CN102921532A - 一种用于硅藻土矿的层流离心选矿方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于硅藻土矿的层流离心选矿方法，包括以下步骤：擦洗制浆、搅拌分散、筛分除杂、层流离心分选、过滤、干燥；其中除去砂粒和碎屑后的浆料给入层流离心选矿机中进行分选工艺条件为：给料矿浆质量百分比浓度6％～20％；离心分离因素75～900；层流离心选矿机给料时间60～180s后冲洗精矿卸料10～60s，间歇5～10s；再开始给料进行下一个工作周期；每个工作周期75s～250s。本发明方法可以高效分选中、低品位硅藻土矿，获得高回收率和高品质硅藻精土；而且对硅藻土原矿的适应性好，生产线流程短，占地面积小，容易实现硅藻土矿选矿的大规模工业化。
Description
技术领域：
本发明涉及一种用于硅藻土矿的层流离心选矿方法，属于矿物加工领域。
背景技术：
硅藻土是一种具有天然纳米孔分布、比表面积大、堆密度小、主要成分为无定型SiO2的天然硅质多孔矿物，广泛应用于啤酒、饮料、饮水、医药生化制品等的过滤以及水污水治理、空气调湿和净化、涂料、农药和杀虫剂载体、道路沥青改性剂、炸药密度调节剂、橡塑和造纸功能填料等领域，是一种与现代工业和人类环保、健康产业密切相关的宝贵非金属矿资源。迄今为止，已发现或探明的硅藻土资源中大多数为中、低品质的粘土质或含粘土类杂质的硅藻土矿。以中国为例，虽然探明储量数亿吨，但可以不经选矿直接加工高档助滤剂和填料的优质硅藻土资源只在吉林长白山和云南腾冲县的部分矿区有蕴藏，探明储量仅占当地硅藻土储量的15％左右。因此，综合利用中、低品位硅藻土资源是硅藻土开发利用的必然发展趋势。
综合利用中、低品位硅藻土资源的必由之路是对其进行选矿提纯，因为低品位的粘土质硅藻土矿或含粘土硅藻土矿是不能用来生产高性能和高附加值的硅藻土制品的。虽然过去20年，选矿技术有了显著进步，但中、低品位硅藻土矿中硅藻与粘土的分选关键技术还有待突破。目前的中、低品位硅藻土选矿方法分为物理法和化学法两种。其中有代表性的物理选矿法是以CN1184714A发明专利为基础的沟槽式重力沉降工艺，该工艺已在云南等地实了年产千吨级硅藻精土的选矿产业化。但这种沟槽式重力沉降工艺是一种半机械化的生产工艺，占地面积大和生产效率低；在云南由于冬天水很少结冰，风沙污染小，沉降沟槽露天建造，该工艺有它的合理性；但在北方地区，特别是我国硅藻土资源重点蕴藏地的吉林省长白山地区，因气温低，沉降沟槽必须要建在厂房内，使厂房占地面积大，投资高和生产效率低，很难实施大规模工业化生产。为了克服这一不足，发明专利CN101596490A公开了一种干、湿法集成选矿工艺，其中包含(采用卧式螺旋卸料沉降式离心机)用离心沉降方式连续分离硅藻土和粘土。该方法较好的解决了硅藻土与粘土杂质的连续分选问题，而且占地面积小，机械化程度高，可实现连续生产，但因离心分离因素达到1000以上(转速高达3000rpm)，硅藻土中的细沙粒对螺旋的磨损严重，影响分选的安全性和可靠性；同时因卧式螺旋沉降式离心机转速高以及螺旋在筒体内的差速旋转，分选在高度紊流流场中进行，影响硅藻土的分选精度和回收率。
发明内容：
本发明针对目前硅藻土选矿工业的现状和上述选矿工艺技术的不足提出一种用于硅藻土矿的层流离心选矿方法。
本发明的目的是这样实现的：一种用于硅藻土矿的层流离心选矿方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)擦洗制浆：将硅藻土原矿破碎到50mm后加水和pH调整剂进行擦洗制浆，液固比＝1∶0.4～0.9；浆液pH值调整至9～10；擦洗时间10～20min；
(2)搅拌分散：将擦洗后的浆料添加分散剂进行搅拌分散；液固比＝1∶0.10～0.35；分散剂用量为硅藻土质量的0.1％～0.5％；
(3)筛分除杂：采用筛孔尺寸0.045mm～1.0mm的多级或双层、多层振动筛除去砂粒和碎屑；
(4)层流离心分选：将除去砂粒和碎屑后的浆料给入层流离心选矿机中进行分选；给料矿浆质量百分比浓度6％～20％；离心分离因素75～900；层流离心选矿机给料时间60～180s后冲洗精矿卸料10～60s，间歇5～10s；再开始给料进行下一个工作周期；每个工作周期75s～250s；
(5)将分选后的硅藻精土矿浆过滤、干燥，得到硅藻精土成品。
本发明具有以下有益效果：采用本发明方法可以高效分选中、低品位硅藻土矿，获得高回收率和高品质硅藻精土。硅藻精土的硅藻矿物含量和回收率均达到90％以上；硅藻精土主要成分SiO2含量≥89％，Al2O3和Fe2O3含量分别小于3.0％和1.5％；而且对硅藻土原矿的适应性好，生产线流程短，占地面积小，容易实现硅藻土矿选矿的大规模工业化。与现有重力沉降分选技术相比，分选效率和精度高、硅藻土精土质量好且稳定、生产线占地面积小；与卧式螺旋离心分选技术相比，因在层流状态下离心分选，分选精度高、回收率高、精土质量好且稳定，而且因转鼓内无螺旋机械式卸料装置，设备无易磨损件，稳定性与可靠性高。
附图说明
图1本发明工艺流程图
图2是本发明层流离心选矿机结构示意图。
图3是图2右视图。
图4是图2俯视图。
图5是层流离心选矿机进料机构主视图。
图6是图5左视图。
图7是图5俯视图。
图8是层流离心选矿机出料机构结构示意图
具体实施方式：
下面结合实施例和附图对本发明进一步说明。图示标号部件名称为：
给料管1；进料机构2；转筒3；底盘4；进料管5；给水电磁阀6；冲洗管7；轴承8；主轴9；支架10；集液槽11；电机12；出料机构13；电机皮带轮14；皮带15；主轴皮带轮16；轴承座17；护罩18；电磁铁吸引装置19；进料管接头20；回流管21；固定槽22；摆动槽23；精矿管24；尾矿管25。
将硅藻土原矿进行破碎、擦洗制浆、搅拌分散和筛分除去粗砂和碎屑后均匀给入层流离心选矿机中进行分选；其分选原理是：在层流离心选矿机内以一定速度回转的具有一定坡/角度的转鼓内呈薄流层均匀给入的分散好的含有硅藻土与微细粒粘土的矿浆在转鼓离心力、斜面流膜层间斥力及轴向液流动力的联合作用下，粒度相对较粗(97％≤75μm)的硅藻土按粒度大小依序沉淀在分选机转鼓壁上，高度分散的微细粒粘土(90％≤2μm)，则沿转鼓斜面溢流排出，从而实现硅藻土与粘土矿物的分选。
其工艺过程如下：
①将硅藻土原矿破碎到50mm后加水和pH调整剂进行擦洗制浆；
②将擦洗后的浆料添加分散剂进行搅拌分散；
③将搅拌分散后的浆料进行筛分，除去砂粒和碎屑；
④将除去砂粒和碎屑后的浆料给入层流离心选矿机中进行分选；该分选机为周期式工作，一个周期包括给料、硅藻精土冲洗和间歇；在给料的同时进行层流离心分选；然后在转鼓运转状态下自动停止进料、进行冲洗。
⑤将分选后的硅藻精土进行过滤和干燥。
以下为本发明的主要工艺条件：
(1)擦洗制浆：液固比＝1∶0.4～0.9；浆液pH值调整至9～10；擦洗时间10～20min。
(2)搅拌分散：液固比＝1∶0.10～0.35，分散剂为多聚磷酸盐，优选焦磷酸钠，用量为硅藻土质量的0.1％～0.5％。
擦洗制浆和搅拌分散的目的是使硅藻土原矿中的硅藻土和有机杂物、砂粒、碎屑及微细粒粘土矿物解离。
(3)筛分除去砂粒和碎屑：采用筛孔尺寸0.045mm～1.0mm的多级或双层、多层振动筛。
(4)层流离心分选：给料矿浆质量百分比浓度6％～20％；离心分离因素75～900；给料时间60～180s，冲洗卸料时间为10～60s，间歇5～10s；每个工作周期75s～250s。
硅藻土选矿用层流离心选矿机，包括支架10、电机12及动力传动装置、电器控制装置，在支架10上安装有主轴9，主轴9上安装有转鼓；转鼓由底盘4和转筒3组成，转筒3为由耐磨板材制成的中空截圆锥体，转筒3直径小的一端与底盘4连接；转鼓外安装有护罩18，转筒3直径大的一端底部有与护罩18相连接的集液槽11；集液槽11下面安装有出料机构13；在支架10的上部安装有进料机构2并通过进料管5伸向转鼓的底盘4内侧；支架10上还安装有冲洗机构，冲洗机构由伸向转鼓内的冲洗管7和给水电磁阀6组成。转鼓的转筒3内壁坡度为0.5～3.5度，长度与直径比为0.4～1.2。
进料机构2由电磁铁吸引装置19、进料管接头20、回流管21、固定槽22和摆动槽23组成；固定槽22内有一隔板将其分为两部分，一部分与进料管接头20连通，另一部分与回流管21连通，摆动槽23下口在电磁铁吸引装置19的牵引下分别摆向固定槽22中连通进料管接头20的部分或摆向固定槽22中连通回流管21的部分，完成进料或回流作业。
出料机构13由电磁铁吸引装置19、精矿管24、尾矿管25、固定槽22和摆动槽23组成；固定槽22内有一隔板将其分为两部分，一部分与精矿管24连通，另一部分与尾矿管25连通，摆动槽23下口在电磁铁吸引装置19的牵引下分别摆向固定槽22中连通精矿管24的部分或摆向固定槽22中连通尾矿管25的部分，完成精矿或尾矿出料作业。
电器控制装置包括转鼓转速调控装置、给料调控装置和给料与冲洗时间调控装置；转鼓转速调控装置采用励磁调速或变频器调速控制装置；给料调控装置采用电磁流量计的显示数值控制给料阀门的开启角度调整给料量以调控选矿机内矿浆的流速和流态；给料与冲洗时间调控装置采用由设计程序控制时间继电器指挥电磁铁吸引装置，实现断电与复位周期性进行给料、回流和出料，并控制电磁阀进行周期性给水冲洗过程。
层流离心选矿机工作原理及工作过程：
工作原理：励磁调速(或变频调速)电机通过皮带带动主轴及转鼓高速旋转，料浆通过进料机构进入转鼓，因转鼓的转筒内壁带有一定坡度，所以矿料料浆在离心力、斜面流膜层间斥力、轴向液流动力的共同作用下，料浆中的硅藻等重质矿物在转鼓内壁做螺旋式运动时逐渐沉积在转鼓的转筒内壁上，粘土等轻质矿物在转鼓内壁做螺旋式运动时跟随低浓度矿液流出转鼓的转筒内壁，进入集液槽，成为尾矿，经出料机构排出；沉积在转鼓内壁上的硅藻等重质矿物经高压水冲洗脱离转鼓的转筒内壁后，进入集液槽成为精矿液，也经过出料机构排出。
转鼓是选矿机的核心部件，其各项技术参数是保证硅藻土层流离心选矿机平稳高速运行、实现硅藻精土(硅藻)与粘土快速、高效分离的主要因素。转鼓的转筒采用由耐磨钢板、耐磨防腐铝板或特制耐磨涂层玻璃钢或选用其他重量轻、强度高、耐磨耐腐、易加工的材料制成中空高强度截圆锥体，以保证能耗较低。转鼓直径一般为300～3000mm。转鼓的旋转速度可达到400～2000转/分，分离因数可达100～1000。转鼓的转筒内壁坡度为0.5～3.5，长径比(转鼓长度与转鼓平均直径比)为0.4～1.2。
硅藻原土经破碎、擦洗、筛分制浆后，进入硅藻土选矿用层流离心选矿机旋转的转鼓内，矿浆在离心力、斜面流膜层间斥力及轴向液流动力的联合作用下，硅藻精土按粒度大小依序沉积在转鼓的转筒内壁，微细粒粘土则随溢流排出，从而实现硅藻精土与粘土矿物的分离。
工作过程：硅藻原土经破碎、擦洗、筛分制浆后，首先启动硅藻土选矿用层流离心选矿机的调速电机，转鼓按照设定的分离因数达到规定转数后，通过控制机构，由时间继电器控制电磁铁或浆液电磁阀使执行机构给料，启动渣浆泵将浆料送入进料机构进料口，在选矿机的料浆上料管安装有电磁流量计，控制系统中根据流量数值调整浆液阀开启的角度来实现控制流量的大小；再经进料管进入转鼓内，此时浆液在转鼓内离心力作用的同时，沿转鼓的坡度方向作螺旋式旋转运动。在高速旋转形成的离心力、斜面流膜层间斥力和轴向液流动力的综合作用下硅藻精土与粘土分离，粒径较大的硅藻精土均匀沉积在转鼓的转筒内壁上成为精矿，粒径较小的粘土等随浆液沿转鼓的坡度方向——转鼓直径大的一端溢流出转鼓成为尾矿，经出料机构的尾矿管口排出。给料一定时间后，通过控制机构的时间继电器控制电磁铁或浆液电磁阀使执行机构停止给料，此时进料机构的摆动槽移位到回流管口上方，出料机构的摆动槽移位到精矿管上方，料浆沿回流管进入另一台选矿机进行选矿或回流至浆液罐，同时通过控制机构的时间继电器控制给水电磁阀使执行机构高压进水阀门打开，将沉积在转鼓的转筒内壁上硅藻精土冲洗下来，经出料机构的精矿管口排出。给水冲洗一定时间后，再次通过控制机构的时间继电器控制电磁铁或浆液电磁阀使执行机构给料，此时进料机构的摆动槽回位到进料管接头上方，同时出料机构的摆动槽回位到尾矿管口上方，循环往复，重复上述步骤，进行连续化选矿作业。
时间继电器设定参数为：给料时间60～180s后冲洗精矿卸料10～60s，间歇5～10s；再开始给料进行下一个工作周期。每个工作周期75s～250s。
实施例一：将24kg(含水率55％)SiO2含量78.46％、硅藻土含量76％左右的硅藻土矿加水12L，加入ZCX-0.08×2双槽擦洗机中擦洗并用氢氧化钠调整矿浆pH＝9，擦洗时间15min；擦洗后的矿浆进入搅拌桶，边搅拌边补加44L水和添加380g焦磷酸钠进行分散；分散后的矿浆用筛孔为200目的旋振筛筛分分离砂粒和碎屑等杂质后给入Φ500(进口)/Φ520(出口)×600层流离心选矿机进行分离粘土和硅藻土，离心分离因素548，给料时间90s，硅藻精土(沉淀物)冲洗时间30s，间歇5s；过滤、干燥后得硅藻精土9.11kg(含水率6％)。
实施例二：将24kg(含水率55％)SiO2含量78.46％、硅藻土含量76％左右的硅藻土矿加水12L，加入ZCX-0.08×2双槽擦洗机中擦洗并用氢氧化钠调整矿浆pH＝9，擦洗时间15min；擦洗后的矿浆进入搅拌桶，边搅拌边补加44L水和添加380g焦磷酸钠进行分散；分散后的矿浆用筛孔为200目的旋振筛筛分分离砂粒和碎屑等杂质后给入Φ500(进口)/Φ520(出口)×600层流离心选矿机进行分离粘土和硅藻土，离心分离因素402，给料时间90s，硅藻精土(沉淀物)冲洗时间30s，间歇5s；过滤、干燥后得硅藻精土9.01kg(含水率6％)。
实施例三：将24kg(含水率55％)SiO2含量78.46％、硅藻土含量76％左右的硅藻土矿加水12L，加入ZCX-0.08×2双槽擦洗机中擦洗并用氢氧化钠调整矿浆pH＝9，擦洗时间15min；擦洗后的矿浆进入搅拌桶，边搅拌边补加44L水和添加380g焦磷酸钠进行分散；分散后的矿浆用筛孔为200目的旋振筛筛分分离砂粒和碎屑等杂质后给入Φ500(进口)/Φ520(出口)×600层流离心选矿机进行分离粘土和硅藻土，离心分离因素308，给料时间90s，硅藻精土(沉淀物)冲洗时间30s，间歇5s；过滤、干燥后得硅藻精土8.95kg(含水率6％)。
实施例四：将24kg(含水率55％)SiO2含量81.46％、硅藻土含量76％左右的硅藻土矿加水12L，加入ZCX-0.08×2双槽擦洗机中擦洗并用氢氧化钠调整矿浆pH＝9，擦洗时间15min；擦洗后的矿浆进入搅拌桶，边搅拌边补加50L水和添加380g焦磷酸钠进行分散；分散后的矿浆用筛孔为200目的旋振筛筛分分离砂粒和碎屑等杂质后给入Φ500(进口)/Φ520(出口)×600层流离心选矿机进行分离粘土和硅藻土，离心分离因素548，给料时间90s，硅藻精土(沉淀物)冲洗时间30s，间歇5s；过滤、干燥后得硅藻精土9.04kg(含水率6％)。
实施例五：将24kg(含水率55％)SiO2含量78.46％、硅藻土含量76％左右的硅藻土矿加水12L，加入ZCX-0.08×2双槽擦洗机中擦洗并用氢氧化钠调整矿浆pH＝9，擦洗时间15min；擦洗后的矿浆进入搅拌桶，边搅拌边补加50L水和添加380g焦磷酸钠进行分散；分散后的矿浆用筛孔为200目的旋振筛筛分分离砂粒和碎屑等杂质后给入Φ500(进口)/Φ520(出口)×600层流离心选矿机进行分离粘土和硅藻土，离心分离因素402，给料时间90s，硅藻精土(沉淀物)冲洗时间30s，间歇5s；过滤、干燥后得硅藻精土8.99kg(含水率6％)。
实施例六：将24kg(含水率55％)SiO2含量78.46％、硅藻土含量76％左右的硅藻土矿加水12L，加入ZCX-0.08×2双槽擦洗机中擦洗并用氢氧化钠调整矿浆pH＝9，擦洗时间15min；擦洗后的矿浆进入搅拌桶，边搅拌边补加50L水和添加380g焦磷酸钠进行分散；分散后的矿浆用筛孔为200目的旋振筛筛分分离砂粒和碎屑等杂质后给入Φ500(进口)/Φ520(出口)×600层流离心选矿机进行分离粘土和硅藻土，离心分离因素308，给料时间90s，硅藻精土(沉淀物)冲洗时间30s，间歇5s；过滤、干燥后得硅藻精土9.02kg(含水率6％)。
实施例硅藻精土的硅藻矿物含量及主要化学成分分析结果列于表1。
表1实施例硅藻精土的硅藻矿物含量及主要化学成分
Claims (7)
1.一种用于硅藻土矿的层流离心选矿方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)擦洗制浆：将硅藻土原矿破碎到50mm后加水和pH调整剂进行擦洗制浆，液固比＝1∶0.4～0.9；浆液pH值调整至9～10；擦洗时间10～20min；
(2)搅拌分散：将擦洗后的浆料添加分散剂进行搅拌分散；液固比＝1∶0.10～0.35；分散剂用量为硅藻土质量的0.1％～0.5％；
(3)筛分除杂：采用筛孔尺寸0.045mm～1.0mm的多级或双层、多层振动筛除去砂粒和碎屑；
(4)层流离心分选：将除去砂粒和碎屑后的浆料给入层流离心选矿机中进行分选；给料矿浆质量百分比浓度6％～20％；离心分离因素75～900；层流离心选矿机给料时间60～180s后冲洗精矿卸料10～60s，间歇5～10s；再开始给料进行下一个工作周期；每个工作周期75s～250s；
(5)将分选后的硅藻精土矿浆过滤、干燥，得到硅藻精土成品。
2.根据权利要求1所述的用于硅藻土矿的层流离心选矿方法，其特征在于：pH调整剂为氢氧化钠。
3.根据权利要求1所述的用于硅藻土矿的层流离心选矿方法，其特征在于：分散剂为多聚磷酸盐。
4.根据权利要求1、2或3所述的用于硅藻土矿的层流离心选矿方法，其特征在于：层流离心选矿机的结构为：
包括支架(10)、电机(12)及动力传动装置、电器控制装置，其特征在于：在支架(10)上安装有主轴(9)，主轴(9)上安装有转鼓；转鼓由底盘(4)和转筒(3)组成，转筒(3)为由耐磨板材制成的中空截圆锥体，转筒(3)直径小的一端与底盘(4)连接；转鼓外安装有护罩(18)，转筒(3)直径大的一端底部有与护罩(18)相连接的集液槽(11)；集液槽(11)下面安装有出料机构(13)；在支架(10)的上部安装有进料机构(2)并通过进料管(5)伸向转鼓的底盘(4)内侧；支架(10)上还安装有冲洗机构，冲洗机构由伸向转鼓内的冲洗管(7)和给水电磁阀(6)组成；所述的转鼓的转筒(3)内壁坡度为0.5～3.5度，长度与直径比为0.4～1.2。
5.根据权利要求4所述的用于硅藻土矿的层流离心选矿方法，其特征在于：进料机构(2)由电磁铁吸引装置(19)、进料管接头(20)、回流管(21)、固定槽(22)和摆动槽(23)组成；固定槽(22)内有一隔板将其分为两部分，一部分与进料管接头(20)连通，另一部分与回流管(21)连通，摆动槽(23)下口在电磁铁吸引装置(19)的牵引下分别摆向固定槽(22)中连通进料管接头(20)的部分或摆向固定槽(22)中连通回流管(21)的部分，完成进料或回流作业。
6.根据权利要求4所述的用于硅藻土矿的层流离心选矿方法，其特征在于：出料机构(13)由电磁铁吸引装置(19)、精矿管(24)、尾矿管(25)、固定槽(22)和摆动槽(23)组成；固定槽(22)内有一隔板将其分为两部分，一部分与精矿管(24)连通，另一部分与尾矿管(25)连通，摆动槽(23)下口在电磁铁吸引装置(19)的牵引下分别摆向固定槽(22)中连通精矿管(24)的部分或摆向固定槽(22)中连通尾矿管(25)的部分，完成精矿或尾矿出料作业。
7.根据权利要求4所述的用于硅藻土矿的层流离心选矿方法，其特征在于：电器控制装置包括转鼓转速调控装置、给料调控装置和给料与冲洗时间调控装置；转鼓转速调控装置采用励磁调速或变频器调速控制装置；给料调控装置采用电磁流量计的显示数值控制给料阀门的开启角度调整给料量以调控选矿机内矿浆的流速和流态；给料与冲洗时间调控装置采用由设计程序控制时间继电器指挥电磁铁吸引装置，实现断电与复位周期性进行给料、回流和出料，并控制电磁阀进行周期性给水冲洗过程。
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