CN110665646B - 一种三产品旋流浮选装置及浮选方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种三产品旋流浮选装置及浮选方法，属于煤泥浮选技术领域，解决了现有煤泥分选装置存在分选精度较低、可靠性较差及产品结构单一的问题。本发明的旋流浮选装置包括浮选机体、搅拌单元、进料单元、充气单元和喷淋水单元；浮选机体包括第一段圆锥体和第二段圆锥体，第一段圆锥体中部设置有环形倾斜内壁，环形倾斜内壁与第一段圆锥体的外壁围成的区域为中矿捕获区；进料单元、搅拌单元和充气单元由上至下依次设置于第一段圆锥体中下部；喷淋水单元设置于第一段圆锥体顶部；喷淋水单元的顶部边缘处设置有浮物溢流口。本发明的旋流浮选装置结构设计独特、操作简单、便于控制、分选精度高、产品结构调整灵活且能够减少精煤产品夹带现象。

Description

一种三产品旋流浮选装置及浮选方法

技术领域

本发明涉及煤泥浮选技术领域，尤其涉及一种三产品旋流浮选装置及方法。

背景技术

煤炭是我国储量最丰富的能源之一，燃煤给环境保护带来了严重的挑战，选煤是洁净煤技术的源头，是实现煤炭清洁利用最有效、成本最低的途径。随着我国采煤机械化程度的提高、原煤质量变差和分选工艺的复杂化使得流程中原生和次生煤泥含量增加，因此细粒煤分选成为各选煤厂越来越重视的问题。

我国大多数选煤厂多采用浮选机或浮选柱对细粒煤泥进行分选，对难浮煤泥，现有的浮选机多存在以下缺点：对物料适应性不强，存在精煤夹带，尾煤跑粗的现象；采用多台浮选机串联的浮选工艺，使得占地面积需求量大，且能源动力消耗较高，增加了成本投入。

现有的浮选柱想要实现多产品生产多采用两个柱体联接的方式，带来了结构复杂，不能根据产品要求随时进行调整的技术问题。

发明内容

鉴于上述分析，本发明旨在提供一种三产品旋流浮选装置及方法，用以解决现有煤泥分选装置分选稳定性较差、适应性不广、产品结构简单和难以根据需求动态调整分选过程的技术问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一方面，本发明公开了一种三产品旋流浮选装置，包括浮选机体、搅拌单元、进料单元、充气单元和喷淋水单元；浮选机体包括第一段圆锥体和设置于下方的第二段圆锥体，第一段圆锥体中部设置有环形倾斜内壁，环形倾斜内壁与第一段圆锥体的外壁围成的区域为中矿捕获区，中矿捕获区与中矿排料口连通；进料单元、搅拌单元和充气单元由上至下依次设置于第一段圆锥体中下部；喷淋水单元设置于第一段圆锥体顶部；喷淋水单元顶部设置有浮物溢流口；第二段圆锥体的底部设置有沉物排料口；

搅拌单元用于减少矿浆物料团聚；充气单元用于使矿浆物料形成矿化气泡。

在一种可能的设计中，充气单元包括风机、风室和竖管充气器，风机通过外部供风管道与风室连通，风室上设置有多个竖管充气器。

在一种可能的设计中，风室为单轴设置、双轴设置或多轴设置；竖管充气器为中空圆柱状，竖管充气器的侧壁上设有气孔，气孔开孔率高于60％。

在一种可能的设计中，第一段圆锥体底部横截面积小于第二段圆锥体顶部横截面积；第一段圆锥体和第二段圆锥体的锥角为10°～45°。

在一种可能的设计中，环形倾斜内壁设于矿浆入料口上方，第一段圆锥体外壁横截面与同一水平面的环形倾斜内壁顶部横截面的直径比为1.2～1.8。

在一种可能的设计中，搅拌单元包括搅拌电机和搅拌叶片，搅拌电机设于第二段圆锥体底部，搅拌叶片设置于竖管充气器上方；搅拌叶片的形状为梯形框式。

在一种可能的设计中，进料单元包括搅拌桶及给料泵，搅拌桶和给料泵通过物料管道和矿浆入料口与第一段圆锥体连通。

在一种可能的设计中，三产品旋流浮选装置还包括电气集控单元，电气集控单元包括顶部给水变频控制器、底部流量变频控制器、集控计算机及PID控制器；顶部给水变频控制器用于控制顶部给水装置为喷淋水装置提供水量；底部流量变频控制器通过控制沉物排料口的流量与顶部给水变频控制器协同控制浮选装置内的液面高度；集控计算机通过PID控制器控制顶部给水变频控制器和底部流量变频控制器。

另一方面，本发明还公开了一种三产品旋流浮选方法，采用上述任一种三产品旋流浮选装置，该三产品旋流浮选方法包括以下步骤：

S1、选择细粒煤泥矿浆物料，开启进料单元、搅拌单元和充气单元；

S2、将细粒煤泥物料和浮选药剂混合后给入第一段圆锥体中并搅拌；

S3、将充气单元提供的空气给入第一段圆锥体内的矿浆物料中，可浮性较好的物料与气泡黏附形成矿化气泡，在浮力的作用下上升至浮选机体顶部形成精矿泡沫层由浮物溢流口排出；可浮性较差的物料在自身重力的作用下下沉至浮选机体尾部由沉物排料口排出；

S4、开启中矿排料口，沿浮选机体不断上浮的矿化气泡经过环形倾斜内壁处流动状态发生改变，增加了气泡聚并和破裂的几率，疏水作用较弱的矿物在扰动下与气泡脱附并在导流作用下沉积于中矿区形成中矿，利用中矿排料口排出；

S5、利用喷淋水单元对矿化气泡形成的泡沫层进行冲洗，冲洗后形成的浮选精矿经浮选溢流口排出；通过底部流量变频控制器控制尾矿的出料量及出料频率；

S6、分别收集精矿产物、中矿产物和尾矿产物。

进一步地，在S3中，充气单元包括通过外部供风管道依次连接的风机、风包和风室，风室上设置有多个竖管充气器；空气通过外部供风管道经风机和风包进入风室内，并经竖管充气器侧壁上的气孔给入矿浆物料中。

与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：

(1)通过采用变截面的第一段圆锥体，强化了沿切线给入的矿浆物料在浮选机体内的旋流效果，产生旋流的矿浆物料能够使煤泥产生初步的离心分离效应，减小了不同颗粒性质矿浆物料之间的影响，强化了浮选效果，加快了浮选过程；通过设置喷淋水单元及其顶部的给水装置，通过调整给水量、给水压力和给水频率，对泡沫层进行冲洗，疏水性较差的矿粒黏附不牢，与气泡分离随向下流动的水返回液相，加强二次富集作用，减少细泥夹带的现象，最终提高了精矿的质量。

(2)本发明的第一段圆锥体底部横截面面积成小于第二段圆锥体顶部横截面面积，用以保证浮选机体内形成有效旋流，减少物料的团聚、粘附和堆积。

(3)本发明的搅拌单元包括搅拌电机和梯形框式搅拌叶片，矿浆物料通过进料口进入第一段圆锥体后，在搅拌叶片产生的扰动作用下减小了矿浆物料的团聚，强化了气泡与矿浆物料颗粒的黏附效果，使矿浆物料均匀分散在水介质中；另外，梯形框式搅拌叶片能够减小搅拌产生的抬升和下压作用，对矿浆物料上浮或下沉运动过程的影响较小。

(4)本发明的风室可以根据实际情况进行单轴设置、双轴设置或多轴设置，竖管充气器为中空圆柱状且其侧壁上设有气孔，气孔开孔率高于60％，以增加浮选装置内空气的弥漫程度。

本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书实施例以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明三产品旋流浮选装置示意图；

图2为本发明三产品旋流浮选装置A-A平面示意图；

图3为本发明三产品旋流浮选装置B-B平面示意图。附图标记：

1-搅拌电机；2-支撑机架；3-沉物排料口；4-第二段圆锥体；5-搅拌桶；6-给料泵；7-第一段圆锥体；8-浮物溢流口；9-喷淋水装置；10-顶部给水装置；11-矿化气泡；12-环形倾斜内壁；13-中矿排料口；14-搅拌叶片；15-竖管充气器；16-风室；17-流量计；18-球阀；19-风包；20-风机；21-底部流量变频控制器；22-顶部给水变频控制器；23-集控计算机；24-PID控制器。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

本实施例公开了一种三产品旋流浮选装置，如图1至图3所示，包括浮选机体、搅拌单元、进料单元、充气单元和喷淋水单元；其中，浮选机体包括第一段圆锥体7和位于第一段圆锥体7下方的第二段圆锥体4，第一段圆锥体7中部设置有环形倾斜内壁12，环形倾斜内壁12与第一段圆锥体7外壁围成的区域构成中矿捕获区，该中矿捕获区与中矿排料口13连通；进料单元、搅拌单元和充气单元由上至下依次设置于第一段圆锥体7中下部；喷淋水单元设置于第一段圆锥体7顶部；喷淋水单元的顶部边缘处设置有浮物溢流口8，第二段圆锥体4的底部设置有沉物排料口3；搅拌单元用于减少矿浆物料团聚；充气单元用于使矿浆物料形成矿化气泡11。

实例性地，浮选机体包括内部连通的、且均为中空状的第一段圆锥体7和第二段圆锥体4，第一段圆锥体7设于第二段圆锥的正上方；第一段圆锥体7的上方设置有喷淋水单元，喷淋水单元的顶部设置有浮物溢流口8，该喷淋水单元通过其上方的给水装置进行补加水；第一段圆锥体7的底部与第二段圆锥体4的顶部连通；在第一段圆锥体7内，由上至下依次设置有环形倾斜内壁12、进料口、搅拌单元和充气单元；其中，环形倾斜内壁12设置于第一段圆锥体7的中上部，环形倾斜内壁12与第一段圆锥体7的外壁围成的区域为中矿捕获区，该中矿捕获区与中矿排料口13连通；进料口设置于第一段圆锥体7中部，进料单元通过该进料口与第一段圆锥体7连通；搅拌单元和充气单元设置于第一段圆锥体7的中下部，搅拌单元用于产生扰动以减少矿浆物料的团聚，使矿浆物料均匀地分散在水介质中；充气单元用于使矿浆物料形成矿化气泡11。需要说明的是，第一段圆锥体7通过支撑单元固定，支撑单元包括支撑机架2，支撑机架2的顶端与第一段圆锥体7的中下部固定连接。

另外，由于第二段圆锥体4主要用处是储存尾矿和排出尾矿，因此，将其设置为锥形主要是因为：物料在排放时，沿锥形光滑曲面滑动受到的摩擦力较小，而且，锥形光滑曲面不存在死角，避免了尾矿附着在床璧的情况，同时减小了占地面积。

与现有技术相比，本发明的浮选机体通过采用变截面的第一段圆锥体7，强化了沿切线给入的矿浆物料在浮选机体内的旋流效果，产生旋流的矿浆物料能够使煤泥产生初步的离心分离效应，减小了不同颗粒性质矿浆物料之间的影响，强化了浮选效果，加快了浮选过程；本发明在搅拌单元产生的扰动下减少了物料的团聚，使物料均匀分散在水介质中；本发明通过设置喷淋水单元及其顶部的给水装置，通过调整给水量、给水压力和给水频率，对泡沫层进行冲洗，疏水性较差的矿粒黏附不牢，与气泡分离随向下流动的水返回液相，加强二次富集作用，减少细泥夹带的现象，最终提高了精矿的质量。

为了使浮选药剂更均匀地分布于矿浆物料中，充气单元具体包括风机20、风室16和竖管充气器15，风机20通过供风管道与风室16连通，风室16上设有多个竖管充气器15。

具体地，充气单元包括通过外部供风管道依次连接的风机20、风包19和设置于第一段圆锥体7内的风室16(指设置于第一段圆锥体7内的内部供风管道)，风室16顶部焊接有多个竖管充气器15，进入风室16的风最终通过竖管充气器15给入矿浆物料中；在外部供风管道上设置有球阀18和流量计17，球阀18和流量计17用于调节供风风量及风速。

为了增加浮选机体内空气的弥漫程度，风室16可以单轴设置、双轴设置或多轴设置；竖管充气器15为中空圆柱状，竖管充气器15的侧壁上设置有气孔，气孔开孔率高于60％。

为保证浮选机体内形成有效旋流，减少物料的粘附堆积，将第一段圆锥体7底部横截面设置成小于第二段圆锥体4顶部横截面，以及第一段圆锥体7和第二段圆锥体4锥角为10°～45°。

具体地，将第一段圆锥体7底部横截面设置为小于第二段圆锥体4顶部横截面能够使第二段圆锥体4拥有较大的储存体积，相对于体积相同的圆锥体，其高度较小。将第一段圆锥体7和第二段圆锥体4锥角控制在10°～45°之间，这是因为角度超过45°，意味着为拥有较大的体积就需要增加浮选机体高度；而角度小于10°则难以形成有效的旋流，造成尾矿容易黏附堆积，因此，在保证矿料处理量的前提下减少了浮选机体高度，保证浮选机体内形成有效旋流，减少物料团聚、粘附和堆积。

为保证中矿捕获区的空间以及保证对流动状态产生足够的干扰，第一段圆锥体7的环形倾斜内壁12设置于矿浆入料口上方，第一段圆锥体外壁横截面与同一水平面的环形倾斜内壁12顶部横截面的直径比为1.2～1.8。

为了保证气泡均匀的分布在矿浆物料中，搅拌单元包括搅拌电机1和搅拌叶片14，搅拌电机1设置于第二段圆锥体4底部，搅拌叶片14设置于竖管充气器15上方；搅拌叶片14的形状为梯形框式，该梯形框式搅拌叶片14能够更好的契合第一段圆锥体7的形状，进而使物料达到良好的搅拌效果。

具体地，矿浆物料通过进料口进入第一段圆锥体7后，在搅拌叶片14产生的扰动作用下减小了矿浆物料的团聚，强化了气泡与矿浆物料颗粒的黏附效果，使矿浆物料均匀分散在水介质中；需要强调的是，梯形框式搅拌叶片14能够减小搅拌产生的抬升和下压作用，对矿浆物料上浮或下沉运动过程的影响较小。

本发明的进料单元包括搅拌桶5及给料泵6，搅拌桶5和给料泵6通过物料管道和矿浆入料口与第一段圆锥体7连通。当需要进料时，开启给料泵6，将搅拌好的矿浆物料通过物料管道和矿浆入料口沿切向方向给入浮选机体，由于浮选机体为变截面圆锥形，给入浮选机体内的矿浆物料在浮选机体内产生旋流效应，该部分旋流矿浆物料能够使煤泥产生初步的离心分离效应，从而减小不同颗粒性质物料之间的影响，强化浮选效果，最终加快浮选过程。

为了实现集中控制三产品旋流浮选装置，该三产品旋流浮选装置还包括电气集控单元，电气集控单元包括顶部给水变频控制器22、底部流量变频控制器21、集控计算机23及PID控制器24；顶部给水变频控制器22用于控制顶部给水装置10为喷淋水装置9提供水量；底部流量变频控制器21通过控制沉物排料口3的流量与顶部给水变频控制器22协同控制浮选装置内的液面高度；集控计算机23通过PID控制器24控制顶部给水变频控制器22和底部流量变频控制器21。

具体地，集控计算机23通过PID控制器24控制顶部给水变频控制器22和底部流量变频控制器21。顶部给水变频控制器22用于控制顶部给水装置10为喷淋水装置9提供水量，而顶部给水装置10根据需求通过变频控制器控制给水量、给水压力和给水频率，对泡沫层进行冲洗，疏水性较差的矿粒黏附不牢，与气泡分离随向下流动的水返回液相，加强二次富集作用，减少细泥夹带的现象，从而提高了精矿的质量；底部流量变频控制器21用于控制排料量和排料频率，与顶部给水变频控制器22协同控制浮选机体内的液面高低，使泡沫层产物能够及时通过浮物溢流口8排出。

实施例2

本实施例提供了一种三产品旋流浮选方法，采用实施例1提供的三产品旋流浮选装置，该方法包括以下步骤：

S1、选择入料粒度在0～0.5mm之间的细粒煤泥矿浆物料；

S2、将矿浆物料和浮选药剂在搅拌桶5中充分接触混合后由给料泵6沿切线给入浮选机体的第一段圆锥体7中，进入浮选机体内的矿浆物料在离心力作用下做旋流运动，轻物料沿旋流中心向上运动，重物料沿锥体器壁向下运动；同时打开搅拌单元，在搅拌叶片14的扰动下减少物料的团聚，使物料均匀分散在水介质中；

S3、打开充气系统，空气由风机20引入经风包19、球阀18和流量计17给入风室16，在竖管充气器15侧面小孔的作用下，均匀的给入到矿浆中，可浮性较好的物料与气泡黏附形成矿化气泡11，在浮力的作用下上升至机体顶部形成精矿泡沫层由浮物溢流口8排出，可浮性较差的物料则在自身重力的作用下下沉至机体尾部由沉物排料口3排出；

S4.沿浮选机体不断上浮的矿化气泡11，在上浮过程中经过环形倾斜内壁12处流动状态发生改变，增加了气泡聚并和破裂的几率，疏水作用较弱的矿物在扰动下与气泡脱附并在导流作用下沉积于中矿区由中矿排料口13排出；

S5、由顶部给水变频控制器22控制给水量和给水压力，经喷淋水装置9对泡沫层进行冲洗，疏水性较差的矿粒黏附不牢，与气泡分离随向下流动的水返回液相，加强二次富集作用，减少了细泥夹带的现象，从而提高了精矿的质量；

S6、由底部流量变频控制器21控制出料量、出料频率，维持浮选机体内液面高度，使浮选精矿能够及时排出，保证分选效率；

S7、分别收集精矿产物、中矿产物和尾矿产物。

与现有技术相比，针对难浮煤泥，本发明提供的三产品旋流浮选方法分选过程稳定，离心初步分离效果显著，能够强化气泡与颗粒的粘附效应，提高分选可靠性，同时改善了产品结构，分选过程中减少了精煤产品夹带现象，最终提高了煤泥的分选效果。

以上所述，仅为本发明较好的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种三产品旋流浮选装置，其特征在于，包括浮选机体、搅拌单元、进料单元、充气单元和喷淋水单元；所述浮选机体包括第一段圆锥体和设于下方的第二段圆锥体，所述第一段圆锥体中部设置有环形倾斜内壁，所述环形倾斜内壁与第一段圆锥体的外壁围成的区域为中矿捕获区，所述中矿捕获区与中矿排料口连通；所述进料单元、搅拌单元和充气单元由上至下依次设置于所述第一段圆锥体中下部；所述喷淋水单元设置于第一段圆锥体顶部；所述喷淋水单元顶部设置有浮物溢流口；所述第二段圆锥体的底部设置有沉物排料口；

所述搅拌单元用于减少矿浆物料团聚；所述充气单元用于使矿浆物料形成矿化气泡。

2.根据权利要求1所述的三产品旋流浮选装置，其特征在于，所述充气单元包括风机、风室和竖管充气器，所述风机通过外部供风管道与风室连通，所述风室上设置有多个竖管充气器。

3.根据权利要求2所述的三产品旋流浮选装置，其特征在于，所述风室为单轴设置、双轴设置或多轴设置；所述竖管充气器为中空圆柱状，所述竖管充气器的侧壁上设置有气孔。

4.根据权利要求1所述的三产品旋流浮选装置，其特征在于，所述第一段圆锥体底部横截面积小于第二段圆锥体顶部横截面积；所述第一段圆锥体和第二段圆锥体的锥角为10°～45°。

5.根据权利要求1所述的三产品旋流浮选装置，其特征在于，所述环形倾斜内壁设置于矿浆入料口上方，所述第一段圆锥体外壁横截面与同一水平面的环形倾斜内壁顶部横截面的直径比为1.2～1.8。

6.根据权利要求1-5任一所述的三产品旋流浮选装置，其特征在于，所述搅拌单元包括搅拌电机和搅拌叶片，所述搅拌电机设置于第二段圆锥体底部，所述搅拌叶片设置于竖管充气器上方；所述搅拌叶片的形状为梯形框式。

7.根据权利要求6所述的三产品旋流浮选装置，其特征在于，所述进料单元包括搅拌桶及给料泵，所述搅拌桶和给料泵通过物料管道和矿浆入料口与第一段圆锥体连通。

8.根据权利要求7所述的三产品旋流浮选装置，其特征在于，所述三产品旋流浮选装置还包括电气集控单元，所述电气集控单元包括顶部给水变频控制器、底部流量变频控制器、集控计算机及PID控制器；

所述顶部给水变频控制器用于控制顶部给水装置为喷淋水装置提供水量；所述底部流量变频控制器通过控制沉物排料口的流量与顶部给水变频控制器协同控制浮选装置内的液面高度；所述集控计算机通过PID控制器控制顶部给水变频控制器和底部流量变频控制器。

9.一种三产品旋流浮选方法，其特征在于，采用权利要求8所述的三产品旋流浮选装置，所述三产品旋流浮选方法包括以下步骤：

S1、选择细粒煤泥矿浆物料，开启进料单元、搅拌单元和充气单元；

S2、将细粒煤泥物料和浮选药剂混合后给入第一段圆锥体中，进入浮选机体内的矿浆物料在离心力作用下做旋流运动，轻物料沿旋流中心向上运动，重物料沿锥体器壁向下运动，产生初步的离心分离效应；同时打开搅拌单元，在搅拌叶片的扰动下减少物料的团聚，使物料均匀分散在水介质中；

S3、将充气单元提供的空气给入第一段圆锥体内的矿浆物料中，可浮性较好的物料与气泡黏附形成矿化气泡，在浮力的作用下上升至浮选机体顶部形成精矿泡沫层由浮物溢流口排出；可浮性较差的物料在自身重力的作用下下沉至浮选机体尾部由沉物排料口排出；

S4、开启中矿排料口，沿浮选机体不断上浮的矿化气泡经过环形倾斜内壁处流动状态发生改变，增加了气泡聚并和破裂的几率，疏水作用较弱的矿物在扰动下与气泡脱附并在导流作用下沉积于中矿捕获区形成中矿，利用中矿排料口排出；

S5、利用喷淋水单元对矿化气泡形成的泡沫层进行冲洗，冲洗后形成的浮选精矿经浮选溢流口排出；通过底部流量变频控制器控制尾矿的出料量及出料频率；

S6、分别收集精矿产物、中矿产物和尾矿产物。

10.根据权利要求9所述的三产品旋流浮选方法，其特征在于，在所述S3中，充气单元包括通过外部供风管道依次连接的风机、风包和风室，风室上设置有多个竖管充气器；空气通过外部供风管道经风机和风包进入风室内，并经竖管充气器侧壁上的气孔打入矿浆物料中。

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