CN117597197A - 将超声波应用于浮选泡沫的矿物处理方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种浮选矿物处理方法。本文提供了一种对浮选泡沫应用超声波的矿物处理系统,所述系统包括位于浮选泡沫上方的空气发射超声波传感器(10),所述超声波传感器(10)适于向浮选泡沫发射超声波。本发明还提供了一种与上述系统相关的矿物处理方法。因此,本发明提供了一种无需将超声波传感器(10)浸入矿浆中即可对浮选泡沫应用超声波的矿物处理方法和系统。本发明能够部分排出气泡之间的液膜,促进冶金回收率的提高,还可用于抑制浮选中持续存在的三相浮沫,提高水和尾矿管理过程的效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种矿物处理方法。具体地,本发明涉及浮选法矿物处理方法。本发明还涉及一种矿物处理系统。
背景技术
矿物处理指的是一系列用来处理矿物的作业,目的是使其适合未来在其他工业(冶金、化学等)中的使用。其目的是将矿物中没有商用价值的材料分离出来,并且使其尺寸满足市场需求。矿物处理的第一个阶段专门用来对在矿山收集的矿物进行粉碎和均质处理。然后通过筛选和分选技术来选择物料,以应用适合材料粒度的矿物处理法。简言之,使用重力法(浮选槽,赖克特矿物处理机,静态和振荡台,夹具,螺杆和离心矿物处理机)来分离较大的颗粒。
浮选是将平均直径小于0.15mm的矿物颗粒进行分离的一种工艺,沉淀之后会产生粘稠的泥浆,经过过滤工艺,获得精矿,之后用于工业环节。
浮选是一种矿物分离工艺,其利用的是气泡选择性附着在水性混合物或泥浆中固体表面的难易程度的差异。附着在气泡上的颗粒被带到表面,而其他颗粒则留在液相。可以使用多种化学试剂来改变相关矿物的表面性能,将其从混合物中分离,例如:(i)附着在颗粒表面的收集器,使其具有疏水性;(ii)有助于气泡体积稳定性的发泡剂;(iii)改性剂,其为改变上述工艺选择性的活化剂、抑制剂和pH调节剂。
例如,铁矿浮选属于反浮选类型,因为所需的物料保持浸入状态,而杂质(主要是石英<二氧化硅或SiO2>)被浮选并且被送至尾矿。可以通过冶金回收率来评价分离方法的性能,即测量矿物处理工序获得的有价值的元素数量及其纯度,根据矿物出现的有价值的元素含量测定。工业实践表明,通过本处理方法获取的物料的回收率和纯度之间存在相关性。换言之,获得高纯度的矿物通常意味着利用率更低,也就是分离工艺期间产生矿物废料。另外还观察到了相反的情况,也就是说,高使用率的方法通常会提供低纯度的物料。这个事实证明,需要寻找新技术来提高处理工艺的性能,例如超声波技术。
一系列的科学出版物指出通过不同的超声波技术来提高处理工艺的效率。经常在设计的试验装置中使用超声波传感器来产生声腔。在这些情况下,功率转换器通常在20到100千赫的频率下工作,在压缩和稀疏循环中交替的流体中产生压力波。在稀疏阶段,声场中产生的负压足以克服流体的分子结合力,从而形成微气泡。波循环后期的压缩阶段,这些气泡突然破裂,产生局部高能脉冲。在这些设备中,气泡破裂时排出的能量用于清洁浸入流体中的固体表面。
现有的技术文献揭示了浮选工艺期间通过在矿浆预处理阶段使用超声波实现的应用改良。施加在矿浆上的声场产生的空腔,方便对矿石颗粒表面进行清洁,随之促进了浮选收集过程中应用的化学试剂的作用。在几个实验中应用这个方法,例如,在菱镁矿、方铅矿、混合物、黄铜矿、黄铁矿、沥青页岩和煤的加工中。
目前已知几种在矿物浮选工艺中应用超声波的几种技术。以下是与此类方法有关的某些文件。
US10464075B2描述了一种结合超声波传感器采用各向异性收集颗粒的浮选法。超声波传感器位于用将收集的颗粒与矿浆搅拌的仓内。
文件CN101637756B描述了使用超声波来处理矿浆的一种系统,包括:(i)超声波传感器;(ii)固定在超声波传感器附近的钢制密封壳体;(iii)位于固定壳体上表面的铅制传输管;(iv)固定在固定超声波传感器外壳侧端的超声波传感器定位杆;(v)连接到超声波传感器定位杆的一个夹具。可以单独在矿浆处理槽使用CN101637756B的系统,或者结合数个超声波发生器,以不同的方式布置,方便调节高度和转向。
文件DE4420210A1描述一种通过浮选将悬浮固体与疏水物质分离的方法,通过超声波溶解固体和疏水物质之间的悬浮连接。在DE4420210A1的方法中,可以在几个阶段在储罐内应用超声波。
题为“超声预处理时间对煤浮选的影响”的科学文章(kopparthi等人著)描述了对浮选矿物处理工艺中在煤矿处理中的超声波应用评价的研究。本文件介绍的完成的每次试验,是将500克煤炭样本与水搅拌3分钟。搅拌之后,用浮选试剂、收集器和发泡剂对煤浆进行处理。超声波预处理是将超声波探头插入槽中,并在用试剂调理之前对煤浆进行预处理。
可以看到,上述所有文件均揭示了矿物处理中的超声波应用法,特别是在浮选工艺中。不过,上述所有工艺所用的超声波均是将传感器浸入矿浆。在该配置中,超声波不仅作用在泡沫上,还作用在浮矿物处理浆上,并且可以改变不理想的泡沫参数(气泡尺寸分配)。这种应用也可能会导致分离区域湍流增加,这可能造成待浮选的颗粒从气泡中分离出来,特别是粗颗粒。
另外,题为“超声波在分离选择性和浮选效率中的作用”的科学文献(Cilek等人著)表明,使用浸入泡沫区附近的传感器会降低工艺效率,因为发射超声波的传感器的浸入会导致气泡的凝聚,这只不过是气泡的连接,导致附着在气泡上的粗矿物颗粒破裂和流失。换句话说,在这种情况下,使用浸入泡沫附近的超声波会危及矿物回收。
本发明的目的是解决上述问题,因为现有技术中没有具体的方法来避免在通过浮选处理矿石的过程中使用超声技术时出现这种有害副作用。
发明内容
本发明的第一个目的是提供一种无需浸入超声波传感器即可对浮选泡沫应用超声波的矿石处理方法和系统。
本发明的第二个目的是提供一种对浮选泡沫应用超声波的矿石处理方法和系统,其能够部分排出气泡之间存在的液膜,从而促进矿物回收率的提高。
本发明的第三个目的是提供一种对尾矿应用超声波的方法和矿石处理系统,其能够抑制持久性三相泡沫,因为泡沫的过度稳定性是由存在的泡沫引起的。浮选和矿物颗粒的残留反应物会降低水和尾矿管理过程的效率。
为了实现上述目的,本发明提供了一种对浮选泡沫或尾矿泡沫应用超声波的矿石处理方法,包括以下步骤:(i)将超声波传感器定位在泡沫上方,并且(ii)从超声波传感器向泡沫发射超声波。
另外,本发明还提供了一种在浮选泡沫或尾矿应用超声波的矿物处理系统,包括置于泡沫上方的一个空气发射超声波传感器,适合向泡沫发射超声波。
附图说明
下面结合附图及其附图标记进行详细说明。
图1为根据本发明第一实施例的示意性布置。
图2为根据本发明第二实施例的示意性布置。
图3为本发明所使用的空气发射超声波传感器的示意性剖视图。
图4为根据本发明第一实施例,在铁矿石浮选实验中提供给超声波传感器的功率变量“增益”与三相泡沫抑制率之间的关系的结果。
图5为根据本发明的第二实施例的提供给超声波传感器的可变功率“增益”与尾矿中Fe和SiO2的回收率之间的关系的结果。
具体实施方式
首先应该指出的是,以下描述是基于本发明的优选实现方案。但对本领域技术人员而言,本发明并不局限于这些特定的实现方式。
本发明通过提供一种将超声波应用于浮选泡沫或尾矿泡沫的矿物处理方法和系统来解决上述技术问题,其中超声波传感器不浸入矿浆中。
如图1和2所示,将空气发射超声波传感器10置于储罐20或浮选槽21中的矿浆上的泡沫上方。
空气发射超声波传感器10优选为在超声波传感器10后部使用Lanvengin传感器12的高功率传感器,参见图3。Lanvengin传感器使用由金属块通过高强度螺钉堆叠和压制的一组压电陶瓷14的机械功率。由施加在与压电陶瓷表面连接的电极上的电压的谐波激励激活,压电陶瓷以装置的纵向模式振动。
优选地,空气发射板16耦合到机械放大器18,两者位于超声波传感器10前部。另外,空气发射板16(可以为圆形或矩形)的表面开槽或加工的台阶。台阶的深度最好是在空气中蔓延的波长的一半,这导致在下表面发射的波相比其他表面有延时。这样就避免了光滑圆柱形辐射板轴对称振动弯曲模式中固有的破坏波干扰。
如图1和2所示,储罐20和浮选槽21(其中布置有超声波传感器)优选地在其下部有一个进气口。例如,储罐20下部和浮选槽21可以包含在设备底座区域均匀分配气体的孔板。
在图1所示第一实施例中,以90°的角度将超声波传感器10定位在储罐20上方,以抑制持久性矿化三相泡沫,因为泡沫过大的稳定性是出现残余浮选试剂和矿物颗粒造成的,其降低了水和尾矿管理过程的效率。三相浮选流体泡沫中,由超声波传感器10产生的、超声波带来的机械振动,会破坏泡沫结构,并且抑制阻碍泵送该流动和增稠过程的泡沫。
如图1所示,本发明的第一个实施例可以用于流体槽、泵箱和/或浮选流体泡沫浓缩剂进料区域。
图4示出为根据本发明第一实施例,在铁矿石浮选实验中提供给超声波传感器10的功率变量“增益”与抑制储罐20中的三相泡沫的抑制率之间的关系的结果。
在图2所示第二实施例中,以小于90°的角度将超声波传感器10定位在浮选槽21上方,以便部分排出气泡之间存在的液膜。在该实施例中,在储罐下部注入空气,加上搅拌装置30的作用,促进携带疏水颗粒的气泡的形成,最终产生能够拖曳亲水颗粒的流体动力流。基本上,由超声波传感器10在浮选泡沫层上产生的超声波所引起的机械振动会增加水层(气泡之间的液膜)的排水量,从而将亲水性颗粒截留在泡沫中,有利于它们返回水槽。在铁矿石反浮选工艺中,赤铁矿是亲水颗粒。
优选地,搅拌装置30由旋转杆和叶轮组成。在工业上,无论是自曝气还是强制曝气,搅拌系统都可以由带叶轮的转子/定子构成。
在本发明的第二实施例中,由于目的不是使气泡破裂,而是排出气泡之间的液膜,因而与第一实施例相比,超声波的应用以更受控的方式进行。
图5示出根据本发明的第二实施例的提供给超声波传感器10的可变功率“增益”与尾矿中Fe和SiO2的回收率之间的关系的结果。在该实施例中,与不使用超声波的浮选工艺相比,总体冶金回收率提高了2.5%。铁回收率的提高对细粒部分(<44μm)更为显著,达到15%。
因此,如上所述,本发明提供了一种在浮选泡沫或尾矿中应用超声波系统的矿物处理方法,能够部分排出气泡之间存在的液膜,促进冶金回收率的提高。此外,上述系统和方法还可用于抑制持久性三相泡沫,提高水和尾矿管理过程的效率。因此,通过提供一种不将超声波传感器浸入矿浆中的方法和系统,本发明避免了现有技术中存在的问题,同时在浮选和抑制残留三相泡沫方面取得了令人惊讶的冶金回收效果。
本申请的保护范围允许多种变化。从而强化了本发明并不局限于上述特定配置/实施例的事实。
Claims (10)
1.一种对浮选泡沫或尾矿应用超声波的矿物处理方法,其特征在于以下步骤:
将空气发射超声波传感器(10)定位在泡沫上方;并且
从空气发射超声波传感器(10)向泡沫发射超声波。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,定位超声波传感器(10)的步骤包括相对浮选泡沫表面调整超声波传感器(10)的距离和倾角(α)。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述超声波传感器(10)相对于泡沫表面的倾角(α)小于90°。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法,其特征在于,所述方法还包括使用至少一个搅拌装置(30)搅拌由矿浆和泡沫形成的混合物。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法,其特征在于,在浮选流动泡沫流体槽和增稠罐进料区中的至少一个区域实施定位超声波传感器(10)的步骤。
6.一种用于对浮选泡沫或尾矿应用超声波的矿物处理系统,其特征在于包括位于泡沫上方的空气发射超声波传感器(10),其适于向泡沫发射超声波。
7.根据权利要求6所述的系统,其特征在于,所述超声波传感器(10)相对于所述泡沫表面的距离和倾角(α)可变且可调。
8.根据权利要求7所述的系统,其特征在于,所述超声波传感器(10)相对于所述泡沫表面的倾角(α)小于90°。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的系统,其特征在于,所述系统还包括至少一个适于搅拌由矿浆和泡沫形成的混合物的搅拌装置(30)。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的系统,其特征在于,所述泡沫位于浮选流动泡沫流体槽和增稠罐进料区中的至少一个区域。
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