CN115515718A - 用于电脉冲破碎和分离的方法与装置 - Google Patents

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CN115515718A CN202080100228.1A CN202080100228A CN115515718A CN 115515718 A CN115515718 A CN 115515718A CN 202080100228 A CN202080100228 A CN 202080100228A CN 115515718 A CN115515718 A CN 115515718A
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Abstract

本发明涉及用于压碎材料并分离产生的颗粒的方法与装置。在单一过程中进行压碎和颗粒分离，在重叠空间中同时进行，其中将在电容器中储存的部分能量用于分离，形成间隙和工作间隙放电用作颗粒的辐照源，使用振动移动颗粒，加热用于强化颗粒的发光，胶体形成用于提高颗粒分离度。本装置含有：电动液压脉冲压碎机，其包括用于提供材料的含液体进料斗、塞子、阀门、电容器、变压器，和通过电极之间电压产生放电的形成火花间隙和工作间隙；以及分离器，其含有栅网、倾斜振动盘、筛网、发射器、检测器、能够向具有喷射器的气动系统发出信号的计算机监测系统和用于收集颗粒的单独的容器。电动液压脉冲压碎机和分离器形成单体结构，其中将火花间隙配置为允许检测器确定颗粒的化学组成的发射器。所述方法与装置允许提高压碎和分离的质量。

Description

用于电脉冲破碎和分离的方法与装置
技术领域
提出的发明属于浓缩、建筑和化学工业领域并且可以用于任何矿物，包括铁和非铁矿渣(slug)以及废物再循环工厂原材料的碎裂和分离。
背景技术
提出的发明的类似物是材料的电动液压碎裂方法，使得实现设定的研磨等级。[1]电动液压制粒机(grainer)允许碎裂并研磨几乎所有材料，包括矿石、煤炭、石棉、云母、纸张、水泥、谷粒。任何制粒机中的火花长度应对应于加载的材料块的尺寸。经验显示大直径制粒机中的火花长度应不小于加载的最大材料块的直径的1/3。以下列比例在容器C中以火花长度(l＝常数)实现最高效率因数
Uopt＝kUmin，
其中Uopt是最优方案下的电压，kV；Umin是最小电压击穿，kv；k是经验系数，k＝1，2÷1，3。
通过标准制粒机产生的材料的最大尺寸不超过25-35mm。设计了砂磨制粒机以将材料研磨成不大于1.0-8mm的部分。胶体型制粒机可以将材料研磨成范围在1-2mm的部分至微米部分。
通过电动液压作用在液体中发生的超声波振动可以有效研磨直径类似于该频率组的波长的颗粒，因此，应在大直径电动液压制粒机中以软方案(soft regime)：(U≤20kV；C≥1.0μF)实施大材料块的精细制粒。如果作为精细和特细部分提供起始材料，则应以硬方案(hard regime)：(U≥50kV；C≤1.0μF)在小直径电动液压制粒机这实施研磨。
例如，混合尺寸材料的处理方案可以如下所示：C＝0.3÷2.0μF；U＝20÷50kV；l＞80mm。硬但脆的材料(石英、玻璃、钻石等)或者非常粘性的材料(玄武斑岩、大理石等)应在小直径制粒机中研磨，在具有相对短的火花长度的非常硬的方案下，使用在脉冲周围定位的小工作室，主要通过冲击波能的爆破作用进行。此处处理方案可以如下所示：C＝0.005÷0.1μF；U＝50÷80kV；l≤50mm。
经验显示任何铁或非铁矿渣可以获得至多达95％的其中所含的金属，且无任何显著费用或复杂设备的使用，其能耗为每1吨处理的矿渣5-15kW。
[2]在安装在瑞士凯尔泽斯(Kerzers，Switzerland)的PWTS试验机上研究了经HVP破碎的矿石颗粒的行为。
机器可以以50kV至200kV的范围内的脉冲电压运行，功率为20kW。在20kW/h下的输出范围为约8吨每小时，电极间距离为10至80mm，破碎的粒径至多达100mm。
可以通过以下方程描述单该脉冲能、电容和脉冲电压之间的关系：
Figure BDA0003909763340000021
其中E为脉冲能(J)，C为电容(F)，并且U为脉冲电压(V)。
方程：
Figure BDA0003909763340000031
显示通过选择的脉冲电压和电容范围限制脉冲能的范围。
[3]第二种类似物是光电子分离方法，其中将要分选的产品提供给装料仓并沿着倾斜的振动槽移动，在振动槽末端通过摄影机观察。通过计算机控制系统处理通过光学系统发送的信号，然后将命令发送至气动系统以分离不合格产品。受通过喷射器(气动阀)吹出的压缩空气的影响，不合格产品改变其方向，并且配备有不合格产品容器。
例如，使用具有增加的光谱的摄像机，Pixel光学分离器光学视频系统具有至多达0.26mm每1像素的分辨率和至多达4m/s的产品检验速率，从而允许在IR光谱中实施分选。Pixel设备的光学视频系统允许通过其颜色强度或通过其尺寸来检测不合格产品。
Pixel光学分离器存储器可以储存多达600个用于不同产品或处于不同纯化阶段的相同产品的分选的程序。
[4]具有1至3个部分的ZORKIY系列光学分离器允许至多达15吨/小时的输出。以如果(要分选的产品的)产量输出升高，则不需要添置更强大的设备，安装另外部分足以的方式，设计了设备的多用模块化设计。设备具有以0.13mm的最小缺陷尺寸提供更详细的图象的可能性。设备配备了要分选的产品的智慧质量控制系统并且可以配备单色、双色、NIR、InGaAs或RGB照相机。设备允许通过颜色和形状分选产品并且配备了可视区的自动自清洗系统和通过因特网设置设备操作的可能性。
自调节智慧分选质量控制系统实时处理产品流的视频信号。5mm的喷射器宽度提供了不合格产品的大部分和小部分的精确吹动，从而使得在分选期间适合的产品的损失最小化。喷嘴设计提供了低空气消耗。将喷射器直接安装在喷嘴单元中，因此使得不合格产品处理和提供废料浓缩的反应时间最小化。
光学分离器照相机设备的多个变体允许基于分选任务来选择理想的观察照相机组，这确保了产品纯度。顶部配置为每个部分4个照相机，任何照相机可以是RGB、NIR或InGaAs。
[5]另一种光学分离器OPTIMA配备了双侧观察系统，从而提供了可靠的废品除去，同时控制分选功能最大程度减少了合格产品的损失，从而允许分选任何材料，如塑料、砂或金属部分。在设备标准设置中所提供的多种分选模型允许对新产品和掺杂物类型进行快速重新配置。通过易于可替换的日光灯照射产品。
[6]作为原型的最近接的技术解决方案是在钻石行业中使用的分离设备。钻石与矿石的分离基于辐射测量浓缩(radiometry concentration)法。这种设备的最常见类型是X射线发光分离器(luminescent separator)。X射线发光分离器的作用原理基于钻石在X射线暴露下发光的能力以及钻石和共同存在的矿物的X射线发光之间的差异。如与例如基于浮选法的设备比较，X射线发光分离器的益处包括更高的选择性、高比例钻石回收、低操作费用，以及尤其是显著较小的环境影响。
透射分离器，以及发光分离器也用于钻石回收。透射(或放射照相)分离器的作用原理基于材料吸收X射线辐射的性质。钻石由轻元素碳组成，与含有重元素，如硅、钙、镁、氧、铁等的共同存在的矿物相比吸收较少的X射线辐射。透射分离器使用特殊X射线辐射检测器测量通过矿物颗粒的X射线辐射。通过矿物颗粒的辐射强度使得能够评价包含在给定矿物中的元素的原子序数。由于钻石由轻元素碳组成，通过它的辐射强度将高于通过具有类似颗粒厚度的共同存在的矿物颗粒的辐射强度。为了避免颗粒厚度对测量结果的影响，实施了两种不同的X射线辐射能量值的顺序测量。
发明内容
提出的发明通过将碎裂和分离的操作组合，解决了提高操作效力和扩大技术应用的问题，因此减少了能量消耗，缩短了操作周期，增加了处理的材料种类并且减小了设备尺寸。
通过物质碎裂和产生的颗粒的分离方法解决了设置的问题，该方法包括在具有液体的容器中提供大块物质，使其碎裂成较小的颗粒，在通过由通过形成间隙放电在电容器中储存的能量产生的工作间隙(working interval)放电产生的电动液压冲击、振动和温度作用下形成胶体，同时通过以下进行容器外分离：使用辐射照射并且通过检测器观察颗粒流，检测器向计算机控制系统发出信号，计算机控制系统向气动系统发送命令，以基于程序化的光、颜色或形状在单独的容器中从颗粒流打掉颗粒，特征在于颗粒的碎裂和分离是在重叠体积中同时进行的组合过程，从而允许使用用于分离的储存在电容器中的部分能量，即形成和工作间隙放电，作为颗粒的辐射、使其移动的振动、用于提高颗粒荧光的加热和用于提高颗粒分离强度的胶体放电的源。对于碎裂，液体中的大物质颗粒从顶部移动至底部，同时小颗粒从底部移动至顶部，碎裂成更小的颗粒直至实现所要求的尺寸，其通过两个或更多个工作间隙(WI)；WI沿物质路径依次定位，其中大颗粒随液体流定期向下释放至分离区，同时在另一时间段将小颗粒作为浆料和胶体冲洗通过容器上部，进入分离区。确定颗粒的一种或另一种化学组成的检测器使用形成和工作间隙放电的波电磁辐射以通过红外光、可见光、紫外或X射线谱辐射物质颗粒；为了更准确地检测颗粒组成，通过如上所述的所有光谱同时辐照它们，所述光谱不提供任何环境危害；胶体颗粒从碎裂区向上移动至分离器，从而与具有小颗粒的流体流分离，然后将它们单独提供至分离区；同时在分离前将胶体颗粒保持在单独的容器中，其中它们可以与液体分离以通过检测器进行颗粒组成检测；除使用工作和形成间隙(forming interval)放电辐射外，使用了来自其它独立源的其它辐射，如激光、X射线或放射性发射器，从而允许通过检测器更准确的观察并以更高的碎裂颗粒流速进行分离。
用于物质碎裂和产生的颗粒分离的单元含有电脉冲制粒机，其包括其中提供所述物质的含有液体的装料仓、塞子、阀门、电容器、变压器、形成放电器和工作间隙，在电极：正极和负极之间形成特定电压的放电，以及分离器，其包括格栅、倾斜振动槽、筛网、发射器、检测器、对于具有喷射器的气动系统控制和发出信号的计算机化系统、用于颗粒收集的单独的容器，特征在于电动水力脉冲制粒机和分离器是单体构造，其中放电器作为发射器，使得检测器检测颗粒的一种或另一种化学组成；其中在最大上部直径侧，将物质加载到锥形仓中，其作为负极，同时在具有设置值的孔的格栅之前，将沿所述仓的内径安装的焊条(stick electrode)作为两个或更多个正极；所述仓和正极之间的放电长度对应于要碎裂的颗粒尺寸并且正极之间的距离不超过放电长度的3倍。正极由高熔点金属制成并且可以在不同垂直水平安装在所述仓内部的两个或更多个不同直径处，其中顶部水平的最大直径中的放电使用至多达20kV的软电压方案使大颗粒碎裂；降低至中部水平，以20至50kV的中间电压方案使中等尺寸的颗粒碎裂；再降低，通过使用50至200kV高电压的硬方案使较小下部水平直径中的小颗粒碎裂；当阀门打开时，用液体清洗锥形仓并且在底部用塞子塞紧，其以设置的频率打开特定时间，同时在打开期间关闭阀门并且用液体将碎裂的大颗粒冲洗通过所述仓的底部，同时较小的颗粒冲洗通过所述仓顶部，并且在塞子关闭并且阀门打开时，将其提供至倾斜振动槽和作为单体单元的筛网，在此将颗粒分离成不同部分并通过用作放电器的辐射器辐照以通过检测器检测组成并在单独容器中分离设置的颗粒。放电器-发射器可以位于筛网上方和下方，使得检测器更准确地确定颗粒组成，同时将仓、振动槽和筛网设计为具有刚性连接的单体单元，允许使用通过碎裂期间放电产生的振动将颗粒移动至分离区，在此检测器可以检测颗粒由于它们在放电作用下的加热所发出的红外辐射，同时其它类型的检测器可以通过它们的荧光、温度和形状特征检测颗粒组成；在筛网上部分离筛网上较小的颗粒，在筛网中部分离中间尺寸的颗粒，而最大的颗粒从筛网边缘掉落，其中分离的材料可以用于使用该装置在两个或更多个步骤中重复分离来筛分剩余杂质直至给定材料完全纯化的顺序方案；可以使用计算机程序，通过化学组成将含有两种或更多种化学组成的颗粒流分离到两个或更多个单独容器中，同时颗粒碎裂速率可以类似于颗粒分离速率，从而使得能够在物质颗粒源，如采矿、矿渣形成或废料储存位置处立即布置碎裂-分离单元。
具体实施方式
通过图1提供的单元实施的方法，实现了设置的问题。单元含有装料仓1，其中在顶部提供未碎裂的矿石2，使其围绕中央正极3分散，其中正极在一个或几个水平沿直径布置。装料仓实施为截锥，从而通过重力和振动，不使用传送机构将物质从上至下移动。使仓具有反射通过在仓和正极之间的空间中发生的放电产生的电磁波的材料(如不锈钢)是合理的。放电将产生振动，在振动下物质将沿内表面向下移动。使中央正极表面具有反射电磁波以提高通过废液中产生的辐射对物质的辐射作用的材料也是合理的。中央正极3实施为颈缩圆锥(neck down cone)，其中沿直径截面布置电极。该设计使用了三个水平的正极。对于大块碎裂，使用顶部水平的正极4；中间水平的正极5用于中等尺寸的块，并且下部水平的正极6用于小尺寸的块。两个或更多个正极可以沿直径位于一个水平。例如，如果其中布置顶部水平电极的第一圆形的圆周长度为3米，并且放电长度为150mm，则电极之间的距离将大两倍，从而可以沿圆形布置10个电极。顶部水平电极使至多达400mm的大直径块碎裂，因此它们以其中放电电压低于20kV的软方案运行。其中布置中间水平正极的圆形的圆周至多达1.6米。在该水平提供的块的直径不超过80mm，而放电长度至多达100mm，因此沿圆形布置8个电极并且放电电压在20至50kV的范围内。在下部水平碎裂的块不大于40mm，放电长度为60mm，圆形圆周为0.8米，因此，将沿圆形布置约7个电极；放电电压将超过50kV并且可以至多达200kV。将装料仓用作负极，其中启动正极放电，从而使通过上部格栅7和中间格栅8保留的矿石碎裂。考虑到给定计算实例，上部格栅小孔尺寸将在80×80mm的范围内，中间格栅将在40×40mm内。通过管9将水提供给外壳，并且相对于其边缘排水，从而将浆料10携带至外壳和壳体11之间的空间。
通过半球形塞子12塞紧装料仓底部，在其表面上积累一定量的碎裂矿石后，定期打开塞子，从而将矿石与水一起排至实施为具有不同内径的孔的截锥的倾斜筛网13上。较小的孔14位于筛网顶部部分，而大孔15位于筛网底部部分。小块的碎裂矿石16或浆料颗粒17通过小孔沿筛网直径下落。中等尺寸的碎裂矿石颗粒18通过大孔下落，同时最大的碎裂矿石颗粒19沿筛网边缘下落。筛网通过将在水中放电产生的振动传递至筛网的接头刚性连接至仓，从而允许颗粒沿筛网表面移动并且在没有任何其它机构的情况下对它们进行分选。
在筛网下，安装检测器20，其将矿石组成确定为有用的或采矿废料并将信号传输给控制系统以从总体下落颗粒流中丢弃特定形式。例如，检测器可以是分光光度计、照相机、发光、波辐照受体的X射线或者将颗粒检测为一种或另一种化学组成的其它装置。[7]例如，这些装置包括Avantes光学纤维光谱仪，其可以用于检测要分选的物质的化学组成。光谱仪可以记录UV辐照、可见光和IR光谱中的物质颗粒，其中将使用衍射光栅和滤光器的对称Curny-Terner光学方案用于检测颗粒化学组成。最小信号积分时间仅为30毫秒。光谱仪可以用于脉冲辐射源、某些激光参数以及激光-火花发射光谱中的高速测量。数据传输速率达到5GBit/sec。
在根据计算机程序设置的参数通过检测器检测所要求的颗粒后，通过喷射器21丢弃它们，喷射器21通过喷气口或喷水口将颗粒喷射到特殊容器中。分离壁22用于将一种颗粒与其它颗粒分离，例如主要颗粒在第一壁和第二壁之间下落，而喷射出的颗粒流在第二壁和第三壁之间下落。为了将颗粒确定为一种或另一种化学组成，使用发射器23，其含有内部反射器24和尖端25，在此之间发生放电26。发射器配备触点27，在此提供了用于放电产生的具有特定值的电流和电压。发射器用于形成间隙功能并且提供离开仓的颗粒的辐照。电动水力脉冲机使用标准放电器以产生形成间隙，而在分离器中使用专门的光照或辐照装置。以其另外用作辐照仪器的方式设计了提出的发明中的放电器；对此，用特殊栅网28封闭它们，从而允许辐照29通过它们。栅网允许在放电器内部产生任何媒介物，例如，真空或惰性环境，因此将放电器转化为可以使红外光、可见光、紫外或X-射线辐照通过栅网的仪器。
[1]脉冲电流发生器(CPG)用于产生多个重复电流脉冲，发挥电动液压作用并且在宽范围的电压(5-200kV)、电容器电容(0.1-10000μF)、储存的蓄能器能量(10-106J)、脉冲频率(0.1-100Hz)下运行。将通过限流元件和电源单元的电能传输至电容器，使用空气，将形成间隙(FI)作为脉冲传输至液体中的工作间隙(WI)，在此释放电容器的电能并且发生电动液压冲击。在提出的装置中，将其中发生放电的形成间隙(FI)用作发射器的电磁波源。放电产生了具有从红外至X射线波的宽辐射谱的电磁波流。在正极和装料仓之间产生的提出的装置中的工作间隙(WI)也用作物质颗粒辐照源。与之一起，随着方案硬度升高，U≥50kV，冲击波前沿处的压力和强声发射能的比例将随着光谱强紫外组分的传播而增加。在软方案中，U≤20kV的特征在于随着其光谱红外组分的升高，压力降低。
对于形成间隙操作，使用了设计为整流至多达200kV的电压和至多达1000kA的电流的多种类型的标准放电器(空气大气压力、真空火花、充气、引燃管、晶闸管、电子器件等)。真空放电器是无噪音的并且具有低感抗，但是具有有限的操作速度。
在提出的发明中，将作用为FI整流装置的标准放电器(空气和真空放电器两者)转输至同时作用为FI并且提供使用从红外至X-射线辐照的宽光谱中的多种波长的电磁波对碎裂颗粒进行辐照的发射器。在本发明中另外起发射器作用的放电器(FI)中的放电与正极和负装料仓之间在水中的电弧放电(WI)同时发生。因此，用多种电磁波更强烈地辐照矿石颗粒，从而允许通过检测器更准确并且更快速地检测它们的化学结构。
[8]例如，RETSCH TECHNOLOGY公司通过设计允许分析混悬液、乳液、胶体系统、粉末、颗粒和0.3nm至30mm的精细级材料中的粒径和形状的设备解决了这些问题。对于设备操作，需要来自两个发光二极管脉冲灯的单色光束。
在提出的发明中，将通过使用FI放电和水中的WI放电的发射器发挥灯的功能。因此，颗粒辐照系统将类似于RETSCH TECHNOLOGY，允许在更宽的辐照范围操作，其使得能够实现更高的分离参数。提出的发射器不仅将产生在灯管中使用的紫外线照射，而且还产生红外和X-射线辐照，显著扩大了用于确定矿石化学组成的设备可能性。
图像分析允许通过形状、颜色和光检测单独颗粒的化学组成动态。可以通过使用经晶体辐照的泵浦激发的激光衍射法来扩大提出的设备的颗粒检测的可能性。该系统提供了尺寸小于10μm的颗粒的检测，包括在液体媒介中。
在提出的发明中，如在CAMSIZERХ2分析仪中，可以通过记录弦长、切线长、Feret直径、定方等分直径(Martin diameter)、边长比(宽度/长度)、突出(prominence)、圆度、对称性、透明度、成角度，通过50个不同的参数分析颗粒。
当关闭半球形塞时，进入装料仓内部的水被排出通过仓的上边缘，其携带了来自矿石的小物质颗粒。当塞打开并且将水与较大的矿石颗粒一起排出通过外壳底面时，通过关闭阀门30同时且同步关闭管9以防止供水。这是需要的，以降低塞子打开时流出的水的流速，因此流速将取决于仓中的液柱高度。清洗掉的矿石颗粒沿塞滑动并且提供在筛网上，通过其直径分布并且分成具有多种体积的部分。在颗粒沿塞和筛网面移动的同时，通过由反射器收集并导向矿石颗粒的电弧放电，通过在发射器内部产生的多种波长辐照它们。在辐照作用下，矿石颗粒可以发荧光、发光、积累并反射辐照，因此允许多种检测器以确定颗粒的化学组成。当使用摄像机时，颗粒形状、光和颜色可以不同。
在放电作用下，矿石颗粒的加热使得检测器能够检测它们的特性，例如，热感照相机可以用作检测器，从而基于源自它们的特征的它们的性质检测颗粒组成。FI和WI中的放电产生了振动，其简化了颗粒沿仓，通过格栅和通过筛网的移动，从而通过不使用特殊装置来产生振动以允许提出的装置降低成本。
通过提出的发明解决的主要问题与技术链的缩短，并因此与选矿成本的降低有关。可以以铍矿开采为例来解释本发明的使用前景。
目前使用极长的技术链来浓缩铍，其具有显著的成本和环境危害。该链包括矿石清洗、浮选、碎裂、在酸和碱中溶解铍浓缩物和反应产物的进一步分离的过程。铍的生产被认为是环境有害的技术并且需要额外的化学试剂以及废料储存和处置设施费用。
提出的发明允许缩短技术链和排除环境有害的方法。图1所示的装置同时起到了矿石碎裂、清洗、部分分选和化学组成分离单元的作用。矿石在提出的装置中通过较短距离，其比目前矿石在现代提升机碎裂和分离单元中通过的距离小数十或甚至数百倍。这使得能够显著减低铍颗粒提取的成本和时间。矿石碎裂装置使用了在水中的放电，其降解矿物，同时辐照并加热它并产生移动物质颗粒的振动。
[9]通过阴极射线、X射线或紫外辐照的铍由于磷光而开始发光延长的一段时间。以20kV的管电压通过X-射线辐照加热至1400℃，样品出现光电发射，当通过α粒子辐照时也发生了氧化铍荧光。在电弧放电作用下，氧化铍以蓝光发磷光。通过将铍加热至1400℃，颗粒荧光升高。
当使用图1中所示的装置时，电弧放电将引起铍颗粒的加热和辐照，铍颗粒将开始发蓝光，从而对检测器显示其位置。
[10]在阴极射线作用下，任何晶体可以发光，例如，红宝石晶体由于脉冲气体放电灯中的放电而发光。这是激光器操作方案，其中螺旋形灯围绕红宝石晶体并且在泵浦闪光作用下产生光，其中添加0.05％铬的红宝石发出红光束。[11]通过吸收具有560nm波长的辐照，铬原子从主能级转移至第二激发能级。反转粒子数产生过程被称为泵浦，因此将使用其的灯称为泵浦灯。其足以使一个铬原子从亚稳能级自发跃迁至主能级，其中光子发射由于处于亚稳态的铬原子的感应发射而引起光子雪崩。所有激发的铬原子的闪光过程在10-8-10-10s内完成。
因此，如果通过电弧放电强烈辐照矿石晶体，则在激发后，它们将光子发射到环境中，其将被检测器识别并显示出物质的化学结构。在提出的发明中，电弧放电在发出多种波长的波的尖端25之间传递至环境中。
[12]电弧放电是在气体中的放电形式之一。标准状态的气体由电中性粒子组成并且不传导电流。当除电中性原子和分子之外，出现带电粒子，如自由电子和离子时，其获得导电性。除电弧放电之外，气体中其它单独的放电形式是可能的，其在一定条件下可以从一种形式转变为另一种形式。通过气体媒介物中的放电电流密度和压力确定放电形式(电弧、辉光和静态)。
[13]例如，焊接辐照光谱在200至1400nm的范围内，其中约70％的射束能作为紫外放电，15％作为红外辐射放电并且仅15％作为可见光放电。在该光谱中，紫外在200-380nm的范围内，可见光在380-780nm的范围内，红外辐射在780-1400nm的范围内。可以通过在更高的电压下，在更稀少的媒介物中，在由更致密的材料所制成的尖端之间实施放电，将光谱转变为更短的辐射。
[14]真空X射线管用于X射线产生，真空X射线管包含其中焊接了电极，阴极和正极的玻璃圆柱体。通过电极之间空间中的强大磁场使通过阴极在真空中所发出的电子加速并轰击正极。当电子撞击正极时，它们的动能部分被转化为X-射线辐照能。由于轰击电子的大部分动能被转化为热，因此进行电子轰击的正极应由高熔点材料制成。X-射线辐照的得率随原子序数的升高而升高，因此钨最常用作正极材料。
为了获得X-射线辐照的高能量和强度的连续光谱，使用Au和W正极；将具有由Ti、Cr、Fe、Co、Ni、Cu、Mo、Ag所制成的正极的X射线管用于结构分析。X射线管使用了1至500kV的加速电压，0.01mA至1A的电子流，10至104W/mm2的比功率，0.002W至60kW的总功耗。X射线管的效力比为0.1-3％。X射线电磁辐射的光谱在10-5至102nm的波长范围内。
图2提供了标准电流脉冲发生器的电学示意图，其中Тр是变压器；V是整流器；С是馈电电容；FI是形成间隙；WI是在液体中的工作火花间隙。在标准电动液压单元中(图2)，在正极尖端31和阴极尖端32之间形成了形成间隙(FI)，其中发生气体放电33，从而发出通过外壳吸收并且不用于辐照碎裂的矿石颗粒的辐射。在正极34和盲仓(blind bunker)35之间形成工作间隙(WI)，其中发生水放电36，从而辐照碎裂的矿石颗粒，但是由于随后将它们移除至储存，因此其也未用于它们的检测。沿通过其中进行矿石碎裂的WI的线38进行大体积未碎裂的矿石向壳体中的加载和碎裂的矿石37的卸除。通常使用带式运输机卸除矿石，其花费大量时间，因此不允许使用能够将物质颗粒确定为一种或另一种化学组成的检测器。
图3显示了提出的碎裂-分离装置的示意图，其也使用在正极尖端31和阴极尖端32之间的形成间隙(FI)，产生气体放电33，但差异在于将这种放电的辐照29传输用于碎裂的矿石辐照。在正极34和装料仓1之间形成工作间隙(WI)，其中发生水放电36，从而产生辐照碎裂的矿石颗粒的辐照29。通过锥形仓上部较大直径发生未碎裂矿石2的加载，同时沿线38通过仓较小的直径进行碎裂矿石37的卸除。与图2所示的线相比，该线长度较短。将通过工作间隙的矿石块碎裂成在放电作用下经受振动、泵送和加热的较小的颗粒。当打开塞12时，在筛网13上的形成间隙辐照区中通过重力、振动和水流压力替换这些颗粒，其中将它们另外加热和泵送。然后，通过检测器识别照射的颗粒，并且根据设置程序，通过喷射器将所要求的颗粒从主体流中打掉至单独的容器中。
对于提出的碎裂-分选设备的操作，极其重要的是矿石颗粒从辐照时间点向通过检测器的检测时间点的运动的线38应尽可能小以减少从辐照到检测时间点的时间。这是接受检测器能够将颗粒确定为一种或另一种化学组成所需要的。使用不同方法进行检测，例如，照相机可以用作检测器，其使用计算机程序检测颗粒的几何形状、光和颜色特征。对于照相机操作，必须提供颗粒在特定辐照波谱中的特定照射。例如，照相机可以接收紫外光、可见光或红外辐射。
通过碎裂区和检测器定位区的组合或最大程度靠近实现了碎裂和分离过程的最高效性能。在WI中进行的碎裂进行了颗粒的第一泵送和加热，而FI区中的放电结束了在接受检测器区中输送的颗粒的加热和泵送。FI和检测器区的组合或接触使得能够显著降低碎裂和分离成本。当单独进行碎裂和分离过程时，在碎裂后需要通过专门输送将颗粒输送至分离设备。分离器应配备颗粒照射装置，其将消耗额外的能量。根据统计数据，照射装置包含至多达25％的分离器成本。由于在电脉冲碎裂中使用加热和振动，而在辐照分离中不使用，因此在提出的装置中碎裂和分离过程的组合使得能够实现成本和时间的显著降低。所得设备将具有小尺寸并且将能够处理大体积的物质。
例如，如果锥形仓尺寸为直径3m且高2m，其中输出区直径0.3m，则壳体将容纳5m3的矿石。考虑体积密度，其为约10吨含铍矿石。离开外壳的最大颗粒尺寸不超过35mm，因此塞打开至40mm长度。如果水柱高度为2m，则水流速将为
Figure BDA0003909763340000151
其等于6.3m/s。水流动通过的截面将至多达3.8dm3。塞打开和关闭等于1sec的时间段，因此，在此期间将冲洗等于120dm3的水体积。这种水体积将含有约20dm3的矿石颗粒，其密度为2.7y/cm3，因此在塞打开和关闭期间，将冲洗100dm3的水和54kg的矿石颗粒。当对仓压紧塞子时，时间段等于9秒，在此期间其被通过上边缘排出的水填充。在塞关闭后，阀门打开并以20dm3/s的速率从管道系统提供水。在5秒时间期间，仓壳体填充水，并随后用浆料冲洗4秒，在冲洗期间花费80dm3的水。通过这种设备操作方案，在10秒间隙中发生下列情况：通过打开和关闭塞在1秒内发生底层水冲洗，从而用水冲洗碎裂的矿石颗粒；在接下来的5秒内，仓填充水，并且在剩余4秒内，发生了用浆料对水的顶部冲洗。如果矿石中浆料体积为20％，则用80dm3的水冲洗的颗粒重量将为约8.6kg。在10秒时间段内，碎裂和分离装置将处理62.6kg的矿石，其将为376kg每分钟和22.5吨每小时。在工作班次期间处理的矿石体积将为180吨。通过对于22个工作日的一个设备操作班次，每月处理的矿石体积将为3960吨。矿石含有约1％的铍，因此将从矿石分离39.6吨的铍。该体积含有14％的氧化铍，因此，在后续加工中将生产约5.5吨的氧化铍。
该设备使得每年能够生产67吨的BeO，从而使得能够生产约25吨的金属Be，其占世界产量的10％。
提出的设备的操作效率将取决于从WI区输送至FI区，然后输送至分离区的辐照颗粒的速率。因此，需要确定从颗粒照射时间点至它们输送至接受检测器区的时间的最佳时间。如果时间段将较长，则检测器将不能够检测颗粒的化学组成。例如，X射线分离器辐照以约1m/s的速度移动的传送带上的矿石颗粒。在它们从传送带上掉落之前200mm，将颗粒暴露于X射线，在掉落颗粒水平下方约250mm安装检测器。因此，颗粒在0.2秒移动200mm的距离，并且在0.23秒移动250mm的距离，同时掉落。从曝露时间点至检测时间点的总时间段为0.43秒。
在提出的装置中，当塞打开时，在WI区中辐照颗粒并通过以6.3m/s的速率移动的水流将其带走。颗粒移动一定距离到达第一筛网孔，在0.05秒中从流体中除去0至2mm的最小部分。其中输送20至35mm的最大部分颗粒的至筛网边缘的距离为1.2m，颗粒在0.2秒内移动该距离。类似于X射线分离器，该时间对应于它们的操作范围。提出的装置的其它益处在于其中发生放电的形成间隙的使用，从而在它们沿筛网表面移动的同时辐照颗粒。这显著降低了从颗粒辐照时间点至接受检测器读取信息的时间点的时间，其中时间段接近于零。当使用光学分离器分选颗粒时，应通过发光灯在观察区中恒定照射它们。在提出的装置中，通过在其中可以以1至100Hz及以上的频率发生放电的FI区中的放电产生的光照来使其发生。将FI放电器转化为开始通过发挥发光灯功能的发光屏照射颗粒的发射器。如果光照不足，则可以使用其它独立的照明设备，如发光灯或X-射线辐照源。由于提出的装置使得能够使用从红外至X-射线辐照的所有光谱进行泵浦，因此颗粒的一种或另一种化学组成的检测将变得无缺陷。检测器可以通过其吸收或发出的辐照，通过其几何形状和颜色来评价颗粒。如果在检测期间，在标准光学分离器中颗粒移动速率达到4m/s，则同时检测辉光、几何形状和颜色的多种检测器的使用将允许将速率提高至10m/s或以上，同时无缺陷检测化学组成。用于在WI和FI中产生用于颗粒碎裂的电弧放电的电能同时用于产生通过同时加热和振动来泵送颗粒的辐照。在提出的发明中能量的多功能使用使得能够显著降低碎裂和分离的成本和时间。
[15]先前，将光中子分离器用于铍矿浓缩，其中使用124Sb同位素的γ-辐照。设备配备有测量装置，其中接受检测器通过X射线辐射测量学、光度法和发光法确定颗粒组成。在X射线辐射测量学方法中，通过γ-辐照的放射性挤压矿石，并且接受检测器通过矿石块之间的放射性放射差异检测一种或另一种化学组成。由于其复杂性和对于生物机体的危害，目前未广泛使用这种方法。
提出的方法不使用矿石颗粒的放射性辐照，因为红外至X射线范围内的辐照范围足以确定矿石颗粒化学组成。如果该波长范围是环境完全的，则设备操作使用辐照。通过WI和FI放电产生的辐照功率足够高，因为能够通过电动水力脉冲法使至多达22.5吨的矿石碎裂的设备的电源功率应不小于200kW。
[16]例如，在距Vladikavkaz(Mikhailovskoye村)2公里的Granit LLC采石场安装的10电极制粒机使用了210kW的电源功率，其中输出为40-50m3/h并且能量消耗为约6kW·h/m3。
在提出的碎裂和分离设备中，FI和WI的电弧放电作为碎裂工具和作为用于分离的光照工具的使用使其是多用途的，并且使得能够替代标准浮选、分离和碎裂设备。浮选需要矿石碎裂操作和化学试剂，其中根据它们与试剂反应的特征分离颗粒。当使用拖捞网和水力分离器时，基于它们的密度进行颗粒分离。浮选设备不允许选择试剂以分离化学组成不同的所有矿物颗粒，或则它是经济不合理的。水力分离和拖捞网不允许按它们的密度分离所有颗粒。提出的碎裂和分离设备不需要使用化学试剂，从而允许基于它们的化学组成分离任何颗粒。碎裂和分离设备允许沿最短路径发送矿物，这减少了能量和经济费用。
设备的另一个益处在于一次将几种化学元素从主体流提取至不同容器的可能性。例如，如果硅颗粒流含有铝矾土、氧化钪和铍，则提出的设备的使用允许将这些矿物分离到不同容器中，其中将硅分离到一个容器中，将铝矾土分离到第二容器，将氧化钪分离到第三容器，并且将铍分离到第四容器。由于胶体形成，提出的碎裂和分离方法允许提高化学上不同的颗粒的分离。当实施该方法时，将材料的所有实施部分转化为在液体中混悬的胶体状态并且可以通过仓顶部移除，同时通过仓底部移除非实施部分。例如，该方法允许提取铁包含物、刚玉、黄铜矿等。方法适合于金及其它贵金属的浓缩。
[1]当使用水作为工作液体时，将其用这些元素，如锗、铀、钍的可溶性化合物饱和，并转化成有用的矿石产品。
因此，提出的碎裂和分离设备的操作方案使得能够沿短路径发送物质，其中根据沿该路径的化学组成进行碎裂和分离。基于颗粒的化学组成的量，可以存在几个分离流。例如，如果总体流中存在10种化学上不同的颗粒，则也将存在这些颗粒的10个分离流。当将该设备启动并用于(例如)金颗粒分离时，还可以从矿物中提取共存的化学元素，如石英、铍、氧化铁、氧化钪以及对于工业有用的其它颗粒。当运行常见的拖捞网时，用废料冲洗除金以外的所有这些元素，从而使得拖捞网操作无效。
提出的设备可以有效用于含有金属和稀土元素，如钛、钒、锆、钪和钨的散布颗粒的矿渣堆的处理。
提出的设备可以成功用于废料-处理厂，其中在废料碎裂后，应通过化学组成将其分离成金属、陶瓷和塑料。
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Claims (10)

1.一种物质碎裂和分离产生的颗粒的方法，包括在具有液体的容器中提供大块物质，使其碎裂成较小的颗粒，在由通过形成间隙放电在电容器中储存的能量产生的工作间隙放电产生的电动液压冲击、振动和温度的作用下形成胶体，同时通过辐射照射在容器外进行分离，并且通过检测器观察颗粒流，所述检测器向计算机控制系统发出信号，所述计算机控制系统向气动系统发送命令以基于程序化的光、颜色或形状在单独的容器中从所述颗粒流打掉颗粒，其特征在于，颗粒碎裂和分离是在重叠体积中同时进行的组合过程，允许使用用于分离的储存在电容器中的部分能量，即形成间隙和工作间隙放电，作为所述颗粒的辐射、用于使所述颗粒移动的振动、用于增加颗粒荧光的加热和用于增加颗粒分离的强度的胶体放电的源。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对于碎裂，使所述液体中的大物质颗粒从顶部移动至底部，同时小尺寸颗粒从底部移动至顶部，碎裂成更小的颗粒直至实现要求的尺寸，使其通过两个或更多个工作间隙(WI)；所述WI沿物质路径依次定位，其中大颗粒随液体流定期向下释放至分离区，同时在另一时间段小颗粒作为浆料和胶体冲洗通过所述容器的上部，进入所述分离区。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，检测所述颗粒的一种或另一种化学组成的所述检测器使用由红外光、可见光、紫外或X射线谱辐照物质颗粒的形成间隙和工作间隙放电的电磁波辐照；为了更准确地检测颗粒组成，通过上述的全部光谱同时辐照它们，所述光谱不存在任何环境危害。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，胶体颗粒从碎裂区向上移动至分离区，与具有小颗粒的流体流分离，然后单独提供至分离区；同时在分离前胶体颗粒保持在单独的容器中，其中它们可以与所述液体分离。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对于通过检测器的颗粒组成检测，除使用工作间隙和形成间隙放电的辐射外，使用来自其它独立源的其它辐射，如激光、X射线或放射性发射器，允许通过所述检测器更准确的观察并以更高的碎裂颗粒流速进行分离。
6.一种用于物质碎裂和产生的颗粒分离的单元，包括电脉冲制粒机，所述电脉冲制粒机包括其中提供物质的含有液体的装料仓、塞子、阀门、电容器、变压器、形成放电器和工作间隙，在电极：正极和负极之间产生特定电压的放电，和分离器，所述分离器包括格栅、倾斜振动槽、筛网、发射器、检测器、对于具有喷射器的气动系统控制和发出信号的计算机系统、用于颗粒收集的单独的容器，其特征在于，电动水力脉冲制粒机和所述分离器是单体构造，其中所述放电器实施为发射器，允许检测器检测颗粒的一种或另一种化学组成；其中将物质在最大上部直径侧加载到锥形仓中，所述锥形仓是负极，同时两个或更多个正极实施为在具有设置值的孔的格栅之前沿所述仓的内径安装的焊条；所述仓和所述正极之间的放电长度对应于对于要碎裂的颗粒的尺寸并且所述正极之间的距离不超过所述放电长度的3倍。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，可以将由高熔点金属制成的正极在不同垂直水平安装在所述仓内部的两个或更多个不同的直径处，其中顶部水平的最大直径中的放电使用至多达20kV的软电压方案碎裂大颗粒；降低至中部水平，以20至50kV的中电压方案碎裂中等尺寸颗粒；再降低，使用50至200kV高电压的硬方案碎裂较小下部水平直径中的小颗粒；当所述阀门打开时，用液体清洗所述锥形仓并且在底部用塞子塞紧，所述塞子以设定的频率打开特定时间，同时在打开期间关闭所述阀门并且用液体将碎裂的大颗粒冲洗通过所述仓的底部，同时将较小的颗粒冲洗通过所述仓的顶部，并且在所述塞子关闭并且所述阀门打开的同时，所述颗粒提供至倾斜振动槽和作为单体单元的筛网，在此将所述颗粒分离成不同的部分并通过用作放电器的辐射器辐照以通过所述检测器检测组成并在单独的容器中分离设定的颗粒。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，放电器-发射器可以位于所述筛网上方和下方，使得所述检测器更准确地确定颗粒组成，同时所述仓、所述振动槽和所述筛网设计为具有刚性连接的单体单元，允许使用碎裂期间的放电产生的振动将所述颗粒移动至分离区，在此所述检测器可以检测所述颗粒由于它们在放电作用下的加热而发出的红外辐射，同时其它类型的检测器可以通过它们的荧光、温度和形状特征检测所述颗粒的组成。
9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，在所述筛网上部分离所述筛网上较小的颗粒，在所述筛网中部分离中尺寸的颗粒，而最大的颗粒从所述筛网边缘掉落，其中可以在通过使用该装置在两个或更多个步骤中重复分离来筛分剩余杂质直至给定材料完全纯化的顺序方案中使用分离的材料。
10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，可以使用计算机程序，通过化学组成将含有两种或更多种化学组成的颗粒流分离到两个或更多个单独容器中，同时颗粒碎裂速率可以类似于颗粒分离速率，使得在物质颗粒源，如采矿、矿渣形成或废料储存位置处立即布置碎裂-分离单元。
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