一种适用于超细矿物资源浮选的旋流微涡发生装置及方法与流程

1.本发明涉及一种旋流微涡发生装置及方法，尤其适用于矿物浮选领域使用的一种适用于超细矿物资源浮选的旋流微涡发生装置及方法。


背景技术：

2.泡沫浮选是根据矿物颗粒表面亲疏水性的差异，以气泡为载体，从液相流场中选别出有用矿物的分离方法。随着高品位，易选别矿物的不断开采，矿产资源呈现品位低、嵌布细、赋存复杂的特点。为了更好解离矿物，选矿生产中常常将矿物越磨越细，产生了大量微细粒矿物。微细粒矿物粒度细且质量小，与气泡的碰撞概率较低，限制了其浮选回收。实际浮选中常常通过界面调控或浮选流体动力学调控的方法强化微细粒矿物的浮选回收。由于微细粒矿物比表面积大，表面能高，药剂消耗量较大，且对药剂分子的选择性差，浮选回收效果一般。因此，浮选流体动力学强化微细粒回收对提高资源利用率有重要意义。
3.矿物浮选大多在湍流环境中进行，微观湍流直接作用于颗粒与气泡碰撞过程，是影响微细粒矿物浮选回收的关键。湍流场中，提高湍流动能耗散率可有效强化流体脉动，从而增加颗粒动能，提高颗粒与气泡的碰撞频率，进而强化微细粒的回收。强化湍流的方法有提高外部能量输入，例如，在浮选机内强化搅拌或提高浮选柱的来流速度，来强化微细粒的回收，但同时也增加了选矿作业的成本。在不增加额外能量输入前提下，改变设备结构是实现强化湍流重要方法。
4.涡流发生器是一种应用广泛的、有效的湍流强化方法，其强化湍流的机理是通过产生的脱落涡旋，使流体周期性的脉动，增加管内的湍流度和湍流动能耗散率，更高的脉动频率和脉动振幅意味着对流体更频繁、更剧烈的干扰，可进一步改善流场特性和增大湍流强度。涡流发生器的形状、尺寸和布置方式对强化效果影响显著。现有的涡流发生装置的分布往往设置于壁面，难以强化整个管流流场。因此需要设计开发一种矿物颗粒回收装置，使涡流发生装置更合理更高效地影响到整支管流。


技术实现要素：

5.针对现有技术的不足之处，本发明的目的是提供一种适用于超细矿物资源浮选的旋流微涡发生装置及方法，其结构简单，湍流发生器分布合理，可提高流体中气泡
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颗粒的碰撞概率，提高微细粒矿粒的回收能力，减少矿产资源的浪费。
6.为实现上述技术目标，本发明适用于超细矿物资源浮选的旋流微涡发生装置，其包括涡流发生器，涡流发生器外侧套有等长的发生装置外壳，涡流发生器与发生装置外壳之间留有环状间隙，涡流发生器包括圆柱形中间结构，圆柱形中间结构前端外侧设有被发生装置外壳包裹的多片导流叶片结构，圆柱形中间结构的侧表面上设有多个三棱锥结构。
7.进一步，所述的发生装置外壳包括设置在中段的管流段，管流段的前端和后端设有两个外管法兰结构，设置在管流段前端的外管法兰结构前端还设有圆环结构，其中外管法兰结构、圆环结构中间通孔，外管法兰结构、圆环结构和管流段中间的通孔直径相等，其
中多片导流叶片结构两端分别与圆环结构和圆柱形中间结构连接，从而支撑圆柱形中间结构径向设置在发生装置外壳的圆心处，圆环结构内侧与圆柱形中间结构外侧之间的环形间隙为入口段；
8.进一步，所述多片导流叶片结构的结构相同，能够让矿浆进入管流段时产生围绕圆柱形中间结构的旋转，所述三棱锥结构在圆柱形中间结构上按照导流叶片结构的导流方向进行排布，从而使进入管流段的矿浆产生涡流。
9.进一步，所述导流叶片结构共有三片，导流叶片结构的横截面形状为两段圆弧构成，导流叶片结构圆弧半径均为15mm,横截面长度为10√2毫米，叶片无扭转，导流叶片结构左倾斜45
°
角度，从入口段主视方向观察旋向为逆时针，与三棱锥结构所沿螺旋线旋向相反。
10.进一步，所有的三棱锥结构分多条互不相交的三棱锥结构组，每条三棱锥结构组在圆柱形中间结构侧面上按螺旋形式排列设置，三棱锥结构组的数量与导流叶片结构的数量相同，当导流叶片结构为三个时对应设有三组三棱锥结构组，由入口段主视方向观察，三个导流叶片结构与三条三棱锥结构组初始的三个三棱锥结构均匀交错排列，夹角各为30
°
，每条三棱锥结构组首个三棱锥结构的设置角度正好位于两个导流叶片结构的中间，将三棱锥结构分布在圆环结构的开口中间，相比于放在管流段内壁面上，有效加强中心核心区域的流动碰撞。
11.进一步，所述三棱锥结构的棱长与圆柱形中间结构的直径比为0.25～0.35。
12.进一步，圆柱形中间结构上的三棱锥结构组所沿的三条螺旋线由螺距和圈数定义，起始点为各三棱锥结构组初始三角锥结构底面的中心，从入口端主视方向观察旋向为顺时针；其中圆柱形中间结构端部的三棱锥结构初始数量为3个，均分在360
°
圆周上，具体来说三棱锥结构组构成的螺旋走线有三条，三条之间的交错设置，均分在360
°
圆周上。
13.进一步，所述圆柱形中间结构上每条三棱锥结构组构成的螺旋走线上的三角锥结构数量为16～18个。
14.进一步，所述圆柱形中间结构的直径为管流段直径的一半，三棱锥结构的高度为圆柱形中间结构的一半。
15.一种适用于超细矿物资源浮选的旋流微涡发生装置的工旋流微涡发生方法，其步骤为：
16.将混有气泡的矿浆流从入口段给入，矿浆由小于45微米的矿物颗粒调制而成，通过倾斜的导流叶片结构后形成螺旋流进入管流段与圆柱形中间结构之间的空隙，此时由于圆柱形中间结构减小了管流段的流道面积，从而增大矿浆的流速；
17.进入空隙的矿浆经过螺旋排布在圆柱形中间结构上的的三棱锥结构时，矿浆流经每只三棱锥结构后都会扭转轴流，引起矿浆径向分流的动能沿着速度方向进行变化形成流向涡，流向涡周期性脱落，又再次流经沿螺旋线排布的下一个三棱锥结构从而在圆柱形中间结构与管流段之间产生有规律地循环；
18.三棱锥结构引起矿浆径向分流的动能沿着速度方向进行变化使矿浆流体在沿着涡流发生器方向产生强制对流，产生强烈的剪切作用和动量交换，从而在圆柱形中间结构周围形成脉动流，增强了管流段的流体脉动，进而强化了管流中的湍流动能与湍流耗散率，从而增加矿浆中颗粒的动能，提高颗粒与气泡的碰撞概率，进而强化微细粒的回收以提高
浮选效果，矿浆在圆柱形中间结构表面的三列螺旋布置的三棱锥结构的作用下使矿浆管流轴向和径向的湍流耗散分布更加均匀，使矿浆中的微细颗粒和气泡发生充分矿化，有效提高微细粒矿物的回收率。
19.有益效果：
20.本发明通过在管流段中设置表面设有多个涡流发生器的圆柱形中间结构，从而改变管流段中的空间，增加进入管流段的矿浆流速，并在管流段的入口处设置多个导流叶片结构，配合涡流发生器提高微细矿物颗粒与气泡的碰撞概率，提高微细粒矿物的回收能力；圆柱形中间结构通过导流叶片结构固定，可与外部结构的法兰结构装配，便于拆卸清理更换。
附图说明
21.图1为本发明中涡流发生器组的首个涡流发生器排列方式示意图；
22.图2为本发明中涡流发生器构成的螺旋线示意图；
23.图3为本发明超细矿物资源浮选的旋流微涡发生装置的涡流发生器的结构示意图；
24.图4为本发明超细矿物资源浮选的旋流微涡发生装置的导流叶片的结构示意图；
25.图5为本发明超细矿物资源浮选的旋流微涡发生装置的发生装置外壳结构示意图；
26.图6为本发明超细矿物资源浮选的旋流微涡发生装置位于入口端处视角的视图；
27.图7为本发明超细矿物资源浮选的旋流微涡发生装置位于后端处的视图。
28.图中：1
‑
入口段，2
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管流段，3
‑
外管法兰结构，4
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圆柱形中间结构，5
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导流叶片结构，6
‑
圆环结构，7
‑
连接孔，8
‑
涡流发生器。
具体实施方式
29.下面结合本附图对本发明的实施例做进一步说明：
30.如图3、图4和图5所示，本发明的适用于超细矿物资源浮选的旋流微涡发生装置，包括涡流发生器，涡流发生器外侧套有等长的发生装置外壳，涡流发生器与发生装置外壳之间留有环状间隙，涡流发生器包括圆柱形中间结构4，圆柱形中间结构4前端外侧设有被发生装置外壳包裹的多片导流叶片结构5，圆柱形中间结构4的侧表面上设有多个三棱锥结构8；所述的发生装置外壳包括设置在中段的管流段2，管流段2的前端和后端设有两个外管法兰结构3，设置在管流段2前端的外管法兰结构3前端还设有圆环结构6，其中外管法兰结构3、圆环结构6中间通孔，外管法兰结构3、圆环结构6和管流段2中间的通孔直径相等，其中多片导流叶片结构5两端分别与圆环结构6和圆柱形中间结构4连接，从而支撑圆柱形中间结构4径向设置在发生装置外壳的圆心处，圆环结构6内侧与圆柱形中间结构4外侧之间的环形间隙为入口段1；所述多片导流叶片结构5的结构相同，能够让矿浆进入管流段2时产生围绕圆柱形中间结构4的旋转，所述三棱锥结构8在圆柱形中间结构4上按照导流叶片结构5的导流方向进行排布，从而使进入管流段2的矿浆产生涡流。
31.导流叶片结构5共有三片，导流叶片结构5的横截面形状为两段圆弧构成，导流叶片结构5圆弧半径均为15mm,横截面长度为10√2毫米，叶片无扭转，导流叶片结构5左倾斜
45
°
角度，从入口段1主视方向观察旋向为逆时针，与三棱锥结构8所沿螺旋线旋向相反。
32.如图1和图2所示，三棱锥结构8分多条互不相交的三棱锥结构组，每条三棱锥结构组在圆柱形中间结构4侧面上按螺旋形式排列设置，三棱锥结构组的数量与导流叶片结构5的数量相同，当导流叶片结构5为三个时对应设有三组三棱锥结构组，如图6所示，由入口段1主视方向观察，三个导流叶片结构5与三条三棱锥结构组初始的三个三棱锥结构8均匀交错排列，夹角各为30
°
，每条三棱锥结构组首个三棱锥结构8的设置角度正好位于两个导流叶片结构5的中间，将三棱锥结构分布在圆环结构6的开口中间，相比于放在管流段2内壁面上，有效加强中心核心区域的流动碰撞。所述三棱锥结构8的棱长与圆柱形中间结构4的直径比为0.25～0.35。如图7所示，从旋流微涡发生装置位于后端处观察，圆柱形中间结构4上的三棱锥结构组所沿的三条螺旋线由螺距和圈数定义，起始点为各三棱锥结构组初始三角锥结构底面的中心，从入口端1主视方向观察旋向为顺时针；其中圆柱形中间结构4端部的三棱锥结构8初始数量为3个，均分在360
°
圆周上，具体来说三棱锥结构组构成的螺旋走线有三条，三条之间的交错设置，均分在360
°
圆周上。所述圆柱形中间结构4上每条三棱锥结构组构成的螺旋走线上的三角锥结构数量为16～18个。
33.所述圆柱形中间结构4的直径为管流段2直径的一半，三棱锥结构8的高度为圆柱形中间结构4的一半。
34.一种适用于超细矿物资源浮选的旋流微涡发生装置的旋流微涡发生方法，其步骤为：
35.将混有气泡的矿浆流从入口段1给入，矿浆由小于45微米的矿物颗粒调制而成，通过倾斜的导流叶片结构5后形成螺旋流进入管流段2与圆柱形中间结构4之间的空隙，此时由于圆柱形中间结构4减小了管流段2的流道面积，从而增大矿浆的流速；
36.进入空隙的矿浆经过螺旋排布在圆柱形中间结构4上的的三棱锥结构8时，矿浆流经每只三棱锥结构8后都会扭转轴流，引起矿浆径向分流的动能沿着速度方向进行变化形成流向涡，流向涡周期性脱落，又再次流经沿螺旋线排布的下一个三棱锥结构8从而在圆柱形中间结构4与管流段2之间产生有规律地循环；
37.三棱锥结构8引起矿浆径向分流的动能沿着速度方向进行变化使矿浆流体在沿着涡流发生器方向产生强制对流，产生强烈的剪切作用和动量交换，从而在圆柱形中间结构4周围形成脉动流，增强了管流段2的流体脉动，进而强化了管流中的湍流动能与湍流耗散率，从而增加矿浆中颗粒的动能，提高颗粒与气泡的碰撞概率，进而强化微细粒的回收以提高浮选效果，矿浆在圆柱形中间结构4表面的三列螺旋布置的三棱锥结构8的作用下使矿浆管流轴向和径向的湍流耗散分布更加均匀，使矿浆中的微细颗粒和气泡发生充分矿化，有效提高微细粒矿物的回收率。
38.实施例一：
39.如图1至图4所示，一种适用于超细矿物资源浮选的旋流微涡发生装置，包括管流段，所述管流段2内腔插入一个设有51个涡流发生器的圆柱形中间结构4，所述涡流发生器包括以螺旋形式排列于圆柱形中间结构4上的三棱锥结构8，每个三棱锥结构8都以底面贴合于圆柱形中间结构表面，且呈螺旋排列。所述圆柱形中间结构4上螺旋排列的涡流发生器初始数量为3个，均分在360
°
圆周上，涡流发生器所沿的三条螺旋线由螺距和圈数定义，恒定螺距15mm，圈数4圈，起始点为各初始三角锥结构底面的中心，从入口主视方向观察旋向
为顺时针，三片导流叶片结构5均分在圆柱形中间结构的一端，叶片横截面形状由两段圆弧构成，圆弧半径均为15mm,横截面长度为10√2毫米，叶片无扭转，叶片倾斜角度为左倾45
°
，三片叶片两两之间夹角为120
°
,从入口主视方向观察旋向为逆时针，与涡流发生器所沿螺旋线旋向相反，三个叶片与初始的三个涡流发生器均匀交错排列，夹角各为30
°
，每条螺旋线上的三角锥结构数量为17个。圆柱形中间结构4一端通过三片叶片5和圆环结构6相连接，三片叶片结构，与圆柱形中间结构4和圆环结构6分别采用焊接方式固定，圆环结构6与圆柱横截面呈同心位置设置，圆环结构外径为35mm，内径为20mm，且在圆环结构6上打孔7，孔径为1.5mm，使其可以与外部结构上的法兰结构3进行螺栓连接。
40.所述三角锥结构3的棱长与圆柱形中间结构2的横截面直径之比为0.3。
41.工作原理：当矿浆流由倾斜叶片经三棱锥结构8和圆柱形中间结构4时，管流横截面减小，管段流体流速增大，同时在每只涡流发生器后形成流向涡，流向涡周期性脱落，又沿螺旋线有规律地循环产生，随后扭转轴流，引起径向分流的动能。涡流发生器后方周期性的压力变化会使流体产生强制对流，产生强烈的剪切作用和动量交换，从而在圆柱形中间结构周围形成脉动流，增强了管段的流体脉动，进而强化了管流中的湍流动能与湍流耗散率。
42.湍流场中，提高湍流动能耗散可有效强化流体脉动，从而增加颗粒动能，提高颗粒与气泡的碰撞概率，进而强化微细粒的回收。在圆柱形中间结构表面三螺旋布置的涡流发生器可使管流轴向和径向的湍流耗散分布更加均匀，使微细颗粒和气泡发生充分矿化，提高微细粒矿物的回收率。