CN1218720A - 有关矿物分离的改进 - Google Patents

Abstract

在一种矿物分离过程中,监测供给到分离容器(1)中的分离介质的压力并且用该压力来控制所述介质供给泵(22)的转速。

Description

有关矿物分离的改进

本发明涉及有关矿物处理技术的改进。

具体而言，本发明涉及一种利用诸如粘稠介质的输送流体对不同密度的矿物颗粒进行分离的控制方法以及用于这种方法的装置。

本发明特别涉及从包含不同密度的颗粒的待加工煤流中分离煤粒，但不限于此。

旋流分离技术工作在矿物处理领域中是一种公知技术并且用于常规旋流器中的作用力也早已被提及。常规的旋流器主要包括一个带有一个切向输送管的圆筒形入口部分和一个通过漩涡探测管(vortexfinder tube)的轴向出口，所述入口部分与一个带有输出喷嘴的截头圆锥形部分相通。在操作过程中，所述旋流器内的主要作用力是在中央区域之间变化显著的离心力，在所述中央区域的离心力远大于在所述旋流器壁附近得到的离心力。在工作状态下的旋流器内，主要有四种流动方式。旋流器内形成的第一种流动方式是当将例如由液体和基质形成的固体流绕着漩涡探测管切向地引入所述入口部分时所形成的旋转流动方式。第二种流动方式是当所述介质流到所述旋流器壁并通过输出喷嘴排出时所形成的向下流动方式，第三种流动方式是当所述介质随着中央气柱向上流动并在所述容器顶部排出时所形成的向上流动方式。由于所述介质必须通至所述旋流器中部以使所述介质流从所述旋流器顶部或底部排出，因此第四种流动方式是向内流动方式。

这种分离机构的效率是很重要的并且在很大程度是由市场需求所决定的。因此，人们需要在保证生产质量的前提下控制分离的能力以使其适应和满足市场需求。工作参数对于达到这样的目标是非常重要的，尽管常规的旋流器理论上是有效的，但是其工作特性的改进程度毕竟是有限的。

在英国专利文献No.2 147 831和No.2 199 518中披露了一种能够代替常规旋流器的分离容器，该装置包括一个圆筒形容器，所述圆筒形容器的轴与水平面所形成的夹角在20°至30°之间。该容器具有两个入口，一个轴向的入口用于供给矿物原料，另一个螺旋式入口用于分离介质的输入，并且该容器还具有一个与所述用于分离介质的入口相邻的用于输出低密度颗粒的轴向出口和一个用于输出高密度颗粒的螺旋式出口。一个旋流分离装置与所述螺旋式出口相连以便通过控制最少的分离介质的流动而使高密度材料通过一个较大的出口得到分离。所述低密度颗粒基本上轴向地保留在所述容器内并通过所述轴向出口排出。因此，可以看出，这种分离容器的工作方式与常规旋流器的工作方式截然不同，后者的工作方式是分离介质与所述矿物一起流入旋流器中，而这种注册商标为‘LARCODEMS’的改进分离容器与常规旋流器的明显区别在于它能够使矿物流和分离介质流分开。

另外，与其它粘稠介质分离容器相比，这种注册商标为‘LARCODEMS’的分离容器特别能够分离颗粒尺寸范围较宽的矿物。例如，在这样一个单独的容器中可以处理颗粒尺寸在120mm至0.5mm之间的密度不同的颗粒状材料，而对于其它粘稠介质分离容器来说，处理在这个颗粒尺寸范围内的矿物则需要两种不同的粘稠介质分离容器，例如池形粘稠介质分离容器与筛选机结合使用或者池形粘稠介质分离容器与粘稠介质旋流器结合使用。

但是，从这种注册商标为‘LARCODEMS’的分离容器的实际工作情况中可以看出，产品质量会在这样一个范围内变化，因此特别需要能够有效控制工作参数以提供更好的连续性。这个相对密度很大程度上决定了产品质量，因此特别需要注意这个能够控制‘分割点’的参数。特别是，人们发现必须得到一个均衡的并且能够进行控制的分离介质流速。分离介质流动均衡能够保证在所述容器内形成一个强大的旋流，所述旋流在所述容器的上端流入所述用于供给矿物原料的入口中，从而促使所供给的矿物导入所述容器中。

当然，结构特征(即尺寸和容积)在分离方法的最大效率中起着非常重要的作用并且对于供给的材料必须根据具体应用、产品类型和尺寸范围以及所需要的生产水平来加以选择。

本发明的一个目的在于提供一种控制矿物分离工艺的效率的改进方法。

本发明的另一个目的在于提供一种用于这种改进方法的装置。

因此，本发明的第一个方面是在一个矿物分离过程中提供一种用于控制分离过程的方法，其中以独立的方式将供给原料输送到一个圆筒形容器的一端，并且以使旋流导入到所述容器内的方式将分离介质输送到所述容器的另一端，该方法包括监测分离压力的步骤以及使所述容器中的分离介质供给速度能够随着任何压力变化而变化的步骤。

通常，利用检测所述分离介质的压力来监测分离压力。或者，还可以利用检测与所述分离容器相关的压力来监测分离压力，例如检测高密度材料的输出压力。

利用一个变速泵将所述分离介质输送到所述容器中是比较好的。或者利用一个压差固定的重力***将所述分离介质输送到所述容器中。

对将所述分离介质输送到所述容器中的输送过程进行控制以便根据所监测到的压力参数设置必需供给材料的容积和压力，从而在连续的基础上保证分离效率最高，所述分离压力取决于旋流强度。

本发明的方法还包括监测和控制矿物原料的供给速度以保证连续性的步骤。

在一个优选方法中，将粘稠介质的入口压力控制在由入口压差和容器内径之间的比率所确定的一个范围内。特别地，将所述压力控制在入口静压差与所述容器内径之间的比率范围，即6∶1至15∶1的范围内。所述分离容器的内径可以选择在850mm与1500mm之间，但是也可以选择在该取值范围之外的尺寸。

入口静压差与所述容器内径之间的比率为9∶1是比较好的。

根据本发明的第二个方面，还提供一种用于矿物分离的装置，该装置包括一个大体圆筒形的容器、一个位于所述容器一端或朝向所述容器一端的用于输入分离介质的螺旋式入口、一个位于所述容器另一端的用于供给矿物原料的轴向供给入口、一个与所述螺旋式入口相邻的用于输出低密度材料的轴向出口、一个与所述矿物原料入口相邻的用于输出高密度材料的螺旋式出口、用于分离介质的供给装置、用于检测分离压力的压力传感装置以及用于使所述分离介质的供给随着所检测的分离压力的变化而变化的控制装置。

所述供给装置通常可以是一个变速泵，所述压力传感装置可以是一个能够进行连续在线测量的传感器。

所述压力传感装置可以与用于所述分离介质的供给线路相连或者与所述高密度材料出口相连或者与所述容器内的其它部分相连。

所述高密度材料出口可以与一个旋流分离装置相连，所述旋流分离装置用于增强所述高密度材料经所述出口的排出效率。

所述低密度材料出口的内径尺寸和所述高密度材料出口的内径尺寸通常取决于所述分离容器的内径。所述高密度材料出口的内径与所述分离容器的内径之间的比率在1∶7至1∶4.5之间的范围内是比较好的，而所述低密度材料出口的内径与所述分离容器的内径之间的比率在1∶6至1∶4之间的范围内是比较好的。

人们还已经发现，这种分离装置的操作最佳化程度还取决于材料供给入口的内径与所述分离容器的内径之间的关系。所述材料供给入口的内径与所述分离容器的内径之间的比率在1∶3.5至1∶4.5之间的范围内是比较好的。

应该理解的是，在该分离方法的实际控制中还应考虑因该分离装置中各个元件的磨损而带来的不良影响。因此，变速泵的使用对上述尺寸参数的变化进行补偿。

所述控制装置最好可包括一个三组P.I.D.控制回路(3 term P.I.D.control loop)作为一个分立式控制回路或者一个P.L.C.控制***的一部分。所述控制装置可以设有一个人控装置以使其在压力传感器失灵时起作用。

下面将参照附图描述关于控制矿物分离过程的方法和装置的一个实施例，其中：

图1是本发明中使用的一个分离容器的示意图；以及

图2是用于矿物分离过程的一个控制装置的线路图。

附图1中表示了一个分离容器1，所述分离容器1的形状大体为圆筒形，该分离容器1的一端具有一个用于输入分离介质的螺旋式入口2以及一个与该入口2相邻的用于输出低密度材料的轴向出口4。所述容器1的另一端设有一个用于供给矿物原料的轴向入口6和一个与所述轴向入口6相邻的用于输出高密度材料的螺旋式出口8。所述出口8与一个旋流分离装置10相连，所述旋流分离装置10用于增强所述高密度材料经所述出口8的排出效率。实际中，所述容器1的轴与水平面所形成的夹角在20°至30°之间。

在该实施例中，所述高密度材料出口8的内径与所述分离容器1的内径之间的比率在1∶7至1∶4.5之间，而所述低密度材料出口4的内径与所述分离容器1的内径之间的比率在1∶6至1∶4之间。另外，所述入口6的内径与所述分离容器1的内径之间的比率在1∶3.5至1∶4.5之间。

附图2中示意性地示出了带有分离介质供给线路20的容器1，所述分离介质供给线路20从一个泵22延伸，所述泵22由一个储液池24供给。利用一个由附图标记26所表示的变速驱动马达驱动所述泵22，所述变速驱动马达26设有一个以封闭回路自动控制***形式存在的控制装置28，所述控制装置28最好可包括一个三组P.I.D.控制回路作为一个分立式控制回路或者一个P.L.C.控制***的一部分。

在分离介质供给线路20中设置一个压力传感器30以便对分离介质压力提供连续的在线测定，并且所述压力传感器30与控制装置28相连。

在处理矿物原料的过程中，例如将未进行过加工处理的原料煤供给到所述入口6中，同时通过所述入口2将连续供给的分离介质引入所述容器1中以形成旋流，在分离介质的作用下，所述原料煤被带入所述容器1中。所述低密度材料通过所述出口4排出，而所述高密度颗粒则通过所述出口8排出并通至所述旋流分离装置10。

由于在所述供给线路20中所供给的分离介质压力是由所述容器1内的流动环境所确定的，因此可以连续地监测在所述供给线路20中所供给的分离介质压力和分离的工作效率。所述分离介质压力的任何变化将会影响所述旋流的强度，因此需要进行适当的修正操作以使所述压力达到预定值。因此，为所述控制装置28预设到一个所希望得到的压力值并且以控制信号的形式对每次所形成的压力偏差发射一个响应，再将该响应信号传送到所述泵22的变速马达26，从而改变所述马达转速以按照要求修正在所述供给线路20中的压力，以便将分离介质稳定地供给到所述容器1。

根据入口静压差和所述容器1内径之间的比率来修正所述入口处的粘稠介质的压力，入口静压差和所述容器1内径之间的比率通常在6∶1至15∶1的范围之间，最好大约为9∶1。

可以利用人工方式为所述控制装置28预设一个所希望得到的压力值或者可以利用实际分离介质相对密度信号或设定值以及人工选择的常数K来计算所希望得到的压力值，关系式如下：

Pset=ρgKD

    其中，P=供给压力设定值(kPa)

           ρ=分离介质密度(kg/m³)

           g=重力加速度(9.81m/s²)

           D=容器直径(m)

           K=常数(所选择的入口压差与容器内径之间的比率)

来自控制装置28的输出信号能够改变所述泵22的转速以保证使供给压力稳定在所希望得到的压力值，从而保证精确的旋流强度，并可在满足处理要求的前提下保证最佳的分离效率。

变速马达26以其额定功率驱动所述泵22，例如在稳定力矩下变速比可为20∶1。

使用一种变速泵比使用一个固定压差重力供给***更为优越，其优点在于更具有灵活性以保证最佳的控制，从而可以适应供给环境、大大地减少所需要的压差范围和降低成本。但是，应该理解的是，本发明也涉及在使用一种固定压差重力供给***的条件下进行的矿物分离处理。

还应该理解的是，虽然本发明为了保证分离过程的实施而特别强调了压力监测的重要性，但是上述根据处理操作的状况而选择的容器的结构特征仍然是很重要的。另外，在装置整体设计中需要认真选择特定元件以确保对于给定的输出功率和原料规格可获得所需的旋流结构和强度。选择用于分离介质的例如泵等供给设备的规格以满足实施条件和技术要求。

本发明可用于任何可以利用本发明的监测和控制参数在一定程度上满足产品质量一致性要求的那种容器的矿物处理***中。

Claims (17)

1．一种矿物分离方法，其中以独立的方式将供给原料输送到一个圆筒形分离容器的一端，并且以使旋流导入到所述容器内的方式将分离介质输送到所述容器的另一端，其特征在于，还包括一种控制分离的方法，该方法包括监测分离压力的步骤以及使供入所述容器(1)中的分离介质供给速度能够随着任何压力变化而变化的步骤。

2．一种如权利要求1所述的方法，其特征在于，利用检测所述分离介质的压力来监测分离压力。

3．一种如权利要求1所述的方法，其特征在于，利用检测与所述分离容器(1)相关的压力来监测分离压力。

4．一种如上述任何一项权利要求所述的方法，其特征在于，根据入口静压差与所述容器(1)内径之间的比率控制所述粘稠介质的入口压力。

5．一种如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述比率在6∶1至15∶1的范围内。

6．一种如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述比率大约为9∶1。

7．一种如上述任何一项权利要求所述的方法，其特征在于，利用一个变速泵(22)将所述分离介质输送到所述容器(1)中。

8．一种如从属于权利要求2的权利要求7所述的方法，其特征在于，所述泵(22)的转速随着所供给分离介质的压力的变化而变化。

9．一种如权利要求1所述的方法，其特征在于，利用一个压差固定的重力***将所述分离介质输送到所述容器(1)中。

10．一种用于矿物分离的装置，该装置包括一个大体上圆筒形的容器、一个位于所述容器一端或朝向所述容器一端的用于输入分离介质的螺旋式入口、一个位于所述容器另一端的用于供给矿物原料的轴向供给入口、一个与所述螺旋式入口相邻的用于输出低密度材料的轴向出口、一个与所述矿物原料的入口相邻的用于输出高密度材料的螺旋式出口、用于分离介质的供给装置、其特征在于，还包括用于检测分离压力的压力传感装置(30)以及用于使所述分离介质的供给随着所检测的分离压力的变化而变化的控制装置(28)。

11．一种如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述分离介质的供给装置是一个变速泵，所述压力传感装置(30)是一个能够进行连续在线测量的传感器。

12．一种如权利要求10或11所述的装置，其特征在于，所述压力传感装置(30)与用于所述分离介质的供给线路(20)相连。

13．一种如权利要求10至12中任何一项所述的装置，其特征在于，所述高密度材料的出口(8)的内径与所述容器(1)的内径之间的比率在1∶7至1∶4.5之间的范围内。

14．一种如权利要求10至13中任何一项所述的装置，其特征在于，所述低密度材料的出口(4)的内径与所述容器(1)的内径之间的比率在1∶6至1∶4之间的范围内。

15．一种如权利要求10至14中任何一项所述的装置，其特征在于，所述材料供给入口(6)的内径与所述容器(1)的内径之间的比率在1∶3.5至1∶4.5之间的范围内。

16．一种如权利要求10或11所述的装置，其特征在于，所述压力传感装置与所述高密度材料出口相连或者与所述容器内的其它部分相连。

17．一种如权利要求10至16中任何一项所述的装置，其特征在于，所述高密度材料出口(8)与一个旋流分离装置(10)相连。

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