CN108097471A - 强化三相矿浆湍流强度的浮选方法和浮选设备 - Google Patents

Abstract

本发明属于矿物浮选技术领域，分别涉及一种强化三相矿浆湍流强度的浮选方法及浮选设备。一种强化三相矿浆湍流强度的浮选方法，浮选机外形成有强化流场，强化流场内的矿浆的流动状态为湍流，矿浆内的空气在强化流场内被切割为气泡，强化流场内的矿物颗粒、浮选药剂和气泡之间发生碰撞粘附。强化流场的引入极大的强化矿粒与药剂的粘附以及矿粒与气泡的矿化过程，使整个浮选体系更适应入料性质的变化；在不改变原有浮选机结构的基础上，弥补传统浮选机不能提高叶轮转速而增强内部矿浆流场湍流强度的不足，改造成本低，利于推广应用。

Description

强化三相矿浆湍流强度的浮选方法和浮选设备

技术领域

本发明属于矿物浮选技术领域，具体涉及一种强化三相矿浆湍流强度的浮选方法及设备。

背景技术

目前，浮选机是细粒矿物分选的主要设备之一，其中的叶轮-转子系统是将机械能转化为流体动能的关键部件，通过叶轮的高速旋转，吸入空气，并促使三相矿浆在浮选槽内形成内部循环，矿粒、药剂和气泡在该循环过程中分散，使矿粒吸附药剂，同时为矿粒和气泡提供动能，使其碰撞粘附，实现矿化。矿化的气泡升至液面，形成三相泡沫层，刮出该精煤泡沫，使精矿和尾煤及时分离排出。

但是，目前的机械搅拌式浮选机存在的问题是：电机输入给浮选机的能量要满足两个方面的需要：

1)满足药剂的分散、药剂和矿粒的碰撞吸附以及气泡的矿化等过程需要，这方面需要高能量的输入，产生高强度的湍流，需要有高的能量密度，因为药剂颗粒表面、煤颗粒表面以及气泡表面都是荷负电，相互之间存在排斥势能，而且在气泡和矿粒表面还存在一定厚度的水化膜，所以，要克服阻碍它们粘附的排斥势能及其它们之间存在水化膜，实现药剂与颗粒、特别是气泡的高效矿化以及微细粒煤颗粒絮团的形成，药剂颗粒、煤颗粒以及气泡必须获得足够大的动能。

2)满足矿浆搬运、搅拌、防止矿物颗粒的沉淀以及吸入空气等方面的需要。

上述两个方面对能量的需求是不一致的，因此，一套搅拌装置无法同时满足这两个方面对能量的合理要求，输入的能量没有得到合理的配置。常规浮选机特别是在药剂的分散、气泡的分散、微细粒煤颗粒之间的碰撞以形成絮团以及气泡矿化过程所需要的能量不足。

发明内容

本发明的目的之一，是提出一种强化三相矿浆湍流强度的浮选方法，为传统浮选机提供一个较高湍流强度的强化流场，将浮选槽中矿浆导入此强化流场中，使三相矿浆在该强化流场内部产生高强度的湍流，强化药剂的分散、颗粒和药剂的作用、微细粒絮团的形成以及气泡的矿化过程。

本发明的目的之二，是提出一种增加强化流场的浮选设备，从而在不改变原有浮选机结构的基础上，弥补传统浮选机不能提高叶轮转速而增强内部矿浆流场湍流强度的不足，获得更好的浮选效果。

根据上面发明目的，本申请的一个方面提供了一种强化三相矿浆湍流强度的浮选方法，包含有矿物颗粒、水、空气和浮选药剂的浮选矿浆在浮选机内形成有内部流场，内部流场内的浮选矿浆处于湍流状态，浮选机外还形成有强化流场，强化流场的入流矿浆来源于浮选机内的内部流场，强化流场的出流矿浆重新进入到浮选机内的内部流场，强化流场内的矿浆的流动状态为湍流，矿浆内的空气在强化流场内被切割为气泡，强化流场内的矿物颗粒、浮选药剂和气泡之间发生碰撞粘附。

所述强化流场是这样形成的：入流矿浆进入后，通过叶轮的高速旋转带动矿浆做高速旋转运动，矿浆发生离心运动，被甩向叶轮外缘，在叶轮外缘设置有具有鼠笼结构装置，经叶轮甩出的矿浆与具有鼠笼结构的装置发生碰撞切割，产生新的小漩涡，最后汇集为出流矿浆，重新回到浮选机内。

进一步的，矿浆从浮选机进入到强化流场后再回到浮选机的循环方向与浮选机内的矿浆运动方向保持一致。

根据上述的发明目的，本申请的另一个方面提供了一种强化流场发生装置，强化流场发生装置包括渣浆泵，所述的渣浆泵包括叶轮、泵壳及驱动所述叶轮旋转的驱动装置，所述的叶轮外缘与泵壳之间设置有鼠笼式的湍流加强格套。

根据上述的发明目的，本申请的再一个方面提供了用于实现本发明强化三相矿浆湍流强度的浮选方法的浮选设备，包括浮选机，所述浮选机上连接有本发明提供的强化流场发生装置。

进一步的，所述的湍流加强格套为环绕叶轮外缘的环形结构，包括依次间隔设置的格挡条和通孔，所述的格挡条的方向平行于渣浆泵的轴。

进一步的，浮选机的槽体与渣浆泵的入口之间通过入流导流管连接，浮选机的槽体与渣浆泵的出口之间通过出流导流管连接，所述的入流导流管和出流导流管连接在浮选机槽体的侧下方。

进一步的，所述的浮选机为机械搅拌式浮选机，所述的入流导流管和出流导流管在机械搅拌式浮选机的槽体上的连接位置与机械搅拌式浮选机的叶轮高度相同。

进一步的，矿浆在入流导流管、渣浆泵和出流导流管组成的外部循环结构中的循环方向与机械搅拌式浮选机的叶轮旋转方向相同。

进一步的，所述的渣浆泵对称设置在浮选机槽体相对的两侧，所述的渣浆泵的数量至少为两个。

根据上述的发明目的，本申请的另一个方面提供了强化三相矿浆湍流强度的浮选方法及浮选设备的用途，包括应用于所有固体物料的浮选过程，所述的固体物料至少包括有色金属矿、黑色金属矿和非金属矿，尤其是贫矿和复杂难选矿，更为具体的，所述的非金属矿尤其包括难选煤泥及细粒煤泥。

本发明具有如下有益效果：

1)使浮选机的能量尽可能多的用于强化药剂的分散、颗粒和药剂的作用、微细粒絮团的形成以及颗粒与气泡的矿化过程，优化了能量的配置，节省能耗，提高分选效果。

(2)不改变现有浮选机的结构，改造方便。

附图说明

图1是本发明实施例提供的增加强化流场的浮选设备的结构图；

图2是本发明实施例提供的渣浆泵的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的湍流加强格套的结构示意图；

图4是图3中的A-A剖面图；

图中各符号说明如下：

1、浮选机；101、槽体；2、渣浆泵；201、叶轮；202、泵壳；203、驱动装置；204、湍流加强格套；2041、格挡条；2042、通孔；2043、定位销；3、入流导流管；4、出流导流管；5、入流流量控制阀；6、出流流量控制阀。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”“套接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

除非另有说明，“多个”的含义为两个或更多。

下面通过具体的实施例并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

实施例1

一种强化三相矿浆湍流强度的浮选方法，包含有矿物颗粒、水、空气和浮选药剂的浮选矿浆在浮选机内形成有内部流场，内部流场内的浮选矿浆处于湍流状态，浮选机外还形成有强化流场，强化流场的入流矿浆来源于浮选机内的内部流场，强化流场的出流矿浆重新进入到浮选机内的内部流场，强化流场内的矿浆的流动状态为湍流，矿浆内的空气在强化流场内被切割为气泡，强化流场内的矿物颗粒、浮选药剂和气泡之间发生碰撞粘附。所述的强化流场是这样形成的：入流矿浆进入后，通过叶轮的高速旋转带动矿浆做高速旋转运动，矿浆发生离心运动，被甩向叶轮外缘，在叶轮外缘设置有具有鼠笼结构装置，经叶轮甩出的矿浆与具有鼠笼结构的装置发生碰撞切割，产生新的小漩涡，最后汇集为出流矿浆，重新回到浮选机内。

在上述实施方式中，矿浆从浮选机进入到强化流场后再回到浮选机的循环方向与浮选机内的矿浆运动方向保持一致。

需要说明的是，本发明中该实施例指代的矿浆为包含有矿物颗粒、水、气体以及药剂的固液气三相混合体系，其中的矿物颗粒包括但不限于有色金属矿、黑色金属矿和非金属矿，其中的非金属矿包括但不限于煤，其中的煤的具体粒度、煤种、煤化程度均不作具体限定，凡是能应用本发明实施方式提供的方法进行有效浮选的矿物颗粒均应包含在本发明的保护范围内。

本发明中该实施例指代的浮选药剂包括但不限于捕收剂、起泡剂、活化剂、抑制剂及调整剂。

试验例1

针对本发明实施例1所提供的浮选方法，设置该实验，用于验证实施例1所提供的包含强化流场的浮选方法。

1、实验材料

煤样：煤泥，煤种为1/3焦煤，取自霍州煤电集团吕临能化有限公司庞庞塔煤矿9号煤层。

仪器及工具：：XFDIV-1.0L单槽浮选机、DL-5C型盘式真空过滤机、DH-101-2S电热恒温鼓风干燥箱、SX2-5-12箱式电阻炉、电子天平、灰舟、镊子、托盘、烧杯等。

药剂：捕收剂采用零号柴油，起泡剂为仲辛醇(分析纯)。

2、实验方法

将煤样通过0.074mm的筛子进行筛分，将煤样分级为-0.074mm和+0.074mm两个粒度级，再加上原煤煤样总共三组实验煤样。

单槽浮选机外接强化流场，强化流场通过叶轮转速的提高可以提高矿浆流场的湍流强度，通过调整转速，测试不同湍流强度下，煤样对药剂的吸附情况，以及浮选精煤的产率变化情况。

3、实验结果

实验结果见表1，通过表1中的实验数据，将各粒度级在不同湍流强度的强化流场(不同转速)作用下的浮选效果进行进行，测定捕收剂吸附量和精煤产率。

通过表1数据可以看出，不同粒度级的煤泥随着湍流强度的增加，捕收剂吸附量和精煤产率均呈增加趋势。说明本发明强化三相矿浆湍流强度的浮选方法可以明显提高浮选效果。

表1不同强化流场数量对不同粒级煤样浮选效果的影响

实施例2

如图1～4所示，一种强化流场发生装置，强化流场发生装置包括渣浆泵2，渣浆泵2包括叶轮201、泵壳202及驱动叶轮201旋转的驱动装置203，叶轮201外缘与泵壳202之间设置有鼠笼式的湍流加强格套204。

叶轮201在驱动装置203的驱动下高速旋转，叶轮201的高速旋转带动矿浆做高速旋转运动，矿浆发生离心运动，被甩向叶轮201外缘，机械能得以转换为矿浆的流体动能，使得矿浆在渣浆泵2内处于湍流状态，矿浆中的空气形成大量的气泡，并促进了矿物颗粒的悬浮和药剂的分散，此时，蕴藏着大量流体动能的矿浆经叶轮201甩出，与鼠笼式的湍流加强格套204发生碰撞切割，破坏浆气混合液的旋转运动，并产生更多新的漩涡，从而进一步促进气泡的粉碎，增强颗粒与气泡间的碰撞，促进浮选矿化过程，渣浆泵2内的矿浆最终通过泵壳202及出口汇集后排出。

实施例3

如图1～4所示，本发明还提出了一种强化三相矿浆湍流强度的浮选设备，用于实现本发明强化三相矿浆湍流强度的浮选方法。

如图1和2所示，增加强化流场的浮选设备包括浮选机1和与所述浮选机1连接的强化流场发生装置，所述的强化流场发生装置包括渣浆泵2，所述的渣浆泵2包括叶轮201、泵壳202及驱动所述叶轮201旋转的驱动装置203，所述的叶轮201外缘与泵壳202之间设置有鼠笼式的湍流加强格套204。

本发明的工作原理在于：叶轮201在驱动装置203的驱动下高速旋转，叶轮201的高速旋转带动矿浆做高速旋转运动，矿浆发生离心运动，被甩向叶轮201外缘，机械能得以转换为矿浆的流体动能，使得矿浆在渣浆泵2内处于湍流状态，矿浆中的空气形成大量的气泡，并促进了矿物颗粒的悬浮和药剂的分散，此时，蕴藏着大量流体动能的矿浆经叶轮201甩出，与鼠笼式的湍流加强格套204发生碰撞切割，破坏浆气混合液的旋转运动，并产生更多新的漩涡，从而进一步促进气泡的粉碎，增强颗粒与气泡间的碰撞，促进浮选矿化过程，渣浆泵2内的矿浆最终通过泵壳202及出口汇集后重新回到浮选机1的槽体101内，在槽体101内完成浮选过程。

在上述的实施方式中，强化流场发生装置实质上为一经过改造的特制渣浆泵，其作用主要在于，使流入其内的矿浆处于一个较高的湍流场，在此强湍流强度的流场中，煤粒与药剂，煤粒与气泡的碰撞概率都会得到提高，吸附以及矿化所需的外力也得到增强。

需要说明的是，用于驱动渣浆泵2的驱动装置203包括但不限于电动机、内燃机及复合驱动装置。

如图3和4所示，提供了湍流加强格套204一种较为优选的实施方式，具体为湍流加强格套204为环绕叶轮201外缘的环形结构，包括依次间隔设置的格挡条2041和通孔2042，所述的格挡条2041的方向平行于渣浆泵2的轴。此湍流加强格套204的作用与浮选槽中定子，稳流板的作用相同，渣浆泵2叶轮201甩出的矿浆与此格套碰撞，使得流场内产生新的小漩涡，有利于卷吸空气的切割以及矿物颗粒，药剂和气泡间的碰撞粘附。渣浆泵中是否安装该鼠笼隔套以及鼠笼格套上格挡条2041和通孔2042数目可以根据浮选效果确定。

在具体安装过程中，可以通过设置在湍流加强格套204边缘的定位销2043将湍流加强格套204固定在渣浆泵2上。

更为具体的，所述的格挡条2041在湍流加强格套204厚度方向的侧面可以设置为与湍流加强格套204的半径重合，即格挡条2041在湍流加强格套204厚度方向的侧面所在的空间平面过湍流加强格套204的中心轴线，也可以设置为与湍流加强格套204的半径呈一定角度，即格挡条2041在湍流加强格套204厚度方向的侧面所在的空间平面与湍流加强格套204的中心轴线相交。

如图1所示，浮选机1的槽体101与渣浆泵2的入口之间通过入流导流管3连接，浮选机1的槽体101与渣浆泵2的出口之间通过出流导流管4连接，所述的入流导流管3和出流导流管4连接在浮选机1槽体101的侧下方。入流导流管3和出流导流管4的作用在于将浮选机1槽体101与渣浆泵2连接，将浮选机1槽体101中的矿浆通过入流导流管3导入渣浆泵2中进行强化浮选后再由出流导流管4导回浮选机1槽体101内。相交的设置可以进一步增强矿化过程中的切割，提高矿化效果。

需要说明的是，实施例2所提供的浮选设备中的浮选机1包括但不限于自吸式机械搅拌式浮选机、充气式机械搅拌浮选机、浮选柱及析气式浮选机。更为具体的，所述的自吸式机械搅拌浮选机包括但不限于XJK型浮选机、JJF型浮选机、SF型浮选机、环射式浮选机及YX型闪速浮选机；所述的充气式机械搅拌浮选机包括但不限于CHF-X型浮选机、KYF型浮选机、BS-K型浮选机、XJC浮选机及XJCQ-80浮选机。

作为一种较为优选的实施方式，本发明提供的浮选设备最好采用自吸式机械搅拌机械搅拌浮选机，所述的入流导流管3和出流导流管4在机械搅拌式浮选机的槽体上的连接位置与机械搅拌式浮选机的转子高度相同。并且，矿浆在入流导流管3、渣浆泵2和出流导流管4组成的外部循环结构中的循环方向与机械搅拌式浮选机的转子旋转方向相同。

本发明实施例对于渣浆泵2的设置数量并不做唯一限定，为了达到较好的改造效果以及考虑到工程方面的可实施性，所述的渣浆泵2最好是对称设置在浮选机1槽体101相对的两侧，所述的渣浆泵2的数量至少为两个，具体的数量可以为2、4、6、8等。

为了方便控制以及防止停机时槽体101内的矿浆进入渣浆泵2造成管道及渣浆泵腔体堵塞，在入流导流管3设置有入流流量控制阀5，在出流导流管4上设置有出流流量控制阀6。具体的，所述的入流流量控制阀5和出流流量控制阀6可以为手动控制的阀门，也可以为自动控制的电磁阀，通过电控系统进行控制，当然电控系统还可以集成对于浮选机、渣浆泵控制电机以及阀门的控制，实现自动化操作，本领域的技术人员依据现有技术中自动控制的相关内容对本实施例所做的非创造性改进均应包含在本发明的保护范围内。

实验例2

针对本发明实施例2所提供的浮选设备，对其进行工业试验，用于验证实施例2所提供的浮选设备的浮选效果。

1.工业试验

试验地点在霍州煤电集团吕临能化有限公司选煤厂。采用本发明实施例3提供的浮选设备对该选煤厂的部分浮选机(机械搅拌式常规浮选机)进行改造，在相同的浮选制度下通过开机运行，测定未经改造和经过改造的浮选机的浮选指标，实验结果参见表2。

表2强化三相矿浆湍流强度的浮选设备的浮选效果

通过表2可知，强化三相矿浆湍流强度的浮选设备相比于改造前，在保证精煤灰分的前提下可以明显提高精煤的产率，且对于细粒级的煤泥效果尤为明显。

以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

Claims (10)

1.一种强化三相矿浆湍流强度的浮选方法，包含有矿物颗粒、水、空气和浮选药剂的浮选矿浆在浮选机内形成有内部流场，内部流场内的浮选矿浆处于湍流状态，其特征在于，浮选机外还形成有强化流场，强化流场的入流矿浆来源于浮选机内的内部流场，强化流场的出流矿浆重新进入到浮选机内的内部流场，强化流场内的矿浆的流动状态为湍流，矿浆内的空气在强化流场内被切割为气泡，强化流场内的矿物颗粒、浮选药剂和气泡之间发生碰撞粘附。

2.根据权利要求1所述的强化三相矿浆湍流强度的浮选方法，其特征在于，所述的强化流场是这样形成的：入流矿浆进入后，通过叶轮的高速旋转带动矿浆做高速旋转运动，矿浆发生离心运动，被甩向叶轮外缘，在叶轮外缘设置有具有鼠笼结构装置，经叶轮甩出的矿浆与具有鼠笼结构的装置发生碰撞切割，产生新的小漩涡，最后汇集为出流矿浆，重新回到浮选机内。

3.根据权利要求1所述的强化三相矿浆湍流强度的浮选方法，其特征在于，矿浆从浮选机进入到强化流场后再回到浮选机的循环方向与浮选机内的矿浆运动方向保持一致。

4.一种强化流场发生装置，其特征在于，所述的强化流场发生装置包括渣浆泵(2)，所述的渣浆泵包括叶轮(201)、泵壳(202)及驱动所述叶轮旋转的驱动装置(203)，所述的叶轮外缘与泵壳之间设置有鼠笼式的湍流加强格套(204)。

5.一种用于实现权利要求1～3任一项所述的浮选方法的浮选设备，其特征在于，包括浮选机(1)，所述浮选机(1)上连接有权利要求4所述的强化流场发生装置。

6.根据权利要求5所述的浮选设备，其特征在于，所述的湍流加强格套为环绕叶轮外缘的环形结构，包括依次间隔设置的格挡条(2041)和通孔(2042)，所述的格挡条的方向平行于渣浆泵的轴。

7.根据权利要求5所述的浮选设备，其特征在于，浮选机的槽体(101)与渣浆泵的入口之间通过入流导流管(3)连接，浮选机的槽体与渣浆泵的出口之间通过出流导流管(4)连接，所述的入流导流管和出流导流管连接在浮选机槽体的侧下方。

8.根根据权利要求5所述的浮选设备，其特征在于，所述的浮选机为机械搅拌式浮选机，所述的入流导流管和出流导流管在机械搅拌式浮选机的槽体上的连接位置与机械搅拌式浮选机的叶轮高度相同。

9.根据权利要求8所述的浮选设备，其特征在于，矿浆在入流导流管、渣浆泵和出流导流管组成的外部循环结构中的循环方向与机械搅拌式浮选机的叶轮旋转方向相同。

10.根据权利要求5～8任一项所述的浮选设备，其特征在于，所述的渣浆泵对称设置在浮选机槽体相对的两侧，所述的渣浆泵的数量至少为两个。