一种强化白钨矿破碎及分选的高压电脉冲预处理方法与流程

本发明属于矿物加工
技术领域：
，特别涉及一种强化白钨矿破碎及分选的高压电脉冲预处理方法。
背景技术：
：钨是一种高密度高熔点金属，具有良好的导热导电性，较高的压缩模量与弹性模量，及优秀的抗高温蠕变性能，常温下钨金属十分稳定且难溶于各种强酸或碱溶液，被广泛应用于民用、工业、军工等各个领域，被誉为“工业的牙齿”；世界钨资源储量为330万吨，其中中国钨资源储量190万吨，居世界首位；钨资源在我国分布广泛且丰富，其中白钨矿约占钨矿总量70％、黑钨矿则为20％，其余10％为混合矿物；过去长期都是以开采黑钨矿为主，随着我国黑钨矿资源的减少，提高白钨矿的高效利用及回收对保障钨资源供应及国民经济的健康发展具有重要战略的意义。我国白钨cawo4资源储备量大，其中最为常见的白钨矿床是矽卡岩型矿床，脉石矿物一般含有萤石、方解石等，这些矿物嵌布粒度极细，相互关系密切，性脆；由于白钨矿与脉石矿物的物理化学性质差别较大，尤以导电性能、界面性质突出，这就使得电脉冲破碎成为了可能；因为，传统白钨矿在磨矿过程中容易泥化，且与脉石矿物表面化学性质相似，可浮性相近，选别难度大；所以，在入选前提高矿物的单体解离度，及时分离化学性质相似的脉石矿物，对后续选别流程的优化至关重要。技术实现要素：本发明的目的是提供一种强化白钨矿破碎及分选的高压电脉冲预处理方法，采用高压电脉冲破碎电气石时，放电通道易沿矿物界面发展，在矿物界面产生等离子体爆炸、热应力膨胀等，进而形成冲击波和破坏力场导致裂纹产生及扩展，最终造成矿石的宏观破裂，提高后续磨矿处理的效果。本发明的方法采用高压电脉冲装置，该装置包括给矿仓、脉冲绝缘筒体、支撑架、脉动装置、产品收集器和电源；脉冲绝缘筒体上部为圆筒状，下部为倒置的圆台状，顶部设有盖板，盖板上设有通道与给矿仓连通；绝缘筒体的侧壁套有支撑架，底部与脉动装置装配在一起；脉动装置由脉动绝缘筒体、鼓动隔膜、排矿口、脉动锥形体、连杆和偏心轮组成，脉动绝缘筒体的侧壁上设有进水口与水泵连通，脉动绝缘筒体的底部与鼓动隔膜的顶部连接，鼓动隔膜的底部与排矿口连接，脉动锥形体设置在排矿口内，脉动锥形体底部与连杆的一端铰接，连杆的另一端与偏心轮铰接，偏心轮通过电机驱动；所述的鼓动隔膜材质为橡胶；排矿口与产品收集器的进料口连通，产品收集器的侧壁上设有出水口；所述的盖板上设有多个伸缩装置，伸缩装置由铜棒、高压电极、上固定块、下固定块和弹簧组成，上固定块固定连接在铜棒上部，下固定块固定在盖板上，铜棒穿过下固定块并与下固定块滑动密封连接，高压电极与铜棒底部固定连接，弹簧顶端与下固定块固定连接，弹簧底端与高压电极固定连接，并且弹簧环绕在铜棒外部；各伸缩装置的铜棒通过高压导线并联在两组高压陶瓷电容器上，高压陶瓷电容器与交流点火变压器装配在一起，交流点火变压器通过单向调压器与电源装配在一起；脉冲绝缘筒体的底端固定连接有接地电极，接地电极穿过支撑架接地；脉冲绝缘筒体的圆筒状部分的底端固定安装有筛网，筛网上安装有多个高压负极；方法按以下步骤进行：1、启动水泵，使水连续进入脉动装置的脉动绝缘筒体内，并从产品收集器的出水口连续排出；水作为绝缘液充满脉动绝缘筒体和产品收集器内部，且液面高于高压电极的底端；2、将白钨矿矿石置于给矿仓内，并通过给矿仓传送到脉冲绝缘筒体内；白钨矿矿石堆积在筛网上，并且顶部的白钨矿矿石与高压电极接触；3、开启电源，电流经单相调压器变压，交流点火变压器升压和六倍压整流电路整流升压后输出高压直流电，给高压陶瓷电容器充电，当超高压陶瓷电容器电压达到击穿电压值后，与之连接的气体开关导通，输出高压电脉冲，经高压导线加载到铜棒并传导到高压电极上，高压电极和高压负极之间形成了瞬时高压电场；当高压电极上的电压达到击穿电压值时，高压电极和高压负极之间发生放电，使白钨矿矿石破碎；当高压电极上的电压再次达到击穿电压值时，形成下一次放电；当破碎后的白钨矿矿石颗粒小于筛网孔径时，经筛网进入脉动装置；4、通过电机驱动偏心轮转动，使脉动锥形体周期性上下运动；当脉动锥形体向上运动时，在脉动装置内形成上升水流，当脉动锥形体向下运动时，在脉动装置内形成下降水流；通过水流的升降对筛网上的矿石作用，使筛网上白钨矿矿石中小颗粒的部分逐渐向下移动；5、破碎后的白钨矿矿石经过脉动装置进入产品收集器内。上述的高压电脉冲装置中，偏心轮的中轴与电机装配在一起，连杆与偏心轮铰接的位置位于中轴以外的部分。上述的高压电脉冲装置中，水泵的进水口与水槽的出水口连通，水槽的进水口与产品收集器侧壁上的出水口连通。上述的高压电脉冲装置中，脉冲绝缘筒体的材质为pvc，支撑架和盖板的材质为不锈钢。上述的高压电脉冲装置中，筛网的材质为不锈钢，筛网的孔径为2～10mm。上述的高压电脉冲装置中，高压电极和高压负极的材质为不锈钢；高压电极为倒置的圆锥形，高压负极为圆锥形。上述的高压电脉冲装置中，下固定块与盖板之间通过绝缘垫圈绝缘。上述的高压电脉冲装置中，给矿仓的出料口与盖板下方连通，进料口设有阀门。上述的高压电脉冲装置中，产品收集器内设有倾斜筛网，倾斜筛网与水平面的夹角20°～40°，倾斜筛网位于出水口上方，倾斜筛网的孔径为2～10mm。上述的高压电脉冲装置中，脉动绝缘筒体的材质为pvc。上述的高压电脉冲装置中，弹簧为压缩弹簧，弹簧的自然状态的长度大于高压电极与下固定块之间的距离。上述方法中，随着白钨矿矿石破碎后从筛网排出，筛网上的白钨矿矿石逐渐减少；高压电极在弹簧的弹力作用下逐渐下降，直至当上固定块与下固定块接触，此时高压电极和高压负极之间有间隙，防止短路。上述方法中，相邻两次放电的时间间隔为放电周期，脉动锥形体上下运动一次为脉动周期；通过调整电机转速控制脉动周期等于放电周期的正整数倍；所述的放电周期随一级输入电压和球隙间距变化，其中一级输入电压在45～90v，球隙间距15～30mm，每分钟脉冲次数在5～45次，则放电周期为1/5～1/45min。上述的电源电压220v，频率50hz。上述的单相调压器、交流点火变压器和高压陶瓷电容器组成脉冲电源，用于输出电脉冲，电脉冲上升沿时间为50ns～500ns；所述的上升沿时间为脉冲形成波形的时间。上述的高压负极均匀分布在筛网上，用于提高电破碎效率，强化破碎效果。上述的击穿电压值为20kv。上述的脉动装置带动水并使鼓动薄膜产生交替的扩张和收缩，在脉动装置及脉冲绝缘筒体内部交替形成上升和下降水流，通过上升水流及时分散符合粒径的矿物颗粒，通过下降水流进行排矿，提高破碎效率以及防止过粉碎。上述方法中，放电发生在白钨矿矿石内部，上升沿时间小于10-5秒时，在纳秒级脉冲作用下，以水为绝缘液，其绝缘强度大于白钨矿矿石，所以在大颗粒白钨矿矿石内部沿有用矿物与脉石矿物界面间反复形成等离子体通道；破碎的小颗粒白钨矿矿石经过高压负极落入破碎腔底部椎体下部，由于脉冲装置的水流层析影响，小颗粒会优先沉底，经脉动装置排出进入产品收集器内，进行固液分离等，以备后续破碎、磨矿作业时连续使用；最终颗粒大小取决于筛孔的大小，根据要求对筛孔大小进行调整。上述方法中，上升沿时间小于10-5秒时，在纳秒级脉冲作用下，水的绝缘强度反而大于矿石，因此水能够作为绝缘液；放电过程中，放电通道易沿矿物界面发展，在矿物界面产生等离子体爆炸、热应力膨胀等，进而形成冲击波和破坏力场导致裂纹产生及扩展，最终造成矿石的宏观破裂；高压电脉冲破碎不仅可使矿石破碎，而且在矿石内部矿物界面上产生扩展裂纹和裂缝，进而改善矿物解理和分选特性；推进电脉冲设备的开发，具有重要的战略意义，在保证有用矿物质量的基础上，节省了企业运营成本，减少了资源的浪费，为企业的长久发展和有力竞争提供了最坚实的基础保障，在风云变幻的行业竞争中能够独占一席之地。高压电脉冲破碎是最理想的沿晶界破裂方式，不仅可使矿石破碎，而且在矿石内部矿物晶界上产生扩展裂纹和裂缝，进而改善矿物解理和分选特性；白钨矿矿石中有用矿物与脉石矿物的介电常数、电导率等电学性质差异较大，采用高压电脉冲破碎金属矿石时，放电通道易沿矿物界面发展，在矿物界面产生等离子体爆炸、热应力膨胀等，进而形成冲击波和破坏力场导致裂纹产生及扩展，最终造成矿石的宏观破裂。通过选择性破碎使目的矿物完全解离，确保粉碎产品中单体解离有用矿物的数量能满足后续分选工艺的要求，减少后续处理能耗。对比传统的样品破碎方法，本发明的破碎方法有很多优点：处理时间短，生产效率高，能耗低；配有脉冲排矿装置，与相同功率的破碎设备对比，处理能力有望提高1.5到2倍；沿晶界破破碎方式，促进晶界处微裂纹的产生和发展，提高选择性破碎，进而改善矿物解理特性，并且不破坏矿物晶形；容易清洗，没有交叉污染；经高压电脉冲破碎后，矿石强度可大大降低，预计降低磨矿能耗30％以上；大大增加了有用矿物的单体解离度，有助于提高矿石分选指标。本发明的主要创新点是：脉动排矿装置，及时排矿，减少无效电破碎过程，提高处理效率；自助伸缩装置，确保高压电机和矿石点—面接触，能极大减少能量的浪费，能量损耗小，保证放电通道的产生，提高能源利用率；尖状高压负极和筛网结合，节省空间，同时，提高电脉冲破碎效率；高压电脉冲放电破碎装备对矿石进行选择性破碎，可以提高破碎产品的有用矿物含量，提高破碎产品单体解离度，有利于后续处理工序能耗的减少，节约企业成本。附图说明图1为本发明实施例中的高压电脉冲装置结构示意图；图2为本发明实施例中的伸缩装置结构示意图；图3为本发明实施例中的脉动装置结构示意图；图4为图1中的产品收集器结构示意图；图5为图1中的筛网俯视结构示意图(标记×的部分为高压负极所在位置)；图6为图1中高压陶瓷电容器和交流点火变压器部分的电路示意图；图7为本发明实施例中在不同球隙间距条件下，一级输入电压与脉冲次数曲线图；图中，1、给矿仓，2、脉冲绝缘筒体，3、支撑架，4、接地电极，5、脉动装置，6、产品收集器，7、水泵，8、绝缘液(水)，9、电源，10、交流点火变压器，11、高压陶瓷电容器(带有六倍压整流电路)，12、盖板，13、高压导线，14、铜棒，15、弹簧，16、高压电极，17、高压负极，18、筛网，19、单相调压器，20、橡胶垫圈，21、下固定块，22、上固定块，23、脉动绝缘筒体，24、进水口，25、鼓动薄膜，26、排矿口，27、偏心轮，28、连杆，29、脉动锥形体，30、倾斜筛网，31、出水口。具体实施方式以下结合实施例对本发明做进一步说明。本发明实施例中采用的铜棒、弹簧、下固定块和上固定块外部涂覆绝缘层，用于防止非高压电极的部分产生高压环境，避免电能浪费。本发明实施例中，弹簧下部与高压电极顶部之间设置有橡胶垫圈，用于防止绝缘层磨损造成安全事故。本发明实施例中多个高压负极在筛网上均匀排列成多排，每排中相邻两个高压负极间距相等，相邻两排的高压负极间距相等，且相邻两排高压负极中的各高压负极交错排列；每排高压负极的数量至少10个，总共至少10排。本发明实施例中高压电极的数量至少5个，在盖板上均匀分布，各高压电极呈一排或多排分布，或者呈一个或多各圆环分布。本发明实施例中水槽内存储水，水槽的出水口与水泵的进水口连通，水槽的进水口与产品收集器的出水口连通。本发明实施例中输出高压电脉冲时脉冲强度50～800kv，脉冲频率15～50hz。本发明实施例中脉冲绝缘筒体的材质为pvc，支撑架和盖板的材质为不锈钢。本发明实施例中筛网的材质为不锈钢，筛网的孔径为2～10mm。本发明实施例中高压电极和高压负极的材质为不锈钢；高压电极为倒置的圆锥形，高压负极为圆锥形。本发明实施例中下固定块与盖板之间通过绝缘垫圈绝缘。本发明实施例中给矿仓的出料口与盖板下方连通，给矿仓的进料口设有阀门。本发明实施例中产品收集器内设有倾斜筛网，倾斜筛网与水平面的夹角20°～40°，倾斜筛网位于出水口上方，倾斜筛网的孔径为2～10mm。本发明实施例中鼓动薄膜的壁厚为15～20mm。本发明实施例中放电周期随一级输入电压和球隙间距变化，其中一级输入电压在45～90v，球隙间距15～30mm，每分钟脉冲次数在5～45次，则放电周期为1/5～1/45min；如图7所示。本发明实施例中高压电脉冲装置结构如图1所示，包括给矿仓1、脉冲绝缘筒体2、支撑架3、脉动装置、产品收集器和电源9；脉冲绝缘筒体上部为圆筒状，下部为倒置的圆台状，顶部设有盖板12，盖板12上设有通道与给矿仓1连通；绝缘筒体2的侧壁套有支撑架3，底部与脉动装置装配在一起；脉动装置结构如图3所示，由脉动绝缘筒体23、鼓动隔膜25、排矿口26、脉动锥形体29、连杆28和偏心轮27组成，脉动绝缘筒体23的侧壁上设有进水口24与水泵7出口连通，脉动绝缘筒体23的底部与鼓动隔膜25的顶部连接，鼓动隔膜25的底部与排矿口26连接，脉动锥形体29设置在排矿口26内，脉动锥形体29底部与连杆28的一端铰接，连杆28的另一端与偏心轮27铰接，偏心轮27通过电机驱动；所述的鼓动隔膜25材质为橡胶；排矿口26与产品收集器的进料口连通，产品收集器的结构如图4所示，侧壁上设有出水口31；的盖板12上设有多个伸缩装置，伸缩装置结构如图2所示，由铜棒14、高压电极16、上固定块22、下固定块21和弹簧15组成，上固定块22固定连接在铜棒14上部，下固定块21固定在盖板12上，铜棒14穿过下固定块21并与下固定块21滑动密封连接，高压电极16与铜棒14底部固定连接，弹簧15顶端与下固定块21固定连接，弹簧15底端与高压电极16固定连接，并且弹簧15环绕在铜棒14外部；多个伸缩装置的铜棒14通过高压导线13并联在两组高压陶瓷电容器11上，高压陶瓷电容器11与交流点火变压器装配10在一起，交流点火变压器10通过单向调压器19与电源9装配在一起；其中高压陶瓷电容器和交流点火变压器部分的电路如图6所示；两组高压陶瓷电容器中每组四个高压陶瓷电容；电源经单相调压器变压、交流点火变压器升压和六倍压整流电路整流升压后输出高压直流电，给高压陶瓷电容器充电，充电电压的上升时间为微秒量级；各电容的电压达到使气体开关导通后，输出上升时间在纳秒量级的高压电脉冲，经高压导线加载到负载电极上；脉冲绝缘筒体2的底端固定连接有接地电极4，接地电极4穿过支撑架3接地；脉冲绝缘筒体2的圆筒状部分的底端固定安装有筛网18，筛网18上安装有多个高压负极17，结构如图5所示；偏心轮27的中轴与电机装配在一起，连杆28与偏心轮27铰接的位置位于中轴以外的部分；水泵7的进水口与水槽的出水口连通，水槽的进水口与产品收集器侧壁上的出水口31连通；水槽内填充有水作为绝缘液8。本发明实施例中高压负极均匀分布在筛网上，用于提高电破碎效率，强化破碎效果。实施例1采用的白钨矿矿样为赣南某低品位无锡矿选厂原矿，主要化学成分按质量百分比如表1所示；表1元素wo3snzncupbbimo含量0.1850.130.1450.0270.0330.0160.017元素fesio2al2o3caomgoli2orb2o含量1.6172.8612.040.920.1450.1300.126元素cs2obe2o3mnok2opass含量0.00730.000.572.670.0080.0030.15由表可见，矿石中可供选矿回收的元素主要是钨，有害元素砷含量较低。对原矿进行了x射线衍射分析，以查明矿样的主要矿物组成。原矿中主要矿物有黑钨矿、锡石、石英、钠长石、云母，其含量约为0.32％、0.17％、39.82％、23.54％、24.31％。方法为：启动水泵，使水连续进入脉动装置的脉动绝缘筒体内，并从产品收集器的出水口连续排出；水作为绝缘液充满脉动绝缘筒体和产品收集器内部，且液面高于高压电极的底端；将白钨矿矿石置于给矿仓内，并通过给矿仓传送到脉冲绝缘筒体内；白钨矿矿石堆积在筛网上，并且顶部的白钨矿矿石与高压电极接触；开启电源，电流经单相调压器变压，交流点火变压器升压和六倍压整流电路整流升压后输出高压直流电，给高压陶瓷电容器充电，当超高压陶瓷电容器电压达到击穿电压值后，与之连接的气体开关导通，输出高压电脉冲，经高压导线加载到铜棒并传导到高压电极上，高压电极和高压负极之间形成了瞬时高压电场；当高压电极上的电压达到击穿电压值时，高压电极和高压负极之间发生放电，使白钨矿矿石破碎；当高压电极上的电压再次达到击穿电压值时，形成下一次放电；当破碎后的白钨矿矿石颗粒小于筛网孔径时，经筛网进入脉动装置；通过电机驱动偏心轮转动，使脉动锥形体周期性上下运动；当脉动锥形体向上运动时，在脉动装置内形成上升水流，当脉动锥形体向下运动时，在脉动装置内形成下降水流；通过水流的升降对筛网上的矿石作用，使筛网上白钨矿矿石中小颗粒的部分逐渐向下移动；破碎后的白钨矿矿石经过脉动装置进入产品收集器内；电源电压220v，频率50hz；单相调压器、交流点火变压器和高压陶瓷电容器组成脉冲电源，用于输出电脉冲，电脉冲上升沿时间为50ns～500ns；所述的上升沿时间为脉冲形成波形的时间；击穿电压值为20kv；高压电脉冲的脉冲强度80kv，脉冲频率25hz；高压电脉冲处理时间为5min，然后取出预处理后矿石，预处理矿样用圆盘破碎机破碎至2mm以下，用筒式棒磨机进行磨矿，在磨矿时调节矿浆质量浓度60％，磨矿时间2min，制成预处理样；采用相同矿石在不进行电脉冲处理的情况下以相同方式磨矿，获得标准样；对两种磨矿产物进行粒度筛析试验及单体解离度的测定，结果按质量百分比如表2所示；表2预处理后的小颗粒矿石经过破碎-磨矿后，其磨矿产品中+0.074mm、-0.074+0.043mm、-0.043+0.038mm、-0.038mm四个粒级的含量较标准磨矿产品分别降低20.76个百分点、升高0.58个百分点、升高11.22个百分点、升高8.96个百分点；原矿经过高压电脉冲预处理后，磨矿产品有用矿物单体解离度合计提高了23.83个百分点；可见，高压电脉冲预处理技术应用于白钨矿碎磨作业，提高了单体解离度，提高了磨矿效率。实施例2采用的白钨矿矿样为江西某钨矿山原矿，主要化学成分按质量百分比如表3所示；表3元素wo3cusnmopbzns含量0.270.090.030.0030.0170.0160.17元素psio2al2o3caomgotio2fe含量0.0769.8613.852.412.080.693.02元素k2ona2omnoass含量3.731.190.570.0040.16由表可见，有用元素主要为钨、铜、钼，脉石矿物中主要元素是硅、镁、铝；钨物相分析表明，矿物中主要回收为白钨矿79.52％，黑钨矿18.59％，含有钨华极少，占有率为1.89％；方法同实施例1；采用相同矿石在不进行电脉冲处理的情况下以相同方式磨矿，获得标准样；对两种磨矿产物进行粒度筛析试验及单体解离度的测定，结果按质量百分比如表4所示；表4预处理后的小颗粒矿石经过破碎-磨矿后，其磨矿产品中+0.074mm、-0.074+0.043mm、-0.043+0.038mm、-0.038mm四个粒级的含量较标准磨矿产品分别降低11.01个百分点、升高1.02个百分点、升高21.24个百分点、下降11.25个百分点；原矿经过高压电脉冲预处理后，磨矿产品有用矿物单体解离度合计提高了28.46个百分点；可见，在提高单体解离度的前提下，还有效降低细粒级的产率，有助于后续浮选的回收处理。高压电脉冲预处理技术应用于白钨矿碎磨作业，提高了单体解离度，提高了磨矿效率。当前第1页12