專利名稱：鐵磁流體靜力分選機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及有用礦物的選礦領(lǐng)域，更確切地說，是涉及鐵磁流體靜力分選機(jī)。
本發(fā)明可以極成功地在有色冶金中用于按密度分選非磁性的有色金屬再生原料。
本發(fā)明也可以用于礦石的加工工業(yè)以便對(duì)礦石進(jìn)行分選。
目前有一種愈來愈明顯的傾向，就是在可采用的有色金屬礦石中有用組分的含量愈來愈低，而在世界范圍內(nèi)對(duì)有色金屬的需求量卻日益增長，這就導(dǎo)致必須擴(kuò)大對(duì)電子技術(shù)工業(yè)和某些類型電纜的多組分有色廢金屬的利用。但是世界上還沒有用于按合金牌號(hào)的組別來分選的工業(yè)用生產(chǎn)設(shè)備，這就不能充分利用這些廢金屬來補(bǔ)充有色金屬的短缺量。
日本和美國的某些公司在鐵磁流體靜力分選機(jī)的試驗(yàn)樣機(jī)上按密度分選粉碎的有色金屬廢料方面的分選工藝和所進(jìn)行的研究取得了一定的成就。
日本的“Xutakkuceucaky”公司在試驗(yàn)用的鐵磁流體靜力分選機(jī)上實(shí)現(xiàn)了從汽車的廢金屬中回收有色金屬-鋁、鋅、銅，該鐵磁流體靜力分選機(jī)包含有一個(gè)容器和一個(gè)電磁系統(tǒng)，容器中盛有鐵磁性液體，這種鐵磁性液體由煤油和分散相-由油酸所包裹的粒度為100A的磁鐵礦粒子所組成，上述容器配置在磁極之間的空隙中。容器配置有加料裝置以便加入粒度為6-25mm的汽車廢金屬。分選機(jī)不能保證有效地從廢金屬中回收鋁。鋁的回收率為80%，而含在廢金屬中的20%鋁卻回收到銅和鋅的混合物中，這導(dǎo)致后者摻雜。
美國礦務(wù)局生產(chǎn)并試驗(yàn)了一種鐵磁流體靜力分選機(jī)的試驗(yàn)樣機(jī)，用以從工業(yè)和生活廢物燃燒時(shí)所得到的機(jī)械混合物中回收有色金屬。
該分選機(jī)有一個(gè)容器，它處于磁力系統(tǒng)的磁極間的空隙處，并裝有鐵磁性液體，該液體是一種在加有7-12%油酸的煤油溶液中的磁鐵礦懸浮液。磁力系統(tǒng)的磁極相對(duì)水平面成一傾角，這就保證了鐵磁性液體的傾斜面，其方向是向著排出分選出的混合物粒子。分選機(jī)具有一個(gè)用于提供給要分選的機(jī)械混合物的裝置，該裝置固定在容器上，分選機(jī)還有一個(gè)用于排放分離出的機(jī)械混合物粒子的裝置。
把一種含有58.5%鋁、14.8%鋅、19.7%銅和鉛、錫、氧化硅的機(jī)械混合物放在分選機(jī)中進(jìn)行分選。該分選機(jī)不能保證有效地分選出鋁，因?yàn)榉诌x出的鋁中混雜有5.5%的銅和10.7%的鉛。這種不合格的產(chǎn)品由于需要進(jìn)一步的分選而導(dǎo)致附加的消耗，這就提高了該工藝流程的成本。
在蘇聯(lián)，制成了并成批生產(chǎn)一種鐵磁流體靜力分選機(jī)，它在研究非磁性礦物的可選性和它的礦物成份時(shí)用于進(jìn)行快速分析。這種分選機(jī)的實(shí)際應(yīng)用表明，在進(jìn)行快速分析時(shí)，它具有高度的準(zhǔn)確性。該分選機(jī)按周期性的制度工作并且生產(chǎn)率低(50公斤/小時(shí))。
在鐵磁流體靜力分選機(jī)上分選機(jī)械混合物的方法的實(shí)質(zhì)在于，作用于鐵磁性液體內(nèi)的固體粒子上的力，除了阿基米德排斥力之外，還有一種液靜壓力，這種液靜壓力是由于在鐵磁性液體內(nèi)的不均勻磁場(chǎng)作用而產(chǎn)生的，這種磁場(chǎng)是由分選機(jī)的磁力系統(tǒng)激發(fā)產(chǎn)生的激勵(lì)磁場(chǎng)。
處于鐵磁性液體中的由不同密度的粒子組成的機(jī)械混合物的分選條件應(yīng)符合下列不等式ρ1＜ρa(bǔ)＜ρ2其中ρa(bǔ)-液體的視在密度;
ρ1-輕粒子的密度;
ρ2-重粒子的密度。
在分選機(jī)的不均勻磁場(chǎng)中的鐵磁性液體的視在密度由下列公式來決定ρa(bǔ)=ρf+ (μo·K)/(g) ·H·grad H, (I)其中ρf-鐵磁性液體的物理學(xué)密度;
K-鐵磁性液體的體積磁化率;
μo-磁性系數(shù);
H-在有物料粒子區(qū)域中的磁場(chǎng)強(qiáng)度;
gradH-在有物料粒子區(qū)域中的磁場(chǎng)強(qiáng)度梯度;
g-自由落體加速度。
在鐵磁性液體中的每一個(gè)機(jī)械混合物粒子都受到下列幾種力的作用1)重力Fg＝V·ρ·g，其中，V，ρ分別為球形粒子的體積和密度，其體積V＝πd3/6，而對(duì)于其他形狀的粒子，V＝πd3e/6，其中dl-等效直徑;
2)液靜壓力Fl，由作用于被粒子所置換的液體體積上的磁場(chǎng)的有質(zhì)動(dòng)力來決定Fe= Vμ0·K·H·grad H= (πde3)/6 ·μ0·K·H·grad H;(2)3)浮力(阿基米德力)Fa = Vρf·g= (πde3)/6 ·ρf·g(3)當(dāng)鐵磁性液層中的粒子運(yùn)動(dòng)時(shí)，它要受到流體動(dòng)力學(xué)阻力的影響，這種阻力取決于粒子的速度和加速度、粒子的密度、大小和形狀以及鐵磁性液體的粘度。如以雷諾數(shù)Re＝20-350來表征鐵磁性液體的粘度，則這個(gè)力的數(shù)值可由牛頓-里廷格(HbtotoH-PuttuHep)公式來求出;
Fv＝ (π)/12 ·ν·de·ρf其中ν-粒子的移動(dòng)速度。
雷諾數(shù)Re＝ν·de·ρf/n表征液體流動(dòng)的狀態(tài)。
在對(duì)粒度小于1毫米的有色金屬廢料機(jī)械混合物進(jìn)行分選時(shí)，作用于粒子上的起決定性的力將是粘滯阻力，該阻力可按斯托克斯公式求出Fν＝3π·η·ν·de其中，η-絕對(duì)粘度系數(shù)。
在由分選機(jī)的磁性系數(shù)激發(fā)的不均勻磁場(chǎng)作用于鐵磁性液體的情況下，該液面的形狀就相當(dāng)于在兩種介質(zhì)(即液-氣)分界面上的磁力線的形狀。這時(shí)液面呈凸弧形。
因此，在分選有色金屬粒子的機(jī)械混合物的過程中，其密度小于鐵磁性液體視在密度的金屬粒子就浮到上述液體的表面。同時(shí)，處于液面上的每一個(gè)粒子都受到重力的橫向分力的作用，使這些粒子向磁極移動(dòng)并擠壓到容器的上面，這就導(dǎo)致粒子在磁極上的積累。該重力的橫向分力Fgz可按下列關(guān)系式求得Fgz＝ν·ρ·g·sinβ±ν·μx·H (dH)/(dz) · (4)其中，β-鐵磁性液面與相應(yīng)于Z軸的水平面所成的傾角。
在鐵磁性液體柱中及其液面上的每一個(gè)粒子都受到上述那些力的作用，在這些力的作用下，粒子發(fā)生位移。這種位移可用下列方程式來描述
其中α-鐵磁性液面與相應(yīng)于X軸的水平面所成的傾角;
ρa(bǔ)x，ρa(bǔ)y，ρa(bǔ)z-視在密度的分量。
為簡化方程式起見，可把粒子認(rèn)為呈球形，而在磁極之間形成一個(gè)平行面的磁場(chǎng)。
由于在方程式中引入很多可變數(shù)而且它們之間許多是相互有關(guān)的，這些方程式就不能用解析的方法來解答。僅僅可能對(duì)具體的分選機(jī)磁力系統(tǒng)、分選機(jī)容器中的鐵磁性液體以及被分選的機(jī)械混合物進(jìn)行部分的解答。
有色金屬廢料的機(jī)械混合物的分選是在一層按高度限制的鐵磁性液體層內(nèi)進(jìn)行的。這一層液體的高度取決于分選機(jī)磁性系統(tǒng)磁極之間的磁場(chǎng)參數(shù)、鐵磁性液體的磁化強(qiáng)度(J)及其物理學(xué)密度(ρf)。
考慮到磁極間空隙內(nèi)磁力強(qiáng)度梯度的分布，應(yīng)該認(rèn)為，在低于磁極間最小距離區(qū)域的極間空隙內(nèi)，磁場(chǎng)強(qiáng)度綈度的符號(hào)向相反的方向變化。層的高度h，取決于磁場(chǎng)對(duì)鐵磁性液體作用的特性，它可用下式描述h = μ0J∫H1H2dH (ρfg)]]>(6)保證鐵磁性液體層內(nèi)有均勻狀態(tài)的條件是要滿足以下的等式F1-F2＝ρf·g·h其中F1-在高于極間最小距離區(qū)域的極間空隙內(nèi)作用的磁力;
F2-在低于極間最小距離區(qū)域的極間空隙內(nèi)作用的磁力;
上述磁力可上下列關(guān)系式求得F1=-μ0J (dH1)/(dy) ，F(xiàn)2=-μ0J (dH2)/(dy) ;
根據(jù)上述關(guān)系式的解析，在極間空隙內(nèi)的鐵磁性液體柱的高度可由下列關(guān)系式求得h＝μoJ〔(dH1+dH2)/dy〕ρ-1fg-1(7)
在不保證液層內(nèi)有均勻狀態(tài)的極間空隙內(nèi)的磁場(chǎng)強(qiáng)度不高的條件下對(duì)機(jī)械混合物進(jìn)行分選時(shí)，為了保持鐵磁性液層的必要高度，必須安裝一個(gè)排放已分選的粒子的裝置，以保證不和鐵磁性液體相混合的其他液柱的液體靜力學(xué)水位。
在此情況下必須滿足下列條件F1+ρfgh＝F2+ρwghw支持液柱的高度可由下列方程式求得hW= [μ0J( (dH1)/(dy) - (dH2)/(dy) +ρfgh)]/(ρW·g) (8)曾試圖用美國專利US、A2265458所描述的鐵磁液體靜力分選機(jī)來改善對(duì)有色金屬廢料的機(jī)械混合物分選的質(zhì)量。已知的分選機(jī)包含具有兩個(gè)磁極的磁性系統(tǒng)，磁極的側(cè)面形成一個(gè)可變磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)按極間空隙的高度沿Y軸的方向從下面部分的最大值變到上面部分的最小值，該分選機(jī)還包含一個(gè)盛有鐵磁性液體的由非磁性材料制成的容器，該容器處于極間的空隙處。
在加入機(jī)械混合物的區(qū)域和在排放已分選的粒子的區(qū)域的極上安裝有磁性元件，每一磁性元件都呈三棱柱形，它的一個(gè)面固定在磁極上，另一個(gè)面為磁極端面的繼續(xù)，而第三個(gè)面是一個(gè)傾斜的平面，它與極間空隙的縱軸X形成一銳角。
磁性元件產(chǎn)生一個(gè)局部磁場(chǎng)，每個(gè)磁場(chǎng)的強(qiáng)度梯度方向都朝著極間空隙的軸X。
在把機(jī)械混合物加到鐵磁性液體的液面上時(shí)，作用于混合物粒子上的力，除了重力以外，還有阿基米德力和液靜壓力，如果存在局部磁場(chǎng)，還有附加的磁力作用于粒子上。這種磁力阻止粒子聚集于靠近磁極的鐵磁性液體液面上，并加速粒子向分選混合物的區(qū)域運(yùn)動(dòng)。
眾所周知，對(duì)于在密度大的金屬粒子中存在有很少量的密度小的金屬粒子或者反過來的情況，要保證這種有色金屬廢料機(jī)械混合物能按其密度進(jìn)行高質(zhì)量地分選，必須使分選區(qū)域有一確定的長度，也就是指在X軸方向上的極間空隙的長度，這一長度的大小決定于重粒子的沉降速度。因此，在對(duì)那些粒子密度相差不大的機(jī)械混合物進(jìn)行分選時(shí)，分選區(qū)域的長度就應(yīng)大些。用已知結(jié)構(gòu)的分選機(jī)來按密度分選粒子的機(jī)械混合物時(shí)，分選過程是在局部磁場(chǎng)作用的區(qū)域界限以外進(jìn)行的。在分選區(qū)域內(nèi)，處于表面的混合物粒子在旁側(cè)力作用下向磁極移動(dòng)，被壓向容器的表面并在那里積累，同時(shí)捕獲重粒子而生成絮狀物。絮狀物在磁極表面上的形成，阻礙了混合物粒子沿鐵磁性液體表面運(yùn)動(dòng)，因此限制了這種按密度來分選機(jī)械混合物工藝的生產(chǎn)率并降低其分選質(zhì)量。
在分選區(qū)域內(nèi)，那些按密度彼此接近并和鐵磁性液體的視在密度也接近的粒子，在相近液層的上述液體內(nèi)運(yùn)動(dòng)，因此，要把密度小于鐵磁性液體視在密度的粒子分離出來就有困難。結(jié)果，在分選那些密度接近的機(jī)械混合物粒子時(shí)，所獲得的輕粒子中就混雜有重粒子，反之亦然。
在按西德專利DE3321102C2的鐵磁流體靜力分選機(jī)結(jié)構(gòu)中找到了改善對(duì)密度相近的粒子的機(jī)械混合物分選質(zhì)量的方法。
上述的鐵磁流體靜力分選機(jī)包含一個(gè)具有兩極的磁性系統(tǒng)，其側(cè)面形成一個(gè)按高度變化的磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)的強(qiáng)度從磁場(chǎng)下部的最大值變到磁極上部的最小值，分選機(jī)還包含一個(gè)盛有鐵磁性液體的、由非磁性材料制成的容器，該容器處于極間的空隙處。為了將已分選出的機(jī)械混合物粒子互相分開，在容器內(nèi)設(shè)置一塊隔板，該隔板安裝在液層內(nèi)并可沿著三棱柱的一面位移，該面與粒子的重力矢量形成一個(gè)銳角。三棱柱的底面固定在容器的側(cè)壁上。為要限制有密度較小的粒子在其中運(yùn)動(dòng)的鐵磁性液體層，隔板必須是可移動(dòng)的。已知的分選機(jī)還包含有色金屬廢料機(jī)械混合物的加料裝置，加料裝置安裝在鐵磁性液體液面上并固定在磁極上，該分選機(jī)還包含一個(gè)與容器連接的排放裝置以排放按密度分選出的機(jī)械混合物粒子。磁性系統(tǒng)的磁極在輕粒子的運(yùn)動(dòng)的一面有一夾角。
在把有色金屬廢料的機(jī)械混合物加到鐵磁性液體的液面上時(shí)，在原料混合物的粒子上受到磁場(chǎng)強(qiáng)度梯度的水平分量和重力Fgz側(cè)向分量的作用。鐵磁性液體液面的狀態(tài)與液-氣兩介質(zhì)界面處磁力線的形狀相符合。該液面呈凸弧形。這時(shí)密度小于鐵磁性液體視在密度的每一個(gè)粒子都將受到力Fgz的作用，這種力將這些粒子擠向容器旁邊的液面。積累于磁極處的輕粒子捕獲重粒子而形成了絮狀物。在磁極表面絮狀物的形成大大減少了極間空隙在正交于其縱軸方向上的截面，這將導(dǎo)致生產(chǎn)率的降低并可能使分選機(jī)停止工作。已知的分選機(jī)結(jié)構(gòu)的特征是由于所獲的輕粒子被重粒子沾污以及重粒子被輕粒子沾污而使所獲產(chǎn)品的質(zhì)量相當(dāng)?shù)汀?br> 在鐵磁性液體層中運(yùn)動(dòng)的密度大于鐵磁性液體視在密度的粒子流包含有一些輕粒子，這些輕粒子在內(nèi)聚力和粘力的作用下不能上升到鐵磁性液體的液面上并與重粒子一起落入最終成品中，因此降低了產(chǎn)品的質(zhì)量。
在分選一些密度非常接近的鋁合金廢料機(jī)械混合物(例如，密度為2.63g/cm3的Al、Mg合金和密度為2.67g/cm3的Al，Si合金)時(shí)，已知的分選機(jī)的結(jié)構(gòu)就可保證對(duì)機(jī)械混合物的高質(zhì)量分選，使得其最終產(chǎn)品能用于熔煉高質(zhì)量的鋁合金。使用隔板就可以限制鐵磁性液體層，該層中有密度近似于重粒子密度的輕粒子在運(yùn)動(dòng)。
本發(fā)明的基本任務(wù)是提供一種鐵磁液體靜力分選機(jī)，在此分選機(jī)中，由于在極間空隙內(nèi)形成一附加的磁力，該磁力可加強(qiáng)輕粒子和重粒子在X軸和Z軸方向的運(yùn)動(dòng)，就可保證提高機(jī)械混合物的分選效果。
對(duì)所提出的任務(wù)是這樣解決的，即在該鐵磁流體靜力分選機(jī)中，安裝一個(gè)至少有兩極的磁性系統(tǒng)，在磁極的側(cè)面形成一可變磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)的強(qiáng)度按極間空隙的高度，從磁極下部的最大值變到磁極上部的最小值;一個(gè)用非磁性材料制成的盛有鐵磁性液體的容器，置于極間的空隙內(nèi);一個(gè)用于非磁性物料機(jī)械混合物加料的裝置，安裝在鐵磁性液體的液面上，固定在磁極上;以及一個(gè)排料裝置，用以排放按密度分選出的機(jī)械混合物粒子，排料裝置與容器相連接，按照本發(fā)明，極間空隙內(nèi)安裝一些由鐵磁性材料制成的元件，可在鐵磁性液柱內(nèi)部形成局部磁場(chǎng)，每一個(gè)局部磁場(chǎng)的磁力矢量都和機(jī)械混合物粒子的運(yùn)動(dòng)矢量成一夾角。
這樣構(gòu)成的鐵磁流體靜力分選機(jī)可保證大大提高機(jī)械混合物的分選質(zhì)量，不管其粒子密度相差是大或是小，都可以的。
在局部磁場(chǎng)作用的區(qū)域，鐵磁性液體視在密度的數(shù)值要大于分選區(qū)域的視在密度值。這些機(jī)械混合物粒子在鐵磁性液柱內(nèi)部及其表面上運(yùn)動(dòng)的時(shí)候受到由局部磁場(chǎng)產(chǎn)生的附加磁力的作用。這種機(jī)械混合物粒子和已提高了視在密度的區(qū)域的相互作用可以改變粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡，這樣就增加了這些粒子在鐵磁性液柱內(nèi)的停留時(shí)間。
在鐵磁性液體的表面形成絮狀物時(shí)，它們?cè)谧陨淼倪\(yùn)動(dòng)中要受到局部磁場(chǎng)所產(chǎn)生的附加磁力的影響，并改變其沿著Z軸運(yùn)動(dòng)的方向而在X軸方向上運(yùn)動(dòng)。這有助于鐵磁性液體表面張力和機(jī)械混合物粒子分子間的相互作用力的延伸。結(jié)果使絮狀物分散，釋放重粒子，這些重粒子就在鐵磁性液柱中沉下去，而輕粒子繼續(xù)沿鐵磁性液體的液面向分選出的粒子從容器排出的方向運(yùn)動(dòng)。
如果一些機(jī)械混合物的重粒子在通過鐵磁性液柱時(shí)吸附分選區(qū)域中的那些密度小于鐵磁性液體視在密度的粒子，并在自己的運(yùn)動(dòng)途徑區(qū)域中與提高了視在密度的液體相會(huì)合，則它們就會(huì)改變自己的軌跡并沿這一區(qū)域向沉沒粒子從容器排出的方向運(yùn)動(dòng)。這時(shí)，密度小于在分選區(qū)域的鐵磁性液體視在密度的粒子受到提高了的液靜壓力的作用。在這種提高了力的作用下，輕的粒子就從較重的粒子中分出，浮到鐵磁性液體液面上并和其他輕粒子一起從容器中往排料料方向運(yùn)動(dòng)。
最好的是每個(gè)元件都呈棒條形，它們相互之間以等距離排列，所有棒條用固定在容器上的非磁性聯(lián)結(jié)物相互連結(jié)，而在鐵磁性液體層中形成了平行于機(jī)械混合物粒子運(yùn)動(dòng)速度矢量的平面體，這平面體的一個(gè)端面垂直于棒軸而處于機(jī)械混合物加料區(qū)域的鐵磁性液體的液面下，而另一個(gè)端面也垂直于棒軸而處于磁場(chǎng)強(qiáng)度最大的區(qū)域的鐵磁性液層中。
在棒條元件之間及在其上面，由于棒條之間的距離較小而引起局部磁場(chǎng)，其強(qiáng)度為H，強(qiáng)度梯度為gradH，成為較分選區(qū)域強(qiáng)得多的磁場(chǎng)。作用于鐵磁性液體上的這些局部磁場(chǎng)，使得這些區(qū)域具有較分選區(qū)更高的液靜壓力。這區(qū)域?qū)τ诎魲l來說是等距離的。液靜壓力的大小取決于棒條和鐵磁性液體二者磁化系數(shù)的大小。在處于機(jī)械混合物加料區(qū)的鐵磁性液面下的上述棒條所形成的平面體的那個(gè)端面處，液靜壓力是最小，然后它平穩(wěn)地上升，在處于最大磁場(chǎng)強(qiáng)度區(qū)域內(nèi)的上述平面體的另一端面處達(dá)到最大值。
重的粒子和來不及上浮的輕粒子在提高了的液靜壓力作用下改變了自己的運(yùn)動(dòng)軌跡并在棒條上方進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，所說提高的液靜壓力是由于在棒條之間的局部磁場(chǎng)作用于鐵磁性液體面引起的，其方向與粒子重力的矢量成一角度。由于輕粒子在提高了的液靜壓力作用下所產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)，它們由較重的粒子中分出并上浮到鐵磁性液體的表面，在那里與其他輕粒子一道排出。這有助于提高從機(jī)械混合物中分選有色金屬的回收率。
建議要使每個(gè)元件是沿對(duì)稱軸切開的園錐體的部分并有球面底，而且以其平面固定于磁極上，并沿著所形成的磁極側(cè)面彼此以等距離排列，而和另一個(gè)磁極的相應(yīng)元件要相互錯(cuò)開，而園錐體的頂點(diǎn)朝向機(jī)械混合物粒子沿鐵磁性液面運(yùn)動(dòng)的速度矢量方向。
上述元件的排列方式及其形狀，可以形成局部磁場(chǎng)，較在機(jī)械混合物分選區(qū)域的磁場(chǎng)有更高的磁場(chǎng)強(qiáng)度H和強(qiáng)度梯度gradH。這些每個(gè)局部磁場(chǎng)都對(duì)鐵磁性液體作用，在Z軸方向上改變了液面的形狀，而在每個(gè)元件周圍區(qū)域的鐵磁性液體的液面升高到高于分選區(qū)域的液體水面。這種互相作用的特性避免了將機(jī)械混合物粒子擠壓到容器側(cè)壁的旁側(cè)力的產(chǎn)生，因而提高了分選機(jī)的生產(chǎn)效率。
在機(jī)械混合物加料區(qū)域中所形成的絮狀物，在局部磁場(chǎng)的作用下，同時(shí)受到它們繞自身的軸運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的力矩和液靜壓力這兩種力的作用，這些作用使它們的運(yùn)動(dòng)呈Z形。其結(jié)果，絮狀物被打散，那些密度大于分選區(qū)域中鐵磁性液體視在密度的粒子就沉下去。這樣就提高了從機(jī)械混合物中分選有色金屬的回收率。
最好是要使得在鐵磁液體靜力分選機(jī)中的每一個(gè)磁極沿其本身的縱軸是變化的截面，從有色金屬機(jī)械混合物加料區(qū)域的最小值變到在已分選出的機(jī)械混合物粒子的排料區(qū)域的最大值。
當(dāng)磁極制成這種結(jié)構(gòu)時(shí)，使得在極間空隙內(nèi)的磁力線的密度有所差異，這就導(dǎo)致磁力強(qiáng)度從機(jī)械混合物加料區(qū)域的最大值變化到在機(jī)械混合物輕粒子排料區(qū)域的最小值。這樣就使得具有同樣大小間隙的磁極表面在沿該間隙的縱軸上具有大小不同的磁位。在處于機(jī)械混合物加料區(qū)和在已分選出的粒子的排料區(qū)內(nèi)的磁極表面上磁位值的差異，保證了在這兩個(gè)區(qū)域中的磁極被金屬飽和的程度有所差異。結(jié)果在磁極間空隙中磁場(chǎng)強(qiáng)度H按這樣方式分布，即可產(chǎn)生磁場(chǎng)強(qiáng)度梯度gradH，其矢量方向沿鐵磁性液面運(yùn)動(dòng)的機(jī)械混合物粒子的運(yùn)動(dòng)矢量相會(huì)合。H與gradH對(duì)鐵磁性液層中液體的作用引起了液靜壓力的水平分力Flx，該水平分力的方向平行于沿鐵磁性液面運(yùn)動(dòng)的機(jī)械混合物粒子的運(yùn)動(dòng)矢量。由于水平分力作用于機(jī)械混合物粒子的結(jié)果，促使粒子及時(shí)從加料區(qū)中排放出來并使液層內(nèi)和液面上的混合物粒子進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，從加料區(qū)走向分選出的粒子的排料區(qū)，這樣，一方面改善了分離效果，另一方面提高了分選的生產(chǎn)率。
本發(fā)明的其他目的和優(yōu)越性從下面它所完成的具體實(shí)施例和附圖可以更清楚地了解，其中

圖1示意地描繪了本發(fā)明的鐵磁流體靜力分選機(jī)，預(yù)備用于分選高密度粒子的機(jī)械混合物，(等比例);
圖2示意地描繪了本發(fā)明的構(gòu)成局部磁場(chǎng)的元件(比例放大);
圖3為圖1中的Ⅲ-Ⅲ截面;
圖4為配置在磁極間的容器的俯視圖;
圖5示意地描繪了根據(jù)本發(fā)明的鐵磁流體靜力分選機(jī)，預(yù)備用于分選低密度粒子機(jī)械混合物，(等比例)。
本發(fā)明的較佳實(shí)施例根據(jù)本發(fā)明制造的預(yù)備用于分選非磁性物料(例如粒度在40毫米及其以下的生活電器設(shè)備的廢金屬，或破碎的電纜廢金屬，以及鉛殼廢料)的鐵磁流體靜力分選機(jī)，它包括具有兩個(gè)可變截面的磁極N-S磁性系統(tǒng)1，其側(cè)面構(gòu)成可變化的磁場(chǎng)，磁場(chǎng)強(qiáng)度H沿著磁極間的空隙高度而改變，從磁極下部的最大值變到上部的最小值，并且磁場(chǎng)強(qiáng)度H沿著形成的磁極側(cè)面而改變，從加料區(qū)域的最大值變到排料區(qū)域的最小值，由非磁性材料制成的，盛有鐵磁性液體3的容器2，配置在磁極間的空隙中;有色金屬機(jī)械混合物的加料裝置4，配置在鐵磁性液體3的液面上方;以及用于排放已選出的機(jī)械混合物的裝置5。磁性系統(tǒng)1包含有兩個(gè)激磁線圈6，每個(gè)線圈都安裝在軛鐵7上，軛鐵7用支架8固定在安裝于基腳的框架9上。磁性系統(tǒng)1的磁極N-S固定在軛鐵7上。用于有色金屬機(jī)械混合物加料的裝置4包含用支架11剛性地固定在磁極N-S上的漏斗10和可運(yùn)動(dòng)地與容器2連接的振動(dòng)流槽12。漏斗10安裝在振動(dòng)流槽12之上。為了更好地解釋本發(fā)明，機(jī)械混合物的重粒子用黑色的園點(diǎn)來標(biāo)志，而輕粒子則用空心的園圈標(biāo)志。用于排出已選出的機(jī)械混合物粒子的裝置5，是一種平的元件13，它固定在容器2的離機(jī)械混合物加料區(qū)域最遠(yuǎn)的側(cè)壁上，它的端面伸出容器2端面的邊界外，這樣就形成了用于排出重粒子的流槽14和排出輕粒子的流槽15。在N-S磁極間的空隙配置有一些由鐵磁材料制成的元件，這些元件在鐵磁性液柱中形成局部磁場(chǎng)，每一個(gè)局部磁場(chǎng)的磁力線的矢量與機(jī)械混合物粒子運(yùn)動(dòng)速度V的矢量成一夾角。為了對(duì)密度大的混合物粒子產(chǎn)生影響，每一個(gè)元件做成棒條16(圖2)，并彼此以等距離排列。所有的棒條16用非磁性的橫條17彼此連結(jié)在一起，橫條17固定在容器2上(圖3)，形成了與重粒子運(yùn)動(dòng)速度V矢量方向平行的平面。上述平面的垂直于棒條16的軸的一個(gè)端面位于機(jī)械混合物加料區(qū)域的鐵磁性液面以下，而垂直于棒條16的軸的另一個(gè)端面，配置在磁場(chǎng)強(qiáng)度最大的為對(duì)處于鐵磁性液面上的混合物粒子產(chǎn)生影響，每一個(gè)元件是沿對(duì)稱軸切開的園錐體部分18(圖4)，并帶有球形底面，而且以其平面固定在N極或S極上。每一個(gè)園錐體18沿著N極或S極所形成的側(cè)面彼此以等距離配置，與另一極上的相應(yīng)元件相互錯(cuò)開。園錐體的尖頂朝向沿著鐵磁性液面運(yùn)動(dòng)的物料粒子運(yùn)動(dòng)速度V的矢量方向。
分選機(jī)按下方式工作當(dāng)激磁線圈(圖1)通電時(shí)，在極間空間建立起作用于鐵磁性液體的不均勻磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)的特點(diǎn)是存在其矢量是朝著沿X軸的N-S極間最小距離區(qū)域的磁場(chǎng)強(qiáng)度梯度grad H及存在其矢量是朝著沿X軸的機(jī)械混合物區(qū)域的磁場(chǎng)強(qiáng)度梯度grad H。鐵磁性液體的視在密度ρa(bǔ)的值由下列關(guān)系式?jīng)Q定ρa(bǔ)= ρf+ (μ0·K)/(g) ·H·grad H其中 ρf-鐵磁性液體的物理學(xué)密度;
K-鐵磁性液體的體積磁化率;
μo-磁性常數(shù);
H-機(jī)械混合物粒子所處區(qū)域內(nèi)的磁場(chǎng)強(qiáng)度;
gradH-機(jī)械混合物粒子所處區(qū)域內(nèi)的磁場(chǎng)強(qiáng)度梯度;
g-自由落體加速度。
原料的機(jī)械混合物通過漏斗10(圖1)而加入到振動(dòng)流槽12，從這里落到鐵磁性液體的液面上。機(jī)械混合物粒子在鐵磁性液體3中受到液靜壓力Fl垂直分力Fly(圖3)和水平分力Flx的作用，結(jié)果粒子就發(fā)生移動(dòng)。密度小于鐵磁性液體視在密度ρa(bǔ)的機(jī)械混合物粒子就浮到鐵磁性液體的表面上，而密度大于鐵磁性液體視在密度的機(jī)械混合物的粒子在重力Fg的作用下就沉入到鐵磁性液體3中。在棒條16之間及其上方，具有磁場(chǎng)強(qiáng)度H和磁場(chǎng)強(qiáng)度梯度grad H的激發(fā)的局部磁場(chǎng)比混合物分選區(qū)域?yàn)楦?。在該局部磁?chǎng)作用下，在鐵磁性液體3中形成了具有較高視在密度ρa(bǔ)的區(qū)域。沉入液層中的機(jī)械混合物粒子在其本身的運(yùn)動(dòng)途徑中遇到了視在密度的鐵磁液體。在這些區(qū)域在提高了的液靜壓力Fl的作用下，粒子改變了自身的運(yùn)動(dòng)軌跡，而向著流槽14的方向移動(dòng)，并懸浮于該區(qū)域中。當(dāng)密度大于分選區(qū)域的鐵磁性液體3的視在密度ρa(bǔ)的機(jī)械混合物粒子帶走密度小于鐵磁性液體的視在密度ρa(bǔ)的粒子時(shí)，那末，在提高了的液靜壓力Ff的作用下，密度小的粒子就分離出來，并上浮到鐵磁性液體的表面上。
浮起的機(jī)械混合物的粒子受到液靜壓力Fl的水平分力Flx的作用，就沿著所所成的N-S磁極的側(cè)面向流槽15的方向移動(dòng)。在每個(gè)園錐18(圖4)的周圍激起局部磁場(chǎng)，該局部磁場(chǎng)作用于鐵磁性液體3，改變了它在Z軸方向上的液面形狀，提高液面使之高于分選區(qū)域的鐵磁性液體3的一般的水平面。當(dāng)粒子沿著所形成的N-S磁極側(cè)面運(yùn)動(dòng)時(shí)，粒子還額外受到由于鐵磁性液體液面的上升而產(chǎn)生的旁側(cè)力Fgz的作用，而改變其運(yùn)動(dòng)軌跡，這樣就阻止了在容器2的側(cè)壁形成絮狀物。
用于排出已分選出的機(jī)械混合物粒子的裝置5(圖1)把已分選出的重粒子和輕粒子排放到相應(yīng)的分選產(chǎn)品接受槽(圖中未示出)。
上述分選機(jī)是適宜于分選密度大于5×103kg/M3的非磁性有色金屬機(jī)械混合物的。
為了分選粒度為120mm及其以下的和密度為1.5×103kg/M3及其以上的非磁性物料的機(jī)械混合物，例如破碎的飛機(jī)和汽車廢金屬、鋁合金等，使用根據(jù)本發(fā)明制造的示于圖5的鐵磁流體靜力分選機(jī)是適宜的。
分選機(jī)包含具有兩個(gè)可變截面磁極N-S的磁性系統(tǒng)19(圖5)，磁極的側(cè)面構(gòu)成磁場(chǎng)，磁場(chǎng)沿著極間空隙高度而變化，磁場(chǎng)強(qiáng)度由磁極下部的最大值變到上部的最小值，并且磁場(chǎng)強(qiáng)度還沿著所形成的磁極側(cè)面變化，由非磁性物料機(jī)械混合物加入?yún)^(qū)域的最大值變到其排料區(qū)域的最小值。盛有鐵磁性液體3的由非磁性材料制成的容器20配置在極間空隙，用于有色金屬機(jī)械混合物的加料的裝置21配置在鐵磁性液體3的液面上方，排料裝置22用于把已分選出的機(jī)械混合物粒子排出。磁性系統(tǒng)19包含兩個(gè)激磁線圈23，每一個(gè)線圈都安裝在軛鐵24上，軛鐵24用支架25固定到框架上(圖上未示出)。磁性系統(tǒng)19的N-S磁極固定在軛鐵24上。有色金屬機(jī)械混合物的加料裝置21包含漏斗26和振動(dòng)流槽28，漏斗26用支架27剛性地固定在磁極上，漏斗26安裝在振動(dòng)流槽28之上。
在分選低密度的機(jī)械混合物時(shí)必須降低磁場(chǎng)強(qiáng)度H值和磁場(chǎng)強(qiáng)度梯度gradH值。這時(shí)為了保證高質(zhì)量地分選高度h的鐵磁性液柱的混合物所持有的必要條件，必須用水或其他不與鐵磁性液體相混合的液體的液靜柱壓力作用于鐵磁性液體，該液體的液靜柱高度hw由方程式(8)決定。
用于已分選出的機(jī)械混合物粒子的排出裝置22是一個(gè)V字形的空心箱29，它與容器20剛性地連結(jié)并與之相通?？招南?9用水30充滿，在朝向容器20的水表面上浮有一層鐵磁性液體。箱29的腔內(nèi)用隔板31分為兩個(gè)流槽32和33。在流槽32處配置任何一種已知的輸送裝置(圖上未示出)以排出機(jī)械混合物的重粒子。在流槽33處可配置任何一種已知的輸送裝置(圖上未示出)以排出機(jī)械混合物的輕粒子。在N-S極間的空隙配置有由鐵磁性材料制成的元件，每一個(gè)元件都是一種棒條34。所有的棒條34相互之間都用非磁性橫條35來連結(jié)而形成了平行于重粒子運(yùn)動(dòng)速度矢量的平面。為了對(duì)處于鐵磁性液面上的混合物粒子起作用，每一元件都是沿對(duì)稱軸切開的園錐體部分36，并有球形底面，元件以其平面固定在N極或S極上。每個(gè)元件36都類似于元件18(圖4)而安排。上述分選機(jī)的工作方式與上面所述的和示于圖1-4的相似。
根據(jù)本發(fā)明制成的鐵磁流體靜力分選機(jī)，在分選破碎的電纜廢金屬和鉛殼廢料(金屬混合物銅-鉛，鋁-鉛)時(shí)，可以分選出鋁或銅的輕產(chǎn)品(重產(chǎn)物的摻雜不超過1%)和鉛的重產(chǎn)品(輕產(chǎn)物的摻雜不大于2%)。
日常生活的無線電電子設(shè)備的廢金屬的混合物是鋁、銅和錫-鉛焊料，在其分選時(shí)，鐵磁流體靜力分選機(jī)可以分選出摻雜的銅和錫-鉛焊料不超過1%的鋁產(chǎn)品和摻雜的鋁不超過2%的銅-錫-鉛產(chǎn)品。分選有色金屬機(jī)械混合物所達(dá)到的結(jié)果，允許使用所獲的產(chǎn)品來熔煉各種牌號(hào)的合金。
權(quán)利要求
1.一種鐵磁流體靜力分選機(jī)，包含至少具有兩個(gè)磁極(N-S)的磁性系統(tǒng)(1，19)磁極側(cè)面構(gòu)成磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)強(qiáng)度(H)隨極間空隙的高度而變化，從磁極下部的最大值變到磁極上部的最小值，容器(2，20)由非磁性材料制成，并盛有鐵磁性液體(3)，它配置在磁極之間的空隙內(nèi)，加料裝置(4，21)用于加入非磁性物料的機(jī)械混合物，配置在鐵磁性液體(3)的液面上方并固定在磁極(N-S)上，排料裝置(5，22)用于排出已分選出的機(jī)械混合物的粒子，該排料裝置與容器(2，20)相連結(jié)，其特征在于，在磁極(N-S)之間的空隙配置由鐵磁性材料制成的元件，在鐵磁性液體(3)柱內(nèi)形成局部磁場(chǎng)，每個(gè)局部磁場(chǎng)的磁力矢量(FLx、FLy)與機(jī)械混合物粒子運(yùn)動(dòng)速度矢量(V)成一夾角。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的鐵磁流體靜力分選機(jī)，其特征在于，每一個(gè)元件都是棒條(16、34)，彼此之間是以等距離放置，而所有的棒條(16、34)之間用固定在容器(2，20)上的非磁性的橫條(17、35)連結(jié)，而形成一個(gè)平行的向著在鐵磁性液體(3)層中的機(jī)械混合物粒子的運(yùn)動(dòng)速度矢量(V)的方向的平面，該平面的垂直于棒條(16、34)軸的一個(gè)端面，位于機(jī)械混合物加料區(qū)域的鐵磁性液體(3)的液面之下，另一個(gè)垂直于棒條(16、34)的軸的另一個(gè)端面配置在磁場(chǎng)強(qiáng)度(H)最大的區(qū)域的鐵磁性液體(3)的層中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的鐵磁流體靜力分選機(jī)，其特征在于，每一個(gè)元件都是沿著對(duì)稱軸切開的園錐體部分(18、36)，具有球形底面，并以其平面固定在磁極(N-S)上，而且沿著所形成的磁極側(cè)面配置，每兩個(gè)之間都有相同的距離，而與另一磁極的相應(yīng)元件相互錯(cuò)開，園錐(18、36)的頂部朝向沿著鐵磁性液體(3)表面運(yùn)動(dòng)的機(jī)械混合物粒子的運(yùn)動(dòng)速度矢量(V)的方向。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2的鐵磁流體靜力分選機(jī)，其特征在于，每一個(gè)磁極(N-S)沿著自身縱軸做成可變的截面，從機(jī)械混合物加料區(qū)域的最小值變到已分選出的機(jī)械混合物粒子排出區(qū)域的最大值。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的鐵磁流體靜力分選機(jī)，其特征在于，每一個(gè)磁極(N、S)沿著自身縱軸做成可變的截面，從機(jī)械混合物加料區(qū)域的最小值變到已分選出的機(jī)械混合物粒子的排出區(qū)域的最大值。
全文摘要
鐵磁流體靜力分選機(jī)包含具有兩個(gè)磁極(N-S)的磁性系統(tǒng)(1)，磁極的側(cè)面形成可變磁場(chǎng)，磁場(chǎng)強(qiáng)度(H)沿著磁極空隙的高度而變化，從磁極下部的最大值變到上部的最小值，容器(2)由非磁性材料制成并盛有鐵磁性液體(3)，以及加料裝置(4)，它用于加入非磁性的機(jī)械混合物，排料裝置(5)，它用于排出已分選出的機(jī)械混合物粒子。在磁極(N-S)之間的空隙內(nèi)配置有由鐵磁性材料制成的元件，在鐵磁性液體(3)柱內(nèi)形成局部磁場(chǎng)。每個(gè)局部磁場(chǎng)的磁力(Flx)矢量與機(jī)械混合物粒子運(yùn)動(dòng)速度矢量(V)成一夾角。
文檔編號(hào)B03C1/00GK1041544SQ8810715
公開日1990年4月25日 申請(qǐng)日期1988年9月30日 優(yōu)先權(quán)日1988年9月30日
發(fā)明者弗拉基米爾·尼克洛維奇·弗拉索夫, 弗拉基米爾·尼克洛維奇·古巴洛維奇, 米克赫·弗拉基米爾羅維奇薩斯克維奇, 尼古來·德米特烈維奇·克拉辛科, 弗拉基米爾·亞力山羅維奇·茨倫舒, 亞力山大·伊萬諾維奇·阿利波夫 申請(qǐng)人:基步羅馬舒格列奧保加舍尼國家設(shè)計(jì)院