CN106216107A - 一种处理矿泥的离心选矿机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种处理矿泥的离心选矿机，属于选矿设备技术领域。该离心选矿机包括驱动旋转系统、供水系统、供料系统、分选系统和卸料系统，驱动旋转系统位于离心选矿机中央，作用是产生回转运动，形成离心力场，供水系统的目的是用于提供反冲水，供料系统位于离心选矿机上部，作用是向离心选矿机供料，分选系统布置在旋转平台上，主要核心部件是富集管，富集管分选处理后的物料，经过分料器的分割，形成重砂和尾矿。该离心选矿机结构简单，能够很好的解决现有离心选矿机离心加速度增大，回转流的法向脉动速度也随着增大的问题，有效实现了微细粒矿泥的分选。

Description

一种处理矿泥的离心选矿机
技术领域
本发明涉及选矿设备技术领域，特别是指一种处理矿泥的离心选矿机。
背景技术
重力选矿是依靠不同密度的颗粒在矿浆中所受的重力、浮力、流动水流的拖曳力的不同，进而具有不同的沉降速度，从而实现轻重矿物颗粒有效分离。
对于摇床、溜槽等传统斜面流重力分选设备，主要依靠地球的重力场。由于地球的重力加速度比较小，这类设备存在的主要不足是处理量小，而且矿物颗粒越细，处理量越小。
二十世纪六十年代，科学家在重力选矿过程中引入了回转运动，在离心力场中实现分选作业，进而发明了一系列回转流分选设备。由于回转运动产生的离心力场比地球重力场高几十倍，甚至上万倍，矿物颗粒受到的离心力大大高于重力，因此更容易实现矿物颗粒的高效分离和富集。人们将回转流分选设备称为离心选矿机。
根据有无反冲水，可以将离心选矿机分为两大类。
一类是无反冲水的离心选矿机，比如我国科学家发明的射流式离心选矿机。这类离心选矿机的核心部件是一个水平放置的、空心圆锥台型的转鼓。电机带动转鼓沿着水平轴做回转运动，形成所需要的离心环境。矿浆由给矿嘴给入转鼓内壁，在离心力和矿浆流膜的联合作用下，轻矿物颗粒悬浮在矿浆流膜中，随着流膜移动而移动，从转鼓的大口径端排出进入尾矿仓，形成尾矿。重矿物颗粒沉降到矿浆流膜的底部，粘在转鼓内壁之上，在高压水的冲刷下，重矿物颗粒逆着矿浆向转鼓的小口径端移动，最后从小口径端排出，进入重砂仓，称为重砂。这种离心选矿机，本质上属于薄流膜分选设备，其优点是可以处理回收微细颗粒，其缺点是处理量很小，一般只有几吨/小时。
另一类是带反冲水的离心选矿机，代表性设备有尼尔森离心选矿机和水套式离心选矿机。这类离心选矿机的特点是，圆锥形的富集锥内壁设有若干条环形富集槽，富集槽底部设有反冲水孔。富集锥外侧是旋转桶，富集锥和旋转桶之间形成环状水腔。反冲水经过旋转连接器、空心传动轴进入水腔，然后从反冲水孔喷入富集槽内，使富集槽内的物料呈现流态化，避免形成死料层。浆状物料从富集锥的上部给入，经过分料盘加速，沿着富集锥内壁爬升，重矿物颗粒进入富集槽，轻矿物颗粒从富集锥上口排出。富集槽内的物料和反冲水，沿着富集槽形成厚水层回转流，随着不断给料，重矿物颗粒汇集在富集槽中，形成重砂。
带反冲水的离心选矿机，本质上属于厚水层回转流(首尾相连的斜面流)分选设备，其优点是处理量大，可以达到几十到几百吨/小时，其缺点是不能回收处理微细颗粒。
根据实践，带反冲水的离心选矿机可以回收颗粒金的下限是20微米。20微米颗粒金在地球重力场的沉降速度约为0.34cm/s。根据公式，沉降速度与加速度的平方根成正比，60G的离心加速度条件下，20微米颗粒金的沉降速度约为那么水流平均速度Umean约为(17-20)×2.63＝44.7-52.6cm/s时，水流的法向脉动速度Uim就达到2.63cm/s。
30寸带反冲水的离心选矿机，60G的离心加速度下，转速约为6rps，富集槽底部的线速度约为456cm/s。富集槽和槽内物料的回转速度差只要达到15％，其线速度差为68cm/s，已经大于20微米颗粒金在60G离心加速度下悬浮起来的水流速度了。
如果将离心加速度增大到90G，转速约为7.7rps，富集槽底部的线速度约为585cm/s。90G的离心加速度条件下，20微米颗粒金的沉降速度约为那么水流的平均速度Umean约为(17-20)×3.22＝54.7-64.4cm/s时，水流的法向脉动速度Uim就达到3.22cm/s。
如果富集槽和槽内物料的回转速度差为15％，其线速度差为87cm/s，已经大于20微米颗粒金在90G离心加速度下悬浮起来的水流速度了。
生产实践和理论分析已经证明，带反冲水的离心选矿机不能回收微细颗粒中的重矿物，无论转速是高是低，离心加速度是大是小，反冲水量是大是小，富集槽内的物料与富集槽之间的相对速度都远大于细颗粒重矿物悬浮所需要的最小速度，细颗粒重矿物不能沉淀在富集槽内。
发明内容
本发明为解决回转流离心选矿机存在的离心加速度增大，回转流的法向脉动速度也随着增大的问题，提供一种处理矿泥的离心选矿机。
该离心选矿机包括驱动旋转系统、供水系统、供料系统、分选系统和卸料系统，驱动旋转系统位于离心选矿机中央，作用是产生回转运动，形成离心力场，包括电动机、传动带、空心传动轴、上轴承、下轴承和旋转平台；供水系统的目的是用于提供反冲水，包括管道、阀门、水旋转连接器、空心传动轴、水腔和反冲水孔；供料系统位于离心选矿机上部，作用是向离心选矿机供料，而且是可控供料，包括砂泵、浆料旋转连接器、受料器；分选系统布置在旋转平台上，主要核心部件是富集管，富集管是由内管和外管构成的套筒结构，内管和外管之间形成的封闭的环形空腔是反冲水腔，内管上面设有反冲水孔，富集管包括给料段，分选段和卸料段三部分，给料段的一端与受料器相连相通。卸料系统包括分料器、重砂排出管、尾矿排出管，富集管分选处理后的物料，经过分料器的分割，形成重砂和尾矿，重砂通过重砂排出管进入重砂仓，尾矿通过尾矿排出管进入尾矿仓。通过调节分料器的位置，可以改变重砂和尾矿的产出比例。
其中，砂泵连接浆料旋转连接器，浆料旋转连接器与受料器相连；旋转平台安装在空心传动轴上，空心传动轴上安装上轴承和下轴承，电动机通过传动带驱动空心传动轴；空心传动轴下端连接水旋转连接器，水旋转连接器下端的管道上安装阀门；富集管横断面为圆形、矩形或两者的复合形。
本发明的工作原理如下：
驱动旋转系统的电动机通过传动带和空心传动轴，驱动旋转平台形成回转运动，产生离心力场。调节电动机转速，或者改变传动带的主动轮和从动轮的大小，可以改变旋转平台的转速，进而改变离心力场的离心加速度。
富集管需要的反冲水通过水管、阀门、水旋转连接器、空心传动轴进入水腔。调节阀门的开启度可以改变反冲水流量的大小。水旋转连接器的作用是连接静止的水管和旋转的空心传动轴，将反冲水从静止的管道引入旋转的管道中。
供料系统可以实现离心选矿机供料的可控性。矿浆经过砂泵加压、经过浆料旋转连接器给入受料器。调节砂泵的转速，可以改变砂泵的流量，进而改变矿浆在富集管内的流速，也就改变了矿浆流的法向脉动速度，也就改变了离心选矿机可以回收的下限颗粒粒度。浆料旋转连接器的作用是连接静止的管道和旋转的管道，将矿浆从静止的管道引入旋转的管道中。
分选系统是本发明的核心。受料器中的矿浆，在离心力和砂泵压力的共同作用下，进入富集管。在离心力、反冲水和法向脉动速度的共同作用下，一定粒径的重矿物颗粒沉淀、汇集在富集管的外侧底部，轻矿物颗粒悬浮在富集管内侧，从而实现分选。
富集管分选处理后的物料进入卸料段，经过分料器的分割，形成重砂和尾矿。通过调节分料器的位置，可以改变重砂和尾矿的产出比例。重砂通过重砂排出管进入重砂仓，尾矿通过尾矿排出管进入尾矿仓。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
本发明的离心选矿机结构简单，能够很好的解决现有离心选矿机离心加速度增大，回转流的法向脉动速度也随着增大的问题，有效实现了微细粒矿泥的分选。
附图说明
图1为本发明的处理矿泥的离心选矿机结构示意图；
图2为本发明的处理矿泥的离心选矿机俯视图；
图3为本发明的处理矿泥的离心选矿机分选系统结构示意图；
图4为本发明的处理矿泥的离心选矿机卸料系统结构示意图一；
图5为本发明的处理矿泥的离心选矿机卸料系统结构示意图二；
图6为本发明的处理矿泥的离心选矿机富集管示意图一；
图7为本发明的处理矿泥的离心选矿机富集管示意图二；
图8为本发明的处理矿泥的离心选矿机富集管示意图三；
图9为本发明的处理矿泥的离心选矿机富集管分选原理示意图。
其中：1-砂泵；2-浆料旋转连接器；3-分料器；4-富集管；5-旋转平台；6-受料器；7-上轴承；8-下轴承；9-电动机；10-传动带；11-空心传动轴；12-水旋转连接器；13-阀门；14-重砂仓；15-尾矿仓；16-重砂排出管；17-尾矿排出管；21-给料段；22-分选段；23-卸料段；41-外管；42-内管；43-反冲水孔；44-水腔。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明针对现有的离心选矿机的离心加速度增大，回转流的法向脉动速度也随着增大的问题，提供一种离心选矿机。
如图1和图2所示，该离心选矿机中，砂泵1连接浆料旋转连接器2，浆料旋转连接器2与受料器6相连，旋转平台5安装在空心传动轴11上，空心传动轴11上安装上轴承7和下轴承8，电动机9通过传动带10驱动空心传动轴11；空心传动轴11下端连接水旋转连接器12，水旋转连接器12下端的管道上安装阀门13；如图3、图6、图7和图8所示，富集管4由外管41和内管42构成，外管41和内管42之间形成水腔44，内管42上面设有反冲水孔44，富集管4按照物料流动方向依次分为给料段21、分选段22和卸料段23，给料段21与受料器6相连，富集管4横断面为圆形、矩形或两者的复合形；如图4和图5所示，分料器3前端连接富集管4，分料器3后端同时连接重砂排出管16和尾矿排出管17，重砂排出管16将重砂排至重砂仓14，尾矿排出管17将尾矿排至尾矿仓15。
根据流体力学理论，当水流以紊流状态流动时，在法向方向(与水流流动方向垂直的方向)存在脉动现象。法向脉动速度Uim大约等于水流平均水流Umea的1/21到1/17。
根据重力选矿理论，固体颗粒在水中的沉降速度V0与颗粒的粒径d、加速度α的平方根成正比。也就是说，对于特定粒径的固体颗粒、在一定工况条件下，加速度α越大，沉降速度V0也越大。
如果法向脉动速度Uim等于粒径为d的固体颗粒的沉降速度V0，那么矿浆中粒径大于d的固体颗粒就会从矿浆中沉淀下来，成为重砂；矿浆中粒径小于d的固体颗粒就会悬浮在矿浆中，随着矿浆一起排走，成为尾矿。
对于回转流离心选矿机，回转运动提供了足够大的离心加速度，使得固体颗粒的沉降速度增加，但是回转流的相对速度(富集槽和槽内物料的相对速度)也增加了，产生的法向脉动速度也增加了。因此不能通过增大回转速度(增大离心加速度)的方式，降低离心选矿机的回收颗粒粒径的下限。本发明的离心选矿机则能够很好克服上述问题。
如图9所示，在富集管中，颗粒物受到的作用力有离心力F1、流动摩擦力F2、法向脉动水流产生拖曳力F3和可以忽略不计的重力F4。离心力F1的大小与离心加速度和旋转半径有关。流动摩擦力F2和法向脉动水流的拖曳力F3只与富集管内矿浆的流动速度有关。控制砂泵的流量和反冲水流量就可以方便地改变矿浆的流动速度，进而改变流动摩擦力F2和法向脉动水流的拖曳力F3的大小，进而改变离心选矿机可以回收的下限颗粒粒度。
在富集管的给料段，离心力F1和流动摩擦力F2方向一致，沿着径向，从中心指向边缘。颗粒物在离心力F1和流动摩擦力F2共同作用下，从旋转平台中心的受料器进入富集管的给料段。
在富集管的分选段，离心力F1的方向保持不变，沿着径向，从中心指向边缘，使颗粒物有向富集管外侧底部沉淀的趋势。流动摩擦力F2的方向变成切向方向，推动颗粒物沿着圆周方向移动。法向脉动水流的拖曳力F3，其大小不确定，其方向与富集管内矿浆流动方向垂直，具有使沉淀下来的颗粒物重新悬浮起来，再次进入矿浆的作用倾向。如果颗粒物所受的离心力F1大于法向脉动水流的拖曳力F3，颗粒物就会沉积在在富集管外侧底部，成为重砂。如果颗粒物所受的离心力F1小于法向脉动水流的拖曳力F3，颗粒物就会悬浮在矿浆中，形成为尾矿。
在富集管的卸料段，离心力F1和流动摩擦力F2方向一致，沿着径向，从中心指向边缘。经过富集管分选的物料进入卸料段后，在分料器的控制下，富集管外侧底部的重砂部分排入重砂仓，其余部分排入尾矿仓。
在这种离心选矿机的结构设计中，颗粒物所承受的离心力F1是通过旋转平台的回转运动产生的。对分选过程有至关重要的法向脉动速度是通过反冲水流量和砂泵供应的矿浆流量控制的，与旋转平台的回转运动无关。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种处理矿泥的离心选矿机，其特征在于：包括电动机(9)、传动带(10)、空心传动轴(11)、上轴承(7)、下轴承(8)、旋转平台(5)、管道、阀门(13)、水旋转连接器(12)、水腔(44)、反冲水孔(43)、砂泵(1)、浆料旋转连接器(2)、受料器(6)、富集管(4)、分料器(3)、重砂排出管(16)和尾矿排出管(17)，砂泵(1)、浆料旋转连接器(2)和受料器(6)构成供料系统，位于离心选矿机上部，砂泵(1)连接浆料旋转连接器(2)，浆料旋转连接器(2)与受料器(6)相连；电动机(9)、传动带(10)、空心传动轴(11)、上轴承(7)、下轴承(8)和旋转平台(5)构成驱动旋转系统，位于离心选矿机中央，旋转平台(5)安装在空心传动轴(11)上，空心传动轴(11)上安装上轴承(7)和下轴承(8)，电动机(9)通过传动带(10)驱动空心传动轴(11)；管道、阀门(13)、水旋转连接器(12)、空心传动轴(11)、水腔(44)和反冲水孔(43)构成供水系统，空心传动轴(11)下端连接水旋转连接器(12)，水旋转连接器(12)下端的管道上安装阀门(13)；富集管(4)由外管(41)和内管(42)构成，外管(41)和内管(42)之间形成水腔(44)，内管(42)上面设有反冲水孔(44)；分料器(3)、重砂排出管(16)、尾矿排出管(17)构成卸料系统，分料器(3)前端连接富集管(4)，分料器(3)后端同时连接重砂排出管(16)和尾矿排出管(17)。
2.根据权利要求1所述的处理矿泥的离心选矿机，其特征在于：所述富集管(4)按照物料流动方向依次分为给料段(21)、分选段(22)和卸料段(23)，给料段(21)与受料器(6)相连。
3.根据权利要求1所述的处理矿泥的离心选矿机，其特征在于：所述重砂排出管(16)将重砂排至重砂仓(14)，尾矿排出管(17)将尾矿排至尾矿仓(15)。
4.根据权利要求1所述的处理矿泥的离心选矿机，其特征在于：所述分料器(3)活动设置。
5.根据权利要求1所述的处理矿泥的离心选矿机，其特征在于：所述富集管(4)横断面为圆形、矩形或两者的复合形。
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