CN107073419A - 混合装置及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于在液体中混合颗粒的混合装置及其应用。混合装置包括具有底部(2)和基本上竖直的侧壁(3)的槽(1)、以及搅拌器件(4)，搅拌器件包括在槽(1)中竖直地定位且位于中心处的旋转轴杆(5)、布置在旋转轴杆(5)的端部处且位于底部(2)的上方一定高度处的叶轮(6)，叶轮(6)是向下泵送的轴流式或混流式叶轮。底部(2)配置有包括交替的连贯脊部(8)和凹部(9)的波纹状结构(7)，脊部(8)和凹部(9)相对于底部(2)的中心径向地延伸，由此凹部(9)将混合功率集中并且引导到底部(2)附近，以便引导液体流动并且增大底部(2)附近处的流速。

Description

混合装置及其应用

技术领域

本发明涉及一种用于将颗粒混合在液体中的混合装置。本发明还涉及混合装置的应用。

背景技术

使用混合装置来使固体颗粒悬浮在液体中是许多工业行业中的常见工艺步骤。通常，混合装置包括槽，所述槽是具有平坦底部或凹状底部的圆筒体。混合装置还包括具有轴杆和叶轮的搅拌器，轴杆从槽的顶部向下延伸，叶轮在槽的底部附近处安装在轴杆的端部上。叶轮通常定位在底部上方的槽中心处，并且叶轮的旋转在被混合的液体中形成移动。根据应用，可以使用轴流式或径流式泵送叶轮或混流式叶轮。混合槽还包含导流板，导流板旨在于引导液体在所需的方向上流动以及减少涡流。

在设计用于使固体悬浮在液体中的混合装置时，需要考虑多个因素。首先，通常均匀的悬浮液是理想的，这意味着混合应当足够有效，以避免固体积聚在槽的底部处，通常积聚以在槽底部的边缘循环的细流(fillet)的形式发生。另一方面，该过程的能耗随着叶轮的速度以及叶轮叶片的混合效力的增大而增大。此外，更快的叶轮速度增大了液体中的剪切力，因而在一些应用中可能导致不合需要的颗粒破坏。

虽然叶轮设计已经在增大混合效率方面引起了研究兴趣，但是槽底部的效果仅获得了相当少的关注。Chudacek于1985年(Chudacek,M.W.Solids Suspension Behavior inProfiled Bottom and Flat Bottom Mixing Tanks,Chem.Eng.Sci.,40:385-392)推荐了一种称为“锥体和细流”底部设计，以便相对于平坦底部的槽设计提高悬浮效率。在Chudacek建议的设计中，叶轮位于平坦槽底部的中心的上方，正圆锥体置于叶轮的下方，使得叶轮的旋转轴线和锥体的顶点竖直对齐。斜细流设置成沿着槽的底部行进。

湿法冶金通常指的是金属的水成工艺。湿法冶金用于从矿石中获取金属，因而对于采矿业而言很重要。特别是在浸取阶段，呈颗粒状的矿石与浸取溶液混合以保持颗粒悬浮在浸取溶液中，并且使矿石和液体之间的接触最大化，以进行有效的金属提取。矿石颗粒通常较重并且需要有效的搅拌以避免沉淀。目前，在湿法冶金的要求严格的应用中使用的混合装置通常具有凹状底部，凹状底部比平坦底部更有效地发挥功能，但是建造的结构相当昂贵。此外，为了改善投资收益和产业的环境相容性，降低能耗和工艺优化是采矿行业中的持续目标。发明人已经认识到需要改善混合效率，同时保持能耗和设备上的应变尽可能地小。

发明目的

本发明的目的是提供一种改进的混合装置，混合装置的槽底部设计改善了混合效率，而不增大叶轮速度。

发明内容

根据本发明的混合装置的特征在于权利要求1中所述的内容。

根据本发明的混合装置的应用的特征在于权利要求20中所述的内容。

根据一个方面，提供了一种混合装置。用于将颗粒混合在液体中的混合装置包括槽，槽具有底部和基本上竖直的侧壁。混合装置还包括搅拌器件，搅拌器件具有在槽内竖直定位并且位于中心处的旋转轴杆、以及设置在旋转轴杆的端部处并且位于底部上方一定高度处的叶轮，叶轮是向下泵送的轴流式或混流式叶轮。槽的底部配置有波纹状结构，波纹状结构包括交替的连贯脊部和凹部，该脊部和凹部相对于底部的中心径向地延伸。凹部集中并且引导混合功率靠近底部，以便引导液体流动并且增大液体流动的速度。该波纹状结构同时将轴流式叶轮产生的向下流动平稳地转向朝上并且引导流动。这增大了槽底部附近以及向上流动方向上的液体流速。本文中，向下泵送的叶轮指的是产生至少一些朝向槽底部的流动的叶轮。向下泵送的叶轮可以是轴流式叶轮，这意味着基本上所有的流动朝向底部产生。作为替代，向下泵送的叶轮可以是混流式叶轮，其产生朝向多个方向的流动，只要一些流动朝向槽的底部即可。

在另一方面中，根据本发明的混合装置用于在液体中混合颗粒。本文中，液体中的颗粒指的是浆料、弥散相、淤泥或类似成分，其中具有至少两个相，所述至少两个相中的至少一个相是液体并且至少一个相是固体或半固体。通常，颗粒以及颗粒散布于其中的液体之间的密度差使得颗粒具有下沉的趋势。液体和悬浮于其中的颗粒可以是类型相差很大的液体和颗粒。在当速度比预期应用所需的速度更快时颗粒趋于沉淀至容器底部的所有情况中，本发明的优点是显而易见的。

本文中，交替的连贯脊部和凹部指的是其中波纹状结构的一些部分高于另一些部分的型式。脊部和凹部应当理解为描述了固有地具有一定长度和一定高度差的结构。脊部和凹部作为结构不能彼此分开，因为凹部的侧部可以同时被看作是脊部的侧部。

在一个实施例中，槽是圆筒体或直棱柱。槽的整体形状通常是圆筒形，从材料消耗和与槽的液体静压力相关的强度需求的角度来看，圆筒形是最有利的形式。作为替代，槽可以呈具有多边形横截面(例如，八边形)的直棱柱的形状。这种槽形状可以帮助安装波纹状结构，因为不存在需要装配在彼此之上的弓形部分。在棱柱形槽的情况下，壁可以由例如通过焊接而彼此附接的直板形成。作为替代，壁可以由一个或多个弯曲板形成。

底部是槽的最下部部分，并且在底部的整体方向上基本是水平的。在一个实施例中，波纹状结构是底部的集成部件、底部上的分离部件或者形成底部。关于如何制备槽底部，存在多种替代方案。适当方法的选择取决于槽尺寸以及设计混合装置的方法。可以分开地构建底部和波纹状结构、但将它们彼此附接，使得波纹状结构形成底部的集成部件。同样可以使得各部分分离或者可分离。在一些应用中，或许能够在槽底部上配备波纹状结构，使得各部分不可区分。一个简单的替代方案是在带平坦底部的混合槽底部上安装所需数量的形成脊部的压制件。作为替代，例如可以将包含波纹状结构的单个压制件安装在带平坦底部的混合槽底部上。

根据本发明的波纹状结构可以安装在预造的槽中，该槽可以已经被投入使用。槽可以具有平坦的底部。波纹状结构也可以在槽的制备期间引入到槽中。

根据特定应用，槽可以具有入口、出口、排出管、盖和/或其它设备。它们的设计是本领域技术人员可胜任的。

在一个实施例中，混合装置由金属(例如钢或钛)、纤维增强塑料(例如玻璃纤维)或其组合制成。槽通常由钢制成。混合装置的所有金属部件可以覆有其它材料，例如橡胶、纤维增强塑料或其它组合。在一些应用中，可能有利的是构建钢制槽、并且在槽底部上安装波纹状结构作为由另一种材料制成的分离零件，或者反之亦然。

搅拌器件包括由发动机驱动的轴杆和附接至轴杆端头上或端头附近的叶轮，本领域中已知多种类型的轴杆。叶轮旋转以移动槽内的液体，并且因而使固体悬浮在液体中。叶轮是向下泵送的轴流式或混流式叶轮。在一个实施例中，叶轮是水翼叶轮、螺旋桨或者倾斜叶片式涡轮。搅拌器件的材料和其它特定特征(例如，搅拌器件的叶片尺寸、攻角和转速)可以由本领域技术人员根据各个应用而确定。搅拌器件与导流板一同发挥作用，以便形成充分的液体移动并且引导液体，从而使固体悬浮。在一个实施例中，槽包括基本在脊部的最高点的上方处安装到侧壁上的至少一个竖直导流板，以用于引导待混合的液体流。通常，在波纹状结构的每个脊部的上方均具有导流板。导流板无需与脊部的最高点精确地对准，只要导流板充分地引导液体流即可。针对不同应用的导流板的专有设计属于本领域技术人员知晓的内容。

在一个实施例中，波纹状结构包括至少两个脊部和对应数量的凹部，优选为至少四个脊部和对应数量的凹部。脊部和凹部的数量可以从由2个开始至达到12个的范围内选择。在典型的情况下，在槽的底部处具有四个脊部和四个对应的凹部。尤其是在大的槽中，结构的尺寸增大，从而可能更可行的是构建更多并且因而略小的脊部和凹部。可以具有偶数或奇数个数的脊部和凹部。通常，脊部和凹部设置成相对于彼此径向对称。在一些应用中，偏离径向对称可能是有利的。然而，脊部和相应的凹部相对于槽底部径向延伸意味着它们沿着槽底部的半径放置。这个特征不受脊部和相应的凹部是否相对于彼此设置成径向对称的影响。通常，当从上方来看时，脊部和相应的凹部是直的。

脊部和凹部的长度和宽度可以改变，只要它们充分地集中混合功率即可。在一个实施例中，每个脊部和凹部的长度至少是底部半径的2/3。在一个实施例中，脊部和凹部中的至少一个在底部的中心和侧壁之间延伸整个长度。根据应用，充分集中混合功率所需的必须长度发生改变。在一些应用中，半径长度的2/3是足够的，但是在其它应用中，可能需要脊部和凹部在半径的整个长度上延伸。通常所有的脊部和凹部具有相等的长度，但是这并非必须的。可行的是脊部和凹部中的一个或一些比其它脊部和凹部更长。在更典型的情况中，所有的脊部和凹部在底部中心和侧壁之间延伸整个长度。

在一个实施例中，脊部和凹部从侧壁延伸至底部中心的方向上。在典型的情况中，脊部和凹部终止于槽的侧壁处。如上所述，脊部和凹部的长度可以改变，并且当它们接触侧壁时，它们并非必须在朝向槽的中心的整个路径上延伸以实现其功能。

本文中，凹部的底面或凹部底面指的是凹部的最下部部分。在相邻脊部在凹部的底面处会合的情况下，凹部的底面会非常窄。作为替代，在相邻脊部之间存在一定距离的情况下，可以具有平坦或凹入(U形)的凹部底面。凹部底面的宽度沿着凹部在不同的位置处可以变化。

在一个实施例中，至少一个凹部的底面在整个长度上是水平的。在另一实施例中，至少一个凹部的底面在凹部的方向中与水平方向呈一定角度。在典型的情况下，波纹状结构中的所有凹部具有类似的形状，但是根据本发明，这并非混合装置行使功能所必须的。在凹部底面水平的情况下，凹部底面可以处于与槽底部相同的水平面上、或者凹部底面可以抬高。针对每个应用的槽结构的实际方面决定了何为其最佳相对位置，并且这种评估处于本领域技术人员的能力范围内。

在一些情况下，脊部在其整个长度上具有恒定的高度。在一个实施例中，脊部的高度是底部半径的0.1-1倍，优选是底部半径的0.35倍。从脊部的顶部至凹部底面的最低点测量脊部的高度。然而，在槽底部和凹部底面的最低点基本处于同一水平面的情况下，槽底部和凹部底面的最低点中的任一个可以用于测量脊部的高度。本文中，脊部的顶部指的是脊部的横截面的最高点。

在一个实施例中，当从侧壁朝向槽底部的中心移动时，至少一个脊部的高度下降。在典型的情况下，当从侧壁朝向槽底部的中心移动时，所有脊部的高度下降，但是根据本发明，这并非波纹状结构行使功能所必须的。在一个实施例中，脊部的最高点所处的高度是槽底部的半径的0.1-1倍，优选是槽底部的半径的0.35倍。在脊部的终止点处，脊部的高度可以从该值减少至零、或者脊部的高度高于凹部底面的最低点。脊部的最低点、即脊部的顶部最接近凹部底面处的点可以位于槽的中心处或者与所述中心具有一定距离。从脊部的最高点至凹部底面的最低点测量脊部的高度。然而，在槽底部和凹部底面的最低点基本处于同一水平面的情况下，槽底部和凹部底面的最低点中的任一个可以用于测量脊部的高度。此外，如果凹部底面在凹部的方向上与水平方向呈一定角度，作为替代，可以从凹部底面的最高点测得高度。这是为了确定对液体的充分引导效率，因为呈角度的凹部底面可能有利于引导液体流动，但是在这些情况下，脊部也明显有助于引导效率。因而，重要的是，同样当凹部底面处于一定角度时，脊部的充分高度至少为底部半径的0.1倍，优选为底部半径的0.35倍。通常，凹部的底面平行于脊部的顶部地倾斜。

在一个实施例中，脊部的高度减少，使得脊部的径向轮廓为直线、凸出曲线或凹入曲线或者具有一个或两个弯曲部的线。这意味着脊部的顶部可以形成在脊部的长度上笔直的、弯曲的或具有一个或多个弯曲部的斜坡。在一个实施例中，当从侧壁朝向槽中心的方向来看时，每个脊部的横截面是三角形、具有至少一个凹入侧部的三角形、具有至少一个凸出侧部的三角形、具有倒圆尖端的三角形、半圆形、弧形或其组合。通常，横截面左右对称，从而脊部的两侧具有相同的形状。脊部的顶部是尖的，但是倒圆顶部也是可行的。此外，通常槽内的所有脊部具有相同的形状，然而这并非必须的。脊部的形状也反映在凹部的形状中。因而，上述关于脊部形状的描述适用于凹部的形状。

可以按许多方式组合波纹状结构的上述特征。例如，脊部和凹部可以在槽的中心和侧壁之间延伸整个长度，而凹部底面倾斜并且脊部的顶部处于恒定的高度。作为替代，在其它特征保持不变的情况下，脊部可以倾斜呈一定角度，所述角度等于凹部底面的角度或者与之不同。

根据本发明的典型波纹状结构具有四个脊部和相应数量的凹部，所述脊部和凹部构造成使得每个脊部与两个相邻的脊部呈直角。脊部和凹部在槽的侧壁和中心之间延伸整个长度。脊部在侧壁处的高度为圆筒形槽的半径的0.35倍。脊部的高度朝着中心减少，使得随着脊部在中心处会合，脊部的高度已经减少为零。脊部之间的凹部具有水平的底面，所述底面基本上处于槽底部的水平面上。当沿着槽的侧壁朝向中心的方向来看时，脊部的横截面形成三角形。

概括上述内容，只要脊部和凹部增强了待混合的液体的流动，则脊部和凹部的设计可具有各种替代方案。脊部和凹部的适当长度、高度、形状和数量取决于槽中的流动型式以及待混合的液体的属性。这些因素与叶轮的类型、尺寸和速度以及使用混合装置的工艺相互关联。因此，需要针对混合装置的每种应用确定各细节，并且其设计处于本领域技术人员基于本发明的能力范围内。

在一个实施例中，混合装置旨在用于湿法冶金工艺中。本文中，湿法冶金工艺指的是使用水成工艺从矿石中提取金属。例如，从矿石中浸取矿物质以及调节浆料以用于浮选需要混合。在一个实施例中，混合装置是浮选调节器槽、过滤机给料槽(filter feed tank)或者氰化浸金槽。

本发明的优点是很显然的，例如在氰化浸金中。在该工艺中，金吸收在活性炭中。矿石颗粒相当大，混合功率需要保持较高，以避免矿石沉淀。另一方面，由于活性炭的研磨，混合速度越高，则金的损耗越大。

通常，混合重颗粒(例如，密度大于等于1kg/L以及平均直径大于等于20μm的颗粒)的所有工艺可以从根据本发明的槽底部结构中获益。在一个实施例中，颗粒的密度至少为1kg/L，优选为至少2kg/L。在一个实施例中，颗粒的平均直径为20μm-5000μm，优选为100μm-200μm。在采矿业中，这可能尤为适合于根据本发明的混合装置的实际应用，混合溶液通常具有这种颗粒属性。在另一实施例中，待混合的液体的密度为1kg/L-1.5kg/L。在另一实施例中，待混合的液体的固体含量的重量百分比为10％-80％，通常重量百分比高于30％。

此外，在采矿业中处理的体积较大，因而节能的潜力也是重要的。在一个实施例中，在液体中混合颗粒属于湿法冶金工艺。在另一实施例中，在液体中混合颗粒是浮选调节、过滤器给料浆料搅动或氰化浸金。

根据本发明的混合装置及其应用与现有技术相比提供了下列优点中的至少一个：

根据本发明的混合装置的一个优点在于其相比于传统的带平坦底部的槽和带凹状底部的槽改进了槽的固体悬浮特性。在给定叶轮速度的情况下，位于混和槽底部的紧邻附近处的液体的流速增大。这减少了固体的沉淀。波纹状结构也将由叶轮产生的向下流动平稳地引导向上，从而增大了向上的流速并且因而增大了有效的混合体积，因为槽中更高处的液体也移动得更快。混合槽的停滞区域的体积也减小。

另一优点在于将以更少的能量输入获得相同的混合效率。

另一优点在于将以相同的能量输入获得更好的混合效率。

又一优点在于与凹状底部相比，波纹状结构建造更简单或更便宜。

根据本发明的混合装置的一个优点在于可以与在带平坦底部的槽中一样容易地将排放管直接安装至槽壁上。

另一优点在于可以使用更小的叶轮和更便宜的搅拌器。同样，搅拌器部件上的机械张力也更小。

附图说明

包含的附图提供了对本发明的进一步理解并且构成本说明书的一部分，附图示出了本发明的实施例并且与说明书一同帮助解释本方面的原理。在附图中：

图1A是根据本发明的具有四个脊部和相应凹部的混合装置的轴侧图示。

图1B是图1A的混合装置在图1A中的箭头方向上的纵向截面的示意图。

图1C是根据本发明的具有3个脊部和相应凹部的混合装置的轴侧图示。

图1D是根据本发明的具有6个脊部和相应凹部的波纹状结构的轴侧图示。

图2A-2F图示了波纹状结构的一些可能形状，其示出了两个脊部彼此相对的径向轮廓。

图3A-3D是从槽壁的方向(图1A中的箭头a)示出波纹状结构的一些可能形状的示意图。

图4A-4F图示了根据本发明的混合装置中的以槽的纵向截面示出的流速增强的CFD模型。

图5A-5F图示了根据本发明的混合装置中的以槽底部上方的横截面示出的流速增强的CFD模型。

图6示出了根据本发明的混合装置中的有效混合体积的增大。

具体实施方式

图1A以轴侧图示示出了根据本发明的混合装置的一个实施例。在图1A以及其余附图中，为清楚起见，已经省略了结构细节。根据本发明的混合装置包括具有底部2和壁3的槽1。底部2是圆形的，槽1是直圆筒体。混合装置还包括具有旋转轴杆5和叶轮6的搅拌器件4。在图1A中，叶轮6是向下泵送的水翼叶轮。槽1和搅拌器件4的尺寸可以根据使用混合装置的特定应用而改变。在槽1的底部2处具有波纹状结构7。波纹状结构7具有四个脊部8和相应的凹部9，所述脊部和凹部设置成使得两个相邻的脊部8和相应凹部9之间的角度对于所有的脊部8和相应凹部9而言是相同的。所有的脊部8从侧壁3延伸至底部2的中心。脊部倾斜成使得脊部8在侧壁3处的顶部11所处的高度是底部2的半径的1/3。对于脊部8的整个长度而言倾斜具有恒定的角度，即脊部8的顶部11形成直线。在底部2的其中脊部8会合之处的中心处，脊部的高度为零。脊部8的横截面具有三角形轮廓。凹部底面10在凹部的整个长度上是水平的，并且凹部的长度等于槽底部2的半径。相邻的脊部8在凹部底面10处会合，使得凹部底面10在凹部的整个长度上保持狭窄。在该实施例中，波纹状结构7构建成使得其直接位于槽1的平坦底部2上。因而，凹部底面10和槽底部2基本处于同一水平面。

当在图1A中所示的混合装置中混合液体中的颗粒时，旋转轴杆5转动叶轮6，所述叶轮形成了基本上朝向槽1的底部2的液体流动。不将本发明限制于任何特定的理论，波纹状结构7引导液体流动并且增大了底部2附近的液体流速，从而改善了颗粒在液体中的悬浮。波纹状结构7也增大了沿着槽侧壁3的向上流速，从而增大了具有足够高速度以保持颗粒悬浮的液体体积部分。图1A中未绘制导流板12，但是在大部分应用中使用导流板。除了可能的其它功能之外，导流板还协助沿着槽1的侧壁3向上引导液体流动。

图1B沿着图1A中的箭头a以纵向横截面示出了图1A的槽1。从该角度不可见的特征用虚线示出。在图1B中，示出了三个脊部(标记为8a、8b和8c)。沿着脊部8a和8b的顶部11示出了彼此面对的两个脊部8a和8b。与另两个脊部8a、8b呈直角的脊部8c在槽1的中部处可见。图1B中可看见位于两个脊部8a、8b后方的两个凹部9。槽1的底部2示出为与凹部9的底面10处于同一水平面。虚线示出了相邻的脊部8a、8c以及8b、8c如何在两个凹部9的底面10处会合。此外，还示出了所有脊部8a、8b、8c的高度如何从槽1的侧壁3朝向中心减小以使得脊部8a、8b、8c的顶部11在槽1的底部2的中心处会合。搅拌器件4位于槽1的中心处。旋转轴杆5从槽1的顶部向下延伸，叶轮6安装在槽1的底部2的中心上方，所处的高度为槽1的半径的1/2倍。

图1C以轴侧视图示出了根据本发明的混合装置的一个实施例。所述实施例类似于图1A和1B中所示的实施例，但是其包括三个脊部8和相应的凹部9。脊部8和相应的凹部9径向对称设置，即每个相邻脊部8之间的角度和相应凹部9之间的角度为120°。

此外，图1C中的实施例包括安装在每个脊部8上方的导流板12。导流板12如现有技术中已知地构建，并且对于其特征的选择属于本领域技术人员知晓的内容。图1C中示出了导流板12如何在每个脊部8的顶部11上方附接至槽1的侧壁3。不将本发明限制于任何特定理论，导流板12的位置帮助引导液体流动。

图1D示出了根据本发明的波纹状结构7。所述波纹状结构包括相对于底部2的中心径向地延伸的六个脊部8和相应的凹部9。所有的脊部8从槽1的侧壁3向下倾斜，并且在底部2的中心处会合。如果波纹状结构用于底部2直径大的槽1中，则具有例如6、8、9或12个脊部8和相应凹部的波纹状结构7可能是优选的。当各个部件维持更小时，可能更易于构建这种波纹状结构7。图1D进一步示出了槽1的底部2的一部分。然而，图1D中绘出底部2仅仅是用于提供方位。根据本发明的波纹状结构7可以与槽1的底部2分开地构建。根据本发明的波纹状结构7可对现有混合装置进行更新改进，或者其可以在构建时引入槽内。存在许多方法来构建具有根据本发明的波纹状结构7的槽1底部2，并且对合适方法的选择处于本领域技术人员基于本发明的知识内。在图1A-1D的所有实施例中，脊部8均具有直的倾斜径向轮廓，即脊部8的顶部11是从脊部8的侧壁3处端部朝向底部2中心下降的直线。在图1A-1D中，脊部8的横截面是三角形，即，脊部8的侧部也是直的。然而，这并非必须的，并且所有的实施例也可以按其它形状实施。

图2A-2F示出了根据本发明的波纹状结构7的一些可能形状。在图2A-2F中，示出了具有波纹状结构7的槽1的底部部分的纵向截面。波纹状结构7包括四个脊部8和相应的凹部9。然而，图2A-2F中所示的不同形状可以在具有任意数量的脊部8和相应凹部9的波纹状结构7中实施。在图2A-2F中，较长的虚线用于示出位于波纹状结构7两侧处的脊部8的形状，而短的虚线用于示出位于波纹状结构7的中心处的脊部8的形状(即最远离观察者的一个脊部)。

在图2A中，当从侧面观察时，脊部8的顶部11具有凹入的形状。脊部8的侧部不是直的，而是也具有略微凹入的轮廓。

在图2B中，脊部8的顶部11具有尖锐的弯曲部，即斜度发生改变。在侧壁3附近处，脊部8朝向底部2倾斜得更急剧。在弯曲部的更靠近槽1底部2中心的一侧处，脊部8倾斜得更平缓。脊部8的整体形状可以认为是近似凹入的形状。弯曲部也存在于脊部8的侧部处，但是脊部8的位于侧壁3处的部分均匀地沿随壁的轮廓。

在图2C中，当从侧面观察时，脊部8的顶部11具有凸出的形状。脊部8的侧部具有凹入的轮廓。

在图2D中，脊部8的顶部11具有尖锐的弯曲部，即斜度发生改变。在脊部的侧壁3处端部处，脊部8朝向底部2倾斜得更平缓。在弯曲部的更靠近槽1底部2中心的一侧处，脊部8倾斜得更急剧。脊部8的整体形状可以认为是近似凸出的形状。弯曲部也存在于脊部8的侧部处，但是脊部8的位于侧壁3处的部分均匀地沿随壁的轮廓。

在图2E中，脊部8的形状类似于图2C中的形状，但是脊部8没有从侧壁3一直到达底部2的中心。在该实施例中，脊部约为底部2的半径的85％。脊部8在侧壁3处的高度类似于图2A-2D，即底部2的半径的1/3。

在图2F中，脊部8的顶部11从侧壁3到底部2的中心形成直线。在该实施例中，脊部8的侧部具有尖锐的弯曲部。

总之，脊部8和相应的凹部9可以具有许多不同的形状，只要获得针对液体的足够引导效率即可。这取决于使用根据本发明的波纹状结构7的特定应用。

图3A-3D示出了根据本发明的波纹状结构7中的脊部8的横截面轮廓的示意图。在图1A中的箭头a的方向上，从槽1的侧壁3的外侧来观察脊部8和相应的凹部9。图3A-3D不是透视图，而是在一个平面上示出了两个相邻的脊部8。

在图3A中，脊部8的横截面是三角形，而凹部9的底面10非常狭窄，因为相邻的脊部8在凹部9的底面10处会合。脊部8的顶部11是尖锐的。在图3A中，也可看到槽1的底部2，并且所述底部与凹部9的底面10处于同一水平面。在图3B-3D中省略了底部。

在图3B中，脊部8和相应的凹部9具有弯曲的横截面轮廓。脊部8的顶部11以及凹部9的底面10不像图3A中那样是尖锐的。

在图3C中，两个脊部8具有不同的形状。虽然这对于根据本发明的波纹状结构7行使功能而言是可行的，但是这在实践中可能较为罕见。图3C的主要目的是示出根据本发明的脊部8的形状的两个其它替代方案。首先，如图3A中所示，左侧的脊部8的横截面轮廓为三角形。右侧的脊部8的横截面轮廓具有弯曲部(参考图2F，其中弯曲部处于另一方向上)。此外，在图3C中，凹部9的底面10宽且平坦，因为在两个相邻的脊部8之间存在空间。

图3D示出了根据本发明的脊部8的另两个实施例。在左侧的脊部8中，脊部8的侧部可以是凹入的，或者在右侧的脊部8中，脊部的侧部可以具有凸出的轮廓。右侧的脊部8具有倒圆的顶部11。

上文所列的形状并不意味着穷尽了根据本发明的波纹状结构7可以实施的所有可能形状。它们仅提供了可能替代方案的示例，并且可以设想其它的方案。

图4A-4F示出了根据本发明的混合装置中的以槽的纵向截面示出的流速增强的CFD模型。在图4A、4C和4E中，以灰度示出流速，更浅的颜色指更快的流速。在附图的底部处提供了比例尺。在比例尺上，负值指代朝向底部的流速，而正值指代朝向正被混合的液体的表面的流速。在图4B、4D和4F中，以速度箭头示出了流速，较长的箭头指较快的流速。在附图的底部处提供了比例尺。在所有的附图中，混合参数(例如，叶轮速度和属性)以及浆料特性是相等的。在附图4A-F中的每一幅的中心处可见叶轮和旋转轴杆。在附图4F中，在槽的底部处勾画了根据本发明的两个脊部。

图4A和4B示出了带平坦底部的槽中的流速，图4C和4D示出了带凹状底部的槽中的流速，图4E和4F示出了根据本发明的槽中的流速。在图4A-F中可看出的是，具有较高流速的体积在带凹状底部的槽中比带平坦底部的槽中略大。然而，具有较高流速的体积在具有根据本发明的波纹状结构的槽中进一步增大，尤其是在槽上半部中的槽壁附近处。

图5A-5F示出了根据本发明的混合装置中的在槽底部上方85mm处以横截面示出的流速增强的CFD模型。附图示出了直径为8500mm且溶液深度为8500mm的槽。叶轮直径是3458mm，旋转速度是32rpm。在图5A、5C和5E中，以灰度示出流速，更浅的颜色指更快的流速。在附图的底部处提供了比例尺。在附图5B、5D和5F中，以相等的速度等高线(contour)示出流速。在所有的附图中，混合参数(例如，叶轮速度和属性)以及浆料特性是相等的。

图5A和5B示出了带平坦底部的槽中的流速，图5C和5D示出了带凹状底部的槽中的流速，图5E和5F示出了根据本发明的槽中的流速。根据图5A-F中显而易见的是，在槽的底部上方85mm处的流速在不同的槽底部结构之间存在改变。在具有平坦底部的槽中流速最低，在带凹状底部的槽中流速在一定程度上增大。然而，采用根据本发明的波纹状结构，与另外两种结构相比可以获得明显的积极差别：利用这种波纹状结构，高于约1m/s的流速不形成分离区域，而是大部分底部覆盖有1m/s和更高的流速。

图6示出了当在混合槽的底部使用根据本发明的波纹状结构时产生的有效体积的增大。本文中，有效体积指的是相对于由液体占据的整个体积其中悬浮固体的体积(即浆料体积)。

采用直径为154mm的OKTOP 3200向下泵送的轴流式水翼叶轮以实验室规模的设备进行试验。槽i)具有平坦底部，槽ii)具有凹状底部，而槽iii)配置有根据本发明的波纹状结构。所有槽的直径为362mm，并且装载有37.3L水。因而，液体深度不同，槽iii)中液体深度最大，而具有平坦底部的槽i)中液体深度最小。待混合的溶液包含400g/L的石英砂作为固体成分。固体物质的颗粒直径为125-185μm，相当于湿法冶金应用中的典型颗粒。槽尺寸、叶轮及其转速和导流板结构维持恒定。

如图6中可看出的，在槽i)中，颗粒仅仅悬浮在一部分液体体积中，有效体积约为总浆料体积的70％。在具有凹状底部的槽ii)中，有效体积大致维持相同。然而，在实验中的混合条件下，在槽iii)中，有效体积增大至浆料体积的94％。相反地，在相同的条件下，可观察到的是，其中所有颗粒均运动且没有颗粒长时间停留在槽底部上时的叶轮速度(所谓的恰好悬浮速度，Njs)在槽iii)中为285rpm，远低于其他两个槽，其中槽i)为330rpm，槽ii)为390rpm。

总之，根据本发明的混合装置可以产生比现有技术方案更为有效的混合。

对于本领域技术人员而言显而易见的是，随着技术的推进，本发明的基本理念可以以各种方式实施。因而，本发明及其实施例不局限于上述示例；作为代替，它们可以在权利要求的范围内改变。

Claims (22)

1.一种用于在液体中混合颗粒的混合装置，混合装置包括：

-槽(1)，所述槽具有底部(2)和基本上竖直的侧壁(3)，

-搅拌器件(4)，所述搅拌器件包括在槽(1)内竖直地定位并位于中心处的旋转轴杆(5)、以及布置在旋转轴杆(5)的端部处且位于底部(2)上方一定高度处的叶轮(6)，叶轮(6)是向下泵送的轴流式或混流式叶轮，

其特征在于，底部(2)配置有波纹状结构(7)，所述波纹状结构包括交替的连贯脊部(8)和凹部(9)，脊部(8)和凹部(9)相对于底部(2)的中心径向地延伸，由此凹部(9)将混合功率集中并且引导至底部(2)附近，以便引导液体流动并且增大底部(2)附近的流速，并且其中，当从槽(1)的侧壁(3)朝向底部(2)中心移动时，至少一个脊部(8)的高度减少，脊部(8)的最高点所处的高度是底部(2)的半径的0.1-1倍，优选为底部(2)的半径的0.35倍。

2.根据权利要求1所述的混合装置，其中，波纹状结构(7)包括至少两个脊部(8)和相应数量的凹部(9)，优选为至少四个脊部(8)和相应数量的凹部(9)。

3.根据权利要求1或2所述的混合装置，其中，每个脊部(8)和凹部(9)的长度至少为底部(2)的半径的2/3。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的混合装置，其中，脊部(8)和凹部(9)从侧壁(3)延伸至底部(2)的中心的方向。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的混合装置，其中，脊部(8)和凹部(9)中的至少一个在底部(2)的中心和侧壁(3)之间的整个长度上延伸。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的混合装置，其中，至少一个凹部(9)的底面(10)在底面的整个长度上是水平的。

7.根据权利要求1-5中的任一项所述的混合装置，其中，至少一个凹部(9)的底面(10)在凹部(9)的方向上与水平方向呈一角度。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的混合装置，其中，脊部(8)的高度是底部(2)的半径的0.1-1倍，优选是底部(2)的半径的0.35倍。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的混合装置，其中，脊部(8)的高度减少，使得脊部(8)的径向轮廓是直线、凸出曲线或凹入曲线、或者具有一个或多个弯曲部的线。

10.根据前述权利要求中的任一项所述的混合装置，其中，当从侧壁(3)朝向槽(1)的中心的方向来看时，每个脊部(8)的横截面是三角形、具有至少一个凹入侧部的三角形、具有至少一个凸出侧部的三角形、具有倒圆尖端的三角形、半圆形、弧形或其组合。

11.根据前述权利要求中的任一项所述的混合装置，其中，波纹状结构(7)是底部(2)的集成部件、底部(2)上的分离部件、或者波纹状结构形成底部(2)。

12.根据前述权利要求中的任一项所述的混合装置，其中，槽(1)包括基本上在脊部(8)的最高点的上方处安装到侧壁(3)上的至少一个竖直导流板(12)，以用于引导待混合的液体的流动。

13.根据前述权利要求中的任一项所述的混合装置，其中，叶轮(6)是水翼叶轮、螺旋桨或者倾斜叶片式涡轮。

14.根据前述权利要求中的任一项所述的混合装置，其中，槽(1)是圆筒体或直棱柱。

15.根据前述权利要求中的任一项所述的混合装置，其中，混合装置由例如钢或钛的金属、例如玻璃纤维的纤维增强塑料或其组合制成。

16.根据前述权利要求中的任一项所述的混合装置，其中，混合装置旨在用于湿法冶金工艺中。

17.根据前述权利要求中的任一项所述的混合装置，其中，混合装置是浮选调节器槽、过滤机给料槽或氰化浸金槽。

18.一种根据前述权利要求中的任一项所述的混合装置的应用,用于将颗粒混合在液体中。

19.根据权利要求18所述的应用，其中，颗粒的密度至少为1kg/L，优选为至少2kg/L。

20.根据权利要求18或19所述的应用，其中，颗粒的平均直径20μm-5000μm，优选为100μm-200μm。

21.根据权利要求18-20中的任一项所述的应用，其中，在液体中混合颗粒属于湿法冶金工艺。

22.根据权利要求18-21中的任一项所述的应用，其中，在液体中混合颗粒是浮选调节、过滤器给料浆料搅动或氰化浸金。