JPH10505782A

JPH10505782A - 固体粒子の重力分離装置および方法

Info

Publication number: JPH10505782A
Application number: JP8510217A
Authority: JP
Inventors: シーヤングディビット
Original assignee: シーヤングディビット
Priority date: 1994-09-14
Filing date: 1995-09-13
Publication date: 1998-06-09
Also published as: CN1054549C; DE69525953D1; EP0784509A1; AU687264B2; CA2198600C; BR9508930A; CN1157583A; NO971175D0; CA2198600A1; US5507393A; WO1996008312A1; NO971175L; ATE214639T1; MX9701922A; RU2153938C2; CZ72097A3; EP0784509B1; CZ288940B6; EP0784509A4; ZA957409B

Abstract

(57)【要約】充填材を含有する充填柱状体を含み、充填柱状体およびその内部の粒子を振動させる手段を有する重力分離装置および方法を提供する。重力分離装置は、密度の異なる固体粒子を効率的かつ効果的に分離するものである。重力分離方法では、好ましくは、鉱物鉱石の水性鉱泥を分散剤で調製して、分散水性鉱泥を入口部から充填柱状体の中間部へと供給して、柱状体の下部に高密度粒子の高密度層床を形成するとともに、柱状体の上部に低密度粒子の低密度層床を形成する。尾鉱を柱状体の上端から取り出し、脈石レベルが低減された精鉱鉱物鉱石を柱状体の底部から取り出す。本装置および方法は、粒子サイズが小さい鉄鉱石粒子から粒子サイズが小さい二酸化珪素粒子を分離するのに特に有用である。

Description

【発明の詳細な説明】固体粒子の重力分離装置および方法「技術分野」本発明は、粒子の重力分離に関し、より詳細には、密度の異なる固体粒子を重力分離する装置および方法に関する。「背景技術」固体粒子、例えば、鉄鉱石を精製する従来の方法および装置には、１９８６年６月３日発行のＹａｎｇの米国特許４，５９２，８３４に述べられているようなシステムがあり、これを一部参照しつつ本明細書を説明する。二酸化珪素（ＳｉＯ₂）を鉄鉱石（例えば、磁性精鉱）から機械的に高速の処理速度で分離する従来の方法では、（１）二酸化珪素のレベルを、鉄鉱石の総重量に対して５．５重量パーセント以上から、鉄鉱石の総重量に対して５．０重量パーセント未満に低減させることも、（２）生成物中の鉄バリューを、供給鉱泥中の鉄鉱石の総重量に対して９５パーセント以上に回復することもできなかった。従来方法では鉄細粒（粒子サイズが１５０メッシュの場合のサイズより小さい、あるいは１００ミクロン未満）を二酸化珪素の細粒（粒子サイズが１５０メッシュの場合のサイズより小さい、あるいは１００ミクロン未満）から分離することができなかったことにほぼ起因して、（１）最終生成物中の二酸化珪素レベルの低さ（減少）と、（２）鉄回収レベルの高さ（増加）とを組合わせて改善することが課題となっていた。多様な粗鉄鉱石は、鉄を多量に含む物質と二酸化珪素を多量に含む物質との集塊を含有しており、鉄鉱石を十分に細かく砕く（破砕する、粉末化する、粉砕する、あるいはグラインディングする）ことができないと、鉄を多量に含む物質と二酸化珪素を多量に含む物質との分離が不十分となる。その結果、従来方法では、鉄とともに多量の二酸化珪素を保持していることによって、最終的な鉄生成物における二酸化珪素不純物が望ましくないほど多量（５重量パーセント超）となることが多かった。逆に、細かく砕き（粉砕し、グラインディングし、粉末化し、あるいは破砕し）すぎると、高度の細粒（粒子サイズが１５０メッシュの場合のサイズより小さい）となり、浮遊選鉱法や磁気選鉱法などの従来方法では効果的かつ効率的に分離できない。従来、石炭あるいは鉱物重力分離は、シックナー、サイクロン、テーブル、治具、スパイラル、重液選鉱装置など多様な分離装置で行われている。これらの従来方法は、分離される粒子のサイズ、形状および密度、並びに分離装置内の流体力学的条件に左右される。しかしながら、供給物質が細かくなると、あるいは、粒子サイズのばらつきが大きくなると、分離効率は低下する。例えば、選炭用の重液選鉱は、２８メッシュの場合より粗い粒子を処理する場合にだけ効果的である。２８メッシュの場合のサイズより小さい粒子に対して浮遊選鉱を行うとしても、同様の表面疎水性を有するためにフロス〔泡沫〕生成物として石炭と合体する傾向のある黄鉄鉱粒子を排除するためには浮遊選鉱は用いられない。さらに、従来の浮遊選鉱技術では、密度に基づく石炭ウォシャビリティと比べて、比較的芳しくない結果しか得られない。また、従来の治具選鉱方法では、通常、高密度粒子媒体において不安定性と渦が生じ、該媒体中で望ましくない鉛直混合が起こっていた。さらにまた、粒子サイズが小さいと、通常、治具選鉱方法において高度の短絡が生じ、望ましくなかった。したがって、高純度（例えば低二酸化珪素鉄鉱石）生成物と生成物（例えば、鉄）の高度な回収レベルとを組み合わせて提供する装置および方法が要求されている。「発明の開示」本発明は、効果的かつ効率的に二酸化珪素レベルあるいは他の脈石レベルを低減するとともに、所望の固体粒子、好ましくは鉱石からの鉱物バリューを高レベルで回収する分離方法および装置を提供するものである。本方法および装置は、不安定性と渦とを低減し、これによって鉛直混合を低減する。さらに、本方法および装置は、短絡を低減するとともに、小さい治具選鉱セルサイズを効果的に作成することによって、小粒子の効果的かつ効率的分離を可能とする。本方法は、初期状態で水性鉱泥中で混和物とされた比較的高密度および低密度の粒子の重力分離に関連するものである。好ましくは、本方法は、（ａ）低密度層床ゾーンを有する上部と、高密度層床ゾーンを有する下部と、好ましくは上部と下部の間に鉱泥入口ゾーンを有する中間部とを備えた筒状柱状体を設ける工程と、（ｂ）上部ゾーンおよび／または下部ゾーンに、各ゾーンを通って遠回りのパターンで延びる多数の流路を形成する充填材を設ける工程と、（ｃ）鉱泥を鉱泥入口ゾーンへと導入して、充填材の流路を介した流れを生じさせ、上部ゾーン中に粒子の低密度層床を形成するとともに下部ゾーン中に粒子の高密度層床を形成する工程と、（ｄ）層床を治具選鉱して、低密度層床に向けて且つ該低密度層床中へ低密度粒子を移動させることと高密度層床に向けて且つ該高密度層床中へ高密度粒子を移動させることとによって、鉱泥中に高密度および低密度粒子の重力分離を生じさせる工程と、（ｅ）低密度粒子を含有する尾鉱分級物を、上部ゾーンより上で柱状体の上部から取り出す工程と、（ｆ）高密度粒子を含有する精鉱分級物を、下部ゾーンの下で柱状体の下部から取り出す工程とを備える。本装置は、密度が異なる粒子の重力分離に特に適しており、該粒子は初期状態では水性鉱泥で混和物とされ、該混和物は比較的低密度の粒子と比較的高密度の粒子とを含有している。好ましくは、本装置は、（ａ）低密度層床ゾーンを有する上部と、高密度層床ゾーンを有する下部と、好ましくは上部と下部の間に鉱泥入口ゾーンを有する中間部とを備え、該層床のそれぞれが、各ゾーンを通って遠回りのパターンで延びる多数の小通路を形成する充填材を含有するよう構成された筒状柱状体と、（ｂ）水性鉱泥の分散を形成する手段と、（ｃ）水性鉱泥の分散を鉱泥入口部へと供給して、柱状体中へかつ該流路を介した流れを生じさせる手段と、（ｄ）柱状体中で水性鉱泥を治具選鉱して（振動させて）、低密度層床ゾーン中に低密度粒子の低密度層床を形成するとともに、高密度層床ゾーン中に高密度粒子の高密度層床を形成する手段と、（ｅ）水性鉱泥の低密度粒子を含有する分級物を、低密度層床ゾーンより上で柱状体の上部から排出する手段と、（ｆ）水性鉱泥の高密度粒子を含有する分級物を、高密度層床ゾーンより下で柱状体の下部から排出する手段とを備えるようになっている。重力分離は、層床ゾーン、より具体的には下部層床を振動させる（好ましくは、治具選鉱する）ことにより実現される。振動は、水の脈動、空気の脈動、あるいは機械的振動によって実現されうるが、充填柱状体の層床て振動を起こす手段としては水の脈動が好ましい。重要な要件ではないが、本発明では、縮小セルサイズの柱状体と、高密度層床ゾーンと、低密度粒子を高密度粒子から重力分離させるための振動とを組み合わせて用いることが好ましい。「図面の簡単な説明」図１は、本発明に係る重力分離装置の概略図である。図２は、柱状体の充填材の１セクションを形成する波形プレートの一部の分解斜視図である。「発明の詳細な説明」比較的低密度の粒子と比較的高密度の粒子との混和物を含有する適当な水性鉱泥としては、鉱物鉱石、石炭あるいは他の粒状物質があり、好ましくは、二酸化珪素不純物を含む鉄鉱石、より好ましくは、粒子の総重量に対して６０重量パーセントを越える鉄と粒子の総重量に対して５重量パーセントを越えるＳｉＯ₂（二酸化珪素）とを含有するタコナイト鉄鉱石の磁性精鉱がある。最終精鉱生成物、好ましくは鉄精鉱生成物は、５重量パーセント未満の脈石物質を含有し、より好ましくは、４．５パーセント未満の二酸化珪素を含有し、最も好ましくは４．０重量パーセント未満の二酸化珪素を含有する。最終精鉱生成物中において脈石物質、すなわち二酸化珪素物質が低レベルであることにより、最終鉄鉱石生成物の溶鉱炉処理に必要な石灰を低減することができ、その結果、エンドユーザによって溶鉱炉中に形成されるスラグが低減することとなる。場合によっては、二酸化珪素のレベルが低減した結果、溶鉱炉全体をバイパス〔回避〕することが可能となる。これは、本方法により実現される二酸化珪素レベルが、送給材料の単体分離特性によっては、２パーセント以下に減少することがあるからである。本発明の重力分離装置および方法は、広範囲の粒子サイズの様々な物質を分離するのに用いられる。特に、スペリオル湖地域から産出される低品位の磁性タコナイト鉱石のような、粒子が細かい鉱石中の脈石から鉱物バリューを分離するのに適応可能である。密度分離方法も、また、他の酸化鉄鉱石や部分酸化鉄鉱石の品質を高めるためや、石炭を選鉱して鉱物質（特に、黄鉄鉱）を除去するためや、細かく粉砕された鉱石および／または不合格品から他の重鉱物、例えばルチル、イルメナイト、錫石等を回収するために用いることができる。以下に、鉄鉱石および石炭の精製に関連して本発明について説明する。本発明による重力分離装置（１０）は、上部（１４）と下部（１６）とを有する筒状の柱状体（１２）と、磁性タコナイト鉱石の水性スラリまたは鉱泥を柱状体（１２）の中間位置へ導入する鉱泥入口部（１８）と、好ましくは、水パルスを柱状体（１２）の下部（１６）へ導入するパルス水入口部（２２）とを備える。柱状体（１２）は、図１に示すようにほぼ直立あるいは鉛直でもよいし、鉛直線に対してある角度で傾斜していてもよい。しかしながら、十分な鉛直性を与えて、適切な重力が得られるようにして、以下に詳述するように高密度粒子および低密度粒子の別個の層床を維持することが重要である。柱状体（１２）は、充填材（２４）等の、セルサイズと流路形成とを低減する手段で部分的に充填されている。該充填材（２４）は、上部および下部（１４、１６）にわたって遠回りのパターンや曲がりくねったパターンで延びる多数の小流路と小チェンバーを形成している。水性鉱泥中の高密度粒子を含有する精鉱分級物（３３）は、柱状体（１２）の底部の精鉱チェンバー（３２）内に集まり、ここから出口部（３４）を通って排出される。特に重要なことではないが、精鉱チェンバー（３２）は、図１に示すように円錐形状で、精鉱分級物の排出を促進するものが好ましい。精鉱分級物は、好ましくは、出口部（３４）を介して通常の可変流量ポンプ（３６）によって、最終精鉱生成物（３５）として取り出される。柱状体（１２）は多様な断面形状をとりうるが、図示の具体的構成では、正方形の断面を有している。柱状体（１２）の断面寸法と長さは、処理される水性鉱泥のタイプと、使用される充填材（２４）の具体的タイプと、所望のスループットと、当業者に周知の他の変数とによって決まる。充填材（２４）は、実質的に流れが塞がった状態を提供するとともに、柱状体（１２）の上部および下部の内部および両者間に遠回りのパターンあるいは曲がりくねったパターンで延びる多数の流路とチェンバーを形成できるものであれば、多様な異なる形態をとってよい。高密度粒子（鉄を多量に含む粒子）は下部ゾーンに高密度層床を形成し、低密度粒子（二酸化珪素を多量に含む粒子）は上部ゾーンに低密度層床を形成する。充填材は層床のメンテナンスと安定化を容易にし、これにより層床同士の分離を容易にする。振動によって、高密度粒子が鉱泥供給部から高密度層床に移動することができる一方、高密度層床が低密度粒子による進入を十分に阻止し全体にわたって高密度および高密集性を効果的に維持できるようになる。分散剤を利用することで、個々の粒子の集塊を阻止し、これによって柱状体の底部へ向かう高密度粒子と、柱状体の上部へ向かう低密度粒子との連続的流れを可能とする。適当な充填材には、気液移動操作用の充填塔で通常用いられる充填材、例えばラッシヒリング、ベルルサドル、パーティションリングなどがある。この充填材には、孔有りあるいは孔無しの鉛直、水平、傾斜プレート構造体がある。充填材は、柱状体における流路形成とセルサイズとを低減する手段として働く。図示の好ましい実施の形態では、充填材（２４）は鉛直方向に延びるプレート（４０）の複数のセクション（３８ａ〜３８ｆ）を含む。各セクションは、複数の前記プレート（４０）と、プレート（４０）を横方向に間隔を置いて配置して隣接するプレート（４０）間に複数の比較的小さい流路を形成する手段（スペーサー手段）とを備える。図示の具休的構成では、該スペーサー手段は、プレート（４０）のそれぞれに均一に間隔を置いて設けられた波形列（４２）を含むが、これらのみに限定されない。波形（４２）は、好ましくは、対角線状に、例えば水平線に対してほぼ４５°の角度で延び、垂直方向流路がかなり長くなるのを解消している。波形（４２）の傾斜の向きを変えて流路を通る流れを制御することができる。例えば、この流れの長さは、水平線に対する波形（４２）の角度を小さくすると、長くなる。隣接プレート（４０）間に形成された流路の遠回りパターンあるいは曲がりくねったパターンをさらに向上させるためには、図２に示すように、交互のプレート（４０）の波形（４２）が反対方向に延びるようにするのが好ましい。すなわち、１つのプレートの波形が次のプレートの波形に対してある角度で延びている。また、交互のセクションを、１つのセクション内のプレートの垂直面が、隣接セクション内のプレートの垂直面に対して、ある角度（好ましくは９０°）の関係になるように、配置する。図１に示すように、セクション（３８ａ、３８ｃ、３８ｅ）内のプレート（４０）の垂直面は、ページ紙面に対して垂直に延び、セクション（３８ｂ、３８ｄ、３８ｆ）内のプレートの垂直面は、ページ紙面に対して平行に延びている。鉱泥入口部（１８）付近の充填材セクション（３８ｃ、３８ｄ）は、好ましくは、間隔を置いて設けられ、実質的に遮られていない供給室あるいは供給チェンバー（４４）を形成する。供給チェンバー（４４）より上の充填材セクション（３８ａ、３８ｂ、３８ｃ）は柱状体（１２）の上部ゾーンを形成し、供給チェンバー（４４）より下の充填材セクション（３８ｄ、３８ｅ、３８ｆ）は下部ゾーンを形成する。脈石（二酸化珪素）を多量に（例えば、供給物質よりも５パーセント以上高い二酸化珪素レベル）含む低密度層床は、上部ゾーンに存在し、脈石（二酸化珪素）が低レベルの（例えば、供給物質よりも、０．５重量パーセント以上二酸化珪素が少ない）高密度層床は、下部ゾーンに存在する。典型的な動作について説明すると、磁性タコナイトや部分酸化タコナイトのような鉄鉱石は、細かく砕かれて、鉱物バリューの単体分離に適した粒子サイズにされる。好ましくは、１００ミクロン未満の粒子サイズ、例えば、少なくとも１５０メッシュのサイズに砕かれる（メッシュの数値と粒子サイズは反比例の関係にある。すなわち、メッシュ値が大きくなると、粒子サイズは小さくなる）。１５０メッシュサイズの（あるいはもっと細かい）フィルターのような、大きなサイズの粒子を取り除く手段を使って、小粒子（例えば、直径１００ミクロン未満つまり１５０メッシュの場合のサイズより小さい粒子）から成る供給鉱泥を製造することが好ましい。粒子の水性スラリあるいは鉱泥は、適当な分散剤の添加と混和のための攪拌処理容器（４６）に導入される。鉄鉱石粒子に適当な分散剤には、例えば、珪酸ナトリウムがある。最も好ましい分散剤は、商標名”Ｏ”あるいは”Ｎ”でＰＱ社から販売されている珪酸ナトリウム溶液である。処理後、鉱泥はポンプ（４８）によって容器（４６）から取り出され、ポンプ入口部（１８）を介して柱状体内へと導入される。様々な流れの流量は、高密度粒子（例えば、酸化鉄）を低密度二酸化珪素粒子（例えば、脈石）から最も効果的に分離する材料バランスが得られるように調整されうる。本発明の装置および方法は、従来の装置および方法と比べて、いくつかの利点がある。すなわち、密度の異なる非常に小さい粒子を効率よく効果的に分離する。シリカ（二酸化珪素）不純物を含有する鉄鉱石の場合には、高い精鉱実収率、例えば９５パーセントを超える鉄実収率で、最終精鉱中の二酸化珪素レベルを５パーセント未満に低減するのに十分な分離レベルで分離する。本発明の装置は、１段分離に使用されるのに加えて、従来の分離工程と組み合わせて用いることができ、２段以上連続して用いることができる。上部セクション（３８ａ〜３８ｃ）は、低密度粒子（二酸化珪素を多量に含む粒子）の層床（５６）が存在する上部層床ゾーン（５４）を形成する。下部セクション（３８ｄ〜３８ｆ）は、高密度粒子（鉄を多量に含む粒子）の層床（６０）が存在する下部層床ゾーン（５８）を形成する。供給チェンバー（４４）は、上部層床ゾーンと下部層床ゾーン（５４と５８）の中間位置にあることが好ましい。上部チェンバー（２６）は上部ゾーン（５４）の上に位置し、柱状体（１２）から低密度粒子（尾鉱流分級物（３０））を除去且つ流すための出口部（２８）と連通している。精鉱生成物流（３５）は、ポンプ（３６）から出力した際、高密度粒子を含有している。粉砕された鉱石流（４９）は、好ましくは１５０メッシュサイズの篩目（５０）、あるいは該鉱石流から大粒子を取り除くための他の適当な手段によって前選別され、鉱石鉱泥流（６２）と大粒子流（５１）になるが、このうち大粒子流（５１）は、再循環されて粉砕されるか、あるいは廃棄物として処分されるかのどちらかである。鉱石鉱泥流は、処理容器（４６）へと供給され、分散剤流（５２）からの分散剤と混合され、分散鉱泥流（６４）となる。パルス水ポンプ（２０）、あるいは層床（５６，６０）（より具体的には、層床（６０））を振動（治具選鉱）する他の適当な手段を用いて、粒子を重力分離するとともに、低密度粒子が高密度層床（６０）中へと進入するのを最小限にとどめる。好ましくは、層床（６０）の上端は、低密度分子の進入を阻止する上部密集面（６６）を形成している。定常状態動作では、高密度層床から排出された精鉱は、供給流（６４）中の粒子の総重量に対して、少なくとも９５重量パーセントの固体を含有し、より好ましくは、少なくとも９８重量パーセントの固体を含有し、最も好ましくは、少なくとも９９重量パーセントの固体を含有する。パルス化された水は、好ましくは、少なくとも０．０５ｐｓｉの水圧の変化を起こすパルスを備え、より好ましくは、５〜２０ｐｓｉ、最も好ましくは、１０〜１５ｐｓｉである。パルスは毎分５〜１２０の周波数で生じることが好ましく、より好ましくは毎分１０〜６０の周波数、最も好ましくは毎分１５〜３０の周波数である。本発明の他の実施の形態は、制御された密度層床を用いて、例えば石炭から鉱物質を除去するような、粒状物質を分離する方法に関する。これは、重液を添加することや、あるいは流体力学原理を適用して、例えば石炭中の黄鉄鉱のように、現場でのより重い粒子を高密度媒体として使用することによって実現可能である。最初の実験室試験によって、往復プランジャーで脈動が印加される充填柱状体を用いて、５２．８％の歩留まりで８．８％の灰分の精炭を、ＡｌａｂａｍａＰｒａｔｔＳｅａｍ原炭（２７．７％灰分および５０％ −２２μｍ）から精製することができることと、大量の粘土を含有する細かい分級物、すなわち− ５００メッシュは、密度分離の前後で不合格とされることが実証されている。これは、当該概念が広範囲の粒子サイズに適用可能であることと、本発明によって多様な供給流に対して効果的な分離が実現されることを示している。本発明は、石炭精製において高価な磁鉄鉱材を用いる必要性をなくすことができる。その代わりに、石炭黄鉄鉱（供給物の現場での重鉱物成分）を用いて、密度層床の比重を制御できる。セルの数が多ければ多いほど、成分の分離度も大きい。分離とは、分離方法において材料が遭遇するセルの数と同等とみなしうる。Ｐｅｒｒｙ＆ＣｈｉｌｔｏｎのＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒ’ｓＨａｎｄｂｏｏｋ第５版第１４節１０〜１３ページ記載の吸収装置設計において化学技術者によって用いられる理論的プレート計算および装置設計に類似させてもよい。本発明の充填材は、入口部から出口部への流路形成を効果的に低減する作用をする。好ましくは、本発明の柱状体の効果的高さは、少なくとも分離セル３個分であり、より好ましくは、有効性において分離セル１０〜１００個分である。充填材は、材料が移動するときに、材料の引き込みを促進し、これが、分離効率をさらに向上させる。本発明の筒状柱状体重力分離は、浮遊選鉱、磁気選鉱やサイクロン選鉱を要さない。したがって、浮選剤、磁界発生分離装置およびサイクロン発生装置を使用しないことが好ましい。本システムは、凝集剤を使用しても、しなくてもよい。筒状柱状体は、好ましくは正方形の断面形状であるが、選択によっては、矩形あるいは円形の断面形状であってもよい。柱状体の高さは、好ましくは、６インチから２０フィートである。充填材の孔またはチェンバーの直径は、粒子の数平均直径の５〜１００倍であることが好ましい。充填材のチェンバー体積は、粒子の数平均粒子サイズの１２５〜１，０００，０００倍であることが好ましい。柱状体の基底面積は、好ましくは、０．２５〜８，０００ｍ²、より好ましくは１６〜６４ｍ²である。好ましくは、充填材は、波状プレート充填材であって、複数の平行プレートを有してセクションに配置されており、各セクションは隣接セクションに対して鉛直軸心回りに回転する（好ましくは９０°）。波形板は、リング等の他のタイプの充填材と比べて、柱状体中での鉱石詰まりを最小限にとどめるという利点がある。柱状体を流れる液体の流量は、低密度粒子の終端速度を超える流れを上部ゾーンに生じさせるのに十分なものである。終端速度は、粒子の直径と、密度と、液体の粘度を用いてストークスの法則で求められる。供給量を調節したり、別の液体入口部を用いることによって、上部ゾーンで十分な液体流が維持されるように制御が行われる。治具選鉱における振動周波数は、好ましくは、粒子サイズに対して反比例の関係であり、粒子サイズの逆数の関数であることが好ましい。層床の密度は、点測定と供給量および補助水の制御とによって所望のグレードをもたらすように制御され得る。典型的には、鉄や他の鉱物に関して、脈石粒子の密度は２．６〜２．７（ｇ／ｃｍ³⁾となり、所望の生成物の粒子密度は４〜１０（ｇ／ｃｍ³）となる。石炭を粘土から分離しようとする場合は、脈石材の密度は典型的には２．６〜２．７（ｇ／ｃｍ³）となり、石炭の密度は１．２〜１．６（ｇ／ｃｍ³）となる。粒子差は、好ましくは、少なくとも３０％の％密度差である。充填材は、流路形成を低減し、柱状体内の渦を消散させる。「実施例」以下の実施例では、本装置および方法によって実現された、回収レベルの高い低二酸化珪素含有鉄鉱石について説明する。１２フィートの高さで３インチの内径円形断面を有する柱状体には、充填材プレートの５フィートのセクションを２つ備えた。各充填材セクションは１０層の波形プレートで充填され、プレートの波形は高さ１／２インチで水平線に対して約４５°の角度で延び、交互の層あるいはセクションは、互いに対して９０°の角度で配向した。６６．４２％のＦｅと５．７７％のＳｉＯ２を含む原試金（供給試金）を有する鉱山Ａから採掘されたタコナイト磁性精鉱を約９８％ −１５０メッシュに粉砕し、前選別して１５０メッシュの場合のサイズより大きい粒子を取り除いた。鉱泥を分散剤で処理し、加工処理時の粒子の集塊を最小限にした。約２０重量パーセントの固体を含有する前選別済みの水性鉱泥供給物を、約１２０（ｌｂｓ／ｈｒ）の供給速度で柱状体の中間供給ゾーンへとポンプで注入した。パルス洗浄水を、脈動チェンバーから約１０（ｌｂ／ｓｑ．ｉｎｃｈ）の水圧を択一的に加えるか抜くかによって、柱状体の底部へ注入した（これは柱状体全体の高さによって変わる）。精鉱生成物の重量パーセントは、供給鉱泥の元来の固体含有量の９０％を超え、結果として、水性鉱泥の鉄の総含有量に対して９５％を超える鉄実収率を得た。実施例１Λ〜１Ｂ鉱山Ａの磁性精鉱（９８％ −１５０メッシュ）実施例１Ａ実施例１Ｂ注目すべき点は、前選別工程（＋１５０メッシュ）で最初にふるい落とされた大粒子の小分級物が高い二酸化珪素レベルを示したことである。実施例１Ａおよび１Ｂにおける前選別は、初期鉱泥の１．８８重量パーセントに達した。注目すべきは、精鉱生成物中で二酸化珪素レベルが５重量パーセント未満であることと、鉄回収レベルが９５パーセントを超えていることである。このように、最終生成物中の二酸化珪素レベルの低さと、重力分離によって得られた鉄回収率の高さとを兼ね備えることは、驚くべき予期せぬ結果であり、本方法で用いた小粒子サイズに鑑みると、特に予期せぬことである。実施例２Ａと２Ｂ鉱山Ｂの磁性タコナイト粗鉱（８０％ −３２５メッシュ）実施例２Ａ（粗鉱＝１００重量％）実施例２Ｂ実施例３Ａと３Ｂ鉱山Ｂの磁性精鉱（８０％ −３２５メッシュ）実施例３Ａ（磁性精鉱＝１００重量％）実施例３Ｂ＊プラント系統図は１段逆浮遊選鉱のみ含む。従来の方法を用いた比較用プラントデータに比べて、本方法の結果が向上していることに注目せよ。実施例４Ａと４Ｂ鉱山Ｂの磁性タコナイト粗鉱（８０％ −３２５メッシュ）実施例４Ａ（粗鉱＝１００重量％）実施例４Ｂ＊プラント系統図は磁気選鉱と逆浮遊選鉱を含む。従来の方法を用いた比較用プラントデータに比べて、本方法の結果が向上していることに注目せよ。実施例５密度層床分離装置を用いた簡易選炭方法供給石炭を細かい粒子サイズに粉砕し、１５０メッシュのフィルターを用いて供給流から大粒子を前選別した。次に、供給流を本発明に係る密度層床分離装置に送り、低密度上側流をその後５００メッシュのフィルターでさらに選別し、ここから得られた過大粒子を精炭生成物とし、小サイズの粒子を粘土スライムとして廃棄した。高密度流は尾鉱を構成し、鉱物／黄鉄鉱を含む。上記試験の結果：本分離方法を用いたＡｌａｂａｍａＰｒａｔｔＳｅａｍ炭（灰分２７．７％）の選炭試験結果。２７．７％の灰分レベルを有する供給物と比べて、生成物の灰分レベルが８．８％と低いことに注目せよ。生成物実施例１Ａ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＺ，ＶＮ

Claims

【特許請求の範囲】１．密度が異なる粒子の重力分離装置であって、前記粒子は初期状態で水性鉱泥中で混和物とされ、前記混和物は比較的低密度の粒子から比較的高密度の粒子までの範囲の２種類以上の粒子を含み、前記装置は、（ａ）低密度層床ゾーンを有する上部と、高密度層床ゾーンを有する下部と、前記上部と下部の間に鉱泥入口ゾーンを有する中間部とを備え、前記層床のそれぞれが、各ゾーンを通って遠回りのパターンで延びる多数の小通路および相互連結チェンバーを形成する充填材を含有するよう構成された筒状柱状体と、（ｂ）水性鉱泥の分散を形成する手段と、（ｃ）前記水性鉱泥の分散を前記鉱泥入口部へと供給し、前記柱状体中へ且つ前記流路を介した流れを生じさせる手段と、（ｄ）前記水性鉱泥を前記柱状体中で治具選鉱して、前記低密度層床ゾーン中に低密度粒子の低密度層床を形成するとともに、前記高密度層床ゾーン中に高密度粒子の高密度層床を形成する治具選鉱手段と、（ｅ）前記水性鉱泥の低密度粒子を含有する尾鉱分級物を、前記低密度層床ゾーンより上で前記柱状体の前記上部から排出する手段と、（ｆ）水性鉱泥の高密度粒子を含有する精鉱分級物を、前記高密度層床ゾーンより下で前記柱状体の前記下部から排出する手段とを備える重力分離装置。２．請求項１の装置において、前記充填材は、複数の鉛直方向に延びるプレートと、前記複数のプレートを横方向に間隔を置いて配置して、隣接するプレート間に複数の流路を形成するスペーサー手段とを備える重力分離装置。３．請求項２の装置であって、前記複数のプレートの複数の鉛直方向に隣接する別個のセクションをさらに備える重力分離装置。４．請求項３の装置において、複数の前記セクションは、前記セクションの各々の中のプレートの垂直面が隣接するセクション中のプレートの垂直面と角度をなすように配向されており、前記スペーサー手段は、前記プレートの各々に、水平線に対して斜めに延びる波形の列を備える重力分離装置。５．請求項４の装置において、隣接するプレート同士の波形は反対方向に延びているようにされた重力分離装置。６．請求項１の装置であって、前記入口部の前で前記水性鉱泥を前選別する前選別手段をさらに備え、前記前選別手段は前記水性鉱泥から大粒子を除去して１５０メッシュの場合のサイズより小さい粒子からなる混和物を有する水性鉱泥を精製するようにされた重力分離装置。７．請求項１の装置であって、前記重力分離装置は、自身の中に粒子総重量に対して１５０ミクロン未満のサイズの粒子を少なくとも９９重量パーセント含む混和物を有する水性鉱泥を精製する手段をさらに備える重力分離装置。８．請求項１の装置であって、前記重力分離装置は、混和物が１５０ミクロン未満のサイズの粒子から成る水性鉱泥を精製する手段をさらに備える重力分離装置。９．請求項１の装置において、前記治具選鉱手段は、前記層床の治具選鉱を行わせ且つ前記高密度粒子および前記低密度粒子の重力分離を起こすに十分な水パルスを前記高密度層床中へ送り込むように前記下部の下に設けられた水入口部と前記脈動水ポンプとを備えた重力分離装置。１０．初期状態で水性鉱泥中で混和物とされた比較的高密度および低密度の粒子を重力分離する方法であって、（ａ）低密度層床ゾーンを有する上部と、高密度層床ゾーンを有する下部と、前記上部と下部の間に鉱泥入口ゾーンを有する中間部とを備えた箇状柱状体を設ける工程と、（ｂ）前記上部ゾーンと前記下部ゾーンに、各ゾーンを通って遠回りのパターンで延びる多数の流路を形成する充填材を設ける工程と、（ｃ）前記鉱泥を前記鉱泥入口ゾーンへと導入して、前記充填材の前記流路を介した流れを生じさせ、前記上部ゾーン中に粒子の低密度層床を形成するとともに、前記下部ゾーン中に粒子の高密度層床を形成する工程と、（ｄ）前記層床中の粒子を治具選鉱して、前記低密度層床へ向けて且つ該低密度層床中へ前記低密度粒子を移動させることと前記高密度層床へ向けて且つ該高密度層床中へ前記高密度粒子を移動させることとによって、前記鉱泥中の前記高密度および低密度粒子の重力分離を生じさせる工程と、（ｅ）低密度粒子を含有する尾鉱分級物を、前記上部ゾーンより上で前記柱状体の前記上部から取り出す工程と、（ｆ）高密度粒子を含有する精鉱分級物を、前記下部ゾーンより下で前記柱状体の前記下部から取り出す工程とを備える重力分離方法。１１．請求項１０の方法において、前記鉱泥は、鉱物バリュー粒子と脈石粒子との混合物からなる鉱物鉱石を含有し、前記鉱泥は、前記層床のうち少なくとも１つにおいて粒子の集塊を低減する効果がある分散剤で前記粒子を処理することにより重力分離用に調製されるようにした重力分離方法。１２．請求項１１の方法において、前記鉱物鉱石は、鉄鉱石である重力分離方法。１３．請求項１０の方法において、前記充填材は、複数の鉛直方向に延びるプレートの複数の鉛直方向に隣接する別個のセクションと、前記複数のプレートを横方向に間隔を置いて配置して、複数の流路およびチェンバーを形成するスペーサー手段とを備える重力分離方法。１４．請求項１３の方法において、前記複数のセクションは、１つのセクション中のプレートの垂直面が隣接するセクション中の前記プレートの垂直面と角度をなすように配向されており、前記スペーサー手段は、前記プレートの各々に、水平線に対して斜めに延びる波形の列を備える重力分離方法。１５．請求項１４の方法において、隣接するプレート同士の波形は反対方向に延びているようにした重力分離方法。１６．請求項１０の方法において、前記治具選鉱は、水パルスを前記層床中へ且つ該層床を通って上方向に送ることを含むようにした重力分離方法。１７．請求項１６の方法において、前記鉱泥の混和物は、１００ミクロン未満の粒子サイズの部分から成る重力分離方法。１８．請求項１６の方法において、前記鉱泥の混和物は、１５０メッシュの場合のサイズより小さい粒子を少なくとも９９重量パーセント含む重力分離方法。１９．請求項１６の方法であって、前記方法は、前記入口部の前で、１５０メッシュの場合のサイズよりも大きい粒子を前記鉱泥から取り除く手段を備える重力分離方法。２０．初期状態で水性鉱泥中で混和物とされた比較的高密度および低密度の粒子を重力分離する方法てあって、（ａ）低密度層床ゾーンを有する上部と、高密度層床ゾーンを有する下部と、前記上部と下部の間に鉱泥入口ゾーンを有する中間部とを備えた筒状柱状体を設ける工程と、（ｂ）前記柱状体中に、前記柱状体を通る多数の通路を形成する手段を設ける工程と、（ｃ）前記鉱泥を前記鉱泥入口ゾーンへと導入して、前記流路を介した流れを生じさせ、前記上部ゾーン中に粒子の低密度層床を形成するとともに、前記下部ゾーン中に粒子の高密度層床を形成する工程と、（ｄ）前記層床中の粒子を治具選鉱して、前記低密度層床へ向けて且つ該低密度層床中へ前記低密度粒子を移動させることと前記高密度層床へ向けて且つ該高密度層床中へ前記高密度粒子を移動させることとによって、前記鉱泥中の前記高密度および低密度粒子の重力分離を生じさせる工程と、（ｅ）低密度粒子を含有する精鉱分級物を、前記上部ゾーンより上で前記柱状体の前記上部から取り出す工程と、（ｆ）高密度粒子を含有する尾鉱分級物を、前記下部ゾーンより下で前記柱状体の前記下部から取り出す工程とを備える重力分離方法。