CN115501945A - 一种月壤钛铁矿分选装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种月壤钛铁矿分选装置，属于矿物分选技术领域，包括：外壳内部中空，上端为开口，进料口位于开口处，转动结构安装在进料口中间，磨盘结构安装在进料口下端，筛选装置安装在磨盘结构下端，转动结构穿过并带动磨盘结构转动，还连接并带动筛选装置转动，回收装置套设在筛选装置下端侧边，分类收集装置安装在筛选装置下端；月壤矿样通过进料口送至装置中，再通过筛选装置完成筛选，磨盘结构通过转动研磨细化，满足筛选的小月壤颗粒下落并接触带电，因带电差异在静电场中运动轨迹不一致，至分类收集装置中完成分类收集，未满足筛选的通过回收装置又送到进料口中；整个过程高效快捷，且结构简单，可同时筛选出多种矿物，节省了成本。

Description

一种月壤钛铁矿分选装置

技术领域

本发明涉及矿物分选技术领域，具体涉及一种月壤钛铁矿分选装置。

背景技术

为实现人类长期驻月开展深空探测活动，提供生命活动所需的水资源，可以通过月壤中富氧的钛铁矿加热氢还原的方式制水，因此月壤中钛铁矿的分离提纯是实现还原制水最基础的工作。

钛铁矿地面选矿技术比较成熟，主要根据钛铁矿的电、磁、密度等特征，采用重选、电选、磁选、浮选工艺，结合地面环境制定选矿流程并开展选矿试验。但由于月面环境的特殊性，选矿设备及资源有限，不可能按照常规的钛铁矿选矿理论在月面试验，因此有必要依据月面环境、月壤样品的特殊性，发展在月球表面开展钛铁矿选矿试验的方法及装置。

现有的比较成熟选矿技术之一是静电分选技术开展矿物提纯。其中静电分选技术依据不同矿物的导电性差异进行选矿，该技术使用高压电场，使空气电离化而产生电晕放电使颗粒带电，并在静电场中发生偏移而达到分选的目的。该技术主要有两点而无法在月面有效实施：①高压电场的运行和维护成本较高；②月面为真空环境，不可能产生电晕放电而使颗粒带电，若系统密闭充气，也将带来较高的成本支出。

现有的比较成熟选矿技术之二是摩擦静电选矿物流程：自由下落的颗粒与旋转辊摩擦接触带电，带电矿物进入颗粒分离室，带有相反电荷的矿物会吸附在旋转电极上进行回收。该技术主要有两点而无法在月面有效实施：①摩擦带电分选技术主要应用于绝缘颗粒与绝缘颗粒之间的分选，本研究主要涉及导体颗粒(钛铁矿)与绝缘颗粒(长石、辉石、橄榄石)之间的分选，因为导体颗粒摩擦产生的电荷，容易导出，无法保持下来；②月壤样品颗粒较细(95％的颗粒小于1mm)，且月面真空、弱引力，可能存在部分细小颗粒摩擦不充分，造成颗粒带电效率不高；③分选出的精矿未进一步分级回收，不能满足直接应用的要求。

对此，为了在月球表面特殊环境下实现细粒月壤中钛铁矿的分选，本发明提供一种新的选矿装置，具有分选效率高，成本支出小，结构简单，装置寿命较长，可以小规模单一化选矿，并且具备对筛选出来的组分作进一步分级回收的功能。

发明内容

为实现上述目的，本发明目的是提供一种新技术方案：能量利用率高，结构巧妙且工况使用范围宽。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种月壤钛铁矿分选装置，包括：

外壳、进料口、转动结构、磨盘结构、筛选装置、回收装置和分类收集装置；

所述外壳内部中空，上端为开口，所述进料口位于所述开口处，所述转动结构安装在所述进料口中间处，所述磨盘结构安装在所述进料口下端，所述筛选装置安装在所述磨盘结构下端，所述转动结构穿过并带动所述磨盘结构转动，且所述转动结构还连接并带动所述筛选装置转动，所述回收装置套设在所述筛选装置下端侧边，且所述回收装置上端环绕在所述进料口侧边，所述分类收集装置安装在所述筛选装置下端。

本发明的有益效果是：月壤通过外部设备从进料口送至整个装置中，再通过筛选装置完成筛选，其中转动结构为磨盘结构和筛选装置提供动能转动，磨盘结构通过转动把研磨细化，满足筛选的小颗粒月壤颗粒下落并接触带电，因带电差异在静电场中运动轨迹不一致，至分类收集装置中完成分类收集，未满足筛选的月壤通过回收装置又送回到进料口中继续进行碾磨细化直至满足筛选条件；整个过程高效快捷，且结构简单，还可同时筛选出不同电性的矿物，节省了成本。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：

进一步，所述转动结构包括调控电机、电机转轴和电机支架，所述调控电机通过所述电机支架安装在所述进料口中间，所述调控电机下端连接所述电机转轴，所述电机转轴连接所述磨盘结构和所述筛选装置。

采用上述进一步方案的有益效果是：电机支架用于固定调控电机，电机转轴在调控电机带动下进行转动，同时由于电机转轴连接磨盘结构和筛选装置，因此磨盘结构通过转动完成对月壤的研磨，筛选装置通过转动来完成筛选，效率快，质量高。

进一步，所述磨盘结构包括转动磨盘和固定盘，所述固定盘中间设有通孔且固定安装在所述进料口下端，所述转动磨盘转动安装在所述固定盘上端，所述电机转轴连接并带动所述转动磨盘旋转。

采用上述进一步方案的有益效果是：固定盘是固定的，中间开设由于通孔，转动磨盘在电机转轴带动下与固定盘发生研磨，其中研磨后的矿物通过通孔进入到下端的筛选装置中，整个磨盘结构中通过转动完成了对矿物的细化处理，方便下一步的筛选。

进一步，所述筛选装置包括进样斗、圆锥振筛和齿形圆轨，所述进样斗为倒立的圆锥状，下端设有开口，所述进样斗安装在所述磨盘结构下端，所述圆锥振筛为圆锥状，安装在所述进样斗的正下端，所述齿形圆轨间隔安装在所述圆锥振筛下端周侧，所述圆锥振筛下端周侧还设有多个弹簧支架与所述齿形圆轨滑动连接，所述电机转轴穿过所述进样斗开口并连接所述圆锥振筛，所述电机转轴带动所述圆锥振筛在齿形圆轨上转动。

采用上述进一步方案的有益效果是：进样斗用于收集研磨过的月壤，再通过下端设有的开口，落入到圆锥振筛顶端，齿形圆轨上环绕安装有多个齿状结构，圆锥振筛在电机转轴带动下通过弹簧支架沿齿形圆轨的齿状结构形状进行起伏振动，进而在转动和起伏振动下，把研磨过的月壤沿圆锥振筛端下落并完成筛选；整个过程通过圆锥振筛的运动提高了筛选的效率。

进一步，所述回收装置包括收纳盘、收料口、圆环柱体、提升机和排料口，所述收纳盘环绕所述筛选装置下端周侧安装，所述圆环柱体内部中空，且所述圆环柱体下端安装在所述收纳盘上，上端环绕安装在所述磨盘结构和所述筛选装置外侧，所述收料口开设在所述圆环柱体的下端，所述排料口开设在所述圆环柱体的上端且与所述进料口连通，所述圆环柱体的下端通过所述收料口与所述收纳盘连通，所述提升机安装在所述圆环柱体中，所述提升机连通所述收料口和所述排料口，且所述提升机从所述收料口提升矿物至所述排料口排出。

采用上述进一步方案的有益效果是：未过筛选的月壤沿着圆锥振筛的圆锥面下落至其下端周侧的收纳盘中，圆环柱体连通收纳盘和进料口，并通过提升机把未过筛选的月壤从收料口提升至排料口排出到进料口中，进行新的循坏，直至被研磨到位通过筛选；整个过程完善了对不满足筛选的矿物回收再加工，提高了整体的工作效率，同时结构精巧，设计巧妙。

进一步，所述分类收集装置包括收料斗、圆锥正极、支撑柱体、环状负极和同心圆收纳盒，所述收料斗安装在所述筛选装置下端，所述收料斗为倒圆锥状，且下端开设有流出口，所述圆锥正极安装在所述流出口正下端，所述支撑柱体安装在所述圆锥正极的下端并为所述圆锥正极提供支撑，所述环状负极间隔均匀环绕安装在所述圆锥正极的下端外侧，所述同心圆收纳盒环绕安装在所述支撑柱体下端周侧。

采用上述进一步方案的有益效果是：收料斗用于收集经过筛选的月壤，同时通过流出口往下流落至圆锥正极上，并下落过程中被圆锥正极进行传导带电，支撑柱体为圆锥正极提供支撑，环状负极间隔均匀环绕安装在圆锥正极的下端外侧，会对带电的月壤小颗粒产生吸附，由于月壤中导电性较好的矿物主要为钛铁矿，因此钛铁矿颗粒直接从电极上获得正电荷，因同性电荷相斥而使颗粒被弹离电极，其它不导电或导电性很差的颗粒则不能很快或根本不能从电极上获得电荷，只能受到电场的极化，不能被电极排斥，从而使钛铁矿与其它颗粒因运动轨迹的不同而得到分离，与此同时在环状负极的吸引力下，钛铁矿的偏离程度进一步增加，实现了对月壤中钛铁矿的高效分选和分级回收。

进一步，所述圆锥正极连接电源正极，所述环状负极连接电源负极。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过电源正负极为圆锥正极和环状负极附电。

进一步，所述同心圆收纳盒内部设有多个同心圆环腔体。

采用上述进一步方案的有益效果是：同心圆环腔体用于收集不同的矿物质颗粒。

进一步，所述外壳最下端外侧开设有用于取出所述分类收集装置分类筛选后的矿物开关门。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过开关门可以取出已完成分类的同心圆收纳盒。

附图说明

图1为本发明的结构简图；

图2为本发明的外观示意图；

图3为本发明的圆锥振筛结构示意图；

图4为本发明的分类收集装置结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、外壳；2、进料口；3、转动结构；31、调控电机；32、电机转轴；33、电机支架；4、磨盘结构；41、转动磨盘；42、固定盘；5、筛选装置；51、进样斗；52、圆锥振筛；521、弹簧支架；53、齿形圆轨；6、回收装置；61、收纳盘；62、收料口；63、圆环柱体；64、提升机；65、排料口；7、分类收集装置；71、收料斗；72、圆锥正极；73、支撑柱体；74、环状负极；75、同心圆收纳盒。

具体实施方式

为了使发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明，并非用于限定本发明的范围。

实施例1：如图1-2所示，本发明公开的一种月壤钛铁矿分选装置的实施例，包括：

外壳1、进料口2、转动结构3、磨盘结构4、筛选装置5、回收装置6和分类收集装置7；

外壳1内部中空，上端为开口，进料口2位于开口处，转动结构3安装在进料口2中间处，磨盘结构4安装在进料口2下端，筛选装置5安装在磨盘结构4下端，转动结构3穿过并带动磨盘结构4转动，且转动结构3还连接并带动筛选装置5转动，回收装置6套设在筛选装置5下端侧边，且回收装置6上端环绕在进料口2侧边，分类收集装置7安装在筛选装置5下端。

具体的，外部设备把月壤送至进料口2中，落入到磨盘结构4中，再经由转动结构3带动磨盘结构4对月壤进行研磨，研磨后的月壤再往下落入到筛选装置5中，转动结构3带动筛选装置5转动振动，从而提高筛选的效率，未过筛选的月壤沿筛选装置5周边落入到回收装置6中被重新回收再送入到进料口2中，过了筛选的月壤沿穿过筛选装置5往下进入带分类收集装置7完成筛选分类。

应理解的，整个装置对月壤实现了研磨分类，以及回收再研磨的巧妙设计，进而针对不同的矿物颗粒完成筛选，整个过程高效快捷，结构简单，可同时筛选出多种不同导电性的矿物，节省了成本。

优选的，磨盘结构4可以设有多个，以实现多次研磨，提高筛选效率。

在实施例1的基础上，实施例2：如图1所示，转动结构3包括调控电机31、电机转轴32和电机支架33，调控电机31通过电机支架33安装在进料口2中间，调控电机31下端连接电机转轴32，电机转轴32连接磨盘结构4和筛选装置5。

具体的，电机支架33用于固定调控电机31，调控电机31下端连接电机转轴32，调控电机31带动电机转轴32转动，从而带动磨盘结构4和筛选装置5的运动。

应理解的，电机转轴32转动连接磨盘结构4和筛选装置5，因此磨盘结构4通过转动完成对月壤的研磨，筛选装置5通过转动来完成筛选，效率快，质量高。

优选的，调控电机31的外表面覆盖有风尘罩，用于保护调控电机31不受月壤颗粒的影响。

在实施例2的基础上，实施例3：如图1所示，磨盘结构4包括转动磨盘41和固定盘42，固定盘42中间设有通孔且固定安装在进料口2下端，转动磨盘41转动安装在固定盘42上端，电机转轴32连接并带动转动磨盘41旋转。

具体的，固定盘42是固定的，中间通孔用于研磨好的月壤落下的，转动磨盘41受电机转轴32带动会在固定盘42上转动，进而对进入到固定盘42上的月壤进行研磨。

应理解的，整个磨盘结构4中通过转动和转动磨盘41的重力完成了对矿物的细化处理，方便下一步的筛选。

优选的，转动磨盘41上开设有供月壤下落到固定盘42上的进入孔，同时转动磨盘41在转动中会把与固定盘42之间的研磨好的月壤往固定盘42的通孔推下。

优选的，固定盘42的上端面和转动磨盘41下端面分别开设有细槽纹，用于提高研磨效率，同时其纹路是从外侧弯曲延伸到内侧中心的，确保在转动磨盘41的转动下，盘内的颗粒矿物被逐步往内推动到固定盘42的通孔中。

在实施例2的基础上，实施例4：如图1和图3所示，筛选装置5包括进样斗51、圆锥振筛52和齿形圆轨53，进样斗51为倒立的圆锥状，下端设有开口，进样斗51安装在磨盘结构4下端，圆锥振筛52为圆锥状，安装在进样斗51的正下端，齿形圆轨53间隔安装在圆锥振筛52下端周侧，圆锥振筛52下端周侧还设有多个弹簧支架521与齿形圆轨53滑动连接，电机转轴32穿过进样斗51开口并连接圆锥振筛52，电机转轴32带动圆锥振筛52在齿形圆轨53上转动。

具体的，研磨后的月壤从固定盘42的通孔下落到进样斗51中，并通过进样斗51的开口落入到圆锥振筛52的圆锥顶上，由于圆锥振筛52是在电机转轴32的带动下会进行转动的，此时齿形圆轨53上设有均匀间隔的齿状结构，圆锥振筛52在转动时通过弹簧支架521沿着齿状结构进行往复的振动运动，在圆锥振筛52的振动和转动下，位于顶部的月壤颗粒逐步下落，并被圆锥振筛52进行筛选过滤。

应理解的，整个过程通过圆锥振筛52的运动提高了筛选的效率。

优选的，齿形圆轨53上分布的间隔均匀的齿状结构为三角形状，其中三角形的上端面由低到高分布,各齿状结构的最低点和最高点处于同一水平线上，同时，圆锥振筛52下端分布有相同个数的弹簧支架521与齿状结构的间距个数一一对应，这样在圆锥振筛52转动时弹簧支架521沿着齿状结构同步的缓慢上升和急速下降，进而就可以保持圆锥振筛52的一个振动感。

优选的，圆锥振筛52为一个圆锥状的筛网组成。

优选的，进样斗51中的下端开口处还设有用于开口开闭的闸门。

在实施例1的基础上，实施例5：如图1所示，回收装置6包括收纳盘61、收料口62、圆环柱体63、提升机64和排料口65，收纳盘61环绕筛选装置5下端周侧安装，圆环柱体63内部中空，且圆环柱体63下端安装在收纳盘61上，上端环绕安装在磨盘结构4和筛选装置5外侧，收料口62开设在圆环柱体63的下端，排料口65开设在圆环柱体63的上端且与进料口2连通，圆环柱体63的下端通过收料口62与收纳盘61连通，提升机64安装在圆环柱体63中，提升机64连通收料口62和排料口65，且提升机64从收料口62提升矿物至排料口65排出。

具体的，圆锥振筛52筛选合格的月壤颗粒会从圆锥振筛52中下落到分类收集装置7中，然后为达到粒径合格的，会沿着圆锥振筛52的圆锥面下滑到收纳盘61中，圆环柱体63是环绕筛选装置5安装的，同时收料口62位于圆环柱体63的下端，排料口65位于上端，且连通进料口2，收料口62用于把收纳盘61中堆起的料通过提升机64提升至收料口62再通过进料口2回到装置内循环，直至颗粒大小符合筛选要求。

应理解的，圆环柱体63的提升结构构造可以大大的减少整体的体积，同时收纳盘61、收料口62和排料口65的设计，可以实现不合格的月壤颗粒的重新循环加工，提高了整体的工作效率和效益。

优选的，收纳盘61上的收料口62处为凹坑，方便月壤颗粒聚集，便于颗粒通过提升机64运输至收料口62处，最终再回到进料口2中循环。

优选的，提升机64可以为振动垂直螺旋提升机，其中叶片沿圆环柱体63的内部呈螺旋分布。

在实施例1的基础上，实施例6：如图1和图4所示，分类收集装置7包括收料斗71、圆锥正极72、支撑柱体73、环状负极74和同心圆收纳盒75，收料斗71安装在筛选装置5下端，收料斗71为倒圆锥状，且下端开设有流出口，圆锥正极72安装在流出口正下端，支撑柱体73安装在圆锥正极72的下端并为圆锥正极72提供支撑，环状负极74间隔均匀环绕安装在圆锥正极72的下端外侧，同心圆收纳盒75环绕安装在支撑柱体73下端周侧。

具体的，经过筛选满足要求的月壤颗粒通过圆锥振筛52下落至收料斗71中，再经由流出口下落至圆锥正极72的圆锥顶上，由于圆锥正极72是带电的，因此钛铁矿颗粒会在滚落过程中会被传导带电，同时环状负极74带负电，且间隔均匀环绕安装在圆锥正极72的下端外侧，因此当钛铁矿颗粒沿圆锥面下落至圆锥正极72的底端时，在环状负极74的吸附作用下，不同的月壤矿物颗粒通过自身重力和带电性其下落点是不一样的，落入同心圆收纳盒75中的位置也即不一样，进而可以依据此操作完成筛选分类。

应理解的，分类收集装置7通过传导带电，可以给月壤颗粒附电，相比于传统的静电摩擦带电，方便快捷且效率更高，同时也避免了设备的高速磨损，有利于提高装置的使用寿命。

优选的，圆锥正极72为导电体，这样方便为月壤颗粒附电。

优选的，收料斗71下端的流出口处设有开闭的闸门，可用于检修或紧急关闭。

在实施例1的基础上，实施例7：如图1和图4所示，圆锥正极72连接电源正极，环状负极74连接电源负极。

应理解的，圆锥正极72用于为月壤颗粒传导带电，环状负极74为带电的月壤颗粒提供吸附力。

在实施例1的基础上，实施例8：如图1和图4所示，同心圆收纳盒75内部设有多个同心圆环腔体。

应理解的，同心圆环腔体为圆环状分布可以收集不同的矿物颗粒。

优选的，同心圆收纳盒75上设有可断开的卡接环，通过断开卡接环，同心圆收纳盒75可以沿支撑柱体73取出。

在实施例1的基础上，实施例8：如图1所示，外壳1最下端外侧开设有用于取出分类收集装置7分类筛选后的矿物开关门。

应理解的，通过打开开关可以取出已收集好的月壤钛铁矿颗粒同心圆收纳盒72。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种月壤钛铁矿分选装置，其特征在于，包括：

外壳(1)、进料口(2)、转动结构(3)、磨盘结构(4)、筛选装置(5)、回收装置(6)和分类收集装置(7)；

所述外壳(1)内部中空，上端为开口，所述进料口(2)位于所述开口处，所述转动结构(3)安装在所述进料口(2)中间处，所述磨盘结构(4)安装在所述进料口(2)下端，所述筛选装置(5)安装在所述磨盘结构(4)下端，所述转动结构(3)穿过并带动所述磨盘结构(4)转动，且所述转动结构(3)还连接并带动所述筛选装置(5)转动，所述回收装置(6)套设在所述筛选装置(5)下端侧边，且所述回收装置(6)上端环绕在所述进料口(2)侧边，所述分类收集装置(7)安装在所述筛选装置(5)下端。

2.根据权利要求1所述的月壤钛铁矿分选装置，其特征在于，所述转动结构(3)包括调控电机(31)、电机转轴(32)和电机支架(33)，所述调控电机(31)通过所述电机支架(33)安装在所述进料口(2)中间，所述调控电机(31)下端连接所述电机转轴(32)，所述电机转轴(32)连接所述磨盘结构(4)和所述筛选装置(5)。

3.根据权利要求2所述的月壤钛铁矿分选装置，其特征在于，所述磨盘结构(4)包括转动磨盘(41)和固定盘(42)，所述固定盘(42)中间设有通孔且固定安装在所述进料口(2)下端，所述转动磨盘(41)转动安装在所述固定盘(42)上端，所述电机转轴(32)连接并带动所述转动磨盘(41)旋转。

4.根据权利要求2所述的月壤钛铁矿分选装置，其特征在于，所述筛选装置(5)包括进样斗(51)、圆锥振筛(52)和齿形圆轨(53)，所述进样斗(51)为倒立的圆锥状，下端设有开口，所述进样斗(51)安装在所述磨盘结构(4)下端，所述圆锥振筛(52)为圆锥状，安装在所述进样斗(51)的正下端，所述齿形圆轨(53)间隔安装在所述圆锥振筛(52)下端周侧，所述圆锥振筛(52)下端周侧还设有多个弹簧支架(521)与所述齿形圆轨(53)滑动连接，所述电机转轴(32)穿过所述进样斗(51)开口并连接所述圆锥振筛(52)，所述电机转轴(32)带动所述圆锥振筛(52)在齿形圆轨(53)上转动。

5.根据权利要求1所述的月壤钛铁矿分选装置，其特征在于，所述回收装置(6)包括收纳盘(61)、收料口(62)、圆环柱体(63)、提升机(64)和排料口(65)，所述收纳盘(61)环绕所述筛选装置(5)下端周侧安装，所述圆环柱体(63)内部中空，且所述圆环柱体(63)下端安装在所述收纳盘(61)上，上端环绕安装在所述磨盘结构(4)和所述筛选装置(5)外侧，所述收料口(62)开设在所述圆环柱体(63)的下端，所述排料口(65)开设在所述圆环柱体(63)的上端且与所述进料口(2)连通，所述圆环柱体(63)的下端通过所述收料口(62)与所述收纳盘(61)连通，所述提升机(64)安装在所述圆环柱体(63)中，所述提升机(64)连通所述收料口(62)和所述排料口(65)，且所述提升机(64)从所述收料口(62)提升矿物至所述排料口(65)排出。

6.根据权利要求1所述的月壤钛铁矿分选装置，其特征在于，所述分类收集装置(7)包括收料斗(71)、圆锥正极(72)、支撑柱体(73)、环状负极(74)和同心圆收纳盒(75)，所述收料斗(71)安装在所述筛选装置(5)下端，所述收料斗(71)为倒圆锥状，且下端开设有流出口，所述圆锥正极(72)安装在所述流出口正下端，所述支撑柱体(73)安装在所述圆锥正极(72)的下端并为所述圆锥正极(72)提供支撑，所述环状负极(74)间隔均匀环绕安装在所述圆锥正极(72)的下端外侧，所述同心圆收纳盒(75)环绕安装在所述支撑柱体(73)下端周侧。

7.根据权利要求6所述的月壤钛铁矿分选装置，其特征在于，所述圆锥正极(72)连接电源正极，所述环状负极(74)连接电源负极。

8.根据权利要求6所述的月壤钛铁矿分选装置，其特征在于，所述同心圆收纳盒(75)内部设有多个同心圆环腔体。

9.根据权利要求1所述的月壤钛铁矿分选装置，其特征在于，所述外壳(1)最下端外侧开设有用于取出所述分类收集装置(7)分类筛选后的矿物开关门。

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