一种有压限域高能态调质矿化一体化装置及方法

本发明涉及一种有压限域高能态调质矿化一体化装置及方法，属于矿物浮选。

背景技术：

1、矿物浮选是利用矿物颗粒表面物理化学性质差异实现有价矿物与脉石矿物分离的重要方法。

2、矿物浮选的本质是在气-液-固三相体系中通过颗粒与药剂、颗粒与气泡之间的界面作用实现目标矿物的选择性富集。现有工业浮选系统中，矿浆调质通常采用机械搅拌式调浆槽、管道混合器或静态混合器等设备完成。机械搅拌调浆主要依靠叶轮旋转产生的宏观循环流实现药剂与矿浆混合。随着矿产资源开发程度不断提高，入选矿石呈现贫、细、杂特征，微细粒矿物比例显著增加。对于粒径较小的矿物颗粒而言，其运动行为受流体动力学作用和界面作用力共同控制，颗粒与药剂、颗粒与气泡之间的相互作用过程具有明显的多尺度特征。现有调质设备大多处于开放或半开放流动环境中，流场结构相对单一，矿浆内部主要表现为单一循环流或普通湍流状态，难以同时兼顾颗粒输运、药剂扩散、气泡破碎以及颗粒-气泡碰撞等多个过程的协同强化。此外，由于流场能量利用率有限，大量输入能量仅用于维持宏观流动，而难以有效传递至颗粒-药剂-气泡界面附近，导致微尺度矿化环境调控能力不足。

3、综上，现有的有压限域高能态调质矿化一体化装置存在流场单一和能量利用效率低的问题，进而引发单位能量下矿化效率低的问题。

技术实现思路

1、本申请的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种单位能量下矿化效率较高的有压限域高能态调质矿化一体化装置及方法。

2、为达到上述目的，本申请是采用下述技术方案实现的：

3、第一方面，本申请提供一种有压限域高能态调质矿化一体化装置，包括：

4、矿化器筒体，所述矿化器筒体的底部设有托举导流环形腔，所述矿化器筒体的内腔还被多个环形挡板分割为多个腔室，所述环形挡板开设用于收缩与切割流体的缝隙；

5、搅拌装置，用于在所述矿化器筒体的内腔产生环流；

6、进矿口，与所述托举导流环形腔连通；

7、出矿口，设于所述矿化器筒体的顶部。

8、进一步地，

9、所述托举导流环形腔的腔体呈截锥体状，所述托举导流环形腔的大底位于其小底之上；

10、所述进矿口的指向与所述托举导流环形腔的截锥体内壁相切，且所述进矿口与所述托举导流环形腔之间的连通点的高度不超过高度阈值。

11、进一步地，所述搅拌装置包括位于矿化器筒体的内腔中心的搅拌轴，所述搅拌轴设有对应不同腔室的搅拌叶，所述搅拌轴旋转时，所述搅拌叶在所述矿化器筒体的内腔产生环流。

12、进一步地，所述矿化器筒体的顶盖呈越靠近中心越远离底部的球形，与所述矿化器筒体的内腔连通的出气管口和出矿口设于所述矿化器筒体的顶盖。

13、进一步地，在相邻的环形挡板之间设有涡流与旋涡发生器，所述涡流与旋涡发生器沿着所述矿化器筒体的内壁分布；所述涡流与旋涡发生器包括长条形扰流板、带开缝扰流板、锯齿边扰流板、三角翼型扰流片、梯形扰流片或/和弧形导流扰流片；

14、越靠近所述矿化器筒体底部的涡流与旋涡发生器的扰流设计性能越强。

15、进一步地，所述腔室包括位于所述矿化器筒体顶部的第三腔室以及位于所述矿化器筒体底部的第一腔室；所述搅拌叶包括位于所述第三腔室内的第三搅拌叶轮和位于所述第一腔室内的第一搅拌叶轮；所述第一搅拌叶轮和所述第三搅拌叶轮均包括以所述搅拌轴为中心辐射分布的垂直搅拌叶。

16、进一步地，所述腔室还包括位于所述第一腔室与所述第三腔室之间的第二腔室；所述搅拌叶包括第二搅拌叶轮，所述第二搅拌叶轮包括分别朝向所述第一腔室和所述第二腔室的两层桨式搅拌叶，所述桨式搅拌叶以所述搅拌轴为中心辐射分布。

17、进一步地，所述矿化器筒体包括由所述托举导流环形腔构成的第四腔室；所述第一搅拌叶轮还包括螺旋导流叶和第一垂直搅拌叶，所述螺旋导流叶位于背离所述第四腔室的一侧，所述第一垂直搅拌叶位于靠近所述第四腔室的一侧；所述螺旋导流叶用于产生与所述托举导流环形腔的导流方向耦合的托举流。

18、进一步地，所述搅拌轴通过联轴器与变频器传动连接，所述变频器与变频电机减速机传动连接；所述联轴器通过安装底板与所述矿化器筒体连接；

19、所述搅拌轴套设第一腔室精矿收集盘和第二腔室精矿收集盘；所述第一腔室精矿收集盘位于所述第二腔室的顶部，所述第一腔室精矿收集盘与第一独立出料管连通；所述第二腔室精矿收集盘位于所述第一腔室的顶部，所述第二腔室精矿收集盘与第二独立出料管连通；所述第一腔室精矿收集盘和所述第二腔室精矿收集盘采用环形盘状、浅槽状或带中心避让孔的盘状结构，所述第一腔室精矿收集盘和所述第二腔室精矿收集盘底部设置有多个收集孔，所述收集孔为圆孔、长圆孔或条形孔。

20、第二方面，本申请还提供一种用于第一方面任一项所述有压限域高能态调质矿化一体化装置的气泡矿化方法，包括：

21、响应于获取到矿化开始信号，通过进矿口向矿化器筒体内注入过渡液体；

22、响应于所述过渡液体的液位达到液位阈值，停止所述过渡液体的注入，通过所述进矿口向所述矿化器筒体内注入带气矿浆，同时启动搅拌装置；

23、响应于出矿口的矿物浓度低于浓度阈值，关闭所述搅拌装置。

24、与现有技术相比，本申请所达到的有益效果：

25、本申请提供的有压限域高能态调质矿化一体化装置，利用带气矿浆的初速和惯性实现托举导流实现能量的高效利用；在此基础上，通过环形挡板的反弹及其缝隙的扰动作用提高矿浆流动的复杂性，进而促进气泡与矿物颗粒之间的黏附；通过重力与环形挡板的作用实现矿化程度不同的矿物颗粒分级，实现单位能量以较高的矿化效率提取矿化好的矿浆。

1.一种有压限域高能态调质矿化一体化装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述有压限域高能态调质矿化一体化装置，其特征在于，

3.根据权利要求2所述有压限域高能态调质矿化一体化装置，其特征在于，所述搅拌装置包括位于矿化器筒体（5）的内腔中心的搅拌轴（9），所述搅拌轴（9）设有对应不同腔室（17）的搅拌叶，所述搅拌轴（9）旋转时，所述搅拌叶在所述矿化器筒体（5）的内腔产生环流。

4.根据权利要求3所述有压限域高能态调质矿化一体化装置，其特征在于，所述矿化器筒体（5）的顶盖呈越靠近中心越远离底部的球形，与所述矿化器筒体（5）的内腔连通的出气管口（13）和出矿口（14）设于所述矿化器筒体（5）的顶盖。

5.根据权利要求3所述有压限域高能态调质矿化一体化装置，其特征在于，在相邻的环形挡板（6）之间设有涡流与旋涡发生器（7），所述涡流与旋涡发生器（7）沿着所述矿化器筒体（5）的内壁分布；所述涡流与旋涡发生器（7）包括长条形扰流板、带开缝扰流板、锯齿边扰流板、三角翼型扰流片、梯形扰流片或/和弧形导流扰流片；

6.根据权利要求5所述有压限域高能态调质矿化一体化装置，其特征在于，所述腔室（17）包括位于所述矿化器筒体（5）顶部的第三腔室（17-4）以及位于所述矿化器筒体（5）底部的第一腔室（17-2）；所述搅拌叶包括位于所述第三腔室（17-4）内的第三搅拌叶轮（8）和位于所述第一腔室（17-2）内的第一搅拌叶轮（11）；所述第一搅拌叶轮（11）和所述第三搅拌叶轮（8）均包括以所述搅拌轴（9）为中心辐射分布的垂直搅拌叶。

7.根据权利要求6所述有压限域高能态调质矿化一体化装置，其特征在于，所述腔室（17）还包括位于所述第一腔室（17-2）与所述第三腔室（17-4）之间的第二腔室（17-3）；所述搅拌叶包括第二搅拌叶轮（10），所述第二搅拌叶轮（10）包括分别朝向所述第一腔室（17-2）和所述第二腔室（17-3）的两层桨式搅拌叶，所述桨式搅拌叶以所述搅拌轴（9）为中心辐射分布。

8.根据权利要求7所述有压限域高能态调质矿化一体化装置，其特征在于，所述矿化器筒体（5）包括由所述托举导流环形腔（16）构成的第四腔室（17-1）；所述第一搅拌叶轮（11）还包括螺旋导流叶（11-1）和第一垂直搅拌叶（11-2），所述螺旋导流叶（11-1）位于背离所述第四腔室（17-1）的一侧，所述第一垂直搅拌叶（11-2）位于靠近所述第四腔室（17-1）的一侧；所述螺旋导流叶（11-1）用于产生与所述托举导流环形腔（16）的导流方向耦合的托举流。

9.根据权利要求3至7任一项所述有压限域高能态调质矿化一体化装置，其特征在于，所述搅拌轴（9）通过联轴器（3）与变频器（1）传动连接，所述变频器（1）与变频电机减速机（2）传动连接；所述联轴器（3）通过安装底板（4）与所述矿化器筒体（5）连接；

10.一种用于权利要求1至9任一项所述有压限域高能态调质矿化一体化装置的气泡矿化方法，其特征在于，包括：