CN1008604B - 超声振动盘精选矿物的方法和装置 - Google Patents

Abstract

处理颗粒材料与水混合的流动泥浆的方法和装置是用一宽的并沿长度方向向下倾斜的金属盘，该盘带有上翻的边缘和产生自由振动挠曲和波动的悬吊缆索。盘下装有多个超声振子。将流动泥浆从盘的上端以薄层流动沿盘长度方向下行。超声振动能对所有颗粒和团聚物都具有“显微洗条”作用，破坏颗粒的表面张力，净化颗粒表面，把细煤粒或其它有用矿物从不同组分颗粒和凝胶、矿泥、藻类、粘土或渣的包覆中以意想不到的效率分离开。

Description

本发明涉及精选碎矿或粒状矿的方法和装置，特别涉及从价值不大的粉尘、矿砂、粘土或碎岩石块分离出有用矿物如煤的技术。

在阿帕拉契采煤区，虽然细煤粒常常与洗煤过程产生的粉尘聚结，但是，常规的煤矿业操作按惯例通过冲洗，已从价值不大的粉尘、矿砂和粘土精选了有用煤。在整个采煤区中，称作“废石堆”的煤渣已堆积至毗连洗煤区，包括聚积含有许多有用细煤粒，已证明回收这些煤粒在经济上是不现实的。

为从这种碎矿中回收矿粉已提出各种技术，例如美国专利4，240，903、4，267，046、4，184，965、4，039，456和3，997，436号的偏心重力振动器;美国专利4，070，275、4，088，716和4，060，481号的气动液压振动器;以及在Coal    Mining    &    Processing    1982年9月，64～67页中介绍的西屋电气公司的“电凝结”技术。但并不认为这些技术已在工业上获得有效的成功。

因此，本发明的主要目的是提供在超声振动盘上精选碎矿泥浆的方法和装置。

本发明的另一个目的是提供能从矿物与那种以前浪费掉的尘粒混合的碎矿混合物中回收有效量矿物颗粒的方法和装置。

本发明的再一个目的是提供在采矿作业后洗煤废弃的尾矿中回收加细煤粒这种矿物的方法和装置。

本发明又一个目的是提供能从有用矿物中分离出价值不大的但能自行压实的、对回填采矿矿井和巷道非常有用的尘粒的方法和装置。

本发明还一个目的是提供这样的方法和装置，其中，在处理除去沉淀池和澄清池中沉淀时间短的水-粉尘混合物后，从泥浆中分离出有用矿物细粒。此后，已澄清的洗井水准备用于再循环或其它用途。

本发明的其它目的，部分是显见的，部分在下文阐述。

本发明的技术对精选这种碎矿和粒状矿物提供了意想不到的经济有效的方法和装置。就煤废石堆而言，有用煤的回收达到了惊人的效果，同时还改进了用来密实地装填采煤矿井和巷道的煤渣的性能，减少澄清池和沉淀池中的沉淀时间，产生澄清的洗井水用于再循环或作其它用途。

新技术具有这许多优点，用这种新技术将碎矿与大体上相等体积的水混合，形成泥浆，以快速流动的薄层形式输送，沿着有许多超声波振子操纵的倾斜振动盘下行，产生超声振动的驻波型。振动盘最好用挠性缆索悬吊，使其达到最大限度的挠性摆动，以产生振动和摇动。于是传给前行浆泥层的剧烈振动能使矿石和粉尘快速脱离聚结和分离，两种矿粒的不同密度促进了分离。沉降分离器或离心分离器几乎完全回收了有用的煤粉。

这种新技术还可用于从碎矿中分离出金和其它有用矿物，获得同样有效的结果。

本发明提供的装置用于在颗粒材料中分离出不同组别的颗粒，在本装置中，颗粒和水被导入混合器中以形成泥浆，这泥浆被输往一个水箱中，这水箱位于一个倾斜盘的高端，这倾斜盘被可以振动地支持着。水箱使泥浆以细流的形式均匀地分布在盘的高端。由超声发生器所驱动的起声换能器被连接在盘底使它振动，把超声能量施加于颗粒材料上使它分成各组别的颗粒，然后泥浆被导入一个分离器以把各组别的颗粒从水中彼此分开。本发明提供的方法用于在颗粒材料中分离出不同组别的颗 粒，本方法包括形成包含颗粒材料的泥浆，使它在界面上以薄层流下，在流下时对泥浆施加超声振动。

为了充分理解本发明的特征和目的，参照附图，详述于后。

图1是用于本发明方法的主要装置的示意图。

图2表示用于本发明的方法和装置中振动盘的部分主透视图，并且部分剖去以示其结构。

在用以回收碎矿中细矿物颗粒的本发明的方法和装置中，给水与粒状矿混合形成的泥浆含有常常被粘土或水牢固地粘合在一起的矿物和粉尘组分。混合以后，泥浆被输送到振动盘。振动盘向下倾斜，由固定在振动盘下表面的一个或多个超声振子产生振动，形成强烈的驻波型，泥浆因重力沿斜盘而下的输送。用超声振动能以惊人的效果破坏粉尘颗粒和矿物颗粒之间的物理结合，带有两种固体颗粒的泥浆通过如离心的物理分离方法，使矿物颗粒有效地与泥浆分离。

以增加沿斜盘下行的浆料层产生的超声驻波导致细矿物粒与粘土、粉尘、岩石、页岩或硫化合物脱离聚结，分隔因表面张力或相反化学电荷形成的结合。

用这种超声处理分隔物理结合后，从泥浆中回收矿物颗粒的物理分离法，已知用螺旋选矿机、旋风分离器、摇床、筛分机、离心机、沉降槽或螺旋分级机那样的设备是很有效的，还知道用超声处理的矿物颗粒是干净的。就煤而言，这显著增加了每磅可回收的英制热单位值。与其它回收系统相比，还减少了回收矿物组分中留有的水量及细黄铁矿的硫组分。

类似的处理方法可用于从矿石、煤灰、再循环重介质和其它物质中回收磁性材料。供给的泥浆在超声振动盘上通过，使颗粒脱离聚结并净化，然后，泥浆在磁选机转鼓上通过，从泥浆中除去干净的磁性颗粒。

澄清池水的澄清和提高微细粉末的沉降速度是本发明方法的另一重 要成果。就一切情况而论，极大地改进了池水的澄清，在某些情况下，微细粉末的沉降速度提高了十倍。

脉石、尾矿、煤和其它材料的静止池常常含有包住小颗粒固体的胶质材料。超声破碎和分离这些小颗粒固体的水胶层。

工艺过程如下：死水从超声加工盘上方的泵池泵出，然后进入第二泵池，如果不是胶体，干净颗粒就会沉淀在池底。在矿物分离中，尾矿迅速压实，占有少量空间，从而延长了尾矿池的使用寿命。

经由本发明的处理后，留剩的固体颗粒具有高度自压紧的优点，使已分离的尘粒对于矿井和矿山巷道的充填十分有用。甚至当不需要有用矿物颗粒时，在本发明的超声振动盘上流过的飞灰尾矿和其它细材料的泥浆可直接输入澄清池、矿井、露天矿或需要充填料的其它地方，接着发生的沉降比通常要快得多。颗粒以火山灰方式起作用，即他们类似压实的火山灰石。

通常洗煤作业后留有的“废石堆”可含25%～50%煤粒。此后碾碎废石，筛分至1/4英寸，以备在本发明的装置中处理，有可能回收全部废石堆中多达50%的有用煤。

从废石堆回收有用煤粒的本发明选矿工艺的最好方式用图说明。在图1中，固体进料被碾碎，并通过1/4英寸筛子10，再用运输机11输送到由电机13驱动的混合器12的集管。由给水泵14提供的给水在混合器12中与碾碎的固体进料颗粒混合，形成泥浆。该泥浆从混合器12到集管16被横向散开，均匀分配在宽平伸长的金属盘（最好是不锈钢盘）17的整个宽度上。箭头18表示进入盘17的上部入口端的泥浆，盘17配置成向下稍微倾斜，例如与水平成5～15°的角度。

正如图2所示，盘17最好用如缠绕不锈钢缆的或搓合尼龙缆或编织尼龙缆的挠性缆索装置19悬吊，在挠性缆索端部具有的孔环21嵌入在沿盘17边缘延伸的上翻凸缘23中相应的支承孔22。或如图2右侧所示，用 一个或多个安装在盘17两边缘间中心处向上延伸的凸缘接头24连接挠性缆索的孔环21。

示于图2的是固定在盘17下面的两个并排布置的振子26，这两个振子最好是称为“浸没式”的磁致伸缩振子，封装在密封盒内，钎焊到振动盘的下面，并且用一对导管27连接到相应的超声发生器28或电源，把激发振子26以10千赫至50千赫之间的超声频率发出的振动能作用于盘17。盘17形成位于泥浆处理区下面的边界表面。

可同时使用许多振子，一对振子26横向延伸横跨盘17宽度的主要部位，在盘长约10%～40%处，该距离的测定自引入盘的泥浆18的进料端至输出端，即以同样箭头指示离开盘17下行去向分离器31进料斗导管30的已处理泥浆输出端，当振子26激发时，在盘17长度方向的中间部位进行操作，把振动能传给盘17，使泥浆沿着基本上垂直于其长度和宽度的方向振动，产生振动颗粒的闪烁振动波型，当泥浆薄层沿倾斜盘下行时，在薄层处易于观察到。在薄层泥浆中限制超声振动能，泥浆深度最好约为10～40毫米，在较深的液体中，超声振动能不会散逸或不会衰减。

沿向下倾斜盘输送的流动泥浆中，可观察到少量聚结的矿块，经摆动和振动，使他们渐渐变得更小，随着振动能逐渐把颗粒组分彼此分离，各自形成较小颗粒。认为由于盘17悬吊在缆索19上，它的自由摇动产生振动和挠曲，基本上提供了本发明的工艺效果。

超声振动能破坏了矿物颗粒和粉尘/粘土颗粒，以及任何气泡、胶、矿泥或使颗粒粘附在一起的藻类之间的表面张力结合。这过程可称为颗粒的显微洗涤，通常产生干净的颗粒表面，除去了杂质，携带的水分比以前少得多。于是，从粉尘和矿粉固体颗粒的表面除去了矿泥、藻类或凝胶的矿块。

认为显微洗涤作用解释了超声振动盘方法的许多意想不到的优点。例如，这些泥浆经超声振动盘处理后，随着消除面张力，显著提高了对 形成的细颗粒的脱水速度，以及沉降或凝固速度。这导致澄清池和沉淀池水的快速澄清，因为提高了矿物颗粒彼此之间以及与尘粒、凝胶、藻类等的干净分离。在这样泥浆的超声振动盘处理后，还提高了筛分这些净化细粒的速度，当以这种方式弄干净细粒表面时，极大地减少了筛子上细屑的堵塞现象。

这些超声洗涤的细粒自压紧，不受气泡、胶粒或其它杂质覆盖的阻碍，导致密实的滤饼或矿泥层。很清楚，用本发明的这些方法，筛分、过滤、输送、传热和生成的洗净细粒干燥速度都能得到提高，细煤粒、重金属颗粒或贵金属颗粒从矿浆的有效提取速度或回收率都较大地提高，以黄铁矿形式从细煤粒中的硫浸出速率和排除也得到提高。

化学添加剂如絮凝剂通过这些方法，具有更显著的效果，例如当它们以本发明方法使用时，可减少絮凝剂的常用量80%～95%对操作结果无不利影响。

最后，接着进行的操作如离心分离步骤，当对以本发明的超声振动盘方法处理过的泥浆进行离心分离时，具有更好的效果。

由此可见，从上所述很明显可有效地达到上述诸目的，鉴于用上述结构可以作出一定改变，而不脱离本发明范围，因此意在包含上述全部内容或附图所示是作为例证来解释，而并不是限制本发明。

还很清楚，下述权利要求包括了本文所述发明的一般和特殊的所有特征，以及本发明范围的全部论点，按照术语可认为归属其中。

Claims (18)

1、用超声振动能处理颗粒与液体混合的可流动泥浆的方法，包括下列步骤：

把以横向延伸的薄层泥浆输送到由邻接平直边界表面限定的横向延伸并向下延长的处理区的上部进口端，

振动能通过所述边界表面使矿浆产生振动，其方向大体上与表面的长度和宽度垂直，超声频率约10千赫兹和50千赫兹之间，同时泥浆向下流过向下延长的处理区，朝向下出口端，以及

此后将已处理泥浆引到分离区，使颗粒与液体分离。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于处理区相对于垂直方向以斜对角线向下延长，边界表面构成处理区。

3、根据权利要求2所述方法，其特征在于斜处理区以与水平夹角约5°至25°之间下斜。

4、根据权利要求1所述方法，其特征在于所有步骤同步连续进行，从而在处理区实现矿浆的连续处理。

5、根据权利要求1所述方法，其特征在于颗粒材料包括矿粉。

6、根据权利要求1所述方法，其特征在于颗粒材料包括矿粉和尘粒。

7、根据权利要求6所述方法，其特征在于矿粉包括细煤粒。

8、根据权利要求1所述方法，其特征在于液体是水。

9、根据权利要求7所述方法，其特征在于颗粒材料还包括粘土颗粒。

10、用于处理具有不同组别颗粒的颗粒材料与液体混合的可流动泥浆的装置，包括：

为该泥浆提供通道的装置，

使该泥浆沿着该通道流动的装置，

使该泥浆在沿着该通道流动时接受超声振动的装置，

本发明的特征在于：

一个横向延伸并向下倾斜延长的盘，沿盘横向侧边具有上翻的边缘装置，作为泥浆的通道，

有装置支持住盘，使其作不受限制的自由振动和波状挠曲动作，

横向延伸集管装置配置在上述盘的上端，接受泥浆，使它以横向延伸的薄层流横过盘的上端，基本上均匀分配地形成由盘的上翻边缘限定的薄层泥浆，并沿盘的向下倾斜的长度方向流动，

超声振子装置牢固地安装在沿盘长度的中间处的下面使盘和泥浆振动，

超声发生器有效地与激发所述振子装置连接操作，

分离装置用于分离该些颗粒组别，

导管装置接受从盘下端流出的泥浆，并将该泥浆输送到所述的分离装置。

11、根据权利要求10所述的装置，其特征在于进一步包括：

颗粒材料进料装置，

液体进料装置，以及

混合装置，接受由所述进料装置供给的颗粒材料和液体，并将它们混合成泥浆，将生成的泥浆输送到所述集管装置。

12、根据权利要求10所述的装置，其特征在于所述悬吊装置包括许多悬吊盘的挠性缆索，从相应的多个定位件连接到盘的周边。

13、根据权利要求12所述的装置，其特征在于缆索是由不锈钢丝构成的。

14、根据权利要求12所述的装置，其特征在于缆索是由尼龙线构成的。

15、根据权利要求10所述的装置，其特征在于超声振子装置包括许多独立的振子，横向配置在盘的下面，处于盘长度的中间位置自盘上端朝下端的距离约10%～40%之间。

16、根据权利要求15所述的装置，其特征在于采用两个振子，并排位于沿盘长度自上端朝下端的距离约1/3处。

17、根据权利要求10所述的装置，其特征在于振动盘是由不锈钢构成的。

18、根据权利要求12所述的装置，其特征在于所述悬吊装置至少包括一个挠性缆索，至少在偏离盘周边的中心区的一处吊住盘。

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