CN111344065B - 用于材料的预富集和预处理的集成分离器系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于材料的预富集的集成分离器系统，该系统包括一个或多个篦条以及一个或多个电极，所述电极向材料提供高电压脉冲(HVP)放电。本发明还提供了一种用于材料的预富集的方法，优选岩石内的矿物，该方法包括：将材料提供到包含一个或多个篦条以及一个或多个电极的集成分离器系统中，所述电极能够向材料提供至少一个高电压脉冲放电；当材料沿篦条行进时，向材料施加一个或多个高电压脉冲放电，以便优先崩解含有高电导率/介电常数矿物晶粒的颗粒；通过篦条分离崩解的颗粒，从而导致进料分离成低品级(筛上)产品和高品级(筛下)产品；并且其中来自步骤b)的崩解颗粒穿过筛分元件以进一步处理。本发明还涉及用于粉碎材料的方法。

Description

用于材料的预富集和预处理的集成分离器系统和方法

发明领域

本发明提供了一种用于材料的预富集(preconcentration)的集成分离器系统。特别地，本发明涉及包含一个或多个电极的集成分离器系统，其用于预富集包含在主岩中的材料。本发明还提供了一种用于材料的预富集的方法。

本发明的集成分离器系统和方法在预富集中得到特殊的应用，其中材料是采矿业所加工的矿石中的矿物。下文将具体涉及该应用。然而，本领域技术人员应理解，本发明可以得到更广泛的应用。

发明概述

根据本发明的一个实施方案，提供了一种用于材料的预富集的集成分离器系统，该系统包括一个或多个篦条(grizzly bar)以及一个或多个电极，这些电极向该材料提供高电压脉冲(HVP)放电。

优选地，该集成分离器系统包含筛元件，该筛元件包括多个篦条。所述篦条可以布置在筛元件中使得存在交替的正电极和负电极，所述正电极和负电极向材料提供HVP放电。篦条也可以布置在筛元件中，其中篦条/筛元件形成负电极，并且该系统还包含位于篦筛元件上方的正电极。

根据本发明的另外实施方案，提供了一种用于材料的预富集的方法，优选岩石内的矿物，该方法包括：

a)将材料提供到包含一个或多个篦条以及一个或多个电极的集成分离器系统中，所述电极能够向材料提供至少一个高电压脉冲放电；

b)当材料沿篦条行进时，向材料施加一个或多个高电压脉冲放电，以便优先崩解含有高电导率/介电常数矿物晶粒的颗粒；

c)通过篦条分离崩解的颗粒，从而导致进料分离成低品级(筛上)产品和高品级(筛下)产品；

并且其中来自步骤b)的崩解颗粒穿过筛分元件以进一步处理。

穿过筛子的崩解颗粒被弱化，使得在随后的破碎过程中它们的破碎需要的能量更少。相比于如果使用机械破碎装置进行破碎的情形，穿过筛子的崩解颗粒中的材料也更好地从主岩中释放。

在另一实施方案中，该材料优选是包含有价值导电金属的矿石或岩石，作为纯金属存在或存在于矿物基质中。所述有价值金属可以选自金、铜、银、镍、铅、锌、金红石、钨和铂。

在另一实施方案中，该导电材料可以是被认为是污染物或脉石物质的矿物，如果将其从矿石物流中去除或降低品级，将是有益的。实例为煤炭基质中的黄铁矿或电导率/介电常数高于煤炭的其它矿物材料。

在另一实施方案中，对进料进行预筛，并将窄尺寸部分中的材料送至步骤a)。进料优选在如下尺寸范围内：100至150mm，50至100mm，25至50mm和10至25mm。窄尺寸的材料分别在步骤b)和c)中进行处理。

在另一实施方案中，将整个原矿(RoM)进料提供给步骤a)中的工艺，其中篦条之间的间隙设置为50至200mm，60至180mm，70至160mm，80至150mm，85至140mm，90至130mm，95至125mm，95至115mm，95至105mm，或约100mm。保留在篦筛元件上的颗粒将经受步骤b)和c)中的处理。筛下产品材料将经受步骤a)至c)中所述的后续处理阶段，并减小篦条间隙直到在处理的最后阶段达到约10mm。

筛分步骤c)优选将筛上矿石作为低品级材料分离。

如果品级足够低，该材料可以作为废物被排除；或者，如果明显的金属损失与低品级材料的排除有关，则将材料转移到不同的金属回收工艺，例如浸出。

可以使用传统的粉碎装置将来自最后阶段处理的筛下矿石材料压碎和磨碎，然后以不同的处理路线进行处理。

根据另一实施方案，该集成分离器篦条系统和方法可用作粉碎和预处理整个进料流的手段，其中颗粒反复经受高电压脉冲放电(HVP)直到它们被破碎并穿过篦条。

在该实施方案中，进料流不被分离成低品级和高品级颗粒，而是所有颗粒被破碎。

在该应用中，被HVP放电破碎的颗粒被预先弱化，这减少了后续粉碎过程中的能耗。通过HVP放电破碎后产生的碎片中的矿物更好地从主岩中释放，这改善下游分离过程的效率。在另外的机械破碎之后，在颗粒中也观察到这种改善的释放。设想当高电导率/介电常数矿物均匀地分布在进料颗粒中并且预富集在经济上不可行时，将主要使用这种应用。

定义

说明书的以下部分提供了一些定义，这些定义对于理解本发明的描述可以是有用的。这些旨在作为一般定义并且绝不应将本发明的范围限制到仅这些术语，而是为了更好地理解以下描述而提出的。

除非上下文另外要求或相反地明确指出，否则本文中作为单个整数、步骤或要素所述的本发明的整数、步骤或要素显然涵盖所述的整数、步骤或要素的单数形式和复数形式。

在整个说明书中，除非上下文另有要求，否则词语“包含”或诸如“包括”或“含有”的变体将被理解为暗示包括所述的步骤或要素或整数或者步骤或要素或整数的组，但不排除任何其它步骤或要素或整数或要素或整数的组。因此，在本说明书的上下文中，术语“包含”以包括性含义使用，因此应理解为意指“主要包括，但不一定仅包括”。

在整个说明书中，除非上下文另有说明，否则术语“材料”应被认为意指任何脆性或半脆性材料或其碎片，包括但不限于金属、矿石、岩石、混凝土、水泥、复合材料、刚性塑料和聚合材料等。优选地，“材料”包括矿石、岩石、混凝土、水泥或复合材料及其碎片。

如本文所用，术语“粉碎”包括材料的颗粒尺寸的任何减小。该术语不旨在局限于磨碎，并且可包括任何程度的颗粒尺寸减小。同样，本文所用的术语“粉碎”在其范围内包括用于减小材料的颗粒尺寸的任何压碎或磨制操作。该术语还包括对于减小颗粒尺寸而言不一定是机械的替代性操作，包括但不限于施加高电压电脉冲能量，以使材料破裂从而减小颗粒尺寸。

如本文所用，术语“崩解”包括颗粒材料的任何破裂或完全碎裂。

本发明中使用的高电压脉冲放电可以按足以使材料崩解的特定能量施加，优选在材料内的晶界处。理想地，使用最小量的能量，该能量将使包含高电导率/介电常数矿物质的颗粒崩解，而不会使包含较少量的高电导率/介电常数矿物的颗粒崩解。

设想高电压脉冲放电的比能可以为0.5kWh/t至10kWh/t，优选1kWh/t至8kWh/t，1kWh/t至7kWh/t，1kWh/t至6kWh/t，1kWh/t至5kWh/t，更优选2kWh/t至5kWh/t，以使10mm至150mm的颗粒崩解。

对于给定的颗粒尺寸和质量，可以通过改变发生器系统中的电压和电容以及通过改变脉冲的数目来控制高电压脉冲的比能。对于20nF至600nF的给定电容器，考虑高电压脉冲放电的电压可以为20kV至400kV，优选40kV至350kV，60kV至300kV，80kV至250kV，90kV至225kV，95kV至210kV，95kV至200kV，100kV至195kV，更优选100kV至190kV，110kV至185kV，120kV至180kV。

还设想所述高电压脉冲放电将包括施加1至100个脉冲，1至90个脉冲，1至80个脉冲，1至70个脉冲，1至60个脉冲，1至50个脉冲，1至40个脉冲，1至30个脉冲，1至20个脉冲，1至15个脉冲，1至12个脉冲，或1至10个脉冲。在另一个实施方案中，所述高电压脉冲放电可包括施加单脉冲放电。

尽管设想可以将高电压放电直接施加到材料上，但并非总是如此。相反，当浸没在介电液体(如水、油或其它有机液体)中时，也可以将高电压放电施加到材料上。优选地，介电液体可以是水。

如上所述，在施加高电压脉冲放电之前或之后，粉碎材料的步骤不受特别限制。这可以包括但不一定限于机械粉碎步骤。例如，粉碎材料的步骤可以包括压碎或磨制操作。

在另一实施方案中，该方法的步骤b)可以在集成篦筛上进行，该篦筛包括多个篦条和高电压脉冲发生系统，其中篦筛的每个篦条充当电极，其中正电极和负电极优选为交替排列或本领域技术人员理解的其它排列。

在集成分离器系统的另一实施方案中，该系统包含多个篦条，所述多个篦条形成篦筛或篦筛元件。该篦筛可以包含多个篦条和高电压脉冲发生系统，其中该篦筛的每个篦条可以充当电极，其中正电极和负电极优选地为交替排列。

在另一实施方案中，用于材料的预富集的集成分离器系统或方法可用于去除硫化物矿物，例如黄铁矿或具有比煤炭更高的电导率/介电常数的其它矿物质，以改善煤炭品质并减少环境影响。

篦筛元件允许崩解的颗粒穿过从而成为筛下产品(undersize product)，而未崩解的颗粒则作为筛上产品(oversize product)保留在篦筛/条之上。

在另一实施方案中，也可以使用集成的篦筛和具有不同电极排列的高电压脉冲放电系统来进行该方法的步骤b)，其中篦条充当负电极，而正电极条位于篦条上方。

在集成分离器系统的另一实施方案中，集成的篦筛和高电压脉冲放电系统被布置成使得篦条充当负电极，并且正电极条位于篦条上方。

进料沿篦条在正电极正下方移动，并在沿篦条行进的同时经受高电压脉冲加载。崩解的颗粒穿过篦条之间的间隙，成为筛下产品；而未崩解的颗粒则作为筛上产品保留在篦条之上。

篦筛的表面可朝着排放端倾斜，以允许进料在重力作用下沿着倾斜的篦条行进。倾斜角度优选为5至50度，10至40度，或更优选为20至30度。

也可以通过电动系统前后移动集成分离器系统中或方法中的篦条，以促进沿篦筛的移动。篦条可以是圆柱形或者横截面形状是矩形。篦条也可以彼此平行或布置成圆锥形，其中篦条的第一端之间的间隙大于各个篦条的第二端之间的间隙。

发明详述

现在将仅通过举例的方式并参考附图来描述本发明。将理解的是，提供附图仅仅是为了说明本发明，而不应解释为限制权利要求书所提供的本发明的一般性和范围。

图1示出了根据本发明的第一优选实施方案的带有篦筛的集成高电压脉冲放电分离器系统的顶视图，其用于崩解高品级矿石颗粒以及按尺寸分离高品级矿石颗粒和低品级矿石颗粒。

图2示出了根据本发明的第二优选实施方案的一对篦条的放大前视图和侧视图，所述篦条充当集成高电压脉冲放电分离器系统中的电极，该系统带有用于崩解高品级矿石颗粒以及分离高品级矿石颗粒和低品级矿石颗粒的篦筛。

图3是本发明的第三优选实施方案的示意图，其提供了使用本发明的集成分离器系统和方法对RoM矿石进行多阶段处理的实例，该方法不需要对RoM矿石进行预筛。

图1示出了用于矿石材料的预富集的集成高电压脉冲放电和篦筛分离器系统(100)和方法。

集成分离器系统(100)在包含多个篦条(101和102)的篦筛中结合了高电压脉冲放电和筛分功能。每个篦条都充当电极，其中每个第二篦条充当正电极(101)并且交替的篦条充当负电极(102)。

将给定粒级的矿石颗粒送到篦筛的顶部。以预定的间隙布置篦筛中的篦条，以便能够保持给定进料尺寸的矿石颗粒。篦条/筛以倾斜角度运行，以使矿石颗粒由于重力作用沿篦条行进。在矿石颗粒沿篦条/筛行进的同时，高电压脉冲以受控的频率在篦条101或102附近放电，从而在正电极(101)和负电极(102)之间产生水平脉冲放电区域。

包含高品级电导率/介电常数矿物的颗粒(在图1中显示为黑色实心颗粒)将吸引脉冲放电能量，并且将通过跨矿石颗粒本体的等离子体通道膨胀而优先崩解。不含高品级电导率/介电常数矿物的颗粒(在图1中显示为白色颗粒)将被含有高电导率/介电常数矿物的颗粒“保护”，并且当两种颗粒行进穿过高电压脉冲放电区域时，其不会破碎。

崩解的较高品级颗粒将掉落穿过篦条，并且被收集作为筛下产品；而具有低品级的颗粒或废石将不会被脉冲破坏，并且将留在篦条之上，以及在篦子末端处作为筛上产品排出。

因此，当穿过该集成分离器系统时，进料矿石将按品级分开。可以设计条长度、倾斜角度、脉冲充电频率、脉冲能量，以便将进料矿石按品级有效地分开。

图2示出了用于如下步骤的集成分离器系统以及本发明方法的另一优选实施方案，该步骤施加一个或多个高电压脉冲放电以便在集成高电压脉冲放电和篦筛系统中供给矿石颗粒。在该优选实施方案中，包含多个篦条的整个篦筛被用作负电极(202)，而正电极(201)位于篦筛/条上方。设置多个篦条(202)之间的间隙以及电极之间的距离(从201至202)，以便将进料矿石颗粒保持在篦子上，并根据进料矿石的尺寸范围允许进料矿石颗粒在电极201和202之间自由移动。当矿石颗粒沿着倾斜的篦条(202)移动并穿过竖向高电压脉冲放电区域时，高品级矿石颗粒将优先吸引脉冲放电能量并崩解。破碎的碎片将掉落穿过篦条(202)的间隙，并被收集作为筛下产品。低品级矿石或废石将穿过脉冲放电区而没有明显的本体崩解。这些低品级的进料颗粒将保留在篦条之上并成为筛上产品。

将多个矿石颗粒送至高电压脉冲放电电场时，电火花能量(spark energy)选择性地穿过那些包含高电导率/介电常数矿物的矿石颗粒，并将这些矿石颗粒破碎成小碎片。然而含有较低电导率/介电常数矿物的废石或低品级岩石将不会获得相同水平的电火花能量，并且它们被含有高电导率/介电常数矿物的颗粒“保护”，因而不会破碎。因此，在如图1和2所示的多颗粒处理应用中，电火花能量被更有效地利用，因为其优先破碎含金属的颗粒。

应理解的是，图2所示的矿石颗粒含有高品级的电导率/介电常数矿物在图2中显示为黑色实心颗粒。这些矿石将吸引脉冲放电能量，并将通过跨矿石颗粒本体的等离子体通道膨胀而优先崩解。

不含高品级电导率/介电常数矿物的颗粒在图2中显示为白色颗粒，这些颗粒将被那些含有高电导率/介电常数矿物的颗粒“保护”，并且当两种颗粒行进穿过高电压脉冲放电区域时，其不会破碎。

实施例

在本发明的一个具体实施例中，使用澳大利亚铜矿石进行以下操作，每批次约14个颗粒，在19至26.5mm的尺寸范围内，在高电压脉冲处理系统中处理这些颗粒。重复进行15批测试，总共处理3.8kg的颗粒以提高统计可信度。在该方法中，使用总共3.8kWh/t的比电火花能量。脉冲选择性地崩解一些颗粒，而其它颗粒则保持完整。对产物进行尺寸确定和检验。

在母体19mm尺寸上保留25质量％进料颗粒的产率，经检验其含有0.15％的铜。而筛下产品的铜品级为0.37％。

在该实施例中，在高电压脉冲处理之后的基于尺寸的分离有效地将进料矿石分为低品级产品和高品级产品。

图3示出了使用本发明的方法处理整个RoM进料矿石而没有预筛要求的示意性流程图。使用本发明的方法和集成分离器系统，以多个处理阶段进行该方法。

在第一处理阶段中，篦条之间的间隙设置为100mm。来自RoM矿石的小于100mm的材料将掉落到筛下。保留在篦条组上的材料将经受高电压脉冲处理。在穿过脉冲放电电场后保持完整或保留在篦筛之上的那些颗粒将作为筛上产品被排出。筛下产品材料然后将进行第二处理阶段，其中篦条间隙设置为50mm。对于第三阶段以25mm的篦条间隙重复该过程，并且对于第四阶段和最后阶段以10mm的篦条间隙重复该过程。

如上所述并且如图1所示的篦条/电极构造可以用在前两个阶段中，其中间隙设置大于或等于50mm。如上所述的并且如图2所示的篦条/电极电极构造可以用在间隙设置小于50mm的最后两个阶段中。

图1和图2所示的集成矿石品级分离系统具有大的生产能力和小的占地面积，并且可以按连续方式运行。对于图3所示的流程应用，可以将该系统设计为多个层。在这种布置中，筛下产品从顶部篦子掉落到下一层篦子，该下一层篦子具有较小的篦条间的间隙。

RoM矿石可包含来自采矿过程的金属屑。在预富集过程中，该金属屑可能具有影响高电压脉冲效率的倾向。如果发生这种情况，金属探测器和金属去除设备可以在高电压脉冲处理之前有效地去除金属屑。

本发明的优点是：

·对矿石品级进行预富集，以提高浮选或下游分离中的金属回收率；

·增加的回路容量，因为本发明可将20％至30％的矿石进料从过程中排除；

·通过在地下或在开采矿石的矿井中使用本发明并在早期阶段排除废物来减少吨位，因而降低矿石运输的成本；

·通过使用本发明来排除废物并降低采矿的边际品级，增加可用的矿石资源。

·由于高电压脉冲能量产生裂纹/微裂纹，已被HVP放电破碎的筛下产品中的颗粒被弱化(与进料相比)。这将减少下游粉碎过程中的能耗。

·已被高电压脉冲放电破碎的筛下产品包含的颗粒更好地释放高电导率/介电常数矿物，相比于机械破碎颗粒时所实现的释放而言。这是由当被高电压脉冲破碎时不同矿物边界周围的优先破碎引起的。这将在下游分离过程中实现更好的精矿品级和回收率。在额外的机械破碎之后，在颗粒中也观察到这种改善的释放。

当然将认识到，以上仅通过本发明的说明性实例给出，并且本领域技术人员清楚，所有此类修改和变型被认为落入本文所述发明的宽广范围和范畴之内。

Claims (8)

1.一种用于矿石材料的预富集的方法，该方法包括：

a)将给定进料尺寸的矿石材料颗粒提供到集成分离器系统中的篦筛的顶部，所述篦筛具有多个篦条并且所述篦筛的表面朝着排放端倾斜以使矿石材料颗粒在重力作用下沿着倾斜的篦条行进，所述篦条充当交替排列的正电极(101)和负电极(102)，所述正电极(101)和负电极(102)能够向该矿石材料颗粒提供至少一个高电压脉冲放电，并且所述篦条以预定的间隙布置以便能够保持所述给定进料尺寸的矿石材料颗粒；

b)当矿石材料颗粒沿篦条行进时，向该矿石材料颗粒施加一个或多个高电压脉冲放电从而在正电极(101)和负电极(102)之间产生水平脉冲放电区域，以便优先崩解含有高电导率/介电常数矿物的矿石材料颗粒，同时不含高电导率/介电常数矿物的颗粒被含有高电导率/介电常数矿物的那些矿石材料颗粒保护从而不会破碎；

c)崩解的矿石材料颗粒掉落穿过篦条并被收集作为筛下产品，而未破碎的矿石材料颗粒留在篦条之上并且在篦筛末端处作为筛上产品排出，由此通过所述篦筛将崩解的矿石材料颗粒与未破碎的矿石材料颗粒分离，从而导致进料分离成可作为粗废物被排除的低品级筛上物流和预富集产品的高品级筛下物流；并且

其中所述预富集产品有待用于进一步处理。

2.根据权利要求1所述的方法，其中使所述筛下产品进行高电压脉冲处理的后续阶段，以进一步提高废物排除率。

3.根据权利要求1所述的方法，其中将原矿矿石材料提供给所述集成分离器系统以用于多阶段处理，而没有预筛要求。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述集成分离器系统被布置成多层。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述集成分离器系统提供多颗粒处理环境，该环境的能量效率更高并且具有更大的生产能力。

6.根据权利要求1所述的方法，其中在高电压脉冲处理之前，通过金属检测器去除金属屑。

7.根据权利要求1至6任一项所述的方法，其中所述方法用于去除硫化物矿物或具有比煤炭更高的电导率/介电常数的其它矿物质，以改善煤炭品质并减少环境影响。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述硫化物矿物是黄铁矿。

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