專(zhuān)利名稱：一種優(yōu)化磁介質(zhì)排列組合的單元介質(zhì)分析方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種優(yōu)化磁介質(zhì)(磁介質(zhì)是實(shí)現(xiàn)高梯度磁分離過(guò)程的載體)排列組合的單元介質(zhì)分析法，可以明顯提高高梯度磁分離的效能，屬于從原料中提取或去除細(xì)粒弱磁性顆粒的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
高梯度磁分離技術(shù)是分離細(xì)粒及微細(xì)粒弱磁性顆粒的最有效方法之一，廣泛應(yīng)用于礦業(yè)領(lǐng)域中赤鐵礦、鈦鐵礦、黑鎢礦等弱磁性礦物的分離，及環(huán)境工程等領(lǐng)域中弱磁性顆粒雜質(zhì)的分離。磁介質(zhì)作為高梯度磁分離過(guò)程的載體，介質(zhì)單絲的材料、大小、形狀及其排列組合等對(duì)磁介質(zhì)內(nèi)部的磁場(chǎng)分布和磁性顆粒的動(dòng)力學(xué)行為具有決定性影響，從而顯著影響高梯度磁分離的效能。由于磁介質(zhì)內(nèi)部的介質(zhì)單絲間存在磁場(chǎng)耦合作用導(dǎo)致磁場(chǎng)分布復(fù)雜，而當(dāng)前缺乏對(duì)磁介質(zhì)內(nèi)部磁性顆粒捕獲行為和規(guī)律進(jìn)行有效分析或測(cè)定的技術(shù)方法; 這樣，人們?cè)谠O(shè)計(jì)磁介質(zhì)時(shí)，主要借簽“單絲磁力捕獲”理論(即，介質(zhì)單絲對(duì)磁性顆粒的磁力捕獲理論)，結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在不造成磁介質(zhì)堵塞和現(xiàn)有加工工藝允許條件下，在磁介質(zhì)盒內(nèi)盡可能多地充填介質(zhì)絲，以確保其具有足夠大的吸附表面積；對(duì)介質(zhì)絲材料、大小、形狀及其排列組合和磁介質(zhì)厚度等的確定并無(wú)可靠的理論依據(jù)，無(wú)法確保高梯度磁分離過(guò)程的高效性。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決基于物料特性科學(xué)選擇磁介質(zhì)的技術(shù)難題，提供一種優(yōu)化磁介質(zhì)排列組合的單元介質(zhì)分析法。本發(fā)明解決技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是將具有一定厚度的磁介質(zhì)堆看作多個(gè)薄層單元介質(zhì)模塊的有序組合，使模塊上介質(zhì)單絲對(duì)磁性顆粒的捕獲現(xiàn)象可視，實(shí)現(xiàn)對(duì)磁介質(zhì)堆內(nèi)部磁性顆粒捕獲行為的有效定性分析和準(zhǔn)確定量測(cè)定。具體實(shí)施步驟如下(如圖 3所示)
(1)首先制作由介質(zhì)絲單層排列的單元介質(zhì)模塊(如圖I，以圓柱形棒介質(zhì)絲為例)，其中每種單元介質(zhì)模塊的構(gòu)造不同；對(duì)每種單元介質(zhì)模塊，與之對(duì)應(yīng)一組能科學(xué)反映其排列特點(diǎn)的特征數(shù)字標(biāo)識(shí)，以便在分析過(guò)程中快速精確地識(shí)別模塊的排列特點(diǎn)，可大幅減少分析的工作量；
(2)根據(jù)特征數(shù)字標(biāo)識(shí)，從步驟(I)模塊中挑選部分單元介質(zhì)模塊進(jìn)行有序組合(不是全部模塊)，通過(guò)磁介質(zhì)盒固定，形成不同排列組合的磁介質(zhì)堆；同樣，基于所用單元介質(zhì)模塊的特征數(shù)字標(biāo)識(shí)，對(duì)不同排列組合的磁介質(zhì)堆進(jìn)行科學(xué)的數(shù)字編號(hào)；(對(duì)每種磁介質(zhì)堆， 對(duì)應(yīng)一組能科學(xué)反映其排列特點(diǎn)的數(shù)字編號(hào)，結(jié)合應(yīng)用高梯度磁分離試驗(yàn)的定性和定量分析結(jié)果，可以快速地精確界定最優(yōu)的排列組合。)
(3)將每種排列組合的磁介質(zhì)堆依次置于高梯度磁分離設(shè)備的分離區(qū)域，改變操作條件，進(jìn)行高梯度磁分離試驗(yàn)；一個(gè)分離試驗(yàn)完畢，取出磁介質(zhì)堆并拆除組合，對(duì)各個(gè)單元介質(zhì)模塊上介質(zhì)單絲的磁性顆粒捕獲物進(jìn)行定性分析；定性分析完后，將介質(zhì)單絲上的磁性顆粒捕獲物洗凈、脫水干燥后進(jìn)行定量測(cè)定；綜合比較定性分析和定量測(cè)定結(jié)果，選擇關(guān)鍵評(píng)價(jià)指標(biāo)，確定獲得最優(yōu)分離效能的數(shù)字編號(hào)及與之對(duì)應(yīng)的最優(yōu)排列組合。所述單元介質(zhì)模塊的介質(zhì)絲為導(dǎo)磁不銹鋼材料，其形狀、粗細(xì)、絲間距等根據(jù)實(shí)際情況確定。所述磁介質(zhì)堆為由大量導(dǎo)磁不銹鋼棒、絲或網(wǎng)介質(zhì)規(guī)整排列組成的固定集合體， 是實(shí)現(xiàn)高梯度磁選過(guò)程中磁力捕獲磁性顆粒的載體。所述步驟(3)中改變的操作條件為磁場(chǎng)強(qiáng)度、給料濃度和給料速度中的任意一種或幾種。(根據(jù)選用高梯度磁分離設(shè)備不同，其操作條件的個(gè)數(shù)和調(diào)節(jié)范圍可以不同)
所述步驟(3)中定性分析包括對(duì)捕獲物進(jìn)行顯微攝像或/和掃描電鏡分析等(根據(jù)試驗(yàn)需要，可以任意選擇其中一種或幾種)；對(duì)單元介質(zhì)模塊上介質(zhì)單絲的磁性顆粒捕獲物的定量測(cè)定包括產(chǎn)率測(cè)定、磁性顆粒金屬品位分析、金屬回收率和分離效率計(jì)算中的任意一種或幾種(根據(jù)試驗(yàn)需要，可以選擇其中若干或全部指標(biāo)，如，有時(shí)要進(jìn)行金屬分布率計(jì)算， 有時(shí)不需要，這取決于試驗(yàn)情況)。本發(fā)明的顯著特點(diǎn)和積極效果
I、可以用于高梯度磁分離技術(shù)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，提升其技術(shù)性能，如通過(guò)單元介質(zhì)分析法試驗(yàn)，選擇最佳的磁介質(zhì)堆厚度以減小磁系空氣隙，可以明顯提高高梯度磁分離設(shè)備的磁感應(yīng)強(qiáng)度，增強(qiáng)磁介質(zhì)對(duì)微細(xì)粒磁性顆粒的捕獲能力。2、可以用于現(xiàn)已應(yīng)用高梯度磁分離技術(shù)的技術(shù)升級(jí)，如針對(duì)所處理物料的特點(diǎn)， 應(yīng)用單元介質(zhì)分析法試驗(yàn)，選擇最佳磁介質(zhì)絲類(lèi)型及排列組合，可明顯提高分離效能。


圖I為本發(fā)明的一種單層單元介質(zhì)模塊一圓柱形棒介質(zhì)單絲組合示意圖2為本發(fā)明的一個(gè)磁介質(zhì)堆示意圖3為實(shí)施本發(fā)明的工藝流程圖4為實(shí)施例中赤鐵礦高梯度磁分離流程圖。
圖中標(biāo)號(hào)I一一個(gè)單元介質(zhì)模塊。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述，但本發(fā)明不限于以下所述范圍。采用的物料為赤鐵礦，粒度微細(xì)，需要強(qiáng)磁力才能有效回收(介質(zhì)越細(xì)磁力越強(qiáng))， 故從最細(xì)的兩種棒磁介質(zhì)(即棒直徑I mm和2 mm)中選擇,棒介質(zhì)絲材料為導(dǎo)磁不銹鋼。本優(yōu)化磁介質(zhì)排列組合的單元介質(zhì)分析方法是
(I)如圖2所示,對(duì)Imm和2mm棒介質(zhì),分別制作N=4種不同的單層排列的單元介質(zhì)模塊。對(duì)I mm棒介質(zhì)，這4種單元介質(zhì)模塊的棒距分別為I. O、I. 2、I. 5和1.8 mm,記作Nn、 N12、N13和N14，其下標(biāo)第一位數(shù)“I”表示1_棒介質(zhì)，下標(biāo)第二位數(shù)“1、2、3和4”分別對(duì)應(yīng)棒距I. O、I. 2、I. 5和I. 8mm ;對(duì)2mm棒介質(zhì),這4種單兀介質(zhì)模塊的棒距分別為I. 5、I. 8、2. O 和2. 2mm,記作N21、N22、N23和N24，其下標(biāo)第一位數(shù)“2”表示2mm棒介質(zhì)，下標(biāo)第二位數(shù)“I、
2、3和4”分別對(duì)應(yīng)棒距I. 5、I. 8,2. O和2. 2mm。
(2)從Imm棒介質(zhì)的N=4種單元介質(zhì)模塊中，對(duì)每種單元介質(zhì)模塊，分別取M=21個(gè)模塊組成棒介質(zhì)堆(介質(zhì)絲相互平行)，相鄰單元介質(zhì)模塊的距離(層間距)均為1.5 mm，將四種棒介質(zhì)堆分別標(biāo)記為 N11 (I. 5，21，B)、N12 (I. 5，21，B)、N13 (I. 5，21，B)和 N14 (I. 5，21，B)， 括號(hào)內(nèi)“ I. 5”表示層間距I. 5mm, “21”表示棒介質(zhì)堆由21個(gè)單元介質(zhì)模塊組成，“B”表示棒介質(zhì)堆中相鄰模塊的介質(zhì)絲為錯(cuò)位排列。每個(gè)棒介質(zhì)堆的尺寸為60X60X60_ (長(zhǎng)X 寬X高)。按同樣方法，組成四種2mm棒介質(zhì)堆，分別記作N21 (2. 5，21，B)、N22 (2. 5，21，B)、 N23 (2. 5，21，B)和N24(2. 5，21，B)，括號(hào)內(nèi)“2. 5”表示層間距2. 5mm，“21”表示棒介質(zhì)堆由21 個(gè)單元介質(zhì)模塊組成，“B”表示棒介質(zhì)堆中相鄰模塊的介質(zhì)絲為錯(cuò)位排列。每個(gè)棒介質(zhì)堆的尺寸為60 X 60 X IOOmm (長(zhǎng)X寬X高)。(3)將以上Imm和2 mm (各4種，共8個(gè))棒介質(zhì)堆，分別放入某高梯度磁分離設(shè)備的分離區(qū)域，固定物料給料條件(200g/每次，固體濃度10%,通過(guò)棒介質(zhì)堆的流速6. 5 cm/ s)，改變磁場(chǎng)強(qiáng)度(磁場(chǎng)強(qiáng)度為連續(xù)可調(diào))，分別進(jìn)行系列高梯度磁分離試驗(yàn)(如圖4所示)。 試驗(yàn)完后取出磁介質(zhì)堆并拆除組合，對(duì)各個(gè)單元介質(zhì)模塊上介質(zhì)單絲的磁性顆粒捕獲物進(jìn)行顯微攝像和掃描電鏡等定性分析；定性分析完后，將介質(zhì)單絲上的磁性顆粒捕獲物洗凈、 脫水干燥后進(jìn)行產(chǎn)率測(cè)定、磁性產(chǎn)物金屬品位分析、鐵回收率和分離效率計(jì)算等定量測(cè)定。表I是對(duì)-37 μ m和-19 μ m鐵分布率分別占73. 56%和56. 40%的細(xì)粒赤鐵礦， 選擇Imm (層間距I. 5mm)和2 mm(層間距2. 5mm)兩種棒介質(zhì)堆,分別通過(guò)系列高梯度磁分離試驗(yàn)確定的最佳排列組合，及與之對(duì)應(yīng)的最佳分離效果和比較值。表I最優(yōu)排列組合I mm和2 mm棒介質(zhì)堆高梯度磁分離試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比
權(quán)利要求
1.一種優(yōu)化磁介質(zhì)排列組合的單元介質(zhì)分析方法，其特征在于具體步驟經(jīng)過(guò)如下(1)首先制作由介質(zhì)絲單層排列的單元介質(zhì)模塊，其中每種單元介質(zhì)模塊的構(gòu)造不同； 對(duì)每種單元介質(zhì)模塊，采用一組能科學(xué)反映其排列特點(diǎn)的特征數(shù)字標(biāo)識(shí)；(2)根據(jù)特征數(shù)字標(biāo)識(shí)，將步驟(I)模塊中部分單元介質(zhì)模塊進(jìn)行有序組合，通過(guò)磁介質(zhì)盒固定，形成不同排列組合的磁介質(zhì)堆；同樣，基于所用單元介質(zhì)模塊的特征數(shù)字標(biāo)識(shí)， 對(duì)不同排列組合的磁介質(zhì)堆進(jìn)行科學(xué)的數(shù)字編號(hào)；(3)將每種排列組合的磁介質(zhì)堆依次置于高梯度磁分離設(shè)備的分離區(qū)域，改變操作條件，進(jìn)行高梯度磁分離試驗(yàn)；一個(gè)分離試驗(yàn)完畢，取出磁介質(zhì)堆并拆除組合，對(duì)各個(gè)單元介質(zhì)模塊上介質(zhì)單絲的磁性顆粒捕獲物進(jìn)行定性分析；定性分析完后，將介質(zhì)單絲上的磁性顆粒捕獲物洗凈、脫水干燥后進(jìn)行定量測(cè)定；綜合比較定性分析和定量測(cè)定結(jié)果，選擇關(guān)鍵評(píng)價(jià)指標(biāo)，確定獲得最優(yōu)分離效能的數(shù)字編號(hào)及與之對(duì)應(yīng)的最優(yōu)排列組合。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的優(yōu)化磁介質(zhì)排列組合的單元介質(zhì)分析方法，其特征在于組成單元介質(zhì)模塊的介質(zhì)絲材料為導(dǎo)磁不銹鋼。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的優(yōu)化磁介質(zhì)排列組合的單元介質(zhì)分析方法，其特征在于所述步驟(3)中改變的操作條件為磁場(chǎng)強(qiáng)度、給料濃度和給料速度中的任意一種或幾種。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的優(yōu)化磁介質(zhì)排列組合的單元介質(zhì)分析方法，其特征在于所述步驟(3)對(duì)單元介質(zhì)模塊上介質(zhì)單絲的磁性顆粒捕獲物的定性分析為對(duì)捕獲物進(jìn)行顯微攝像或/和掃描電鏡分析。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的優(yōu)化磁介質(zhì)排列組合的單元介質(zhì)分析方法，其特征在于所述步驟(3)對(duì)單元介質(zhì)模塊上介質(zhì)單絲的磁性顆粒捕獲物的定量測(cè)定為產(chǎn)率測(cè)定、磁性顆粒品位分析、金屬回收率和分離效率計(jì)算中的任意一種或幾種。
全文摘要
本發(fā)明提供一種優(yōu)化磁介質(zhì)排列組合的單元介質(zhì)分析方法，屬于從原料中提取或去除細(xì)粒弱磁性顆粒的技術(shù)領(lǐng)域。該方法將具有一定厚度的磁介質(zhì)堆看作多個(gè)薄層單元介質(zhì)模塊的有序組合，使模塊上介質(zhì)單絲對(duì)磁性顆粒的捕獲現(xiàn)象可視，實(shí)現(xiàn)對(duì)磁介質(zhì)堆內(nèi)部磁性顆粒捕獲行為的有效定性分析和準(zhǔn)確定量測(cè)定，可以針對(duì)物料的特點(diǎn)確定最優(yōu)的磁介質(zhì)排列組合。該方法由于實(shí)現(xiàn)對(duì)磁介質(zhì)堆內(nèi)部磁性顆粒捕獲行為的可視化研究，定性分析與定量測(cè)定相結(jié)合，既可用于高梯度磁分離技術(shù)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，也可用于現(xiàn)已應(yīng)用高梯度磁分離技術(shù)的技術(shù)升級(jí)，具有重要的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)B03C1/025GK102600969SQ20121007423
公開(kāi)日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月20日
發(fā)明者陳祿政 申請(qǐng)人:昆明理工大學(xué)