專利名稱：：稠密介質(zhì)旋風(fēng)分離器內(nèi)細(xì)顆粒分離用雙分布稠密介質(zhì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及稠密介質(zhì)中細(xì)顆粒的新分離方法。具體而言，本發(fā)明涉及以雙顆粒尺寸分布為特征的稠密介質(zhì)(含水和鐵磁顆粒)中細(xì)顆粒的一種獨(dú)特分離方法。
背景技術(shù)：
：諸如稠密介質(zhì)旋風(fēng)分離器的稠密介質(zhì)動態(tài)分離器多年來用于將稠密介質(zhì)混合物分離為各組成部分。這類分離器包括稠密介質(zhì)旋風(fēng)分離器，旋流分離器，NCBvorsyl分離器，DynaWhirlpool分離器，三轉(zhuǎn)盤分離器，等等。影響稠密介質(zhì)旋風(fēng)分離器性能的因素可分為三類介質(zhì)性質(zhì)(組成)，分離器操作條件，以及原料的特性。雖則分離器操作條件基于原料的特性而設(shè)計(jì)，然介質(zhì)組成的選擇必須同時依據(jù)原料的特性和分離器的操作條件而定。據(jù)該原理，細(xì)顆粒分離需采用高離心加速度，這可通過提高分離器的進(jìn)口壓力或降低分離器直徑獲得。細(xì)的原料顆粒尺寸及高離心加速度均要求采用微細(xì)稠密介質(zhì)懸浮體。這促進(jìn)了微磁(研磨而得的超細(xì)鐵磁體，參見美國專利第5022892號)的發(fā)展。美國專利第5022892號(Klima等，1991年7月11日授權(quán))公開了一種洗凈散粒煤的方法，散粒煤與稠密介質(zhì)漿液一同作為旋風(fēng)分離器的進(jìn)料。煤粒尺寸分布范圍介于約37～600微米。稠密介質(zhì)含水和鐵磁顆粒，后者的相對密度介于約4.0～7.0。稠密介質(zhì)中的鐵磁顆粒的尺寸不及約15微米，并且，至于有很大部分顆粒的尺寸小于約5微米。在旋風(fēng)分離器中，散粒煤及稠密介質(zhì)漿液分為一股低重度產(chǎn)物流和一股高重度產(chǎn)物流，兩物流的相對密度差不大于約0.2。低重度和高重度物流經(jīng)處理后自其中回收鐵磁顆粒。雖然采用超細(xì)磁鐵礦顆粒稠密介質(zhì)在技術(shù)上可行，但這也會導(dǎo)致嚴(yán)重的問題。主要的缺點(diǎn)包括這類介質(zhì)的流變學(xué)性能不良(Y.B.He及J.S.Laskowski，第12屆煤制備大會[12thInt.CoalPreparationCongress]，Krakow1994，論文編號paperC-8)以及其高昂的生產(chǎn)成本。高粘稠密介質(zhì)會降低細(xì)顆粒的分離效率，尤其在高介質(zhì)密度下更是如此。稠密介質(zhì)旋風(fēng)分離器(DMC)的性能受介質(zhì)性能的影響甚大，特別是對細(xì)顆粒(＜0.5mm)的分離(Y.B.He及J.S.Laskowski，礦業(yè)工程雜志[MineralsEngineering]，1994年，卷Vol.7，頁209-221)。盡管流變性能及穩(wěn)定性為介質(zhì)的基本性質(zhì)并在很大程度上與DMC的性能直接相關(guān)，但這些性能可由介質(zhì)的組成控制和調(diào)整。組成變量包括介質(zhì)的固含量(或介質(zhì)密度)，磁鐵顆粒尺寸分布，顆粒形狀，受污染程度，以及去磁程度。對常規(guī)的稠密介質(zhì)，欲改善其穩(wěn)定性，難免對介質(zhì)的流變性能產(chǎn)生不利影響，反之亦然。對稠密介質(zhì)中細(xì)顆粒的分離，這種兩難境地更加突出，其時，高離心加速度變得事所難免。在研究磁鐵顆粒尺寸的影響時，Stoessner和Zawadziki(第3屆國際水力旋風(fēng)分離器會議論文集[Proc.3rdInt.Conf.onHydrocyclones]，Oxford，1987)曾報道，采用粗磁鐵較之采用細(xì)磁鐵時DMC的性能更為優(yōu)良。兩人將此歸因于細(xì)磁鐵下粘度對DMC的性能的有害作用。當(dāng)進(jìn)行高介質(zhì)密度下的鐵礦分離時，Collins等(非洲IMM學(xué)會會志[J.S.Afr.IMM]，1974年，卷Vol.12，頁103-119)報道了類似的現(xiàn)象。他們建議采用球形介質(zhì)顆粒，以減小粘度的影響，他們還表明，較之采用經(jīng)研磨的不規(guī)整顆粒，采用經(jīng)霧化的(球形)硅鐵后相應(yīng)的分離效率較高。另一方面，增大磁鐵顆粒的尺寸會破壞介質(zhì)的穩(wěn)定。故此，在評價250mmDMC在分離煤時的性能時，Sokaski和Geer(美國礦業(yè)局[U.S.BureauofMines]，RI6274(2963))發(fā)現(xiàn)，較細(xì)磁鐵可使分離更顯著。Fourie等(非洲IMM學(xué)會會志[J.S.Afr.IMM]，1980年，卷Vol.80，頁357-361)以及Chedgy等(第10屆國際煤制備大會[Proc.10thInt.CoalPreparationCongress]，Edmonton1986，pp.60-79)也報道了類似的發(fā)現(xiàn)。這些研究均聲稱，磁鐵越加細(xì)化，介質(zhì)穩(wěn)定性得以改善，所獲分離效率越佳。Fourie等建議，為使煤有明顯分離，至少50％(重量)的磁鐵的尺寸應(yīng)在10微米以下。在低介質(zhì)密度下，若采用工業(yè)級磁鐵，前述Chedgy等發(fā)現(xiàn)，當(dāng)提升旋風(fēng)分離器的進(jìn)口壓力時，分離效率惡化，而且，在高進(jìn)料壓力下，較小尺寸旋風(fēng)分離器的性能不及處于類似試驗(yàn)條件下的較大尺寸旋風(fēng)分離器的性能。據(jù)Klima和Killmeyer(第11屆國際煤制備大會[Proe.11thInt.CoalPreparationCongress]，Tokyo1990，pp.145-149)觀察，采用微細(xì)化磁鐵(90％(重量)＜5am)進(jìn)行細(xì)煤的分離，當(dāng)旋風(fēng)分離器的進(jìn)口壓力增至35～372kPa時，分離效率大為改善。這些不同的結(jié)果表明，在前述的第一種情形下，對粗大的工業(yè)磁鐵，增大介質(zhì)的離析所產(chǎn)生的不利作用消解了在高進(jìn)口壓力(或較小旋風(fēng)分離器直徑)下所取得的較大離心加速度所帶來的好處。然而，在前述的第二種情形下，非常穩(wěn)定的微細(xì)化磁鐵介質(zhì)保證了在采用高離心加速度的同時而不促使高密度介質(zhì)過度離析發(fā)生。Kindig的如下幾個專利一般與細(xì)粒煤的選礦，磁鐵及稠密介質(zhì)旋風(fēng)分離器有關(guān)。美國專利第5348160(Kindig，1994年9月20日授權(quán))公開了在稠密介質(zhì)旋風(fēng)分離器中細(xì)粒煤的選礦，分離器加以特別設(shè)計(jì)，以改善顆粒的加速度，提高分離效率。原煤原料尺寸先經(jīng)選擇，以除去細(xì)煤顆粒。粗粒組分隨后分離為潔煤，中煤及廢煤。中煤再加粉碎以用作細(xì)粒組分選礦。細(xì)粒組分于逆流旋風(fēng)分離器回路中洗泥后再于稠密介質(zhì)旋風(fēng)分離器中分為不同標(biāo)稱尺寸的多個組分。稠密介質(zhì)含窄尺寸分布的超細(xì)磁鐵顆粒，后者用以增進(jìn)分離并改善磁鐵的回收。磁鐵自每一分出的組分中單獨(dú)回收，而且，某一組分的非磁出流水將原料稀釋至更細(xì)的組分并同時改善所有煤及磁鐵的回收。磁鐵回收在以顆粒尺寸為據(jù)特加設(shè)計(jì)的回收單元內(nèi)進(jìn)行，最終的分離在配備高強(qiáng)度磁鐵的磁鼓分離器的粗洗器—凈化器—清洗器回路內(nèi)進(jìn)行。美國專利第5277368(Kindig，1994年1月11日授權(quán))公開了在稠密介質(zhì)旋風(fēng)分離器中細(xì)粒煤的選礦，分離器加以特別設(shè)計(jì)，以改善顆粒的加速度，提高分離效率。原煤原料尺寸先經(jīng)選擇，以除去細(xì)煤顆粒。粗粒組分隨后分離為潔煤，中煤及廢煤。中煤再加粉碎以用作細(xì)粒組分選礦。細(xì)粒組分于逆流旋風(fēng)分離器通道中洗泥后再于稠密介質(zhì)旋風(fēng)分離器中分為不同標(biāo)稱尺寸的多個組分。稠密介質(zhì)含窄分布尺寸的超細(xì)磁鐵顆粒，后者用以增進(jìn)分離并改善磁鐵的回收。磁鐵自每一分出的組分中單獨(dú)回收，而且，某一組分的非磁出流水將原料稀釋至更細(xì)的組分并同時改善所有煤及磁鐵的回收。磁鐵回收在以顆粒尺寸為據(jù)專門設(shè)計(jì)的回收單元內(nèi)進(jìn)行，最終的分離在配備高強(qiáng)度磁鐵的磁鼓分離器的粗洗器—凈化器—清洗器回路內(nèi)進(jìn)行。美國專利第5262962(Kindig，1993年11月16日授權(quán))公開了細(xì)固體散粒的選礦方法，該法選取磁鐵制成稠密介質(zhì)，固體散粒相對稠密介質(zhì)處于懸浮狀態(tài)，以致固體如同是比重與稠密介質(zhì)相當(dāng)?shù)囊后w。該法包括將磁鐵顆粒的直徑確定在使固體散粒/磁鐵直徑比處于直徑比分配曲線之上。該發(fā)明也包括采用顆粒直徑小于約0.005mm以及平均直徑約0.0025mm的磁鐵。這種磁鐵通過氣相高溫水解反應(yīng)于鐵氯化物水溶液上形成。該發(fā)明進(jìn)而包括確定稠密介質(zhì)分離過程分離效率的方法。該法包括確定在稠密介質(zhì)旋風(fēng)分離器內(nèi)顆粒得以正確選礦所需運(yùn)動的表觀距離。已知該表觀距離，顆粒得以正確選礦所需的表觀速度可算得。該表觀速度與旋風(fēng)分離器幾何尺寸以及操作參數(shù)一道，用作計(jì)算分離效率表征參數(shù)的收斂值。該專利還公開了確定旋風(fēng)分離器幾何尺寸以及操作參數(shù)方法，包括以效率為優(yōu)化目標(biāo)，確定分離效率并調(diào)整幾何尺寸以及參數(shù)。美國專利第5096066(Kindig，1992年5月17日授權(quán))公開了細(xì)固體散粒的選礦方法，該法選取磁鐵制成稠密介質(zhì)，固體散粒相對稠密介質(zhì)處于懸浮狀態(tài)，以致固體如同是比重與稠密介質(zhì)相當(dāng)?shù)囊后w。該法包括將磁鐵顆粒的直徑確定在使固體散粒/磁鐵直徑比處于直徑比分配曲線之上。該發(fā)明也包括采用顆粒直徑小于約0.005mm以及平均直徑約0.0025mm的磁鐵。這種磁鐵通過氣相高溫水解反應(yīng)于鐵氯化物水溶液上形成。該發(fā)明還包括確定稠密介質(zhì)分離過程分離效率的方法。該法包括確定在稠密介質(zhì)旋風(fēng)分離器內(nèi)顆粒得以正確選礦所需運(yùn)動的表觀距離。已知該表觀距離，顆粒得以正確選礦所需的表觀速度可算得。該表觀速度與旋風(fēng)分離器幾何尺寸以及操作參數(shù)一道，用作計(jì)算分離效率表征參數(shù)的收斂值。該專利還包括確定旋風(fēng)分離器幾何尺寸以及操作參數(shù)方法，包括以效率為優(yōu)化目標(biāo)，確定分離效率并調(diào)整幾何尺寸以及參數(shù)。發(fā)明概要廣義而言，本發(fā)明涉及鐵磁體顆粒尺寸分布的新配方，如此使顆粒具有優(yōu)化的介質(zhì)性能。本發(fā)明提供在雙分布(二組元)稠密介質(zhì)中分離細(xì)顆粒的方法。依照本發(fā)明，稠密介質(zhì)含鐵磁體顆粒，顆粒的相對密度介于約4.0～7.0且顆粒懸浮于水中，顆粒以雙尺寸分布為特征。這類介質(zhì)的穩(wěn)定性好，流變學(xué)性能佳。一般地，本發(fā)明適用于稠密介質(zhì)分離器。具體而言，將這種雙尺寸分布稠密介質(zhì)用于稠密介質(zhì)旋風(fēng)分離器中的細(xì)粒煤凈化，分離效率優(yōu)良。在一個具體的實(shí)施方案中，本發(fā)明包括將密度不同的細(xì)顆粒分為不同密度組分的方法，該法包括向稠密介質(zhì)分離器加入稠密介質(zhì)，后者含水及鐵磁顆粒，顆粒的相對密度介于約4.0～7.0且為雙尺寸分布，內(nèi)含細(xì)組分20％(重量)～40％(重量)及粗組分60％(重量)～80％(重量)，粗/細(xì)顆粒尺寸比介于約5～10。在該法中，分離器可為稠密介質(zhì)旋風(fēng)分離器，向稠密介質(zhì)旋風(fēng)分離器加入的原料含尺寸小于600微米的細(xì)煤顆粒，且雙分布鐵磁稠密介質(zhì)的相對密度介于約1.2～1.9。稠密介質(zhì)中的鐵磁顆粒為Fe3O4或FeSi。本發(fā)明還包括洗煤的方法，該法包括向稠密介質(zhì)旋風(fēng)分離器內(nèi)加入混合物，所述混合物含(a)細(xì)煤顆粒，(b)水及(c)鐵磁顆粒，顆粒的相對密度介于約4.0～7.0且為雙尺寸分布，特征是細(xì)組分20％(重量)～40％(重量)及粗組分60％(重量)～80％(重量)，粗/細(xì)顆粒尺寸比介于約5～10。在該法中，混合物加入稠密介質(zhì)分離器時的進(jìn)口壓力介于約40～400kPa。細(xì)煤顆粒尺寸小于600微米，且雙分布鐵磁稠密介質(zhì)的相對密度介于約1.2～1.9。細(xì)鐵磁顆粒尺寸范圍可介于約1～10微米，粗鐵磁顆粒尺寸范圍介于約10～45微米。本發(fā)明旨在提供調(diào)配稠密介質(zhì)顆粒尺寸分布的方法。這種優(yōu)化的分布改善了穩(wěn)定性，降低了的稠密介質(zhì)的粘度。本發(fā)明還涉及在稠密介質(zhì)動態(tài)分離器內(nèi)將密度不同的細(xì)顆粒分為不同密度組分時所用的稠密介質(zhì)，所述稠密介質(zhì)含(a)水及(b)鐵磁顆粒，顆粒的相對密度介于約4.0～7.0且為雙尺寸分布，特征是含細(xì)組分約20％(重量)～40％(重量)及粗組分60％(重量)～80％(重量)，粗/細(xì)顆粒尺寸比介于約5～10。本發(fā)明進(jìn)而提供預(yù)先提濃各種礦物顆粒(如金剛石)的方法，其中，介質(zhì)的相對密度介于1.7～3.2。在如此高的密度范圍內(nèi)，采用雙尺寸分布鐵磁稠密介質(zhì)的優(yōu)勢將更加顯著。附圖簡述后附各圖僅用于說明本發(fā)明的具體實(shí)施方案，并不在任何意義上構(gòu)成對本發(fā)明實(shí)質(zhì)內(nèi)容及范圍的限定。圖1示出6英寸稠密介質(zhì)旋風(fēng)分離器循環(huán)的流程圖。圖2圖示介質(zhì)組成對DMC分離效率的影響。圖3示出介質(zhì)穩(wěn)定性與鐵磁顆粒尺寸分布及介質(zhì)密度的函數(shù)關(guān)系。圖4示出分離效率與雙分布稠密介質(zhì)中細(xì)顆粒配比的函數(shù)關(guān)系。圖5圖示雙分布稠密介質(zhì)組成對密度差的影響。圖6圖示雙分布稠密介質(zhì)組成對切點(diǎn)變換差的影響。優(yōu)選實(shí)施方案詳述我們已發(fā)現(xiàn)，以雙分布磁鐵懸浮物可獲得優(yōu)化的DMC分離介質(zhì)組成。該組成既可提高介質(zhì)的穩(wěn)定性又可降低介質(zhì)的屈服應(yīng)力。在細(xì)顆粒的DMC分離中，我們已發(fā)現(xiàn)，分離效率與介質(zhì)的流變學(xué)性能密切相關(guān)。當(dāng)細(xì)磁鐵占磁鐵總含量的約25％(重量)時，Ep值為最小。對雙分布懸浮物，該組成為流變學(xué)意義上的優(yōu)化組成。另一方面，切點(diǎn)變換差與介質(zhì)穩(wěn)定性的關(guān)系更為密切；增大介質(zhì)中細(xì)粒磁鐵的配比可降低密度差，從而使切點(diǎn)變換差持續(xù)降低。在第一組試驗(yàn)中，常規(guī)磁鐵樣(Mag#1，2，3及4)用于制成稠密介質(zhì)，介質(zhì)密度范圍介于1.2～1.7g/cm3(％(重量)固體)。顆粒尺寸適宜以Rosin-Rammler-Bennet顆粒尺寸分布描述。Mag#1為工業(yè)級磁鐵，由CraigontMines提供。Mag#2為將Mag#1于球磨機(jī)內(nèi)研磨后的產(chǎn)物。Mag#3及Mag#6為將Mag#1于分級旋風(fēng)分離器內(nèi)除去細(xì)分后的分級產(chǎn)物。Mag#4及Mag#5為微細(xì)化磁鐵(分別為70％(重量)＜5am及90％(重量)＜5am)，由美國能源部Pittsburgh能源技術(shù)中心提供。標(biāo)以顏色的密度示蹤劑得自Partitionz責(zé)任有限公司(Austrilia)，用作旋風(fēng)分離器的原料。試驗(yàn)中采用三種窄尺寸組分4.0×2.0，1.0×0.71及0.5×0.355mm。表1列出6種磁鐵樣的RRB尺寸及分布模數(shù)。如該表所示，這些磁鐵樣涵蓋的顆粒尺寸范圍寬，小至d63.2＝2.7μm，粗大磁鐵可至d63.2＝35.0μm。表1磁鐵樣的RRB尺寸及分布模數(shù)</tables>在分離試驗(yàn)中，不同密度的密度示蹤劑相互間通常處于分離狀態(tài)。在每次試驗(yàn)中，僅有一種密度組分自頂箱通入旋風(fēng)分離器環(huán)路。每一組分的最少用量約為100克，顯示溢流及底流的示蹤顆粒由安裝于取樣盒內(nèi)的兩個篩子回收，而通過篩子的載體介質(zhì)作再循環(huán)。兩個篩子截留的示蹤顆粒經(jīng)沖洗，干燥并單獨(dú)稱重。這個結(jié)果用于計(jì)算分配數(shù)。以不同密度的組分重復(fù)整個過程，得到足夠的數(shù)據(jù)點(diǎn)供繪制分配曲線。為確保精確，對尤其是處于分離切斷點(diǎn)附近的數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行重復(fù)試驗(yàn)。在試驗(yàn)全過程中，對溢流及底流的密度及流量進(jìn)行監(jiān)測。由這些數(shù)據(jù)，可算得溢流/底流比及密度差。分離試驗(yàn)在6英寸稠密介質(zhì)旋風(fēng)分離器回路內(nèi)進(jìn)行。6英寸旋風(fēng)分離器(型號D6B-12-S2B7)得自Krebs國際工程師公司(California)。該分離器靠重力進(jìn)料，進(jìn)口壓力60.6英寸液柱(10倍分離器直徑)。有關(guān)這方面，參見Y.B.He及J.S.Laskowski，礦業(yè)工程雜志[MineralsEngineering]，1994年，卷Vol.7，頁209-221，該文的主題此處一并引入作為參照?；芈方Y(jié)構(gòu)先據(jù)He及Laskowski給定的條件進(jìn)行了優(yōu)化。采用2.5英寸渦流定向器及2.0英寸閥門得到介質(zhì)分流比為1.8，這處在推薦的范圍(2±0.5)。圖1示出6英寸稠密介質(zhì)旋風(fēng)分離器循環(huán)的流程圖。圖2示出分離效率與介質(zhì)密度及顆粒尺寸的函數(shù)關(guān)系。在Ep值與介質(zhì)密度的關(guān)系中，可觀察到兩個矛盾的趨勢。對Mag#1，Mag#2及Mag#4稠密介質(zhì)，Ep值隨介質(zhì)密度增大而增大，而對粗大的Mag#3稠密介質(zhì)卻呈降低趨勢。這類相反的趨勢可歸因于介質(zhì)穩(wěn)定性以及流變學(xué)性能對DMC性能的交互影響。對細(xì)磁鐵稠密介質(zhì)(Mag#1，Mag#2及Mag#4)，介質(zhì)穩(wěn)定性高。如圖3所示，在整個試驗(yàn)密度范圍內(nèi)，密度差限于0.5g/cm3以下。據(jù)Collins等(非洲IMM學(xué)會會志[J.S.Afr.IMM]，1974年，卷Vol.12，頁103-119)，這類介質(zhì)的不穩(wěn)定性對分離效率的不利作用并不明顯。進(jìn)一步增大介質(zhì)密度進(jìn)而改善介質(zhì)的穩(wěn)定性于分離效率的作用甚微。另一方面，這些磁鐵樣的細(xì)化程度已使相應(yīng)的稠密介質(zhì)變得非常粘稠。增大介質(zhì)密度會急劇強(qiáng)化介質(zhì)流變學(xué)的不利作用，使后者成為影響DMC性能的主要變量。故此，增大介質(zhì)密度導(dǎo)致分離效率劣化及Ep值增大。對粗大的Mag#3稠密介質(zhì)，趨勢正相反。在該情形下，Mag#3稠密介質(zhì)的屈服應(yīng)力及粘度因其粗大的顆粒尺寸而變得極小。對此情形，增大介質(zhì)密度并不會顯著改變介質(zhì)的流變學(xué)性能，介質(zhì)流變學(xué)對DMC性能的相應(yīng)作用并不明顯。另一方面，Mag#3稠密介質(zhì)的穩(wěn)定性極差，其密度差范圍介于0.8～1.0g/cm3(見圖3)。極差的介質(zhì)穩(wěn)定性對DMC的性能不利。增大介質(zhì)密度可改善介質(zhì)的穩(wěn)定性(見圖3)及DMC的性能(見圖2)。圖2所示結(jié)果表明，采用微細(xì)化磁鐵(Mag#4)稠密介質(zhì)抑制DMC分離，在高介質(zhì)密度范圍(＞1.5g/cm3)尤其如此，而且，最佳DMC性能獲自較粗大的Mag#1(工業(yè)級)稠密介質(zhì)。然而，這些結(jié)果(見圖2)是在較低進(jìn)口壓力下得到的。如圖3所示，Mag#1稠密介質(zhì)的密度差接近Collins等推薦的上限。處于高離心加速度下可導(dǎo)致介質(zhì)離析過大并影響分離效率。如后文的討論，隨進(jìn)口壓力增大，采用上述兩種磁鐵稠密介質(zhì)的DMC的性能會呈現(xiàn)不同的結(jié)果。采用Mag#4效率可提高，采用Mag#1效率會降低。換言之，DMC的性能并不僅僅取決于介質(zhì)的性能或組成，而且取決于旋風(fēng)分離器的操作條件。當(dāng)DMC的操作條件改變時，對一種操作為優(yōu)化的組成可能對另一操作并不有利。由圖2還可見，Ep值隨稠密介質(zhì)增大的速率為磁鐵顆粒尺寸的函數(shù)。較細(xì)磁鐵介質(zhì)的Ep值在較高密度下的增加很快。介質(zhì)密度高于1.5g/cm3時，微細(xì)化磁鐵(Mag#4)的Ep值增加最為急劇。隨磁鐵顆粒尺寸由Mag#4至Mag#1順次增大，Ep值隨介質(zhì)密度的變化速率呈遞減趨勢。最終，以Mag#3為界，Ep值變?yōu)樨?fù)值。由圖2中的兩種相反趨勢可推斷，在Mag#1與Mag#3之間，存在某種磁鐵樣，對該磁鐵樣而言，分離效率在一定的密度范圍內(nèi)不受介質(zhì)密度的影響。如圖2所示，在低介質(zhì)密度范圍(＜1.5g/cm3)，采用Mag#1或Mag#2稠密介質(zhì)可獲較佳分離效率。該兩介質(zhì)的特征是中等大小的顆粒尺寸分布，且其可在不向介質(zhì)施加高屈服應(yīng)力或粘度的條件下保持較高的介質(zhì)穩(wěn)定性。在高介質(zhì)密度范圍(＞1.5g/cm3)，介質(zhì)的流變學(xué)性能變成影響DMC的性能的主導(dǎo)因素。此時有必要采用粗大的磁鐵(Mag#4)，以降低介質(zhì)流變學(xué)的作用并獲令人滿意的分離效率。上述結(jié)果還表明，磁鐵顆粒尺寸分布在調(diào)整介質(zhì)的流變學(xué)性能及穩(wěn)定性方面較其峰值顆粒尺寸更為重要。雖則Mag#1與Mag#3具有相同的峰值顆粒尺寸(自Mag#1中除去細(xì)顆粒得Mag#3)，但以這兩種磁鐵樣進(jìn)行DMC分離卻得到完全不同的結(jié)果。改善介質(zhì)性能的一個更為令人驚訝的佯謬是，通過改變介質(zhì)的組成改善介質(zhì)的流變學(xué)性能通常導(dǎo)致介質(zhì)穩(wěn)定性降低，反之亦然。解決該問題的一個方法是采用雙分布稠密介質(zhì)。業(yè)已公知，雙分布懸浮物具有非常獨(dú)特的流變學(xué)性能；雙分布懸浮物中含細(xì)分占總固含量的25％～40％時，其表觀粘度最小(C.Parkinson等，膠體及界面科學(xué)雜志[J.Coll.Interf.Sci.]，1970年，卷Vol.33，頁150-160；J.S.Chong等，應(yīng)用聚合物科學(xué)雜志[J.Appl.PolymerSci.]，1971年，卷Vol.15，頁2007-2021；F.Ferrini等，第9屆國際固體管內(nèi)水力輸送大會論文集[Proc.9thInt.Conf.onHydraulicTransportofSolidsinPipes]，Rome，1984)。為使雙分布懸浮物凸現(xiàn)其獨(dú)特的流變學(xué)性能，粗、細(xì)組分的尺寸相差至少應(yīng)在5～7倍間(R.K.McGeary，美國陶瓷學(xué)會會志[J.Am.CeramicSoc.]，1961年，卷Vol.44，513-522；H.A.Barnes，流變學(xué)導(dǎo)論，流變學(xué)系列叢書之三[AnIntroductiontoRheology，RheologySeries3]，Elsevier，NewYork，1989)。在此處的試驗(yàn)中，Mag#4和Mag#6分別用作細(xì)和粗顆粒，它們的尺寸比約8∶1(見表1)。根據(jù)圖2中的結(jié)果，介質(zhì)流變學(xué)對DMC性能的影響僅在介質(zhì)密度高時明顯。故此，采用雙分布稠密介質(zhì)的有益作用在介質(zhì)密度較高的范圍內(nèi)得到最好體現(xiàn)。相應(yīng)地，在此處的試驗(yàn)中雙分布介質(zhì)密度固定在1.55g/cm3。在固定的1.55g/cm3介質(zhì)密度下，由圖4可見，Ep值對介質(zhì)中細(xì)分百分含量變化的響應(yīng)與表觀粘度遵循同樣的趨勢。在6英寸稠密介質(zhì)旋風(fēng)分離器內(nèi)的分離試驗(yàn)表明，采用雙分布稠密介質(zhì)后分離效率明顯改善；對細(xì)的原料顆粒(0.5×0.355mm)尤其如此。以0.5×0.355mm顆粒為原料的雙分布稠密介質(zhì)的Ep值約為0.035，但對與其介質(zhì)密度相同的Mag#6和Mag#4稠密介質(zhì)(細(xì)分含量分別為0％(重量)及100％(重量))，相應(yīng)的Ep值分別為0.065和0.075。當(dāng)雙分布磁鐵稠密介質(zhì)含約20％(重量)細(xì)磁鐵時，分離效率達(dá)到最優(yōu)。雙分布稠密介質(zhì)的穩(wěn)定性并不直接與介質(zhì)的流變學(xué)性能相關(guān)。圖5表明，隨細(xì)分百分含量的增大，密度差持續(xù)下降，介質(zhì)也變得更不穩(wěn)定?？梢酝茢?，密度差主要受制于介質(zhì)中粗磁鐵組分的分級，對粗磁鐵組分而言，細(xì)的磁鐵懸浮物相當(dāng)于它的介質(zhì)。介質(zhì)中細(xì)分百分含量的增大不僅抑制粗顆粒的分級，而且通過降低粗磁鐵的含量而減少分級的程度。這可由底流密度的減小得到證實(shí)。與分離效率與介質(zhì)的流變學(xué)性能更相關(guān)相反，切點(diǎn)變換差(定義為分離切斷點(diǎn)的差值)以及介質(zhì)密度密切與介質(zhì)的穩(wěn)定性更密切相關(guān)。如圖5及圖6所示，切點(diǎn)變換差及密度差對細(xì)磁鐵含量增大的響應(yīng)均遵循相近的趨勢。通過前面的介紹，對本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，對本發(fā)明的作多種變通及修改而不背離其中的實(shí)質(zhì)內(nèi)容及范圍是顯然和可能的。因此，本發(fā)明的范圍依照以下的權(quán)利要求條款加以界定。權(quán)利要求1.一種將密度不同的細(xì)顆粒分為不同密度組分的方法，該法包括向稠密介質(zhì)分離器加入稠密介質(zhì)，后者含水及鐵磁顆粒，顆粒的相對密度介于約4.0～7.0且顆粒為雙尺寸分布，特征是含細(xì)組分20％(重量)～40％(重量)及粗組分60％(重量)～80％(重量)，粗/細(xì)顆粒尺寸比介于約5～10。2.權(quán)利要求1的方法，其中，分離器為旋風(fēng)式分離器。3.權(quán)利要求2的方法，其中，分離器為稠密介質(zhì)旋風(fēng)分離器，向稠密介質(zhì)旋風(fēng)分離器加入的稠密介質(zhì)原料含尺寸小于600微米的細(xì)煤顆粒，且雙分布稠密介質(zhì)的相對密度介于約1.2～1.9。4.權(quán)利要求2的方法，其中，稠密介質(zhì)中的鐵磁顆粒為Fe3O4。5.權(quán)利要求3的方法，其中，稠密介質(zhì)中的鐵磁顆粒為Fe3O4。6.權(quán)利要求2的方法，其中，稠密介質(zhì)中的鐵磁顆粒為FeSi。7.權(quán)利要求3的方法，其中，稠密介質(zhì)中的鐵磁顆粒為FeSi。8.一種洗煤的方法，該法包括向稠密介質(zhì)旋風(fēng)分離器內(nèi)加入混合物，所述混合物含(a)細(xì)煤顆粒；(b)水；及(c)鐵磁顆粒，顆粒的相對密度介于約4.0～7.0且顆粒為雙尺寸分布，特征是含細(xì)組分20％(重量)～40％(重量)及粗組分60％(重量)～80％(重量)，粗/細(xì)顆粒尺寸比介于約5～10。9.權(quán)利要求8的方法，其中，混合物加入稠密介質(zhì)分離器時的進(jìn)口壓力介于約40～400kPa。10.權(quán)利要求8的方法，其中，細(xì)煤顆粒尺寸小于600微米。11.權(quán)利要求10的方法，其中，雙分布磁鐵稠密介質(zhì)的相對介質(zhì)密度介于約1.2～1.9。12.權(quán)利要求11的方法，其中，鐵磁顆粒選自Fe3O4和FeSi。13.權(quán)利要求8的方法，其中，鐵磁顆粒的尺寸小于約15微米。14.權(quán)利要求8的方法，其中，細(xì)鐵磁顆粒尺寸范圍介于約1～10微米，粗鐵磁顆粒尺寸范圍介于約10～45微米。15.一種洗煤的方法，該法包括向稠密介質(zhì)動態(tài)分離器內(nèi)加入混合物，所述混合物含(a)細(xì)煤顆粒；(b)水；及(c)鐵磁顆粒，顆粒的相對密度介于約4.0～7.0且顆粒為雙尺寸分布，特征是含細(xì)組分20％(重量)～40％(重量)及粗組分60％(重量)～80％(重量)，粗/細(xì)顆粒尺寸比介于約5～10。16.在稠密介質(zhì)動態(tài)分離器內(nèi)將密度不同的細(xì)顆粒分為不同密度組分時所用的稠密介質(zhì)，所述稠密介質(zhì)含(a)水；及(b)鐵磁顆粒，顆粒的相對密度介于約4.0～7.0且顆粒為雙尺寸分布，特征是含細(xì)組分約20％(重量)～40％(重量)及粗組分60％(重量)～80％(重量)，粗/細(xì)顆粒尺寸比介于約5～10。17.權(quán)利要求16的介質(zhì)，其中，分離器為旋風(fēng)式分離器。18.權(quán)利要求16的介質(zhì)，其中，稠密介質(zhì)含尺寸小于600微米的細(xì)煤顆粒，且雙分布稠密介質(zhì)的相對介質(zhì)密度介于約1.2～1.9。19.權(quán)利要求16的介質(zhì)，其中，稠密介質(zhì)中的鐵磁顆粒為Fe3O4。20.權(quán)利要求16的介質(zhì)，其中，稠密介質(zhì)中的鐵磁顆粒為FeSi。21.在稠密介質(zhì)旋風(fēng)分離器內(nèi)洗煤時所用的稠密介質(zhì)，所述稠密介質(zhì)含如下組分的混合物(a)細(xì)煤顆粒；(b)水；及(c)鐵磁顆粒，顆粒的相對密度介于約4.0～7.0且顆粒為雙尺寸分布，特征是含細(xì)組分約20％(重量)～40％(重量)及粗組分60％(重量)～80％(重量)，粗/細(xì)顆粒尺寸比介于約5～10。22.權(quán)利要求21的介質(zhì)，其中，細(xì)煤顆粒尺寸小于600微米。23.權(quán)利要求21的介質(zhì)，其中，雙分布磁鐵稠密介質(zhì)的相對介質(zhì)密度介于約1.2～1.9。24.權(quán)利要求21的介質(zhì)，其中，鐵磁顆粒選自Fe3O4和FeSi。25.權(quán)利要求21的介質(zhì)，其中，鐵磁顆粒的尺寸小于約15微米。26.權(quán)利要求21的介質(zhì)，其中，細(xì)鐵磁顆粒尺寸范圍介于約1～10微米，粗鐵磁顆粒尺寸范圍介于約10～45微米。全文摘要本發(fā)明提供在雙分布(二組元)稠密介質(zhì)中分離細(xì)顆粒的方法。依照本發(fā)明,稠密介質(zhì)含鐵磁體顆粒,顆粒的相對密度介于約4.0～7.0且顆粒懸浮于水中,顆粒以雙尺寸分布為特征。這類介質(zhì)的穩(wěn)定性好,流變學(xué)性能佳。當(dāng)介質(zhì)含細(xì)組分約20%(重量)～40%(重量)及粗組分60%(重量)～80%(重量)并且粗/細(xì)顆粒尺寸比介于約5～10時,將這種雙尺寸分布磁鐵稠密介質(zhì)用于稠密介質(zhì)旋風(fēng)分離器或動態(tài)稠密介質(zhì)分離器中的細(xì)粒煤凈化,分離效率優(yōu)良。文檔編號B03B5/44GK1198105SQ96197291公開日1998年11月4日申請日期1996年8月28日優(yōu)先權(quán)日1995年8月31日發(fā)明者J·S·拉斯考斯基,Y·B·何申請人:不列顛哥倫比亞大學(xué)