一种摩擦荷电筒和电选装置

技术领域

本发明属于干法静电分选技术领域，特别涉及一种摩擦荷电筒和电选装置。

背景技术

摩擦电选技术是一种干法分选技术，利用矿物颗粒之间或矿物颗粒与摩擦介质互相接触、碰撞和摩擦，产生大小不同、极性相反的电荷，给入到高压电场中，由于颗粒带电符号的不同，产生的运动轨迹也明显不同使得两种矿物分开。其中，在摩擦电选技术中，待选颗粒的摩擦荷电是否充分，是影响分选效率和回收效率的关键因素之一。

现有技术中，对于待选颗粒的摩擦荷电通常仅采用摩擦棒，但是，由于摩擦棒的直径较大，在相对固定的摩擦荷电腔中仅能够布置较少数量的摩擦棒，导致待选颗粒的荷电效果较差，进而影响待选颗粒的分选效率和回收效率。

此外，随着分选物料的粒度越来越小，表面积变大，表面能升高，颗粒之间极易产生自发团聚的现象。这种颗粒团聚的现象降低了颗粒的流动性，使其在摩擦荷电的过程中与摩擦介质的碰撞概率和有效接触面积减小，摩擦荷电的效率降低导致其在电场中的偏移轨迹不足致使分选效率降低。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种摩擦荷电筒和电选装置，用以解决现有技术中待选颗粒摩擦荷电不充分导致分选效率和回收效率较低的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的。

本发明提供了一种摩擦荷电筒，包括介质筒、旋转电机、旋转轴、旋转摩擦针轮和伞面撒料器；旋转轴、旋转摩擦针轮和伞面撒料器位于介质筒内；旋转轴的一端与旋转电机固定连接，另一端穿过旋转摩擦针轮后与伞面撒料器固定连接，旋转电机通过旋转轴带动旋转摩擦针轮和撒料器绕旋转轴旋转。

进一步地，介质筒包括从上至下依次连接的圆柱筒和倒锥筒，介质筒的进料口设于圆柱筒的侧壁，介质筒的出料口设于圆锥筒的底端。

进一步地，旋转轴、旋转摩擦针轮和伞面撒料器均设于圆柱筒中。

进一步地，旋转摩擦针轮包括多层沿旋转轴轴向设置的荷电层，相邻两层荷电层之间具有空隙，每个荷电层均包括多根以旋转轴为中心呈辐射状设置的针苗，每根针苗之间具有空隙。

进一步地，多根针苗均匀布置。

进一步地，每根针苗的轴线垂直于旋转轴的轴线。

进一步地，针苗的顶端与介质筒的内壁之间具有空隙。

进一步地，伞面撒料器包括固定盘以及沿固定盘周向布置的多个螺旋叶片；相对于固定盘的径向，螺旋叶片沿顺时针或者逆时针倾斜设置，构成伞形。

进一步地，伞面撒料器的材料、旋转摩擦针轮的材料和介质筒的材料相同。

本发明还提供了一种电选装置，包括上述摩擦荷电筒。

与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一。

A)本发明提供的摩擦荷电筒中，待选颗粒进入到介质筒中，通过旋转摩擦针轮的旋转与待选颗粒进行摩擦荷电，荷电后的待选颗粒经过伞面撒料器均匀地进入静电分选单元中。通过此种结构的摩擦荷电筒，在对待选颗粒进行摩擦荷电的过程中，待选颗粒经历了旋转摩擦针轮的碰撞打击、反弹至介质筒的内壁、在伞面撒料器上的移动和撒料、沿着介质筒的滑动等多层次的摩擦荷电，从而能够对待选颗粒进行充分的荷电。

B)本发明提供的摩擦荷电中，通过高速旋转的旋转摩擦针轮，还能够利用机械力击打待选颗粒群，克服待选颗粒群之间的粘着力，增强待选颗粒群的流散性，从而能够改善待选颗粒之间的团聚现象。

C)本发明提供的摩擦荷电中，针苗排列密集且分布均匀，应用动态过滤、透过几率的原理，针苗能够对待选颗粒群进行多层次冲击碰撞，在对待选颗粒充分荷电的过程中，还具有立体化分散的效果，保证撒料不结块。

本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点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说明书实施例以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

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，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明提供的摩擦荷电筒的结构示意图；

图2为本发明提供的摩擦荷电筒中旋转摩擦针轮的俯视图；

图3为本发明提供的摩擦荷电筒中伞面撒料器的俯视图；

图4为本发明提供的电选装置的结构示意图；

图5为本发明提供的电选装置中稳压板的剖视图。

附图标记：

1-风机；2-振动给料机；3-给料管；4-流量计；5-给料调节件；6-送风管路；7-浓度检测控制器；8-旋转电机；9-旋转轴；10-风包；11-雾化器；12-旋转摩擦针轮；121-针苗；13-稳压板；14-储存仓；15-伞面撒料器；151-固定盘；152-螺旋叶片；16-介质筒；17-分级电极板，18-外壳；19-电源；20-收集槽；21-出气调节件。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本发明的一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

实施例一

本实施例提供了一种摩擦荷电筒，参见图1，包括介质筒16、旋转电机8、旋转轴9、旋转摩擦针轮12和伞面撒料器15，旋转轴9、旋转摩擦针轮12和伞面撒料器15位于介质筒16内，旋转轴9的一端与旋转电机8固定连接，另一端穿过旋转摩擦针轮12后与伞面撒料器15固定连接，旋转电机8通过旋转轴9带动旋转摩擦针轮12和撒料器绕旋转轴9旋转，旋转速度为50～500r/min。

与现有技术相比，本实施例提供的介质筒中，待选颗粒进入到介质筒16中，通过旋转摩擦针轮12的旋转与待选颗粒进行摩擦荷电，荷电后的待选颗粒经过伞面撒料器15均匀地进入静电分选单元中。通过此种结构的摩擦荷电筒，在对待选颗粒进行摩擦荷电的过程中，待选颗粒经历了旋转摩擦针轮12的碰撞打击、反弹至介质筒16的内壁、在伞面撒料器15上的移动和撒料、沿着介质筒16的滑动等多层次的摩擦荷电，从而能够对待选颗粒进行充分的荷电。

此外，通过高速旋转的旋转摩擦针轮12，还能够利用机械力击打待选颗粒群，克服待选颗粒群之间的粘着力，增强待选颗粒群的流散性，从而能够改善待选颗粒之间的团聚现象。

对于介质筒16的结构，具体来说，其包括从上至下依次连接(例如，焊接)的圆柱筒和倒锥筒，介质筒16的进料口设于圆柱筒的侧壁，介质筒16的出料口设于圆锥筒的底端，其中，旋转轴9、旋转摩擦针轮12和伞面撒料器15均设于圆柱筒中。采用上述结构的介质筒16，一方面，圆柱筒的设置能够有效增大介质筒16内的体积，便于容纳旋转轴9、旋转摩擦针轮12和伞面撒料器15，另一方面，倒锥筒的设置，能够适当降低待选颗粒的运动速度，延长待选颗粒的摩擦和下落时间，使得待选颗粒能够充分荷电。

为了能够进一步提高待选颗粒的荷电效果，对于旋转摩擦针轮12的结构，具体来说，其包括多层沿旋转轴9轴向设置的荷电层，参见图2，相邻两层荷电层之间具有空隙，每个荷电层均包括多根以旋转轴9为中心呈辐射状设置的针苗121，每根针苗121之间具有空隙，且多根针苗121均匀布置，每根针苗121的轴线垂直于旋转轴9的轴线，针苗121的顶端与介质筒16的内壁之间具有空隙。

与现有的旋转摩擦棒相比，此种结构的旋转摩擦针轮12，针苗121排列密集且分布均匀，应用动态过滤、透过几率的原理，针苗121能够对待选颗粒群进行多层次冲击碰撞，在对待选颗粒充分荷电的过程中，还具有立体化分散的效果，保证撒料不结块。

为了能够提高布料均匀性，伞面撒料器15包括固定盘151(例如，圆盘)以及沿固定盘151周向布置的多个螺旋叶片152，参见图3，相对于固定盘151的径向，螺旋叶片152沿顺时针或者逆时针倾斜12～18°(例如，15°)，从而构成伞形。这样，经过旋转摩擦针轮12荷电后的待选颗粒落在伞面撒料器15后，能够有效延长待选颗粒的运动路径，进一步增加待选颗粒分散荷电的时间和几率，随后在离心力的作用下均匀向外运动并分布至倒锥筒中。此外，通过伞面撒料器15使得待选颗粒能够在最大允许范围内进行分散，提高待选颗粒的分散均匀性。

需要说明的是，为了防止待测颗粒荷电产生混乱，伞面撒料器15的材料、旋转摩擦针轮12的材料和介质筒16的材料相同，可以根据待选颗粒的摩擦荷电特性选择，目的是使不同待选颗粒与其碰撞摩擦后荷上不同极性的电荷，示例性地，三者的材料为PVC。

实施例二

本实施例还提供了一种电选装置，参见图4，包括上述介质筒。

与现有技术相比，本实施例提供的电选装置的有益效果与实施例一提供的介质筒的有益效果基本相同，在此不一一赘述。

需要说明的是，上述电选装置还包括送风单元、给料单元、改性雾化单元和静电分选单元，其中，送风单元、送风管路6、摩擦荷电筒和静电分选单元依次连接，给料单元的出料口和改性雾化单元的出气口均与送风管路6连接，介质筒16的进料口与送风管路6的出气口连接，介质筒16的出料口与静电分选单元的进料口连接，送风单元用于提供从送风单元至摩擦荷电筒的气流，给料单元用于提供待选颗粒，改性雾化单元用于提供雾化的表面改性剂，待选颗粒和雾化的表面改性剂在送风管路6中混合并在气流输送下进入摩擦荷电筒。

与现有技术相比，本实施例提供的电选装置，将雾化改性技术和颗粒分散技术联合起来与摩擦荷电分选技术相融合，以解决工业上待选颗粒荷电分选效果不理想的问题，提高待选颗粒摩擦荷电的效率和分选效果。

具体来说，一方面，采用送风单元提供的气流作为输送介质，不仅能够打散待选颗粒形成的待选颗粒群，增强待选颗粒群的流散性，还能够携带雾化后的表面改性剂对待选颗粒进行表面改性，使得表面改性剂包裹在待选颗粒群上，实现干法改性的目的，这种技术能够简化工艺流程，灵活且便于调整。另一方面，待选颗粒的表面改性过程中，通过合适表面改性剂的选择，不仅能够使得待选颗粒之间的荷电差异扩大，还能够改变待选颗粒之间的团聚趋势。

示例性地，送风管路6的出气方向与旋转轴9的轴线方向垂直，这样，在引入改性后的待选颗粒的操作过程中，改性后的待选颗粒在气流横向的作用力下给入到介质筒16，不仅能够通过调节起气流速度来调节待选颗粒与旋转摩擦针轮12和介质筒16内壁的碰撞强度，还不会缩短待选颗粒在介质筒16内的荷电时间，从而能够有效提高待选颗粒在介质筒16内的荷电效率。

考虑到待选颗粒改性主要在送风管路6中进行，为了能够保证待选颗粒的改性充分性，上述送风管路6的直径为0.12～0.16m，长度为5～7m，改性雾化单元和连接管路的连接处与连接管路和摩擦荷电筒的连接处之间的距离为3～5m。

为了能够控制待选颗粒进入摩擦荷电筒的流量，送风管路6上设有部分覆送风管路6的出料口的出气调节件21，例如，不锈钢插片，通过调节出气调节件21覆盖出料口的面积，能够控制送风管路6的出料口开口的大小，进而控制待选颗粒进入摩擦荷电筒的流量。

为了避免待选颗粒在送风管路6的输送过程中与送风管路6摩擦预先荷电，送风管路6通过导线接地。

具体来说，送风单元包括风机1和风包10，风机1的出气口与风包10的进气口连接，风包10的出气口与送风管路6的进气口连接。

为了能够检测送风流量，上述送风管路6上设有流量计4。这样，通过流量计4实时检测实时送风流量数据，并判断实时送风流量数据是否在阈值范围内，若不在，则通过风包10调节实时送风流量直至实时送风流量位于阈值范围内，从而能够调节送风管路6内的给料浓度和待选颗粒的碰撞强度。示例性地，送风流量为100～1000m

示例性地，给料单元为振动给料机2，该振动给料机2包括存料槽和激振器，存料槽的出料口与送风管路6连接，激振器用于驱动存料槽以一定的倾角做往复振动，通过调节激振器的频率来控制存料槽的振动频率，进而控制给料速度。示例性地，振动频率为2000～5000Hz，最大振幅为±13mm。

为了能够实现自动给料，上述存料槽设于送风管路6的上方，存料槽的出料口设于存料槽的槽底，出料口通过给料管3与送风管路6连接，给料管3倾斜设置，给料管3的进料口的接入方向与存料槽的槽底平行。这样，待选颗粒能够在激振器的作用下，利用重力直接滑落至送风管路6中。

此外，对于给料速度的调节，还可以采用如下方式，给料管3出料口处设有部分覆盖给料管3出料口的给料调节件5，例如，不锈钢插片，通过调节给料调节件5覆盖给料口的面积，能够控制给料管3出料口开口的大小，进而控制给料速度。

对于改性雾化单元的结构，具体来说，改性雾化单元包括雾化器11(例如，超声雾化器)和储存仓14，雾化器11的出药口与储存仓14的进药口连接，储存仓14的进气口和储存仓14的出气口均与送风管路6连接，且沿送风方向，流量计4、给料管3的出料口、储存仓14的进气口和储存仓14的出气口依次设置，储存仓14用于储存雾化后的表面改性剂，最大装药量为100L，雾化器11的最大雾化速度为500L/h。

为了能够实时检测表面改性剂浓度，上述电选装置还包括用于检测表面改性剂浓度的浓度检测控制器7，示例性地，上述浓度检测控制器7的数量为两个，其中一个设于存储仓的内壁，另一个设于送风管路6的出气口处。这样，通过浓度检测控制器7实时检测实时表面改性剂浓度数据，并判断实时表面改性剂浓度数据是否达到阈值，若未达到，则通过雾化器11调节实时表面改性剂浓度数据直至实时表面改性剂浓度数据达到阈值。通过上述方法能够实时检测表面改性剂的浓度情况，根据设置的浓度阈值控制雾化器11的工作时间，从而能够防止表面改性剂的浓度过高造成待选颗粒粘结成团的情况或者表面改性剂的浓度过低造成的改性不充分的问题。

示例性地，上述储存仓14的进气口和储存仓14的出气口均通过连接管路与送风管路6连接，连接管路上设有稳压板13，通过稳压板13能够对输入储存仓14的气流以及输出储存仓14的气流进行稳压，使得雾化后的表面改性剂能够在稳定气流的输送下进入送风管路6对待选颗粒进行表面改性。

具体来说，上述稳压板13包括板体，参见图5，板体上开设多个通孔，稳压板13的开孔率可调，在实际应用中，可以通过部分遮挡通孔来实现开孔率可调，通过通孔将一股集中的气流分散为多股气流，从而能够实现稳压。

为了能够使不同极性的荷电颗粒受到不同大小和方向的电场力横向作用，产生较大的偏转，从而提高荷电颗粒的分选效率，对于静电分选单元的结构，示例性地，其包括外壳18、电源19、多个收集槽20和多对分级电极板17，外壳18朝向介质筒16的一端为开口，开口设于介质筒16的下方，且距离介质筒16的出口具有空隙，空隙距离为5～10cm，收集槽20设于外壳18的底部，分级电极板17设于外壳18的内壁，分级电极板17的一端与电源19电连接，另一端接地，多对分级电极板17沿逐渐远离介质筒16的出料口的方向依次设置且产生的电场力逐渐增大。这样，通过多对分级电极板17能够形成多段可调节的梯级电场中，不同极性的荷电颗粒受到不同大小和方向的电场力横向作用发生偏转，落入到不同的收集槽20内从而实现荷电颗粒的分离，从而解决了荷质比较小的荷电颗粒没有足够的电场力进行偏转和荷质比较大的颗粒偏转过大与分级电极板17碰撞的问题。此外，不同于封闭式电场，本实施例的静电分选单元属于开放式的分选场，待选颗粒经过荷电后由宽度不大的出料口(即介质筒16的出料口)进入到高压静电场，由于是开放式的分选场，荷电颗粒在电场中不会受到连续气流的作用力，气流只对荷电颗粒提供一个初速度，荷电颗粒在静电分选区垂直方向只依靠自身的重力下落，在水平方向电场力提供水平加速度使其偏转产生不同的轨迹，不会受到气流紊流的干扰，受力情况简单，运动轨迹相对均匀有序。

示例性地，外壳18沿逐渐远离介质筒16的出料口的方向分为多级相互连通的容纳腔，每个容纳腔中设置一对分级电极板17；每对分级电极板17中，其中一个分级电极板17设于容纳腔的一侧，另一个分级电极板17设于容纳腔的另一侧，且两个分级电极板17的位置相对应，从而能够形成一级电场。

在实际应用中，可以根据荷电颗粒分选的难易程度，选择梯级电场的级数，例如，容纳腔的数量为3级，分级电极板17的对数为3对，从而能够形成三级梯级电场。

为了能够实现梯级电场的角度可调，上述分级电极板17倾斜设置且与外壳18转动连接，示例性地，分级电极板17的上端与外壳18转动连接，且每对分级电极板17中，两个分级电极板17的倾斜方向相反且对称设置，这样，通过转动分级电极板17，能够调节分级电极板17的倾斜角度，进而调节该对分级电极板17之间的距离以及产生的电压，其中，电压范围为25～85kV。

为了能够根据荷电颗粒的运动偏移情况调节收集槽20的布置位置和布置方式，对于收集槽20的结构，具体来说，其包括槽体和隔板，槽体的内部空间通过隔板隔成多个收集槽20，隔板与槽体的槽壁滑动且可拆卸连接，通过调节隔板与槽体的相对位置，能够改变相应收集槽20的位置，从而能够根据荷电颗粒的运动偏移情况调节收集槽20的布置位置和布置方式。

基于上述结构的电选装置，具体来说，分选方法包括如下步骤：

步骤1：根据待选颗粒所需的表面改性剂浓度，设置烟雾浓度检测控制器7的阈值；

将表面改性剂加入雾化器11，将稳压板13的开孔率调节为零，打开雾化器11，对表面改性剂进行雾化；

待储存仓14的内壁处的烟雾浓度检测控制器7的示数达到所设置的药剂浓度后，关闭给料管3的出料端处的出料调节件和送风管路6的出料口处的出气调节件21，打开风机，将稳压板13的开孔率开到最大；

待送风管路6的出料口处的烟雾浓度检测控制器7示数达到设置的药剂浓度阈值后，打开送风管路6的出料口处的出气调节件21；

根据流量计示数调整稳压板13的开孔率，使得送风管路6内的压降和气流输送稳定后，设置每块分级电极板17的电压，启动电源，待电压稳定后，打开旋转电机8，待旋转轴9达到稳定旋转状态后，设置振动给料机2的激振器的频率；

打开给料管3的出料端处的给料调节件5，启动振动给料机2；

待选颗粒顺着给料管3滑落到送风管路6中，在送风管路6内，依靠稳定均匀的气流与雾化后的表面改性剂充分混合改性；

步骤2：改性后的待选颗粒在气流的携带作用下，进入到摩擦荷电筒16内，在高速旋转的旋转摩擦针轮12作用下，待选颗粒群被充分打散的同时，与旋转摩擦针轮12碰撞摩擦后充分荷电，得到荷电颗粒；

荷电颗粒落入到伞面撒料器15上，在旋转的螺旋叶片152作用下，均匀撒料通过倒锥筒的底部落入到静电分选单元中；

步骤3：在梯度电场中，带正电的荷电颗粒向分级电极板17中的负极板偏移，带负电的荷电颗粒向分级电极板17中的正极板偏移，质荷比大的荷电颗粒在电场力的作用下提前偏转在一级电极板的收集槽20内，荷质比小的荷电颗粒继续向下运动，进入下一段电场偏转、分离和收集，最后实现不同荷质比的颗粒分离。

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。