CN1642653B - 感生磁性的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种在悬浮于液体中的至少可部分磁化的颗粒原料物流中感生磁性的装置，该装置包括：处理室，其具有入口和出口，物流分别通过它们进入和排出该处理室；和能够相对于处理室选择性激活的磁源，使得在磁源激活时，磁源能够在至少一些位于处理室内的颗粒原料中感生磁性。这样的装置能够感应高梯度磁场，从而有效磁化弱磁和强磁颗粒，以通过沉降或其它技术将其随后分离。当磁源激活时，弱磁和强磁颗粒都吸向磁源，至少部分被磁化。当磁源失活时，原料物流将磁源周围的磁化材料沉积物驱散，从而降低任何对流动进行限制的可能性，并且能够保持磁体的有效性。

Description

感生磁性的装置和方法

技术领域

本发明涉及将可磁化材料磁化的装置和方法。本发明一方面涉及在颗粒材料的物流中感生磁性从而促进一些磁化材料的后续分离的方法，下面将参考上下文主要说明该方法。但是应当记住：本发明的方法可以更广泛地用在不涉及任何磁化材料的后续分离的系统中，例如一般的颗粒沉降和水净化工艺。

发明背景

在可磁化颗粒悬浮物中感应磁场的装置在本领域是公知的，已经用于凝结微粒。在进入用于分离的沉降槽之前，使这样的颗粒悬浮物通过其中施加了磁场的容器。可磁化颗粒得以磁化后自我吸引。在重力作用下，这些自我吸引的颗粒比它们作为单个颗粒时更快地沉降，不需要使用任何化学凝结剂或絮凝剂。这样的方法适用于脱除一般在重力作用下不能快速或容易地分离的非常微细的颗粒。

用于该方法的装置通常使用磁场强度变化率小的低梯度磁场。这种磁场降低了磁化颗粒向用于产生磁场的磁体的磁极移动的趋势。

发明内容

本发明的第一个方面是提供一种在悬浮于液体中的至少可部分磁化的颗粒原料物流中感生磁性、用于为后续的分离步骤中的分离工艺对物流进行预处理的装置，该装置包括：

处理室，其具有入口和出口，物流分别通过它们进入和排出该处理室；和

能够相对于处理室选择性激活的磁源，

使得在磁源激活时，磁源能够在至少一些位于处理室内的颗粒原料中感生磁性。

这样的装置能够感应高梯度磁场，从而有效磁化弱磁和强磁颗粒，以通过沉降或其它技术将其随后除去。当磁源激活时，弱磁和强磁颗粒都吸向磁源，至少部分被磁化。当磁源失活时，原料物流将磁源周围的磁化材料沉积物驱散，从而降低任何对流动进行限制的可能性。

在已知装置中，如果使用高梯度磁场，则磁化颗粒将强吸引在磁极上，它们聚集在磁极上，从而降低磁体的有效性(及，磁感应性能)，还可能限制悬浮颗粒材料在容器内或通过容器的流动。

另外，低梯度磁场对弱磁颗粒如顺磁颗粒的磁化能力低。在强磁颗粒(如铁磁颗粒)和顺磁颗粒的混合物中，低梯度磁场可能只能有效磁化强磁颗粒，用于后续通过沉降脱除。为了既磁化弱磁颗粒又磁化强磁颗粒，优选使用高梯度磁场，但是在已知装置中可能出现上述降低磁体有效性和容器流动限制或堵塞的问题，从而限制了这种磁场为此目的的用途。

磁源的激活优选涉及在处理室附近移入和移出磁源。

磁源优选安装在机动设备上，使磁源能够在处理室附近往复移入和移出。机动设备最优选是活塞。

处理室优选是环形，处理室有一个其中可往复接收磁源的内部狭长凹槽。

邻接内部狭长凹槽的处理室的内表面优选有置于其上的可膨胀膜，其膨胀和收缩用于移走可能粘附在内部狭长凹槽上的颗粒原料。

该膜优选由弹性体材料制成，将流体导入或移出位于膜和邻接内部狭长凹槽的处理室的部分内表面之间的空间可以分别使其膨胀或收缩。

处理室优选有一个流体入口，流体可通过该入口导入液体，从而有助于颗粒原料悬浮在液体中。

流体入口优选和内置在处理室的软管结合，当流体流经该软管时，软管能够在处理室内灵活移动，以促进颗粒原料悬浮在液体中。

原料优选包括顺磁和铁磁颗粒。原料还可以包括抗磁或非磁性颗粒(如：脉石矿物)。顺磁颗粒优选包括至少一种含铜、锌或其它过渡金属的硫化物矿物。铂和钯金属也是顺磁体，也可以存在于原料中。顺磁颗粒最优选包括在包括被铁污染的闪锌矿、砷黄铁矿、锡石或黄铜矿的组中的至少一种。

本发明的第二个方面是提供一种磁化一部分原料的装置，该部分包括磁化率在一定范围内的材料部分，该装置包括处理室和相对于处理室可选择性激活的磁源，以在该部分中感生磁性，从而促进磁性较弱的原料部分与磁性较强的原料部分的后续分离步骤中的分离。原料还可以包括抗磁或非磁性脉石组分。

磁性较弱的原料部分主要包括顺磁颗粒，磁性较强的原料部分主要包括铁磁颗粒。

第二个方面的装置优选与第一个方面中定义的相同。

第二个方面中的部分优选包括第一个方面中定义的材料。

本发明的第四个方面是提供一种用于在悬浮于液体中的至少可部分磁化的颗粒原料中感生磁性的装置，该装置包括：

用于停留原料的处理室；和

磁源，其能够相对于处理室被激活，从而在至少一些位于处理室内的颗粒原料中感生磁性，

处理室有邻接可激活磁源处的内表面，可膨胀膜至少部分置于该内表面上，膜的膨胀和收缩能够移走由于磁源的原因粘附在内表面上的所有颗粒原料。该膜有助于将磁源周围的磁化材料沉积物移走或驱散，从而降低在处理室内任何对流动进行限制或堵塞的可能性。

磁源优选相对于处理室选择性激活。

膜优选由弹性体材料制成，通过将流体导入或移出位于膜和处理室的内表面之间的空间可以分别使其膨胀或收缩。

本发明的第五个方面是提供一种在悬浮于液体中的至少可部分磁化的颗粒原料物流中感生磁性、用于为分离步骤中的后续分离工艺对物流进行预处理的方法，该方法包括下述步骤：

使物流流经处理室；和

相对于处理室选择性激活磁源，

使得在磁源激活时，磁源能够在至少一些位于处理室内的颗粒原料中感生磁性。

这样的方法能够感应高梯度磁场，从而有效磁化弱磁和强磁颗粒，以通过沉降或其它技术将其随后分离。当磁源激活时，弱磁和强磁颗粒都吸向磁源，至少部分被磁化。当磁源失活时，原料物流将磁源周围的磁化材料沉积物驱散，从而降低任何对流动进行限制的可能性。

磁源的激活优选涉及在处理室附近移入和移出磁源。

至少一些可磁化原料优选是顺磁体，感应的磁性使至少一些磁化顺磁颗粒集聚在液体物流中。

本发明的第六个方面是提供一种磁化一部分原料的方法，该部分包括磁化率在一定范围内的材料部分，该方法包括如下步骤：使原料通过处理室和相对于处理室将磁源选择性激活以在该部分中感生磁性，以促进磁性较弱的原料部分与磁性较强的原料部分的后续分离步骤的分离。

该方法优选还包括将弱磁原料部分与强磁原料部分通过浮选分离法进行后续分离的步骤。最优选地是，该浮选分离法回收泡沫相中的弱磁原料。

优选地是，磁性较弱的原料部分主要包括顺磁颗粒，磁性较强的原料部分主要包括铁磁颗粒和一些抗磁或非磁性脉石颗粒。

优选地，至少一些可磁化原料是顺磁性的，该感生磁性导致至少一些磁化的顺磁颗粒集聚在液体物流中。

附图简述

尽管其它任何形式也可能在本发明的保护范围内，但是现在只是作为例子来参考附图说明本发明的优选形式，其中：

图1示出本发明的感生磁性的装置的一个实施方案的局部截面侧视图。

具体实施方式

在一个优选实施方案中，本发明提供一种在悬浮于液体中的至少可部分磁化的颗粒原料14物流12中感生磁性的装置10。原料一般包括在水浆中的和其它非磁性和抗磁脉石矿物一起存在的顺磁颗粒和铁磁颗粒的混合物。为了将顺磁颗粒磁化，通常需要高梯度磁场。含铜(如：黄铜矿)、锌(如：被铁污染的闪锌矿)或其它过渡金属的硫化物矿物是顺磁体。铁磁颗粒包括氧化铁矿物(如：磁铁矿)和金属铁颗粒(如：来自破损的研磨介质)。

参考附图，装置10包括环形容器16的处理室，容器16有最上部入口18和最下部出口20，上述矿物混合物的物流分别通过它们流入和流出容器16，并且在容器16中有一些停留时间。该装置还可以用于“间歇”模式，不需要矿物浆液混合物的连续物流。

处理室容器内安装中心狭长凹槽22。磁源能够选择性激活，以通过使磁源在容器16附近移入和移出而在至少一些位于容器16内的颗粒原料14中感生磁性。在一个优选实施方案中，磁源是安装在活塞形式的机动设备上的至少一个永久磁铁，活塞与驱动器连接，使得活塞能够往复移入和移出凹槽22。在一个优选实施方案中，活塞24是圆柱形，其直径约为300毫米，安装有多个内置永久磁铁26，永久磁铁26是正方形，其侧边尺寸是50毫米，由钕或其它材料制成。容器16中的凹槽22的直径是800毫米。

在其它实施方案中，永久磁铁可以是任何形状、大小或材料，活塞不一定是圆柱形，例如其横截面可以是正方形或三角形，并且可以是任意总体长度。相对于容器往复移动活塞的设备可以包括任何类型的驱动器，包括凸轮、弹簧、气缸(图中所示的28)或可偏心旋转的轴等。

在其它实施方案中，容器和磁源的相对运动不一定涉及塞入容器中的凹槽内的活塞。磁源只需要靠近容器即可，例如，移动至靠近容器的一侧，使磁场能够将容器中的颗粒原料磁化。在其它实施方案中，容器自身可以相对于固定磁体移动。为了促使磁源靠近容器内容物，容器可以是任何特殊形状、大小和方向。

所述的装置10可以导入高梯度磁场，以有效磁化弱磁和强磁颗粒14，然后通过提高重力沉降去除所有颗粒或者利用如浮选技术分离弱磁颗粒。当载有磁铁26的活塞24移入容器16的凹槽22时，弱磁和强磁颗粒14受到吸引，移向邻接内部狭长凹槽22的容器16的内表面部分。这些颗粒至少部分被磁化。当载有磁铁26的活塞24移出容器的凹槽22时，磁化颗粒材料14的沉积物不能够由于磁力吸引而保持在内表面上，大部分被容器16内的原料物流12驱散。根据入口和出口的位置和方向，容器内容物可以形成涡流运动(在图中如容器16内的箭头所示)。驱散固体可以降低任何形成在容器中的流动限制的可能性，并且能够改善磁体效率。

在其它实施方案中，通过使用靠近容器的电磁铁可以选择性地激活磁源，从而能够在至少一些位于容器内的颗粒原料中感生磁性。加到电磁铁上的电源电流可以重复开关，得到的效果就好像永久磁铁靠近容器移入和移出一样。在其它实施方案中，通过在永久磁铁和容纳可磁化颗粒的容器之间移动磁场屏障可以分流或堵塞永久磁铁的磁场。

磁源的移动周期或频率可以由计时设备或能够探测集聚颗粒30重量的传感器启动。可以用下述方法测定该重量：测定随颗粒30重量的增加而干扰磁场的程度或测定颗粒浆液的流动阻力。

在附图所示的优选实施方案中，邻接内部狭长凹槽22的容器16的内表面有置于其上的可膨胀橡胶薄膜32，将诸如空气的气体导入或移出膜32和邻接内部狭长凹槽22的容器的部分内表面之间的空间34可以分别使其膨胀或收缩。膜32的外部移动有助于移走可能粘附在内部狭长凹槽22上的颗粒原料30，使容器16内的原料物流12可以驱散这些颗粒。在其它实施方案中，膜不一定在邻接内部狭长凹槽22的处理室的所有内表面上，可以只部分覆盖该表面。在容器为不同形状的本发明的其它实施方案中，弹性膜可位于容器内表面上其它任何位置处，使其在磁源和要磁化的容器内容物之间，同时通过将气体导入或移出膜和容器内表面之间的空间可以使其膨胀和随后收缩。

在其它实施方案中，可以通过其它方式拉伸或移动弹性膜，例如在膜和容器内表面之间射入非气体的流体或者使用振动设备。膜不一定由橡胶制成，例如可以由塑料、合成体等任何弹性材料制成。

为了加速驱散集聚的磁化颗粒30，还可以用内部或外部机械设备搅拌优选的或另一个实施方案的容器。例如，可以用机动混合器叶片搅动容器内容物。在附图所示的优选实施方案中，处理室有一个喷嘴36形式的流体入口，通过该入口可以将诸如空气的气体或诸如水的液体导入容器16内的液体，从而有助于将颗粒原料14悬浮在液体中。导入的气体可以流化所有沉降的颗粒材料。喷嘴36与内置于容器的一定长度的软管38结合。软管38与端部喷嘴39匹配。当气体或液体通过软管38时，软管38能够在容器16内灵活移动，从而促进颗粒原料在容器16内的液体中流化和悬浮，其功能类似于在容器16内底部40周围移动的随机搅拌器。当为了增加浆液颗粒14暴露于磁场的时间而需要降低颗粒浆液的流动速度时，这种搅拌对于防止沉降很重要。

与只使用固定流体入口喷嘴相比，软管38有多个优点。固定喷嘴限制在其覆盖容器底部40的区域内，如果使用机械旋转喷嘴，则它们通常要加入轴承、密封件和其它磨损部件，这些部件在湿润和磨损环境中寿命有限。优选实施方案中的软管38扫过容器底部40的很大区域，并且与多个固定喷嘴相比，需要导入的气体或液体少。软管38在容器底部40上有很大的扫过面积，使用的设备不需要轴承或密封件。

在使用时，装置10可用于在悬浮于液体中的至少可部分磁化的颗粒原料14的物流12中感生磁性。当颗粒浆液物流12(该定义还可以包括重复一系列间歇处理步骤，这些步骤包括填充、处理和清空容器)经过容器16时，可以选择性激活磁源(电磁铁和如优选实施方案中的机械启动设备)，从而在至少一些位于容器16内的颗粒原料14中感生磁性。这样的方法能够感应高梯度磁场，从而有效磁化弱磁和强磁颗粒，以通过沉降去除或其它技术如浮选将其随后分离。当磁源激活时，弱磁(如：顺磁)和强磁(如：铁磁)颗粒都吸向磁源，至少部分被磁化。当磁源失活时，原料物流12将大部分磁化材料沉积物30驱散，从而降低任何对容器16内流动进行限制的可能性。

本发明的发明人惊奇地发现：在使用顺磁原料的情况下，感应的磁性能够使至少一些磁化的顺磁颗粒集聚在液体物流中。发明人观察到：集聚的顺磁颗粒的集聚状态可以至少保持几小时，这些集聚的颗粒还能够存在于矿物分离工艺中的再处理步骤中，如泵抽和搅拌中。在具有磁化率在一定范围内的颗粒材料的原料中，优选的装置可以以一定的方式操作，以促进磁化的顺磁原料部分与磁化的铁磁原料部分的后续分离。磁化的顺磁原料部分还可以与非磁性或抗磁脉石矿物分离。

在实验工作中，为了将磁化的顺磁原料分离入泡沫相，在几种细粉矿物矿石(一般有80％的矿石颗粒的粒径(直径)小于100微米)上使用浮选分离法。实验结果显示：由于在浮选步骤前使用了磁化处理步骤，所以浮选能够提高硫化物矿物的回收率(见下面实施例3的结果)。发明人认为：一般浮选率和回收率很差的非常微细的顺磁颗粒(如：直径小于10微米)被磁化后能够集聚在一起，其“有效”(凝结)粒径大于10微米。这样的集聚体具有良好的浮选率和回收性能，这是因为水力学方面的原因，例如在浮选池中能够更好地附着在上升的气泡上。

硫化物矿物捕集剂如黄药(xanthate)或二硫代磷酸盐的使用可以确保顺磁矿物颗粒的表面疏水化，从而更易于在浮选池中附着在上升的气泡表面上。一般来说，顺磁和铁磁矿物的颗粒混合物中的铁磁颗粒在浮选工艺中被排除(与黄药或二硫代磷酸盐捕集剂没有亲和力)，报告为脉石或尾矿。在进行的实验中，在所有后续浮选步骤前使用的硫化物矿物捕集剂存在于磁化处理容器16中。在浮选步骤前没有采用磁化处理步骤的实验中，含有硫化物矿物捕集剂的待浮选原料在经过后续浮选装置前仍然通过容器16。使用的浮选装置可以包括所有标准类型的搅拌浮选池、浮选柱或浮选回路。

作为改善的一个例子，该装置和方法比现有技术的优越，现在演示使用有或没有本发明预处理步骤的传统泡沫浮选法产生的实验结果。

本发明的装置能够感应非常高梯度的磁场，从而有效磁化弱磁和强磁颗粒。当磁源激活时，弱磁和强磁颗粒都吸向磁源，至少部分被磁化。先前的装置和方法不能使用非常高梯度的磁场，因为会出现在磁源周围沉积磁化原料和弱磁颗粒的磁化度低的问题。在原料浆液物流中循环激活磁场和弹性膜的使用在一定程度上克服了这些沉积问题。

在实施例1中演示磁场梯度的变化对浮选回收率(％)和等级(％)参数的影响。

实施例1磁场强度的变化与没有磁化预处理相比对后续浮选回收率数据的影响

	3000高斯	4500高斯
			相对于没有磁化处理的铜浮选回收率的增加(％)	0.6％	0.5％
相对于没有磁化处理的铜浮选等级的提高	0.2％	4.3％

测定浮选分离法中回收率和等级(分离的精矿纯度)的提高程度。在实验结果中，虽然3000高斯和4500高斯的磁场强度同样能够有效改善回收率，但是在改善分离的铜纯度方面有很大的不同，很明显在这方面4500高斯好于3000高斯。

实施例2在磁场中的停留时间对后续铜浮选回收率的影响

浆液在磁场中的停留时间(分钟)	0	2	4	8
					浮选精矿中的铜回收率(％)	88.6	90.8	92.3	95.1

从这些结果可以看出：顺磁颗粒与磁场较长的接触时间可以改善矿物浮选回收率，这可能是因为得到了更大磁化程度的顺磁值矿物，并且还提高了自我吸引能力。

实施例3浮选前的磁化处理带来的改善情况

磁化处理后的锌浮选回收率(％)	84.6
		磁化处理前的锌浮选回收率(％)	82.6

这些实验结果显示：磁化处理步骤能够有益地提高后续硫化物矿物的浮选回收率。

容器和活塞可以由任何适当的结构材料制成，这种材料有适当的磨损度，可以以所述方式加工、成型和装配，其例子有金属、金属合金、硬塑料或陶瓷。可膨胀的膜和软管可以由任何适当的可以以所述方式使用的弹性材料制成。

应当理解：如果本申请中参考了现有技术的信息，则这样的参考并不是自认该信息构成了在澳大利亚或所有其它国家中的本领域公知常识。

虽然已经参考优选实施方案说明了本发明，但是应当理解，本发明可以体现为许多其它形式。

Claims (25)

1.一种在悬浮于液体中的至少可部分磁化的颗粒原料物流中感生磁性、用于为分离步骤中的后续分离工艺对物流进行预处理的装置，该装置包括：

处理室，其具有入口和出口，物流分别通过它们进入和排出该处理室；和能够相对于处理室被选择性激活的磁源，

使得在磁源激活时，磁源能够在至少一些位于处理室内的颗粒原料中感生磁性，

其中所述的后续分离工艺是非磁性分离工艺。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，磁源的激活涉及在处理室附近移入和移出磁源。

3.根据权利要求2所述的装置，其中，磁源安装在机动设备上，使磁源能够在处理室附近往复移入和移出。

4.根据权利要求3所述的装置，其中，机动设备是活塞。

5.根据任一上述权利要求所述的装置，其中，处理室是环形，处理室有一个其中可往复接收磁源的内部狭长凹槽。

6.根据权利要求5所述的装置，其中，邻接内部狭长凹槽的处理室的内表面有置于其上的可膨胀膜，其膨胀和收缩用于移走可能粘附在内部狭长凹槽上的颗粒原料。

7.根据权利要求6所述的装置，其中，膜由弹性体材料制成，通过将流体导入或移出位于膜和邻接内部狭长凹槽的处理室的部分内表面之间的空间可以分别使其膨胀或收缩。

8.根据权利要求7所述的装置，其中，处理室有一个流体入口，流体可通过该流体入口导入液体，从而有助于颗粒原料悬浮在液体中。

9.根据权利要求8所述的装置，其中，流体入口和内置在处理室的软管结合，当流体流经该软管时，软管能够在处理室内灵活移动，以促进颗粒原料悬浮在液体中。

10.根据权利要求9所述的装置，其中，原料包括顺磁和铁磁颗粒。

11.根据权利要求10所述的装置，其中，顺磁颗粒包括至少一种含铜、锌或另一种过渡金属的硫化物矿物。

12.根据权利要求10或11所述的装置，其中，顺磁颗粒包括由被铁污染的闪锌矿、砷黄铁矿、锡石、黄铜矿、铂金属和钯金属组成的组中的至少一种。

13.一种磁化原料的一部分的装置，所述原料的所述部分包括许多具有不同磁化率的材料部分，该装置包括处理室和相对于处理室可选择性激活的磁源，以在所述原料的所述部分中感生磁性，从而促进磁性较弱的原料部分与磁性较强的原料部分在分离步骤中的后续分离，

其中所述的后续分离工艺是非磁性分离工艺。

14.根据权利要求13所述的装置，其中，磁性较弱的原料部分主要包括顺磁颗粒，磁性较强的原料部分主要包括铁磁颗粒。

15.一种在悬浮于液体中的至少可部分磁化的颗粒原料中感生磁性以为分离步骤中的后续分离工艺对原料进行预处理的装置，该装置包括：

用于停留原料的处理室；和

磁源，其能够相对于处理室被激活，从而在至少一些位于处理室内的颗粒原料中感生磁性，

处理室有邻接磁源可被激活处的内表面，具有至少部分置于该内表面上的可膨胀膜，膜的膨胀和收缩能够移走由于磁源的原因粘附在内表面上的任何颗粒原料，

其中所述的后续分离工艺是非磁性分离工艺。

16.根据权利要求15所述的装置，其中，磁源可相对于处理室选择性激活。

17.根据权利要求15或16所述的装置，其中，膜由弹性体材料制成，通过将流体导入或移出位于膜和处理室的内表面之间的空间可以分别使其膨胀或收缩。

18.一种在悬浮于液体中的至少可部分磁化的颗粒原料物流中感生磁性以为分离步骤中的后续分离工艺对物流进行预处理的方法，该方法包括下述步骤：

使物流流经处理室；和

相对于处理室选择性激活磁源，

使得在磁源激活时，磁源能够在至少一些位于处理室内的颗粒原料中感生磁性，

其中所述的后续分离工艺是非磁性分离工艺。

19.根据权利要求18所述的方法，其中，磁源的激活涉及在处理室附近移入和移出磁源。

20.根据权利要求18或19所述的方法，其中，至少一些可磁化原料是顺磁体，感应的磁性使至少一些磁化顺磁颗粒集聚在液体物流中。

21.一种磁化原料的一部分的方法，所述原料的所述部分包括许多具有不同磁化率的材料部分，该方法包括使物流流经处理室并相对于处理室选择性激活磁源的步骤，以在所述原料的所述部分中感生磁性，从而促进磁性较弱的原料部分与磁性较强的原料部分在分离步骤中的后续分离，其中所述的后续分离工艺是非磁性分离工艺。

22.根据权利要求21所述的方法，其中还包括用浮选分离法将磁性较弱的原料部分与磁性较强的原料部分后续分离的步骤。

23.根据权利要求22所述的方法，其中，浮选分离法回收泡沫相中的弱磁原料。

24.根据权利要求21-23任一项所述的方法，其中，磁性较弱的原料部分主要包括顺磁颗粒，磁性较强的原料部分主要包括铁磁颗粒。

25.根据权利要求24所述的方法，其中至少一些可磁化的原料是顺磁体，感生的磁性使至少一些磁化顺磁颗粒集聚在液体物流中。

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