszaniny.
11. 11. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że zebraną frakcję odpadową poddaje się dalszej obróbce w celu wytworzenia materiału budowlanego o cechach cementu.
12. 12. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że materiał sypki wprowadza się do urządzenia do oddzielania pneumograwitacyjnego posiadającego podłużną komorę flotacyjną z pierwszym wlotem i pierwszym wylotem, środki do wprowadzania powietrza do tej komory przez pierwszy wlot oraz wymuszania przepływu przez komorę i opuszczenia jej przez pierwszy wylot, drugi wlot do wprowadzania materiału sypkiego do tej komory, tak aby możliwy był jego kontakt ze strumieniem flotacyjnym, usytuowany w komorze flotacyjnej w dostatecznej odległości od pierwszego wylotu aby mogła wydzielić się co najmniej jedna frakcja mineralna i opaść ze strumienia flotacyjnego w wyniku osadzania grawitacyjnego pod ciężarem sub166 169 stancji mineralnych zawartych w tej frakcji i odbiera się z tego urządzenia co najmniej jedną taką frakcję mineralną.
13. 13. Sposób wedbug za.strz.l2,znamienim eym, ży materim sypki wprowadza się do ko mory flotacyjnej przez drugi wlot usytuowany w odległości od pierwszego wylotu określonej wzorem:

    C HVM_g Fd²Yc w którym C oznacza odległość poziomą pomiędzy drugim wlotem a pierwszym wylotem, C oznacza stały współczynnik obliczony na bazie liczby Reynoldsa, V oznacza prędkość gazu (powietrza) przepływającego przez komorę flotacyjną Mg oznacza dynamiczną lepkość gazu, F oznacza pole przekroju komory flotacyjnej, d oznacza średnią średnicę cząstek wprowadzanych do komory flotacyjnej, γ,. oznacza ciężar właściwy cząstek, zaś H oznacza wysokość komory flotacyjnej.
14. 14. Sposób według zastrz. 12, znamienny tym, że materiał sypki wprowadza się do komory flotacyjnej przez drugi wlot z konstrukcją umożliwiającą regulację kąta wprowadzania tego surowca.
15. 15. Sposób według zastrz. 14, znamienny tym, że materiał sypki wprowadza się do komory flotacyjnej pod kątem około 12-75° w stosunku do kierunku przepływu prądu powietrza przez tę komorę.
16. 16. Sposób według zastrz. 12, znamienny tym, że materiał sypki wprowadza się do urządzenia wyposażonego dodatkowo w mechanizm do przechylania komory flotacyjnej umożliwiający regulację kąta pomiędzy poziomym kierunkiem przepływu prądu powietrza przez tę komorę a osią podłużną tej komory.
17. 17. Sposób według zastrz. 16, znamienny tym, że kąt pomiędzy poziomym kierunkiem przepływu prądu powietrza przez tę komorę a osią podłużną tej komory reguluje się w granicach od około -60 do +60°.

    ^.Urządzenie do oddzielania pneumograwitacyjnygo wartościowych substancji mineralnych z materiałów sypkich zawierających składniki mineralne, znamienne tym, że obejmuje komorę flotacyjną (54) o kształcie podłużnym, w obudowie (52), posiadającą pierwszy wlot (60) i pierwszy wylot (70), środki (62, 76) do wprowadzania powietrza do komory (54) przez pierwszy wlot (60) oraz do wymuszania przepływu powietrza przez komorę (54) w kierunku od pierwszego wlotu (60) do pierwszego wylotu (70) z zapewnieniem strumienia flotacyjnego powietrza w komorze (54) przepływającego od pierwszego wlotu (60) do pierwszego wylotu (70) oraz drugi wlot. (56) do wprowadzaniado niej materiału sypkiego i zetknięcia go ze strumieniem flotacyjnym, przy czym drugi wlot (56) umieszczony jest w komorze (54) w dostatecznej odległości od pierwszego wylotu (70) aby pozwolić na oddzielenie wartościowych substancji mineralnych zawartych w materiale sypkim w postaci co najmniej jednej wartościowej frakcji mineralnej i jej opadnięcie ze strumienia flotacyjnego w wyniku osadzania grawitacyjnego pod ciężarem wartościowych substancji mineralnych zawartych w tej frakcji i drugi wylot (66) do odbierania wyodrębnionej frakcji mineralnej.
18. 19. Urządzenie według zastrz. Ig, znaraienn e tymi że e dległość pomigdzy prugimwlotem (56) a pierwszym wylotem (70) jest określona wzorem:

    CH V Idg ?/²c{c w którym C oznacza odległość poziomą pomiędzy drugim wlotem (56) a pierwszym wylotem (70), C oznacza stały współczynnik obliczony na bazie liczby Reynoldsa, V oznacza prędkość gazu (np. powietrza) przepływającego przez komorę (54), Mg oznacza lepkość dynamiczną gazu, F oznacza pole przekroju komory (54), d oznacza przeciętną średnicę cząsteczek materiału sypkiego wprowadzanych do komory , (54) przez drugi wlot (56), y_c oznacza ciężar właściwy cząstek, a H oznacza wysokość komory (54).

    166 169
19. 20. Urządzenie według zastrz. 18, znamienne tym, że drugi wlot (56) ma konstrukcję (58) do regulacji kąta a wprowadzania materiału sypkiego do komory (54).
20. 21. Urządzenie według zastrz. 20, znamienne tym, że kąt a wprowadzania materiału sypkiego wynosi 12-75° w stosunku do kierunku przepływu prądu powietrza przez komorę (54).
21. 22. Urządzenie według zastrz. 18, znamienne tym, że ma dodatkowo mechanizm (82, 84) przechylania komory (54) do regulacji kąta (3 pomiędzy poziomym kierunkiem przepływu prądu powietrza przez komorę (54) a osią podłużną tej komory.
22. 23. Urządzenie według zastrz. 22, znamienne tym, że kąt β zawarty jest w granicach od -60 do +60° w stosunku do poziomego kierunku przepływu powietrza.