一种垂直分布的介质棒旋转摩擦电选设备及电选方法

技术领域

本发明属于干法静电分选技术领域，特别涉及一种垂直分布的介质棒旋转摩擦电选设备及电选方法。

背景技术

摩擦静电分选技术是一种基于物料间电性质差异的干法分选技术，可以有效的分选粒度小于74μm的物料。

当前，应用广泛的湿法分选主要是浮选法，需要消耗大量药剂和水，其分选后的产品还需要进行脱水干燥处理，其工艺非常复杂，同时会导致水资源短缺以及水污染等问题。而在我国矿产资源丰富的西北地区又较为缺水，矿产资源难以开发。随着干法选矿技术不断发展，其技术的优越性也慢慢凸显出来。摩擦静电分选技术与湿法分选相比，不仅工艺流程简单、经济、不产生废水，而且环境污染小、建设成本低。

摩擦静电分选技术在矿物分选领域应用前景广泛，其荷电效果对摩擦静电分选效果有着非常大的影响，而目前荷电设备存在颗粒荷电量小、荷电不稳定、易团聚、分选效率不高等问题。

发明内容

鉴于以上分析，本发明旨在提供一种垂直分布的介质棒旋转摩擦电选设备及电选方法，通过旋转的介质棒的碰撞摩擦，使物料得到充分荷电，解决了现有技术的不足。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种垂直分布的介质棒旋转摩擦电选设备，其包括给料单元、荷电单元和分选单元；

所述荷电单元包括外壳、旋转电机、旋转主轴和介质棒；

所述旋转电机与旋转主轴连接，所述旋转主轴垂直于水平面设置，所述介质棒固定设置在旋转主轴上，且与旋转主轴垂直，所述旋转主轴和介质棒设置在所述外壳内，旋转主轴带动介质棒旋转形成荷电区；

物料经所述给料单元进入荷电单元，物料靠自身重力下落的同时，与介质棒进行接触、摩擦和碰撞，使物料荷电；荷电后物料进入分选单元进行分选。

进一步的，所述介质棒设置有多根。

进一步的，所述荷电单元还包括圆台凹槽；

所述圆台凹槽底部设置有通孔，所述旋转主轴穿过所述通孔；

所述通孔直径大于所述旋转主轴直径，在所述圆台凹槽底部与旋转主轴之间形成缝隙；

所述旋转主轴与圆台凹槽固定设置，旋转主轴带动圆台凹槽旋转；

所述圆台凹槽设置在介质棒上方，物料经给料单元落入圆台凹槽后沿所述圆台凹槽内壁转动，在重力作用下经过所述缝隙落至荷电区，与介质棒发生碰触进行荷电。

进一步的，所述外壳下方设置有排料口，所述排料口上设置有扁嘴状的排料槽。

进一步的，所述分选单元包括电选区壳体、高压直流电源、电极板和收集槽；

所述电极板设置在电选区壳体相对的两侧壁上，所述电极板与高压直流电源连接；所述收集槽设置在电选区壳体底部。

进一步的，所述电极板上端超过排料口出口3～5cm。

进一步的，所述收集槽包括多个槽体，所述槽体呈“U”型，且多个槽体并排布置。

进一步的，还包括集中控制单元；

所述集中控制单元包括PID1控制器、PID2控制器、数据采集装置、数据处理装置和数据显示装置。

进一步的，所述PID1控制器用于控制旋转电机、给料单元和高压直流电源的开关；所述PID2控制器用于控制旋转电机的旋转速度、给料单元的给料速度和高压直流电源的电压大小。

本发明还提供了一种垂直分布的介质棒旋转摩擦电选设备的分选方法，包括以下步骤：

第一步，首先通过PID2控制器设置好旋转电机转速后，通过PID1控制器打开旋转电机控制开关；待旋转主轴达到稳定旋转状态后，再通过PID1控制器启动高压直流电源，随后通过PID2控制器调整好电压大小；待高压直流电源数值保持稳定后，最后通过PID2控制器设定好给料单元的给料速度后，使用PID1控制器启动给料单元；

第二步，荷电区内的物料受到介质棒的旋转滑动、碰撞产生的摩擦力，在其表面进行充分荷电，荷电后的物料分别带有正电荷和负电荷，在重力的作用下继续向下运动，之后通过荷电区下方的排料口排出，进入分选单元进行分选；

第三步，在电场作用下，带正电荷的物料向负极板靠近，带负电荷的物料向正极板靠近，最后落入底部的收集槽，完成分选。

与现有技术相比，本发明至少能实现以下技术效果之一：

1)本发明的荷电单元为竖直设置，介质棒在壳体内旋转，物料在荷电单元内靠自身重力下落的同时，与介质棒不断进行接触、摩擦和碰撞，使其充分荷电，采用机械旋转、碰撞摩擦相结合的方式，增强了物料颗粒的摩擦荷电效果，解决了现有摩擦荷电装置在物料颗粒进行摩擦荷电时，荷电不充分、易聚团等问题。

2)圆台凹槽通过缓冲物料的下降来增加给料的均匀性以及物料的留存时间，同时，圆台凹槽随旋转主轴一同旋转、材质与介质棒一致，使物料能得到更多的荷电机会。

3)排料口上设置有扁嘴状的排料槽，排料口出口与电极板平行，荷电后的物料从荷电区落入排料槽，经过排料槽的引导后，物料能均匀、连续的沿着排料口平行于电极板掉落，有效提高了分选效率。

4)将电极板上端的位置设置的超过排料口出口3～5cm，能有效的防止电选区边缘的边缘效应，使电场能更好的保持稳定，使物料拥有更好的分选效率。

5)收集槽包括多个槽体，收集槽能自由抽取，类似于抽屉，可做到自由便捷式安装与抽取，便于收集物料。且槽体数可变更，收集槽的槽体数可以根据实际需要进行改变。

6)为了排除因排料口材质与介质棒不同而引起的荷电混乱、不均匀等不利现象，避免影响最终的分选效率，排料口材质与介质棒的材质相同。

7)在旋转主轴下方套设有一个圆环，将圆环固定在外壳上，能使旋转主轴稳定不摇晃。

8)外壳是由透明材质制成的，能更加直观的看清物料在荷电区的运动轨迹与状态。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的附图标记表示相同的部件。

图1为本发明摩擦电选设备示意图；

图2为本发明的侧视图；

图3为本发明的俯视图。

附图标记：

1-旋转电机；2-旋转主轴；3-圆台凹槽；4-介质棒；5-外壳；6-排料口；7-电选区；8-收集槽；9-电极板；10-振动给料机；11-荷电区；12-数据显示装置；13-数据处理装置；14-数据采集装置；15-高压直流电源。

具体实施方式

以下结合具体实施例对一种垂直分布的介质棒旋转摩擦电选设备及分选方法作进一步的详细描述，这些实施例只用于比较和解释的目的，本发明不限定于这些实施例中。

一种垂直分布的介质棒旋转摩擦电选设备，包括给料单元、荷电单元和分选单元；荷电单元包括外壳5、旋转电机1、旋转主轴2和介质棒4；旋转电机1与旋转主轴2连接，旋转主轴2垂直于水平面设置，介质棒4固定设置在旋转主轴2上，且与旋转主轴2垂直，旋转主轴2和介质棒4设置在外壳5内，旋转主轴2带动介质棒4旋转形成荷电区11；物料经给料单元进入荷电单元，物料靠自身重力下落的同时，与介质棒4进行接触、摩擦和碰撞，使物料荷电；荷电后物料进入分选单元进行分选。示例性的，给料单元为振动给料机10。

本发明的荷电单元为竖直设置，介质棒4在壳体内旋转，物料在荷电单元内靠自身重力下落的同时，与介质棒4不断进行接触、摩擦和碰撞，使其充分荷电，采用机械旋转、碰撞摩擦相结合的方式，增强了物料颗粒的摩擦荷电效果，解决了现有摩擦荷电装置在物料颗粒进行摩擦荷电时，荷电不充分、易聚团等问题。

具体的，如图1所示，介质棒4设置有多根，沿旋转主轴2轴向螺旋分布。多根介质棒4沿旋转主轴2自上而下分布，上、下相邻的两介质棒4之间的距离相同，相邻介质棒4之间呈固定的角度。优选的，每根介质棒4均相对于旋转主轴2轴对称，全部介质棒4相对于旋转主轴2的中心呈中心对称。示例性的，介质棒4在旋转主轴2上自上而下规律排列，一共十根，棒与棒的之间的纵向间距相同，为1.2cm，且上一根棒与下一根棒之间的角度固定，为18°。

在旋转主轴2下方套设有一个圆环，圆环内径与旋转主轴2内径相匹配，将圆环固定在外壳5上，能使旋转主轴2稳定不摇晃。

旋转主轴2和介质棒4作为一个整体旋转。旋转主轴2和介质棒4可选用相同材质，也可选用不同材质。优选的，旋转主轴2采用不锈钢材质，介质棒4采用PVC材质，不锈钢刚性大，旋转时不会造成偏心。旋转住轴上设置有安装孔，用于安装介质棒4，当介质棒4有破损、出现问题时，易于拆卸与更换。

优选的，外壳5的材质与介质棒4的材质相同，可避免由于材质所造成的物料荷电效果不佳的情况；且外壳5是由透明材质制成的，能更加直观的看清物料在荷电区11的运动轨迹与状态。

为使物料给料更加均匀，荷电单元还包括圆台凹槽3。圆台凹槽3底部设置有通孔，旋转主轴2穿过通孔；通孔直径大于旋转主轴2直径，在圆台凹槽3底部与旋转主轴2之间形成缝隙；旋转主轴2与圆台凹槽3固定设置，旋转主轴2带动圆台凹槽3旋转；圆台凹槽3设置在介质棒4上方，物料经给料单元落入圆台凹槽3后沿圆台凹槽3内壁转动，在重力作用下经过缝隙落至介质棒4。圆台凹槽3的材质与介质棒4相同，物料落入圆台凹槽3后，进行预荷电。圆台凹槽3通过缓冲物料的下降来增加给料的均匀性以及物料的留存时间。圆台凹槽3随主轴一同旋转，材质与介质棒4一致的圆台凹槽3使物料能得到更多的荷电机会。

本发明垂直分布的介质棒旋转摩擦电选设备还包括固定支架(图中未示出)，旋转电机、荷电单元的外壳均由固定支架进行固定，圆台凹槽、旋转主轴、介质棒由旋转电机传导制动。

外壳下方设置有排料口，排料口上设置有扁嘴状的排料槽。具体的，扁嘴状的排料槽截面为漏斗形状，漏斗形状上端为敞口的倒三角形，下端为长方形，漏斗形状沿图1纸面方向向内或向外延伸，形成扁嘴状的排料槽。排料口出口与电极板9平行，荷电后的物料从荷电区11落入排料槽，经过排料槽的引导后，物料能均匀、连续的沿着排料口平行于电极板9掉落，有效提高了分选效率。

为了排除因排料口6材质与介质棒4不同而引起的荷电混乱、不均匀等不利现象，避免影响最终的分选效率，排料槽材质与介质棒4的材质相同。

为了确保物料从外壳5内出来后全部进入排料口6，外壳5的底端设置为向内收缩的倒锥台形状，倒锥台底端开口处设置在排料槽上端的倒三角内，倒三角底边(即图1中排料槽的顶端)长度大于倒锥台底端直径。

分选单元包括电选区壳体、高压直流电源15、电极板9和收集槽8；电极板9包括正极板和负极板，分别设置在电选区壳体相对的两侧壁上，电极板9与高压直流电源15连接，形成电选区7；收集槽8设置在电选区壳体底部。

电极板9上端超过排料口6底端出口位置3～5cm。理想平板电容器的电场线是直线的，但实际情况下，在靠近边缘地方的电场线会变弯，越靠近边缘的电场线弯曲的越厉害，这种弯曲的现象叫做边缘效应。由于以往设备没有考虑到边缘效应，导致电选时的电场极易发生边缘效应的现象，使边缘电场呈现极度不规则的排布，电场线紊乱，此时的电选区不利于物料的分选，并且会影响到最终的分选效率。因此，本发明中，为了防止边缘效应的发生，将电极板9上端的位置上移超过排料口6出口位置3～5cm，此方法能更加有效的杜绝电选区7电场边缘的边缘效应，使电场能更好的保持稳定，使物料拥有更好的分选效率。

本发明中，电极板9的排布方式不只局限于平行布置。根据特殊需要，本发明的电极板9位置可以呈“八”字或者倒“八”字布置，以一定的角度倾斜布置，以电极板9布置方式的不同和倾斜角度的不同探究其对物料最终摩擦电选的分选效率的影响。

收集槽8用于收集电选后的物料，收集槽8包括多个槽体，各槽体呈“U”型，且多个槽体并排布置。进一步的，槽体的壁板与底部插接，相邻槽体可通过抽出中间壁板将两个槽体合并，从而灵活调整槽体的规格，适应不同的电选需要。收集槽8能自由抽取出来，类似于抽屉，可做到自由便捷式安装与抽取，便于收集物料。且槽体数可变更，收集槽8的槽体数可以根据实际需要进行改变，优选的，槽体数在3-7个之间。

本发明中，电极板9之间的间距随收集槽8的槽体数的改变而改变。电选区壳体上设置有卡槽，用于安装电极板9，正、负电极板9可以拆卸。当电极板9损坏、出现故障时，能够更加简便、快速的从卡槽将电极板9抽出，便于维修、更换，节省了成本。

垂直分布的介质棒旋转摩擦电选设备还包括集中控制单元；集中控制单元包括PID1控制器、PID2控制器、数据采集装置14、数据处理装置13和数据显示装置12。PID1控制器用于控制旋转电机1、给料单元和高压直流电源15的开关；PID2控制器用于控制旋转电机1的旋转速度、给料单元的给料速度和高压直流电源的电压大小。PID1控制器、PID2控制器的输出端均与数据采集装置14、数据处理装置13和数据显示装置12连接。

旋转电机1转速可调。通过PID2控制器输入模拟信号，调整旋转电机1的转速。根据物料实际分选效果的差异调节不同的电机转速，选择最佳的电机转速，使物料的分选效果达到最佳。

特别地，如有特殊情况特殊要求下，本发明在物料摩擦电选过程中，旋转电机1的转速可以作变频处理，旋转电机1转速随时间呈无规律性变化或有规律性变化。

高压静电场的强度可调。通过PID2控制器输入模拟信号，调整高压静电场强度。根据物料实际分选效果的差异调节不同的电场强度，选择最佳的电场强度，使物料的分选效果达到最佳。

振动给料机10的给料速度可调。通过PID2控制器输入模拟信号，调整动给料机的给料速度。根据物料实际分选效果的差异调节不同的给料速度，选择最佳的振动给料机10给料速度，使物料的分选效果达到最佳。

根据如上，再结合实际情况，影响摩擦电选机的分选效果的因素大致有：

电动机的转速、振动给料机10的给料速度、介质棒4和外壳5以及圆台凹槽3的材质、介质棒4与介质棒4之间的间距、电极板9之间的间距、电极板9倾斜角度、出料口与收集槽8的高度、分选区电场强度等。

本发明还提供了一种垂直分布的介质棒旋转摩擦电选设备方法，包括以下步骤：

第一步，首先通过PID2控制器设置好旋转电机1转速后，通过PID1控制器打开旋转电机1控制开关；待旋转主轴2达到稳定旋转状态后，再通过PID1控制器启动高压直流电源15，随后通过PID2控制器调整好电压大小；待高压直流电源15数值保持稳定后，最后通过PID2控制器设定好给料单元的给料速度后，使用PID1控制器启动给料单元。

旋转电动机带动旋转主轴2旋转，物料通过给料单元均匀、连续的落入圆台凹槽3后，随着圆台凹槽3一同旋转，在表面进行预荷电，并在重力的作用下沿着圆台凹槽3内壁向下运动，下落的物料通过圆台凹槽3底部缝隙落入荷电区11。

第二步，荷电区11内的物料受到介质棒4的旋转滑动、碰撞产生的摩擦力，在其表面进行充分荷电，荷电后的物料分别带有正电荷和负电荷，在重力的作用下继续向下运动，之后通过荷电区11下方的排料口6排出，进入分选单元进行分选。

第三步，在电场作用下，带正电荷的物料向负极板靠近，带负电荷的物料向正极板靠近，最后落入底部的收集槽8，完成分选。

实施例1

本实施例是对细粒级无烟煤进行的摩擦电选。

一种垂直分布的介质棒旋转摩擦电选设备，如图1-3所示，包括固定支架、旋转电机1、旋转主轴2、圆台凹槽3、介质棒4、外壳5、排料口6、电选区7和收集槽8。旋转主轴2连接在旋转电机1上，旋转电机1固定在固定支架上；圆台凹槽3固定在旋转主轴2上，与旋转主轴2一同旋转，圆台凹槽3底部与旋转主轴2之间留有一定空间，物料经过振动给料器10落入圆台凹槽3后，沿内壁转动，并在重力的作用下下降，经过圆台凹槽3底部的空间落至介质棒4，介质棒4在旋转主轴2的带动下做旋转运动。物料在荷电器内靠自身重力下落的同时，与介质棒4不断进行接触、摩擦和碰撞，使其充分荷电，由底部排料口排出，之后物料进入电选区7实现分选。

固定支架中空，固定支架包括支撑架和支撑板，外壳5由支撑架固定，旋转电机1由支撑板固定，圆台凹槽3、旋转主轴2、介质棒4由旋转电机1传导制动。

其具体实施过程如下：

选用粒度级为0.074mm以下、灰分为25.30％的无烟煤进行摩擦电选。

本次实施例中旋转电机1的转速选择160r/min，振动给料机10的给料速度设置为15g/min。

将无烟煤给入振动给料机10的槽体，首先通过PID2控制器设置好旋转电机1转速为160r/min后，通过PID1控制器打开旋转电机1控制开关，旋转电机1带动旋转主轴2旋转；待旋转主轴2达到稳定旋转状态后，再通过PID1控制器启动高压直流电源15，随后通过PID2控制器调整电压大小，将电压大小设置为30V；待高压直流电源15数值保持稳定后，最后通过PID2控制器设定好振动给料机10的速度为15g/min后，使用PID1控制器启动振动给料机10。

旋转主轴2为实心并且选择不锈钢材料，在旋转主轴2下方用一个圆环套住，圆环固定在外壳上，能使旋转主轴2稳定不摇晃。圆台凹槽3与介质棒4选择PVC作为摩擦材料，外壳5选择透明PVC作为材料，能够更加清楚、直观的观察物料的分选情况以及走向。圆台凹槽3类似圆台状，小圆向下，大圆在上，物料通过圆台凹槽3下方与旋转主轴2之间的缝隙落入荷电区。

具体地，本实施例中无烟煤电选分离的主要过程为：控制振动给料机10的给料速度并保持稳定后，将无烟煤通过振动给料机10给入，落入随旋转主轴2旋转的圆台凹槽3，进行预处理，并使物料松散、给料均匀。无烟煤受重力和旋转离心力的作用，沿着圆台凹槽3进行旋转摩擦并向下运动，最后从圆台凹槽3底部5mm缝隙处落入荷电区11。

无烟煤在荷电区内随重力下落的过程中与介质棒4和外壳5内壁不断进行碰撞摩擦，使无烟煤荷电。带有电荷的无烟煤从荷电器底部落入排料口6。排料口6内的排料槽为扁嘴状，无烟煤通过排料口6均匀的落入电选区7。

高压电场强度可调节，本实施例中高压直流电源15强度调节至30V并使其保持稳定状态。从排料口6出来的带有电荷的无烟煤落入电选区7，带有负电荷的矸石产物经接正极的极板一侧所吸引，从正极极板一侧下落；带有正电荷的精煤产物经接负高压的极板一侧所吸引，从负极极板一侧下落；呈电中性的中煤受重力作用，垂直向下运动，最终落在中间的收集槽8。

本实施例中槽体数为7个，根据最后实际分选情况得到精煤产品落在了靠近负极板侧的两个槽内，矸石产品落在了靠近正极板侧的两个槽内，而中煤产品则落在了中间三个槽内。

实施例2

本实施例是对细粒级粉煤灰进行的摩擦电选，采用实施例1中所提供的电选设备分选系统。

具体实施过程如下：

选用粒度级为0.074mm以下、烧失量为32.98％的高岭土进行摩擦电选。

本实施例中旋转电机1的转速选择220r/min，振动给料机的给料速度设置为20g/min。

将粉煤灰给入振动给料机10槽体，首先通过PID2控制器设置好旋转电机转速为220r/min后，通过PID1控制器打开旋转电机1控制开关，旋转电机1带动主轴2旋转；待旋转主轴2达到稳定旋转状态后，再通过PID1控制器启动高压直流电源15，随后通过PID2控制器调整电压大小，将电压大小设置为40V；待高压直流电源15数值保持稳定后，最后通过PID2控制器设定好振动给料机10的速度为20g/min后，使用PID1控制器启动振动给料机10。

具体地，本实施例中粉煤灰电选分离的主要过程为：控制振动给料机10的给料速度并保持稳定后，将粉煤灰通过振动给料机10给入，落入随旋转主轴2旋转的圆台凹槽3，进行预处理，并使物料松散、给料均匀。粉煤灰受重力和旋转离心力的作用，沿着圆台凹槽3进行旋转摩擦并向下运动，最后从圆台凹槽3底部5mm缝隙处落入荷电区11。

粉煤灰在荷电区内随重力下落的过程中与介质棒4和外壳5内壁不断进行碰撞摩擦，使粉煤灰表面荷电。带有电荷的粉煤灰从荷电器底部落入排料口6。排料口6内的排料槽为扁嘴状，粉煤灰通过排料口6均匀的落入电选区7。

从排料口6出来的带有电荷的粉煤灰落入下方电选区，带有正电荷的精矿(有机碳)产物经负高压极板的一侧所吸引，从负极极板的一侧下落；带有负电荷的尾矿(无机杂质)产物经正极板的一侧所吸引，从正极极板的一侧下落；呈电中性的中矿产物受重力作用，垂直向下运动，落在中间的收集槽8内。

本次实施例中槽体数为7个，根据最后实际分选情况得到尾矿产物落在了靠近负极板的两个槽内，精矿产物落在靠近正极板的两个槽内，中矿产物落在了中间三个槽内。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。