专利名称:矿质分离器的制作方法本发明涉及一种矿质分离器。矿物一般是在摇台上进行分离的。将水中含细粉状矿物质的浆状物以很薄的流体层注入于一个稍带倾斜的格条式摇台的上部边缘的部分部位上，该摇台是以平行于上部边缘的方向摇动(以非对称加速度)。同时，将一薄层清洗水施加于上部边缘的支座上。在浆状物薄层中较重的颗粒比那些较轻的颗粒向下流动的慢一些，由此可以分别地收集起来。本发明的矿质分离器包括一个本体，其内表面是一个圆筒形(可以是圆锥形)装置，当绕圆筒的轴线转动时，要具有一个沿其轴线方向的作用力，一个用于使本体绕其轴线转动的装置，该转动作用于圆筒表面上的离心力要超过重力加速度g，一种用于对本体或对靠离心力保持在它上面的颗粒施加扰动的装置，一个注入浆状物的装置和一个向圆筒(如果是圆锥筒最好是在小端)内部注入冲洗液的装置，和用于收集由各个沿着圆筒的轴线方向不同部位上(诸如在其相对的两端部)分离开的各种组分的装置。筒体可以是圆筒，或者是截头锥形筒或是退拔圆筒。本发明还提供一种分离矿质的方法，包括将含有矿质的浆状物注入筒体(即包括圆筒，或截头锥形筒或退拨圆筒)的内表面，转动筒体使作用于其表面上的离心力超过重力加速度g，扰动转动表面，使该表面上具有一个沿其轴向作用的力，诸如通过一个流体压力梯度，摆动或制成退拔形来实现，向筒体表面施加冲洗液，施加的部位是使该作用力要将水输送至越过浆状物的注入点，以及将分离开的浆状物中各种组分按照其在筒体的轴向不同移动部位上收集起来。分离物的收集可以由筒体的轴向不同部位上向下收集，如从筒体的每一端，最好是连续地进行。扰动运动可以采用几种方式中的一种或结合使用。例如筒体的转动速度的周期性变化，诸如在转动中叠加以短暂的停歇，或叠加以加速度和减速度，或沿一轴线(如其转动轴线)施加以对称的(如正弦的)或非对称的前，后摇动，最好是能促使粘附在表面上的颗粒能够逆着上述轴向力的方向传送，或者沿着一定的轨道运动(有可能是在垂直于转动轴线的平面内)。其它扰动的方式包括转动轴的摇摆，通过这种运动使保持在筒体内的颗粒产生一个每转进行周期性变化的轴向力，以及在筒体内部设置有并相对于筒体进行转动的若干叶片，这种设置是为了推动在朝着上部或小端走了一段路程的颗粒前进。轴向摇动，摆动和使用叶片的结合是最好的。轴的摆动角度最好是沿水平方向不大于45°，如1/4°至20°，最好是1/2°至6°。叶片应与筒体两端的收集相协调，并将其转动速度与筒体的转动速度的差值置于5%以内(最好是1%以内);在这种装置中的叶片可以采用与其作用相当的装置替换，如用液体喷咀和挡板。假如筒体是带锥度的，则截头锥体的半角最好是在45°以内，如1/2°至10°，例如1/2°至2°。截头锥体或其它筒体的转动速度最好是能产生一个由5g至500g的离心力，而且这样大的离心力的好处是，转动轴可以是立式的，水平的或呈任何角度的(在任何非垂直的角度上)具有一个由重力产生的周期性扰动对在离心作用下的颗粒起有用的作用。在所有情况下，冲洗液最好是间歇式的注入，或者更理想的是连续地注入表面上，使该表面上所述轴向力促使冲洗液传送至越过浆状物的注入点。加冲洗液的目的是改善径向外层较重的矿物质的等级和纯度的作用，或者用于借助流体的压力或者当离心力的作用减小时，以帮助材料的去除。在收集分离过的材料时，可以利用冲洗液的帮助将还处于筒体的同一端头的已分离的材料收集起来，有时可借助冲洗液的帮助利用刮板来完成，每个刮板是从筒体的一端轴向延伸至分别要求到达的部位上，刮板和浆状物注入器的设置要使其转动速度与筒体转动速度之差值在5%以内(最好是在1%以内);该装置中的刮板可以用与其作用相当的其它装置代替，如采用液体的喷咀和挡板。转动筒体的装置可以采用电动机驱动轴，在该驱动轴上可以安装有许多个圆锥形筒，例如在该轴的同一点上向外套装着，或者沿轴的轴向间隔开，或者二者结合。附属装置(如浆状物的注入装置)可适当的双联。待处理的材料通过许多个串联的或并联的或部分组合式联结的筒体进行输送。
在另一个最佳实施方案中，本发明的矿质分离器包括一个可绕其轴线转动的空心筒体，该筒体是立式的。筒体具有一个向着其下部边缘呈曲线的或带斜度的唇口。该矿质分离器具有一个用于将待分离的矿质浆状物注入筒体内部的装置和用于将冲洗液施加于筒体内的唇口和浆状物注入点之间的装置。该筒体具有用于使其扰动(最好是沿圆周方面)足以使浆状物保持悬浮状态的装置。
所以与本发明有关的方面是通过将矿质浆状物注入一个带有向内的唇口(向着筒体的下部边缘呈曲线形或带斜度的)的旋转式立轴筒体进行矿质分离的。该筒体被扰动(最好是圆周方向的)使其足以将浆状物保持悬浮状态，并将冲洗液施加于浆状物注入点与下部边缘之间。浆状物中较重的组分被去除出去，即(ⅰ)连续地由下部边缘，或是(ⅱ)通过去除较轻的组分并(a)在重力作用下，可选用冲洗液的帮助，或通过(b)机械的方法将较重的组分收集起来。
现在将通过举例，并参考附图对本发明进行描述，其中图1，2和3是本发明的三种不同的矿质分离器的工作原理图。
图4是本发明的矿质分离器局部的工作原理图，使用了另一种驱动系统，图5表示本发明的另一个最佳实施方案的矿质分离器。
图1中，矿质分离器具有一个空心筒体1，被画成一个透明体，其内表面是一个截头锥体。筒体1在其大端为开口的，并在其小端的端部以轴向安装在轴2上。通过振动器3和以电动机4以400转/分的转速驱动，使轴2在其两端的支承内以7赫兹，和1.5厘米的摆幅进行往复运动。筒体1具有一个带1°半角锥度的截头锥体，其轴向长度为30厘米，平均内径为30厘米。在较高的转速下，较大的锥角效果较好。
通过大端开口处伸向筒体1内的是一个组件10它包括送入管和刮刷。整个组件10安装在一个电动机驱动的轴11上并共同转动，其旋转方向与轴2相同但其转速为399.6转/分。组件10借助静止管12通过一个转动联接器10a将浆状物和冲洗液送入。在本例中的浆状物包含有经碾磨过的矿物质，其中含有少量的有价值的(高比重)材料，其残渣(低比重材料)作为废料，所有颗粒尺寸都在75微米以下，一半是在25微米以下，四分之一是在10微米以下，这种碾磨过的矿质在每立升的水中的浓度为50至300克，例如150克进行悬浮。无论浆状物中固体的浓度是多少固体的注入率要保持在50至500克/分。浆状物通过一个浆状物送入管16送入空心筒体1的小端其送入率为1立升/分，而冲洗水通过管子15稍后一些送入，也就是以便使沉积在筒体内的浆状物颗粒在很短时间之后就接受到冲洗水。浆状物可以通过一个绕过筒体180°以内的圆弧形管口送入以代替单调的送入管16。冲洗水也可以同样地通过一个圆弧形管口送入。在管子16的离开管子15的对面端上设有一个较长的轴向刮刷20，该刮刷可以把整个筒体1的内表面上的分离物去除掉并收集到图中所示的收集器21中。在刮刷20与管子15之间(管子16的对面)设有一个相似的刷子24但它向着空心筒体1的小端方向稍短一点。管子15和16以及刷子20和24都是组件10的组成部分。较短的刷子24可以将分离物由它扫过的面积上去除掉进入收集器25。刷子20和24适于相隔90°(为便于说明，图示的靠得很近)。实际上，收集器21和25不能用重力进料杯式，但为简化起见，图中画成重力进料杯式，因为整个组件10是在转动。但收集器21和25可以通过在空心筒体1的大端开口处的圆周部分设置若干个环形溜槽来实现，或者采用将收集起来的(分别由刷子20和24)的材料通过离心作用由筒体1中摔出来。
在使用中，浆状物通过管子16送入到轴向摇动，快速转动的筒体1的小端。因为筒体以400转/分反时针方向转动，而组件10则以399.6转/分以同方向转动，其最终效果是相当于组件10在筒体1内沿着顺时针方向以0.4转/分的速率转动。这样，浆状物被摇动(通过摇摆器3)，而其施加的离心力为几个g(以代替仅仅用重力加速度)而且将分离出的各种组分，其中最轻的以最快的速度朝着筒体1的大端运动。增加摇摆速度会产生甚至使较重的颗粒增加流动性的效果。
二分钟以后，一个给定的浆状物中的元素由管子16送入后，将被带摇动的增强重力的作用下被分离在筒体内向下形成不同密度的区段，而且刷子24将接触到浆状物的元素中几乎所有最重的组分。刷子24(借助由管子15和其它图中未显示的靠近每个刷子的管子送入的冲洗水的帮助)将它能接触到的分离物去除出来并收集在收集器25中。大约半分钟以后，最重的组分(即密度最高的区段，在所有标准情况下，为含有有价值的金属)是通过较长的刷子20接触到并冲洗到收集器21中，以便进一步处理。现在筒体1已刷乾净，然后由管子16接受更多的浆状物而且按描述的方法继续进行。一个连续的操作过程的举例如下面的表中所示。
轴2和11可以由同一个电动机驱动(以代替上述分离式电动机)，不带摇摆运动的轴11通过一个齿轮箱传递动力以便在筒体1和组件10之间产生一个小的(即0.1%)差动转速。无论筒体或者组件哪一个的转速快一点都是可以任意选择的，只要该组件的设置能够起到传送浆状物并分别地，按浆状物区分开的区段收集起来。
这些分别地收集起来的浆状物的各区段可以按照相似的或相同的分离器进行进一步的分离。为此目的，或者为了分离浆状物的平行的流动区，或为了这两个目的，可把相似的或相同的分离器安装在同一根轴上，在轴向具有一定间隔，或者在径向向外套装着，或者交错排列(套装并在轴向略有偏置)，或者用这些安排中的任何组合。
在图2中，显示一个矿质分离器的透视图，它具有一个空心筒体201，被画成一个透明体，其内表面是一个截头锥体。筒体201用于液体从其两端排出，并在其大端以轴向安装(为简化起见该装置省略)在以202表示的轴上。轴202是在其两端的支承处以7赫兹的频率和1.5厘米的振幅进行往复摆动，该运动是通过一个摇摆器施加线性运动203并通过一个转速为200转/分的电动机在204所指的方向上转动。电动机通过一个滑动轴承与轴202相连结。摇摆运动是在每个方向上均匀地(正弦的)施加，但可以由摇摆器的一个方向上施加一个较强的脉动。轴202是水平的。筒体201具有圆锥半角为1°的截头锥体，其轴向长度为60厘米，而其平均内径为50厘米。较大的圆锥角在较高的转速下的效果较好。
通过其小端开口处伸向筒体201内部的是一个组件210，该组件包括加速器环211和212以及刮板叶片213。整个组件210安装在轴202a上，该轴由轴202通过一个齿轮箱驱动并一起转动，与轴202同样的摇摆;同一方向转动但其转速为192转/分。加速器环211和212分别通过静止管子送入浆状物A和冲洗水B。加速器环211和212对浆状物和水施加一个转动速度，浆状物和水流通过加速器环内的小孔进入筒体内大致以筒体的转速转动，并在圆周上均匀地分布着。在本例中的浆状物含有经分选器分选后碾磨过的矿质，其中含有少量的有价值的(高比重)(通常是小颗粒的)材料，其残渣(低比重材料)(通常是大颗粒的)是废料，其中所有颗粒都在75微米以内，一半是在25微米以内，四分之一是在10微米以内，这种碾磨过的矿质是在每立升水中以50至500克例如300克的浓度下悬浮状态的。固体的送入率保持在300克/分钟，不管浆状物中固体的浓度是多少。浆状物以1升/分钟的送入率进入加速器环211中，该环位于空心筒体201的中点附近，而冲洗水以1/2升/分的送入率进入位于筒体201的小端处的加速器环212内。
叶片213安装在四个等间隔的轴向臂上(图中示出两个)每个臂携带有十个带弹性的软塑料叶片其长度为4.5厘米，轻轻地与筒体201相接触，并在圆周方向与筒体成30°的角度(重申筒体201比携带臂和叶片的组件210的转速要高8转/分)以便将筒体内的材料推向小端。在每个臂上的叶片都是与另一个臂上的叶片交错排列的，其搭接量约为1/2厘米，以便增大这种效应。
在使用中，浆状物A是通过加速器环211送入轴向摇摆，快速转动的筒体201的中点部位。因为筒体以反时针方向，200转/分钟的速度转动而组件210以同一方向在192转/分速度下转动，其最终效果相当于组件以8转/分的转速在筒体201内顺时针方向转动。这样则浆状物被剪切(通过线性运动203)而施加的离心力为几个g(以代替重力加速度仅仅1g)而且把浆状物中的组分分离开，其中最轻的则以最快的速度移向筒体201的大端。增加摇动速度具有能够使较重的颗粒增加流动性的效果，而在一般情况下这些重颗粒在离心力作用下被贴在筒体201上。
叶片213扰动较重的颗粒并推动它们朝着筒体201的小端移动几个厘米。流体与较轻的颗粒通过摇动和剪切作用使其悬浮起来，具有更大的能动性，可以连续地流动，经过前进的叶片在冲洗水B的流动帮助下朝着大端移动。一旦一个给定的叶片向后退缩，则较重的颗粒就要贴在那里不动，而水和较轻的颗粒则继续朝着筒体201的大端运动。总而言之，较重的颗粒可以看作，在许多短的区段中，逆着轴向力的作用方向，朝着筒体201的小端稳定地扫去，而水和较轻的颗粒可以看作在通过筒体的锥度所产生的轴向力的作用下，不管叶片的存在朝着筒体的大端移动。就这样分别地把矿质分成有价值的高密度材料C收集在小端而低密度的废物D收集在大端。在有的情况下，当低密度材料是有价值的、或许甚至比高密度材料更有价值，但其分离过程仍然完全是同样的方法。
轴202和组件210可以分别由分离式电动机驱动(代替上述用同一个电动机)。尽管筒体201或组件210转动的快慢是可以任选的，但只要叶片213成一定的角度直接贴近筒体，一般是朝着筒体201的小端方向安装。
浆状物中各种组分经分别收集起来，可以进一步采用相似的或相同的分离器再进行分离。为此目的，或者为了对平行的浆状物流的分离，或者为了上述两个目的，将相似的或相同的分离器安装在同一根轴上，在轴向具有一定间隔，或在经向向外叠加起来，或交错排列(叠加和在轴向略有偏置)或者这些安装方式的任何组合。
在图3中，一个矿质分离器具有一个空心筒体301，被画成一个透明体，其内表面是一个截头锥体。筒体301的两端都是开口的用于将流体排出，并在其小端以抽向安装在轴302上，为简化起见图中未表示。与水平方向的倾斜度为2°至6°(如2°)(在图中被大大地夸张了)。截头锥体的大端面朝上，甚至其最低的旋转母线也从小端向大端向上倾斜1°，这种倾斜度就会抵消由于锥度产生的轴向力。截头锥体的半角为1°。
一个非对称作用的轴向摇摆器303，通过轴302摇动截头锥体，该摇动是在向上时较猛而向下时则较缓和。这样则在截头锥体的表面上的一个颗粒由于其惯性作用当处于向上较猛的冲程时，该颗粒趋于始终保留在空间，但当缓和的向下冲程时，该颗粒则趋于靠摩擦阻力保持不动，就这样颗粒对截头锥体产生相对运动。继续以这种形式进行非对称地摇动，则使一个颗粒不断地朝着截头锥体的小端运动。
截头锥体绕其轴线沿着304所指的方向旋转。
浆状物A连续地施加于靠近截头锥体的中点附近而冲洗水B连续地施加于轴向相近部位而在圆周方向离开的部位上。浆状物形成一个薄层靠离心力保持贴在截头锥体上，但轴向摇动足以保持各种组分中的某些部分处于悬浮状态。那部分组分不受摇动的影响就不会悬浮。但较重的组分不处于悬浮状态并靠离心力贴在截头锥体上，在上述非对称摇动的作用下，促使它们溢流在小端形成一个重密度组分的流道C。
与此同时，对于带锥度的截头锥体的转动中，将一个轴向力施加于悬浮的浆状物的薄层，朝着大端的方向。水和较轻的颗粒经受这种力比施加的摩擦/摇动作用的力更大一些，所以促使形成低密度流道D朝着大端方向流动，这种流道(在一般矿质处理中)作为废物。
图4表示一个用于矿质分离器的驱动系统，提供另一个相当于图1所示的轴2以及其它图中所示轴的摇摆作用;一个不同的扰动施加于筒体1，但在分离过程中的其它方面与图1中所描述的有关部分是相同的。在图4中，筒体1安装在一个自动或差动装置21上的一个半轴20上。另一个半轴22由电动机4驱动，该电动机装有一个辅助飞轮。推进轴23是一根可摆动的轴。这种摆动可以使转动的轴叠加上加速度和减速度，这种摆动运动是通过半轴22和差动装置21的反转实现的，换言之，筒体1可以认为是在一个平稳地转动基础上叠加一个圆周方向的摆动。
在图5中，一个空心立轴圆筒31的设置可绕其轴线旋转。其内径为0.3至3.0米，而其转动速度一般为50至100转/分，以大致10g级的离心力径向向外作用于内表面上。这样小就使重力加速度g产生的影响很显著。圆筒31也施加以5至10赫兹的圆周方向的振动。在其下边缘，圆筒31形成一个向内的曲线形唇口32，沿径向伸出1至10毫米。唇口可以更换成与筒壁成90°或其它情况的陡直的法兰。代替采用一个精制的唇口，可以将下部边缘做成对上部边缘径向向内伸出1至10毫米，圆筒的内壁可以是直的(即带斜度的)，曲线形的(如抛物线形)或前二者各具有一部分，例如可采用聚合树脂以离心浇铸法制成。
一个送入管33供给每立升水中含有固体100克的悬浮状态的浆状物注入圆筒31的轴向中点附近。固体的颗粒大小分布与前面所述相同。
一个送入管34供给冲洗水至圆筒的内壁，注入于送入管33和唇口32之间的轴向中点附近。
如图5所示，但在径向被显著地夸张了，浆状物薄层受离心力的作用保持在圆筒31的内表面上并通过振动保持悬浮状态。浆状物中较重的(即高比重的)颗粒趋于优先地径向向外移动(在离心力下)并在其边界层(在重力加速度作用下)向下移动。例如通过图4所示的装置所产生的圆周方向的振动具有一个剪切作用，促使低比重的颗粒径向向内升起。在径向内表面上，唇口32促使产生一个向上作用的流体压力梯度，这样则趋于携带这些低比重颗粒(废料)形成液体流动的主流。唇口33捕捉住较重的颗粒使它们在其向下的行进中进入区段35，这样不但促进上述压力梯度增加而且只有当某些再循环和重新分类(在振动作用帮助下)之后，才导致较高比重的颗粒溢流通过唇口32。由管子34送入冲洗水的作用是将偶而进入较高比重颗粒中的废物排出去。
有价值的较高比重的颗粒暂时地堆积在区段35内连续地向下溢流并被收集起来。冲洗水和较低比重的废物颗粒向上溢流越过圆筒31的顶部边缘并被抛弃掉。


将待分离的矿质制备成浆状物A注入一个空心锥形筒体301中，该筒体绕其轴线转动以产生10g的离心力。该筒体还施加以5至10赫兹的轴向振动。筒体以半角为1度角度向外张开，且其轴线在向外张开的方向上向上倾斜2度。一薄层浆状物在离心力作用下保持在筒体内表面上并在振动作用下保持悬浮状态。较高比重的颗粒连续向下溢流在C处收集起来，较低比重的颗粒在冲洗水B的辅助下向上溢流越过筒体上部D处排出去。