一种湍流与稳流协同流化的粗颗粒浮选设备及方法与流程

1.本发明属于矿物浮选技术领域，尤其涉及一种湍流与稳流协同流化的粗颗粒浮选设备及方法。


背景技术：

2.浮选的核心过程是在物理化学和流体动力适宜的条件下气泡
‑
颗粒的碰撞、黏附和目的矿物颗粒的捕收。矿物在浮选中的回收率取决于两个因素:浮选设备内的水动力条件和颗粒
‑
气泡相互作用的界面化学。但是现有的机械搅拌式浮选机很难实现粗矿物颗粒回收，主要原因在于机械搅拌式浮选机内叶轮的高速旋转，导致矿浆强烈的湍流运动，从而妨碍颗粒与气泡的粘着，进而导致气泡脱落。


技术实现要素：

3.本发明的主要目的在于提供一种旋流与阻尼耦合流化的粗颗粒浮选设备及浮选方法，旨在解决现有浮选设备粗颗粒浮选效果差的问题。
4.为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
5.一种湍流与稳流协同流化的粗颗粒浮选设备，包括浮选柱体，所述浮选柱体的上部内设有原矿给料管，所述浮选柱体内自下至上依次分为尾矿底流槽区、旋流矿化区和静态分离区，所述旋流矿化区的侧壁上设有多个朝内倾斜向上设置，且与所述浮选柱体的内腔连通的水气混合射流管，多个所述水气混合射流管的喷射方向以所述浮选柱体的轴线为中心沿顺时针或逆时针分布，所述旋流矿化区和静态分离区之间设有用于减小水流湍流度的单旋导向稳流件。
6.具体的，所述单旋导向稳流件包括上下贯通的盘体以及呈辐射状设置于盘体内以将所述盘体分隔为多个扇形区的分隔板，每个所述扇形区内通过导向稳流板分隔出若干连通所述旋流矿化区和静态分离区且倾斜布置的导向流道，各个所述扇形区的出水方向以所述浮选柱体的轴线为中心沿顺时针或逆时针分布，并与多个所述水气混合射流管的喷射方向相反。
7.具体的，所述盘体通过四块分隔板分隔为四个扇形区，各个所述扇形区的导向稳流板以所述浮选柱体的轴线为中心沿顺时针或逆时针方向依次与四块所述分隔板垂直连接，所述导向流道与所述浮选柱体的轴线的夹角控制在15
°
～20
°
。
8.具体的，所述旋流矿化区呈上大下小的锥形。
9.具体的，所述旋流矿化区(6)的锥角控制在20
°
～30
°
，所述水气混合射流管的轴线与水平面的夹角控制在10
°
～15
°
，第一切线与第一投影线的夹角控制在55
°
～65
°
；其中，
10.所述水平面是指与所述旋流矿化区的轴线垂直的平面，第一投影线是指所述水气混合射流管的轴线在所述水平面上的投影，所述第一切线是指过第一交点且与所述旋流矿化区在所述水平面上的投影的外圆轮廓线相切的切线，所述第一交点是指所述第一投影线与所述外圆轮廓线的交点。
11.具体的，所述原矿给料管的底端连接有原矿给料分配器。
12.具体的，所述浮选柱体的顶部设有精矿溢流槽，所述精矿溢流槽上设有精矿排料管。
13.具体的，所述尾矿底流槽区呈倒锥形，所述尾矿底流槽区的底部设有尾矿排料管，所述尾矿排料管上设有排矿电磁阀，所述尾矿底流槽中设有压力传感器，所述压力传感器和排矿电磁阀均与所述压力传感控制箱连接。
14.具体的，还包括水气混合空化成泡系统，所述水气混合空化成泡系统包括供水部分、供气部分和水气混合发泡器；
15.所述供水部分包括由水管依次连接的储水箱、进水球阀、供水变频泵和液体流量计，所述供气部分包括由气管依次连接的空压机、进气阀、储气罐、气体流量调节阀、气体流量计和压力表；
16.所述水管和气管均与所述水气混合发泡器连通，所述水气混合发泡器与水气混合环管连通，多个所述水气混合射流管均布在所述水气混合环管的内环侧上，并与所述水气混合环管连通。
17.一种湍流与稳流协同流化的粗颗粒浮选方法，使用上述粗颗粒浮选设备进行浮选，包括：
18.具有一定流速和压力的富含气泡的水流通过水气混合射流管，呈旋涡湍流状给入至浮选柱体的旋流矿化区中形成旋流离心力场，水流经单旋导向稳流件减小湍流度后，在浮选柱体的静态分离区内形成均匀上升水流；
19.待水和气泡充满浮选柱体并稳定后，矿化并混合均匀的原矿矿浆从原矿给料管给入至浮选柱体中，并沿浮选柱体整个断面缓缓下降，逐渐在浮选柱体内形成矿物颗粒床层；
20.由上而下的原矿矿浆继续下行至旋流矿化区，在旋流离心力场作用下，产生强湍流作用，使矿浆中的颗粒与气泡之间产生高效碰撞并粘附后形成气固液三相矿浆体，由下而上的气泡和上升水流通过单旋导向稳流件后，在浮选柱体的静态分离区内形成稳定的气液复合流态化床层，在气液复合流态化床层中粗矿物颗粒与气泡和上升水流作用，最终目的矿物经气泡的浮力和上升水流的垂直升力不断上升进而溢出浮选柱体成为精矿，而脉石矿物在浮选柱体内下沉并最终经过尾矿底流槽区排出成为尾矿。
21.与现有技术相比，本发明至少一个实施例具有如下有益效果：
22.浮选柱体上设置的单旋导向稳流件和水气混合射流管可以在浮选设备内实现从端流与稳流耦合，从端流转变形成静态的上升水流，通过调节水气混合射流管的进水流量，使不同粒径的粗颗粒呈现悬浮状态；通过调节水气混合射流管的进气量，控制液体的气含量，控制湍流度，使气泡均匀分布于上升液流中，形成端流与稳流协同刘化的复合态流化床层，同时可以作用产生上升液流，形成向上的具有强推力的流化床，实现了对粗矿物颗粒的浮选回收。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他
的附图。
24.图1是本发明实施例提供的粗颗粒浮选设备结构示意图；
25.图2是本发明实施例涉及的水气混合环管与水气混合射流管连接俯视图；
26.图3是本发明实施例涉及的单旋导向稳流件俯视图；
27.图4是本发明实施例涉及的单旋导向稳流件局部示意图；
28.其中：1、原矿给料管；2、原矿给料分配器；3、精矿溢流槽；4、精矿排料管；5、静态分离区；6、旋流矿化区；7、单旋导向稳流件；701、盘体；702、分隔板；703、导向稳流板；704、导向流道；8、尾矿底流槽区；9、尾矿排料管；10、水气混合射流管；11、排矿电磁阀；12、压力传感器；13、压力传感控制箱；14、水气混合发泡器；15、压力表；16、气体流量计；17、气体流量调节阀；18、储气罐；19、进气阀；20、空压机；21、储水箱；22、进水球阀；23、供水变频泵；24、液体流量计；25、水气混合环管。
具体实施方式
29.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
30.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
31.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
32.参见图1和图2，一种湍流与稳流协同流化的粗颗粒浮选设备，包括浮选柱体，浮选柱体的上部内设有原矿给料管1，顶部设有精矿溢流槽3，精矿溢流槽3底部设有精矿排料管4，尾矿底流槽区8的底部设有尾矿排料管9，尾矿排料管9上设有排矿电磁阀11，尾矿底流槽中设有压力传感器12，压力传感器12和排矿电磁阀11均与压力传感控制箱13连接。
33.具体的，浮选柱体内自下至上依次分为尾矿底流槽区8、旋流矿化区6和静态分离区5，旋流矿化区6的侧壁上设有多个朝内倾斜向上设置，且与浮选柱体的内腔连通的水气混合射流管10，多个水气混合射流管10的喷射方向以浮选柱体的轴线为中心沿顺时针分布(当然也可以沿逆时针分布)，旋流矿化区6和静态分离区5由一用于减小水流湍流度的单旋导向稳流件7进行分隔。
34.参见图1，使用上述粗颗粒浮选设备进行浮选的过程如下：
35.具有一定流速和压力的富含气泡的水流通过水气混合射流管10，呈旋涡湍流状给入至浮选柱体的旋流矿化区6中形成旋流离心力场，水流经单旋导向稳流件7减小湍流度后，在浮选柱体的静态分离区5内形成均匀上升水流；
36.待水和气泡充满浮选柱体并稳定后，矿化并混合均匀的原矿矿浆从原矿给料管1给入至浮选柱体中，并沿浮选柱体整个断面缓缓下降，逐渐在浮选柱体内形成矿物颗粒床层；
37.由上而下的原矿矿浆继续下行至旋流矿化区6，在旋流离心力场作用下，产生强湍流作用，使矿浆中的颗粒与气泡之间产生高效碰撞并粘附后形成气固液三相矿浆体，由下而上的气泡和上升水流通过单旋导向稳流件7后，在浮选柱体的静态分离区5内形成稳定的气液复合流态化床层，在气液复合流态化床层中粗矿物颗粒与气泡和上升水流作用，最终目的矿物经气泡的浮力和上升水流的垂直升力不断上升进而溢出浮选柱体成为精矿，而脉石矿物在浮选柱体内下沉并最终经过尾矿底流槽区8排出成为尾矿。
38.本实施例中，浮选柱体上设置的单旋导向稳流件7和水气混合射流管10可以在浮选设备内实现从端流与稳流耦合，从端流转变形成静态的上升水流，通过调节水气混合射流管10的进水流量，使不同粒径的粗颗粒呈现悬浮状态；通过调节水气混合射流管10的进气量，控制液体的气含量，控制湍流度，使气泡均匀分布于上升液流中，形成端流与稳流协同刘化的复合态流化床层，同时可以作用产生上升液流，形成向上的具有强推力的流化床，实现了对粗矿物颗粒的浮选回收。
39.本实施例中，旋流矿化区6一方面旋流给入形成漩涡流，提供了旋流力场扫选，通过离心力场的强化分选作用，提高回收率；另一方面水和气泡一起给入，有效增加了矿物颗粒的浮力，并在离心力场作用下，增大了矿浆湍流强度，提高了颗粒与气泡的碰撞概率，使矿物颗粒与气泡发生旋流矿化，矿化后矿物颗粒通过单旋导向稳流件7时实现了湍流碰撞和静态分离，消除了内部大的漩涡，使其进入柱状筒体后实现了静态分离，提高了粗粒级矿物和难浮细粒级矿物的回收能力。
40.参见图3，具体的，在实际设计中，单旋导向稳流件7包括上下贯通的盘体701以及呈辐射状设置于盘体701内以将盘体701分隔为多个扇形区的分隔板702，每个扇形区内通过导向稳流板703分隔出若干连通旋流矿化区6和静态分离区5且倾斜布置的导向流道704，各个扇形区的出水方向以浮选柱体的轴线为中心沿逆时针分布，也即采用与多个水气混合射流管10的喷射方向相反的方向布置。
41.本实施例中，各个扇形区的出水方向采用与多个水气混合射流管10的喷射方向相反的方向布置形式，使得矿化后矿物颗粒不仅可以通过导向稳流板703消除内部大的漩涡，起到稳流作用，使其进入柱状筒体后实现静态分离，而且这样的设计使得矿物颗粒在通过单旋导向稳流件7时，将会与气泡发生剧烈的碰撞，可以为粗颗粒浮选的适宜的矿浆环境条件，有助于形成流态化床层。
42.参见图3和图4，具体的，盘体701通过四块分隔板702分隔为四个扇形区，各个扇形区的导向稳流板703以浮选柱体的轴线为中心沿顺时针或逆时针方向依次与四块分隔板702垂直连接，导向流道704与浮选柱体的轴线的夹角δ控制在15
°
～20
°
，两块导向稳流板703之间径向距离d为0.2倍柱状筒体半径，柱状筒体是指旋流矿化区6和静态分离区5对应区域。
43.参见图1和图2，在实际应用中，旋流矿化区6呈上大下小的锥形，旋流矿化区6旋流力场的离心力大小自下至上是逐渐表小的，这样设计的优势在于，在满足矿物颗粒与气泡能够发生强烈湍流碰撞的前提下，使旋流矿化区6输出的矿浆湍流度是比较小的，利用矿物
颗粒的静态分离。
44.在具体的设计应用中，旋流矿化区6的锥角控制在20
°
～30
°
，水气混合射流管10的轴线与水平面的夹角α控制在10
°
～15
°
，第一切线与第一投影线的夹角β控制在55
°
～65
°
；其中，水平面是指与旋流矿化区6的轴线垂直的平面，第一投影线是指水气混合射流管10的轴线在水平面上的投影，第一切线是指过第一交点且与旋流矿化区6在水平面上的投影的外圆轮廓线相切的切线，第一交点是指第一投影线与外圆轮廓线的交点。
45.参见图1，在一些实施例中，该浮选设备还包括水气混合空化成泡系统，水气混合空化成泡系统包括供水部分、供气部分和水气混合发泡器14，供水部分包括由水管依次连接的储水箱21、进水球阀22、供水变频泵23和液体流量计24，所供气部分包括由气管依次连接的空压机20、进气阀19、储气罐18、气体流量调节阀17、气体流量计16和压力表15，水管和气管均与水气混合发泡器14连通，水气混合发泡器14与水气混合环管25连通，多个水气混合射流管10均布在水气混合环管25的内环侧上，并与水气混合环管25连通。
46.本实施例中，根据液体流量计24显示的数值大小可以控制变频泵的开启频率，进而调节水气混合发泡器14的进水流量，根据气体流量计16和压力表15显示的数值大小可以控制气体流量调节阀17的开度大小，进而调节水气混合发泡器14的进气流量和压力大小。
47.具体的，尾矿底流槽区8呈倒锥形，且锥角控制在20
°
～30
°
，并且侧壁内设有压力传感器12，其与压力传感控制箱13和排矿电磁阀11相连接，压力传感器12工作时，能够实时监控尾矿底流槽内尾矿矿浆压力，压力传感控制箱13通过压力传感器12的数值控制流化床层的高度，通过调节压力传感控制箱13来控制排矿电磁阀11的开度，通过液体流量计24来调节进水流量，通过气体流量计16来调节进气流量，进而调控分选效果。
48.具体的，原矿给料管1的底部连接有原矿给料分配器2，原矿给料分配器2垂直向下设置在浮选柱体的中心，静态分离区5呈圆柱状，在静态分离区5上部外圆周设有精矿溢流槽3，上部一侧设置原矿给料管1，精矿溢流槽3的底板开设精矿排料管4，精矿溢流槽3的底板低于静态分离区5的顶端开口，精矿溢流槽3的底板具有一定倾斜角度，底板与浮选柱体的轴线的夹角为50
°
～80
°
。上述设计的优点在于，能够快速排出浮选精矿颗粒，避免精矿溢流槽3中浮选精矿颗粒堆积导致堵塞，保证设备工作的稳定性。同时，为了防止上浮的矿浆溢出，精矿溢流槽3设有盖板，能够防止矿浆与泡沫溢流出来，保证了粗颗粒浮选设备工作的稳定性。
49.本实施例中，待水气充满设备后，预先矿化并混合均匀的矿浆经原矿给料管1自流至原矿给料分配器2，经原矿给料分配器2流入浮选柱体中矿浆液面之上的泡沫层中，粗颗粒矿物在泡沫区进行预先分选，并逐渐在静态分离区5中形成矿物颗粒床层，随着浮选的不断进行，静态分离区5中的气泡携带粗颗粒矿物不断上浮并聚集形成泡沫层，当泡沫层高度超过浮选柱体上端面时，泡沫层中的浮选精矿溢流出浮选柱体，经精矿溢流槽3由精矿排料管4流出。
50.参见图1，一种使用浮选设备的浮选方法，包括如下步骤：
51.步骤一：启动空压机20，打开进气阀19，向储气罐18内充气；打开进水球阀22，启动供水变频泵23，通过供水变频泵23将水泵送入水气混合发泡器14，同时调节供水变频泵23与水气混合发泡器14之间的管路上的液体流量计24，调节水气混合发泡器14的进水流量。
52.步骤二：打开储气罐18和水气混合发泡进气端之间管路上的气体流量调节阀17和
气体流量计16，进而控制进入水气混合气泡发生器的气体量。
53.步骤三：水气混合物在水气混合发泡器14内形成一定速度的射流，由于水气混合发泡器14中间通道面积突然缩小，流速急剧升高，流体内压强骤降，射流作用下产生的负压下吸入空气，并把空气粉碎混入矿浆混合物形成融气；溶中的气体析出产生大量微泡，同时形成向上的具有一定流速和压力的富含微泡的水流。
54.步骤四：具有一定流速和压力的富含微泡的水流通过水气混合环管25均匀的分到六根水气混合射流管10，沿旋流矿化区6侧壁以一定压力呈旋涡湍流状给入浮选设备中下部，加压水流进入浮选柱状，经单旋导向稳流件7后，在浮选柱体内形成均匀上升水流。
55.步骤五：待水和气泡充满装置并稳定后，启动原矿给料装置，矿化并混合均匀的原矿将从原矿给料管1给入，给料从浮选设备柱体顶部经原矿给料分配器2分散后进入浮选设备柱体内并沿柱体整个断面缓缓下降，逐渐在柱状筒体内形成矿物颗粒床层。
56.步骤六:通过调节压力传感控制箱13来控制排矿电磁阀11的开度，进而控制浮选设备柱体内矿物颗粒床层的高度。
57.步骤七：由上而下的原矿矿浆继续下行至旋流矿化区6，在湍流力场和单旋导向流的作用下，产生强湍流作用，使矿浆中的颗粒与气泡之间的高效碰撞和粘附后形成气固液三相矿浆体；由下而上的气泡和上升水流在浮选柱体内形成稳定的气液复合流态化床层；在气液复合流态化床层中粗颗粒矿物与气泡和上升水流作用，最终目的矿物经气泡的浮力和上升水流的垂直升力不断上升进而溢出柱状筒体进入精矿溢流槽3从精矿排料管4成为精矿，而脉石矿物在柱体内下沉并最终经过尾矿底流槽从尾矿排矿口排出成为尾矿。
58.上述本发明所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本发明才公开部分数值以举例说明本发明的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的限制。
59.同时，上述本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接(例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构(例如使用铸造工艺一体成形制造出来)所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。
60.另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。
61.上述实施例仅仅是清楚地说明本发明所作的举例，而非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里也无需也无法对所有的实施例予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。