一种适用于微细粒赤铁矿絮凝强化的实验装置的制作方法

本发明涉及一种可强化微细粒赤铁矿疏水絮凝效果的实验装置，该装置属于微细粒分选技术领域，同样有益于煤泥水絮凝强化的理论研究。

背景技术：

赤铁矿在我国资源储量较大，约占铁矿资源的2/3，但富矿少、贫矿多，工业应用价值低；为缓解行业对铁矿资源之需，赤铁矿选矿技术得以快速发展。但因该类赤铁矿多为微细浸染型，高效分选技术实施的前提必须细磨赤铁矿物至单体充分解离，即解离度达到 80%~90%，往往需要磨细至约-500目的粒度，已然超出常规分选技术允许范围（-200 目占70%~90%）。同时，微细粒矿物比表面积大、质量小，常规分选技术实施过程矿物易夹杂、随尾矿流失，石英、绿泥石和黏土类等脉石矿物泥化后粒度多为几个微米甚至更为细小，极易对铁矿物颗粒形成罩盖，从而使得常规的分选工艺几乎不能回收这些铁矿物颗粒。选择性絮凝使得赤铁矿颗粒由小聚集变大形成絮团，在粒度达到浮选或磁选要求时，可进行分选；如进一步控制絮团质量，将确保精矿品位、提高精矿回收率；近年来，已成为解决微细粒赤铁矿分选的技术热点。

目前提升微细赤铁矿絮凝效果的研究主要集中于：分散剂强化分散、表面活化剂形成疏水性差异、非极性油添加加速絮凝的工艺优化以及絮凝机理分析方面，对于絮凝前预处理以及絮凝过程磁强化技术研究较少。研究表明：赤铁矿中的脉石矿物对于疏水絮凝影响明显，如在絮凝前对赤铁矿及脉石进行简单分离，则从理论上讲可有效强化絮凝效果。同时，外置磁场可以克服絮凝过程颗粒所受能垒、增强颗粒间排斥能、增大颗粒表面电位的绝对值以提高颗粒间的静电排斥作用，因而存在强化微细赤铁矿絮凝效果的可能。

技术实现要素：

本发明的目的正是针对常规絮凝工艺，提供了一种适用于微细粒赤铁矿絮凝强化的实验装置。本发明的装置首先通过旋流分级结构实现微细粒赤铁矿絮凝前的简单分级；分级产物通过外载磁场源絮凝腔体内磁场对流场动态特性的进一步调控进而强化絮凝过程，最终实现微细粒赤铁矿的高效絮凝。

本发明的目的可通过下述技术措施来实现：

本发明适用于微细粒赤铁矿絮凝强化的实验装置包括锥形旋流分级室和外置磁场源的絮凝装置；所述锥形旋流分级室包括：与机架相结合的锥形腔体，安装在机架上端的电机，与电机相连的竖直向下延伸至锥形腔体内的传动轴，布置于机架上部的设置有溢流口的溢流堰；在锥形腔体上部的一侧布置有给料口，在与给料口相对应的锥形腔体另一侧的下部布置有底流口；所述传动轴位于锥形腔体内部中心，且自下而上布置有短径旋流叶片、长径旋流叶片；所述锥形腔体是由上、下两段锥角不同筒体组成，且上段筒体的锥角大于下段筒体的锥角；所述外置磁场源的絮凝装置包括：布置于矩形外腔体正中心且可以移出矩形外腔体的矩形絮凝套筒，分别布置于矩形絮凝套筒相对两筒壁外侧的中空磁极头，以紧邻吸附的布置方式设置在中空磁极头外侧的永磁磁钢；所述永磁磁钢外侧紧邻吸附在矩形外腔体内壁上；所述溢流口位于矩形絮凝套筒上方，并与矩形絮凝套筒内腔相连通。

本发明中所述永磁磁钢为轴向磁化、两侧布置形成N-S对极分布；所述中空磁极头为两侧布置强化N-S磁场强度、且中空设计保证磁力线的分布使得赤铁矿颗粒不被吸附至中空磁极头表端而聚集于矩形絮凝套筒中部。

本发明的实验装置着眼点在于避免微细粒黏土矿物的负面影响、凸显表观疏水性能差异、解决絮团不实强度差问题，其结构特点是为了保证微细粒赤铁矿溶液颗粒按粒度、按密度的初步分级工序、以及分级产物分别被外磁场作用的颗粒表观性能强化工序，两道工序耦合最终确保微细粒赤铁矿的高效絮凝。

本发明装置通过锥形旋流分级室的初步分级实现赤铁矿按粒度及密度分级，避免因后序絮凝聚团不实导致的絮团易破坏问题、以及高浓度石英矿物对絮凝效果影响；外置磁场源的絮凝装置通过磁场改变赤铁矿表观电荷分布、强化赤铁矿与石英矿物力学性能差异。其中永磁磁钢为轴向磁化、两侧布置形成N-S对极分布；中空磁极头为两侧布置强化N-S磁场强度，同时因中空设计，磁力线聚集于矩形絮凝套筒中心附近，赤铁矿因此分布于中心附近而避免在矩形絮凝套筒侧壁上的吸附。

本发明的工作原理如下：

锥形旋流分级室工作过程如下：配置的微细粒赤铁矿溶液由给料口给入锥形腔体，待溶液超过下部锥形腔体高度，打开电机带动短径旋流叶片、长径旋流叶片内螺旋上升，此时，锥形腔体内赤铁矿在上、下锥形腔体作用下实现按粒度分级，同时在上升螺旋流作用下实现按密度分级；最终，细颗粒低密度矿物随长径旋流叶片进入溢流堰进而流向溢流口；粗颗粒高密度矿物大多集中于下锥形腔体并在底流口排出供收集。

外置磁场源的絮凝装置工作过程如下：由溢流口的细颗粒低密度矿物进入矩形絮凝套筒内，絮凝套筒内依次加入分散剂、絮凝剂并进行搅拌，完成细颗粒低密度矿物絮凝后，取出絮凝套筒清洗、再次放入，然后将锥形旋流分级室底流的粗颗粒高密度矿物移入絮凝套筒，重复絮凝过程。

本发明所述外置磁场源的絮凝装置可自由移动，通过絮凝套筒上端开口可以添加药剂等，同时，可以配合搅拌器进行工作。

本发明的有益结果如下：

（1）锥形旋流分级室设置两段锥体并在螺旋上升流作用下，可实现矿物按粒度进行分级；设置的短径旋流叶片、长径旋流叶片对应不同锥体腔可满足矿物实现流化床分选效果，实现按密度分级；最终完成赤铁矿中石英及黏土类矿物与赤铁矿的有效分离，为微细赤铁矿絮凝效果提升提供保障。

（2）外置磁场源的絮凝装置实现了耦合磁场作用的多场作用模式，磁场可克服絮凝过程颗粒所受能垒、增强颗粒间排斥能、增大颗粒表面电位的绝对值以提高颗粒间的静电排斥作用，进一步保证微细赤铁矿絮凝效果的强化。

（3）设计的微细赤铁矿初步分级使得收集的溢流及底流产物粒度及密度相近，避免了以往絮凝过程絮团中不同密度粗细颗粒造成的絮团不实问题，在保证絮团强度的同时强化了絮凝效果。

（4）本发明设计的两段絮凝强化方法及对应的装置，同样可用于煤泥水的絮凝领域。

附图说明

图1为本发明的微细赤铁矿絮凝强化方法流程。

图1中序号：1锥形旋流分级室，2分级溢流，3外置磁场源的絮凝装置，4分级底流。

图2为本发明的絮凝强化配套装置（锥形旋流分级室+外置磁场源的絮凝装置）。

图2中序号：8、电机；9、传动轴；10、给料口；11、长径旋流叶片；12、锥形腔体；13、短径旋流叶片；14、机架；15、底流口；16、溢流堰；17、溢流口；18、中空磁极头；19、永磁磁钢；20、矩形絮凝套筒；21、轴向磁化；22、矩形外腔体。

具体实施方式

本发明以下将结合实施例（附图）作进一步描述：

如图1所示，赤铁矿首先进入锥形旋流分级室1进行初步分级，分级溢流2进入外置磁场源的絮凝装置3，溢流产物絮凝结束进行收集；之后，分级底流4进入外置磁场源的絮凝装置3进行絮凝，最终完成微细赤铁矿的一次絮凝实验。所述锥形旋流分级室1的结构特点：两段锥形腔体结构可实现矿物按粒度进行分级；锥形旋流分级室1内设计有内螺旋不同直径旋转叶片，使矿浆呈现流化床形式，实现矿物按密度进行分级。所述外置磁场源的絮凝装置具有设置在絮凝腔外的自上而下布置均匀磁场，可达到矿物表观改性、强化絮凝目的。

如图2所示，本发明的适用于微细粒赤铁矿絮凝强化配套实验装置包括锥形旋流分级室1和外置磁场源的絮凝装置3；所述锥形旋流分级室1包括：与机架14相结合的锥形腔体12，安装在机架14上端的电机8，与电机8相连的竖直向下延伸至锥形腔体12内的传动轴9，布置于机架14上部的设置有溢流口17的溢流堰16；在锥形腔体12上部的一侧布置有给料口10，在与给料口10相对应的锥形腔体12另一侧的下部布置有底流口15；所述传动轴9位于锥形腔体12内部中心，且自下而上布置有短径旋流叶片13、长径旋流叶片11；所述锥形腔体12是由上、下两段锥角不同筒体组成，且上段筒体的锥角大于下段筒体的锥角；所述外置磁场源的絮凝装置3包括：布置于矩形外腔体22正中心且可以移出矩形外腔体22的矩形絮凝套筒20，分别布置于矩形絮凝套筒20相对两筒壁外侧的中空磁极头18，以紧邻吸附的布置方式设置在中空磁极头18外侧的永磁磁钢19；所述永磁磁钢19外侧紧邻吸附在矩形外腔体22内壁上；所述永磁磁钢19为轴向磁化21、两侧布置形成N-S对极分布、且中空设计保证磁力线的分布使得赤铁矿颗粒不被吸附至中空磁极头18表端而聚集于矩形絮凝套筒20中部；所述中空磁极头18为两侧布置强化N-S磁场强度；所述溢流口17位于矩形絮凝套筒20上方，并与矩形絮凝套筒20内腔相连通。

本发明的实验装置着眼点在于避免微细粒黏土矿物的负面影响、凸显表观疏水性能差异、解决絮团不实强度差问题，其结构特点是为了保证微细粒赤铁矿溶液颗粒按粒度、按密度的初步分级工序、以及分级产物分别被外磁场作用的颗粒表观性能强化工序，两道工序耦合最终确保微细粒赤铁矿的高效絮凝。

所述锥形旋流分级室1的工作原理如下：配置的微细粒赤铁矿溶液由给料口10给入锥形腔体12，待溶液超过下部锥形腔体高度，打开电机8带动短径旋流叶片13、长径旋流叶片11内螺旋上升，此时，锥形腔体12内赤铁矿在上、下锥形腔体作用下实现按粒度分级，同时在上升螺旋流作用下实现按密度分级；最终，细颗粒低密度矿物随长径旋流叶片11进入溢流堰16进而流向溢流口17；粗颗粒高密度矿物大多集中于下锥形腔体并在底流口15排出供收集。

所述絮凝过程为：由溢流口17的细颗粒低密度矿物进入矩形絮凝套筒20内，絮凝套筒20内依次加入分散剂、絮凝剂并进行搅拌，在两侧提供的磁场区域内完成细颗粒低密度矿物絮凝后，取出絮凝套筒20清洗、再次放入，将收集的粗颗粒高密度矿物移入絮凝套筒20，重复絮凝过程。