NO851451L - Granulering. - Google Patents

Abstract

En prosess for granulering av metall mottatt i plateform, slik som katodekopper, opererer i to trinn. I det forste (primær kutting) blir platen fremfort og stykker blir tatt fra dens forende kant ved en kutter (5) innbefattende en rotor med i det minste et skjær som samvirker med et fast skjær tvers over hvilket platemetallet blir matet. I den andre operasjon, (fordøyelse) blir stykkene dannet i den første operasjon matet til en granulator (8) (eller til mer enn en granulator) av den art som innbefatter en rotor med i det minste et skjær som samvirker med i det minste et fast skjær for å findele materialet repeterende inntil partiklene er tilstrekkelig små til å passere gjennom en sikt som omgir arbeidssonen. De to operasjonene kan optimaliseres uavhengig av hverandre, og vesentlige energibe-sparelser oppnås sammenlignet med direkte mating av plate-metall til granulatoren (8). I tilfelle av kopper, blir graden av oppvarming, som i konvensjonell granulering kan fore til overflateoksydasjon, vesentlig redusert.

Description

Oppfinnelsen vedrører granulering av kopperkatoder og av andre metaller mottatt i flateform.

Den mest effektive kjente prosess, i det minste for kopperkatoder omtalt i britisk patent nr. 2.021.974B innbefatter findeling av metallplatene ved hjelp av en granulator av den art som innbefatter en rotor med i det minste et skjær som samvirker med i det minste et fast skjær for å findele materialet repeterende inntil partiklene er tilstrekkelig små til å passere gjennom en sikt som avgrenser arbeidssonen.

Det vil innses at denne prosess innbefatter to distinkte operasjoner, heretter kalt henholdsvis "primær skjæring" og "for-døyer" hvor den primære skjæring tar stykker (vanligvis smale strimler) fra den førende kant av platematerialet og fordøyer-en gjør vilkårlige kutt gjennom visse stykker repeterende inntil de resulterende korn unnslipper gjennom sikten.

Det er nå oppdaget at en vesentlig forbedring i energivirkningsgraden kan oppnås og skadelig oppvarming av metallet som blir granulert kan sterkt reduseres ved adskillelse mellom den primære skjæring og fordøyeroperasjonen.

I samsvar med oppfinnelsen innbefatter derfor en prosess for granulering av metall mottatt i plateform en første, primær skjæreoperasjon i hvilken platemetallet fremføres og stykker tas fra dens førende kant av en kutter som innbefatter en rotor med i det minste et skjær som samvirker med et fast skjær tvers over hvilket platemetallet blir matet og en andre fordøyelsesoperasjoner i hvilken stykkene formet i den første operasjon blir matet til i det minste en granulator av den art som innbefatter en rotor med i det minste et skjær som samvirker me i det minste et fast skjær for.å findele materialet repeterende inntil partiklene er tilstrekkelig små til å passere gjennom en sikt som avgrenser arbeidssonen.

Basisutformingen av kutteren (uten sikt) og granulatoren

(med sikt) kan være de samme, men konstruksjonsdetaljene og arbeidsbetingelsene kan optimaliseres for de adskilte operasjoner. Nærmere bestemt: 1. Skjærene til kutteren og granulatoren vil vanligvis begge være delt i retningen parallelt med rotasjonsaksen i seksjoner som er forskjøvet rundt omkretsen for å redusere sjokkbelast-ning, og skjærsegmentene til kutteren kan være kortere enn de til granulatoren for å redusere sjokkbelastningen ytterligere. 2. Ved hvert bestemte punkt langs den aksielle lengde av den respektive maskin, kan antall kutt pr. tidsenhet (som er pro-porsjonal med rotasjonshastigheten, med antallet av roterende skjær og, vanligvis kun for granulatoren med antallet av faste skjær) være høyere for granulatoren enn for kutteren, hvor det derav følger at primær kutting kan være en kontinuerlig operasjon fra start til slutt for hver plate som skal granuleres uten hverken å mate materialet til granulatoren hurtigere enn det kan prosessbehandles eller produsere metallstøv gjennom for lav fremføringshastighet av platematerialet. 3. Skjærvinklene og arbeidsklaringene kan optimaliseres uavhengig for de to operasjoner. 4. En kutter kan hvis ønsket mate to eller flere enn to relativt små granulatorer (eller hvis det skulle være ønskelig, to eller flere kuttere kunne mate en relativt stor granulator). 5. Matearrangementer kunne utformes, hvis ønsket, til å pres-entere relativt lange smale stykker formet ved primær kutting til granulatoren på en slik måte at den vanligste orintering er normalt til skjærene, som reduserer frekvensen av uproduk-tive langsgående kutt; i de fleste tilfeller er dette unød-vendig fordi gtanulatoren kan toppmates, og stykkene som er fri til å rotere tenderer til å bli orientert normalt til skjærene ved virkningen av skjærene selv.

På grunn av disse faktorer kan energivirkningsgraden til prosessen bli signifikant forbedret. Videre er det funnet at de produserte korn, idet minste fra kopperkatoder, ved metoden ifølge oppfinnelsen har en vesentlig høyere bulktetthet enn de fremstilt ved bruk av en enkelt platematergranulator; det er antatt, men har ikke blitt bekreftet, at dette har tilknyt-ning til et høyere forhold av relative isotropiske partikler. Den forøkede bulktetthet fører til ytterligere energibespar-elser når kornene i det etterfølgende blir brukt som innmatning til en ekstruderingsprosess.

Størrelsen til den roterende kutter kan variere innenfor grensene gitt ved størrelsen på platen som skal granuleres og styrken til dens komponenter, men det kan forventes at diameteren på rotoren vil nesten alltid ligge i området fra 0,25 til 0,5 m; for kuttere innenfor dette område vil det vanligvis foretrekkes et skjærarrangement som frembringer kun et kutt pr. omdreining ved et hvert bestemt punkt langs lengden av kutteren (langs bredden av platen).

For å muliggjøre bruken av svært korte skjærsegmenter på kutterrotoren, når krevet eller ønsket, foreslås det bruk av en rotor oppbygget av et flertall plater stablet på hverandre i den aksielle retning hvor i det minste en av platene har i sin omkrets i det minste en lomme for et skjær, hvilken lomme forløper gjennom hele tykkelsen av den plate, hvor et blad blir montert i den lomme ved en enkel skrue og har sine ender i hovedsak i samme plan med hovedflåtene til denne plate; og hvor tilstøtende flater som bærer mot hovedflatene til denne plate også bærer mot enden til skjæret for å .gi ytterligere stivhet til dets innfestning.

De tilstøtende plater, med mindre de er endeplater, kan utstyr-es med skjær ved andre steder rundt omkretsen av rotoren,

eller (forutsatt at metallet som skal skjære er tilstrekkelig sprøtt) kan de være avstandsplater ikke utstyr med skjær.

For å maksimere treghetsmomentet er platene fortrinnsvis mass-ive og i hovedsak sirkulære bortsett fra skjærlommen.

En ekvivalent rotor i ett stykke kunne bli brukt like effek-

tivt men fremstiller visse tilvirkningsvanskeligheter.

En lignende rotorutforming kunne brukes i granulatoren også, men i det tilfelle kan det være fordelaktig for omkretsen av hver plate å være forsenket som en hjelp til avbalansering og/ eller for tilveiebringelsen av ytterligere arbeidsvolum mellom rotoren og huset.

Avhengig av driftshastigheten på kutteren kan det være ønskelig å avkjøle kutteskjærene for å redusere graden ved hvilke deres skjærkanter blir sløve; siden kontakt med kopper eller annet metall som blir findelt i den primære kutteoperasjon vil være kort, er risikoen for at metallet blir overopphetet relativt liten, men kan ikke alltid være neglisjerbart.

I granulatoren brukt for fordøyelsesoperasjonen, kan på den andre side den vesentlige oppholdstid føre til stigning i temperaturen" i metallet, og avkjøling vil nesten alltid være nødvendig. Konveksjonsavkjøling ved bruk av en luftstrøm tvung-et nedad gjennom granulatorkammeret for slik å utgå gjennom sikten og/eller en vannstrøm pumpet gjennom passasjer i rotoren og maskinhuset, kan være adekvate for å unngå overoppheting av granulatene, men ellers foretrekkes det bruk av fordampnings-avkjøling. Dette krever innføring inn i granulatoren av en passende mengde av i det minste en inert flyktig substans. Mengden er fordelaktig slik at varmen som genereres i granuler-ingsprosessen, pluss en hver innstrømming av omgivende luft, er tilstrekkelig til å fordampe (eller sublimere) i hovedsak hele den flyktige substans; og i tilfelle av koppergranuler-ing bør den også være slik at fordampning (eller sublimering) . av den flyktige substans er tilstrekkelig til å holde temperaturen av den hovedsakelige del av kopperet fra å stige over 80°C (og fortrinnsvis 70°C) for en hver signifikant tidslengde.

Det er mange flyktige substanser som kan teknisk være tilfredsstillende, men med hensyn til miljømessige og økonomiske be- grensninger av den foretrukkede substand vann (fri for skade-lige forurensninger), flytende nitrogen, karbondioksyd og useparert flytende luft.

Av disse er vann betraket som best fordi det er lett tilgjenge-lig, billig, nødvendiggjør ikke isolerte lagringsbeholderé og har et kokepunkt over arbeidstemperaturen, vil fordampe fortrinnsvis når og hvor temperaturen til kopperoverflaten er høyest (skjønt det vil forstås at mye, eller i noen tilfelle all fordampning kan finne sted separat fra kopperoverflåtene).

Deionisert eller på annen måte renset vann kan matees til granulatoren som en væske (eller frossen) film på overflaten til kopperet, f.eks. ved å mate beisede katoder som fortsatt er våte med rensevann og/eller ved å påføre en vannstrøm på kopperet nær ved punktet hvor det første kutt er gjort; altern-ativt, eller hvis en større mengde av flyktige substanser krev-es, kan vann (eller en av alternativene omtalt) bli innsprøytet separat inn i granulatoren og/eller inn i luftstrømmen som

entrer den, fortrinnsvis som en fin dusj.

Det kan være ønskelig å overvåke matrhastigheten av kopperet til granulatoren og/eller kraften som nyttes ved den og å just-ere matehastigheten på vannet eller andre flyktige substanser samsvarende. Jevn fordeling er viktig da det er uønskelig for selv noen få korn å fremkomme våte.

Oppfinnelsen vil bli ytterligere beskrevet gjennom et eksempel med henvisning til de vedlagte tegninger, hvor: Fig. 1 er et skjematisk sideriss av et anlegg for å utføre

oppfinnelsen,

fig. 2 er en perspektivskisse av en rotor for en kutter egnet

for bruk i utførelsen av oppfinnelsen,

fig. 3 er et sideriss av den samme rotor,

fig. 4 er en endeskisse av den samme rotor,

fig. 5 og 6 er tverrsnitt langs linjene V-V og VI-VI i fig. 3

henholdsvis, med noen detaljer utelatt for klarhet, og fig. 7 er en halvskjematisk tverrsnittsskisse gjennom en annen utførelse for rotoren i en kutter egnet for bruk til utførelse av oppfinnelsen, som også viser det samvirkene faste skjær.

Anlegget på fig. 1 fremstiller kopperkorn for bruk, etter passende varmebehandling, som innmatning for en kontinuerlig friksjonsaktivert ekstruderingsprosess (Conform) for tilvirk-ning av kopperwire.

Innmatningen til anlegget i fig. 1 består i seg selv av kopperkatoder, vanligvis et areal på 1 m<2>og tykkelse opptil 20 eller 22 mm (14 dagers katoder, det er katoder av den tykkelse akku-mulert ved 14 dagers kontinuerlig avsetning under konvensjonell kopperraffinering og strømtetthet og andre tilstander). Etter beising, vasking og en hver nødvendig forbehandling

(ikke vist) blir katodene anbragt i en stabel 1 på en støtte 2. Ved passende intervaller, blir individuelle katoder tatt fra stabelen ved en løftemekanisme 3 og overført (på tvers til planet av figuren) på et matebord 50. En vedder 4 fremfører nå og skyver katoden under fjærbelastet eller på annen måte for-spente gripeinnretninger (som motstår tipping eller inntrek-ning av katodene) og gjennom en. enkel utsparing inn til en roterende kutter 5 som utfører den primære kutteoperasjon. Kutteren har et enkelt kontinuerlig fast skjær som katoden hviler på ved inngangsutsparingen og et enkelt skjær delt i korte segmenter fordelt rundt rotoren; hvor dette fremstiller primære kuttestykker overveiende med lengder omtrent like med lengden til skjærsegmentene, bredder (eller tykkelser) likt med tykkelsen til katoden (en dimensjon som varierer betraktelig, både fra katode til katode og mellom forskjellige deler av den samme katode) og tykkelser (eller bredder) hvis katoden er tynn lik med avstanden som katoden fremføres pr. omdreining av kutterrotoren (denen dimensjon er også utsatt for å variere signifikant, særlig ved begynnelsen og slutten av katoden).

Når katoden er oppbrukt, trekker vedderen 4 seg tilbake og matesyklusen repeteres, hvor kutteren 5 går på tomgang inntil vedderen igjen fremføres tilstrekkelig langt til å skyve kopper inn til den.

I mellomtiden faller de primære kuttestykker dannet i kutteren 5 straks inn i en samlekasse 6 som slipper de ut til et paternosterverk 7 (vist skjematisk) som leverer dem til i det minste en granulator 8, som kan være av en fullstendig konvensjonell utførelse - en Cumberland modell 37 granulator med sin stand-ard samlekasse er tilfredsstillende.

Granulatoren 8 blir avkjølt ved å blåse gjennom den 1 m<3>/sek. luft inn i hvilke deionisert vann kan innsprøytes i en fin dusj ved en grad av 1 liter for hver 30 kg kopper. Dette er tilstrekkelig til å holde den gjennomsnittlige korntemperatur nede ved omkring 40°C og i hovedsak hvert korn under 70°C, og unngår i hovedsak anløping, mens det på den andre side varmen som genereres er tilstrekkelig til å fordampe alt vannet og etterlater kornene tørre. Kornene tømmes ut konvensjonelt via samlekassen 9, et andre paternosterverk 10, sikteapparat 51 (hvilke separerer for store korn for resirkulering til granulatoren og de findelte for uttømming) og magnetisk separasjons-apparat 11 til en beholder 12.

Den foretrukkede form for kutter 5 blir bygd ved å modifisere en Cumberland modell 43 granulator slik at den har kun et fast skjær (lokalisert direkte under inngangsutsparingen for kopper-katodene) og et dreiende skjær fordelt med korte segmenter rundt rotoren. To egnede rotorkonstruksjoner er vist.

Den relativt konvensjonelle rotor i fig. 2-6 er av en konstruksjon i ett stykke og er best anskueliggjort som en sylind-er med hoveddeler av sin overflate maskinert bort for å danne ti segmenter 13-22 som er identiske i form, men hvor hver har en egen orientering. Som det best ses i fig. 5 er segmentene omgitt av fem plane hovedflater 23-25, en del 28 av den om skrevne sylindriske flate, og mindre flate overflater 30 og 31 som er ved rette vinkler til hverandre og danner en lomme inn i hvilke et skjærsegment 32 er festet med et par skruer 33. Flatene 23 til 27 danner fem av seks sideflater av symmetriske (men ikke regulære) heksagonale prismer med to vinkler på 72°

(ved 34 og 35) og fire på 54°.

Segmentene 13 og 14 er relativt forskjøvet om hverandre ved 180° og danner således tilsammen et heksagonalt prisme med to fremspring 36, 37 som danner anslag for deres respektive skjærsegmenter 32, 38. Rotorsegmentene 15 og 16 danner et lignende par forskjøvet 72° med hensyn til det første par osv. for de andre tre par 17 og 18 (forskjøvet 144° med hensyn til det første par), 19 og 20 (216°) og 21 og 22 (288°). Resultatet er at et kutt gjøres ved et punkt langs lengden av rotoren for hver dreining på 36° (en tiende del av en omdreining), men hos-liggende kutt er alltid godt separert i tid. For klarhet er fig. 4 kun markert med segmentnummerne for slik å klart frem-bringe rekkefølgen i hvilken skjærene kutter.

Fig. 7 viser en alternativ konstruksjon i hvilken rotoren er oppbygget av et antall plater stablet sammen i en aksiell retning. Kun tre av platene er vist, en i heltrukne linjer og de tilstøtende i brutte linjer. Bortsett fra endeplatene, hvilke kan være enkle sirkulære skiver, er alle platene identiske i form, men alle avviker i orientering. Platen 38 vist med hele linjer er hovedsakelig sirkulær, men er eksentrisk montert med sitt senter ved 39 mens rotasjonsaksen til rotoren er ved 40. En forsenkning for skjæret 41 er formet ved dets anslagsflate 42 ved posisjonen av maksimal radius og formet for å skape arbeidsklaring i fremkant av skjæret; hvor den aksielle lengde til hvert skjærsegment er i det vesentlige den samme som tykkelsen til platen. Dybden X til skjæret er slik relatert til eksentrisiteten av platene at tilstøtende plater 43, 44 (sent-trert ved 45 og 46 henholdsvis) bærer på respektive ender av skjærsegmentet 41, og muliggjør således det å bli stivt montert med kun en skrue 47. Dette tillater bruk av skjærsegmenter omkring halvparten så lange som minimumskravet for utførelsen i fig. 2-6.

Fig. 7 viser også det faste skjær 48 av kutteren og en kopper-katode eller annen plate 49 idet den fremføres til en kutte-posisjon.

Eksempel

Kvantitative resultater er ennå ikke tilgjengelige fra den foretrukne anleggsform beskrevet så langt. Med følgende eksempel, basert på foreløpig arbeide med eksisterende anlegg, er gitt for å indikere potensiale til oppfinnelsen.

En granulator oppbygget som beskrevet og vist gjennom eksempel-et i søkerens europeiske patentansøkning nr. 94258 (en Cumberland modell 37 granulator med et modifisert matearrangement for å motta platetilførsel) ble brukt konvensjonelt for å gran-ulere kopper halvkatoder nominelt med 500 m bredde og 1 m lengde og som varierte i tykkelse i området 5-12 mm. To faste skjær og tre roterende skjær, hver delt i fem 180 mm lange forskjøvede segmenter ble anordnet. Den nominelle rotor-hastighet var 600 omdreininger/minutt. Halvkatodene ble matet med den kortere ende førende, ved en hastighet på 100 mm/sek. for en periode på et sekund ved intervall på 20 sek. Nominelle 3 mm korn ble fremstilt ved bruk av en 6,5 mm sikt ved en hast ighet på omkring 500 kg/time. Det midlere faktiske energiforbruk var omkring 66 kWh/tonn og den midlere temperatur på de utgående korn, når driften var uten avkjøling, var 175°C. Det er antatt at en betraktelig andel av varmen genereres i kopperstykker som blir fanget (en eller flere ganger) mellom et roterende skjær og den førende kant av kopperkatoden som ligger over det faste skjær som gjør de primære skjær og således gjør det skjær mer eller mindre ineffektivt i den påfølg-ende granulering. Bulktettheten til kornene ble funnet å vari-

ere i området 3,3 - 3,6 tonn/m3 .

Granulatoren ble nå modifisert for prosessdrift ifølge den fore-liggende oppfinnelse ved å fjerne sikten (derved omvandle den til en kutter) og innpasse i hovedsak kun et skjær til rotoren; hvor dette bladet ble delt i femten 65 mm lange segmenter for-skjøvet rundt hele omkretsen til rotoren (overlappende aksielt ved omkring 2 mm).

Halvkatodene ble nå matet ved en hastighet på 35 mm/sek., kontinuerlig med nødvendig unntak for å innføre nye halvkatoder. Denne primære kutteoperasjon fremstilte stykker gjennom-snittlig 65 mm lange med 5 - 12 mm bredde ved 3 mm tykkelse ved en gjennomgangsgrad på omkring 800 kg/time med et gjennom-snittlig energiforbruk på omkring 200 kWh/tonn med kun en moderat temperaturstigning.

Halvparten av disse stykker (400 kg/time) ble matet til en ikke modifisert Cumberland modell 37 granulator med det samme skjær arrangement som i granulatorene ifølge søkerens europeiske patentsøknad referert til ovenfor, men med en konvensjonell samlekassemater. Alt kopperet ble granulert til en nominell partikkelstørrelse på 3 mm med et energiforbuk på ca. 30 kWh/ tonn (som utgjør en total på 50 kWh/tonn for de kombinerte kutte- og granuleringsoperasjoner, en reduksjon på 24%);

med ingen avkjøling er temperaturen på i hovedsak alle utgående kopperkorn under 90°C, slik at relativt lite avkjøling treng for å eliminere risikoen for overflateoksydasjon. Bulktettheten på disse korn var omkring 4,3 til 4,5 tonn/m3 .

I granuleringsoperasjonen, fungerte begge de faste blader med sammenlignbar effektivitet; og fordi mateposisjonen er ved toppen av rotoren er risikoen for at store kopperstykker blir fanget i klaringen mellom sikten og rotoren signifikant redusert . '

Claims (9)

1. Fremgangsmåte for granulering av metall mottatt i en plateform innbefattende en første, primær kutteoperasjon i hvilken platemetallet fremføres og stykker tas fra dens før-ende kant av en kutter innbefattende en rotor med i det minste et skjær samvirkende med et fast skjær tvers over hvilket platemetallet mates, og en andre fordøyelsesoperasjon i hvilket stykkene formet i den første operasjon blir findelt ved en granulator av den art som innbefatter en rotor med i det minste et skjær som samvirker med i det minste et fast skjær for å findele materialet repeterende inntil partiklene er tilstrekkelig små til å passere gjennom en sikt som omgir arbeidssonen, karakterisert ved at kutteren og granulatoren er adskilte og distinkte maskiner.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den innbefatter bruk av en kutter med skjærsegmenter kortere enn de til granulatoren.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at antallet kutt pr. tidsenhet er høyere i granulatoren enn i kutteren.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at den primære kutteoperasjon er kontinuerlig.

5.F remgangsmåte ifølge et eller flere av de foregående krav, karakterisert ved fordampende avkjøling av granulatoren.

6. Bruken i en prosess ifølge et eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at kutteren har en rotor med i hovedsak kun et skjær oppbygget av segmenter fordelt rundt sin omkrets.

7. Bruken i en prosess ifølge et eller flere av kravene 1-5, karakterisert ved at en kutter eller en granulator som har en rotor oppbygd av et flertall plater stablet på hverandre i den aksielle retning, hvor i det minste en av platene har i sin omkrets i det minste en lomme for et skjær, hvilken lomme forløper gjennom hele tykkelsen av denne plate, et skjær er montert i denne lomme ved en enkelt skrue og har sine ender i hovedsak i samme plan med hovedflatene til denne plate; og tilstøtende plater som bærer mot hovedflatene av denne plate bærer også mot endene av skjæret for å gi ytterligere stivhet til dens montering.

8. Fremgangsmåte for granulering av kopperkatoder ifølge et eller flere av de foregående krav.

9. Kopperkorn, karakterisert ved at de faktisk ble tilvirket og er det direkte produkt av prosessen krevet i et eller flere av de foregående krav.