CN106733176A - 用于袪除人工砂中黑云母的分选系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分选系统，尤其是公开了一种用于袪除人工砂中黑云母的分选系统，属于水电工程建筑物料生产设备设计制造技术领域。提供一种操作方便，结构简单，能有效的将人工砂中的黑云母袪除的用于袪除人工砂中黑云母的分选系统。所述的分选系统包括磁性选料机构和物料分离机构，渗合在所述人工砂中的黑云母随该人工砂在所述物料分离机构中运行的过程中，通过所述的磁性选料机构从所述的人工砂中分离出来。

Description

用于袪除人工砂中黑云母的分选系统

技术领域

本发明涉及一种分选系统，尤其是涉及一种用于袪除人工砂中黑云母的分选系统，属于水电工程建筑物料生产设备设计制造技术领域。

背景技术

我国西南地区的水电工程、交通工程大都地处深山峡谷，河流流速大、天然砂难以沉积在河床；因而往往缺乏充足、合规的天然细骨料，通常采用将当地天然岩石机械破碎、筛分后得到各种粒径的人工砂应用于混凝土生产。由于相当多的天然岩石含有造岩矿物——云母，且目前尚无有效的、经济的手段将云母从人工骨料原矿中祛除，往往造成人工骨料中的细骨料中云母含量较高，从而对成品混凝土的抗压强度、抗拉强度、抗渗性、抗冻性、耐久性等均造成一定程度的降低，给工程的质量、安全留下隐患。

我国现行主要的相关规范对砂中云母含量的规定要求较严。由于缺乏经济、可行的分离、减少以祛除人工砂中云母的方法，过往工程在解决这一问题上主要有以下几种被动方式：

1从距离较远的料场购买云母含量较低或不含云母的砂掺和进本地人工砂中，混合后降低砂中云母含量至规范允许指标以下；

2直接弃用本地人工砂，全部外购它处符合规范要求的砂。

从其它料场购买合规的砂，大幅度增加运输成本，增加运输时间，同时受对方砂石生产的影响，保障率低，对工程开展不利。因此，工程界亟待一种易操作简单、经济的装置来祛除人工砂中的云母，以满足工程质量、安全、经济方面的需要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种操作方便，结构简单，能有效的将人工砂中的黑云母袪除的用于袪除人工砂中黑云母的分选系统。

为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种用于袪除人工砂中黑云母的分选系统，所述的分选系统包括磁性选料机构和物料分离机构，渗合在所述人工砂中的黑云母随该人工砂在所述物料分离机构中运行的过程中，通过所述的磁性选料机构从所述的人工砂中分离出来。

本发明的有益效果是：本申请通过设置一套包括磁性选料机构和物料分离机构的分选系统，并使渗合在所述人工砂中的黑云母随该人工砂在所述物料分离机构中运行的过程中，通过所述的磁性选料机构从所述的人工砂中分离出来。这样，由于渗合在所述人工砂中的黑云母是通过所述的磁性选料机构，在该人工砂在所述物料分离机构中运行的过程中分离出来的，并不需要太多的人工参与，从而使操作十分方便，也使分离人工砂中的超标黑云母的操作成为可能，达到的将人工砂中的黑云母袪除的目的。同时，由于该分选系统的主要部件仅包括磁性选料机构和物料分离机构，从而还可以达到简化所述分选系统结构的目的。而且解决了现有技术中无法通过袪除黑云母将当地的人工砂中的黑云母含量降低到规定范围内的技术问题。

进一步的是，所述的物料分离机构包括分选通道和除渣分离装置，所述的磁性选料机构沿物料运行方向布置在所述的分选通道上，所述的除渣分离装置布置在所述分选通道的输出端的外侧，分离开的黑云母与人工砂通过所述的除渣分离装置分隔开。

上述方案的优选方式是，所述的分选通道为沿竖直方向垂直布置的导料方管，所述导料方管的宽度与厚度之比在1︰14～1︰18之间，所述的磁性选料机构沿长度方向贴接在所述导料方管的宽边上。

进一步的是，在所述导料方管的顶部还设置有进料漏斗。

进一步的是，所述的除渣分离装置为横截面呈人字型结构的分离器，人字型结构的所述分离器的长度与所述导料方管的宽度相适应；所述导料方管布置有所述磁性选料机构的那一条宽边的出口段呈逐渐向外扩展的圆弧过渡结构；人字型结构的所述分离器的沿长度方向的竖向中心面与向外扩展的圆弧过渡结构的那一条宽边的竖向内侧面共面。

上述方案的优选方式是，所述的磁性选料机构为沿物料运行方向布置在所述分选通道的外侧壁上的磁极，所述的磁极布置在出口段逐渐向外扩展的那一条宽边上。

进一步的是，所述磁极的横截面为长度与所述导料方管的宽度相适应的长方形结构的条形磁极，所述条形磁极的长度与所述分选通道的长度相适应，所述条形磁极为电磁强度可以调节的电控式磁极。

上述方案的优选方式是，所述的导料方管由凵型有机玻璃槽和奥氏体不锈钢板组合而成，所述的条形磁极贴接在所述奥氏体不锈钢板的外侧，在所述导料方管的外部还设置有保护结构，在所述凵型有机玻璃槽的外部还设置有监视器。

进一步的是，所述的保护结构为设置在所述导料方管外的钢板防护罩，所述的监视器为安装在所述钢板防护罩内侧壁上的监控摄像头。

进一步的是，所述的分选系统还包括皮带输送机，所述皮带输送机的物料输出端与所述物料分离机构的物料输入端连接。

附图说明

图1为本发明用于袪除人工砂中黑云母的分选系统的布置结构示意图；

图2为图1的A-A剖视图；

图3为本发明用于袪除人工砂中黑云母的分选系统的分选原理的示意图。

图中标记为：磁性选料机构1、物料分离机构2、人工砂3、黑云母4、分选通道5、除渣分离装置6、进料漏斗7、宽边8、竖向中心面9、竖向内侧面10、凵型有机玻璃槽11、奥氏体不锈钢板12、保护结构13、监视器14、皮带输送机15、分选顶棚16。

具体实施方式

如图1、图2以及图3所示是本发明提供的一种操作方便，结构简单，能有效的将人工砂中的黑云母袪除的用于袪除人工砂中黑云母的分选系统。所述的分选系统包括磁性选料机构1和物料分离机构2，渗合在所述人工砂3中的黑云母4随该人工砂3在所述物料分离机构2中运行的过程中，通过所述的磁性选料机构1从所述的人工砂3中分离出来。本申请通过设置一套包括磁性选料机构1和物料分离机构2的分选系统，并使渗合在所述人工砂3中的黑云母4随该人工砂3在所述物料分离机构2中运行的过程中，通过所述的磁性选料机构1从所述的人工砂3中分离出来。这样，由于渗合在所述人工砂3中的黑云母4是通过所述的磁性选料机构1，在该人工砂3在所述物料分离机构2中运行的过程中分离出来的，并不需要太多的人工参与，从而使操作十分方便，也使分离人工砂3中的超标黑云母4的操作成为可能，达到的将人工砂3中的黑云母4袪除的目的。同时，由于该分选系统的主要部件仅包括磁性选料机构1和物料分离机构2，从而还可以达到简化所述分选系统结构的目的。而且还解决了现有技术中无法通过袪除黑云母4将当地的人工砂3中的黑云母4含量降低到规定范围内的技术问题。

上述实施方式中的物料分离机构2可以是倾斜布置的导料槽结构，此时所述的磁性选料机构1布置在所述导料槽结构的竖向侧壁上。但这种结构的缺点是分选磁性选料机构1的磁力强度要特点大，同时即使使用较大的分选磁力强度，由于黑云母本身存在的磁极表面所受磁力F也较小的特点，其分选效果也不佳，而且分选效率极低，分选质量也较差。为此，为了既简化所述物料分离机构2的结构，以方便制造、安装、运行以及维护，同时又能提交分选效果，依黑云母本自身特性存在的具备高梯度磁选条件的特点，充分利用人工砂在自由落体的下落过程中，持续对其施加侧向水平磁力，使黑云母产生持续的水平加速度，从而改变其下落轨迹，并与其他剩余花岗岩人工砂轨迹区分开，最终起到区分黑云母砂砾即含有的游离状黑云母与剩余人工砂的原理，本申请所述的物料分离机构2包括分选通道5和除渣分离装置6，所述的磁性选料机构1沿物料运行方向布置在所述的分选通道5上，所述的除渣分离装置6布置在所述分选通道5的输出端的外侧，分离开的黑云母4与人工砂3通过所述的除渣6分隔开。根据对所述黑云母4磁性的充分分析，此时，所述分选通道5的优选方式为沿竖直方向垂直布置的导料方管，所述导料方管的宽度与厚度之比在1︰14～1︰18之间，所述的磁性选料机构1沿长度方向贴接在所述导料方管的宽边上。同时，为了便于人工砂3的输入，在所述导料方管的顶部还设置有进料漏斗7。

此时，为了方便磁力强度的调节，以根据每次计算的黑云母的磁极表面所受磁力F的微小差别而调整磁力强度，同时，也为了与导料方管构成的上述分选通道5相适应，以方便安装和提高磁选效果，本申请所述的磁性选料机构1为沿物料运行方向布置在所述分选通道5的外侧壁上的磁极，所述的磁极布置在出口段逐渐向外扩展的那一条宽边8上；并且将所述磁极的横截面设置为长度与所述导料方管的宽度相适应的长方形结构的条形磁极，所述条形磁极的长度与所述分选通道5的长度相适应，所述条形磁极为电磁强度可以调节的电控式磁极。进一步的，为了对方便磁选效果进行监测和观察，所述的导料方管由凵型有机玻璃槽11和奥氏体不锈钢板12组合而成，所述的条形磁极贴接在所述奥氏体不锈钢板12的外侧，在所述导料方管的外部还设置有保护结构13，在所述凵型有机玻璃槽11的外部还设置有监视器14。此时，所述的保护结构13的优选方式为设置在所述导料方管外的钢板防护罩，所述的监视器14的优选方式为安装在所述钢板防护罩内侧壁上的监控摄像头。

进一步的，为了在垂直下落过程中通过磁性选料机构1分开的黑云母4在落地后不再与其他剩余花岗岩人工砂再次混合，以达到分离的目的，本申请所述的除渣分离装置6为横截面呈人字型结构的分离器，人字型结构的所述分离器的长度与所述导料方管的宽度相适应；所述导料方管布置有所述磁性选料机构1的那一条宽边8的出口段呈逐渐向外扩展的圆弧过渡结构；人字型结构的所述分离器的沿长度方向的竖向中心面9与向外扩展的圆弧过渡结构的那一条宽边8的竖向内侧面10共面。这样，便可以有效的将分离的黑云母4在落地后与其他剩余花岗岩人工砂彻底分开，达到袪除人工砂3中的超标黑云母4的目的。

当然，为了保证本申请所述分选系统的完整性，所述的分选系统还包括皮带输送机15，所述皮带输送机15的物料输出端与所述物料分离机构2的物料输入端连接。

综上所述，采用本申请所述的分选系统具有以下的优点：

即初步解决了困扰大规模土建工程，尤其是山区地区的水电工程、交通工程多年的因黑云母含量超标导致人工骨料混凝土质量降低的问题。运用当前成熟的磁选技术，结合黑云母自身的特征，在不明显增加人工骨料生产系统投资、工期的前提下，利用重力分选的原理，比较经济的实现了将5mm粒径以下的人工砂中黑云母颗粒和其他砂粒分离的效果，降低了成品人工砂中黑云母的含量，从而保证了混凝土的抗压、抗拉、抗渗、抗冻、耐久性等多项关键指标，保障了工程安全，具有一定的推广价值和社会意义。

设计本申请所述结构的分选系统的理论依据如下：

1云母是一种造岩矿物之一，呈现六方形的片状晶形。云母主要包括有黑云母、金云母、白云母、锂云母、绢云母、绿云母、铁锂云母等。在我国，绝大部分集中在新疆、四川和内蒙古等地。本申请拟祛除的黑云母化学式为K(Mg,Fe2+)3(Al,Fe3+)Si3O10(OH,F)2；

2本申请拟祛除的黑云母化学成分变化较大，其中磁性通常为弱磁性成分含有FeO、Fe₂O₃等属于顺磁性矿物，具备高梯度磁选的条件。其比重3.02～3.12g/cm³，较人工砂中除黑云母外的花岗岩稍重，其中花岗岩的比重2.6～2.34g/cm³。

3理论计算：黑云母颗粒即人工砂在梯度磁场受磁吸力计算公式：

F＝μ₀×k×V×H×grad(H)

试中：F-黑云母颗粒受到磁吸力；

μ₀-真空导磁率；常量，4π×10^-7N/A²，或者4π×10^-7T·M/A，或4π×10^-7H/m；

K-矿粒体积磁化率；

V-黑云母颗粒体积；

H-磁场强度；

grad(H)-计算点磁场强度梯度

其中K＝X·δ

X-比磁化系数，依据开挖实测，暂取5.5x10^-8m³/kg；

δ-黑云母的密度，据实测可得，暂取30.5kg/m³；

磁场力HxgradH取500×10⁹A²/m³；强磁场

则以直径为1mm的黑云母砂粒，计算磁极表面所受磁力F

F＝4π×10^-7x5.5x10^-8x30.5xπ×2.5×10^-7×500×10⁹

F＝8.28x10^-7N；

常见矿物比磁化系数表-黑云母，见下

直径1mm黑云母粒所受重力G；

G＝mg

G＝2.35x10^-4N；

结论：G＞＞F。故，现行除铁、磁选设备对黑云母的祛除效果较差。

4本发明的基本原理为：利用人工砂自由落体在下落过程中持续对其施加侧向水平磁力，使其中的黑云母产生持续的水平加速度，从而改变其下落轨迹，与其他剩余花岗岩人工砂轨迹区别，最终起到区分黑云母砂砾即含游离状的黑云母与剩余人工砂的目的，如附图3所示。

实施例一

在传统人工砂生产工艺中，成品砂进入堆料场前增加本申请供的分选系统，如附图1所示。具体实施过程如下：

生产准备阶段：

根据工程料场开采的原料进行试验室理化试验，获得黑云母含量通常为含游离状、黑云母化学成分如FeO、Fe₂O₃等，并测定云母的密度、比磁化系数、比重等等。从而进行技术经济比选，然后确定本分选系统的特征指标：磁场强度即磁场力、磁极宽度、下落高度即时间、理论偏移量、通道宽度。

试验性生产阶段：

根据最优下落高度调整胶带机上升高度，在胶带机出口布置不锈钢漏斗，漏斗下侧应渐变为分选通道扁而狭长的尺寸。调整皮带机供料速度，确保漏斗均匀下料。漏斗下接由矩形磁极板即本申请上述的条形磁极与“U”型有机玻璃钢围成的分选通道，为了制造方便也可以选用不锈钢板与“U”型有机玻璃钢围成的分选通道，然后将矩形磁极板贴接在所述的不锈钢板外侧。磁极板通常在下部高度1/3处开始扩大开口，呈单边喇叭口状，确保在分选中后段，黑云母颗粒具有一定水平速度后能够脱离其余花岗岩砂粒群，从而进入下部废料一侧皮带机。

调整阶段：

检测试验性生产得到的成品人工砂中黑云母的含量，水平调整分选出口下部倒“V”型分配器，即上述的人字型分离器，调整成品、废料比例，确保经济生产效率。若仍然无法将成品中黑云母颗粒含量至规范许可的范围内则：

1、减小皮带机供料速度；

2、加大磁极磁场强度、磁场力；

若以上措施仍无法满足，则调整：

1、分选通道宽窄；

2、加大磁极板宽度；

3、增加分选下落通道高度

重新调整本申请所述分选系统的各项参数。

大规模生产阶段：

在生产性试验中得到符合规范要求的人工砂后，确定各项指标，进行大规模生产，并定期对成品进行抽检。

当人工粗骨料中含有云母对骨料的各项指标影响较小，对混凝土的各项指标影响较小，无需处理。

本申请涉及所述分选系统中，黑云母颗粒距离磁极表面的距离越短，磁场越强，产生的磁力约大，越有利于改变黑云母的下落轨迹。因此，本重力分选系统的磁吸通道宜扁而窄，以较大的磁板面积、较窄的下落通道、下端随颗粒改变的磁极曲面，能够确保分选的成功率。

本申请使用的重力分选通道采用透明的有机玻璃钢材质，其强度较高、耐久性较好，成本低廉，可加工成多种体型，方便生产过程中实时观测内部人工砂分选情况。更为重要的是，重力分选通道防止了分选过程中场地内空气流动对人工砂粒的影响。顶部漏斗装置，采用奥氏体不锈钢，具有良好的塑性、韧性、焊接性、耐蚀性能和无磁或弱磁性，起到将皮带机输送的人工砂分列到狭长通道一般长×宽为80cm×5cm，以均匀、零初速进入到下侧的有机玻璃钢分选通道。

漏斗下料口即分选通道宽度过窄或皮带机传输速度过快，会导致人工砂下落不及时，或下落密度较大，阻碍黑云母颗粒作偏移运动，生产效率不佳。而下料口过宽或皮带机传输过慢，会导致距离磁极远端的黑云母颗粒受磁场影响微弱，不能及时作偏移运动，分选效果不佳。因此，下料口或分选通道宽度一般为4.0～6.0cm。

本申请会产生一定的废渣、废料，其中废渣、废料占总进料的比例依据生产性试验获得的成品人工砂中黑云母的比重来确定。按照现行相关勘测设计规范，拟定料场储量通常为实际需要量的1.5倍以上，因此考虑本申请产生的废料占总量比例，不会影响工程骨料供应。通过调整重力分选管下端的分配器，调整合格产品和废料比例，推荐下落口宽度比例为成品侧宽度：废料侧宽度为6：4。分选后富含黑云母的人工砂废料也可用于基础回填、非重要部位混凝土的生产。

本重力分选装置必须在具有防雨功能的顶棚中进行，全部参与分选的人工砂料也应保持干燥，故设置分选顶棚16。本重力分选装置采用的强磁场对人体有一定影响，尽管目前医学并没有定论。故在主要磁场区域设置外部金属保护罩，金属保护罩罩板的厚度为5mm矩形焊接钢板，工作时通过内部的视频摄像头监控分选过程，工作人员在外部操作相关设备。

附本申请涉及的典型材料费，见附表1：

附表1

Claims (10)

1.一种用于袪除人工砂中黑云母的分选系统，其特征在于：所述的分选系统包括磁性选料机构(1)和物料分离机构(2)，渗合在所述人工砂(3)中的黑云母(4)随该人工砂(3)在所述物料分离机构(2)中运行的过程中，通过所述的磁性选料机构(1)从所述的人工砂(3)中分离出来。

2.根据权利要求1所述的用于袪除人工砂中黑云母的分选系统，其特征在于：所述的物料分离机构(2)包括分选通道(5)和除渣分离装置(6)，所述的磁性选料机构(1)沿物料运行方向布置在所述的分选通道(5)上，所述的除渣分离装置(6)布置在所述分选通道(5)的输出端的外侧，分离开的黑云母(4)与人工砂(3)通过所述的除渣分离装置(6)分隔开。

3.根据权利要求2所述的用于袪除人工砂中黑云母的分选系统，其特征在于：所述的分选通道(5)为沿竖直方向垂直布置的导料方管，所述导料方管的宽度与厚度之比在1︰14～1︰18之间，所述的磁性选料机构(1)沿长度方向贴接在所述导料方管的宽边上。

4.根据权利要求3所述的用于袪除人工砂中黑云母的分选系统，其特征在于：在所述导料方管的顶部还设置有进料漏斗(7)。

5.根据权利要求3或4所述的用于袪除人工砂中黑云母的分选系统，其特征在于：所述的除渣分离装置(6)为横截面呈人字型结构的分离器，人字型结构的所述分离器的长度与所述导料方管的宽度相适应；所述导料方管布置有所述磁性选料机构(1)的那一条宽边(8)的出口段呈逐渐向外扩展的圆弧过渡结构；人字型结构的所述分离器的沿长度方向的竖向中心面(9)与向外扩展的圆弧过渡结构的那一条宽边(8)的竖向内侧面(10)共面。

6.根据权利要求5所述的用于袪除人工砂中黑云母的分选系统，其特征在于：所述的磁性选料机构(1)为沿物料运行方向布置在所述分选通道(5)的外侧壁上的磁极，所述的磁极布置在出口段逐渐向外扩展的那一条宽边(8)上。

7.根据权利要求6所述的用于袪除人工砂中黑云母的分选系统，其特征在于：所述磁极的横截面为长度与所述导料方管的宽度相适应的长方形结构的条形磁极，所述条形磁极的长度与所述分选通道(5)的长度相适应，所述条形磁极为电磁强度可以调节的电控式磁极。

8.根据权利要求7所述的用于袪除人工砂中黑云母的分选系统，其特征在于：所述的导料方管由凵型有机玻璃槽(11)和奥氏体不锈钢板(12)组合而成，所述的条形磁极贴接在所述奥氏体不锈钢板(12)的外侧，在所述导料方管的外部还设置有保护结构(13)，在所述凵型有机玻璃槽(11)的外部还设置有监视器(14)。

9.根据权利要求8所述的用于袪除人工砂中黑云母的分选系统，其特征在于：所述的保护结构(13)为设置在所述导料方管外的钢板防护罩，所述的监视器(14)为安装在所述钢板防护罩内侧壁上的监控摄像头。

10.根据权利要求1所述的用于袪除人工砂中黑云母的分选系统，其特征在于：所述的分选系统还包括皮带输送机(15)，所述皮带输送机(15)的物料输出端与所述物料分离机构(2)的物料输入端连接。