CN106552704A - 一种制备菱镁矿石单体解离颗粒的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种制备菱镁矿石单体解离颗粒的装置及方法，所述装置包括不锈钢放电室和漏斗状物料筛，不锈钢放电室内侧壁上固定有不锈钢托架，物料筛通过不锈钢托架固定在不锈钢放电室内，物料筛底部设置有筛网，筛网下方设置有用于承接筛网落料的收集盒；不锈钢放电室开口处覆盖有盖板，盖板中心处穿设有高压电极；不锈钢放电室下方设置有排水管，排水管设置有阀门；所述不锈钢放电室通过导线与地面连接。本发明制备菱镁矿石单体解离颗粒的方法，避免了机械磨碎的过程中存在的粗粒欠磨、细粒过磨等问题，在菱镁矿的解离过程中，石英可借助电离电荷迁移过程改变表面电性，褐铁矿借助感应带电电荷迁移过程改变表面电性，为分选提供有利条件。

Description

一种制备菱镁矿石单体解离颗粒的装置及方法

技术领域

本发明涉及菱镁矿解离技术，尤其涉及一种制备菱镁矿石单体解离颗粒的装置及方法。

背景技术

菱镁矿是我国的优势矿产资源，有用矿物的单体解离是高效分选的前提，现有解离方法主要采用机械磨碎法，使组元矿物解离成粒径符合分选要求的单体解离颗粒。在机械磨碎的过程中存在粗粒欠磨、细粒过磨等问题，影响分选的回收能力。另外，分选性能与单体解离颗粒表面性质有密切联系，菱镁矿石中的有用矿物为菱镁矿，主要脉石矿物(杂质矿物)为白云石、石英、褐铁矿等矿物，有用矿物与脉石矿物表面性质接近，分选回收率低，同时带来水污染和药剂污染等环境问题。

随着现代技术的不断发展和学科的交叉融合，外场强化措施在矿物开发利用中的研究已引起重视，例如微波、超声等方法。这些方法可以诱导矿物的晶界断裂，强化界面间的理化效应，但强化作用区域难以控制。近年来，液相高压脉冲放电等离子体技术以其良好的应用性而备受各国研究人员的关注。液相高压脉冲放电是在液相施加高电压，造成液相击穿的一种放电形式，可以在液相中形成局部高温热点、冲击波、紫外光、活性自由基等理化效应。液相(一般为水介质)高压脉冲放电对矿石的作用过程如下：在快速高压脉冲产生的强电场条件下，水的相对电击穿场强大于矿石的击菱镁矿石穿场强，可在矿石内部形成等离子体放电通道，能够在极短的时间内(微秒级)聚集到10～10³J/cm³的能量，使放电通道的温度迅速上升至10⁴K，同时产生高达10⁹～10¹⁰Pa的压力，使放电通道迅速膨胀，产生复杂的物化协同效应，导致菱镁矿石破碎。在该过程中，矿石成分的介电特性不同，有用矿物和脉石矿物将会互相解离，形成单体解离颗粒。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述现有菱镁矿机械磨碎法进行解离存在的弊端，提出一种制备菱镁矿石单体解离颗粒的方法，该方法能将菱镁矿中的有用矿物和脉石矿物进行解离，同时在放电作用的影响下，矿物的表面性质发生改变，为后续分选提供有利条件。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案包括以下步骤：一种制备菱镁矿石单体解离颗粒的装置，包括：不锈钢放电室和漏斗状物料筛，所述不锈钢放电室内侧壁上固定有不锈钢托架，所述物料筛通过不锈钢托架固定在不锈钢放电室内，所述物料筛底部设置有筛网，所述筛网下方设置有用于承接筛网落料的收集盒；所述不锈钢放电室开口处覆盖有盖板，所述盖板中心处穿设有高压电极；所述不锈钢放电室下方设置有排水管，排水管上设置有阀门；所述不锈钢放电室通过导线接地。

进一步地，所述不锈钢放电室下方设置有固定支架。

进一步地，所述物料筛底部筛网的孔径根据菱镁矿石的特性进行设定，不大于5mm。

本发明的另一目的还公开了一种制备菱镁矿石单体解离颗粒的方法，包括以下步骤：

(1)将菱镁矿石放置于物料筛上；

(2)向不锈钢放电室内注入水，使水面淹没菱镁矿石最高端至少10cm；

(3)将高压电极垂直固定在盖板中心，盖板覆盖于不锈钢放电室上，调整高压电极的高度，使高压电极的尖端接触菱镁矿石4或与菱镁矿石保持2cm的距离；

(4)将不锈钢放电室外壳接地，在高压电极上施加正高压脉冲，当菱镁矿石内部的击穿场强小于等于水的击穿场强时，在高压脉冲的作用下，菱镁矿石内部形成等离子体放电通道，由于有用矿物和脉石矿物的介电特性不同，等离子体放电通道会沿着有用矿物和脉石矿物的边界延伸，当等离子体通道产生的张力大于有用矿物和脉石矿物的抗压强度时，菱镁矿石发生解离，形成菱镁矿石单体颗粒，同时脉石矿物的不同成分也发生解离，形成脉石矿物微细颗粒；当菱镁矿石内部的击穿场强大于水的击穿场强时，在高压脉冲的作用下，水中形成等离子体放电通道，该等离子体通道以超声速向外膨胀产生强大的冲击波，在冲击波作用下，使菱镁矿石会发生解离，形成菱镁矿石单体颗粒和脉石矿物微细颗粒；

随着放电次数的增加，菱镁矿石的不断解离，部分脉石矿物会溶解于水中，使水的电导率增大，击穿场强减小，在水中形成放电通道的概率增大；

(5)步骤(4)中形成的菱镁矿石单体解离颗粒及脉石矿物微细颗粒在重力作用下，通过物料筛底部的筛网落入收集盒中；

(6)将收集盒中的收集物放入电热鼓风干燥箱中烘干，再经过筛网筛选可得到菱镁矿石单体解离颗粒及脉石矿物微细颗粒，可直接用于后续的分选工作。

进一步地，所述菱镁矿石粒径小于等于8cm。

进一步地，所述正高压脉冲上升沿小于100ns，峰值电压不小于20kV。放电多次，如50-100次。

进一步地，所述烘干的温度60-70℃，烘干2-4h，优选的烘干温度70℃，烘干3h。

进一步地，所述筛选包括以下步骤：依次利用孔径为550μm和150μm筛网筛选，得到粒径在150-550μm之间以及小于150μm的菱镁矿石单体解离颗粒。

将解离得到的菱镁矿石颗粒进行静电分选，分析电选后菱镁矿成分变化，并以机械磨碎处理菱镁矿电选结果作为对比，验证菱镁矿石解离效果对分选结果影响及脉石表面电性变化情况。

本发明制备菱镁矿石单体解离颗粒的装置结构合理、紧凑，采用该装置制备菱镁矿石单体解离颗粒的方法简单、易行，与现有技术相比较具有以下优点：

本发明所述制备菱镁矿石单体颗粒的方法，是通过水中高压脉冲放电使菱镁矿的有用矿物和脉石矿物达到一定粒度范围，并可得到粒径小于550μm的菱镁矿石单体解离颗粒，避免了机械磨碎的过程中存在的粗粒欠磨、细粒过磨问题。本发明所述的高压脉冲电场的作用分别为电离电荷迁移和感应带电电荷迁移，同时伴随着高温和高压过程，在菱镁矿的解离过程中，石英可借助电离电荷迁移过程改变表面电性，褐铁矿借助感应带电电荷迁移过程改变表面电性，为分选提供有利条件。经电选及成分分析证明，高压脉冲作用后，石英和褐铁矿运动行为与机械磨碎的情形相反。

附图说明

图1为本发明制备菱镁矿石单体解离颗粒装置的剖视图；

图2为托架示意图；

图3实施例1菱镁矿石单体解离颗粒的微观结构。

其中：

1—高压电极，2—盖板，3—不锈钢放电室，4—菱镁矿石，5—不锈钢托架，6—收集盒，7—固定支架，8—排水管，9—阀门，10—物料筛，11—水。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明进一步说明，此处描述的实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明：

实施例1

本实施例公开了一种制备菱镁矿石单体解离颗粒的装置，其结构如图1-2所示，包括：不锈钢放电室3和漏斗状物料筛10，所述不锈钢放电室3内侧壁上固定有不锈钢托架5，所述物料筛10通过不锈钢托架5固定在不锈钢放电室3内，所述物料筛10底部设置有筛网，所述筛网下方设置有用于承接筛网落料的收集盒6；所述物料筛底部筛网的孔径根据菱镁矿石的特性进行设定，不大于5mm。所述不锈钢放电室3开口处覆盖有盖板2，所述盖板2中心处穿设有高压电极1；所述不锈钢放电室3下方设置有排水管8，排水管8上设置有阀门9；所述不锈钢放电室3通过导线接地。所述不锈钢放电室3下方设置有固定支架7。

采用上述装置制备菱镁矿石单体解离颗粒的步骤如下：将物料筛10固定于不锈钢放电室3的不锈钢托架5上，将粒径8cm的菱镁矿石4放置于物料筛上，物料筛10的孔径为1.7mm。向不锈钢放电室3内注入水11，使液面淹没菱镁矿石4最高端20cm。将高压电极1垂直固定在盖板2中心，放置于不锈钢放电室3上，使放电尖端接触于菱镁矿石4。将不锈钢放电室外壳接大地，在高压电极上施加上升沿为85ns的正高压脉冲，脉冲峰值电压为25kV，放电60次。将收集盒6中的微细颗粒，放入70℃烘干箱中，烘干3h，再利用孔径分别为550μm和150μm筛网筛选，可得到粒径在150-550μm之间以及小于150μm的菱镁矿石单体解离颗粒，如图3所示。对上述实验结果进行统计分析，结果如表1所示。

表1解离产物的粒径分布

实施例2

采用实施例1所述装置制备菱镁矿石单体解离颗粒的步骤如下：

(1)将粒径为7cm的菱镁矿石放置于物料筛上；

(2)向不锈钢放电室内注入水，使水面淹没菱镁矿石最高端15cm；

(3)将高压电极垂直固定在盖板中心，盖板覆盖于不锈钢放电室上，调整高压电极的高度，使高压电极的尖端与菱镁矿石保持2cm的距离；

(4)将不锈钢放电室外壳接地，在高压电极上施加上升沿为85ns的正高压脉冲，脉冲峰值电压为30kV，放电80次。当菱镁矿石内部的击穿场强小于水的击穿场强时，在高压脉冲的作用下，菱镁矿石内部形成等离子体放电通道，由于有用矿物和脉石矿物的介电特性不同，等离子体放电通道会沿着有用矿物和脉石矿物的边界延伸，当等离子体通道产生的张力大于有用矿物和脉石矿物的抗压强度时，菱镁矿石发生解离，形成菱镁矿石单体颗粒，同时脉石矿物的不同成分也发生解离，形成脉石矿物微细颗粒；当菱镁矿石内部的击穿场强大于水的击穿场强时，在高压脉冲的作用下，水中会形成等离子体放电通道，该等离子体通道以超声速向外膨胀产生冲击波，在冲击波作用下，菱镁矿石会发生解离，形成菱镁矿石单体颗粒和脉石矿物微细颗粒；

随着放电次数的增加，菱镁矿石的不断解离，部分脉石矿物会溶解于水中，使水的电导率增大，击穿场强减小，在水中形成放电通道的概率增大；

(5)步骤(4)中形成的菱镁矿石单体解离颗粒及脉石矿物微细颗粒在重力作用下，通过物料筛底部的筛网落入收集盒中；

(6)将收集盒中的收集物放入电热鼓风干燥箱中，设置温度70℃，烘干3h，利用孔径分别为550μm和150μm筛网筛选，得到粒径在150-550μm之间以及小于150μm的菱镁矿石单体解离颗粒。

实施例3

采用实施例2所述菱镁矿石单体解离颗粒进行脉石表面电性分析的步骤如下：

(1)取150-550μm粒径菱镁矿石单体解离颗粒，并以相同粒径范围机械磨碎处理菱镁矿石颗粒进行对比，将两类菱镁矿石颗粒投入静电分选机进行分选；

(2)步骤(1)中所述静电分选机为鼓筒式，以-25kV的高压直流电源进行供电，分选机内部以放电线为放电极形成电晕放电，鼓筒下方依次放置序号为I、II、III收集盒，I盒在鼓筒前方，II盒在鼓筒下方，III盒在鼓筒后方；

(3)步骤(1)中菱镁矿石颗粒进入静电分选机后与空间自由电荷发生碰撞荷电，不同脉石由于其表面电性差异造成运动轨迹区别；

(4)从收集盒I、II、III中分别对分选后菱镁矿石颗粒取样分析SiO₂、Fe₂O₃成分变化情况，具体成分如表2所示；

表2不同制备方式下样品成分分析

(5)步骤(4)所述电选后SiO₂、Fe₂O₃成分变化情况表明，高压脉冲放电破碎菱镁矿石中褐铁矿更多落在鼓筒前方I收集盒内，石英呈现出与未受高压脉冲作用菱镁矿石颗粒完全相反的运动轨迹，此两点实验结果证明菱镁矿中脉石褐铁矿和石英在高压脉冲放电解离过程中，其表面电性发生了改变。

(6)步骤(4)所述成分分析结果还表明，高压脉冲放电破碎菱镁矿石颗粒经电选后MgCO₃质量分数达到96.1％，而机械磨碎处理菱镁矿石颗粒为94％。

最后应说明的是：以上各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种制备菱镁矿石单体解离颗粒的装置，其特征在于，包括：不锈钢放电室和漏斗状物料筛，所述不锈钢放电室内侧壁上固定有不锈钢托架，所述物料筛通过不锈钢托架固定在不锈钢放电室内，所述物料筛底部设置有筛网，所述筛网下方设置有用于承接筛网落料的收集盒；所述不锈钢放电室开口处覆盖有盖板，所述盖板中心处穿设有高压电极；所述不锈钢放电室下方设置有排水管，排水管上设置有阀门；所述不锈钢放电室通过导线接地。

2.根据权利要求1所述制备菱镁矿石单体解离颗粒的装置，其特征在于，所述不锈钢放电室下方设置有固定支架。

3.根据权利要求1所述制备菱镁矿石单体解离颗粒的装置，其特征在于，所述物料筛底部筛网的孔径不大于5mm。

4.一种制备菱镁矿石单体解离颗粒的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将菱镁矿石放置于物料筛上；

(2)向不锈钢放电室内注入水，使水面淹没菱镁矿石最高端至少10cm；

(3)将高压电极垂直固定在盖板中心，盖板覆盖于不锈钢放电室上，调整高压电极的高度，使高压电极的尖端接触菱镁矿石或与菱镁矿石保持2cm的距离；

(4)将不锈钢放电室外壳接地，在高压电极上施加正高压脉冲；当菱镁矿石内部的击穿场强小于等于水的击穿场强时，在高压脉冲的作用下，菱镁矿石内部形成放电通道，发生解离，形成菱镁矿石单体颗粒，同时脉石矿物的不同成分也发生解离，形成脉石矿物微细颗粒；当菱镁矿石内部的击穿场强大于水的击穿场强时，在高压脉冲的作用下，水中形成放电通道，产生强大的冲击波，使菱镁矿石发生解离，形成菱镁矿石单体颗粒和脉石矿物微细颗粒；

(5)步骤(4)中形成的菱镁矿石单体解离颗粒及脉石矿物微细颗粒在重力作用下，通过物料筛底部的筛网落入收集盒中；

(6)将收集盒中的收集物放入电热鼓风干燥箱中烘干，再经过筛网筛选可得到菱镁矿石单体解离颗粒及脉石矿物微细颗粒。

5.根据权利要求4制备菱镁矿石单体解离颗粒的方法，其特征在于，所述菱镁矿石粒径小于等于8cm。

6.根据权利要求4制备菱镁矿石单体解离颗粒的方法，其特征在于，所述正高压脉冲上升沿小于100ns，峰值电压不小于20kV。

7.根据权利要求4制备菱镁矿石单体解离颗粒的方法，其特征在于，所述烘干的温度60-70℃，烘干2-4h。