CN109260774B - 一种浆体浓密和稳定排放装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高效浆体浓密和稳定排放装置及方法，属于絮凝沉降技术领域。该装置包括仓体、换能器载体管、声/超声波换能器、数控器、自转驱动装置、混料螺旋管、絮凝剂管、溢流管、稳流筒、载体管稳定器和放砂口，其中换能器载体管置于仓体内部，上端设有自转驱动装置，形成旋转无盲区扫辐系统，声/超声波换能器分别布置于换能器载体管内的沉降段、浓密段和放出段，分别形成声场脱稳造粒作用区、声场谐振排水浓密作用区和声场激励液化排放作用区，并通过换能器连接线与声/超声波发生器连接，混料螺旋管与絮凝剂管相连，通于稳流筒内。本发明结构与工艺简单，可实现浆体快速浓密和稳定排放。
Description
技术领域
本发明涉及絮凝沉降技术领域，特别是指一种浆体浓密和稳定排放装置及方法。
背景技术
在现代污泥处理与尾矿处理中，主要以高浓度的浓密体排放为主要发展方向，其中深锥浓密机是细颗粒处理的主要设施，是实现细颗粒高效、稳定排放的前提和保证。
在大多数采用浓密设施中，由于浓缩排水速度慢，造成浓密池(仓)单位面积固体通量低，浓密速度慢；由于排水不充分，使排出的浆体浓度低，且底流浓度不稳定。
立式砂仓具有结构简单，储砂和放砂方便等优点，但由于立式砂仓直径小，在固液分离时主要靠重力沉降，因而往往沉降浓密时间长，溢流水含砂量高，严重影响工业水循环要求。另外，立式砂仓由于基于重力沉降和放砂，浆体的流动性差，致使浆体离析，进而极易造成放砂堵管和不稳定排放。同时，立式砂仓沉降对象单一，主要用于分级尾砂的沉降与浓密，而不能实现全尾砂的絮凝沉降与浓密。
深锥浓密机具有锥深、直径大、溢流水浑浊度低等优点，并能一次产生较大的养砂量，因而能保证较稳定的放砂。但是由于深锥浓密机占地面积大，单位面积生产能力较低，短时间内不能快速浓密成高浓度和超高浓度浆体，且在料浆浓度不稳定、耙架阻力增大情况下极易造成压耙现象，进而影响整个充填系统正常生产。
超声波在食品、医用、化工等领域应用十分广泛，但利用声场内置于浓密机中，利用声场的非接触产生的机械作用、空化作用在尾砂浓密沉降和出仓放砂领域应用较少。
浓密装置的底流浓度与浓密体的流变性是浓密放出体的两个重要指标，底流浓度低、放出体流动性差将直接影响后续作业的连续性。因此，本发明设计了一种高效浆体浓密和稳定排放装置及方法，可利用高效清洁的声/超声波能量，快速地提高浓密浆体底流浓度和单位面积固体通量，改善浓密体出仓流动性，使高浓度和超高浓度浆体能稳定连续地放出，同时降低浓密装置面积，并能减少絮凝剂的使用量。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种浆体浓密和稳定排放装置及方法。利用高效、清洁的超声波产生的机械振动作用、空化作用来加快沉砂速度，减少絮凝剂的使用量，提高浓密机中浆体的底流浓度和改善排放浆体的流变特性，提高单位面积固体通量，降低浓密装置面积。
该装置包括仓体、换能器载体管、超声波换能器、放砂口、换能器串联线、载体管稳定器、稳流筒、溢流管、入料管、絮凝剂管、混料螺旋管自转驱动装置、换能器连接线、超声波发生器和数控器，换能器载体管位于仓体内，换能器载体管连接载体管稳定器，换能器载体管上部设置自转驱动装置，自转驱动装置通过导线与数控器相连，换能器载体管内设有超声波换能器，换能器载体管内的超声波换能器通过换能器串联线连接，超声波换能器通过换能器连接线与超声波发生器连接，超声波发生器与数控器连接；仓体上部设有入料管、絮凝剂管和混料螺旋管，絮凝剂管与入料管、混料螺旋管通过三通阀门相连，混料螺旋管通入稳流筒；仓体上部两侧壁设有溢流管；仓体下部设有放砂口，放砂口外部布置超声波换能器。
其中，换能器载体管不少于两个，换能器载体管在仓体内根据超声波换能器辐射面积均匀分布，换能器载体管长度根据仓体的高度确定，换能器载体管通过载体管稳定器固定。
絮凝剂管与入料管用三通阀门相连接，后接混料螺旋管，用于絮凝剂与料浆的均匀混合。
放砂口外部根据放砂管尺寸布置两个以上的超声波换能器。
仓体内自上而下划分为沉降段、浓密段和放出段，其中，沉降段为声场脱稳造粒作用区，浓密段为声场谐振排水浓密作用区，放出段为声场激励液化排放作用区。
沉降段、浓密段和放出段的换能器载体管内的超声波换能器分层安装，分层数量、分层间距以及同一水平部分超声波换能器安装数量根据超声波换能器功率、浓密体性质和沉降段、浓密段、放出段长度具体计算确定。
应用该高效浆体浓密和稳定排放装置的方法，具体为：当全尾砂沉砂和压缩浓密时，将换能器载体管自转驱动装置开启，通过数控器调节转速，同时通过数控器开启超声波发生器，精准控制沉降段和浓密段中的超声波换能器阵列工作，通过超声波产生的机械振动作用和空化作用，加快混凝脱稳和絮凝造粒，加速尾砂颗粒沉降，快速浓密排水，提高单位面积固体通量和浆体浓度，减少絮凝剂的投放；当尾砂沉砂和压缩浓密后进行放砂时，同样保持换能器载体管自转，开启放出段超声波换能器，同时通过数控器启动放砂口外部布置的超声波换能器，实现连续放砂。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
上述方案中，可以高效、清洁地利用超声场内辐射能量快速地使浆体达到高浓度和超高浓度目标和连续稳定排放的目标。根据超声波产生的机械作用、空化作用并结合浆体在浓密机中的沉降原理，按照砂浆在浓密机中絮凝沉降与浓密过程，分为沉降段、浓密段和放出段，并根据超声波作用效果进一步地将内置声场装置分为声场脱稳造粒作用区、声场谐振排水浓密作用区和声场激励液化排放作用区。该装置和方法能在15min～60min内快速地将入料浓度为30％全尾砂砂浆浓密为75％～78％的高浓度和超高浓度浆体，且能连续稳定放出，放出尾砂浆烘干后浓度能达到81％～85％。与现有的立式砂仓和深锥浓密机浓密效果相比，沉降浓密时间能缩短70min～120min，最终底流浓度能提升1％～5％，絮凝剂单耗饱和点下降了5g/t～10g/t，直接减少了絮凝剂的投入量，为矿山企业节约了浓密沉降成本。将超声波波源内置，并在每一根装载超声换能器的管道上方布置自转驱动，可以有效解决超声在仓体内的传播衰减和辐射盲区。同时本发明完全解决了立式砂仓风水联动造浆浓度低，成本高以及放砂堵管等的问题。另外，省去了深锥浓密机的大耙架，一定程度上减小了浓密装置的体积，也避免了深锥浓密机的耙架所造成的一系列问题。
附图说明
图1为本发明的浆体浓密和稳定排放装置结构示意图；
图2为图1中I-I剖面示意图。
其中：1-仓体；2-换能器载体管；3-超声波换能器；4-放砂口；5-换能器串联线；6-载体管稳定器；7-稳流筒；8-溢流管；9-入料管；10-絮凝剂管；11-混料螺旋管；12-自转驱动装置；13-换能器连接线；14-超声波发生器；15-数控器；A-沉降段；B-浓密段；C-放出段。
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。
本发明提供一种浆体浓密和稳定排放装置及方法。
如图1和图2所示，该装置包括仓体1、换能器载体管2、超声波换能器3、放砂口4、换能器串联线5、载体管稳定器6、稳流筒7、溢流管8、入料管9、絮凝剂管10、混料螺旋管11、自转驱动装置12、换能器连接线13、超声波发生器14和数控器15，换能器载体管2位于仓体1内，换能器载体管2连接载体管稳定器6，换能器载体管2上部设置自转驱动装置12，自转驱动装置12通过导线与数控器15相连，换能器载体管2内设有超声波换能器3，换能器载体管2内的超声波换能器3通过换能器串联线5连接，超声波换能器3通过换能器连接线13与超声波发生器14连接，超声波发生器14与数控器15连接；仓体1上部设有入料管9、絮凝剂管10和混料螺旋管11，絮凝剂管10与入料管9、混料螺旋管11通过三通阀门相连，混料螺旋管11通入稳流筒7；仓体1上部两侧壁设有溢流管8；仓体1下部设有放砂口4，放砂口4外部布置超声波换能器3。仓体1内自上而下划分为沉降段A、浓密段B和放出段C，其中，沉降段A为声场脱稳造粒作用区，用于混凝造粒，促进絮团团聚，加快浆体沉降；浓密段B为声场谐振排水浓密作用区，用于排水浓密，振动沉砂，短时间内快速提高砂浆浓度，提高单位面积固体通量；放出段C为声场激励液化排放作用区，用于改善尾砂流动性，利于高浓度和超高浓度浓密体稳定地出仓放砂。
换能器载体管2不少于两个，换能器载体管2在仓体1内根据超声波换能器辐射面积均匀分布，换能器载体管2长度根据仓体1的高度确定，换能器载体管2通过载体管稳定器6固定。
载体管稳定器6包括外部刚体支架和内部压轮两部分，外部刚体支架用于稳定管体，内部压轮便于载体管自转。
数控器15包括两部分功能，一部分可通过控制超声波发生器的频率、功率、施加时刻和作用时长等参数，精准地控制超声波换能器阵列，可根据企业生产具体所需的浆体浓度和排放要求来调控声场作用参数；另一部分导线连接载体管自传驱动装置，可根据超声波辐射范围和作用时长准确得调控载体管的转速。
放砂口4外部布置超声波换能器3，通过数控器实时精准控制，用于促进浆体流动性和进一步增强超声场对砂浆激励液化排放，并防止放砂管堵塞，使高浓度和超高浓度浓密体能连续稳定的排出。
在具体设计中，在仓体1正中心布置处一根内部装有超声波换能器3的换能器载体管2，长度为从仓体1顶部直至放砂口4，并围绕仓体1内部环形布置三根同样载有超声波换能器3的换能器载体管2，与中心处的换能器载体管2呈阵列环形布置，根据换能器辐射距离及浓密机面积，按照均匀布置原则确定。在每根换能器载体管2顶端均配有驱使其自转的自转驱动装置12，且在每根换能器载体管2中段和下段布置一个载体管稳定器6，将换能器载体管的稳定器相互连接，以实现整体刚性稳固，但又便于自转辐射超声。超声波换能器分别布置于换能器载体管2内的沉降段A、浓密段B和排放段C，并通过换能器连接线13与超声波发生器14连接，分别形成声场脱稳造粒作用区、声场谐振排水浓密作用区和声场激励液化排放作用区。在仓体1顶部上下分别配有一根絮凝剂管10和一根入料管9，絮凝剂管10与入料管9通过三通连接到混料螺旋管11内，以达到絮凝剂与尾砂浆定量控制和均匀混合目的，混料螺旋管11与稳流筒7内相通，以实现砂浆体流量的均匀。在仓体1底部有放砂口4，在放砂口4外侧布置超声波换能器，用于防止放砂管堵塞和进一步增强高浓度和超高浓度浆体连续性的稳定排放。
在具体应用中，当全尾砂沉砂和压缩浓密时，将换能器载体管2自转驱动开启，并通过数控器15调节其转速，同时通过数控器15开启超声波发生器14，精准控制沉降段A和浓密段B中的超声波换能器3阵列工作，并精准地控制超声波换能器阵列，根据浆体浓度要求调节适当的频率、功率、超声波施加时刻和作用时长，分别形成无盲区声场脱稳造粒作用区和声场谐振排水浓密作用区，通过超声波产生的机械振动作用和空化作用，加快混凝脱稳和絮凝造粒，加速尾砂颗粒沉降，快速浓密排水，提高单位面积固体通量和浆体浓度，减少絮凝剂的投放。当尾砂沉砂和压缩浓密后进行放砂时，同样需保持换能器载体管2自转，开启放砂段超声波换能器，产生出仓放砂段超声激励液化作用区，并同时通过数控器启动放砂口外部布置的超声波换能器，利用声场的机械振动和空化作用，进一步增强超声的激励液化作用，降低砂浆在出仓口的塑性黏度和屈服应力，改善砂浆出仓放砂的流动性，避免放砂管堵管现象，实现浓度为77％～84％的高浓度和超高浓度砂浆稳定连续放砂。
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)
1.一种浆体浓密和稳定排放装置，其特征在于：包括仓体(1)、换能器载体管(2)、超声波换能器(3)、放砂口(4)、换能器串联线(5)、载体管稳定器(6)、稳流筒(7)、溢流管(8)、入料管(9)、絮凝剂管(10)、混料螺旋管(11)、自转驱动装置(12)、换能器连接线(13)、超声波发生器(14)和数控器(15)，换能器载体管(2)位于仓体(1)内，换能器载体管(2)连接载体管稳定器(6)，换能器载体管(2)上部设置自转驱动装置(12)，自转驱动装置(12)通过导线与数控器(15)相连，换能器载体管(2)内设有超声波换能器(3)，换能器载体管(2)内的超声波换能器(3)通过换能器串联线(5)连接，超声波换能器(3)通过换能器连接线(13)与超声波发生器(14)连接，超声波发生器(14)与数控器(15)连接；仓体(1)上部设有入料管(9)、絮凝剂管(10)和混料螺旋管(11)，絮凝剂管(10)与入料管(9)、混料螺旋管(11)通过三通阀门相连，混料螺旋管(11)通入稳流筒(7)；仓体(1)上部两侧壁设有溢流管(8)；仓体(1)下部设有放砂口(4)，放砂口(4)外部布置超声波换能器(3)；
仓体(1)内自上而下划分为沉降段(A)、浓密段(B)和放出段(C)，其中，沉降段(A)为声场脱稳造粒作用区，浓密段(B)为声场谐振排水浓密作用区，放出段(C)为声场激励液化排放作用区；
所述沉降段(A)、浓密段(B)和放出段(C)的换能器载体管(2)内的超声波换能器(3)分层安装。
2.根据权利要求1所述的浆体浓密和稳定排放装置，其特征在于：所述换能器载体管(2)不少于两个，换能器载体管(2)在仓体(1)内根据超声波换能器辐射面积均匀分布，换能器载体管(2)通过载体管稳定器(6)固定。
3.根据权利要求1所述的浆体浓密和稳定排放装置，其特征在于：所述絮凝剂管(10)与入料管(9)用三通阀门相连接，后接混料螺旋管(11)，用于絮凝剂与料浆的均匀混合。
4.根据权利要求1所述的浆体浓密和稳定排放装置，其特征在于：所述放砂口(4)外部根据放砂管尺寸布置两个以上的超声波换能器(3)。
5.应用权利要求1所述的浆体浓密和稳定排放装置的方法，其特征在于：当全尾砂沉砂和压缩浓密时，将换能器载体管(2)自转驱动装置(12)开启，通过数控器(15)调节转速，同时通过数控器(15)开启超声波发生器(14)，精准控制沉降段(A)和浓密段(B)中的超声波换能器(3)阵列工作，通过超声波产生的机械振动作用和空化作用，加快混凝脱稳和絮凝造粒，加速尾砂颗粒沉降，快速浓密排水，提高单位面积固体通量和浆体浓度，减少絮凝剂的投放；当尾砂沉砂和压缩浓密后进行放砂时，同样保持换能器载体管(2)自转，开启放出段超声波换能器(3)，同时通过数控器(15)启动放砂口(4)外部布置的超声波换能器，实现连续放砂。
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