基于超声波和机械阻尼块耦合的粗颗粒浮选装置及方法

1.本发明涉及煤泥分选技术领域，尤其涉及一种基于超声波和机械阻尼块耦合的粗颗粒浮选装置及方法。


背景技术：

2.泡沫浮选是细粒矿物分选提质的最有效手段，其主要是利用颗粒疏水性差异实现细颗粒的选择性分离。目前不仅广泛应用于金属矿物、非金属矿物分选，还广泛应用于煤炭提质、污水处理、油砂加工、粉煤灰脱炭、纸浆脱墨等领域。近年来，随着世界范围内优质资源的日渐枯竭，贫、杂、细的难选矿石日益增多，选矿自动化和智能化的要求不断提高，亟需寻求和开发有效的浮选设备。
3.浮选柱和浮选机是目前使用较为广泛的浮选装置，其中浮选机具有回收率高、粗粒回收效果理想等优点，但细粒精矿回收效果较差。浮选柱则因其具有较长的捕集区和较厚的泡沫层，可获得较好的精矿质量。传统浮选机和浮选柱能够有效回收0.074mm～0.25mm粒度级的矿粒，对于0.25mm～1mm的粗颗粒，颗粒与气泡的附着概率较低，过粗时不易浮出，易损失在尾矿中，俗称“跑粗”。因此，开发一种新型高效的粗颗粒分选装置势在必行。


技术实现要素：

4.鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种基于超声波和机械阻尼块耦合的粗颗粒浮选装置及方法，用以解决现有粗煤泥装置处理能力小，产品错配物含量高的问题。
5.一方面，本发明提供了一种基于超声波和机械阻尼块耦合的粗颗粒浮选装置，该装置主要包括上部柱体结构和下部锥体结构，矿浆在上部柱体结构处完成分选，粘附于气泡的疏水颗粒上升至稠密的松散床层顶端，进入柱体顶部；未粘附在气泡上的亲水颗粒通过松散床层继续向下运动，最后落入脱水锥体；
6.进一步地，柱体顶端设有精矿溢流槽和泡沫喷淋水装置，精矿溢流槽底部设有精煤排料口，向下在柱状结构圆心处设置浮选给料管，实现浮选入料的均匀给入；
7.进一步地，柱体壁上均匀设置多个锥形机械阻尼块，并在对应的阻尼块壁外均匀设置超声波震子，超声波震子受超声波换能器和超声波发生器控制，实现超声波的间歇产生；
8.进一步地，超声波频率为25-68khz，超声波密度为2-4w/cm2，超声波发生间歇步长为1～2s；
9.进一步地，在柱体内部均匀设置充填筛板，筛板分布于锥形阻尼块之间，筛板厚度约为5mm，筛孔尺寸约为2-8mm；
10.进一步地，尾煤脱水锥的锥角为15～60
°
；
11.进一步地，在锥体结构上部侧边设有流化口，锥体底部设有底流口。锥体部分设有流化水单元，流化水单元包括流化水口和气泡发生器，流化水口与气泡发生器相连接；
12.进一步地，流化水口与尾煤脱水锥相连，且流化水口处设有自动控制阀门；
13.进一步地，在锥体结构中部设有智能传感器，外部设有pid集成控制器；
14.另一方面，本发明提供了一种基于超声波和机械阻尼块耦合的粗颗粒浮选方法，采用上述基于超声波和机械阻尼块耦合的粗颗粒浮选装置，步骤包括：
15.开启流化水口，将加有起泡剂的流化水注入至上柱体中，并开启超声波装置，使之产生脉动水流；
16.待上柱体中的上升水流达到稳定后，将混合均匀的矿浆通过给料口均匀给入上柱体中；
17.在上柱体中完成粗颗粒浮选，精矿产品由精矿溢流槽排出，尾矿产品由尾煤脱水锥排出；
18.当锥体内部的传感器感应上柱体内部床层密度过高时，将信号传至pid集成控制器，pid集成控制器自动控制尾矿口阀门开大，增大排料速度；pid自动控制超声波震子，加大超声波频率，促进床层物料分散；pid自动控制脉动水流，促进物料分散；
19.该设备有一定的智能调节能力，当床层高度变化时会自动触发一系列调整，增强设备的适应能力，保证设备正常平稳的运转。
20.与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：
21.(1)超声波强化煤泥分散，促进颗粒气泡矿化和药剂乳化，机械阻尼块可实现脉动水流，超声波和机械阻尼块耦合可实现柱体内部上升水流的均匀性，可有效实现颗粒充分的分散分层，强化粗颗粒的分选。
22.(2)筛板充填可以有效消除超声和阻尼脉动对床层稳定性的不利影响，保证稳定流态化。
23.(3)筛板的充填可使浮选流体在浮选段分布更合理，可有效防止矿浆中粗颗粒煤泥因重力作用未经分选直接进入尾煤脱水锥，使气泡与颗粒的碰撞概率达到最大，矿化效应增强。
24.(4)pid(proportion integral differential，比例积分微分)智能控制系统，可实现智能流态化、智能排尾和智能超声，能够有效提高设备分选精度和适应性，并降低设备在生产过程中出现事故的概率。
25.本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
附图说明
26.附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
27.图1为本发明的粗颗粒浮选装置结构示意图。
28.附图标记：
29.1-喷淋水装置；2-溢流槽；3-上柱体；4-给料管；5-入料缓冲仓；6-给料分配器；7-精矿口；8-超声波震子；9-超声波发生器；10-机械阻尼块；11-充填筛板；12-尾煤脱水锥；13-布水板；14-流化水口；15-气泡发生器；16-加压泵；17-尾矿口；18-排料口阀门；19-智能
传感器；20-pid集成控制器。
具体实施方式
30.下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本发明一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
31.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
32.全文中描述使用的术语“顶部”、“底部”、“在
……
上方”、“下”和“在
……
上”是相对于装置的部件的相对位置，例如装置内部的顶部和底部衬底的相对位置。可以理解的是装置是多功能的，与它们在空间中的方位无关。
33.实施例1
34.本发明的一个具体实施例，如图1所示，公开了一种基于超声波和机械阻尼块耦合的粗颗粒浮选装置(以下简称“粗颗粒浮选装置”)，包括上柱体3，在上柱体3的内壁上均匀设有超声波震子8和机械阻尼块10，超声波震子8位于机械阻尼块10与上柱体3的内壁形成的空腔内，上下相邻机械阻尼块10间水平设有充填筛板11。
35.本实施例的粗颗粒浮选装置与传统浮选机和浮选柱相比，超声波的加入促进了药剂的乳化与分散，机械阻尼块可实现脉动水流，能够强化颗粒分散分层，筛板的充填能够维持床层的流态化稳定，从而实现粗颗粒的有效浮选。
36.为了便于向粗颗粒浮选装置内送料，在上柱体3上部设置给料装置，给料装置主要包括给料管4、入料缓冲仓5和给料分配器6，给料管4、入料缓冲仓5和给料分配器6依次相连，给料管4与上柱体3连通，入料缓冲仓5和给料分配器6设置在上柱体3内。具体地，给料管4穿过上柱体3的壁面到达上柱体3的中心，并与入料缓冲仓5连通，给料分配器6设置在入料缓冲仓5的下部。
37.本实施案例中，在给料管的前部设置入料缓冲仓和给料分配器，从而减缓矿浆冲击力，矿浆先储存到入料缓冲仓，再由给料分配器注入到上柱体中，与给料管直接将物料给入到上柱体中相比，保证了给料的稳定性和连续性。
38.矿浆经过给料管4、入料缓冲仓5，经由给料分配器6连续稳定从上柱体3的顶部给入，与上柱体3内上升水流形成逆流，矿浆中颗粒沉降速度等于上升水流速度的颗粒悬浮在上柱体中，形成具有一定密度的松散床层。
39.上柱体3的顶部还设有喷淋水装置1和溢流槽2，溢流槽2的底部设有精矿口。
40.上柱体3的内壁均匀分布锥形机械阻尼块10，其中锥形机械阻尼块10的角度为30
°
～60
°
，超声波震子8分布于机械阻尼块10中，超声波频率为25khz～68khz，超声波密度为2w/cm2～4w/cm2，超声波发生间歇步长为1s～2s。
41.上下相邻的机械阻尼块10之间设置有充填筛板11，充填筛板11的厚度约为5mm，筛孔尺寸为2mm～8mm，有助于保证床层的稳定。充填筛板11的设置一方面能够起到缓冲作用，可有效防止矿浆中粗颗粒煤泥因重力作用未经分选直接进入尾煤脱水锥，另一方面也可有效消除超声波和机械阻尼块脉动对床层稳定性的不利影响。
42.粗颗粒浮选装置还包括下锥体，下锥体设于上柱体3的下端，下锥体为尾煤脱水锥12，其中下锥体的锥角为15
°
～60
°
。
43.下锥体内设有布水板13，布水板13布满下锥体的内壁。为了在上柱体3中形成均匀稳定的环形射流，在布水板13上进行均匀开孔，均匀稳定的环形射流有助于形成松散床层。
44.粗颗粒浮选装置还包括流化水单元，流化水单元主要包括流化水口14、气泡发生器15和加压泵16其中，流化水口14与气泡发生器15连通，气泡发生器15和加压泵16连通，加压泵16与供水装置相连。
45.尾煤脱水锥12的底端为尾矿口17，尾矿口上设有排料口阀门18。在下锥体内设有智能传感器19，智能传感器19的输出端与pid集成控制器20相连接，pid集成控制器20输出端分别与超声波震子8、流化水单元的加压泵16和排料口阀门18相连。
46.本实施例中，水流在一定的压力作用下通过气泡发生器15吸入空气，并在气泡发生器15中注入一定剂量的起泡剂，流化水中气泡的引入，增大了不同疏水矿物之间的比重差异，分选精度得以提高，可产出满足要求的粗颗粒精矿产品。
47.当生产过程中发生波动导致给料不均匀时，设备中的床层密度会受到影响，当床层密度过高时，由智能传感器19感应信号，pid集成控制器20接收到智能传感器19的信号并增大超声波震子8的振动频率，对床层进行更充分的分散；当床层回落到正常密度范围时，超声波震子8恢复正常频率；此功能使设备在生产时适应性更强，分选精度也更精确，保证设备正常稳定的运行。
48.当床层密度过高时，为防止设备发生生产事故，pid集成控制器20收到智能传感器19的传输信号，控制排料口阀门18完全打开，快速排出尾矿，使床层密度尽快回落到正常范围，减少生产过程可能发生的事故，保证设备正常稳定的运转。
49.当床层密度过高时，pid集成控制器20控制加压泵16，改变脉动水流强度，促使床层分散。
50.上柱体内部的床层悬浮体密度可通过流化水的上升速度、超声波频率等进行调节，煤泥在松散床层进行干扰沉降，按密度进行分选。矿浆中高于悬浮体密度的矸石颗粒穿过松散床层向下运动，进入到尾煤脱水锥；而低于悬浮体密度的精矿颗粒则随脉动水流向上运动。流化水中的气泡选择性的吸附至静矿颗粒表面，从而减小精矿颗粒的有效密度，而超声波和机械阻尼块的耦合减缓了粗颗粒的下沉，并促进了气泡与颗粒的矿化，提高了分选的精度，智能传感器和pid集成控制器的加入能够实现智能流态化、智能排尾和智能超声。
51.与现有技术相比，本发明提供一种回收粗颗粒的方法，通过超声波强化颗粒分散，促进药剂的乳化，颗粒气泡的矿化，机械阻尼块可产生脉动水流，实现颗粒的强化分层，两者耦合可实现强化。筛板的充填可以有效消除超声和脉动阻尼对床层稳定性的不利影响，保证稳定流态化，有效实现粗颗粒的回收。智能传感器和pid的加入能够实现床层密度的自动控制，提高设备分选精度和适应性。
52.本实施例中利用物理调节法和化学调节法来强化矿物浮选，将物理法中的超声波技术引入浮选，可改善矿物表面性质，对提高矿物浮选选择性和回收率具有重要意义。
53.实施例2
54.本发明的另一个具体实施例，公开了一种基于超声波和机械阻尼块耦合的粗颗粒
浮选方法，采用实施例1的一种基于超声波和机械阻尼块耦合的粗颗粒浮选装置，步骤包括：
55.开启流化水口，将加有起泡剂的流化水注入至上柱体3中，并开启超声波发生器9，使之产生脉动水流；
56.待上柱体3中的上升水流达到稳定后，将混合均匀的矿浆通过给料口均匀给入上柱体3中；
57.在上柱体3中完成粗颗粒浮选，精矿产品由精矿溢流槽2排出，尾矿产品由尾煤脱水锥12排出；
58.当下锥体内部的智能传感器19感应上柱体3内部床层密度过高时，将信号传至pid集成控制器20，pid集成控制器20自动控制排料口阀门18开大，增大排料速度；pid自动控制超声波震子8，加大超声波频率，促进床层物料分散；pid自动控制脉动水流，促进物料分散。
59.pid智能控制系统能够使该装置根据柱体内部床层密度实现智能流态化、智能排尾和智能超声。
60.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。