致密介質(zhì)分離方法
【專利摘要】一種分離固體的方法，包括：將該固體加至包含磁性或磁化粒子的顆粒物質(zhì)于液體中的懸液中，使組合的固體和懸液置于分離容器中以使該組合固體和懸液圍繞由該容器的外壁界定的空間旋轉(zhuǎn)，以向該固體施加離心力；以及在操作該分離容器期間向該分離容器中的組合的固體和懸液施加磁場以至少在容器的較低區(qū)域中在遠離容器外壁的向內(nèi)方向上對該顆粒物質(zhì)的粒子施加磁偏力，其中該顆粒物質(zhì)具有的粗糙度(粒度)由以下的至少一個來決定：該分離容器的尺寸、該顆粒物質(zhì)形狀和類型、該固體粒度和類型、該組合固體和懸液的饋料壓力、以及該懸液的所需比重，且該方法還包括：使該顆粒物質(zhì)比由以下的至少一個來決定的標稱粗糙度更粗糙(更大)：在不存在該磁場下，該分離容器的尺寸、該顆粒物質(zhì)形狀和類型、該固體粒度和類型、該組合的固體和懸液的饋料壓力、以及混懸液的所需比重。
【專利說明】
致密介質(zhì)分離方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及固體的分離。本發(fā)明特別涉及致密介質(zhì)分離(DMS)。
【背景技術(shù)】
[0002]致密介質(zhì)分離(DMS)-也稱為重介質(zhì)分離-是一種在采礦行業(yè)中廣泛用于通過密度差使有價值的礦物質(zhì)與非有價值的巖石分離的過程。舉例來說，DMS可用于鉆石行業(yè)中，因為鉆石比主體巖石更致密，并且也可用于鐵礦石行業(yè)中，因為赤鐵礦比硅石更致密。在煤炭行業(yè)中，其中煤炭的致密性小于硅石，因此也可使用DMS。
[0003]DMS過程涉及使用:顆粒物質(zhì)于液體(通常是水)中的混懸液。顆粒物質(zhì)或介質(zhì)優(yōu)選包含磁性粒子，例如磁鐵礦或硅鐵(FeSi)粒子，因為這有助于在分離工藝之后回收顆粒物質(zhì)以供再次使用。顆粒物質(zhì)的粒子是足夠精細的以允許它們在相關(guān)液體中穩(wěn)定混懸，并且通常采用粉末形式，同時足夠致密/重質(zhì)以提供所需介質(zhì)密度。舉例來說，在鉆石行業(yè)中使用娃鐵作為混懸介質(zhì)，對+Imm至4mm金伯利巖(kimberlite)進行的350mm旋流器操作使用以下介質(zhì):其中約90 %的介質(zhì)粒子比44微米更精細。該介質(zhì)粒子通常通過研磨或粉化來形成。所得介質(zhì)混懸液通常被稱為致密介質(zhì)。當顆粒物質(zhì)包含磁性或磁化粒子時，該介質(zhì)混懸液可被稱為磁性致密介質(zhì)。該介質(zhì)混懸液的密度大于單獨液體的密度。舉例來說，典型致密介質(zhì)可具有比方說2.65比重的表觀密度，而水的比重是I。使用磁性顆粒物質(zhì)的優(yōu)勢在于有助于后續(xù)回收顆粒物質(zhì)以供再次使用。
[0004]在使用期間，介質(zhì)混懸液置于例如旋流器容器(有時被稱為致密介質(zhì)旋流器)的分離容器中。通常在轉(zhuǎn)移至分離容器中之前使介質(zhì)混懸液與待分離固體(通常包含礦石，但也在回收行業(yè)中用于金屬和塑料回收)混合。當分離容器包括旋流器時，分離是通過由具有不同密度的待分離固體粒子經(jīng)受的離心力的差來實現(xiàn)，其中致密性較小的物質(zhì)傾向于漂浮在液體懸浮液中并因此在頂部離開旋流器，而較致密的物質(zhì)下沉并通過底部離開。
[0005]關(guān)于DMS的一個問題是由于混懸介質(zhì)的密度相對較高(對于娃鐵，通常在6.7與7.1比重之間)，它傾向于連同待分離固體一起從介質(zhì)混懸液分離。因此，穩(wěn)定介質(zhì)為達成最優(yōu)DMS效率所需，并且隨著商品價格增高，最優(yōu)效率比以往任何時候都要被優(yōu)先考慮。使用足夠精細的粉末介質(zhì)以防止該介質(zhì)在旋流器中在離心力下或在致密介質(zhì)轉(zhuǎn)筒的情況下在重力下快速沉降，由此來實現(xiàn)穩(wěn)定性。而這種精細度由于以下的原因?qū)е麓蟛糠纸橘|(zhì)損失:
[0006]1.精細混懸介質(zhì)粘著于礦石/固體表面，并且在處理結(jié)束時難以從回收的產(chǎn)物洗除。這是針對諸如煤炭的多孔物質(zhì)的特定問題。
[0007]2.由于表面積與體積比較高，精細混懸介質(zhì)更易受腐蝕(例如氧化)。
[0008]3.精細混懸介質(zhì)更難以在磁性分離器中回收。精細粒子經(jīng)受的較高流體動力阻力導(dǎo)致較精細介質(zhì)在磁性分離器中差的回收率。
[0009]可商購獲得的硅鐵是以研磨或粉化形式制造。粉化形式通常以5種粒級制造:特別粗糙、粗糙、精細、旋流器60和旋流器40，并且因為它是球形的，所以它更易于被洗滌，更耐腐蝕，但更昂貴。研磨的硅鐵較便宜，并且可以6種不同尺寸商購獲得:100#、650、1000、150D、270D、270F(來自例如DMS粉末(DMS Powders) (www.dmspowders.com)或M&M AlloysLimited(www.mandmalloys.com))。在常規(guī)DMS設(shè)備中，且其中所需介質(zhì)比重大于3.2(對于鐵礦石的情況)的情況下，研磨的介質(zhì)的粘度太大不能高效分離，因此使用粉化硅鐵。
[0010]通常，旋流器直徑越小，由介質(zhì)粒子在旋流器中經(jīng)受的離心力越大，并且達成良好穩(wěn)定性需要較精細介質(zhì)。較大旋流器具有較低離心力，并且介質(zhì)粒子不需要如此精細以獲得穩(wěn)定性。然而，組合固體和介質(zhì)混懸液的饋料壓力通常隨旋流器直徑增加而增加，并且以磁鐵礦作為介質(zhì)進行操作的煤炭DMS設(shè)備傾向于將一種粒度用于所有旋流器直徑。
[0011]通常，在旋流器DMS環(huán)路中的硅鐵損失在每噸120g硅鐵(g/t)直至500g/t的范圍內(nèi)。磁鐵礦是硅鐵的較便宜替代物。然而，磁鐵礦的致密性小于硅鐵，并且因此損失通常較高。已知介質(zhì)損失占DMS設(shè)備的總操作成本的20%至40%。
[0012]因此需要降低DMS系統(tǒng)中的介質(zhì)損失。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]在實現(xiàn)本發(fā)明時，發(fā)明人認識到用于達成DMS系統(tǒng)中介質(zhì)回收的機理傾向于損失相對精細介質(zhì)。因此，通過消除或降低對所述精細介質(zhì)的需要，介質(zhì)損失被顯著降低。消除或降低精細介質(zhì)也使介質(zhì)混懸液的粘度降低，并且因此使分離效率增加。
[0014]因此，本發(fā)明的第一方面提供一種分離固體的方法，所述方法包括:
[0015]將所述固體加入至包含磁性或磁化粒子的顆粒物質(zhì)于液體中的混懸液中，
[0016]使組合的固體和混懸液置于分離容器中以便圍繞由所述容器的外壁界定的空間對所述組合固體和混懸液給予旋轉(zhuǎn)來對所述固體施加離心力；以及
[0017]在操作所述分離容器期間將磁場施加于所述分離容器中的所述組合的固體和混懸液以至少在所述容器的較低區(qū)域中在遠離所述容器的所述外壁的向內(nèi)方向上對所述粒子施加磁偏力，
[0018]其中所述顆粒物質(zhì)具有由選自以下的至少一個所決定的粗糙度(粒度):所述分離容器的尺寸、顆粒物質(zhì)形狀和類型、固體粒度和類型、組合的固體和混懸液的饋料壓力、以及所述混懸液的所需比重，并且其中所述方法進一步包括:
[0019]使所述顆粒物質(zhì)比由選自以下的至少一個決定的標稱粗糙度相對更粗糙(更大):在不存在所述磁場下，所述分離容器的尺寸、顆粒物質(zhì)形狀和類型、固體粒度和類型、組合的固體和混懸液的饋料壓力、以及所述混懸液的所需比重。
[0020]通常，所述顆粒物質(zhì)包含的粒子的尺寸(通常是寬度)大于由選自以下的至少一個所決定的標稱粒度(通常是寬度):在不存在所述磁場下，所述分離容器的尺寸、顆粒物質(zhì)形狀和類型、固體粒度和類型、組合的固體和混懸液的饋料壓力、以及所述混懸液的所需比重。很多所述顆粒物質(zhì)中的所有粒子都可具有不同的尺寸或粗糙度，在所述情況下，所述顆粒物質(zhì)的粗糙度或粒度可為平均或典型粗糙度或粒度。
[0021 ]在優(yōu)選實施方案中，所述分離方法包括致密介質(zhì)分離(DMS)方法。顆粒物質(zhì)的所述混懸液優(yōu)選包含磁性致密介質(zhì)。
[0022]優(yōu)選地，所述分離容器包括旋流器容器，更優(yōu)選是致密介質(zhì)旋流器。
[0023]優(yōu)選地，所述顆粒物質(zhì)包括磁性或磁化顆粒物質(zhì)，例如硅鐵或磁鐵礦。
[0024]在一個實施方案中，方法可包括以下步驟:
[0025]a.使所述顆粒物質(zhì)的粒子的粗糙度從所述標稱粒度以預(yù)定量增加；
[0026]b.確定以磁場作函數(shù)的密度差量(來自分離容器的底流與頂流之間的密度差)以及確定為使密度差降低至預(yù)定最優(yōu)值所需的磁場強度；
[0027]c.確定在通過步驟(b)確定的所述磁場強度下的密度分割點和分離誤差；
[0028]d.進一步在預(yù)定步驟中增加粒子粗糙度(尺寸)并重復(fù)步驟(b)和(C)直至分離誤差增加；以及
[0029]e.確定在分離誤差增加之前使用的最大粒子粗糙度，并將所述最大粒子粗糙度用于隨后的固體分離，同時將磁場施加于分離容器中的組合固體和混懸液。
[0030]在所述預(yù)定步驟之間，粒子的粗糙度可增加30%。
[0031 ]當使用具有所述標稱粗糙度的顆粒物質(zhì)時，該方法可進一步包括確定分離方法的密度分割點和分離誤差的初始步驟。
[0032]久而久之，將由行業(yè)確立用于本發(fā)明的各特定應(yīng)用的最優(yōu)粒子粗糙度，并且本發(fā)明的隨后使用者可使用由早期使用者使用該方法確定的粒子粗糙度而不必親自重復(fù)該方法。
[0033]本發(fā)明的優(yōu)選實施方案可使介質(zhì)損失的成本降低多達90%，同時增加分離效率。
[0034]在優(yōu)選實施方案中，對于直徑是10mm的分離容器，施加于組合固體和混懸液的磁通量密度在I至300高斯之間(在0.1至30mT之間)。這增加了分離容器中的介質(zhì)混懸液的穩(wěn)定性，以便可使用相對粗糙介質(zhì)而不損失介質(zhì)穩(wěn)定性和分離效率。使用較粗糙介質(zhì)使介質(zhì)損失和介質(zhì)粘度降低。較低介質(zhì)粘度能改進所有尺寸的DMS系統(tǒng)中的分離質(zhì)量。大型分離容器將需要以指數(shù)方式增大的磁場通量密度。
[0035]優(yōu)選方法允許使用相對較大介質(zhì)粒度，同時維持致密介質(zhì)旋流器中的最優(yōu)分離效率。
[0036]在另一方面，本發(fā)明提供一種分離固體的方法，所述方法包括以下步驟:
[0037]將所述固體加入至包含磁性或磁化粒子的顆粒物質(zhì)于液體中的混懸液中，
[0038]使組合的固體和混懸液置于分離容器中以便對所述容器的外壁施加旋轉(zhuǎn)；以及
[0039]在操作所述分離容器期間將磁場施加于所述分離容器中的所述組合的固體和混懸液，以在與實現(xiàn)分離的重力相反的向上方向上對所述顆粒物質(zhì)的所述粒子施加磁偏力；
[0040]其中所述顆粒物質(zhì)具有的粗糙度(粒度)由選自以下的至少一個來決定:顆粒物質(zhì)形狀和類型、固體粒度和類型、以及所述混懸液的所需比重，并且其中所述方法進一步包括:
[0041]使所述顆粒物質(zhì)比由選自以下的至少一個決定的標稱粗糙度相對更粗糙(更大):在不存在所述磁場下，顆粒物質(zhì)形狀和類型、固體粒度和類型、以及所述混懸液的所需比重。
[0042]優(yōu)選地，所述分離容器包括致密介質(zhì)轉(zhuǎn)筒。
[0043]在另一方面，本發(fā)明提供一種分離固體的方法，所述方法包括:
[0044]將所述固體加入至顆粒物質(zhì)于液體(通常是水)中的混懸液中；
[0045]使組合的固體和混懸液置于分離容器中；以及
[0046]在操作所述分離容器期間將大致上垂直和向上定向的磁場施加于所述分離容器中的所述組合的固體和混懸液，
[0047]其中所述顆粒物質(zhì)包含磁性或磁化粒子，其粗糙度(尺寸)由選自以下的至少一個來決定:所述分離容器的尺寸以及所述混懸液的所需比重，并且其中所述方法進一步包括:
[0048]使所述顆粒物質(zhì)比由選自以下的至少一個決定的標稱粗糙度相對更粗糙(更大):在不存在所述磁場下，所述分離容器的尺寸、所述混懸液的所需比重。
[0049]本發(fā)明的其它有利方面將在閱讀以下對于優(yōu)選實施方案的描述以及參照附圖后相對于本領(lǐng)域技術(shù)人員變得更清楚。
【附圖說明】
[0050]現(xiàn)時通過舉例方式以及參照附圖來描述本發(fā)明的實施方案，其中:
[0051]圖1是作為DMS系統(tǒng)的一部分的致密介質(zhì)旋流器的圖示；
[0052]圖2和3是說明在旋流器容器中作用于不同尺寸化粒子的關(guān)鍵力的矢量圖；
[0053]圖4是說明在磁場存在下在旋流器容器中作用于粒子的關(guān)鍵力的矢量圖；
[0054]圖5顯示表列典型介質(zhì)粒度相對于分離效率、密度分割點和旋流器處理量的表格；
[0055]圖6顯示表列在磁場存在下優(yōu)選介質(zhì)粒度相對于分離效率、密度分割點和旋流器處理量的表格；
[0056]圖7是密度差相對于磁場強度的圖；且
[0057]圖8是分離誤差相對于介質(zhì)粒度的圖。
【具體實施方式】
[0058]現(xiàn)參照附圖中的圖1，顯示的是作為DMS系統(tǒng)的一部分的旋流器容器12。旋流器具有進口 I，在使用時通過其饋入介質(zhì)混懸液與供分離的固體(通常包含礦石)的混合物。使混合物在旋流器12的圓柱形區(qū)段4中旋轉(zhuǎn)，在此處分離開始進行，其中相對致密粒子朝向旋流器12的側(cè)壁向外移動，而致密性較小的粒子朝向旋流器12的中心移動。
[0059]混合物進入錐形區(qū)段或平截頭體5中，在此處繼續(xù)進行分離。分離的固體的致密性較小的粒子傾向于漂浮并朝向旋流器12的中心移動，在此處它們通過通常稱為如由箭頭2指示的旋渦溢流管的出口 6離開旋流器12。通過出口 6離開的粒子由介質(zhì)混懸液攜帶。分離的固體的較重或相對致密粒子下沉，將向旋流器12的側(cè)面移動，并且通過例如包括如由箭頭3指示的底流口 10的出口 10離開旋流器。通過出口 10離開的粒子由介質(zhì)混懸液攜帶。
[0060]設(shè)想可使用具有眾多不同幾何結(jié)構(gòu)的旋流器分離裝置，具有圓柱形或錐形區(qū)段或兩者組合，具有垂直或傾斜軸。所述旋流器分離裝置的一共同特征是在大致上與腔室的彎曲側(cè)壁相切的方向上將饋料物質(zhì)饋入腔室中以便饋料物質(zhì)被約束在彎曲壁周圍流動，從而在饋料物質(zhì)中誘導(dǎo)渦旋流動樣式以便饋料物質(zhì)中夾帶的粒子經(jīng)受朝向容器的外壁的離心力。
[0061]例如包括被適合通電的螺線管或永磁體的磁場發(fā)生器7在分離過程期間產(chǎn)生磁場8，其延伸至由旋流器12界定的分離腔室中。相對于旋流器12來配置和定位磁場發(fā)生器7以便它在由旋流器12界定的分離腔室中，尤其在錐形區(qū)段5中，在遠離分離腔室的外壁的朝向分離腔室的中心區(qū)域的向內(nèi)方向上，至少在旋流器12的較低區(qū)域中對混懸液中的磁性或磁化粒子產(chǎn)生磁偏力。方便的是，磁場發(fā)生器7包括環(huán)繞旋流器12的環(huán)結(jié)構(gòu)。在優(yōu)選實施方案中，磁場發(fā)生器7被配置為將I與300高斯之間的磁通量密度施加于介質(zhì)混懸液，所述磁通量密度適于具有10mm的直徑的旋流器分離容器。較大容器將需要以指數(shù)方式增大的磁通量
FtFt也/又。
[0062]可相對于旋流器向上或向下移動磁場發(fā)生器的位置以優(yōu)化它的性能。如果磁場發(fā)生器是螺線管，那么可改變它的電流以優(yōu)化磁通量密度。螺線管可為鐵軛類型或多極類型，并且可改變它的線圈以優(yōu)化所需磁場形狀。產(chǎn)生的磁力被遠離分離腔室的側(cè)壁定向。因此，磁場可為水平的，但產(chǎn)生垂直磁場的螺線管被視為最實用。
[0063]在切斷螺線管7(或另外移除磁場)的情況下，圖2示出了在圖1中的旋流器的左手較低角落中作用于介質(zhì)9的精細粒子的力。F。表示對粒子的歸因于混懸液在旋流器中旋轉(zhuǎn)的離心力。這個離心力F。導(dǎo)致介質(zhì)粒子朝向旋流器的器壁移動，在此處較重礦石粒子現(xiàn)已富集。Fd表示由粒子在它穿過水朝向平截頭體壁5移動時經(jīng)受的流體動力阻力C3Fw表示由粒子的自身重量在重力下施加的力。Fr表不各力的總和，即合力。
[0064]圖2中合力的方向說明了以下傾向:介質(zhì)粒子通過底流口10離開旋流器，而非向旋流器的中心行進然后離開旋渦溢流管6。在操作DMS旋流器12時觀察到這個傾向，其中在正常操作條件下，底流口介質(zhì)密度始終大于在旋渦溢流管出口處的介質(zhì)密度。旋流器12的底流3與頂流2之間的密度差稱為差量。已知較高差量對分離品質(zhì)具有負面影響。主要通過DMS系統(tǒng)中使用的介質(zhì)粒子的精細度來控制旋流器差量，并且因此當設(shè)計DMS系統(tǒng)時，介質(zhì)的類型以及它的形狀和尺寸分布是主要考慮事項。
[0065]仍然在切斷螺線管7(或另外移除磁場)的情況下，圖3示出了在與圖2中的較精細粒子的位置相同的位置作用于介質(zhì)的具有增加的質(zhì)量的較粗糙(較大)粒子的力。尺寸增加已由于質(zhì)量增加而導(dǎo)致F。和?|大幅增加，但Fd僅小幅增加，因為阻力的變化隨粒子的直徑而變，此約為質(zhì)量增加的1/4。合力Fr的大幅增加說明大介質(zhì)粒子朝向旋流器的器壁快速移動并通過底流口 10連同較致密的礦石粒子一起離開，并且介質(zhì)密度差量將為過大的。
[0066]當存在磁場8時，圖4示出了作用于磁場中介質(zhì)的較粗糙粒子(具有增加的質(zhì)量，在與圖2中的精細粒子的位置相同的位置)的力。對介質(zhì)粒子的表示SFm的磁力在遠離旋流器的器壁向內(nèi)，與合力Fr大致相反的方向上起作用，由此降低由較大介質(zhì)粒子經(jīng)受的Fr，因此類似于圖2中的精細介質(zhì)粒子的Fr。因此，當暴露于磁場時，較粗糙介質(zhì)經(jīng)受與在不存在磁場時較精細介質(zhì)粒子的合力類似的合力。
[0067]結(jié)果是，使介質(zhì)暴露于磁場允許較大介質(zhì)粒子用于DMS旋流器12中而無差量過度升高。較大(較粗糙)介質(zhì)粒子具有以下優(yōu)勢:
[0068]1.粗糙介質(zhì)具有較低表面積，并且因此較不易受腐蝕，例如氧化。
[0069]2.較粗糙介質(zhì)粒子更易于從DMS產(chǎn)物洗滌。
[0070]3.較粗糙介質(zhì)更易于在用于回收磁性介質(zhì)的磁性分離器中被捕集。
[0071]4.較粗糙介質(zhì)粒子提供較低粘度介質(zhì)以及改進的分離度。
[0072]5.較低粘度允許對于相同饋料壓力，通過分離器的介質(zhì)通量增加，以及因此分離器中的離心力增加，這同時改進了系統(tǒng)的分離度與處理量。
[0073]6.較粗糙介質(zhì)允許實現(xiàn)高介質(zhì)密度。
[0074]7.可使用致密性較小和較廉價的混懸介質(zhì)，例如磁鐵礦作為硅鐵的替代物，因為粗糙粒子允許在介質(zhì)中有較高百分比的固體含量，以用于彌補物質(zhì)的較低密度。
[0075]當前，當需要在1.25至2.2g/cm3的范圍內(nèi)的密度分割點時，使用單獨磁鐵礦，并且在超過該范圍時，使用磁鐵礦和更昂貴的硅鐵的混合物或10 %硅鐵。連同磁場一起使用較粗糙介質(zhì)允許磁鐵礦介質(zhì)在超過2.7g/cm3下使用。因此，單獨的磁鐵礦可用于初步地使石英巖和其它基于硅石的巖石與較致密的有價值的礦物質(zhì)(諸如鉆石)分離?？墒褂幂^粗糙介質(zhì)實現(xiàn)的雙峰分布可在實現(xiàn)這些較高密度方面起重要作用。對于使用100%硅鐵進行的DMS，3.7比重的密度界限值現(xiàn)時可得以增加。
[0076]在根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實施方案的一方法中，可如下確定用于給定分離過程的粒度(粗糙度)和所需磁場強度:
[0077]1.通過使用用于既定的分離的現(xiàn)存DMS設(shè)備或用于具有如在行業(yè)中用于既定的分離(無磁場)的標稱粒子的顆粒物質(zhì)的合適的DMS試驗性設(shè)備來確定或確立密度差量(底流介質(zhì)密度與頂流介質(zhì)密度之間的密度差)、密度分割點和Ep(分離誤差)。在已操作DMS設(shè)備的數(shù)十年間，用于各應(yīng)用的恰當介質(zhì)粒子尺寸分布是熟知的并被文獻記載。舉例來說，在鉆石行業(yè)中，使用270D硅鐵被廣泛接受為用于在12倍于旋流器直徑的壓頭下操作的350mm旋流器中，從金伯利巖回收Imm至4mm鉆石的恰當粒度。
[0078]2.用粗糙30%的物質(zhì)替換標稱尺寸化顆粒物質(zhì)。
[0079]3.通過繪制如圖7中所示的密度差量相對于磁通量密度強度的圖，以此來鑒定為使密度差量降低至低于0.4g/cm3(恰好0.4g/cm3的差量被視為旋流器DMS的最優(yōu)操作點)所需的最小磁通量密度強度。
[0080]4.在步驟3中確定的磁通量密度下，可能使用示蹤劑測試或密度測量分析來確定密度分割點和Ep (分離誤差)。
[0081]5.用更粗糙30%的介質(zhì)替換粒子物質(zhì)，并且對較粗糙物質(zhì)重復(fù)步驟3和4。
[0082]6.用粗糙度遞增(優(yōu)選以30%更大粒度階躍)的顆粒物質(zhì)進行重復(fù)直至分離誤差(Ep)顯著增加(參見圖8)。
[0083]7.由繪制的圖確定最優(yōu)介質(zhì)粗糙度(即在分離誤差開始顯著增加之前的最大粒度)。
[0084]現(xiàn)參照圖5，表I顯示用于產(chǎn)生致密磁性介質(zhì)的顆粒物質(zhì)的典型粒度(粗糙度)，其取決于在不存在磁場下，致密磁性介質(zhì)的所需比重、旋流器容器12的尺寸(內(nèi)徑)、顆粒物質(zhì)形狀和類型、固體粒度和類型、組合的固體和混懸液的饋料壓力、以及所述混懸液的所需比重。表I中給出的值涉及可被選擇以提供最優(yōu)分離效率的粒度。表1(以及圖6中所示的表2)中給出的旋流器直徑涉及最寬內(nèi)徑，例如圖1中的圓柱形區(qū)段4的直徑或在平截頭體區(qū)段5的頂部的直徑。粒度也以行業(yè)標準記法給出，例如:X%-Yym，這意味著對于一定量的顆粒物質(zhì)(通常是一定量的粉末)，約X%的粒子足夠小以穿過具有直徑或?qū)挾仁荵mi的篩孔的篩網(wǎng)；或X% +Yym，這意味著對于一定量的粒子(通常是一定量的粉末)，約X%的粒子太大以致不能穿過具有直徑或?qū)挾仁荵ym的篩孔的篩網(wǎng)。應(yīng)了解篩孔無需是圓形，但假定篩孔形狀是規(guī)則的以使得沿著不同軸在寬度方面不存在實質(zhì)性變化。舉例來說，根據(jù)表1，在具有10mm的直徑的旋流器中關(guān)于2.22的密度分割點比重使用的大量磁鐵礦的等級為使得約92%的粒子足夠小以穿過45μπι篩網(wǎng)。應(yīng)了解在各情況下，篩網(wǎng)可為名義上的篩網(wǎng)。因此，篩網(wǎng)寬度數(shù)字代表粒度(例如寬度)的量度。在一些情況下(例如對于粉化粒子)，粒子的形狀可為如此以致沿著不同粒子軸在寬度方面不存在實質(zhì)性變化。在其它情況下(例如對于研磨粒子)，粒子的形狀可較不規(guī)則，在所述情況下，粒子寬度沿著不同粒子軸可不相同。
[0085]使用諸如海水的腐蝕性水的DMS設(shè)備相比于使用非腐蝕性水的設(shè)備可使用更粗糙的介質(zhì)，因為這種介質(zhì)由于受腐蝕性水的腐蝕而在操作期間經(jīng)受尺寸降低。因此，在具有腐蝕性工藝水的設(shè)備中，操作介質(zhì)的粒級通常比添加的介質(zhì)的等級更精細。
[0086]現(xiàn)參照圖6，表2顯示用于產(chǎn)生致密磁性介質(zhì)的顆粒物質(zhì)的優(yōu)選粒度(粗糙度)，其取決于當在使用時將大致上垂直的向內(nèi)和向上定向的磁場施加于旋流器中的致密磁性介質(zhì)時，致密磁性介質(zhì)的所需比重以及旋流器容器12的尺寸(內(nèi)徑)。表2中給出的值涉及可被選擇來提供最優(yōu)分離效率的粒度。表2與表I使用相同記法。
[0087]表1(非磁性DMS旋流器)與表2(磁性DMS旋流器)之間的比較說明可使用顯著增加的介質(zhì)粒度-同時通過施加穿過DMS旋流器12的磁場來改進或至少維持最優(yōu)分離效率。
[0088]硅鐵和磁鐵礦是鐵磁性物質(zhì)，并且具有遠遠超過通常通過DMS加以處理的任何物質(zhì)(如赤鐵礦(順磁性))的磁性易感性。赤鐵礦的磁性極化是磁鐵礦的磁性極化的約0.5%。因此，在DMS旋流器中使用磁場適于除鐵磁性物質(zhì)之外的所有物質(zhì)。這不是實際限制，因為低強度磁性分離是鐵磁性物質(zhì)的優(yōu)選分離方法。
[0089]通過使用本發(fā)明方法而能夠使用具有較大平均粒度的混懸介質(zhì)(顆粒物質(zhì))的益處包括:
[0090]1.降低介質(zhì)消耗；
[0091]2.增加產(chǎn)物通量；
[0092]3.方法可易于以低成本對現(xiàn)存設(shè)備作翻新改進；
[0093]4.增加分割點和改進工藝控制；
[0094]5.較低密度和較低成本混懸介質(zhì)(如磁鐵礦)可替代更昂貴的較高密度介質(zhì)(如硅鐵)加以使用。
[0095]本發(fā)明不限于本文所述的實施方案，并且可在不脫離本發(fā)明的范圍下修改或改變。
【主權(quán)項】
1.一種分離固體的方法，所述方法包括: 將所述固體加入至包含磁性或磁化粒子的顆粒物質(zhì)于液體中的混懸液中， 使組合的固體和混懸液置于分離容器中以便圍繞由所述容器的外壁界定的空間對所述組合的固體和混懸液施加旋轉(zhuǎn)來向所述固體施加離心力；以及 在操作所述分離容器期間將磁場施加于所述分離容器中的所述組合的固體和混懸液，以至少在所述容器的較低區(qū)域中在遠離所述容器的外壁的向內(nèi)方向上對所述顆粒物質(zhì)的所述粒子施加磁偏力， 其中所述顆粒物質(zhì)具有的粗糙度(粒度)由選自以下的至少一個來決定:所述分離容器的尺寸、所述顆粒物質(zhì)形狀和類型、所述固體粒度和類型、所述組合的固體和混懸液的饋料壓力、以及所述混懸液的所需比重，并且所述方法進一步包括: 使所述顆粒物質(zhì)比由選自以下的至少一個所決定的標稱粗糙度相對更粗糙(更大):在不存在所述磁場下，所述分離容器的尺寸、所述顆粒物質(zhì)形狀和類型、所述固體粒度和類型、所述組合的固體和混懸液的饋料壓力、以及所述混懸液的所需比重。2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述顆粒物質(zhì)包含平均尺寸大于所述標稱粒度的粒子。3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述分離方法包括致密介質(zhì)分離(DMS)方法。4.如前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，顆粒物質(zhì)的所述混懸液優(yōu)選包含磁性致密介質(zhì)。5.如前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述分離容器包括旋流器容器。6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述分離容器包括致密介質(zhì)旋流器。7.如前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述顆粒物質(zhì)包括磁鐵礦、硅鐵或磁鐵礦和硅鐵的混合物。8.如前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其包括以下步驟: a.使所述顆粒物質(zhì)的粒子的粗糙度從所述標稱粒度以預(yù)定量增加； b.確定以所述磁場作函數(shù)的密度差量(來自所述分離容器的底流與頂流之間的密度差)以及鑒定為使所述密度差量降低至預(yù)定最優(yōu)值所需的磁通量密度； c.確定在所述磁通量密度下的密度分割點和分離誤差； d.進一步在預(yù)定步驟中增加所述粒子粗糙度(尺寸)以及重復(fù)步驟(b)和(c)直至所述分離誤差增加；以及 e.確定在所述分離誤差增加之前使用的最大粒子粗糙度以及將所述最大粒子粗糙度用于隨后的固體分離，同時將磁場施加于所述分離容器中的組合的固體和混懸液。9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，在所述預(yù)定步驟之間，所述粒子的粗糙度增加 30 %。10.如權(quán)利要求8或9所述的方法，其特征在于，當使用具有所述標稱粗糙度的顆粒物質(zhì)時，所述方法進一步包括確定所述分離方法的密度分割點和分離誤差的初始步驟。11.如權(quán)利要求8至10中任一項所述的方法，其特征在于，使用示蹤劑測試或密度測量分析來確定所述密度分割點和分離誤差。12.如權(quán)利要求8至11中任一項所述的方法，其特征在于，所述密度差量的預(yù)定最優(yōu)值約為0.4g/cm3o13.如前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，施加于所述組合的固體和混懸液的磁通量密度在I至300高斯之間(在0.1至30mT之間)。14.一種分離固體的方法，所述方法包括以下步驟: 將所述固體加入至包含磁性或磁化粒子的顆粒物質(zhì)于液體中的混懸液中， 使組合的固體和混懸液置于分離容器中以對所述容器的外壁施加旋轉(zhuǎn)；以及在操作所述分離容器期間將磁場施加于所述分離容器中的所述組合的固體和混懸液，以在與實現(xiàn)分離的重力相反的向上方向上對所述顆粒物質(zhì)的所述粒子施加磁偏力， 其中所述顆粒物質(zhì)具有的粗糙度(粒度)由選自以下的至少一個來決定:所述顆粒物質(zhì)形狀和類型、所述固體粒度和類型、以及所述混懸液的所需比重，并且其中所述方法進一步包括: 使所述顆粒物質(zhì)比由選自以下的至少一個決定的標稱粗糙度相對更粗糙(更大):在不存在所述磁場下，所述顆粒物質(zhì)形狀和類型、所述固體粒度和類型、以及所述混懸液的所需比重。15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述分離容器包括致密介質(zhì)轉(zhuǎn)筒。16.一種分離固體的方法，所述方法包括: 將所述固體加入至顆粒物質(zhì)于通常是水的液體中的混懸液中； 使組合的固體和混懸液置于分離容器中；以及 在操作所述分離容器期間將大致上豎直和向上定向的磁場施加于所述分離容器中的所述組合的固體和混懸液， 其中所述顆粒物質(zhì)包含具有由選自以下的至少一個決定的粗糙度(尺寸)的磁性或磁化粒子:所述分離容器的尺寸以及所述混懸液的所需比重，并且其中所述方法進一步包括:使所述顆粒物質(zhì)比由選自以下的至少一個決定的標稱粗糙度相對更粗糙(更大):在不存在所述磁場下，所述分離容器的尺寸、所述混懸液的所需比重。
【文檔編號】B03B5/34GK106061615SQ201580010812
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2015年2月27日
【發(fā)明人】喬納森·伊夫斯
【申請人】生態(tài)經(jīng)濟創(chuàng)新有限公司