【摘要】：隨著我國高品位菱鎂礦資源的過度消耗,低品位菱鎂礦的資源化利用日益迫切。低品位菱鎂礦資源化利用的前提是礦物解離和雜質(zhì)去除,現(xiàn)有成熟方法主要采用機械破碎與化學(xué)浮選手段,資源化利用效率有限,并且伴有粉塵和水污染問題。當(dāng)今,資源環(huán)境形勢日趨嚴峻,探索環(huán)境友好型新技術(shù)方法,改善現(xiàn)有模式已刻不容緩。本文針對低品位菱鎂礦的資源化利用開展了水中脈沖放電破碎與靜電分選(電選)結(jié)合的新方法研究,以實驗研究為基礎(chǔ),結(jié)合理論分析與數(shù)值仿真,采用現(xiàn)代圖像處理手段,探索了水中高壓脈沖放電對菱鎂礦組元礦物解離破碎作用過程、放電破碎區(qū)域直接沖擊壓力特性、電選顆粒分離動力學(xué)規(guī)律及其影響因素等關(guān)鍵問題,為菱鎂礦的資源化利用提供理論與實踐依據(jù)。主要研究內(nèi)容及結(jié)果如下:(1)水中高壓脈沖放電菱鎂礦破碎特性分析及破碎產(chǎn)物解離狀態(tài)研究。設(shè)計并搭建了水中高壓脈沖放電實驗平臺,進行了脈沖放電破碎實驗研究:通過等離子體放電通道圖像分析,表明其作用位置主要位于不同組元礦物的邊界處;通過放電沖擊壓力的無源測量明確了在放電間隙10mm、電容容量4μF條件下,-40kV放電電壓產(chǎn)生的沖擊壓力可使菱鎂礦有效破碎;通過顯微觀測、掃描電鏡、晶體結(jié)構(gòu)等分析測試手段對破碎產(chǎn)物解離狀態(tài)進行了評價,確定了有效實現(xiàn)菱鎂礦組元礦物解離的粒度范圍為0～6000μm。(2)菱鎂礦脈沖放電破碎效應(yīng)解析研究。根據(jù)脈沖電壓上升時間、等離子體放電通道作用位置及破碎產(chǎn)物裂紋形貌等,明確了菱鎂礦的破碎為液電破碎與電破碎綜合作用;基于等離子體放電通道特征得到放電通道注入能量的理論范圍為1276～1464J,其中菱鎂礦破碎的能量范圍為213～244J,進而得到作用于菱鎂礦表面的沖擊壓力范圍為131～139MPa;采用壓力無源測量與數(shù)值模擬相結(jié)合的手段分析了菱鎂礦表面的沖擊壓力載荷,與沖擊壓力理論分析結(jié)果一致。放電產(chǎn)生的液電沖擊壓力超過菱鎂礦自身抗壓強度,證實了液電破碎效應(yīng)作用的有效性;分析了放電破碎時菱鎂礦與脈石礦物的場強分布,當(dāng)脈石礦物為白云石和石英時,脈石內(nèi)部場強分別為菱鎂礦場強的1.1倍和1.2倍,不同組元礦物邊界場強存在差異性,為菱鎂礦電破碎提供有利條件。(3)脈沖放電菱鎂礦解離顆粒電選實驗研究。利用鼓筒式高壓電選機,對0～150μm與150～600μm兩種粒度范圍的脈沖破碎顆粒,及同等粒度的機械破碎顆粒進行電選實驗研究。采用圖像處理方法對電選前后顆粒粒度分布進行了分析,表明0～150μm粒度區(qū)間內(nèi)脈沖放電破碎顆粒粒度分布更均勻,其平均粒徑大于機械破碎顆粒,150～600μm粒度區(qū)間內(nèi)脈沖破碎顆粒平均粒徑小于機械破碎顆粒;與機械破碎顆粒相比,脈沖破碎顆粒經(jīng)電選處理后,所回收的精礦產(chǎn)率及精礦MgO含量更高,達到了高品位菱鎂礦等級,驗證了菱鎂礦脈沖破碎及電選除雜的有效性。(4)電選顆粒分離動力學(xué)規(guī)律研究。針對鼓筒表面荷電顆粒綜合受力狀態(tài)進行分析,明確了顆粒脫離角度、脫離位置場強與顆粒粒徑的關(guān)聯(lián)關(guān)系;電選顆粒脫離角度始于76°,顆粒粒徑越大,其脫離角度越小,與電選實驗中不同區(qū)域收集顆粒的粒徑分布相符;相同粒徑下,石英、白云石、菱鎂礦依次脫離;根據(jù)受力分析建立了相應(yīng)的動力學(xué)模型,確定了顆粒的運動軌跡,以及脫離位置、顆粒荷電量和礦物種類對運動軌跡的影響;基于動態(tài)序列圖像重構(gòu)了顆粒的實際運動軌跡,對動力學(xué)模型進行修正,揭示了電選顆粒的分離運動規(guī)律。
【圖文】：

邐低品位菱鎂礦水中脈沖放電破碎與電選分離研究邐逡逑置如圖１．１所示。但由于礦物中不同組元嵌布的隨機性和非均勻性，導(dǎo)致機械碎磨過程逡逑常存在粗粒欠磨和細粒過磨等問題。欠磨狀態(tài)下，仍然作為整體存在的有用礦物與脈石邐’逡逑礦物連生體顆粒，在后續(xù)分選過程中依舊不會分離；過磨狀態(tài)下，雖然保證了大部分有逡逑用礦物與脈石礦物均以獨立單體顆粒呈現(xiàn)，但過細的粒度不能適應(yīng)后續(xù)分選過程的要逡逑求，例如，粒度過細的顆粒流動性變差、易形成團聚體等情況，，同樣不能形成有效分離。逡逑這造成了破碎，尤其磨碎與分選的相互制約，不利于礦物分選除雜。因此需要一種既保逡逑＇持有用礦物與脈石礦物高效單體解離，又滿足后續(xù)分選要求的礦物破碎手段。逡逑

ｆ；ｉ逡逑—／接＿NＴ逡逑圖１．２巖礦材料脈沖放電破碎系統(tǒng)示意圖［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巖礦內(nèi)部發(fā)生擊穿的條件為當(dāng)對其施加高壓時，其內(nèi)部電場強度臨界場強，但沒有達到外部區(qū)域的場強閾值。將巖礦放置于擊穿場強高可以實現(xiàn)這一過程。Ｖｏｒｏｂｉｅｖ等人研宄發(fā)現(xiàn)，當(dāng)脈沖前沿上升時間擊穿場強小于介質(zhì)水，而絕緣油的擊穿場強一直大于巖礦和水，結(jié)巖礦的電擊穿提供了條件，該結(jié)果也被眾多學(xué)者所證實［２１１＾４１］。逡逑
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TD952

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本文編號：2633796