天然碱的磁选方法

专利名称：天然碱的磁选方法
背景技术：
天然碱为含约85-95％的倍半碳酸钠(Na2CO3·NaHCO3·2H2O)的矿物。靠近格林河的怀俄明州西南部发现了天然碱矿的巨大矿床。该矿床包括天然碱床及天然碱和岩盐(石盐或NaCl)混合矿床，覆盖面积约2600km2。主要的天然碱床大小在小于428km2到至少1870km2的范围内。据保守估计，这些主要的天然碱床含约750亿公吨矿石。不同的床彼此交迭并由页岩层分开。天然碱的品质随其在地层中的具体位置而不同。因天然碱在页岩附近发现，故天然碱矿石中常含有页岩杂质。由于页岩杂质在产品中是不希望有的，因此需要开发从天然碱中除去这类杂质的加工技术。
授予Hazen等的美国专利5,736,113公开了一种从含盐类矿物(如天然碱)和杂质的矿石中回收高纯度盐类矿物的方法。该方法包括用静电分离法在约25℃和约45℃之间的温度下从天然碱中分离第一部分杂质。静电分离法的基础是使矿石经受使不同导电性的物质彼此分离的条件。该方法公开了静电分离前或后任选的磁选步骤。
授予Wold等的美国专利5,911,959公开了一种纯化含不溶性杂质的盐类矿物的方法。该方法包括煅烧天然碱以形成碳酸钠、将进料流按大小分选成大粒度级分和小粒度级分、用干选法将大粒度级分分成第一回收部分和第一杂质部分、用湿选法将第一杂质部分分成第二回收部分和第二杂质部分、以及用湿选法将小粒度级分分成第三回收部分和第三杂质部分。干选法可通过密度分离、磁选或静电分离完成。
授予Schmidt等的美国专利6,092,665公开了一种从含盐类矿物和杂质的矿石中回收盐类矿物的方法。该方法包括通过密度分离从矿石中分离第一部分杂质、从矿石中静电分离第二部分杂质和从矿石中磁分离第三部分杂质的步骤。另一方面，该方法包括煅烧矿石和随后通过密度分离法分离第一部分杂质的步骤。
从非磁性物质中分离磁性颗粒的设备是本领域内已知的。特别地，科罗拉多州的Outokumpu Technology，Inc.提供辊式磁选机。Improsys稀土辊式磁选机的手册中描述了使用稀土磁辊来从非磁性物质中分离磁性物质。待分离的物质被送到在磁辊上运动的分选带上。磁性颗粒被吸引向磁辊，而非磁性或反磁性颗粒不受阻地以抛物线轨迹离开辊。Outokumpu Technology的手册中指出辊式磁选机可用在许多干颗粒应用中，包括玻璃和陶瓷原料(如硅石、砂等)、重矿砂、耐火原料、磨料、填料、钾盐、磷矿石和许多其他材料，包括金属、矿物矿石和产品。该手册未描述天然碱的用途。手册中还描述了任选使用静电系统来阻止尘埃堆积。
尽管在天然碱精选方面已进行了一些工作，但仍需要改进磁选方法的性能以获得高效的天然碱精选而不另外使用静电沉积和其他分离技术。

发明内容
一方面，本发明提供了一种天然碱精选方法。供给包含天然碱矿石的进料流。天然碱经破碎和干燥。天然碱被分离成第一级分和第二级分，第一级分颗粒的筛孔尺寸比第二级分颗粒大。筛孔尺寸可按使第二级分的杂质度低于预定值来选择。优选筛孔尺寸选自30目到70目。用至少一个磁选机从第一级分中除去杂质以形成精选天然碱。将第二级分的至少一部分与经磁选的第一级分合并形成精选天然碱产品。任选地，可以从经干燥的天然碱中分离出第三级分，其中所述第三级分包括筛孔尺寸小于第二级分的颗粒，且第三级分被排除在精选天然碱产品之外。优选地，第三级分颗粒的筛孔尺寸小于100目、140目或200目。
任选地，磁选机包括多段。各段优选包括包含第一端、第二端和传送带的传送系统。任选各段也包括布置在传送系统第二端处的磁辊和邻近传送系统第二端布置的分流器，所述分流器用于从天然碱中分离出磁性杂质级分而产生精选级分。至少一个传送带可被去离子。气载尘粒可从至少一个传送系统周围的区域中除去。
前述段落以概述方式给出，并非意在限制所附权利要求的范围。结合附图参照下面的详细描述，本发明的优选实施方案和进一步的优势将得到最好的理解。


图1给出了精选天然碱的方法的一个实施方案的工艺流程图。
图2为磁选机的一个实施方案的侧视图。
图3为磁选机的一个实施方案的一段的透视图。
具体实施例方式
本发明参照附图描述。本发明各种要素的关系和功能通过下面的详细描述得到更好的理解。但如下所述的本发明的实施方案仅作为实例给出，本发明不限于附图中所示的实施方案。
使用除去磁性杂质的工艺来精选天然碱矿石。总的工艺包括按大小分选天然碱矿石的机械分离工艺和除去杂质的磁选工艺。如图1中所示，在一个实施方案中，所述工艺涉及天然碱源10、破碎机20、第一分选机30、干燥器40、第二分选机50、第三分选机60及磁选机100、200、300和400。
天然碱源10可为来自矿山的天然碱原矿或可为预先加工过的天然碱矿石。天然碱流12被送到破碎机20和分选机30中。在一个实施方案中，分选机为机械筛分机。在典型的分选机中，颗粒物质在一定的筛孔尺寸下经机械筛分，通过筛的部分视为小于筛孔尺寸，未通过筛的部分视为大于筛孔尺寸。因此，本文中的表述“小于给定筛孔尺寸”指具有与通过给定筛孔尺寸的机械筛的级分相当的粒度，“大于给定筛孔尺寸”指具有与被给定筛孔尺寸的机械筛留下的级分相当的粒度。在一个实施方案中，分选机在11目下筛分经破碎的天然碱。天然碱可在其他筛孔尺寸下过筛，如10、12、14、16或18目。然后，干燥小于分选机30的筛孔尺寸的部分32。
在一个实施方案中，所述部分32在燃气流化床干燥器40中干燥。进气温度可高于约500，优选高于约600。在一个实施方案中，所述部分32在低于约110的天然碱颗粒温度下干燥。天然碱在干燥器中的停留时间介于约1分钟和约5分钟之间，优选约3分钟。干燥天然碱有助于防止其结块，另外也提高分离步骤的效率。
干燥后，天然碱流在段50处被分离成第一粒度级分54和第二粒度级分52。分离可通过机械筛分工艺完成。分选机50的筛孔尺寸可选为100目、140目或200目。所得第一粒度级分分别大于100目、140目或200目。大于筛孔尺寸的天然碱级分54为精选级分。小于筛孔尺寸的级分52可作为另一产物使用。
干燥步骤40和分离步骤50可合并为一个工艺。在这样的实施方案中，流化床干燥器也起到颗粒分选机的作用。小粒度级分52从流化床干燥器排出的空气中收集。可调节流化床干燥器的气流速度以控制所收集的粒度级分的大小。随着气流速度增大，颗粒级分52的大小也增大。粒度级分52可小于100目、140目或200目的标称筛孔尺寸。
在一个实施方案中，使第一粒度级分54经历第二分离工艺60。分离可通过机械筛分工艺完成。第二分离工艺60从流54中除去小粒度级分或细粒64。分选机的筛孔尺寸可选自30、40、50或70目。可调节分选机的筛孔尺寸以使细粒64含有预定纯度水平的倍半碳酸钠。细粒64然后被加到产品流520中。大于筛孔尺寸的粒度级分62成为磁选机的进料70。
根据所述方法是否包括第二分离工艺60，磁选机的进料流70为第一粒度级分54或来自第二分选机60的较大粒度级分62。
如图1中所示，在一个实施方案中，进料流70被分成一到四个流102、202、302和402进入磁选机100、200、300和400。流的数目取决于各个磁选机的容量和整个工艺的期望生产率。各个磁选机优选采用多段辊式磁选工艺。磁选机通常在普通环境条件(大气压和40-110的温度)下运行。在一个实施方案中，磁选机在约70的环境条件下运行。
磁选机的各个步骤使天然碱矿石经受使不同磁化率的物质彼此分离成精选级分和杂质级分的条件。磁选步骤通过稀土磁选法完成。关于天然碱的精选，典型的杂质可在磁选步骤过程中除去，包括页岩，其磁化率比天然碱高。
所述方法可包括至少一个或至多四个或更多个磁选段。如图1和2中所示，以磁选机100作为例子，第一段110从天然碱进料流102中除去磁性杂质级分114。经过第一段110后，精选级分112被传送到第二磁选段120进行进一步的分离。磁性杂质级分114被送到废物流150中。同样，下一段120分离出磁性杂质级分124和精选级分122。精选级分122进入下一段130，磁性杂质级分124被送到废物流150中。下一段130分离出磁性杂质级分134和精选级分132。精选级分132进入下一段140，磁性杂质级分134被送到废物流150中。最后，段140分离出磁性杂质144和最终精选级分142。最终精选级分142进入产品流520中，磁性杂质级分144被送到废物流150中。
磁选机的各段使用稀土磁辊来从非磁性物质中分离磁性物质。在一个实施方案中，分离用可从科罗拉多Outokumpu Technology，Inc.买到的四段强力HS10-164150辊式磁选机进行。图2中示出了四段磁选机100的实施方案。如图2和3中所示，磁选机的各段中使用传送系统80来输送材料流。各个传送系统80包括第一端82、第二端84和传送带86。在一个实施方案中，材料流量介于约2和约6吨/小时之间，优选约3.6吨/小时，辊宽约1.5米。其他流量和辊宽也是可以的。可调节流量和辊速以控制产品的纯度和产率。带86可由涂覆石墨的Kevlar或涂覆聚氨酯的聚酯织物制造。传送带86绕稀土磁辊90和尾滑轮88循环。
材料被送到传送带86上。当进料移动通过磁场时，磁性颗粒被吸引向磁辊。取决于颗粒的磁化率，其1)附着在所述带表面上并接着随其离开磁场而松开；或2)被吸向所述带且当从转辊上被抛出时其轨迹与非磁性颗粒相比有所改变。磁性物质对磁辊的亲和力比非磁性物质强。因此，非磁性流112的轨迹比磁性流114的高。分流器92控制磁性和非磁性流的分离。可调节分流器92的垂直和水平位置以控制分离从而获得期望产率下的期望产品纯度。在一个实施方案中，分流器92具有刀刃96。
在一个实施方案中，第一段110从天然碱进料流中除去夹带的金属。夹带的金属是不希望有的杂质并且也可能损坏工艺中较后段的传送带。为此，磁辊90的磁场较弱且传送带86较其他三个单元重以避免撕碎传送带86。
如图1中所示，进料流70可被分成流102、202、302和402。在多种实施方案中，磁选工艺使用除磁选机100之外的类似的磁选机200、300和400。磁选机200、300、400的工作原理与磁选机100相同。但磁选机100、200、300和400的尺寸和/或段数可以不同。磁选机200、300、400除去部分杂质，所述部分杂质被送到杂质流250、350和450中。杂质流250、350和450与流150合并形成废物流500。
由于进料流10和进料流70的品质可随时间而变，因此可不必对整个进料流70进行磁选。例如，如果产品流520的纯度比必要的高，则天然碱流510绕过磁选机而直接进入产品流520中。这样可使磁选机100、200、300和400中的一个或多个被绕过，从而降低运行成本。因此，在一个实施方案中，流510绕过磁选机与精选产品流520合并。在一个实施方案中，产品流520的品质可被监测，且流510的流量可被控制以产生含预定重量百分数的倍半碳酸钠的产品。如果产品流520的纯度比必要的高，则流510的流量增大。相反，如果产品流520的纯度开始降低，则流510的流量也降低。该反馈系统可手动或自动控制。
磁选工艺的效率可受小颗粒的存在的影响。特别是小颗粒可粘到传送带86上而降低分离效率。小颗粒也会产生尘埃，这些尘埃易于进入磁选机的各种部件中。小颗粒级分可在进入磁选机前从进料流中除去。较小的颗粒倾向于是相对纯的天然碱，因此其可以无需经过磁选。此外，最后存在于磁选机废品流中的较小颗粒倾向于是更高纯度的天然碱，因此不希望将它们作为废品扔弃。
至少一些磁选机传送带装配有去离子器94，如图2中所示。去离子器94中和所述带上的静电荷以阻止尘粒附着在所述带上。在一个实施方案中，去离子器布置在至少一些传送系统80的尾滑轮88附近。去离子器94有一系列销钉伸出其之外与传送带接触。去离子器的高压销钉中和尘粒表面上的静电荷，故尘粒不被吸到传送带上。在一个实施方案中使用了来自Haug North America Haug(EI-VS 03.8020.000型)的电离棒来为传送带去离子。
尘粒可通过集尘器从磁选机中除去。集尘器从磁选机吸出空气以从传送带周围的空气中除去尘埃。集尘器可布置在磁选机外壳内。各个磁选机可有一个或多个集尘器。
如上所述，可调节多种工艺参数以获得含预定的倍半碳酸钠纯度水平的精选天然碱产品。向各个分选机进料的速度可单独控制。天然碱流510可绕过磁选机而直接进入产品流520。第一粒度级分54可经历第二分离工艺60以除去小粒度级分64，其然后被加到产品流520中。另外，磁选工艺各段的辊速和分流器位置也可调。
实施例经破碎的天然碱原矿流在11目或16目下过筛。小于筛孔尺寸的部分在燃气流化床干燥器中于约110下干燥，在这里，-200目颗粒被除去。经干燥的天然碱然后被送到磁选机中。磁选机为可从Outokumpu Technology Inc.买到的三段强力HS10-16450辊式磁选机。磁辊宽0.5米，直径10厘米。磁选机各段的辊在100rpm的辊速下运行。进料速度为2.0吨每小时，即4.0吨每小时每米磁辊宽度。
试验1-4(在表1中示出)使用-11目的天然碱进料。去离子器位于各个传送系统的尾滑轮附近。
试验5-7(在表2中示出)使用-16目的天然碱进料。去离子器位于第一段传送系统的尾滑轮附近和第二段传送系统的尾滑轮和主滑轮附近。
表1

表2

表1和2给出了天然碱进料、精选产品、总废品及第一和第二辊的废品的组成(倍半碳酸钠的重量百分数)分析以及废品占进料的重量百分数。倍半碳酸钠的重量百分数用/酸碱滴定分析法测定。从表1和2可看出，磁选机有效地将天然碱精选至倍半碳酸钠高于90％，产率在70％左右。
表3给出了上面试验4的进料、废品和产品的组成(倍半碳酸钠的重量百分数)。表4给出了上面试验4的进料、废品和产品中不同粒度级分下铁的量(以重量计)。可以看出，-40目级分比+40目级分纯度高、铁含量低，且铁含量随粒度减小趋于降低。此外，-40目的废品为相对高纯度的倍半碳酸钠，故可能不希望扔弃这些废品。因此，如上所述，在磁选步骤前除去较小颗粒并将它们引入磁选步骤后的产品中将是有利的。
表3

表4

上面所述及本文所示的实施方案是示例性的而非限制性的。本发明的范围由权利要求书而不是前面的描述和附图示出。本发明可以用其他特定的形式实施而不偏离本发明的精神。
权利要求
1.一种精选天然碱的方法，所述方法包括供给包含天然碱的进料流；破碎天然碱；干燥天然碱；将经干燥的天然碱分离成第一级分和第二级分，第一级分的标称筛孔尺寸大于第二级分的标称筛孔尺寸；将天然碱的第一级分引入到至少一个磁选机(100)中以除去磁性杂质和产生精选天然碱产品；和合并天然碱的第二级分与精选天然碱产品。
2.权利要求1的方法，其中所述破碎天然碱包括破碎天然碱至小于约11目的大小。
3.权利要求1的方法，其中所述第一粒度级分大于约40目，第二粒度级分小于约40目。
4.权利要求1的方法，其中所述分离步骤还包括选择标称筛孔尺寸以使天然碱的第二级分的杂质度低于预定值。
5.权利要求4的方法，其中所述标称筛孔尺寸选自30目到70目的尺寸。
6.权利要求1的方法，所述方法还包括将经干燥的天然碱分离成第三级分，其中所述第三级分小于100目，且第三级分被排除在精选天然碱产品之外。
7.权利要求1的方法，其中所述天然碱在低于约110的天然碱颗粒温度下干燥。
8.一种精选天然碱的方法，所述方法包括供给包含天然碱的进料流；破碎天然碱；干燥天然碱；将经干燥的天然碱分离成第一级分和第二级分，第一级分的标称筛孔尺寸大于第二级分的标称筛孔尺寸；将第一级分引入到至少一个磁选机(100)中以除去磁性杂质，其中所述磁选机(100)依次包含至少两段，各段包含包含第一端(82)、第二端(84)和传送带(86)的传送系统(80)；布置在传送系统(80)第二端(84)处的磁辊(90)；和邻近传送系统(80)第二端(84)布置的分流器(92)，用于从天然碱中分离出磁性杂质级分而产生精选级分，其中，来自第一段的精选级分被送到第二段中；将至少一个传送带(86)去离子；和从至少一个传送系统周围的区域中除去气载尘粒。
9.权利要求8的方法，其中所述破碎天然碱包括破碎天然碱至小于约11目的大小。
10.权利要求8的方法，其中所述第一级分大于约140目，第二级分小于约140目。
11.权利要求8的方法，其中，精选级分流布置在分流器(92)上方。
12.权利要求11的方法，其中所述分流器(92)具有刀刃且位置可调。
13.权利要求8的方法，其中所述至少两段包含末段，且末段的精选级分包含至少约90重量％的倍半碳酸钠。
14.权利要求8的方法，其中至少一些段包含邻近传送带(86)的第一端(82)布置的去离子器(94)以将传送带(86)去离子。
15.权利要求8的方法，所述方法还包括在将第一级分引入到磁选机(100)之前分离出天然碱第一级分的小粒度部分并将至少一些分离出的小粒度部分与精选天然碱合并而获得至少具有预定的倍半碳酸钠重量百分数的精选天然碱产品。
16.权利要求8的方法，所述方法还包括从第一级分中机械筛分小粒度部分，其中所述小粒度部分的杂质度低于预定值。
17.权利要求16的方法，其中所述小粒度部分小于约40目。
18.权利要求8的方法，其中所述天然碱在低于约110的天然碱颗粒温度下干燥。
19.权利要求18的方法，其中所述天然碱在流化床干燥器(40)中干燥。
20.权利要求8的方法，其中所述磁选机包含至少三段且第二段的精选级分被送到第三段中。
21.权利要求20的方法，其中所述磁选机包含至少四段且第三段的精选级分被送到第四段中。
22.权利要求8的方法，其中所述至少一个磁选机包括至少二、三或四个磁选机，所述天然碱第一粒度级分被分成多个流，每个流都流入磁选机中。
全文摘要
一种精选天然碱的方法，所述方法包括供给经破碎和干燥的天然碱进料流。天然碱然后被分离成第一粒度级分和第二粒度级分。用至少一个磁选机从第一粒度级分中除去杂质。磁选机包括多段。各段包括包含第一端、第二端和传送带的传送系统。各段也包括布置在传送系统第二端处的磁辊和邻近传送系统第二端布置的分流器，所述分流器用于从天然碱中分离出磁性杂质级分而产生精选级分。至少一个传送带被去离子。气载尘粒从至少一个传送系统周围的区域中除去。
文档编号B03C1/16GK101084323SQ200580039845
公开日2007年12月5日 申请日期2005年11月15日 优先权日2004年11月19日
发明者詹姆士·D·菲利普, 威廉·E·斯图夫莱, 迈克·J·本图拉, 唐纳德·M·罗伯特森 申请人:索尔维化学有限公司