CN102728481B - 曝气式粉煤灰浮选分离设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种曝气式粉煤灰浮选分离设备，其包括竖直设置的筒体、曝气装置、进料分流装置、推流装置、溢流收集装置和尾灰收集装置；其中，溢流收集装置设置于筒体的上段的外部，其底端设有出料口；尾灰收集装置设置于筒体的下部，其设有尾灰出口；进料分流装置位于溢流收集装置上方，其下部或底端设置有多条落料管道；曝气装置包括气泡扩散装置，气泡扩散装置位于筒体内，且位于落料管道底端的下方，其包括多个用于气泡溢出的气体扩散孔或气体扩散管；推流装置位于筒体和尾灰收集装置围成的空间内或者筒体的筒壁上，且位于气泡扩散装置下方，其推流方向与多个气体扩散孔或气体扩散管所在平面所成的角度大于0°且小于90°。本发明的浮选设备结构简单、材料成本和加工成本低、耗电量小、浮选剂用量少，且具有较好的浮选效果。

Description

曝气式粉煤灰浮选分离设备

技术领域

本发明涉及粉煤灰的浮选，更具体地讲，本发明涉及一种曝气式粉煤灰浮选分离设备。

背景技术

燃煤经充分燃烧后产生的粉煤灰含碳量很低，其用途很广，例如混凝土掺和料、粉煤灰水泥、粉煤灰砖、农用复合肥及用于塑料、墙体等填充材料。近年来开发出一些粉煤灰的高附加值用途。由于煤种的影响、锅炉的不充分燃烧等原因，常常造成粉煤灰的含碳量过高。粉煤灰中含有的未燃烧的碳颗粒，经浮选后，可用作制造活性炭的原料。

中国专利200810031474.7公开了一种粉煤灰专用浮选柱，在浮选柱筒体顶部装有矿浆分配器，筒体内设多层鼓泡板，筒体下部设多点旋流装置和多点尾灰溢流孔，矿浆分配器周围装置矿浆分配管，筒体周边装置循环管道，循环管道上端与矿浆分配管连接连通，下端与旋流装置连接连通，矿浆分配管接口和进出料口分别连接循环泵两端，在浮选柱上部还装有高炭灰均衡溢流板及高炭灰溢流收集口，尾灰溢流孔通过管道连接安装有尾灰自动调节箱。该方案的缺点在于采用多点旋流装置使矿浆产生旋流，影响了矿浆的浮选效果。

中国专利200920064391.8公开了一种循环流化床锅炉粉煤灰专用浮选柱,在顶部装有矿浆分配器,内设多层鼓泡板,下部设多点旋流装置,底部连接安装锥形尾灰收集槽,矿浆分配器周围装置矿浆分配管,周边装置循环管道,矿浆分配管连接循环泵,在浮选柱上部还装有高炭灰均衡溢流板及收集口,锥形尾灰收集槽其底端连接的尾灰管道连接至尾灰自动调节箱。与上个方案一样，该方案由于采用旋流装置，矿浆的浮选效果不理想。

中国专利200920261379.6公开了一种垃圾微波裂解生产活性炭使用的搅拌浮选设备;该搅拌浮选设备包括:机体部分F、动力部分G和搅拌浮选部分H。机体部分F包括:搅拌浮选缸、机架、浮选物出口和混合物出口,动力部分G包括:搅拌浮选电机和搅拌浮选轴,搅拌浮选电机固定设置在所述的机架上,搅拌浮选电机与搅拌浮选轴连接。搅拌浮选部分H包括:搅拌叶片和浮选叶片,搅拌叶片固定设置在所述的搅拌浮选轴底部,浮选叶片固定设置在所述的搅拌浮选轴上部。

中国专利200920063583.7公开了一种用粉煤灰制取活性炭的新设备,包括依次连接的粉煤灰原灰进灰斗、电子计量秤、箱式冲灰器、矿浆预处理器、第一级浮选柱、第二级浮选柱、第一浓缩机、第一过滤机、第一烘干机、活性炭专用磨、油水分离器、第二烘干机；矿浆预处理器和第二级浮选柱还连接有分散剂及复合浮选剂的自动加药机，活性炭专用磨还连接有高压蒸汽管道。

中国专利200820046239.2公开了一种粉煤灰浮选碳生产装置，粉煤灰浮选碳生产装置包括可对粉煤灰粒度进行筛选的筛分模块、搅拌模块、可把精煤和尾灰分离的浮选模块、脱水模块以及把以上模块依次有机联系成整体的输送机构。

上述公开的浮选设备均使用物理塔板，其结构复杂、材料成本和加工成本高、耗电量大、浮选剂用量大，且浮选效果不理想。

发明内容

针对现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种不使用物理塔板、结构简单、制造成本低廉、耗电量小、浮选剂用量小、且浮选效果好的浮选分离设备。

为了实现上述目的，本发明提供了一种曝气式粉煤灰浮选分离设备，其包括竖直设置的筒体、曝气装置、进料分流装置、推流装置、溢流收集装置和尾灰收集装置；其中，浮选过程在竖直设置的筒体内发生；溢流收集装置用于收集浮选出的碳含量高的颗粒，其设置于筒体的上段的外部，其底端设有出料口；尾灰收集装置设置于筒体的下部，其设有尾灰出口；进料分流装置用于使物料进入筒体之前发生分流，其位于溢流收集装置上方，其下部或底端设置有多条落料管道；曝气装置用于在筒体内产生气泡以促进浮选过程，其包括气泡扩散装置，气泡扩散装置位于筒体内，且位于落料管道底端的下方，其包括多个用于气泡溢出的气体扩散孔或气体扩散管；推流装置位于筒体和尾灰收集装置围成的空间内或者筒体的筒壁上，且位于气泡扩散装置下方，其推流方向与多个气体扩散孔或气体扩散管所在平面所成的角度大于0°且小于90°。

本发明中，曝气装置是用于在液体或者液固混合的工作液中产生气泡。其既可为各种鼓风曝气装置，例如（微）小气泡型、中气泡型、大气泡型、水力剪切型、水力冲击型鼓风曝气装置；又可为各种机械曝气装置，例如泵型叶轮曝气器、K型叶轮曝气器、倒伞型叶轮曝气器和平板型叶轮曝气器等；还可为其它类型的曝气装置。其优选为污水处理中常用的鼓风曝气装置，例如水力剪切型空气扩散装置，其可利用装置本身的构造特点，产生水力剪切作用，将大气泡切割成小气泡，增加气液接触面积，达到提高效率的目的，如定螺旋曝气器等。

本发明中，气泡扩散装置可为中空的板状、弯管、平行管、盘管、或者相邻管道之间互相连通的同心管，其上设有多个用于气泡溢出的气体扩散孔或气体扩散管；还可为多个上述板状结构或管状结构上下平行设置。

本发明中，当气泡扩散装置通过气体扩散管溢出气泡，该多个体扩散管可方向一致地竖直向上，也可设置为各自以不同的角度指向上方或斜上方，以使浮选单元内的物料形成紊流。通过使向上吹送的气体呈紊流状态，碳颗粒与气泡的接触时间长，接触更加充分，粉煤灰颗粒破碎为碳颗粒和灰分颗粒的几率大大增加，从而使得浮选效果更好，浮选效率更高。

本发明中，推流装置可为用于污水处理的潜水搅拌机、潜水搅拌器、潜水推流器等，例如功率为2.2KW、叶轮直径为320毫米的潜水搅拌器。其指向气泡扩散装置的上方，其主要作用是将位于筒体下部的物料向上方推流，利用物料中不同颗粒的不同比重，使含碳量不同的颗粒分层；同时配合其它结构或设置，可实现筒体内流体的循环。根据浮选的物料及工况参数，可设置一个或多个推流装置。

本发明中，推流装置的推流方向为沿着推流装置的轴向、且推流装置所推动的流体流动的方向，其具体为斜指向气泡扩散装置的上方的方向。通过使筒体下部的物料运动到气泡扩散装置的上方，使其进行再一次的浮选。

本发明的工作原理是：粉煤灰的主要成分为碳颗粒及灰分。加入浮选剂和/或捕收剂和/或其它助剂后，粉煤灰中的颗粒与气泡接触、碰撞，可浮性好的碳颗粒选择性地粘附于气泡，并被携带上升，实现浮选。而可浮性差的灰分则向下沉。

本发明的工作流程是：进料分流装置内的粉煤灰原料和浮选剂的混合物经位于进料分流装置下部或底端的多条落料管道进入筒体内。气泡扩散装置的气体扩散孔或气体扩散管向筒体内排气，碳颗粒在浮选剂的作用下粘附于气泡四散漂浮并向上运动，实现碳颗粒的浮选。落到筒体下部的颗粒在推流装置的推动下回到气泡扩散装置的上方，进行再一次浮选。浮选出的碳颗粒被收集到溢流收集装置内。可浮性差的灰分则落到尾灰收集装置。

本发明中，推流装置产生向上或斜向上的推力。粉煤灰中的碳颗粒比重较小，受该推力的影响大，上行的行程较大；相应地，粉煤灰中的灰分比重较大，受该推力的影响小，上行的行程较小；因而，在推流装置的推力作用下，含碳量较高的颗粒比重较小，位于上层；含碳量较低的颗粒比重较大，位于下层或底层。从而实现了粉煤灰中不同比重颗粒的分层，而避免了物理塔板（浮选版）的使用，简化了设备结构，大大节省了设备成本。

由于曝气装置及推流装置均可为外购件，同时本发明的浮选设备不设置浮选板、砂浆泵，使本发明的浮选设备不仅结构简单，而且降低了制造成本；其次，由于本发明的浮选设备不使用砂浆泵，推流装置和曝气装置的耗电量非常小，因而大大节省了能源；另外，利用本发明的浮选设备，浮选得到的高炭灰中的灰分可降至10%左右，提高了浮选效果，得到含碳量更高的高炭灰。

根据本发明一具体实施方式，推流装置的推流方向与多个气体扩散孔或气体扩散管所在平面所成的角度为60°-80°，在此基础上进一步优选为70°-80°。

根据本发明另一具体实施方式，推流装置有多个，其位于同一水平面，且相邻推流装置之间的夹角相同。

根据本发明另一具体实施方式，推流装置为潜水搅拌装置。

根据本发明另一具体实施方式，曝气装置为鼓风曝气装置，其包括风送装置、气体输送管道、气泡扩散装置，该风送装置通过气体输送管道与气泡扩散装置相连。根据本发明另一具体实施方式，气泡扩散装置的气体扩散孔或气体扩散管的数目为3-15个，且分为多层排布。

根据本发明另一具体实施方式，气泡扩散装置包括8个气体扩散孔或气体扩散管，该8个气体扩散孔或气体扩散管分上下交错排布的两层，每层4个，同一层相邻两个气体扩散孔或气体扩散管之间的角度为90°。

根据本发明另一具体实施方式，风送装置可为鼓风装置（例如鼓风机）或者空气压缩装置（例如空气压缩机）。例如，一台排气量为6m³/min、压力为0.7MPa、功率为37KW的空气压缩机，可供三台本发明的粉煤灰浮选分离设备同时使用。

根据本发明另一具体实施方式，筒体的侧壁外设有多条纵向设置的循环管道，循环管道的两端均与筒体流体连通。通过设置循环管道，为筒体内的流体提供了循环路径，增强了流动循环的效果，进而实现筒体内物料的多次浮选。循环管道的高度为1.2米-3米，优选为1.5米-2米；循环管道的数目为2-12条，优选为4-8条。根据本发明另一具体实施方式，推流装置大约位于循环管道的下端所在的平面。

根据本发明另一具体实施方式，筒体为圆筒或方筒。方筒的拐角处能形成反射，而圆筒内的颗粒及气泡的分布更加均匀。

根据本发明另一具体实施方式，推流装置有多个，其位于同一水平面，且相邻推流装置之间的夹角相同。例如，推流装置有三个，其位于同一水平面，且相邻推流装置之间的夹角为120°；又如，推流装置有四个，其位于同一水平面，且相邻推流装置之间的夹角为90°。

根据本发明的另一具体实施方式，浮选分离设备还可包括位于浮选分离设备的筒壁或气泡扩散装置上的物理分离装置。通过设置物理分离装置，有效地打破碳颗粒与灰分之间的结合，大大提高了碳的浮选率。该物理分离装置具体可为超声分离装置或超声破散装置，通过发射超声波提高碳颗粒和灰分的剥离，例如，形成粒度达一万目的超细的碳颗粒。具体而言，该超声分离装置或超声破散装置包括超声波发射器及配套的辅助装置。

根据本发明的另一具体实施方式，溢流收集装置位于筒体的上段的外部，其底端低于筒体的顶端，用于收集从浮选段溢流出的颗粒物，溢流收集装置的底端设有出料口；例如，溢流收集装置可为底板上有孔的圆柱形容器，筒体的顶端从其底板上的孔穿出，这样，筒体内浮选出的颗粒物不断地向上堆积，就越过筒壁流进溢流收集装置内；又如，筒体的顶部外壁上设有溢流孔或溢流管，溢流收集装置为位于该溢流孔或溢流管下方的容器。

根据本发明的另一具体实施方式，尾灰收集装置为尖端向下的锥斗状，尾灰出口位于其底部的尖端处。尾灰出口连接尾灰管道，例如，该尾灰管道的末端的高度位于顶层浮选板之上。进一步地，尾灰管道的末端设有调节浮选分离装置内液面高度的液面调节装置，该液面调节装置具体可包括：插在尾灰管道内的细管，该细管的外径和尾灰管道的内径一致，该细管上部的侧壁上设有多个孔；连接于细管并能调整细管高度的丝杆。其中，丝杆可以固定连接于细管的侧壁或其封盖上。

尾灰管道内的尾灰从细管侧壁上的孔流出，通过调节细管侧壁上孔的高度，可以调节浮选分离装置内的液面高度。具体而言，丝杆上设有旋柄，通过旋转旋柄使丝杆转动，从而带动插在尾灰管道内的细管上下运动。

根据本发明的另一实施方式，还包括尾灰箱，尾灰箱位于尾灰管道的末端，且套在尾灰管道之外，尾灰箱的下部或底端开有排灰口。

根据本发明的另一具体实施方式，浮选分离设备还包括备料装置，该备料装置的下部或底端设有送料管道，该送料管道通向进料分流装置。待浮选的粉煤灰在备料装置里添加浮选剂等化学药剂，然后经位于备料装置的下部或底端的送料管道进入进料分流装置。备料装置内可设有搅拌装置，用于将粉煤灰原料浆和浮选剂充分搅拌。送料管道上设有渣浆泵，用于将备料装置内的物料泵送到进料分流装置内。

根据本发明的另一具体实施方式，筒体内尾灰收集装置的上方可以设置过滤板，以减缓物料的下行速度。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明中，推流装置产生向上或斜向上的推力。粉煤灰中的碳颗粒比重较小，受该推力的影响大，上行的行程较大；相应地，粉煤灰中的灰分比重较大，受该推力的影响小，上行的行程较小；因而，在推流装置的推力作用下，含碳量较高的颗粒比重较小，位于上层；含碳量较低的颗粒比重较大，位于下层或底层。从而实现了粉煤灰中不同比重颗粒的分层，而避免了物理塔板（浮选版）的使用，简化了设备结构，大大节省了设备成本。由于曝气装置及推流装置均可为外购件，同时本发明的浮选设备不设置浮选板、砂浆泵，使本发明的浮选设备不仅结构简单，而且降低了制造成本；其次，由于本发明的浮选设备不使用砂浆泵，推流装置和曝气装置的耗电量非常小，因而大大节省了能源；同时，本发明的浮选设备所使用的药剂量（浮选剂）比现有技术的浮选设备少大约50%；另外，利用本发明的浮选设备，浮选得到的高炭灰中的灰分可降至10%左右，提高了浮选效果，得到含碳量更高的高炭灰。

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

附图说明

图1是本发明的实施例1沿着其中轴线的纵截面的结构示意图；

图2是本发明的实施例1一横截面的结构示意图，其显示了8个气体扩散管的设置，其中三角形代表位于上层的4个气体扩散管，正方形代表位于下层的4个气体扩散管；

图3是本发明的实施例1另一横截面的结构示意图，其显示了推流装置的设置；

图4是本发明的实施例1的液面调节装置的结构示意图。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，本实施例的浮选分离设备包括：备料装置1、进料分流装置2、竖直设置的圆筒体3、曝气装置（例如鼓风曝气装置）、推流装置（例如潜水搅拌器6）、溢流收集装置7、尾灰收集装置8、液面调节装置9。

备料装置1内设有搅拌装置101，用于将粉煤灰原料浆和浮选剂充分搅拌。备料装置1的下部设有送料管道102，送料管道102上设有渣浆泵103，该送料管道102通向进料分流装置2。

进料分流装置2位于溢流收集装置7上方，其下部设置有多条（例如6条）落料管道201。落料管道201的末端位于圆筒体3之内、气泡扩散装置4之上。

竖直设置的圆筒体3的侧壁设有多条（例如4条）纵向设置的循环管道301，循环管道301的两端均与圆筒体3流体连通。循环管道301的高度为1.5米。

鼓风曝气装置包括风送装置（例如空气压缩机5）、气体输送管道501、气泡扩散装置4，气泡扩散装置4包括8个气体扩散管，该8个气体扩散管分上下交错排布的两层，每层4个，同一层相邻两个气体扩散管之间的角度为90°。如图2所示，三角形代表位于上层的4个气体扩散管401，正方形代表位于下层的4个气体扩散管402。气泡扩散装置4通过气体输送管道501与位于筒体之外的空气压缩机5相连，气体输送管道501上设有流量计502。

空气压缩机5的排气量为6m³/min、压力为0.7MPa、功率为37KW，可供三台本实施例的粉煤灰浮选分离设备同时使用。

潜水搅拌器6有三台，其功率均为2.2KW、叶轮直径均为320毫米，其均位于圆筒体3的筒壁下部，且位于气泡扩散装置4下方，其推流方向与竖直方向所成角度均为15°（即推流方向与每层气体扩散管所在平面所成的角度为75°），斜指向气泡扩散装置4的上方。如图3所示，三台潜水搅拌器6位于同一水平面（大约为循环管道301的下端所在的平面），且相邻潜水搅拌器6之间的夹角为120°。

溢流收集装置7位于筒体3上段的外部，且圆筒体3上段的顶端位于溢流收集装置7的顶端和底端之间；另外，溢流收集装置7的底端设有出料口701。

尾灰收集装置8为尖端向下的锥斗状，且其底部尖端处设有尾灰出口801，尾灰出口801连接有尾灰管道802。该尾灰管道802的末端比圆筒体3的顶端略低，以调整圆筒体3内的液面高度。尾灰管道802的末端设有液面调节装置9（如图4所示），液面调节装置9包括插在尾灰管道802内的细管901、固定连接于细管901顶端的封盖903、固定连接于封盖903顶端的丝杆904，其中细管901的外径和尾灰管道802的内径一致，且细管901上部的侧壁上设有多个长孔902；丝杆904上设有旋柄905，通过旋转旋柄905使丝杆904转动，从而带动插在尾灰管道802内的细管901上下运动,通过调节尾灰流出的长孔902的高度调节圆筒体3内的液面。尾灰箱位于尾灰管道802的末端，且套在尾灰管道802之外，尾灰箱的下部开有排灰口。

本实施例中，使浮选设备内的混合物料向上运动的耗电单位为空气压缩机（37KW/台）和三台潜水搅拌器（2.2KW/台）。其中空气压缩机为三个浮选分离设备共用，单个浮选分离设所耗功率为，37KW/3=12.3KW；三台潜水搅拌器所耗功率为2.2KW×3=6.6KW，所以，本实施例使浮选设备内的混合物料向上运动所耗功率为12.3+6.6=18.9KW。为了达到相同的效果，大约同样体积的使用文丘里管的浮选分离设备所耗功率为55KW。

本实施例的浮选设备所使用的药剂量比现有技术减少50%左右。

通过本实施例的浮选得到的高炭灰中的灰分含量为10%左右，而现有技术的浮选分离设备浮选得到的高炭灰中的灰分含量为30%左右。

实施例2

本发明的实施例2与实施例1的区别在于：1、落料管道的数目为8条；2、循环管道的高度为2米；3、筒体为方筒体；4、潜水搅拌器有四台，其推流方向与竖直方向所成角度均为25°，相邻潜水搅拌器之间的夹角为90°。

本实施例中，使浮选设备内的混合物料向上运动的耗电单位为：空气压缩机（37KW/台）和三台潜水搅拌器（2.2KW/台）。其中空气压缩机为三个浮选分离设备共用，单个浮选分离设所耗功率为，37KW/3=12.3KW；四台潜水搅拌器所耗功率为2.2KW×4=8.8KW，所以，本实施例使浮选设备内的混合物料向上运动所耗功率为12.3+8.8=21.1KW。为了达到相同的效果，大约同样体积的使用文丘里管的浮选分离设备所耗功率为75KW。

本实施例的浮选设备所使用的药剂量比现有技术减少50%左右。

通过本实施例的浮选得到的高炭灰中的灰分含量为10%左右，而现有技术的浮选分离设备浮选得到的高炭灰中的灰分含量为30%左右。

虽然本发明以较佳实施例揭露如上，但并非用以限定本发明实施的范围。任何本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的发明范围内，当可作些许的改进，即凡是依照本发明所做的同等改进，应为本发明的发明范围所涵盖。

Claims (9)

1.一种无浮选板的曝气式粉煤灰浮选分离设备，其包括竖直设置的筒体、曝气装置、进料分流装置、推流装置、溢流收集装置和尾灰收集装置；

其中，所述溢流收集装置设置于所述筒体的上段的外部，其底端设有出料口；

所述尾灰收集装置设置于所述筒体的下部，其设有尾灰出口；

所述进料分流装置位于所述溢流收集装置上方，其下部或底端设置有多条落料管道；

所述曝气装置包括气泡扩散装置，所述气泡扩散装置位于所述筒体内，且位于所述落料管道底端的下方，其包括多个用于气泡溢出的气体扩散孔或气体扩散管；

所述推流装置位于所述筒体和所述尾灰收集装置围成的空间内或者所述筒体的筒壁上，且位于所述气泡扩散装置下方，其推流方向为沿着推流装置的轴向、且斜指向气泡扩散装置的上方的方向，该推流方向与所述多个气体扩散孔或气体扩散管所在平面所成的角度为60°-80°。

2.如权利要求1所述的浮选分离设备，其中，所述推流装置有多个，其位于同一水平面，且相邻推流装置之间的夹角相同。

3.如权利要求1所述的浮选分离设备，其中，所述推流装置为潜水搅拌装置。

4.如权利要求1所述的浮选分离设备，其中，所述曝气装置为鼓风曝气装置，其包括风送装置、气体输送管道、气泡扩散装置，所述风送装置通过气体输送管道与所述气泡扩散装置相连。

5.如权利要求4所述的浮选分离设备，其中，所述气泡扩散装置的气体扩散孔或气体扩散管的数目为3-15个，且分为多层排布。

6.如权利要求5所述的浮选分离设备，其中，所述气泡扩散装置包括8个气体扩散孔或气体扩散管，该8个气体扩散孔或气体扩散管分上下交错排布的两层，每层4个，同一层相邻两个气体扩散孔或气体扩散管之间的角度为90°。

7.如权利要求6所述的浮选分离设备，其中，所述风送装置为鼓风装置或空气压缩装置。

8.如权利要求1所述的浮选分离设备，其中，所述筒体的侧壁外设有多条纵向设置的循环管道，所述循环管道的两端均与所述筒体流体连通。

9.如权利要求8所述的浮选分离设备，其中，所述循环管道的数目为2-12条。