专利名称：粒状物料摩擦分选的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明是1989年3月17日申请的美国专利申请07/325/45的部分后续申请，该申请(07/325/45)则是1988年8月18日申请的PCT专利申请PCT/US88/02814的部分后续申请，而后者(PCT/US88/02814)又是1987年9月17日申请的美国专利申请07/097877的部分后续申请。
本发明涉及分离或精选两种或多种松散颗粒物料混合物(如两种或多种粒状或块状的矿物，且各物料具有不同的滑动摩擦系数)的新方法和装置。更具体地说，本发明涉及利用不相似物料的滑动摩擦系数差，将它们分离。另外，本发明还改进了不相似物料(如矿物混合物)的分离技术，其特征是，混合物组分的分离度主要是基于它们各自的滑动摩擦系数差得到的，而不是基于它们的形状或圆球度。
矿石和其它矿物开采时，常常含有一些杂质，也就是说，人们所需要的矿物常常与其它矿物掺杂在一起。因此，所需的矿物或矿石必须与所开采的物料的其余部分分离。
例如，滑石在自然界中以岩石形态存在，它通常都与其它的矿物结合在一起，如白云石，绿泥石、石英、黄铁矿、磁铁矿、方解石、长石、云母或它们的混合物。为描述方便起见，在本申请中，“白云石”应当理解为指白云石和/或上述的其它矿物，它们与滑石应当是掺杂着的或天然结合在一起的。在大多数情况下，原矿一般都是由占主导地位的一种矿物岩组成，如滑石岩，它与白云石岩或类似的矿物掺杂在一起。也可能有极小部分的含各种矿物混合物的砾岩块出现，例如，在同一岩石中，滑石与白云石结合在一起。
滑石一般通过人工分选或浮选的方法从其它矿物如白云石中分离。人工分选或手选依赖于矿物之间的视觉差别，例如颜色的变化、粒度、物块大小等人可感觉到的一些物性进行分选。人工分选显然是极其费力的，还可能引起包括腕关节综合症等的损伤。浮选法投资费用高，主要是由于浮选法中需要昂贵的设备。另外，还需要大量水，而大量的水在许多采矿地区例如蒙塔拿和澳大利亚等是不易得的。
为研究分选矿物的自动分选法，人们已进行了许多尝试，其中有光学分选，它依赖于光敏元件对被分离矿石或矿物表面的光反射的视觉差，沉降-浮选法，它依赖于被分离物料的比重差，以及以电泳或介电泳为基础的静电分离法，它依赖于混合物各组分导电率或形状的差别。然而，这些自动分选方法都没有完全成功，原因是它们受到粒子之间颜色的变化、形状的变化，比重差和矿物块大小的变化等因素的影响，而这才仅仅提到了几个因素。
现已研究出了许多根据颗粒形状自动分选的方法。例如，1912年6月18日颁发的Wilmot等的美国专利1030042和1916年7月11日颁发的Lotozky的美国专利1190926就公开了从伴生的岩石中分离煤的方法。用这些专利方法适宜分离的煤为颗粒状，并且通常基本上为球形。另一方面，包含板岩的伴生的岩石，必须基本上是以扁平的片状存在。
在Wilmot等的方法中，煤和伴生的岩石的混合物放在带转动圆盘的斜槽中，圆盘在斜槽的中部，煤通常为球形，滚下斜槽收集到斜槽底部的贮器中，而伴生的扁平的岩石一般滑入斜槽，存留在转动圆盘上，并在此被圆盘带走。在Lotozky的方法中，没有用斜槽，而是把煤和石块的混合物加到倾斜的转动圆盘表面，倾斜方向与圆盘的转动方向相反。煤仍为球形，在它原来的方向连续地滚过圆盘，扁平的石块停留在圆盘上并被带走。
这些分离方法都依赖于待分离颗粒的形状，特别是取决于待分离的颗粒是不是球形的程度。因此，在分选方法中，与其说是利用两种类型被分离粒子的滑动摩擦系数的差别，不如说是利用它们的滚动和滑动摩擦系数的差别。而且，Wilmot等和Lotozky的转动圆盘，仅仅用来从片石/煤物流中物理地带出片石或其它的扁平状的石块，而没有施加离心加速度来从存在的其它物料中分离煤。
仅以颗粒形状为基础的其它的自动分选方法和装置还包括例如1977年11月22日颁发的John的美国专利4059189所公开的内容。组成相同但形状不同的颗粒的分离仍然是根据被分离颗粒的圆球度，表现在它们的滚动和滑动摩擦系数的不同。另外一些基于被分离颗粒的圆球度来分离颗粒的自动装置公开在1969年12月23日颁发的Deinken等的美国专利3485360中。Deinken等的装置由一个转动圆盘组成，向该转动圆盘加入含同一组分的一般为球形和不规则形状、一般为非球形颗粒的混合物。球形颗粒滚下圆盘，而不规则形状的粒子被迫从圆盘表面移去。在1930年1月28日颁发的Johnson的美国专利1744967公开了另一种利用静电场的自动分离方法。Johnson的方法在不同的摩擦力下操作，而不同的摩擦力主要是通过施加静电来提高重力得到的，它利用了扁平粒子产生一比球状颗粒更强的静电场这一事实。
通过被分离粒子粘附性能的差别也已经研究出了自动分选的方法。参看1970年4月28日颁发的Conrad的美国专利3508645。在Conrad的方法中，粘性物料(例如鸡肉)通过静电键合力粘附在移动的平面上，而非粘性的物料(例如伴随的鸡骨)滑下移动的平面。
通过重力选矿(使用混合物各组分之间的密度差)的其它的分离方法已经用来分离混合物料。这些方法可以在矿石精选台上进行(振动台的形式。)。
上述的自动分选法都不是通过被分离矿物的滑动摩擦系数差来分离不同种类的矿物。
现在，人们已经发现了松散颗粒物料的混合物的成分，例如两种或两种以上的化学组成不同而物理结构相似的粒状或块状矿物混合物，通过新的分选技术可以相互分离，它是利用被分离物料的滑动摩擦系数的差别，因此避免了为实现它们的分离而把这样的材料制成不同的形状。
因而，本发明的目的是提供通过利用滑动摩擦系数的差值来分离不同物料的方法和装置，这些物料包括各种矿物，而不局限于此，它们具有不同的滑动摩擦系数。
本发明的另一个目的是提供利用由滑石和这些伴生矿物显示出的滑动摩擦系数差值从伴生的矿物和石块中分离滑石的方法和装置。以生产高级的滑石产品和高级的滑石混合物。
本发明的这些目的和其它的目的，以及特征、范围和利用，从下面的描述、附图及附加的权利要求中，本领域的技术人员将更清楚。
本发明是基于这样的发现，即任何两种或两种以上松散的颗粒物料的混合物，其每一组分与存在的其他组分的滑动摩擦系数有很大的差别，利用这种差值，可以将该混合物分选。
把这些要分离的颗粒混合物，通过与分离表面接触，在分离表面上该混合物的各个组分显示出滑动摩擦系数的差值，由于它们的滑动摩擦系数的差值，在分离面上移动时各个组分存在着差距，从而实现它们之间的分离。物料显示出不同滑动摩擦系数的分离面。可以是装置的一部分，在这个装置中，把加速力或减速力施加给物料，以使混合物料各个组分在分离面上产生不同的滑动位移。这样的装置可以是实现这种分离的任意的结构，它包括(但是不局限于)滑板、转动圆盘、离心机、转动圆筒、振动台等。
图1是本发明的转动圆盘装置的俯视图，它有一与加料滑槽连接的加料输送器，和一刮刀叶片，以把待分离的物料送到圆盘表面，并在此进行分离。
图1a是本发明的转动圆盘装置的一个改进的实施例的部分平面图。
图2是图1中的转动圆盘装置的侧视图。
图3是本发明转动圆盘装置一部分的放大平面图。
图4是图3沿线4-4剖视的一部分剖视立视图。
图5是本发明振动台装置的俯视图，被分离的物料用螺旋输送器送到振动台表面，并在此进行分离。
图6是图5振动台装置的侧视图，它示出了振动台装置的倾角。
图7是图5振动台装置的正视图，它示出了振动台的斜度。
根据本发明，可以通过利用物料间滑动摩擦系数的差值来分离的松散粒状物料的混合物是矿石和出自原矿的粒状或块状矿物。在这些情况下，所需要的矿物或矿石与全部或部分其他材料组成的石块分离。诚然，天然的矿物混合物，如滑石、白云石、绿泥石、石英、黄铁矿、磁铁矿、方解石、长石和云母的任意的组合，如滑石和白云石，滑石和绿泥石、绿泥石和白云石，绿泥石和石英等等是特别适宜以这样方式分离的。滑石是一种羟基化了的镁硅酸盐，如上所述，其天然存在形式是与各种各样的矿物伴生形成岩石。这些矿物最通常的是白云石、绿泥石、石英、黄铁矿、菱镁矿、方解石、长石和云母。来自滑石矿的原矿加到某一个分离方法中(包括本发明的方法)，通常是以石块混合物的形式，从细的粒子直到大约20吋的特征尺寸的粒子。在大多数情况下，这样的混合物的每种石块都是由占优势的一种矿物组成，也可能有很小一部分含矿物的混合物的成团的石块存在。原矿也可以包含沙子，其他的类似石块的颗粒和尾矿(杂质)。
根据本发明，通过利用它们各个组分的滑动摩擦系数之差可以分离这些矿物混合物。在广义上说，摩擦系数是物体在表面上移动的阻力的量度，它以下面的三种形式之一来表示。即静摩擦、动摩擦或滚动摩擦系数来表示。静摩擦系数(这三种摩擦力中最大的一个)是物体在表面上开始移动所要求的力的量度，它通过物体在表面上开始移动所要求的倾角的切线值来计算。动摩擦系数虽然比静摩擦系数小，但在低的速度下，与静摩擦系数没有明显的差别，它是维持物体在表面上滑动所需要的力的量度。动摩擦系数通过在表面上移动的物体维待恒定速度所要求的倾角的切线值来计算。物体的静摩擦或动摩擦系数被称为该物体的滑动摩擦系数，它是物体滑动阻力的量度。
然而，所表示的摩擦系数乘以垂直于表面的物体的力时，就得到以恒定速度沿表面移动的物体所需要的力，或在静摩擦系数情况下，启动物体移动的力。
物料的滑动摩擦系数不仅是物体本身固有的，它还与与物料接触的每个表面有关，它受到下列因素的影响，即表面硬度的变化、表面加工的光滑度、表面是非晶形的程度、物料颗粒的大小、以及在表面或与物料相接触的表面上有何种涂层，例如流体、灰尘或其他的污染物。因此，具有相似物理结构但是有不相似的化学组成的松散粒状混合物，用本发明的方法和装置，根据它们在某一特定的表面上显示出的滑动摩擦系数的差别，就可以将它们分离，而不受石块大小或几何形状的影响。
根据本发明，物料混合物的分离是根据滑动摩擦系数的差别，通过速度差分选、滑动保持分选或差动制动分选的任意的方式实现的。它取决于如何使被分离的物料混合物在表面上移动作为混合物组分的滑动摩擦系数的函数。
在速度差分选中，被分离的物料之一将以比其他物料快得多的速度在表面内滑动。当平行于表面的法线的物料混合物的加速度大于物料混合物组分的滑动摩擦系数时，这几个组分将沿着表面以与滑动摩擦系数成反比的一个速度运动，因此，对表面的滑动摩擦系数越小，组分的运动将越快。
在滑动保持分选(Slide-retainSorting)中，被分离混合物中的一种物料沿表面移动，而其他的则保持静止。平行于表面法线的加速度，它与物料的滑动摩擦系数成正比，这样，具有较低滑动摩擦系数的组分，将沿表面移动，而具有较高滑动摩擦系数的组分，将在表面上保持静止。
在差动制动分选中(速度差分选的一种改进)，当被分离的物料以相同的初速度送到表面的时候，向下流动的某种物料比其他的物料流得快。平行于表面的法线的物料移动的减速度与它的滑动摩擦系数成正比。因此，具有较高滑动摩擦系数的物料比具有较低滑动摩擦系数的物料流动得慢得多。
根据本发明，实现物料分离的装置包括，把被分离的物料输送到表面的装置，在该表面被分离的物料的滑动摩擦系数有很大的不同，以及施加力的装置，它使这些物料在表面内产生运动，以显示这些摩擦系数的差别。就其本质来说，施加的这些力可以是加速力也可以是减速力，它们包括重力和离心力。
在实施本发明中可以使用的一种类型的装置一般称为转动圆盘分选装置，例如在图1和图2中分别表示的俯视图和侧视图。当使用这种装置的时候，多组分的粒状混合物，如矿物混合物，如滑石和白云石的混合物是由加料系统的装置加到分离面上。在该加料系统中，多组分的混合物是从料斗110加入振动加料器112，振动加料器112包括筛网114，当多组分的混合物通过振动加料器112加入的时候，筛网使细的和其他的外来的小颗粒物料从系统中除去。筛网114可以用穿有孔径大约为1.5吋孔洞的薄金属板组成。筛分过的除去较小尺寸颗粒的物料混合物通过滑板装置116从振动加料器112加到加料输送器118。滑板装置116可以为任意的倾角，较好地是有一个V-型槽，以加速和把被分离的粒子或石块一起堆放在加料输送器118上。例如，滑板装置116可以有一个30度V-型槽，与水平面倾斜成35度角。这就为混合物粒子提供了合适的方法和间隔，以便圆盘装置122发挥出适当的功能。物料混合物沿加料输送器118运动到加料滑板120，它用作把粒状混合物从加料器118输送到转动圆盘122的分离面。例如，加料滑板120可以为3呎长，具有16度的倾角。加料输送器118可以适宜的速度操作，最好是以能够使物料混合物离开加料滑板120到圆盘122上所具有的速度操作，这个速度要大致等于圆盘122在该点的切向速度，即在转动圆盘122加料点的切向速度。加料输送器118的速度一般将比处于加料点的圆盘122的切线速度大，因为当物料混合物滑下加料滑板120时，物料混合物的加速能量趋于消失，物料混合物就碰到刮刀的叶片124，在圆盘122的分离面上又改变了方向。举例说明，当圆盘122直径为6呎，转速为30转/分时，在圆盘122的半径18吋的加料点处，加料输送器118以每秒7呎的速度操作，它使物料混合物从加料滑板120加到圆盘122的分离面时，物料混合物的速度为4.7呎/秒。这也大约是圆盘122在半径为18吋处的加料点的切线速度。在低的加料速度时，加料滑板120也可以包括一个本发明的分离面，这样就可以对物料施以加速或减速力，进一步提高了物料混合物的分离效果。在较高的加料速度时，由于物料混合物的相互作用，加料滑板120不再具有分离面的功能。在这样的相互作用中，具有较低滑动摩擦系数的物料组分推动具有较高摩擦系数的组分向下到加料滑板120，其结果是当物料混合物来到与转动圆盘122接触时，物料混合物基本上具有相同的速度。例如，滑石和白云石的混合物的加料速度大约为40吨/时，当它们与圆盘122接触时，滑石和白云石的速度接近相等。加料滑板120的表面与转动圆盘122的表面可以相同，也可以不相同。所使用的加料刮刀叶片124，可调节到没有间距，用来把粒状混合物的颗粒或石块一起堆放在圆盘122表面上，以便阻止这种物料的任何部分被其余混合物推出或捕集。加料刮刀124可以为某一结构，使物料混合物放置在圆盘122上，而不产生跳动或滚动的物料混合物。较好地加料刮刀叶片124是弯曲的，其中弯曲度可以任意改变加料点，加料点的改变取决于粒状混合物的组成、被分离的颗粒或石块的大小和它们的滑动摩擦系数的差别以及圆盘122的转动速度、直径，表面材料和外形之类的这些因素。圆盘122的直径可以为足以有效分离的任意尺寸，较好地是直径约为2呎到30呎。
如图1和图2所示，圆盘122按逆时针方向绕轴126用电动机(未示出)之类的一般装置带着转动。圆盘122的转速应该是使构成粒状混合物的二种或多种不同物料能产生速度差，这是以物料各自的滑动摩擦系数为基础的，而速度差将取决于在特定时间下究竟采用何种方案，即实施本发明时可以采用的三种方案中的哪一种-速度差分选，还是滑动保持分选，抑或是差动制动分选。对一个给定的圆盘，当混合物中的粒子的特征尺寸减小的时候，圆盘的转速将提高，以克服由细粒和其他的物料引起的圆盘表面的摩擦特征的影响。而对一给定的粒状混合物组成和产量，当圆盘122的尺寸增加的时候，它的转速通常将降低。圆盘122的转速可以为任意速度，然而，由于加工和使用的物理限制，圆盘122较好的转速大约为14转/分到22转/分。
具有较低的(或最低的，在有三种或三种以上组分的情况下)滑动摩擦系数(对圆盘122的表面)的粒状混合物的组分在圆盘表面上滑向圆盘122的周边，并落下，收集在料箱130中，并用诸如输送器132之类的装置从这里将它们移去。对圆盘表面具有较高滑动摩擦系数的组分保持静止或以较低的速度向圆盘122的周边运动，并从位于圆盘周边的一个位置移去，该位置与具有较低滑动摩擦系数的物料从圆盘移去的位置不同。在转动一圈后，残留在圆盘122表面的物料通过废料刮刀叶片140或其他适宜的装置，如刮板、空气喷射器、真空或其他的装置，被迫地从圆盘表面除去，进入废料箱142。料箱142内的物料通过输送器144装置除去。在料箱130和142之间的圆盘周边上可以设置附加的料箱(未示出)和除去装置(也未示出)。回收的物料组分的比率将取决于附加料箱在料箱130和142之间的位置。其除去的具有较低滑动摩擦系数的物料的百分数，随附加料箱与料箱130之间距离的减小而增加。从这些附加料箱回收的物料可以进一步进行分选，如返回加料料斗110或送往其它的分离或分选工艺。
为了改变或调节装置的分离特性，圆盘122的表面，可以通过水喷射装置150润湿，以得到不同的摩擦面特性。采用清扫装置158从圆盘122表面除去与被分离的松散颗粒物料不同的物料，例如沙子和碎屑。清扫装置158可以由转动的尼龙刷装置或从圆盘122表面有效地除去外来物料的任何其他的适宜的清扫装置，包括(但不局限于)转动的刷装置、流体喷射装置、真空装置、刮板或它们的组合装置。
圆盘122表面的外形可以改变，这取决于在分离方法中所用重力的大小。任何适宜的外形都可以采用，包括(但不局限于)径向截面是平的、凹的、凸的或浅圆锥形的表面。在平圆盘的情况下，被分离物料的至少一个组分滑动所要求的最小加速度将与它在圆盘表面上的滑动摩擦系数相等，这是因为这种物料垂直于圆盘表面平面的作用力等于这种物料的重量。
如图1和图2所示装置的圆盘122优选为凹面，一般为如图3和4所示的截头圆锥形的外形。这样外形的圆盘提供了具有较大容量的装置，因此，在一定的时间期内，允许较大量物料的分离。凹面的外形也有助于阻止被分离物料的跳动和滚动。在本发明的一个优选的实施方案中，选择了圆盘122的表面外形，结果是被分离物料混合物各组分的加速度保持恒定，特别是在表面的分离区域内。
具有这样优选外形的圆盘122的详细结构如图3和图4所示。如图所示，圆盘122带有一轮毂160，其截面为多角形，由键162固定到转动驱动轴126上。许多支撑部件164(这里示出的是伸长的管状结构部件)牢固地连结到轮毂160上，并从这里径向地延伸。部件164对轮毂160的连结是利用把每个部件的一端对头焊接到邻近轮毂的端板166来实现的，该端板带有许多用于容纳固定该板的连结螺钉168的孔，并由此把部件支撑到轮毂上。
径向延伸的支撑部件164支撑圆盘122，圆盘由钢板170的截面构成。钢板170的外形(最好如图4所示)确定了中心水平表面172，外部的圆形水平表面174，术语“支架”和中间的环形过渡区176是由一平截头圆锥体构成。板170的截面与支撑件164利用许多集中设置的成对排列在边上的圆环形钢条178成垂直的空间关系支撑。在成对的钢条178之间延长的部分是许多螺栓180，螺栓带头182的那端设置在支撑件164的内部，而它的带螺纹的那端连接到板截面170中，板截面170钻孔并带有分接头以接收螺栓。此后，螺栓的各端与板表面磨平，以便为本发明物料的分离提供一个连续的表面。
在操作中，筛分过的直径范围为约1.5英寸至约30英寸的粒状滑石和白云石的混合物，通过由侧面隔开的叶片24和124(图1和图2)形成的通道的卸料端，堆积在图3和图4所示的板170的表面。供给的混合物主要堆积在圆盘表面的中心部分172;然而，堆积在倾斜的过渡部分176的一些颗粒对分离的性能没有不利的影响。实际上，为了防止混合物颗粒的滚动或跳动，它们在转动板170卸料点的线速度基本上与板170在该点的切线速度相同，因此，起初颗粒对板的相对速度基本上为零。
由于板170的旋转运动，由于混合物颗粒的任何跳动或滚动得到了阻止，这些颗粒产生的径向移动就与混合物各组分的滑动摩擦系数成正比。因此，与白云石相比，在钢板上具有较低滑动摩擦系数的滑石将以比白云石较大的速度径向地移动，越过板面，结果，滑石将通过过渡部分176到支架174，并最终卸入料箱130。
较好的是，计算过渡部分176的倾角，使其抵销白云石颗粒的离心加速作用，以便把它们保留在圆盘122的中心区，通过叶片140最后偏转进入料箱142。因此，根据圆盘122的转速和板170的直径，本发明可以用约4度直到最大约25度的倾角来实施。在所列举的装置中，其中的板170有一直径为14英寸的外周边，它以约176rpm的速度转动，确定约4.8度的倾角即足以达到充分的分离。当然，当板的直径和圆盘的转速增加时，过渡部分的倾角应当相应地增加，以保证滑石从白云石中的准确分离，而不牺牲收率。
大家将会认识到，用弓形挡板22和支架部分174相配合的方法，分离的滑石将由板保留在支架上，直到通过叶片21直接流入料箱130为止。利用这种结构，接收滑石所需的料箱130的长度减少到一个可接受的比率。
图5、6和7，分别地是俯视图、侧视图和正视图，各自地表示在实施本发明中所使用的振动台形式的另一类型的装置。多组分的粒状混合物从料斗210加到螺旋输送器212，然后把这物料混合物加到振动台225的表面230上。振动台225以循环加速力的方式使它进行振动，通常成一个角度并且如图3中箭头226所标出的方向，这个角度可以改变，但最好与水平成30度左右角。这种加速力作用于被输送到振动台225表面230上的粒子上，通过一系列被称为投掷和抓住的作用，在被投掷作用期间，粒子被向前抛，而施加了加速作用力，被抓住的粒子就落在表面上，因此加速作用力就停止。粒子的运动路径由传递给振动台225的振动的振幅和频率决定。提高振幅或推力，向前运动的粒子的行程就有更大的差别。在给定的时间期间内，提高振动频率，向前抛出的粒子的数目就增加。
在振动台225操作期间，多组分颗粒物料受到两个力一个是作用在加料方向的循环加速力，另一个是重力。因此，循环加速力，即传递给振动台225的振动的力，将颗粒向前抛。当颗粒混合物与表面230接触的时候，具有较高滑动摩擦系数的组分在表面230上基本维持静止。具有较低滑动摩擦系数的组分与表面230接触并滑动。滑动方向取决于对粒子行使的重力，由表面230的斜坡260和倾角270决定。
在每个振动中，颗粒用大约为重力的三倍(3g)到25g的加速作用力被向前抛出。颗粒向前抛的距离取决于颗粒的滑动摩擦系数。具有较高滑动摩擦系数的颗粒比具有较低的滑动摩擦系数的颗粒向前抛得更远。当推力增加时，振幅就减小，如当推力从8g增加到约25g时，振幅大约从1/2吋减小到大约1/64吋。振动频率将取决于颗粒的大小。调节振动台225的斜度260和倾角270，以便使具有较高滑动摩擦系数的颗粒混合物的组分在表面230上不滑动，而具有较低滑动摩擦系数的组分将滑动。因此，当加料方向是向上升时，使颗粒混合物达到分离。振动台225的表面230的倾角270如图4，可在与水平面成从0度到45度角的范围内变化。倾角270常常用于帮助使颗粒混合物分散在振动台225的表面230，使被分离的颗粒具有不同的速度。振动台225的斜度260如图5，它也可在与水平面成0度到45度角左右的范围内变化。当振动台225的表面230的斜度260增加的时候，颗粒混合物向前的运动受到抑制，颗粒向前运动的这种抑制作用能够使所利用的表面缩减。调节振幅和频率以使与振动台225的倾角270和被分离颗粒的平均粒径相匹配。如5/8吋的滑石和白云石粒子的混合物，在一润湿的氧化铝表面振动台上，振动台的斜度为10度，倾角为5度，用振幅3/8吋和频率为500转/分可以将其分离。具有较高滑动摩擦系数的颗粒混合物，通过加料方向的一循环加速力，向上输送到表面230上，并排入料箱240。料箱240内的物料通过输送器242之类的适宜装置可以卸出。具有较低滑动摩擦系数(或在三种或三种以上组分的情况下，最低的)在振动台225表面的颗粒混合物组分在与加料方向相反的方向，也就是向下的方向滑落在表面260上，并排入料箱244，它可以通过输送器246卸出。这种装置特别适合于分离特征尺寸为6吋或6吋以下的物料，较好的特征尺寸是1吋或1吋以下。为了使表面230具有不同的摩擦特征，常常用水喷射器250润湿表面230。由于表面230基本上自己清扫表面，因此，不需要用清扫装置。
当实施本发明的-速度差值分选、滑动保持分选和差动制动分选或它们的组合的时候，图1至图7的装置，用这三个可以利用的实施方案中的任何一个，就可以用于分离物料混合物。在其他的一些因素中，采用特定的分选方法将取决于物料混合物的组成，混合物每种组分的相对含量、混合物的特征尺寸、混合物中特征尺寸的范围、分离面以及在把物料混合物引到分离面之前施加给物料混合物的初速度(如有)。
较好的表面材料是能扩大被分离物料的混动摩擦系数之间的差别的那些材料。然而，任何表面材料都是可以接受的，实际上，只要被分离的物料在这样的表面上它们的滑动摩擦系数有差别就行。滑动摩擦系数的差值越小，分离变得越困难，直到甚至改进设备的设计都不能使分离完全或良好地进行。
对特定的表面，滑动摩擦系数越高，部分的或全部的物料产生滚动或跳动的可能性就越大，而实施本发明的时候，要避免产生滚动或跳动这一情况。滚动或跳动物料将不能有充足的时间接触表面，以产生本发明的分选方法最为关键的滑动摩擦系数的差值。
可以用作实施本发明的分离表面的材料，在其上被分离的物料的滑动摩擦系数显示出很大差别的材料有陶瓷材料，例如耐摩擦的瓦和砖，金属如低碳钢或不锈钢之类，以及高密度的耐磨损塑料材料，如高分子量的聚乙烯。分离表面材料较好地将是对被分离的颗粒物料耐磨损的材料，因为表面磨损对分离过程有相反的影响。因此，表面的硬度最好是和进行分离的颗粒混合物的最硬的组分的硬度相等或更大。
对于分离滑石和白云石混合物的特别好的表面材料是由很细颗粒的85%氧化铝(Moh硬度为9.3或更高)产品，例如Cerasurf Al2O3砖制成的氧化铝陶瓷表面(Ceors陶瓷公司，Colden，Colorado)，而特别好的是用水润湿了的这样的表面。
分离表面本身基本上是光滑的。基本上没有任何凹凸不平的未破损的表面，而那些凹陷或突出物当被分离的物料混合物经过表面时，会影响它们的运动。当使用几个表面段时，其材料可以相同，也可不同，这些表面段最好是用一般的方式例如铺沙整理，以便这些部分是平的或平坦的。例如，当使用耐磨损的砖如Cerasurf Al2O3砖的时候，砖要对齐，它们之间并且灌浆，以得到基本光滑表面。突出的某些边缘，用砂轮磨，刮或锉，以得到一个平整的表面或基本平整的表面。
图1a表示转动圆盘122的另一个实施方案，该圆盘122特别适合于在图1的布置中使用，在使用中经受了严重的磨损和/或损坏情况。转动圆盘122在所有方面都和图1实施方案的圆盘122相似，除了用处理钢板在圆盘上极易磨损和/或损坏的区域形成一圆环123以外。人们已经发现，用低碳钢在板上做成一圆环123，板上所暴露的滑动表面用喷沙或喷射硬化法进行硬化，所形成的表面对滑石的滑动摩擦系数和对白云石的滑动摩擦系数与这些物料在Cerasurf Al2O3砖上的滑动摩擦系数基本相同。(参看图1实施方案的有关部分)。
在实践中，在给定滑动表面上，白云石的滑动摩擦系数是滑石的二倍左右时，得到的结果最好。然而，只要被分离的物料在滑动表面上的滑动摩擦系数有相当的差值，其结果就是可接受的，但不是最好。在从白云石中分离滑石的过程中，用滑动摩擦系数为0.53左右的白云石和滑动摩擦系数为0.25左右的滑石，得到的结果最好。用滑动摩擦系数为0.45-0.55的白云石和滑动摩擦系数为0.20-0.25的滑石，得到的结果可接受。各自的滑动摩擦系数的比率较低时，通过调节设备的操作条件，也可以进行操作。如，使用圆盘以较低的转速操作，和/或降低物料的加料速度。
用水或其他的流体使表面润湿，可以使滑动摩擦系数的差值增大。在某些情况下，当润湿表面对某一个组分的滑动摩擦系数没有明显的影响时，它却可以大大降低另一组分的滑动摩擦系数。此外，对某些物料，使用流体有助于扩大两个组分的速度差值，这显然是由流体的润滑效应引起的。
根据本发明被分离的粒状混合物的组分，较好地是石块的形状，而不是微粒，它的特征尺寸有较大的范围，最小的与最大的特征尺寸的比率为1-6。当尺寸的范围窄的时候，分离效应和处理能力都提高，在把物料混合物送到分离面之前，与物料混合物伴生的沙子和微粒最好要除去。除去手段包括被分离物料混合物的筛分和冲洗。
本发明的上述讨论，主要直接描述最佳的实施方案及其实施。本领域内的技术人员十分清楚，在这里描述的一些概念的实际补充中的进一步的改变和改进，是容易进行的，而没有违背本发明的精神和权利要求所限定的本发明的范围。
权利要求
1.一种基于物料的组成来分离不同组分的两种或多种松散颗粒物料混合物的方法，包括下列步骤选择表面材料，使上述混合物的各个组分之间显示出不同的滑动摩擦系数；在一定的条件下，把上述混合物加到上述表面上，以便产生滑动；对混合物施加力，使混合物与上述表面之间产生相对的滑动，除了在上述混合物中的滑动外，阻止其它的运动；根据混合物各组分的速度差，分离上述混合物的各松散组分。
2.根据权利要求1的方法，其特征是包括转动上述表面的步骤，由此，通过离心作用使上述的物料产生运动。
3.根据权利要求2的方法，其特征是包括把上述的混合物以一定速度加到上述表面上的步骤，而该速度基本上等于所述表面在上述物料堆积点处的切线速度。
4.根据权利要求3的方法，其特征是包括使上述混合物中的至少一个组分在上述表面的区域内维持恒定加速度的步骤，在此进行分离。
5.根据权利要求1的方法，其特征是包括使上述表面相对于水平面倾斜的步骤和使上述表面振动运动的步骤，由此，具有不同滑动摩擦系数的上述颗粒，沿分离路径通过上述表面。
6.根据权利要求1至5中任一项的方法，其特征是上述混合物包括粒状的像岩石的松散颗粒物料。
7.根据权利要求6的方法，其特征是，上述混合物包括滑石和白云石。
8.根据权利要求7的方法，其特征是，混合物的各个组分对上述表面的滑动系数比大约为2比1。
9.根据权利要求8的方法，其特征是，白云石对上述表面的滑动摩擦系数比大约为0.45到0.55，而滑石约为0.20到0.25。
10.用于分离两种或两种以上不同组分的松散颗粒物料混合物的装置，包括一个由能使各种颗粒物料之间产生不同滑动摩擦系数的有效的材料制成的分离面，在一定条件下，把上述混合物加到上述表面的装置，以便相对于上述表面产生滑动运动，使上述表面运动的装置，以便把滑动运动施加给越过上述表面的混合物，由此，上述物料的各个组分将沿速度决定的路径通过上述表面，和在上述不同路径的终点收集上述混合物各组分的装置。
11.根据权利要求10的装置，其特征是，上述表面包括一种能使上述的颗粒物料之间产生的滑动摩擦系数比大约为2比1的有效材料。
12.根据权利要求11的装置，其特征是，上述的粒状物料是滑石和白云石，而上述的表面材料对白云石产生的滑动摩擦系数大约为0.45到0.55，而对滑石大约为0.20到0.25。
13.根据权利要求12的装置，其特征是，上述的表面材料包括一种陶瓷材料。
14.根据权利要求12的装置，其特征是，上述的表面材料包括金属材料。
15.根据权利要求12的装置，其特征是，滑动表面包括易磨损区域有金属的陶瓷材料。
16.根据权利要求10的装置，其特征是，上述的分离表面由在转动圆盘上的表面确定，且包括转动上述圆盘的装置。
17.根据权利要求16的装置，其特征是，加料装置包括把上述的混合物料以一定的线速度加到上述分离面的装置，该线速度基本上等于上述圆盘在把上述混合物料加到上述表面上的那点的切线速度。
18.根据权利要求17的装置，其特征是，上述的加料装置包括一可移动的输送器，用来把预定的线速度施加给上述的混合物料，还包括把上述的混合物料从上述的输送器加到上述圆盘上的装置。
19.根据权利要求18的装置，其特征是，上述物料的输送装置包括一个向下倾斜的基本上为V型的槽。
20.根据权利要求17的装置，其特征是，上述转动圆盘包括一分离面，该分离面的一部分通常为凹面形。
21.根据权利要求20的装置，其特征是，凹面部分阻止上述混合物料中的某一组分离心地产生径向运动，但不阻止其它的组分。
22.根据权利要求21的装置，其特征是，凹面部分用一平截头圆锥形部分构成，其倾角足以阻止白云石离心地产生径向运动越过上述板，而不阻止滑石。
23.根据权利要求22的装置，其特征是，上述的倾角大约为4-25度。
24.根据权利要求23的装置，其特征是，上述的倾角约为4.8度。
25.根据权利要求22的装置，其特征是，上述分离面在上述转动圆盘上有一径向的内部和外部的基本上水平的表面构型，上述外部表面高于上述内部表面，并且有一位于其间并连结上述水平面的平截头圆锥。
26.根据权利要求25的装置，其特征是，所述混合物主要是加到上述内圆周表面上。
27.根据权利要求25的装置，其特征是，包括一个邻近上述外部表面的栅栏，一个滑石收集料箱，和与上述混合物加料装置径向地相隔开的在上述栅栏中形成孔的装置，以使把滑石卸入上述料箱。
28.根据权利要求27的装置，其特征是包括穿过上述外部表面的第一挡板装置，它与上述栅栏中的孔相配合，把滑石卸入上述料箱。
29.根据权利要求28的装置，其特征是，包括一个与上述滑石料箱角向地相分开的收集白云石的料箱，和与上述第一挡板装置相配合，从上述圆盘把白云石卸入上述白云石料箱的第二挡板装置。
30.根据权利要求10的装置，其特征是，上述的分离面是以倾斜方式设置的一个平面，用于把振动传递给上述面的装置，由此，上述的颗粒物料沿着各自的路径通过上述平面，在各自路径的端点的分开的收集装置，用于收集被分离的混合物料。
31.根据权利要求30的装置，其特征是，上述滑动面的倾斜配置与上述的振动面配合，对上述的颗粒物料施加一循环的加速度和重力，以把上述物料的各自组分引向上述分离的路径。
32.根据权利要求31的装置，其特征是，上述滑动面的倾斜配置由上述平面的斜度和倾角确定，当对上述表面在加料方向每次施加有效的循环加速力时，就影响到上述颗粒各个组分的相应的运动，而上述的重力中间的循环加速力被用于操作时，只对上述混合物中具有较低滑动摩擦系数的那个组分的滑动运动有影响。
33.根据权利要求32的装置，其特征是，上述表面的斜度和倾角各是一个直到45度的数值。
全文摘要
本发明公开了两种或多种松散颗粒物料(上述物料中的每一种组分都具有不同的滑动摩擦系数)的分离方法，该方法是利用对上述混合物施加一个力，以在一个混合物的滑动摩擦系数起作用的平面内使它们产生运动而引起的速度差。还公开了实现这些分离过程的几种装置。
文档编号B07B13/11GK1040335SQ8910440
公开日1990年3月14日 申请日期1989年5月16日 优先权日1989年3月31日
发明者卡尔·W·尼科斯, 迈克尔·J·洛兰, 迈克尔·O·沃尔德, 杰里·W·雷菲尔德 申请人:塞浦路斯矿业公司