CN106796435A - 用于混合松散岩石材料的设备和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于混合矿物组成多变且具有不同的矿物成分(222、223)的松散岩石材料(221)的设备(2)，用于提供具有预定份量的不同矿物成分的混合岩石材料(224)。输送机(21)用输送所述松散岩石材料(221)，第一容器(20)能够将矿物组成多变的岩石材料(221)放置到所述输送机(21)上，第二容器(23)以及第三容器(24)均能够将不同单一岩石材料成分的岩石材料分别放置到输送的岩石材料(221)上。声学矿物检测器单元(25)位于所述第一容器(20)之后且在所述第二容器和第三容器(23、24)之前，能够检测输送的岩石材料中不同矿物成分的份量并且基于检测到的份量来调节所述第二容器或第三容器分别放置的不同单一岩石材料的数量。

Description

用于混合松散岩石材料的设备和方法

技术领域

根据各独立权利要求的前序部分，本发明涉及一种用于混合松散岩石材料的设备和一种用于混合松散岩石材料的方法，以提供具有预定份量的不同矿物成分的混合岩石材料。

背景技术

本发明所述的“岩石材料”采用具有不同矿物成分且组成多变的松散硫酸盐岩石材料作为示例。当然此松散岩石也可以是另一种材料。硫酸盐岩石是被发现的天然矿物岩石硫酸钙二水合物(CaSO4·2H2O)，通常被称为石膏、灰泥或熟石膏，并且在不同水合物阶段存在无水的硬石膏(CaSO4)。破碎生石膏矿石并通常将其存放在工厂附近用于进一步加工，即用于在石膏墙板的制造。

石膏和硬石膏岩石材料是沉积在厚岩床或层中的沉积岩，在采石场和地下矿山中开采。石膏和硬石膏两种矿物均用于石膏工业，作为含石膏产品的原料，用于控制凝固时间等。在天然矿床中，较低的硬石膏层被位于其上的石膏层所覆盖。这些地层的厚度和性质变化极大。在相邻地层的界面处，岩石材料以各种形式结合。石膏和硬石膏在典型岩层的两个不同地层界面处混合，即在硬石膏晶体处，该硬石膏晶体现为由石膏包围的均匀“晶状体”硬石膏矿床。

来自结合面的混合岩石材料的应用受到限制，这是因为其没有恒定的矿物组成，而这可能会带来变化的化学特性。在石膏和硬石膏层的结合面处，在单位体积的石膏或硬石膏中矿物组成是不均匀的。单一岩石成分应用的技术领域是不同的。与在各个单独的地层中发现的纯石膏或硬石膏不同，“混合岩石”的应用非常有限。具体地，如果单一矿物的组成份量在混合岩石中变化，则其可用性就会局限于矿物组成不重要的那些应用领域。有限的应用导致混合岩石的价格很低。

为了获得具有已知均匀性的材料混合物，增加开采岩石材料的单位体积价格。可预测的均匀性可为更多的应用领域提供材料。从不同岩石材料堆积的混床堆(mixed-beddumps)中均匀化单一矿物成分是为人所知的。问题是混床堆相关的投资与维护成本很高。此外，由此获得的岩石组成仍表现出波动很大的组成成分。

可以容易地想到，通过利用布置在输送开采岩石材料的输送机处的摄像机来分离不同的岩石材料。摄像机需布置成允许光学检测输送的材料。通过摄像机检测光学外观来区分矿物。然而，该技术限于检测具有不同视觉特征的矿物，并且不适用于具有相同视觉外观的不同矿物的情况。

岩石材料中矿物成分的检测可以通过瞬发伽马中子活化分析(PGNAA)进行，该分析技术已在矿物工业中应用并且允许矿物在线分析。“在线”意思是指在输送途中分析矿物(或岩石材料)，例如，在输送带上。PGNAA分析仪中使用配置为发射中子的中子发生器作为中子源。检测器配置为检测进入测量空间中的伽马辐射，该测量空间配置为减弱所发射的中子。该检测器提供基于检测到的材料所产生的电传感器信号。PGNAA分析仪具的缺点是测量空间有限以及昂贵的投资。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种能够混合矿物组成多变的松散岩石材料的设备和方法，其克服或至少大大减少了现有技术中已知的缺点，这意味着可以低投资成本实现用来提供恒定混合率的岩石材料的设备。

本发明通过提供混合松散岩石材料的设备来实现上述目的，其特征在于独立权利要求所要求保护的特征。本发明所提供的混合松散岩石材料的方法也解决了上述问题。有利的实施例从相应的从属权利要求的特征中得以显现。

具体地，一种用于混合松散岩石材料的设备，所述松散岩石材料的矿物组成多变且具有不同的矿物成分，所述设备可提供具有预定份量的不同矿物成分的混合岩石材料。所述设备包括：输送机，用于沿输送方向输送所述松散岩石材料，所述松散岩石材料沿所述输送机布置在输送方向上；第一容器，能够将矿物组成多变的岩石材料放置到所述输送机上；第二容器以及第三容器。所述第二容器和第三容器均能够将不同单一岩石材料成分的岩石材料分别放置到输送的岩石材料上。所述设备还包括声学矿物检测器单元，所述声学矿物检测器单元沿输送方向布置在所述输送机上，位于所述第一容器之后且在所述第二容器和第三容器之前。所述声学矿物检测器单元能够检测输送的岩石材料中不同矿物成分的份量，并且能够基于检测到的份量来调节所述第二容器或第三容器分别放置的不同单一岩石材料的数量，以提供具有预定份量的不同矿物成分的岩石材料。

因此，本发明提供了一种设备，用于混合具有不同矿物成分且矿物组成多变的松散岩石材料，以提供具有预定份量的不同矿物成分的混合岩石材料。该设备能够声学检测在检测器处碰撞的输送的单一矿物岩石的撞击声音，并且控制放置在输送机上的特定矿物岩石的体积/质量。因为所述碰撞取决于矿质及物理性质，如特定的矿物重量或密度，所以每种矿物发出的声音是特定的。在检测器处的撞击期间，每种矿物具有特定的声音。对于每种特定材料，检测信号显示出不同的频率，其中通过信号强度和频率，可以确定输送机处的材料分布。术语“预定的”应理解为包括可用于岩石材料(即50％第一矿物成分的岩石材料和50％第二矿物成分的岩石材料)进一步加工的任意混合。

“松散岩石材料”的一个例子是具有包括石膏(CaSO4·2H2O)岩石和硬石膏(CaSO4)岩石的矿物组成的岩石混合物。矿物组成多变的岩石材料或不同单一岩石材料的放置可通过相应容器中的分离开口进行，其中术语“分离”是指能够提供特定体积的每种单一岩石材料以实现要求的组成。该开口由声学矿物检测器单元控制，该单元包括检测器和控制装置。控制装置基于检测到的不同成分来控制所提供的相应岩石材料的体积。提供“单一岩石材料”应理解为可提供一种岩石材料而没有另一种岩石材料。另一种操作模式是通过以最大体积流量只提供一种成分，以保持一种成分恒定地尽可能低。预定份量可以在操作期间变化。

一方面，声学矿物检测器单元包括声学检测器，其能够通过声学感测由相对运动的松散岩石材料碰撞而产生的摩擦声波来检测松散岩石材料的不同材料成分。感测摩擦声音并将检测到的噪声与已知岩石材料的参考摩擦噪声测量值进行比较是有益的，因为这可以在工作中的输送机上(例如，通过将岩石材料从一个输送带投放到另一输送带上)获得摩擦声。

另一方面，声学检测器包括压电元件，其能够将摩擦声波的机械能转换为电输出信号。

再另一方面，声学矿物检测器单元包括控制单元，该控制单元能够处理压电元件的电输出信号，用于控制第二容器和第三容器，以允许基于检测到的不同矿物成分来调节放下的不同单一岩石材料成分的质量。

有利地，该设备还包括至少一个附加容器，该附加容器在第一容器之后沿输送方向C布置在输送机上，并且能够将至少一种另外的不同单一岩石材料成分的岩石材料单独加入到输送的岩石材料上。每个附加容器通过单独放下另外的单一岩石材料而实现加入另外的不同单一矿物成分。

一方面，第一容器、第二容器、第三容器或至少一个附加容器中的至少一个，其包括可闭开口，用于放下岩石材料，每个可闭开口由控制单元单独激活。该可闭开口允许控制相应的从容器到输送机上的单一岩石材料的体积流量，或更准确地说，到输送的材料上的单一岩石材料的体积流量。

另一方面，第一容器、第二容器、第三容器或至少一个附加容器中的至少一个包括输送装置，以输送待放置的岩石材料。例如，该输送装置可以是带式输送机，单一岩石材料从带式输送机直接被放下到输送机上。这使得通过调整相对输送速度来控制所提供的岩石材料的混合成为可能。

再另一方面，第一容器、第二容器、第三容器或至少一个附加容器中的至少一个包括碎石机，以放下具有统一尺寸的岩石材料。可以提供精确体积的破碎岩石，以实现预定的混合。

优选地，输送机为带式输送机，其具有输送岩石材料的输送带。

在一个有利的方面，矿物组成多变的松散岩石材料包括矿物石膏和矿物硬石膏。在一个具体例子中，第二容器填充有石膏，第三容器填充有硬石膏。检测到的矿物比例石膏/硬石膏允许从相应容器中加入单一岩石材料。这意味着如果要提供具有50％石膏和50％硬石膏预定份量的混合岩石材料，并且检测到松散岩石的矿物组成为25％石膏和75％硬石膏，则需要将石膏加入到第二容器。本例子仅说明如何提供混合物而不限于特定值。

另一方面，本发明还提供了一种用于混合松散岩石材料方法，所述松散岩石材料的矿物组成多变且具有不同的矿物成分，所述方法提供具有预定份量的不同矿物成分的混合岩石材料。所述方法包括以下步骤：输送具有不同矿物成分且矿物组成多变的岩石材料；声学检测输送的岩石材料中的不同矿物成分的份量；基于检测到的不同矿物成分的份量，将不同矿物成分之一的一定体积的单一岩石材料分别放置到输送的岩石材料上，以提供具有预定份量的不同矿物成分的岩石材料。

优选地，声学检测不同矿物成分的份量包括以引起摩擦声音的方式输送岩石材料。例如，可以通过使岩石彼此落在一起来获得摩擦声波。

另一方面，将不同矿物成分之一的一定体积的单一岩石材料单独放下到输送岩石材料上的步骤是连续进行的。这可以通过利用连续输送机作为容器来实现。

附图说明

根据本发明的设备和方法的进一步有利特征将通过以下对具体实施例的详细描述与附图的结合变得显而易见，其中：

图1显示了天然石膏/硬石膏矿床；

图2示出了根据本发明第一实施例的仅具有第二容器和第三容器的设备；

图3示出了工作在第一操作状态下的图2的设备；

图4示出了工作在第二操作状态下的图2的设备；

图5示出了根据本发明第二实施例的仅具有第二容器和第三容器的设备；

图6示出了对应频率的检测信号噪声强度；

图7示出了对应噪声强度的检测信号发生率。

具体实施方式

化学上石膏Y是溶解在海水中的盐。当海水蒸发，盐排出并沉积在残留的水中。最初，较难溶解的碳酸盐(在本图中作为沉积物未示出)被排出，并随着石膏Y进一步蒸发。在地质时期，沉积物沉积在石膏上，并且该沉积物(即粘土石)的压力，通过“挤压”水将石膏Y转化为硬石膏A。图1是岩石矿物石膏Y/硬石膏A的天然矿床1的图示。较低的硬石膏层12被位于其上的石膏层11所覆盖，其中两者的厚度变化极大。石膏层11和硬石膏层12在典型混合岩层中的结合面处混合，即在硬石膏晶体111处，该硬石膏晶体111为由石膏Y包围的均匀“晶状体”硬石膏A矿床。

在石膏-硬石膏结合面处开采的岩石材料，其矿物石膏和硬石膏的份量是未知的。使用未知组成的岩石材料的限制在开始部分已经得到讨论。图2的设备可在低投资成本上提供统一混合组成的岩石材料。设备2具有第二容器23和第三容器24，每个容器允许单独提供单一矿物成分为石膏222或硬石膏223的岩石材料。设备2包括带式输送机21，用于沿输送方向C在输送带211上输送松散岩石材料221。第一容器20、第二容器23和第三容器24布置在输送带211的上方。在一侧的第一容器20和另一侧的第二容器和第三容器23、24之间，设备2还包括声学矿物检测器单元25。声学矿物检测器单元25具有声学检测器25和控制单元26，控制单元26用于开启第二容器23或第三容器24的开口。声学矿物检测器单元25包括压电元件251，其感测输送岩石材料的摩擦声音。

在操作中，含有份量未知的石膏和硬石膏的松散岩石材料221经由第一容器开口201从第一容器20被放下到输送带211上。岩石材料221在输送方向C上输送。输送的岩石材料221经过声音矿物检测器单元25的声学检测器25，声学检测器25检测所输送材料的摩擦声音。根据检测信号，控制单元26激活相应的第二容器开口231或第三容器开口231。在第三容器和第二容器23、24中，石膏岩石材料和硬石膏岩石材料被分别储存并能够以需求的体积提供。所述需求的体积随着混合岩石材料224的具体用途所需的预定混合(例如，50％石膏/50％硬石膏或40％石膏/60％硬石膏)变化。因此，设备2能够声学检测输送岩石材料221的声音，并且控制要放下到输送机上的特定矿物岩石223、224的体积/质量。

现在通过图3和图4所示的两种不同操作状态来进一步举例说明图2设备2的操作。在图3中，岩石材料221被下放到输送机21上。岩石材料221包括石膏和硬石膏，它们以不同的阴影线显示，其中未标阴影线的岩石为石膏222，而标有阴影线的岩石为硬石膏223。输送的岩石材料221经过压电元件251(引起摩擦噪声的附加装置未示出)，压电元件251检测到过量的石膏222，从而使硬石膏223从第三容器开口241放下，以提供具有预定组成的岩石材料224。图4示出了不同的操作状态，其中在输送机21处输送的岩石材料221包括过量的硬石膏223，从而使石膏222经由第二容器开口231下放到输送带211上。

在图5中示出了上述设备2的另一个实施例，其中设备2包括附加容器27，其具有另一容器开口271。该实施例允许增加至少一种另外的矿物岩石材料或增加矿物成分之一的提供的体积。附加容器可以是多个容器，每个容器允许添加另外的矿物成分。

图6示出了对应频率的检测信号噪声强度。硬石膏曲线32在石膏曲线31上方。图7示出了对应噪声强度的检测信号发生率，其中，硬石膏曲线32为右曲线，石膏曲线31为左曲线。

Claims (13)

1.一种用于混合松散岩石材料(221)的设备(2)，所述松散岩石材料(221)的矿物组成多变且具有不同的矿物成分(222、223)，所述设备(2)提供具有预定份量的不同矿物成分(222、223)的混合岩石材料(224)，所述设备包括：

输送机(21)，用于沿输送方向(C)输送所述松散岩石材料(221)，所述松散岩石材料(221)沿所述输送机(21)布置在输送方向(C)上，

第一容器(20)，能够将矿物组成多变的岩石材料(221)放置到所述输送机(21)上，

第二容器(23)，以及

第三容器(24)，所述第二容器和第三容器均能够将不同单一岩石材料成分(222、223)的岩石材料分别放置到输送的岩石材料(221)上，其中，所述设备(2)还包括声学矿物检测器单元(25)，所述声学矿物检测器单元(25)沿输送方向(C)布置在所述输送机上，位于所述第一容器(20)之后且在所述第二容器和第三容器(23、24)之前，所述声学矿物检测器单元(25)能够检测输送的岩石材料(221)中不同矿物成分(222、223)的份量，并且能够基于检测到的份量来调节所述第二容器或第三容器分别放置的不同单一岩石材料(222、223)的数量，以提供具有预定份量的不同矿物成分的岩石材料(224)。

2.根据权利要求1所述的设备(2)，其中所述声学矿物检测器单元(25、26)包括声学检测器(25)，所述声学检测器(25)能够通过声学感测松散岩石材料碰撞产生的摩擦声波来区分松散岩石材料的不同矿物成分(222、223)。

3.根据权利要求2所述的设备(2)，其中所述声学检测器(25)包括压电元件(251)，所述压电元件(251)能够将摩擦声波的机械能转换为电输出信号。

4.根据权利要求3所述的设备(2)，其中所述声学矿物检测器单元(25、26)包括控制单元(26)，所述控制单元(26)能够处理所述压电元件(251)的电输出信号，以控制所述第二容器(23)和第三容器(24)允许基于检测到的不同矿物成分调节放置的不同单一岩石材料成分(222、223)的数量。

5.根据前述权利要求中任一项所述的设备(2)，还包括至少一个附加容器(27)，所述附加容器(27)沿输送方向(C)布置在所述输送器(21)上，位于所述第一容器(20)之后，能够将至少一种另外的不同单一矿物成分的岩石材料(227)单独放置到输送的岩石材料(221)上。

6.根据权利要求4或5所述的设备(2)，其中所述第一容器(20)、第二容器(23)、第三容器(24)或至少一个附加容器(27)中的至少一个包括用于放下岩石材料的可闭开口(201、231、241、271)，每个可闭开口(201、231、241、271)由所述控制单元(26)单独激活。

7.根据权利要求4至6所述的设备(2)，其中所述第一容器(20)、第二容器(23)、第三容器(24)或至少一个附加容器(27)中的一个包括允许输送待放置岩石材料(221、222、223、227)的输送装置。

8.根据权利要求4至7所述的设备(2)，其中所述第一容器(20)、第二容器(23)、第三容器(24)或至少一个附加容器(27)中的至少一个包括容许放下岩石尺寸统一的岩石材料的碎石机。

9.根据前述权利要求中任一项所述的设备(2)，其中所述输送机(21)为具有用于输送岩石材料的输送带(211)的带式输送机。

10.根据前述权利要求中任一项所述的设备(2)，其中所述矿物组成多变的松散岩石材料(221)包括矿物石膏(222)和矿物硬石膏(223)。

11.一种用于混合松散岩石材料(221)方法，所述松散岩石材料(221)的矿物组成多变且具有不同的矿物成分，所述方法提供具有预定份量的不同矿物成分的混合岩石材料(224)，所述方法包括以下步骤：

输送具有不同矿物成分且矿物组成多变的岩石材料(221)；

声学检测输送的岩石材料(221)中的不同矿物成分的份量；

基于检测到的不同矿物成分的份量，将不同矿物成分之一的一定体积的单一岩石材料(222、223)分别放置到输送的岩石材料(221)上，以提供具有预定份量的不同矿物成分的岩石材料(224)。

12.根据权利要求11所述的方法，其中声学检测不同矿物成分的份量的步骤包括以引起摩擦声波的方式输送所述岩石材料(221)。

13.根据权利要求11或12所述的方法，其中，将不同矿物成分之一的一定体积的单一岩石材料(222、223)分别放置到输送的岩石材料(221)上的步骤是连续进行的。