低品位菱镁矿水中脉冲放电破碎与电选分离研究

发布时间：2020-04-19 22:16

【摘要】：随着我国高品位菱镁矿资源的过度消耗,低品位菱镁矿的资源化利用日益迫切。低品位菱镁矿资源化利用的前提是矿物解离和杂质去除,现有成熟方法主要采用机械破碎与化学浮选手段,资源化利用效率有限,并且伴有粉尘和水污染问题。当今,资源环境形势日趋严峻,探索环境友好型新技术方法,改善现有模式已刻不容缓。本文针对低品位菱镁矿的资源化利用开展了水中脉冲放电破碎与静电分选(电选)结合的新方法研究,以实验研究为基础,结合理论分析与数值仿真,采用现代图像处理手段,探索了水中高压脉冲放电对菱镁矿组元矿物解离破碎作用过程、放电破碎区域直接冲击压力特性、电选颗粒分离动力学规律及其影响因素等关键问题,为菱镁矿的资源化利用提供理论与实践依据。主要研究内容及结果如下:(1)水中高压脉冲放电菱镁矿破碎特性分析及破碎产物解离状态研究。设计并搭建了水中高压脉冲放电实验平台,进行了脉冲放电破碎实验研究:通过等离子体放电通道图像分析,表明其作用位置主要位于不同组元矿物的边界处;通过放电冲击压力的无源测量明确了在放电间隙10mm、电容容量4μF条件下,-40kV放电电压产生的冲击压力可使菱镁矿有效破碎;通过显微观测、扫描电镜、晶体结构等分析测试手段对破碎产物解离状态进行了评价,确定了有效实现菱镁矿组元矿物解离的粒度范围为0～6000μm。(2)菱镁矿脉冲放电破碎效应解析研究。根据脉冲电压上升时间、等离子体放电通道作用位置及破碎产物裂纹形貌等,明确了菱镁矿的破碎为液电破碎与电破碎综合作用;基于等离子体放电通道特征得到放电通道注入能量的理论范围为1276～1464J,其中菱镁矿破碎的能量范围为213～244J,进而得到作用于菱镁矿表面的冲击压力范围为131～139MPa;采用压力无源测量与数值模拟相结合的手段分析了菱镁矿表面的冲击压力载荷,与冲击压力理论分析结果一致。放电产生的液电冲击压力超过菱镁矿自身抗压强度,证实了液电破碎效应作用的有效性;分析了放电破碎时菱镁矿与脉石矿物的场强分布,当脉石矿物为白云石和石英时,脉石内部场强分别为菱镁矿场强的1.1倍和1.2倍,不同组元矿物边界场强存在差异性,为菱镁矿电破碎提供有利条件。(3)脉冲放电菱镁矿解离颗粒电选实验研究。利用鼓筒式高压电选机,对0～150μm与150～600μm两种粒度范围的脉冲破碎颗粒,及同等粒度的机械破碎颗粒进行电选实验研究。采用图像处理方法对电选前后颗粒粒度分布进行了分析,表明0～150μm粒度区间内脉冲放电破碎颗粒粒度分布更均匀,其平均粒径大于机械破碎颗粒,150～600μm粒度区间内脉冲破碎颗粒平均粒径小于机械破碎颗粒;与机械破碎颗粒相比,脉冲破碎颗粒经电选处理后,所回收的精矿产率及精矿MgO含量更高,达到了高品位菱镁矿等级,验证了菱镁矿脉冲破碎及电选除杂的有效性。(4)电选颗粒分离动力学规律研究。针对鼓筒表面荷电颗粒综合受力状态进行分析,明确了颗粒脱离角度、脱离位置场强与颗粒粒径的关联关系;电选颗粒脱离角度始于76°,颗粒粒径越大,其脱离角度越小,与电选实验中不同区域收集颗粒的粒径分布相符;相同粒径下,石英、白云石、菱镁矿依次脱离;根据受力分析建立了相应的动力学模型,确定了颗粒的运动轨迹,以及脱离位置、颗粒荷电量和矿物种类对运动轨迹的影响;基于动态序列图像重构了颗粒的实际运动轨迹,对动力学模型进行修正,揭示了电选颗粒的分离运动规律。
【图文】：

装置图,球磨机,装置图,矿物

逦低品位菱镁矿水中脉冲放电破碎与电选分离研究逦逡逑置如图１．１所示。但由于矿物中不同组元嵌布的随机性和非均匀性，导致机械碎磨过程逡逑常存在粗粒欠磨和细粒过磨等问题。欠磨状态下，仍然作为整体存在的有用矿物与脉石逦’逡逑矿物连生体颗粒，在后续分选过程中依旧不会分离；过磨状态下，虽然保证了大部分有逡逑用矿物与脉石矿物均以独立单体颗粒呈现，但过细的粒度不能适应后续分选过程的要逡逑求，例如，粒度过细的颗粒流动性变差、易形成团聚体等情况，，同样不能形成有效分离。逡逑这造成了破碎，尤其磨碎与分选的相互制约，不利于矿物分选除杂。因此需要一种既保逡逑＇持有用矿物与脉石矿物高效单体解离，又满足后续分选要求的矿物破碎手段。逡逑

示意图,击穿场强,电压上升时间,岩矿

ｆ；ｉ逡逑—／接＿NＴ逡逑图１．２岩矿材料脉冲放电破碎系统示意图［２｜］逡逑ｉｇ．邋１．２邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｏｆ邋ａ邋ｐｕｌｓｅｄ邋ｄｉｓｃｈａｒｇｅ邋ｆｒａｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ邋ｓｙｓｔｅｍ邋ｆｏｒ邋ｒｏｃ岩矿内部发生击穿的条件为当对其施加高压时，其内部电场强度临界场强，但没有达到外部区域的场强阈值。将岩矿放置于击穿场强高可以实现这一过程。Ｖｏｒｏｂｉｅｖ等人研宄发现，当脉冲前沿上升时间击穿场强小于介质水，而绝缘油的击穿场强一直大于岩矿和水，结岩矿的电击穿提供了条件，该结果也被众多学者所证实［２１１＾４１］。逡逑
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TD952

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