一種用於礦石預處理的高壓電脈衝碎礦裝置的製作方法

2023-10-07 05:58:59 1

本發明屬於礦物加工工程的礦石粉碎預處理技術領域，具體涉及一種用於礦石預處理的高壓電脈衝碎礦裝置。

背景技術：

我國礦產資源以貧礦居多，礦床共生、伴生組分多，礦石組成較為複雜且嵌布粒度細。因此，我國礦石的選礦工作面臨難度更大、效率低且成本高等諸多問題。其中礦石破碎領域最重要的問題有：破碎和磨礦設備投資和維護費用很高、能耗大、產生過多的不能處理的細粒級和解離不充分的粗粒級，增加後續選別作業的難度。

目前工業上所採用的破碎方法主要是機械粉碎。機械粉碎是通過減小礦石的粒度來使有用礦物與脈石礦物解離，對於有用礦物與脈石礦物結合緊密的礦石，機械破碎在破碎過程中容易出現有用礦物的過磨，分選方法對有用礦物的回收能力隨著粒度的減小而下降，使部分有用礦物損失，無法獲得有效回收。

礦石中的有用礦物和脈石礦物(如鐵礦中的鐵礦物和石英礦物)導電性有明顯差異，基於這種導電性差異選擇性破碎礦石作用的高壓電脈衝碎礦裝置的研究與開發有重要意義。在保證有用礦物質量的基礎上，節省了企業運營成本，減少了資源的浪費。

技術實現要素：

針對現有機械破碎技術存在的上述不足，本發明提供一種具有選擇性破碎礦石作用的高壓電脈衝放電碎礦裝置。本裝置基於礦石中有用金屬礦物和脈石非金屬礦物導電性質不同，通過選擇性破碎使有用礦物晶粒獲得充分解離，即有用礦物按晶粒破碎成單體礦物顆粒，確保粉碎產品中單體解離有用礦物粒度和質量能滿足後續分選工藝的要求，減少後續處理能耗。

本發明提供的一種用於礦石預處理的高壓電脈衝碎礦裝置如附圖1所示，主要由電源(1)、單相調壓器(2)、交流點火變壓器(3)、六倍壓整流電路(4)、超高壓陶瓷電容器(5)、銅棒(6)、高壓電極(7)、導電筒體(8)、放電碎礦桶(9)、振動篩網(10)、絕緣液(11)、給礦倉(12)、絕緣液倉(13)、接地導線(14)、固液分離器(15)、產品收集器(16)、氣體開關(17)、高壓導線(18)、絕緣桶蓋(19)、絕緣液循環管道(20)、振動裝置(21)、絕緣振動杆(24)組成，其中電源(1)屬於日常供電設備，電源(1)與單相調壓器(2)相聯接，單相調壓器(2)再與交流點火變壓器(3)相連接，交流點火變壓器(3)輸出端接六倍壓整流電路(4)，六倍壓整流電路(4)輸出端與超高壓陶瓷電容器(5)的輸入端相聯接，超高壓陶瓷電容器(5)的兩端與氣體開關(17)的兩端相併聯，以此構成了能夠輸出高壓電脈衝的高壓整流振蕩電路，高壓整流振蕩電路的輸出端即並聯後的超高壓陶瓷電容器(5)輸出端與高壓導線(18)相連接，多個銅棒(6)的一端並聯在高壓導線(18)上，銅棒(6)的另一端安裝有高壓電極(7)，銅棒(6)絕緣安裝固定在位於放電碎礦桶(9)頂部的絕緣桶蓋(19)上，且將其安裝有高壓電極(7)的一端深入到放電碎礦桶(9)內；放電碎礦桶(9)的外層由絕緣材料製成，其中以尼龍材料為佳，放電碎礦桶(9)的內襯鑲嵌有導電筒體(8)，放電碎礦桶(9)的上部為筒形，底部為倒錐形，其筒形與倒錐形的過度之處即筒形底部安裝有振動篩網(10)，放電碎礦桶(9)的上部絕緣部分側壁上固定有振動裝置(21)，並與振動篩網(10)通過絕緣振動杆(24)連接；放電碎礦桶(9)的錐形底部通過出料口和輸送管道與固液分離器(15)相連通，固液分離器(15)後接產品收集器(16)和絕緣液循環管道(20)，放電碎礦桶(9)的上部側壁上分別開有絕緣液入口和礦石入口，其中絕緣液入口通過管道同絕緣液倉(13)相連通，礦石入口通過溜槽或送料皮帶同給礦倉(12)相連通；接地導線(14)的一端穿過放電碎礦桶(9)的外層與其內部的導電筒體(8)相連接，接地導線(14)的另一端直接接地構成整個電路的迴路。

工作時，啟動電源(1)供電，經單相調壓器(2)變壓，交流點火變壓器(3)升壓和六倍壓整流電路(4)整流升壓後輸出高壓直流電，給超高壓陶瓷電容器(5)充電，充電電壓的上升時間為微秒量級，當超高壓陶瓷電容器兩端的電壓達到一定值後，與之並聯的氣體開關(17)被擊穿導通，輸出上升時間在納秒量級的高壓電脈衝，經高壓導線(18)加載到銅棒(6)並傳導到高壓電極(7)上；高壓電極(7)和導電筒體(8)材料採用不鏽鋼，絕緣筒材料為尼龍。導電筒體(8)為接地電極，通過接地導線(14)與大地相接；放電碎礦桶(9)的筒形底部安裝有振動篩網(10)，振動篩網通過絕緣振動杆(24)與固定在放電碎礦桶(9)上部絕緣部分側壁的振動裝置(21)相聯接，篩孔尺寸可根據要求進行調整；高壓電極(7)為高壓電脈衝輸入端，高壓電脈衝放電裝置形成的高壓電脈衝通過高壓電極(7)輸出到放在導電筒體(8)內的大顆粒礦石(22)上，並與導電筒體(8)連接接地導線(14)形成迴路。高壓電極(7)和導電筒體(8)之間形成了電壓差；當高壓電極(7)上的電壓達到一定值時，則在高壓電極(7)和圓柱筒(8)之間發生放電，放電發生在浸泡在絕緣液(11)中的礦石內部，由於在納秒級脈衝作用下，以水為絕緣液的絕緣強度大於礦石，所以在大顆粒礦石(22)內部沿有用礦物與脈石礦物界面間反覆形成等離子體通道，高壓電極和導電筒體之間多次放電後，則能夠把顆粒粒度為10mm-100mm的大顆粒礦石(22)破碎至顆粒粒度為5mm-60mm的小顆粒礦石(23)，小顆粒礦石(23)經過振動篩網(10)篩分後落入絕放電碎礦桶(9)底部椎體下部，經沉澱後隨少量絕緣液(11)排出放電碎礦桶(9)外並進入固液分離器(15)內，由固液分離器(15)分離出的小顆粒礦石(23)進入產品收集器(16)，以備後續破碎、磨礦作業時連續使用。最終顆粒大小取決於篩孔的大小，可根據要求對篩孔大小進行調整。

本項發明所完成的高壓電脈衝碎礦裝置應按如下方法進行使用。

(1)啟動振動裝置(21)，通過絕緣振動杆(24)帶動振動篩網(10)振動；其振動頻率為300次/min～1200次/min，關閉位於放電碎礦桶(9)底部的出料口閥門，分別打開絕緣液入口和礦石入口的閥門，將一定數量的絕緣液(11)和大顆粒礦石(22)導入到放電碎礦桶(9)中，其中絕緣液(11)與大顆粒礦石(22)的體積比應為1：2～5；當絕緣體(11)和大顆粒礦石(22)填充到放電碎礦桶(9)總容積的2/3到3/4時關閉上述兩個入口的閥門；

(2)啟動電源(1)供電，經單相調壓器(2)變壓，交流點火變壓器(3)升壓和六倍壓整流電路(4)整流升壓後輸出高壓直流電，給超高壓陶瓷電容器(5)充電，然後經過後續電路向高壓電極(7)不斷輸送電脈衝，並傳送給大顆粒礦石(22)，使其震裂破碎。其脈衝強度為50kv～300kv，脈衝頻率為10hz～20hz；

(3)啟動電源(1)供電後10min～15min後再次打開放電碎礦桶(9)的絕緣液入口和礦石入口的閥門，同時打開其出料口閥門，控制絕緣體(11)和大顆粒礦石(22)的流量，保證放電碎礦桶(9)內的絕緣液(11)與大顆粒礦石(22)的體積比保持為1：2～5，絕緣液(11)與大顆粒礦石(22)的填充量為放電碎礦桶(9)總容積的2/3～3/4；

(4)打開放電碎礦桶(9)的出料口閥門同時，啟動與之相連通的固液分離器(15)，固液分離器(15)分離出的小顆粒礦石(23)進入產品收集器(16)內，以備後續使用，分離出絕緣液(11)經絕緣液循環管道(20)返回到絕緣液倉(13)之中，循化使用。

與現有技術相比，本發明的特點和有益效果是：

對比傳統的樣品破碎裝置，這種高選擇性的破碎有很多優點：容易清洗，沒有交叉汙染；選擇性破碎，不破壞礦物晶形等。電脈衝破碎是最理想的沿晶破裂方式，不僅可使礦石破碎，而且在礦石內部礦物界面上產生擴展裂紋和裂縫，進而改善礦物解理特性。礦石經高壓電脈衝破碎後，一方面礦石強度可大大降低，預計降低磨礦能耗30％以上；另一方面能使礦石沿著不同礦物的界面破碎，大大增加了有用礦物的單體解離度，有助於提高礦石分選指標。本發明的主要創新點是：

(1)多電極對的結構設計實現了高壓電脈衝放電碎礦裝置破碎礦石的高效性和連續性。

(2)可根據對破碎礦石顆粒大小的要求改變篩網尺寸，滿足破碎、磨礦作業需求。

(3)高壓電脈衝放電破碎裝備可將礦石沿礦物晶粒界面進行解離，即選擇性破碎，而不是將其粉碎，這樣可以在保持組分的原有形式的同時將有用礦物從周圍的其他組分中分離出來。

(4)高壓電脈衝放電破碎裝備可以在不減小礦石中有用礦物顆粒粒度的情況下產生更多的單體礦物顆粒，相比機械粉碎，可以提高破碎產品的有用礦物含量，提高破碎產品單體解離度，有利於後續處理工序能耗的減少，節約企業成本。

附圖說明

圖1為一種用於礦石粉碎預處理的高壓電脈衝碎礦裝置結構示意圖，圖中：1為電源，2為單相調壓器，3為交流點火變壓器，4為六倍壓整流電路，5為超高壓陶瓷電容器，6為銅棒，7為高壓電極，8為導電筒體，9為放電碎礦桶，10為振動篩網，11為絕緣液，12為給礦倉，13為絕緣液倉，14為接地導線，15為固液分離器，16為產品收集器，17為氣體開關，18為高壓導線，19為絕緣桶蓋，20為絕緣液循環管道，21為振動裝置，22為大顆粒礦石，23為小顆粒礦石，24為絕緣振動杆。

圖2為磁鐵礦的標準破碎產品的掃描電子顯微鏡觀測圖。

圖3為磁鐵礦的高壓電脈衝破碎產品的掃描電子顯微鏡觀測圖。

圖4為極貧赤鐵礦石的標準破碎產品的掃描電子顯微鏡觀測圖。

圖5為極貧赤鐵礦石的高壓電脈衝破碎產品的掃描電子顯微鏡觀測圖。

具體實施方式

以下結合實施例對本發明做進一步說明。

本發明實施例採用的高壓電脈衝放電破碎裝備對礦石進行破碎所使用的裝置和發明內容描繪的結構相同，採用該著裝置進行礦石破碎，分析破碎產品的各粒級產率及金屬含量、單體解離度、微觀形貌，並將之與機械破碎產品對比。

實施例1

本實施例使用的礦樣為大孤山磁鐵礦，其主要化學成分如表1所示。由表1可以看出，原礦中有價元素是鐵，tfe品位為32.61％，feo含量為17.49％；主要雜質為sio2，佔45.77％；有害雜質s、p含量較低。原礦fe元素的化學物相分析見表2，由表2可知，礦石中鐵主要以磁鐵礦的形式存在，磁鐵礦中鐵佔有率達79.70％，其次以菱鐵礦、赤(褐)鐵礦和矽酸鐵的形式存在，少量以硫化鐵形式存在。

表1原礦化學成分分析/％

表2礦石中鐵元素的化學物相分析結果/％

用高壓電脈衝放電碎礦裝置將大孤山磁鐵礦破碎。將+30mm含量佔70％的500kg礦石給入高壓電脈衝裝備圓柱筒，在電極間距100mm，放電電壓60kv，持續對礦石放電破碎400次，斷開電源，放電完成後收集篩下破碎產物。將同樣重量的礦石用對輥破碎機破碎得到標準破碎產物，對比兩種破碎產物的特性。

對兩種破碎產物進行粒度篩析並進行各粒級含鐵測定，結果見表3和表4。

表3標準破碎產物的粒度分布及各粒級產品tfe品位

表4高壓電脈衝破碎產物的粒度分布及各粒級產品tfe品位

由表3和表4可知，高壓電脈衝破碎產品的細粒級含量比標準破碎產品高，-1mm的含量由20.35％提高到29.19％，而且tfe品位由34.92％提高到35.72％。這說明高壓電脈衝破碎裝備可以更加高效破碎礦石，同時提高有用礦物的含量。

本研究利用掃描電子顯微鏡對磁鐵礦的還原產物微觀形貌進行觀察，結果見附圖中的圖2和圖3。

由圖2可知，磁鐵礦的對輥破碎產品，有用礦物磁鐵礦出現裂紋，即穿晶破碎；由圖3可知，磁鐵礦的高壓電脈衝破碎沿礦物晶粒界面進行解離，保持有用礦物的原有形式。

實施例2

本實施例使用的礦樣取自鞍千礦業有限責任公司選礦廠的極貧赤鐵礦石，其主要化學成分如表5所示。由表5可以看出，極貧赤鐵礦石中主要金屬元素為鐵，tfe品位為19.34％，屬於極貧赤鐵礦石。其中feo品位為0.68％，可知礦石中磁鐵礦含量較少。sio2含量最高為75.18％，說明主要脈石礦物為二氧化矽。其次al2o3和mgo含量分別為0.17％和0.28％，其它元素含量較低。

表5原礦化學成分分析/％

在實驗室用高壓電脈衝放電碎礦裝置將極貧赤鐵礦石破碎。將粒度+20mm含量佔85％的500kg礦石給入高壓電脈衝裝備圓柱筒，在電極間距100mm，放電電壓80kv，持續對礦石放電破碎600次，斷開電源，放電完全後收集篩下破碎產物。將同樣重量的礦石用對輥破碎機破碎得到標準破碎產物，對比兩種破碎產物的特性。

對兩種破碎產物進行粒度篩析試驗及各粒級鐵含量測定結果見表6和表7。

表6標準破碎產物的粒度分布及各粒級產品tfe品位

表7高壓電脈衝破碎產物的粒度分布及各粒級產品tfe品位

由表6和表7可知，高壓電脈衝破碎產品的細粒級含量較標準破碎產品高，-0.1mm的含量由21.96％提高到24.73％，而且tfe品位由22.50％提高到23.33％。這說明高壓電脈衝破碎裝備可以更加高效破碎礦石，同時提高有用礦物的含量。

本研究利用掃描電子顯微鏡對極貧赤鐵礦石的還原產物微觀形貌進行觀察，結果見圖4和圖5。

由圖4可知，極貧赤鐵礦石的對輥破碎產品中裂紋是隨機出現，靠機械力來實現破碎，礦石中的部分裂縫沒有沿赤鐵礦-石英界面。而由圖5可知，極貧赤鐵礦石經高壓電脈衝破碎後礦石顆粒斷口裂紋更為粗糙並伴有燒灼痕跡及氣孔，這說明在高壓電脈衝破碎過程中赤鐵礦-石英界面處形成的放電通道中存在高溫環境，加劇礦石顆粒碎裂；並且使破碎沿礦物晶粒界面進行解離，保持有用組分的原有形式。