CN114634179A - 一种石墨矿磨前预处理设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种石墨矿磨前预处理设备。该设备包括1个竖直设置耐高温的圆柱筒体，其上端与冷凝罩相连，其下端与下料管相连，冷凝罩的上端设置给矿口，下料管的底端设置出矿口，下料管的内部设置下料器；筒体的中部或下部设置冷水进口；筒体的外围设置若干层电磁感应线圈装置；每层处于同一水平面上的电磁感应线圈装置又包括若干个电磁感应线圈组；若干个电磁感应线圈组以并联状态连接到电源上。本发明公开一种石墨矿磨前预处理方法，该方法能够在最大限度不影响石墨大鳞片原貌的前提下实现石墨矿物颗粒与脉石的初步解离或全部解离；另一方面预先产生的裂隙能够增强磨机有用功的输出，大大提高磨矿的能耗效率，有助于节能减排。

Description

一种石墨矿磨前预处理设备及方法

技术领域

本发明属于选矿技术领域，具体涉及一种石墨矿磨前预处理设备及方法。

背景技术

石墨特别是大鳞片(+0.15mm粒级)晶质石墨是现代工业与军工发展不可或缺的关键资源。然而，现行石墨选别技术往往对大鳞片破坏严重，甚至引起后续球形作业原料品质差、成球率低的问题。因此，提高石墨精矿中大鳞片产率对于扩展其应用范围、提升其应用价值具有重要意义。

传统提升石墨精矿中大鳞片率的途径主要有2种：一种是通过调节磨矿介质的种类、充填率以及磨机转速等以提高粗磨阶段的磨矿选择性；另一种是通过“阶段磨矿、阶段选别”工艺减弱单次磨矿强度、延长流程选别时间以降低单次磨浮过程对石墨大鳞片的破坏。

上述两种方法，仅侧重于对粗磨过程或者粗磨后的选别环节进行调整，并没有在粗磨作业之前即开展石墨大鳞片保护的预处理研究；同时，上述方法的研究对象为磨浮设备或者工艺，并没有涉及石墨矿石本身。故本申请从通过针对石墨矿石进行预处理的角度出发，旨在提升磨矿的选择性，同时降低磨矿能耗，提升磨矿效率，以最大限度从源头上降低石墨大鳞片在磨浮过程中破坏。

有鉴于此，特提出本申请。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种石墨矿磨前预处理设备，该设备包括1个耐高温的圆柱筒体；筒体竖直设置；筒体上端与冷凝罩相连，筒体下端与下料管相连，筒体的中部或下部设置冷水进口；冷凝罩的上端设置给矿口，下料管的底端设置出矿口，下料管的内部设置下料器；筒体的外围设置若干层电磁感应线圈装置；每层处于同一水平面上的电磁感应线圈装置又包括若干个电磁感应线圈组；电磁感应线圈组为以圆柱筒体中心轴为对称中心相对设置并通过导线彼此串联的2个电磁感应线圈；若干个电磁感应线圈组以并联状态连接到电源上。

作为本发明进一步地改进，通过控制冷水进口进水速度和出矿口出矿速度在筒体下部维持一定高度的矿浆液面；液面距出矿口的高度为2～4m。

作为本发明进一步地改进，耐高温圆柱筒体内部区域选择性安装分流隔板。

作为本发明进一步地改进，电源为高频交流电源。

作为本发明进一步地改进，冷凝罩外部选择性加装冷凝装置。

作为本发明进一步地改进，电磁感应线圈组中以圆柱筒体中心轴为对称中心相对设置并通过导线彼此串联的2个电磁感应线圈产生的感应磁场磁场强度相等、磁场方向相同。

本发明还提供一种上述设备进行石墨矿磨前预处理的方法，其特征在于，该方法包括：

步骤一、将石墨矿破碎至0～12mm粒级的石墨矿颗粒，并根据石墨矿颗粒中石墨矿物与脉石嵌布关系判断石墨矿物是以裸露体为主还是以包裹体为主；

步骤二、如果石墨矿颗粒中石墨矿物以裸露体为主，则耐高温圆柱筒体需要进行隔氧处理；如果石墨矿颗粒中石墨矿物以包裹体为主，则耐高温圆柱筒体可以不加隔氧处理；

步骤三、接通电源，再通过电磁感应线圈使耐高温圆柱筒体内部产生交变磁场；

步骤四、将石墨矿颗粒以0～5kg/min的速度给入给矿口中，在冷凝罩外部加装冷凝装置，保持温度-7℃～5℃；

步骤五、通过控制给矿速度、电流强度、磁场强度以及电磁感应线圈个数等，使石墨矿物颗粒在下落过程中，生成涡旋电流，并在耐高温圆柱筒体中产生1000℃～1800℃的高温，从而使石墨矿物颗粒周围嵌布的脉石产生熔融现象；

步骤六、随着石墨矿颗粒的继续下落，进入耐高温圆柱筒体下部的矿浆液面时，水淬现象发生，石墨矿物颗粒中石墨矿物与脉石的界面内应力得到释放，使石墨矿物与脉石之间产生裂纹或者直接分离；

步骤七、通过控制冷水进口的给水速度以及下料器的旋转速度，维持矿浆液面稳定，同时水淬时产生的大量蒸汽经冷凝罩冷凝后返回到下部的矿浆中回用，水淬后的石墨矿颗粒通过下料器从出矿口中排出。

作为本发明进一步地改进，步骤三中通过改变电磁感应线圈组的数量和改变电源的频率来调整交变磁场的磁场强度。

与现有技术相比，本发明一方面能够在最大限度不影响石墨大鳞片原貌的前提下实现石墨矿物与脉石的初步解离或者全部解离，在传统磨浮阶段之前即对石墨大鳞片进行保护，为短流程高效分选创造条件；另一方面预先产生的裂隙能够增强磨机有用功的输出，大大提高磨矿的能耗效率，有助于节能减排。

附图说明

图1为本发明实施例中石墨矿磨前预处理设备主视图；

图2为本发明实施例中石墨矿磨前预处理设备俯视图。

图中：

1冷凝罩；2给矿口；3筒体；4下料管；5下料器；6出矿口；7电磁感应线圈；8导线；9电源；10冷水进口。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。

实施例一、石墨矿磨前预处理设备

如图1所示，本发明提供的一种石墨矿磨前预处理设备，该设备主体外观为竖直的近纺锤体，从上至下来看，上部为锥型冷凝罩1，上端设有给矿口2；中间主体部分为耐高温圆柱筒体3，耐高温圆柱筒体3的上端与冷凝罩1相连，耐高温圆柱筒体3内径为300mm，耐高温圆柱筒体3高2000mm；耐高温圆柱筒体3的下部设置冷水进口10，耐高温圆柱筒体3的下端与倒锥形下料管4相连，下料管4的内部设置螺旋下料器5，下料管4的底端设置出矿口6；在耐高温圆柱筒体3周围水平方向上均匀分布偶数个电磁感应线圈7，且任一水平面上相对的2个电磁感应线圈7均以圆柱筒体中心轴为对称中心且通过导线8彼此串联，构成一个电磁感应线圈组，多个电磁感应线圈组以并联状态连接到高频交流电源9上，高频交流电源9输出功率为100kw。根据试验情况可以在竖直方向上增加2～4层级甚至更多电磁感应线圈组，层间距为150mm。

设备机理：

本发明通过石墨矿在进入磨机之前的过程中作垂直切割交变磁场的运动，利用石墨自身耐高温、高导电性、高导热性的特点，在石墨矿物内部产生大量涡旋电流。涡旋电流产生的热量通过传导、辐射等方式使嵌布在石墨矿物周围的脉石在界面处发生熔融，进而在进入矿浆冷水之后，利用水淬致使界面内应力释放，从而在石墨-脉石界面产生裂纹或直接分离。水淬后的石墨矿颗粒也将以矿浆的形式通过螺旋下料器从出矿口排出进入后续磨浮作业。

该设备通过对高频交流电源9输出频率、电流等参数大小的调控，使耐高温圆柱筒体3产生不同交变频率、不同磁场强度交变磁场；石墨矿给入设备的速度是可调的，进而可以进一步调控石墨矿物内部产生涡旋电流的大小，该速度调节具体可通过在耐高温圆柱筒体3内部增设分流隔板实现。在耐高温圆柱筒体3中下部设有冷水进口10目的在于用以保持圆柱筒体3内部足够的矿浆液位，保证出矿口6排出矿浆浓度的稳定性。如图2所示，该设备中一个电磁感应线圈组内部的2个电磁感应线圈产生的感应磁场磁场强度相等，磁场方向相同；根据所需交变磁场强度的不同，可以通过对称增减电磁感应线圈的数量或者调节高频交流电源的方式实现。

实施例二、石墨矿磨前预处理的方法

本发明还提供一种石墨矿磨前预处理的方法，该方法包括以下步骤：

步骤一、将石墨矿破碎至0～12mm粒级的石墨矿颗粒，并根据石墨矿颗粒中石墨矿物与脉石嵌布关系判断石墨矿物是以裸露体为主还是以包裹体为主；

步骤二、如果石墨矿颗粒中石墨矿物以裸露体为主，则耐高温圆柱筒体3需要进行隔氧处理，隔氧处理措施是从给矿口2抽出原有空气，在给矿过程中做好密封，出矿口6由于有水封，可不做额外处理；如果石墨矿颗粒中石墨矿物以包裹体为主，则耐高温圆柱筒体3可以不加隔氧处理；

步骤三、通高频交流电源9，再通过电磁感应线圈7使耐高温圆柱筒体3内部产生交变频率为120Hz、磁场强度为3T的交变磁场；

步骤四、将石墨矿颗粒以3kg/min的速度给入给矿口2，在冷凝罩1外部加上冷凝装置，保持温度-5℃；

步骤五、通过控制给矿速度、电流强度、磁场强度以及电磁感应线圈7个数等，使石墨矿物颗粒在下落过程中，生成涡旋电流，产生约1600℃的高温(该温度值低于石墨矿物熔点3652℃，高于长石矿物、石英矿物的熔点)，从而使其周围嵌布的脉石发生熔融现象；

步骤六、随着石墨矿颗粒的继续下落，进入位于耐高温圆柱筒体3下部矿浆中时，水淬现象发生，石墨矿物与脉石的界面内应力得到释放，产生裂纹或者直接分离；

步骤七、通过控制冷水进口10的给水速度(给水速度一般设置在4L/min)以及螺旋下料器5的旋转速度(旋转速度一般设置在18r/min)，维持矿浆液面稳定，同时水淬时产生的大量蒸汽在上部冷凝后返回下部的矿浆中回用，水淬后的石墨矿颗粒通过下料器5从出矿口6中排出，排出矿浆浓度为35％～40％。

实施例三、试验效果对比

取粒级为0～3mm的石墨矿2kg，混匀之后缩分成相等的2份，每份矿样各计1kg，分别标记为1#矿样、2#矿样。1#矿样作为对比样，直接进入磨矿作业，磨5min，经筛分可知，磨矿产品中-0.15mm粒级占50％；2#矿样作为试验样，按照实施例二的方法在实施例一的设备上进行预处理，预处理后的样品按照与1#矿样相同的磨矿条件磨5min，经筛分可知，磨矿产品中-0.15mm粒级占67％，提升了17个百分点。这也意味着达到相同的磨矿产品粒度，采用本发明提出的石墨矿磨前预处理设备及方法，可以较大缩短磨矿时间，从而节约磨矿能耗，提升磨矿效率。

为了探究本发明提出的石墨矿磨前预处理设备及方法对于石墨与脉石选择性解离的效果，针对1#矿样和2#矿样的磨矿产品采用常规浮选方法开展石墨浮选对比试验。对比试验过程中选BK201为石墨浮选药剂，1#矿样和2#矿样的浮选药剂用量均为1d(10g/t)，浮选时间均为5min。试验结果如下表1所示。

表1石墨浮选对比试验结果

从上表可以更加直观的看出，采用本发明提出石墨矿磨前预处理设备及方法，精矿产品的产率、固定碳含量以及回收率均有提高，说明在预处理过程中即发生了矿石粉碎、矿物解离的现象，有新的石墨鳞片在暴露在矿物颗粒表面或者直接有石墨单体产生，从而使精矿产品中石墨矿物量增多。同时，从浮选现象来看，不经预处理的矿样(1#)在刮泡约3分钟后才基本刮净，泡沫泛白；而经过预处理的矿样(2#)仅需1分半左右即可达到上述现象，且泡沫更实、更亮一些，说明石墨矿物的上浮速度加快，且脉石夹带减少，再次表明此时石墨矿物解离充分，石墨与脉石的连生体向石墨单体转变迅速。

除此之外，1#和2#矿样的精矿产品在混匀制样过程中，明显感受到2#样品的硬度降低，脆性增加，这表明采用本发明提出的磨前预处理作业之后得到的矿样在磨矿阶段具有节能优势。

结论：

本发明一方面可以利用石墨矿物自身性质实现自身加热，相比于传统间接加热方式，加热速度更快，能源效率更高；另一方面预先产生的裂隙可以大大减少传统磨机的磨矿时间和磨矿能耗，提高磨机处理效能。据初步测算，磨矿产品达到相同的解离度，采用本发明提出的磨前预处理设备及方法较传统的直接碎磨工艺可节约40％～60％的磨矿能耗；除此之外，相比于传统的无选择性冲击和研磨，本发明提出的磨前预处理设备及方法产生的裂纹或者实现的预先分离能够强化后期磨矿过程中的选择性解离，石墨大鳞片率损失降低8～10个百分点，这一结论可通过对精矿产品进行0.15mm粒级筛析得出，同时预处理后石墨精矿固定碳含量和回收率均有较大提升的试验结果也能证明该结论。取得上述有益效果的根本原因在于，经过本发明预处理设备及工艺处理后的石墨矿颗粒在进入磨矿作业时，可以在保持大鳞片基本不被破坏情况下实现石墨矿物与脉石的解离度提升，从根本上保护石墨大鳞片。

另一方面，石墨大鳞片的低损耗高效解离才是使石墨可浮性好的优势真正发挥出来的必由之路。基于石墨矿物本身的特有性质(耐高温性、高导电性、高导热性)实现与脉石的分离也将改变传统“为了保护石墨大鳞片，必须要降低单次磨矿强度、增加磨选次数”的认知。这将从传统技术流程源头上创造短流程高效分选的先决条件，为整个石墨资源选别工艺提供全新的技术思路。

Claims (8)

1.一种石墨矿磨前预处理设备，其特征在于，所述设备包括1个耐高温的圆柱筒体；

所述筒体竖直设置；

所述筒体上端与冷凝罩相连，所述筒体下端与下料管相连，所述筒体的中部或下部设置冷水进口；

所述冷凝罩的上端设置给矿口，所述下料管的底端设置出矿口，所述下料管的内部设置下料器；

所述筒体的外围设置若干层电磁感应线圈装置；

所述每层处于同一水平面上的电磁感应线圈装置又包括若干个电磁感应线圈组；

所述电磁感应线圈组为以圆柱筒体中心轴为对称中心相对设置并通过导线彼此串联的2个电磁感应线圈；

所述若干个电磁感应线圈组以并联状态连接到电源上。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，通过控制所述冷水进口进水速度和所述出矿口出矿速度在所述筒体下部维持一定高度的矿浆液面；所述液面距所述出矿口的高度为2～4m。

3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，在所述筒体内部区域选择性安装分流隔板。

4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述电源为高频交流电源。

5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述冷凝罩外部选择性加装冷凝装置。

6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述电磁感应线圈组中以圆柱筒体中心轴为对称中心相对设置并通过导线彼此串联的2个电磁感应线圈产生的感应磁场磁场强度相等、磁场方向相同。

7.一种如权利要求1-6任一项所述设备进行石墨矿磨前预处理的方法，其特征在于，该方法包括：

步骤一、将石墨矿破碎至0～12mm粒级的石墨矿颗粒，并根据所述石墨矿颗粒中石墨矿物与脉石嵌布关系判断石墨矿物是以裸露体为主还是以包裹体为主；

步骤二、如果所述石墨矿颗粒中石墨矿物以裸露体为主，则所述耐高温圆柱筒体需要进行隔氧处理；如果所述石墨矿颗粒中石墨矿物以包裹体为主，则所述耐高温圆柱筒体可以不加隔氧处理；

步骤三、接通电源，再通过所述电磁感应线圈使所述耐高温圆柱筒体的内部产生交变磁场；

步骤四、将所述石墨矿颗粒以0～5kg/min的速度给入所述给矿口中，在所述冷凝罩外部加装冷凝装置，保持温度-7℃～5℃；

步骤五、通过控制给矿速度、电流强度、磁场强度以及电磁感应线圈个数，使所述石墨矿物颗粒在下落过程中，生成涡旋电流，产生1000℃～1800℃的高温，从而使所述石墨矿物颗粒周围嵌布的脉石产生熔融现象；

步骤六、随着所述石墨矿颗粒的继续下落，进入所述耐高温圆柱筒体下部的矿浆液面时，水淬现象发生，所述石墨矿物颗粒中石墨矿物与脉石的界面内应力得到释放，使石墨矿物与脉石之间产生裂纹或者直接分离；

步骤七、通过控制所述冷水进口的给水速度以及所述下料器的旋转速度，维持矿浆液面稳定，同时水淬时产生的大量蒸汽经所述冷凝罩冷凝后返回到下部的矿浆中回用，水淬后的石墨矿颗粒通过所述下料器从所述出矿口中排出，进入磨浮作业。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤三中通过改变所述电磁感应线圈的数量和改变所述电源的频率来调整所述交变磁场的磁场强度。

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