CN106040442B - 旋流-静态微泡浮选柱梯级强化管流段矿化装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种旋流‑静态微泡浮选柱梯级强化管流段矿化装置，包括管体，其特征是：所述管体分为三个子管段，依次分别为上游管段、中间管段和下游管段；所述上游管段内安装若干个柱形涡流发生器，中间管段内安装若干锥形涡流发生器，下游管段为光管段。柱形涡流发生器为圆柱体或半圆柱体，顶面为斜截椭圆面或斜截半椭圆面，柱形涡流发生器的底面固定在上游管段的内壁上，其圆曲面为迎流面，顶面横向倾斜。本发明装置，结构简单实用，可以显著提高整个管流段的湍流强度，并且会使管流段局部区域的湍流强度分布呈现明显地差异，从而增加不同粒级的微细粒矿物与气泡之间的碰撞概率，提高微细粒矿物回收率。

Description

旋流-静态微泡浮选柱梯级强化管流段矿化装置

技术领域

本发明涉及一种旋流-静态微泡浮选柱的管流段浮选装置，具体说是一种旋流-静态微泡浮选柱梯级强化管流段矿化装置，属于矿物加工技术领域。

背景技术

现有技术中，旋流-静态微泡浮选柱，主要用于煤炭、有色金属和非有色金属的浮选，主要针对细粒及微粒矿物的浮选。它的主体结构包括浮选柱分选段（或称柱分离段装置），旋流段（或称旋流分离段）、气泡发生与管流段（或总称管浮选装置）三部分。所述管流段为浮选柱的气泡发生器下游至旋流段进口端的管路。整个浮选柱为一柱体，其原理如图1所示。柱分离段（柱浮选）11位于整个柱体上部；旋流分离段12采用柱锥相连的水介质旋流器结构，并与柱分离段呈上、下结构的直通连接。从旋流分选角度，柱分离段相当于放大了的旋流器溢流管。在柱分离段的顶部，设置了喷淋水管和泡沫精矿收集糟；给矿点位于柱分离段中上部，最终尾矿13由旋流分离段底口排出。气泡发生器14与浮选管段直接相连成一体，单独布置在浮选柱柱体体外；其出流沿切向方向与旋流分离段柱体相连，相当于旋流器的切线给料管。气泡发生器上设导气管。管浮选装置15包括气泡发生器与管浮选段两部分。气泡发生器是浮选柱的关键部件，它采用类似于射流泵的内部结构，具有依靠射流负压自身引入气体并把气体粉碎成气泡的双重作用（又称自吸式微泡发生器）。在旋流静态微泡浮选柱内，气泡发生器的工作介质为循环的中矿。经过加压的循环矿浆进入气泡发生器，引入气体并形成含有大量微细气泡的气、固、液三相体系。含有气泡的三相体系在浮选管段内高度紊流矿化，然后仍保持较高能量状态沿切向高速进入旋流分离段。这样，管浮选装置在完成浮选充气（自吸式微泡发生器）与高度紊流矿化（浮选管段）功能的同时，又以切向入料的方式在浮选柱底部形成了旋流力场。管浮选装置为整个浮选柱的各类分选提供了能量来源，并基本上决定了浮选柱的能量状态。

该旋流-静态微泡浮选柱集逆流、旋流与管流三种矿化方式于一体，在微细粒矿物分选领域得到广泛地应用。柱式浮选单元用于对矿物进行预选，可浮性好的矿物会优先浮选，得到高质量的精矿。旋流段分选单元对中矿进行进一步分选，得到合格尾矿。管流段中的多相流体以较高能量状态沿切向高速进入旋流分离段，用于旋流分离的进一步分离并沿切向与旋流分离相连形成循环。管流分选环境有利于强化细粒级煤粒（-45μm）的回收；逆流分选环境对于粗粒级煤粒（+250μm）的回收效果较好。而旋流分选优势介于两者之间，对于中间粒级煤粒（45-250μm）的回收效果较好。

管流段是旋流-静态微泡浮选柱浮选过程中难选的细粒矿物与气泡碰撞和粘附的主要场所，该区域的湍流强度决定着微细粒矿物的矿化效果，并最终关系着微细粒矿物的回收率。目前，实践中所采用的管流段结构为光管，湍流强度不是很理想，而且整个管流段中的湍流强度分布较为均匀，只能适配部分粒级矿物所需要的湍流强度，从而会导致大量已经单体解离的微细矿物颗粒损失在尾矿中。

当前，提高管流段湍流强度目前主要采用两种方法:一是，延长管流段长度。二是，使用U型管流段。然而这两种方法对于湍流强度的增加并不显著，整个管流段湍流强度难以实现差异化以适配矿物中不同粒级范围矿物颗粒所需要的湍流程度。除此之外，U型管流段容易造成管流段严重地磨损，而延长管流段会使相应的浮选柱柱段高度增加，从而会增加设备成本，降低经济效益。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出了一种旋流-静态微泡浮选柱梯级强化管流段矿化装置，其结构简单实用，可以显著提高整个管流段的湍流强度，并且会使管流段局部区域的湍流强度分布呈现明显地差异，从而增加不同粒级的微细粒矿物与气泡之间的碰撞概率，提高微细粒矿物回收率。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：旋流-静态微泡浮选柱梯级强化管流段矿化装置，包括管体，其特征是：所述管体分为三个子管段，依次分别为上游管段、中间管段和下游管段；所述上游管段内安装若干个柱形涡流发生器，中间管段内安装若干锥形涡流发生器，下游管段为光管段。

涡流发生器安装在管段内能在每个涡流发生器后形成一对流向涡，流向涡能强化管流中的湍流强度，能显著提高管流中的湍流动能与湍流耗散率，从而能显著促进气泡-颗粒碰撞，使矿化效果得到强化。

优选的，在所述上游管段内至少安装五排柱形涡流发生器，相邻两排柱形涡流发生器的位置交错布置；在中间管段内至少安装一排锥形涡流发生器，相邻两排锥形涡流发生器对齐布置。

优选的，沿着流动方向，上游管段长度是中间管段长度的1.2～1.5倍。

优选的，柱形涡流发生器为圆柱体或半圆柱体，顶面为斜截椭圆面或斜截半椭圆面，柱形涡流发生器的底面固定在上游管段的内壁上，其圆曲面为迎流面（迎着矿浆流动的来向），顶面横向倾斜。

所述锥形涡流发生器为三棱锥结构，一个锥面迎着矿浆流动方向，为迎流面，锥形涡流发生器的底面与中间管段的内壁相连。优选的锥形涡流发生器为直角三棱锥，两个斜棱同在的斜面为迎流面。

进一步的，柱形涡流发生器在径向的高度H为管段内径的0.2，锥形涡流发生器在径向上的高度h为管段内径的0.1。柱形涡流发生器的椭圆截面长轴的长度与上游管段内径之比为0.2~0.4，锥形涡流发生器与管段相连接的底面最长边的尺寸与管段内径之比为0.2~0.4。

进一步的，柱形涡流发生器的斜面与管段的轴线的夹角在15°～20°。锥形涡流发生器的斜面为迎流面，斜面与管段的轴线的夹角为40°～ 60°。

优选的，上游管段内部每排安装四个柱形涡流发生器， 四个柱形涡流发生器均匀地布置。中间管段内部安排四个锥形涡流发生器，四个锥形涡流发生器均匀地布置，相邻两排之间对齐布置。

柱形涡流发生器与锥形涡流发生器可以改变管流段内部的流场，涡流发生器具有生涡作用，柱形涡流发生器的生涡效果强于锥形涡流发生器，错开布置相较于对齐布置有利于流向涡的发展。流向涡会周期性脱落，从而在管流段内部形成脉动流，管流段湍流强度得到增强，由于三个管段内部结构的不同，湍流强度也会有不同程度的增强，沿流动方向的三个管段湍流强度依次减弱。三个分别具有不同水平湍流强度的管段是不同粒级矿物颗粒的矿化发生的主要场所，即上游管段是矿浆中较细粒级的矿物颗粒发生矿化的主要场所，下游管段是较粗粒级的矿物颗粒发生矿化的主要场所，中间管段对应中间粒级矿物颗粒的矿化。因此，梯级强化矿物颗粒矿化的目的得以实现，最终，强化了微细粒矿物的回收。

本发明旋流-静态微泡浮选柱梯级强化管流段装置，结构简单实用，可以显著提高整个管流段的湍流强度，并且会使管流段局部区域的湍流强度分布呈现明显地差异，从而增加不同粒级的微细粒矿物与气泡之间的碰撞概率，提高微细粒矿物回收率。

附图说明

图1为现有技术旋流-静态微泡浮选柱结构及工作流程示意图。

图2为本发明旋流-静态微泡浮选柱梯级强化管流段装置剖视图（俯视）。

图3是柱形涡流发生器的立体示意图。

图4是锥形涡流发生器的立体示意图。

图5是图2A-A剖面图。

图6是图2B-B剖面图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图2所示，旋流-静态微泡浮选柱梯级强化管流段矿化装置。其管体分为三个子管段，依次分别为上游管段1、中间管段3和下游管段5。上游管段内安装若干个柱形涡流发生器2，中间管段内安装若干锥形涡流发生器4，下游管段5为光管段。在上游管段内安装了五排柱形涡流发生器（所述的排，就是沿管段的断面的一周，涡流发生器均匀布设），相邻两排柱形涡流发生器的位置前后位置交错布置。在中间管段3内至少安装了两排锥形涡流发生器4，相邻两排锥形涡流发生器前后对齐布置。沿着流动方向，上游管段长度是中间管段长度的1.2～1.5倍。如图3所示，柱形涡流发生器为半圆柱体，顶面为斜截半椭圆面，柱形涡流发生器的底面固定在上游管段的内壁上，其圆曲面为迎流面（迎着矿浆流动的来向），顶面横向倾斜。如图4所示，锥形涡流发生器为三棱锥结构，一个锥面迎着矿浆流动方向，为迎流面，锥形涡流发生器的底面与中间管段的内壁相连。优选的锥形涡流发生器为直角三棱锥，两个斜棱同在的斜面为迎流面。

进一步的，柱形涡流发生器在径向的高度H为管段内径的0.2，锥形涡流发生器在径向上的高度h为管段内径的0.1。柱形涡流发生器的椭圆截面长轴的长度与上游管段内径之比为0.2~0.4，锥形涡流发生器与管段相连接的底面最长边的尺寸与管段内径之比为0.2~0.4。柱形涡流发生器的斜面与管段的轴线的夹角在15°～20°。锥形涡流发生器的斜面为迎流面，斜面与管段的轴线的夹角为40°～ 60°。

优选的，上游管段内部每排安装四个柱形涡流发生器， 四个柱形涡流发生器均匀地布置。中间管段内部安排四个锥形涡流发生器，四个锥形涡流发生器均匀地布置，相邻两排之间对齐布置。

涡流发生器安装在管段内能在每个涡流发生器后形成一对流向涡，流向涡能强化管流中的湍流强度，能显著提高管流中的湍流动能与湍流耗散率，从而能显著促进气泡-颗粒碰撞，使矿化效果得到强化。柱形涡流发生器与锥形涡流发生器可以改变管流段内部的流场，涡流发生器具有生涡作用，柱形涡流发生器的生涡效果强于锥形涡流发生器，错开布置相较于对齐布置有利于流向涡的发展。流向涡会周期性脱落，从而在管流段内部形成脉动流，管流段湍流强度得到增强，由于三个管段内部结构的不同，湍流强度也会有不同程度的增强，沿流动方向的三个管段湍流强度依次减弱。三个分别具有不同水平湍流强度的管段是不同粒级矿物颗粒的矿化发生的主要场所，即上游管段是矿浆中较细粒级的矿物颗粒发生矿化的主要场所，下游管段是较粗粒级的矿物颗粒发生矿化的主要场所，中间管段对应中间粒级矿物颗粒的矿化。因此，梯级强化矿物颗粒矿化的目的得以实现，最终，强化了微细粒矿物的回收。

Claims (7)

1.一种旋流-静态微泡浮选柱梯级强化管流段矿化装置，包括管体，其特征是：所述管体分为三个子管段，依次分别为上游管段、中间管段和下游管段；所述上游管段内安装若干个柱形涡流发生器，中间管段内安装若干锥形涡流发生器，下游管段为光管段。

2.根据权利要求1所述的旋流-静态微泡浮选柱梯级强化管流段矿化装置，其特征是：在所述上游管段内至少安装五排柱形涡流发生器，相邻两排柱形涡流发生器的位置交错布置；在中间管段内至少安装一排锥形涡流发生器，相邻两排锥形涡流发生器对齐布置。

3.根据权利要求1所述的旋流-静态微泡浮选柱梯级强化管流段矿化装置，其特征是：所述上游管段长度是中间管段长度的1.2～1.5倍。

4.根据权利要求1所述的旋流-静态微泡浮选柱梯级强化管流段矿化装置，其特征是：所述柱形涡流发生器为圆柱体或半圆柱体，顶面为斜截椭圆面或斜截半椭圆面，柱形涡流发生器的底面固定在上游管段的内壁上，其圆曲面为迎流面，顶面横向倾斜。

5.根据权利要求1所述的旋流-静态微泡浮选柱梯级强化管流段矿化装置，其特征是：所述锥形涡流发生器为三棱锥结构，一个锥面迎着矿浆流动方向，为迎流面，锥形涡流发生器的底面与中间管段的内壁相连。

6.根据权利要求5所述的旋流-静态微泡浮选柱梯级强化管流段矿化装置，其特征是：所述锥形涡流发生器为直角三棱锥结构，两个斜棱同在的斜面为迎流面。

7.根据权利要求1所述的旋流-静态微泡浮选柱梯级强化管流段矿化装置，其特征是：上游管段内部每排安装四个柱形涡流发生器， 四个柱形涡流发生器均匀地布置；中间管段内部安排四个锥形涡流发生器，四个锥形涡流发生器均匀地布置。