專利名稱：粒狀物料摩擦分選的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是1989年3月17日申請的美國專利申請07/325/45的部分后續(xù)申請，該申請(07/325/45)則是1988年8月18日申請的PCT專利申請PCT/US88/02814的部分后續(xù)申請，而后者(PCT/US88/02814)又是1987年9月17日申請的美國專利申請07/097877的部分后續(xù)申請。
本發(fā)明涉及分離或精選兩種或多種松散顆粒物料混合物(如兩種或多種粒狀或塊狀的礦物，且各物料具有不同的滑動摩擦系數(shù))的新方法和裝置。更具體地說，本發(fā)明涉及利用不相似物料的滑動摩擦系數(shù)差，將它們分離。另外，本發(fā)明還改進了不相似物料(如礦物混合物)的分離技術，其特征是，混合物組分的分離度主要是基于它們各自的滑動摩擦系數(shù)差得到的，而不是基于它們的形狀或圓球度。
礦石和其它礦物開采時，常常含有一些雜質(zhì)，也就是說，人們所需要的礦物常常與其它礦物摻雜在一起。因此，所需的礦物或礦石必須與所開采的物料的其余部分分離。
例如，滑石在自然界中以巖石形態(tài)存在，它通常都與其它的礦物結(jié)合在一起，如白云石，綠泥石、石英、黃鐵礦、磁鐵礦、方解石、長石、云母或它們的混合物。為描述方便起見，在本申請中，“白云石”應當理解為指白云石和/或上述的其它礦物，它們與滑石應當是摻雜著的或天然結(jié)合在一起的。在大多數(shù)情況下，原礦一般都是由占主導地位的一種礦物巖組成，如滑石巖，它與白云石巖或類似的礦物摻雜在一起。也可能有極小部分的含各種礦物混合物的礫巖塊出現(xiàn)，例如，在同一巖石中，滑石與白云石結(jié)合在一起。
滑石一般通過人工分選或浮選的方法從其它礦物如白云石中分離。人工分選或手選依賴于礦物之間的視覺差別，例如顏色的變化、粒度、物塊大小等人可感覺到的一些物性進行分選。人工分選顯然是極其費力的，還可能引起包括腕關節(jié)綜合癥等的損傷。浮選法投資費用高，主要是由于浮選法中需要昂貴的設備。另外，還需要大量水，而大量的水在許多采礦地區(qū)例如蒙塔拿和澳大利亞等是不易得的。
為研究分選礦物的自動分選法，人們已進行了許多嘗試，其中有光學分選，它依賴于光敏元件對被分離礦石或礦物表面的光反射的視覺差，沉降-浮選法，它依賴于被分離物料的比重差，以及以電泳或介電泳為基礎的靜電分離法，它依賴于混合物各組分導電率或形狀的差別。然而，這些自動分選方法都沒有完全成功，原因是它們受到粒子之間顏色的變化、形狀的變化，比重差和礦物塊大小的變化等因素的影響，而這才僅僅提到了幾個因素。
現(xiàn)已研究出了許多根據(jù)顆粒形狀自動分選的方法。例如，1912年6月18日頒發(fā)的Wilmot等的美國專利1030042和1916年7月11日頒發(fā)的Lotozky的美國專利1190926就公開了從伴生的巖石中分離煤的方法。用這些專利方法適宜分離的煤為顆粒狀，并且通?；旧蠟榍蛐巍Ａ硪环矫?，包含板巖的伴生的巖石，必須基本上是以扁平的片狀存在。
在Wilmot等的方法中，煤和伴生的巖石的混合物放在帶轉(zhuǎn)動圓盤的斜槽中，圓盤在斜槽的中部，煤通常為球形，滾下斜槽收集到斜槽底部的貯器中，而伴生的扁平的巖石一般滑入斜槽，存留在轉(zhuǎn)動圓盤上，并在此被圓盤帶走。在Lotozky的方法中，沒有用斜槽，而是把煤和石塊的混合物加到傾斜的轉(zhuǎn)動圓盤表面，傾斜方向與圓盤的轉(zhuǎn)動方向相反。煤仍為球形，在它原來的方向連續(xù)地滾過圓盤，扁平的石塊停留在圓盤上并被帶走。
這些分離方法都依賴于待分離顆粒的形狀，特別是取決于待分離的顆粒是不是球形的程度。因此，在分選方法中，與其說是利用兩種類型被分離粒子的滑動摩擦系數(shù)的差別，不如說是利用它們的滾動和滑動摩擦系數(shù)的差別。而且，Wilmot等和Lotozky的轉(zhuǎn)動圓盤，僅僅用來從片石/煤物流中物理地帶出片石或其它的扁平狀的石塊，而沒有施加離心加速度來從存在的其它物料中分離煤。
僅以顆粒形狀為基礎的其它的自動分選方法和裝置還包括例如1977年11月22日頒發(fā)的John的美國專利4059189所公開的內(nèi)容。組成相同但形狀不同的顆粒的分離仍然是根據(jù)被分離顆粒的圓球度，表現(xiàn)在它們的滾動和滑動摩擦系數(shù)的不同。另外一些基于被分離顆粒的圓球度來分離顆粒的自動裝置公開在1969年12月23日頒發(fā)的Deinken等的美國專利3485360中。Deinken等的裝置由一個轉(zhuǎn)動圓盤組成，向該轉(zhuǎn)動圓盤加入含同一組分的一般為球形和不規(guī)則形狀、一般為非球形顆粒的混合物。球形顆粒滾下圓盤，而不規(guī)則形狀的粒子被迫從圓盤表面移去。在1930年1月28日頒發(fā)的Johnson的美國專利1744967公開了另一種利用靜電場的自動分離方法。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過施加靜電來提高重力得到的，它利用了扁平粒子產(chǎn)生一比球狀顆粒更強的靜電場這一事實。
通過被分離粒子粘附性能的差別也已經(jīng)研究出了自動分選的方法。參看1970年4月28日頒發(fā)的Conrad的美國專利3508645。在Conrad的方法中，粘性物料(例如雞肉)通過靜電鍵合力粘附在移動的平面上，而非粘性的物料(例如伴隨的雞骨)滑下移動的平面。
通過重力選礦(使用混合物各組分之間的密度差)的其它的分離方法已經(jīng)用來分離混合物料。這些方法可以在礦石精選臺上進行(振動臺的形式。)。
上述的自動分選法都不是通過被分離礦物的滑動摩擦系數(shù)差來分離不同種類的礦物。
現(xiàn)在，人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了松散顆粒物料的混合物的成分，例如兩種或兩種以上的化學組成不同而物理結(jié)構(gòu)相似的粒狀或塊狀礦物混合物，通過新的分選技術可以相互分離，它是利用被分離物料的滑動摩擦系數(shù)的差別，因此避免了為實現(xiàn)它們的分離而把這樣的材料制成不同的形狀。
因而，本發(fā)明的目的是提供通過利用滑動摩擦系數(shù)的差值來分離不同物料的方法和裝置，這些物料包括各種礦物，而不局限于此，它們具有不同的滑動摩擦系數(shù)。
本發(fā)明的另一個目的是提供利用由滑石和這些伴生礦物顯示出的滑動摩擦系數(shù)差值從伴生的礦物和石塊中分離滑石的方法和裝置。以生產(chǎn)高級的滑石產(chǎn)品和高級的滑石混合物。
本發(fā)明的這些目的和其它的目的，以及特征、范圍和利用，從下面的描述、附圖及附加的權(quán)利要求中，本領域的技術人員將更清楚。
本發(fā)明是基于這樣的發(fā)現(xiàn)，即任何兩種或兩種以上松散的顆粒物料的混合物，其每一組分與存在的其他組分的滑動摩擦系數(shù)有很大的差別，利用這種差值，可以將該混合物分選。
把這些要分離的顆?；旌衔铮ㄟ^與分離表面接觸，在分離表面上該混合物的各個組分顯示出滑動摩擦系數(shù)的差值，由于它們的滑動摩擦系數(shù)的差值，在分離面上移動時各個組分存在著差距，從而實現(xiàn)它們之間的分離。物料顯示出不同滑動摩擦系數(shù)的分離面?？梢允茄b置的一部分，在這個裝置中，把加速力或減速力施加給物料，以使混合物料各個組分在分離面上產(chǎn)生不同的滑動位移。這樣的裝置可以是實現(xiàn)這種分離的任意的結(jié)構(gòu)，它包括(但是不局限于)滑板、轉(zhuǎn)動圓盤、離心機、轉(zhuǎn)動圓筒、振動臺等。


圖1是本發(fā)明的轉(zhuǎn)動圓盤裝置的俯視圖，它有一與加料滑槽連接的加料輸送器，和一刮刀葉片，以把待分離的物料送到圓盤表面，并在此進行分離。
圖1a是本發(fā)明的轉(zhuǎn)動圓盤裝置的一個改進的實施例的部分平面圖。
圖2是圖1中的轉(zhuǎn)動圓盤裝置的側(cè)視圖。
圖3是本發(fā)明轉(zhuǎn)動圓盤裝置一部分的放大平面圖。
圖4是圖3沿線4-4剖視的一部分剖視立視圖。
圖5是本發(fā)明振動臺裝置的俯視圖，被分離的物料用螺旋輸送器送到振動臺表面，并在此進行分離。
圖6是圖5振動臺裝置的側(cè)視圖，它示出了振動臺裝置的傾角。
圖7是圖5振動臺裝置的正視圖，它示出了振動臺的斜度。
根據(jù)本發(fā)明，可以通過利用物料間滑動摩擦系數(shù)的差值來分離的松散粒狀物料的混合物是礦石和出自原礦的粒狀或塊狀礦物。在這些情況下，所需要的礦物或礦石與全部或部分其他材料組成的石塊分離。誠然，天然的礦物混合物，如滑石、白云石、綠泥石、石英、黃鐵礦、磁鐵礦、方解石、長石和云母的任意的組合，如滑石和白云石，滑石和綠泥石、綠泥石和白云石，綠泥石和石英等等是特別適宜以這樣方式分離的?；且环N羥基化了的鎂硅酸鹽，如上所述，其天然存在形式是與各種各樣的礦物伴生形成巖石。這些礦物最通常的是白云石、綠泥石、石英、黃鐵礦、菱鎂礦、方解石、長石和云母。來自滑石礦的原礦加到某一個分離方法中(包括本發(fā)明的方法)，通常是以石塊混合物的形式，從細的粒子直到大約20吋的特征尺寸的粒子。在大多數(shù)情況下，這樣的混合物的每種石塊都是由占優(yōu)勢的一種礦物組成，也可能有很小一部分含礦物的混合物的成團的石塊存在。原礦也可以包含沙子，其他的類似石塊的顆粒和尾礦(雜質(zhì))。
根據(jù)本發(fā)明，通過利用它們各個組分的滑動摩擦系數(shù)之差可以分離這些礦物混合物。在廣義上說，摩擦系數(shù)是物體在表面上移動的阻力的量度，它以下面的三種形式之一來表示。即靜摩擦、動摩擦或滾動摩擦系數(shù)來表示。靜摩擦系數(shù)(這三種摩擦力中最大的一個)是物體在表面上開始移動所要求的力的量度，它通過物體在表面上開始移動所要求的傾角的切線值來計算。動摩擦系數(shù)雖然比靜摩擦系數(shù)小，但在低的速度下，與靜摩擦系數(shù)沒有明顯的差別，它是維持物體在表面上滑動所需要的力的量度。動摩擦系數(shù)通過在表面上移動的物體維待恒定速度所要求的傾角的切線值來計算。物體的靜摩擦或動摩擦系數(shù)被稱為該物體的滑動摩擦系數(shù)，它是物體滑動阻力的量度。
然而，所表示的摩擦系數(shù)乘以垂直于表面的物體的力時，就得到以恒定速度沿表面移動的物體所需要的力，或在靜摩擦系數(shù)情況下，啟動物體移動的力。
物料的滑動摩擦系數(shù)不僅是物體本身固有的，它還與與物料接觸的每個表面有關，它受到下列因素的影響，即表面硬度的變化、表面加工的光滑度、表面是非晶形的程度、物料顆粒的大小、以及在表面或與物料相接觸的表面上有何種涂層，例如流體、灰塵或其他的污染物。因此，具有相似物理結(jié)構(gòu)但是有不相似的化學組成的松散粒狀混合物，用本發(fā)明的方法和裝置，根據(jù)它們在某一特定的表面上顯示出的滑動摩擦系數(shù)的差別，就可以將它們分離，而不受石塊大小或幾何形狀的影響。
根據(jù)本發(fā)明，物料混合物的分離是根據(jù)滑動摩擦系數(shù)的差別，通過速度差分選、滑動保持分選或差動制動分選的任意的方式實現(xiàn)的。它取決于如何使被分離的物料混合物在表面上移動作為混合物組分的滑動摩擦系數(shù)的函數(shù)。
在速度差分選中，被分離的物料之一將以比其他物料快得多的速度在表面內(nèi)滑動。當平行于表面的法線的物料混合物的加速度大于物料混合物組分的滑動摩擦系數(shù)時，這幾個組分將沿著表面以與滑動摩擦系數(shù)成反比的一個速度運動，因此，對表面的滑動摩擦系數(shù)越小，組分的運動將越快。
在滑動保持分選(Slide-retainSorting)中，被分離混合物中的一種物料沿表面移動，而其他的則保持靜止。平行于表面法線的加速度，它與物料的滑動摩擦系數(shù)成正比，這樣，具有較低滑動摩擦系數(shù)的組分，將沿表面移動，而具有較高滑動摩擦系數(shù)的組分，將在表面上保持靜止。
在差動制動分選中(速度差分選的一種改進)，當被分離的物料以相同的初速度送到表面的時候，向下流動的某種物料比其他的物料流得快。平行于表面的法線的物料移動的減速度與它的滑動摩擦系數(shù)成正比。因此，具有較高滑動摩擦系數(shù)的物料比具有較低滑動摩擦系數(shù)的物料流動得慢得多。
根據(jù)本發(fā)明，實現(xiàn)物料分離的裝置包括，把被分離的物料輸送到表面的裝置，在該表面被分離的物料的滑動摩擦系數(shù)有很大的不同，以及施加力的裝置，它使這些物料在表面內(nèi)產(chǎn)生運動，以顯示這些摩擦系數(shù)的差別。就其本質(zhì)來說，施加的這些力可以是加速力也可以是減速力，它們包括重力和離心力。
在實施本發(fā)明中可以使用的一種類型的裝置一般稱為轉(zhuǎn)動圓盤分選裝置，例如在圖1和圖2中分別表示的俯視圖和側(cè)視圖。當使用這種裝置的時候，多組分的粒狀混合物，如礦物混合物，如滑石和白云石的混合物是由加料系統(tǒng)的裝置加到分離面上。在該加料系統(tǒng)中，多組分的混合物是從料斗110加入振動加料器112，振動加料器112包括篩網(wǎng)114，當多組分的混合物通過振動加料器112加入的時候，篩網(wǎng)使細的和其他的外來的小顆粒物料從系統(tǒng)中除去。篩網(wǎng)114可以用穿有孔徑大約為1.5吋孔洞的薄金屬板組成。篩分過的除去較小尺寸顆粒的物料混合物通過滑板裝置116從振動加料器112加到加料輸送器118?；逖b置116可以為任意的傾角，較好地是有一個V-型槽，以加速和把被分離的粒子或石塊一起堆放在加料輸送器118上。例如，滑板裝置116可以有一個30度V-型槽，與水平面傾斜成35度角。這就為混合物粒子提供了合適的方法和間隔，以便圓盤裝置122發(fā)揮出適當?shù)墓δ堋Ｎ锪匣旌衔镅丶恿陷斔推?18運動到加料滑板120，它用作把粒狀混合物從加料器118輸送到轉(zhuǎn)動圓盤122的分離面。例如，加料滑板120可以為3呎長，具有16度的傾角。加料輸送器118可以適宜的速度操作，最好是以能夠使物料混合物離開加料滑板120到圓盤122上所具有的速度操作，這個速度要大致等于圓盤122在該點的切向速度，即在轉(zhuǎn)動圓盤122加料點的切向速度。加料輸送器118的速度一般將比處于加料點的圓盤122的切線速度大，因為當物料混合物滑下加料滑板120時，物料混合物的加速能量趨于消失，物料混合物就碰到刮刀的葉片124，在圓盤122的分離面上又改變了方向。舉例說明，當圓盤122直徑為6呎，轉(zhuǎn)速為30轉(zhuǎn)/分時，在圓盤122的半徑18吋的加料點處，加料輸送器118以每秒7呎的速度操作，它使物料混合物從加料滑板120加到圓盤122的分離面時，物料混合物的速度為4.7呎/秒。這也大約是圓盤122在半徑為18吋處的加料點的切線速度。在低的加料速度時，加料滑板120也可以包括一個本發(fā)明的分離面，這樣就可以對物料施以加速或減速力，進一步提高了物料混合物的分離效果。在較高的加料速度時，由于物料混合物的相互作用，加料滑板120不再具有分離面的功能。在這樣的相互作用中，具有較低滑動摩擦系數(shù)的物料組分推動具有較高摩擦系數(shù)的組分向下到加料滑板120，其結(jié)果是當物料混合物來到與轉(zhuǎn)動圓盤122接觸時，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約為40噸/時，當它們與圓盤122接觸時，滑石和白云石的速度接近相等。加料滑板120的表面與轉(zhuǎn)動圓盤122的表面可以相同，也可以不相同。所使用的加料刮刀葉片124，可調(diào)節(jié)到?jīng)]有間距，用來把粒狀混合物的顆?；蚴瘔K一起堆放在圓盤122表面上，以便阻止這種物料的任何部分被其余混合物推出或捕集。加料刮刀124可以為某一結(jié)構(gòu)，使物料混合物放置在圓盤122上，而不產(chǎn)生跳動或滾動的物料混合物。較好地加料刮刀葉片124是彎曲的，其中彎曲度可以任意改變加料點，加料點的改變?nèi)Q于粒狀混合物的組成、被分離的顆?；蚴瘔K的大小和它們的滑動摩擦系數(shù)的差別以及圓盤122的轉(zhuǎn)動速度、直徑，表面材料和外形之類的這些因素。圓盤122的直徑可以為足以有效分離的任意尺寸，較好地是直徑約為2呎到30呎。
如圖1和圖2所示，圓盤122按逆時針方向繞軸126用電動機(未示出)之類的一般裝置帶著轉(zhuǎn)動。圓盤122的轉(zhuǎn)速應該是使構(gòu)成粒狀混合物的二種或多種不同物料能產(chǎn)生速度差，這是以物料各自的滑動摩擦系數(shù)為基礎的，而速度差將取決于在特定時間下究竟采用何種方案，即實施本發(fā)明時可以采用的三種方案中的哪一種-速度差分選，還是滑動保持分選，抑或是差動制動分選。對一個給定的圓盤，當混合物中的粒子的特征尺寸減小的時候，圓盤的轉(zhuǎn)速將提高，以克服由細粒和其他的物料引起的圓盤表面的摩擦特征的影響。而對一給定的粒狀混合物組成和產(chǎn)量，當圓盤122的尺寸增加的時候，它的轉(zhuǎn)速通常將降低。圓盤122的轉(zhuǎn)速可以為任意速度，然而，由于加工和使用的物理限制，圓盤122較好的轉(zhuǎn)速大約為14轉(zhuǎn)/分到22轉(zhuǎn)/分。
具有較低的(或最低的，在有三種或三種以上組分的情況下)滑動摩擦系數(shù)(對圓盤122的表面)的粒狀混合物的組分在圓盤表面上滑向圓盤122的周邊，并落下，收集在料箱130中，并用諸如輸送器132之類的裝置從這里將它們移去。對圓盤表面具有較高滑動摩擦系數(shù)的組分保持靜止或以較低的速度向圓盤122的周邊運動，并從位于圓盤周邊的一個位置移去，該位置與具有較低滑動摩擦系數(shù)的物料從圓盤移去的位置不同。在轉(zhuǎn)動一圈后，殘留在圓盤122表面的物料通過廢料刮刀葉片140或其他適宜的裝置，如刮板、空氣噴射器、真空或其他的裝置，被迫地從圓盤表面除去，進入廢料箱142。料箱142內(nèi)的物料通過輸送器144裝置除去。在料箱130和142之間的圓盤周邊上可以設置附加的料箱(未示出)和除去裝置(也未示出)。回收的物料組分的比率將取決于附加料箱在料箱130和142之間的位置。其除去的具有較低滑動摩擦系數(shù)的物料的百分數(shù)，隨附加料箱與料箱130之間距離的減小而增加。從這些附加料箱回收的物料可以進一步進行分選，如返回加料料斗110或送往其它的分離或分選工藝。
為了改變或調(diào)節(jié)裝置的分離特性，圓盤122的表面，可以通過水噴射裝置150潤濕，以得到不同的摩擦面特性。采用清掃裝置158從圓盤122表面除去與被分離的松散顆粒物料不同的物料，例如沙子和碎屑。清掃裝置158可以由轉(zhuǎn)動的尼龍刷裝置或從圓盤122表面有效地除去外來物料的任何其他的適宜的清掃裝置，包括(但不局限于)轉(zhuǎn)動的刷裝置、流體噴射裝置、真空裝置、刮板或它們的組合裝置。
圓盤122表面的外形可以改變，這取決于在分離方法中所用重力的大小。任何適宜的外形都可以采用，包括(但不局限于)徑向截面是平的、凹的、凸的或淺圓錐形的表面。在平圓盤的情況下，被分離物料的至少一個組分滑動所要求的最小加速度將與它在圓盤表面上的滑動摩擦系數(shù)相等，這是因為這種物料垂直于圓盤表面平面的作用力等于這種物料的重量。
如圖1和圖2所示裝置的圓盤122優(yōu)選為凹面，一般為如圖3和4所示的截頭圓錐形的外形。這樣外形的圓盤提供了具有較大容量的裝置，因此，在一定的時間期內(nèi)，允許較大量物料的分離。凹面的外形也有助于阻止被分離物料的跳動和滾動。在本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施方案中，選擇了圓盤122的表面外形，結(jié)果是被分離物料混合物各組分的加速度保持恒定，特別是在表面的分離區(qū)域內(nèi)。
具有這樣優(yōu)選外形的圓盤122的詳細結(jié)構(gòu)如圖3和圖4所示。如圖所示，圓盤122帶有一輪轂160，其截面為多角形，由鍵162固定到轉(zhuǎn)動驅(qū)動軸126上。許多支撐部件164(這里示出的是伸長的管狀結(jié)構(gòu)部件)牢固地連結(jié)到輪轂160上，并從這里徑向地延伸。部件164對輪轂160的連結(jié)是利用把每個部件的一端對頭焊接到鄰近輪轂的端板166來實現(xiàn)的，該端板帶有許多用于容納固定該板的連結(jié)螺釘168的孔，并由此把部件支撐到輪轂上。
徑向延伸的支撐部件164支撐圓盤122，圓盤由鋼板170的截面構(gòu)成。鋼板170的外形(最好如圖4所示)確定了中心水平表面172，外部的圓形水平表面174，術語“支架”和中間的環(huán)形過渡區(qū)176是由一平截頭圓錐體構(gòu)成。板170的截面與支撐件164利用許多集中設置的成對排列在邊上的圓環(huán)形鋼條178成垂直的空間關系支撐。在成對的鋼條178之間延長的部分是許多螺栓180，螺栓帶頭182的那端設置在支撐件164的內(nèi)部，而它的帶螺紋的那端連接到板截面170中，板截面170鉆孔并帶有分接頭以接收螺栓。此后，螺栓的各端與板表面磨平，以便為本發(fā)明物料的分離提供一個連續(xù)的表面。
在操作中，篩分過的直徑范圍為約1.5英寸至約30英寸的粒狀滑石和白云石的混合物，通過由側(cè)面隔開的葉片24和124(圖1和圖2)形成的通道的卸料端，堆積在圖3和圖4所示的板170的表面。供給的混合物主要堆積在圓盤表面的中心部分172;然而，堆積在傾斜的過渡部分176的一些顆粒對分離的性能沒有不利的影響。實際上，為了防止混合物顆粒的滾動或跳動，它們在轉(zhuǎn)動板170卸料點的線速度基本上與板170在該點的切線速度相同，因此，起初顆粒對板的相對速度基本上為零。
由于板170的旋轉(zhuǎn)運動，由于混合物顆粒的任何跳動或滾動得到了阻止，這些顆粒產(chǎn)生的徑向移動就與混合物各組分的滑動摩擦系數(shù)成正比。因此，與白云石相比，在鋼板上具有較低滑動摩擦系數(shù)的滑石將以比白云石較大的速度徑向地移動，越過板面，結(jié)果，滑石將通過過渡部分176到支架174，并最終卸入料箱130。
較好的是，計算過渡部分176的傾角，使其抵銷白云石顆粒的離心加速作用，以便把它們保留在圓盤122的中心區(qū)，通過葉片140最后偏轉(zhuǎn)進入料箱142。因此，根據(jù)圓盤122的轉(zhuǎn)速和板170的直徑，本發(fā)明可以用約4度直到最大約25度的傾角來實施。在所列舉的裝置中，其中的板170有一直徑為14英寸的外周邊，它以約176rpm的速度轉(zhuǎn)動，確定約4.8度的傾角即足以達到充分的分離。當然，當板的直徑和圓盤的轉(zhuǎn)速增加時，過渡部分的傾角應當相應地增加，以保證滑石從白云石中的準確分離，而不犧牲收率。
大家將會認識到，用弓形擋板22和支架部分174相配合的方法，分離的滑石將由板保留在支架上，直到通過葉片21直接流入料箱130為止。利用這種結(jié)構(gòu)，接收滑石所需的料箱130的長度減少到一個可接受的比率。
圖5、6和7，分別地是俯視圖、側(cè)視圖和正視圖，各自地表示在實施本發(fā)明中所使用的振動臺形式的另一類型的裝置。多組分的粒狀混合物從料斗210加到螺旋輸送器212，然后把這物料混合物加到振動臺225的表面230上。振動臺225以循環(huán)加速力的方式使它進行振動，通常成一個角度并且如圖3中箭頭226所標出的方向，這個角度可以改變，但最好與水平成30度左右角。這種加速力作用于被輸送到振動臺225表面230上的粒子上，通過一系列被稱為投擲和抓住的作用，在被投擲作用期間，粒子被向前拋，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。粒子的運動路徑由傳遞給振動臺225的振動的振幅和頻率決定。提高振幅或推力，向前運動的粒子的行程就有更大的差別。在給定的時間期間內(nèi)，提高振動頻率，向前拋出的粒子的數(shù)目就增加。
在振動臺225操作期間，多組分顆粒物料受到兩個力一個是作用在加料方向的循環(huán)加速力，另一個是重力。因此，循環(huán)加速力，即傳遞給振動臺225的振動的力，將顆粒向前拋。當顆粒混合物與表面230接觸的時候，具有較高滑動摩擦系數(shù)的組分在表面230上基本維持靜止。具有較低滑動摩擦系數(shù)的組分與表面230接觸并滑動?；瑒臃较蛉Q于對粒子行使的重力，由表面230的斜坡260和傾角270決定。
在每個振動中，顆粒用大約為重力的三倍(3g)到25g的加速作用力被向前拋出。顆粒向前拋的距離取決于顆粒的滑動摩擦系數(shù)。具有較高滑動摩擦系數(shù)的顆粒比具有較低的滑動摩擦系數(shù)的顆粒向前拋得更遠。當推力增加時，振幅就減小，如當推力從8g增加到約25g時，振幅大約從1/2吋減小到大約1/64吋。振動頻率將取決于顆粒的大小。調(diào)節(jié)振動臺225的斜度260和傾角270，以便使具有較高滑動摩擦系數(shù)的顆?；旌衔锏慕M分在表面230上不滑動，而具有較低滑動摩擦系數(shù)的組分將滑動。因此，當加料方向是向上升時，使顆?；旌衔镞_到分離。振動臺225的表面230的傾角270如圖4，可在與水平面成從0度到45度角的范圍內(nèi)變化。傾角270常常用于幫助使顆?；旌衔锓稚⒃谡駝优_225的表面230，使被分離的顆粒具有不同的速度。振動臺225的斜度260如圖5，它也可在與水平面成0度到45度角左右的范圍內(nèi)變化。當振動臺225的表面230的斜度260增加的時候，顆粒混合物向前的運動受到抑制，顆粒向前運動的這種抑制作用能夠使所利用的表面縮減。調(diào)節(jié)振幅和頻率以使與振動臺225的傾角270和被分離顆粒的平均粒徑相匹配。如5/8吋的滑石和白云石粒子的混合物，在一潤濕的氧化鋁表面振動臺上，振動臺的斜度為10度，傾角為5度，用振幅3/8吋和頻率為500轉(zhuǎn)/分可以將其分離。具有較高滑動摩擦系數(shù)的顆?；旌衔?，通過加料方向的一循環(huán)加速力，向上輸送到表面230上，并排入料箱240。料箱240內(nèi)的物料通過輸送器242之類的適宜裝置可以卸出。具有較低滑動摩擦系數(shù)(或在三種或三種以上組分的情況下，最低的)在振動臺225表面的顆?；旌衔锝M分在與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，它可以通過輸送器246卸出。這種裝置特別適合于分離特征尺寸為6吋或6吋以下的物料，較好的特征尺寸是1吋或1吋以下。為了使表面230具有不同的摩擦特征，常常用水噴射器250潤濕表面230。由于表面230基本上自己清掃表面，因此，不需要用清掃裝置。
當實施本發(fā)明的-速度差值分選、滑動保持分選和差動制動分選或它們的組合的時候，圖1至圖7的裝置，用這三個可以利用的實施方案中的任何一個，就可以用于分離物料混合物。在其他的一些因素中，采用特定的分選方法將取決于物料混合物的組成，混合物每種組分的相對含量、混合物的特征尺寸、混合物中特征尺寸的范圍、分離面以及在把物料混合物引到分離面之前施加給物料混合物的初速度(如有)。
較好的表面材料是能擴大被分離物料的混動摩擦系數(shù)之間的差別的那些材料。然而，任何表面材料都是可以接受的，實際上，只要被分離的物料在這樣的表面上它們的滑動摩擦系數(shù)有差別就行?；瑒幽Σ料禂?shù)的差值越小，分離變得越困難，直到甚至改進設備的設計都不能使分離完全或良好地進行。
對特定的表面，滑動摩擦系數(shù)越高，部分的或全部的物料產(chǎn)生滾動或跳動的可能性就越大，而實施本發(fā)明的時候，要避免產(chǎn)生滾動或跳動這一情況。滾動或跳動物料將不能有充足的時間接觸表面，以產(chǎn)生本發(fā)明的分選方法最為關鍵的滑動摩擦系數(shù)的差值。
可以用作實施本發(fā)明的分離表面的材料，在其上被分離的物料的滑動摩擦系數(shù)顯示出很大差別的材料有陶瓷材料，例如耐摩擦的瓦和磚，金屬如低碳鋼或不銹鋼之類，以及高密度的耐磨損塑料材料，如高分子量的聚乙烯。分離表面材料較好地將是對被分離的顆粒物料耐磨損的材料，因為表面磨損對分離過程有相反的影響。因此，表面的硬度最好是和進行分離的顆?；旌衔锏淖钣驳慕M分的硬度相等或更大。
對于分離滑石和白云石混合物的特別好的表面材料是由很細顆粒的85%氧化鋁(Moh硬度為9.3或更高)產(chǎn)品，例如Cerasurf Al2O3磚制成的氧化鋁陶瓷表面(Ceors陶瓷公司，Colden，Colorado)，而特別好的是用水潤濕了的這樣的表面。
分離表面本身基本上是光滑的?；旧蠜]有任何凹凸不平的未破損的表面，而那些凹陷或突出物當被分離的物料混合物經(jīng)過表面時，會影響它們的運動。當使用幾個表面段時，其材料可以相同，也可不同，這些表面段最好是用一般的方式例如鋪沙整理，以便這些部分是平的或平坦的。例如，當使用耐磨損的磚如Cerasurf Al2O3磚的時候，磚要對齊，它們之間并且灌漿，以得到基本光滑表面。突出的某些邊緣，用砂輪磨，刮或銼，以得到一個平整的表面或基本平整的表面。
圖1a表示轉(zhuǎn)動圓盤122的另一個實施方案，該圓盤122特別適合于在圖1的布置中使用，在使用中經(jīng)受了嚴重的磨損和/或損壞情況。轉(zhuǎn)動圓盤122在所有方面都和圖1實施方案的圓盤122相似，除了用處理鋼板在圓盤上極易磨損和/或損壞的區(qū)域形成一圓環(huán)123以外。人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，用低碳鋼在板上做成一圓環(huán)123，板上所暴露的滑動表面用噴沙或噴射硬化法進行硬化，所形成的表面對滑石的滑動摩擦系數(shù)和對白云石的滑動摩擦系數(shù)與這些物料在Cerasurf Al2O3磚上的滑動摩擦系數(shù)基本相同。(參看圖1實施方案的有關部分)。
在實踐中，在給定滑動表面上，白云石的滑動摩擦系數(shù)是滑石的二倍左右時，得到的結(jié)果最好。然而，只要被分離的物料在滑動表面上的滑動摩擦系數(shù)有相當?shù)牟钪?，其結(jié)果就是可接受的，但不是最好。在從白云石中分離滑石的過程中，用滑動摩擦系數(shù)為0.53左右的白云石和滑動摩擦系數(shù)為0.25左右的滑石，得到的結(jié)果最好。用滑動摩擦系數(shù)為0.45-0.55的白云石和滑動摩擦系數(shù)為0.20-0.25的滑石，得到的結(jié)果可接受。各自的滑動摩擦系數(shù)的比率較低時，通過調(diào)節(jié)設備的操作條件，也可以進行操作。如，使用圓盤以較低的轉(zhuǎn)速操作，和/或降低物料的加料速度。
用水或其他的流體使表面潤濕，可以使滑動摩擦系數(shù)的差值增大。在某些情況下，當潤濕表面對某一個組分的滑動摩擦系數(shù)沒有明顯的影響時，它卻可以大大降低另一組分的滑動摩擦系數(shù)。此外，對某些物料，使用流體有助于擴大兩個組分的速度差值，這顯然是由流體的潤滑效應引起的。
根據(jù)本發(fā)明被分離的粒狀混合物的組分，較好地是石塊的形狀，而不是微粒，它的特征尺寸有較大的范圍，最小的與最大的特征尺寸的比率為1-6。當尺寸的范圍窄的時候，分離效應和處理能力都提高，在把物料混合物送到分離面之前，與物料混合物伴生的沙子和微粒最好要除去。除去手段包括被分離物料混合物的篩分和沖洗。
本發(fā)明的上述討論，主要直接描述最佳的實施方案及其實施。本領域內(nèi)的技術人員十分清楚，在這里描述的一些概念的實際補充中的進一步的改變和改進，是容易進行的，而沒有違背本發(fā)明的精神和權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種基于物料的組成來分離不同組分的兩種或多種松散顆粒物料混合物的方法，包括下列步驟選擇表面材料，使上述混合物的各個組分之間顯示出不同的滑動摩擦系數(shù)；在一定的條件下，把上述混合物加到上述表面上，以便產(chǎn)生滑動；對混合物施加力，使混合物與上述表面之間產(chǎn)生相對的滑動，除了在上述混合物中的滑動外，阻止其它的運動；根據(jù)混合物各組分的速度差，分離上述混合物的各松散組分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征是包括轉(zhuǎn)動上述表面的步驟，由此，通過離心作用使上述的物料產(chǎn)生運動。
3.根據(jù)權(quán)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驟，而該速度基本上等于所述表面在上述物料堆積點處的切線速度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其特征是包括使上述混合物中的至少一個組分在上述表面的區(qū)域內(nèi)維持恒定加速度的步驟，在此進行分離。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征是包括使上述表面相對于水平面傾斜的步驟和使上述表面振動運動的步驟，由此，具有不同滑動摩擦系數(shù)的上述顆粒，沿分離路徑通過上述表面。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項的方法，其特征是上述混合物包括粒狀的像巖石的松散顆粒物料。
7.根據(jù)權(quán)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.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其特征是，混合物的各個組分對上述表面的滑動系數(shù)比大約為2比1。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其特征是，白云石對上述表面的滑動摩擦系數(shù)比大約為0.45到0.55，而滑石約為0.20到0.25。
10.用于分離兩種或兩種以上不同組分的松散顆粒物料混合物的裝置，包括一個由能使各種顆粒物料之間產(chǎn)生不同滑動摩擦系數(shù)的有效的材料制成的分離面，在一定條件下，把上述混合物加到上述表面的裝置，以便相對于上述表面產(chǎn)生滑動運動，使上述表面運動的裝置，以便把滑動運動施加給越過上述表面的混合物，由此，上述物料的各個組分將沿速度決定的路徑通過上述表面，和在上述不同路徑的終點收集上述混合物各組分的裝置。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的裝置，其特征是，上述表面包括一種能使上述的顆粒物料之間產(chǎn)生的滑動摩擦系數(shù)比大約為2比1的有效材料。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的裝置，其特征是，上述的粒狀物料是滑石和白云石，而上述的表面材料對白云石產(chǎn)生的滑動摩擦系數(shù)大約為0.45到0.55，而對滑石大約為0.20到0.25。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的裝置，其特征是，上述的表面材料包括一種陶瓷材料。
14.根據(jù)權(quán)利要求12的裝置，其特征是，上述的表面材料包括金屬材料。
15.根據(jù)權(quán)利要求12的裝置，其特征是，滑動表面包括易磨損區(qū)域有金屬的陶瓷材料。
16.根據(jù)權(quán)利要求10的裝置，其特征是，上述的分離表面由在轉(zhuǎn)動圓盤上的表面確定，且包括轉(zhuǎn)動上述圓盤的裝置。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的裝置，其特征是，加料裝置包括把上述的混合物料以一定的線速度加到上述分離面的裝置，該線速度基本上等于上述圓盤在把上述混合物料加到上述表面上的那點的切線速度。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的裝置，其特征是，上述的加料裝置包括一可移動的輸送器，用來把預定的線速度施加給上述的混合物料，還包括把上述的混合物料從上述的輸送器加到上述圓盤上的裝置。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的裝置，其特征是，上述物料的輸送裝置包括一個向下傾斜的基本上為V型的槽。
20.根據(jù)權(quán)利要求17的裝置，其特征是，上述轉(zhuǎn)動圓盤包括一分離面，該分離面的一部分通常為凹面形。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的裝置，其特征是，凹面部分阻止上述混合物料中的某一組分離心地產(chǎn)生徑向運動，但不阻止其它的組分。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的裝置，其特征是，凹面部分用一平截頭圓錐形部分構(gòu)成，其傾角足以阻止白云石離心地產(chǎn)生徑向運動越過上述板，而不阻止滑石。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的裝置，其特征是，上述的傾角大約為4-25度。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的裝置，其特征是，上述的傾角約為4.8度。
25.根據(jù)權(quán)利要求22的裝置，其特征是，上述分離面在上述轉(zhuǎn)動圓盤上有一徑向的內(nèi)部和外部的基本上水平的表面構(gòu)型，上述外部表面高于上述內(nèi)部表面，并且有一位于其間并連結(jié)上述水平面的平截頭圓錐。
26.根據(jù)權(quán)利要求25的裝置，其特征是，所述混合物主要是加到上述內(nèi)圓周表面上。
27.根據(jù)權(quán)利要求25的裝置，其特征是，包括一個鄰近上述外部表面的柵欄，一個滑石收集料箱，和與上述混合物加料裝置徑向地相隔開的在上述柵欄中形成孔的裝置，以使把滑石卸入上述料箱。
28.根據(jù)權(quán)利要求27的裝置，其特征是包括穿過上述外部表面的第一擋板裝置，它與上述柵欄中的孔相配合，把滑石卸入上述料箱。
29.根據(jù)權(quán)利要求28的裝置，其特征是，包括一個與上述滑石料箱角向地相分開的收集白云石的料箱，和與上述第一擋板裝置相配合，從上述圓盤把白云石卸入上述白云石料箱的第二擋板裝置。
30.根據(jù)權(quán)利要求10的裝置，其特征是，上述的分離面是以傾斜方式設置的一個平面，用于把振動傳遞給上述面的裝置，由此，上述的顆粒物料沿著各自的路徑通過上述平面，在各自路徑的端點的分開的收集裝置，用于收集被分離的混合物料。
31.根據(jù)權(quán)利要求30的裝置，其特征是，上述滑動面的傾斜配置與上述的振動面配合，對上述的顆粒物料施加一循環(huán)的加速度和重力，以把上述物料的各自組分引向上述分離的路徑。
32.根據(jù)權(quán)利要求31的裝置，其特征是，上述滑動面的傾斜配置由上述平面的斜度和傾角確定，當對上述表面在加料方向每次施加有效的循環(huán)加速力時，就影響到上述顆粒各個組分的相應的運動，而上述的重力中間的循環(huán)加速力被用于操作時，只對上述混合物中具有較低滑動摩擦系數(shù)的那個組分的滑動運動有影響。
33.根據(jù)權(quán)利要求32的裝置，其特征是，上述表面的斜度和傾角各是一個直到45度的數(shù)值。
全文摘要
本發(fā)明公開了兩種或多種松散顆粒物料(上述物料中的每一種組分都具有不同的滑動摩擦系數(shù))的分離方法，該方法是利用對上述混合物施加一個力，以在一個混合物的滑動摩擦系數(shù)起作用的平面內(nèi)使它們產(chǎn)生運動而引起的速度差。還公開了實現(xiàn)這些分離過程的幾種裝置。
文檔編號B07B13/11GK1040335SQ8910440
公開日1990年3月14日 申請日期1989年5月16日 優(yōu)先權(quán)日1989年3月31日
發(fā)明者卡爾·W·尼科斯, 邁克爾·J·洛蘭, 邁克爾·O·沃爾德, 杰里·W·雷菲爾德 申請人:塞浦路斯礦業(yè)公司