CN105689158A - 一种用于射流式浮选机的旋转射流充气搅拌装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于射流式浮选机的旋转射流充气搅拌装置，包括入料管、旋流装置、锥形喷嘴、初始混合管、喉管，这五部分自上而下连通。特殊的结构设计使得矿浆从喷嘴出射时具有三维速度，形成旋转射流，进入初始混合管后卷吸空气，进行剧烈的掺混，同时空气通过自带的进气口不断进入，完成充气过程和初步紊流矿化。旋转射流出射后在周围环境流体中的扩展比相应的无旋动射流快，其卷吸能力、掺混作用均比普通射流大。根据射流式浮选机的工作原理，旋转射流充气搅拌装置能提高充气性能和增强气泡矿化，对进一步提高浮选效果起积极作用。

Description

一种用于射流式浮选机的旋转射流充气搅拌装置

技术领域

本发明属于选矿设备领域，涉及到一种用于射流式浮选机的旋转射流充气搅拌装置。

背景技术

射流式浮选机广泛用于各种矿物的分选，其充气方式靠高速射流的卷吸作用实现。矿浆射流束进入混合管卷走周围空气，管内形成负压，使得空气从进气孔不断进入，完成气、液、固掺混。根据射流式浮选机的工作原理，充气搅拌装置对浮选机充气性能及分选效果起着决定性作用，在充气搅拌装置内需完成浮选机充气和初步气泡矿化。射流浮选机为连续分选作业，要求射流稳定，保持一定的轴向速度，这样才能在混合管内形成一定的负压，自动吸入空气。旋转射流具有三维速度，与无旋动射流或单一喷嘴产生的射流相比，其卷吸能力和掺混作用都大大增加。用于射流式浮选机的旋转射流充气搅拌装置，不仅需要其产生的射流有一定的轴向速度，也需要一定的切向速度。基于旋转射流在速度形式上的优越性，旋转射流充气搅拌装置能强化卷吸作用和掺混作用，从而对提高充气性能和增强气泡矿化有积极影响。产生旋转射流的方式大致分为两种：切向入料加旋和导向元件加旋。单一的切向入料加旋使得喷嘴的轴向速度完全由切向速度演变，因此轴向速度非常弱，这样喷嘴喷出的射流易扩散，对后续吸气造成影响；而单一的导向元件加旋有可能使得轴向速度最大值并不在在轴心位置,如见专利号CN1405429A，公开日期2003-3-26的中国发明专利“高压旋转射破岩钻孔方法”提到的旋转射流喷嘴(图1)，其内部安装导向叶轮作为导向元件。由于导向元件一般布置在喷嘴中心位置。产生的旋转射流在轴心附近往往存在中心低速区,轴向速度最大值并不在在轴心位置,而是与轴心有一定的偏离距离，也会对后续吸气造成影响。因此这些方式产生的旋转射流并不适合浮选机的充气搅拌装置。

发明内容

针对上述存在问题，本发明从射流的轴向速度和切向速度分析出发，引进旋转射流到射流浮选机的充气搅拌装置，通过旋转射流加强其卷吸作用和混合作用，这对进一步提高射流式浮选机的分选效果起积极作用。

为了实现上述目的，本发明一种用于射流式浮选机的旋转射流充气搅拌装置。由入料管、锥形喷嘴组成,入料管直径为D₀，锥形喷嘴直径为D₂；所述的入料管与所述的锥形喷嘴之间设有旋流装置，所述的旋流装置包括螺旋体和加旋体两种旋转导流结构。

所述的锥形喷嘴末端与带有进气孔的初始混合管连接。

所述的初始混合管一端与锥形喷嘴连接，另一端连接有喉管。

所述的初始混合管直径为D，长度为L₁，且L₁最小为4.38D；所述进气孔与喷嘴间的距离L₀最小为6.2D₂。

所述的螺旋体结构为带有矩形螺纹槽的圆柱实体，且轴向开有直通圆口，螺旋体内置固定于直管内，其大径等于入料管直径D₀，小径为d₀，轴向自由通径为D₁，且d₀＞D₁＞D₂，其螺距P为0.25D₀～0.5D₀，螺旋线升角10～30°，圈数为0.5～1.5圈。

所述的旋流装置为加旋体结构，加旋体内部设有加旋块，所述的加旋体中间为轴向圆形流道，流道直径与锥形喷嘴入口直径相等，加旋块沿轴向圆形流道外环对称切向分布，构成槽型切向流道，且加旋块与直管壁面不内切，加旋块个数为4-8个。

旋流装置作为一种旋转导流结构。当矿浆有压给入入料管，经过旋流装置后，同时获得了轴向速度和切向速度，进入锥形喷嘴。

锥形喷嘴末端与带有进气孔的初始混合管连接，高速射流从喷嘴喷出后，不易扩散，进入初始混合管，卷吸周围的空气，混合管内形成一定负压区，使得空气从进气孔不断进入，同时完成气、液、固掺混。由于经过旋流装置后，再到锥形喷嘴，喷嘴出射的射流已有一定切向速度和轴向速度，形成了低旋度的旋转射流增强射流自身的卷吸作用和掺混作用，对浮选机充气和矿化有利。

初始混合管一端连接有喉管，高速射流经过初始混合管进行初步卷吸和掺混后进入喉管，而喉管的管径比初始混合管径小，含气矿浆射流进入喉管变为窄束流，此时发生强制性的二次卷吸及掺混。由于合理的混合管的长度和直径以及进气口位置，喉管在结构上不会影响到射流的稳定发育，而削弱射流的卷吸能力和掺混作用。

由前期试验可知，进气口的位置会影响到充气搅拌装置的充气效果。基于射流力学分析可知，喷嘴处的射流发育成稳定的流动形态时，将经过几个阶段:起始段、过渡段、主体段。而射流的稳定发育状况对射流的卷吸和掺混起到关键影响。为了不影响射流的稳定发育，经过计算，其与喷嘴间的距离L₀最小为6.2D₂。旋转射流经过初始混合管充分发育后进入喉管，由试验可知，混合管长度对浮选机充气效果有影响，且由于喉管吸入管处收缩的影响，会干扰到射流的发育，影响到射流的稳定，从而影响其卷吸能力。经过计算，混合管直径为D，管长L₁最小为4.38D。

基于试验及数值模拟可知，矩形螺纹槽的结构参数都影响到流体经过时的能耗损失，势必影响到出射时的三维速度强弱。在固定圈数内，升角太高使得流程相对增长，而圈数增加，也会使得流程增加，所以取合适的结构参数。矿浆进入螺旋体，一部分矿浆通过轴向自由流出，一部分矿浆进入矩形螺纹槽，被强制性进行圆柱形螺旋流动，两股流体在锥形喷嘴收缩段汇合，此时在速度形式上由主要的轴向速度和切向速度耦合，喷嘴收缩段又使得切向流动和轴向流动都得到增强,高速喷出后旋转射流。

所述旋流装置为加旋体结构时，所述加旋体内部设有加旋块。加旋体为旋转导流结构，当矿浆有压给入入料管，经过旋流装置后，同时获得了轴向速度和切向速度，进入锥形喷嘴。

加旋块其形状类似弧形块，分隔流体作用，构建槽型切向流道，其体积和个数影响到槽型切向流道从而影响到出射后三维速度强弱。加旋体对入料管矿浆进行分流，一部分是轴向自由流，另一部分由加旋块构成的槽型切向流道提供的切向流，同时在轴向自由流的带动下，切向流得到加强。进入喷嘴收缩段又使得切向流动和轴向流动都得到增强,形成旋转射流。

本发明的有益效果是：由于采用了上述技术方案，结构上安排紧凑，设置合理，在射流式浮选机的充气搅拌装置引进旋转射流，通过旋流装置和锥形喷嘴，强化出射时射流的三维速度，形成低旋度旋转射流，与无旋动射流和单一喷嘴产生的射流相比，射流卷吸能力至少提高32％以上，卷吸能力的提高使得射流能裹挟更多气体，使得其充气效果好，增大充气量，对浮选矿浆的搅拌作用增强，对提高射流式浮选机分选效果有积极的影响。

由于射流从喷嘴出射时自身就具有三维速度，使得在初始混合管内，形成区域更广的负压区，对充气搅拌装置内部气化有重要影响。矿浆由固液两相混合而成，形成射流在混合管内吸入空气，由于射流本身轴向速度较高，破碎周围空气，而切向速度强化了这种作用，使得这种破碎不仅是轴向的破碎，在切向也发生；另外，气化作用使得水变为水蒸汽，形成许多微小气泡，将会有选择的吸附在目的矿物上，增大其浮选过程的疏水性，对进一步提高精矿品味有推动作用。此时混合管内湍流强度也大大增强，气泡与矿粒接触机会增加，强化了紊流矿化。

附图说明

图1旋转射流喷嘴示意图；

图2旋转射流充气搅拌装置示意图；

图3设有螺旋体的旋流装置结构示意图；

图4螺旋体结构示意图；

图5设有加旋体的旋流装置结构示意图；

图6加旋体结构示意图

图7充气搅拌装置示意图；

图2、3、4、5、6、7中：1.入料管，2.旋流装置，2-1.螺旋体，2-2.加旋体，2-21.加旋块，3.锥形喷嘴，4.初始混合管，4-1.进气孔，5.喉管。

具体实施方式

下面结合附图与本发明技术方案进一步说明。

实施例一：参照2、3、4、7示意图，旋转射流充气搅拌装置如附图所示，包括入料管1，螺旋体2-1，锥形喷嘴3，初始混合管4，喉管5，依序同轴安装，其连接方式为螺栓固定连接。螺旋体2-1为带有矩形螺纹槽的圆柱实体，且轴向开有直通圆口，矩形螺纹槽内置固定于直管内，其大径等于入料管直径D₀，小径为d₀，轴向自由通径为D₁，锥形喷嘴直径为D₂，且d₀＞D₁＞D₂，其螺距P为0.25D₀～0.5D₀，螺旋线升角10～30°，圈数为0.5～1.5圈。

工作时，单台给料泵可以同时给入一个或多个旋转射流充气搅拌装置。将制备好的矿浆以0.2Mpa～0.3Mpa的压力给入入料管1，此段为典型的有压管道内的流动。到达螺旋体2-1，一部分矿浆通过轴向自由流出，一部分流体进入矩形螺纹槽，被强制性进行圆柱形螺旋流动，两股流体在锥形喷嘴3收缩段汇合，此时在速度形式上由主要的轴向速度和切向速度耦合，喷嘴收缩段又使得切向流动和轴向流动都得到增强,高速喷出后其轴向速度保持在15-20m/s，切向速度0.5-1.5m/s，形成低旋度旋转射流。射流进入初始混合管4，开始卷吸并切割空气，空气从进气口4-1不断进入，进行剧烈气液固混合，实现初步的紊流矿化。进入喉管5，矿浆流变为窄束流，实现二次强制性紊流矿化，再进入浮选机进行浮选过程。其中，各参数是由处理量决定的但必须满足d₀＞D₁＞D₂。

实施例二：参照2、5、6、7示意图，旋转射流充气搅拌装置如附图所示，包括入料管1，加旋体2-2，锥形喷嘴3，初始混合管4，喉管5，依序同轴安装，其连接方式为螺栓固定连接。加旋体2-2内部设有加旋块2-21。加旋体2-21中间为轴向圆形流道，流道直径与锥形喷嘴3入口直径相等，加旋块2-21沿轴向圆形流道外环对称切向分布，构成槽型切向流道，且加旋块2-21与直管壁面不内切，加旋块个数为4-8个。

工作时，单台给料泵可以同时给入一个或多个旋转射流充气搅拌装置。将制备好的矿浆以0.2Mpa～0.3Mpa的压力给入入料管1，此段为典型的有压管道内的流动。到达加旋体2-2，一部分矿浆通过轴向自由流出，一部分矿浆进入由加旋块构成的槽型切向流道提供切向流道，同时在轴向自由流的带动下，切向流得到加强。进入喷嘴收缩段又使得切向流动和轴向流动都得到增强,形成旋转射流。两股流体在锥形喷嘴3收缩段汇合，此时在速度形式上由主要的轴向速度和切向速度耦合，喷嘴收缩段又使得切向流动和轴向流动都得到增强,高速喷出后旋转射流，其速度保持在16-25m/s，切向速度0.2-0.8m/s，形成低旋度旋转射流。射流进入初始混合管4，开始卷吸积切割空气，空气从进气口4-1不断进入，进行剧烈气液固混合，实现初步的紊流矿化。进入喉管5，矿浆流变为窄束流，实现二次强制性紊流矿化，再进入浮选机进行浮选过程。

Claims (6)

1.一种用于射流式浮选机的旋转射流充气搅拌装置，由入料管(1)、锥形喷嘴(3)组成，所述的入料管(1)直径为D₀，锥形喷嘴(3)直径为D₂；其特征在于：所述的入料管(1)与所述的锥形喷嘴(3)之间设有旋流装置(2)，所述的旋流装置(2)包括螺旋体和加旋体两种旋转导流结构。

2.根据权利要求1所述的旋转射流充气搅拌装置，其特征在于：所述的锥形喷嘴(3)末端与带有进气孔(4-1)的初始混合管(4)连接。

3.根据权利要求2所述的旋转射流充气搅拌装置，其特征在于：所述的初始混合管(4)一端与锥形喷嘴(3)连接，另一端连接有喉管(5)。

4.根据权利要求2所述的旋转射流充气搅拌装置，其特征在于：所述的初始混合管(4)直径为D，长度为L₁，且L₁最小为4.38D；所述进气孔(4-1)与喷嘴间的距离L₀最小为6.2D₂。

5.根据权利要求1所述的旋转射流充气搅拌装置，其特征在于：所述的旋流装置(2)为螺旋体(2-1)结构；所述的螺旋体(2-1)为带有矩形螺纹槽的圆柱实体，且轴向开有直通圆口，螺旋体(2-1)内置固定于直管内，其大径等于入料管(1)直径D₀，小径为d₀，轴向自由通径为D₁，且d₀＞D₁＞D₂，其螺距P为0.25D₀～0.5D₀，螺旋线升角10～30°，圈数为0.5～1.5圈。

6.根据权利要求1所述的旋转射流充气搅拌装置，其特征在于：所述的旋流装置(2)为加旋体(2-2)结构，所述的加旋体(2-2)内部设有加旋块(2-21)；所述的加旋体(2-1)中间为轴向圆形流道，流道直径与锥形喷嘴(3)入口直径相等，加旋块(2-21)沿轴向圆形流道外环对称切向分布，构成槽型切向流道，且加旋块(2-21)与直管壁面不内切，加旋块个数为4-8个。