CN110773329A - 一种适用于微细粒快速分选的强湍流发生装置 - Google Patents

一种适用于微细粒快速分选的强湍流发生装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种适用于微细粒快速分选的强湍流发生装置，包括圆筒形管流段以及若干设置在管流段内的锥形环，其中，各锥形环沿着管流段的轴向均匀排布，锥形环在管流段内的安装方向设置为使矿浆由底面流向顶面；锥形环底面外径D1与管流段内径相同，锥形环顶面的外径D2与底面的外径D1之比为0.3～0.8，锥形环外侧壁与管流段内壁之间的夹角为15°～45°；锥形环的外侧壁上均匀布置若干通水孔。本发明无需额外增加能耗即可以提高湍流强度，降低可浮选粒度下限，提高微细粒的回收率。

Description

一种适用于微细粒快速分选的强湍流发生装置
技术领域
本发明涉及一种管流装置，具体涉及一种适用于微细粒快速分选的强湍流发生装置，属于选矿设备技术领域。
背景技术
微细粒矿物的产生主要是由于有用矿物嵌布粒度过小而必须细磨，或由于粗粒矿物过磨造成的。随着矿石粒度的减小，矿粒的质量减小而比表面积增大，在常规浮选中，使矿粒碰撞几率减小、药剂专属性差并引起机械夹杂等，最终导致精矿品位和回收率下降。同时由于粒度减小，细粒的表面电性对其浮选行为的干扰表现为矿泥罩盖和细粒互凝，并且粒度变细时，氧化程度增大，矿物间相互活化作用更为显著，因此在浮选过程中比粗粒矿物难选的多。
因此，微细粒矿物的分选回收不仅是进行贫矿、尾矿开发、提高矿产资源利用率的有效途径，而且是实现能源可持续发展的关键所在。浮选技术是矿物回收的主要手段之一，但是微细粒的质量很小，这将导致矿物颗粒在矿浆中难以突破流线与气泡碰撞，即使发生碰撞也缺乏足够的动能突破气泡表面的水化膜发生黏附，从而制约了浮选技术在微细粒分选问题中的应用。
现有技术多通过提高浮选装置中流体的湍流强度来解决微细粒分选难题，这是由于提高湍流强度一方面能提高颗粒的脉动速度与动能，增加其与气泡的碰撞频率与黏附概率，另一方面湍流中的强剪切作用还会使气泡分裂得更小，令矿浆中气泡浓度增加，提高颗粒与气泡之间的碰撞频率，进而提高微细颗粒的回收率。此外，湍流还可以改善浮选药剂在颗粒表面的吸附效果，能够节约药剂用量。一般提高浮选装置中湍流强度的方法为增加外部能量输入，比如提高浮选机中的叶轮旋转速度等方式，但是这种方式在强化了微细粒回收的同时增加了更多的能耗，提高了运行成本。
发明内容
为了克服现有技术存在的各种不足，本发明提供一种适用于微细粒快速分选的强湍流发生装置，这种装置无需额外增加能耗即可以提高湍流强度，降低可浮选粒度下限，提高微细粒的回收率。
为了实现上述发明目的，本发明一种适用于微细粒快速分选的强湍流发生装置，包括圆筒形管流段，还包括若干设置在管流段内的锥形环，其中，各锥形环沿着管流段的轴向均匀排布，锥形环在管流段内的安装方向设置为使矿浆由底面流向顶面；锥形环底面外径D1与管流段内径相同，锥形环顶面的外径D2与底面的外径D1之比为0.3～0.8，锥形环外侧壁与管流段内壁之间的夹角为15°～45°；锥形环的外侧壁上均匀布置若干通水孔。
进一步的，所述通水孔为等腰三角形通孔。
进一步的，锥形环的外侧壁上的通水孔为3～6个。
优选的，管流段内的各锥形环之间的间隔为15～25mm。
优选的，锥形环的底面边缘与管流段内壁之间无间隙固定连接。
本发明设置的锥形环的作用原理在于：当矿浆流经带孔锥形环时，由于矿浆流向是由锥形环的底面流向顶面，因此管道的收缩造成矿浆流速大幅增加形成湍流强度极高的射流，强湍流中流体的湍流耗散率大幅度增加，可以将流体的动能更多的传递给颗粒，而颗粒动能的提高一方面可以帮助颗粒摆脱液体流线提高其与气泡的碰撞效率，另一方面有助于颗粒突破气泡表面的水化膜增加其与气泡的黏附效率，最终实现微细颗粒浮选速率与回收率的提高；在锥形环后方靠近管壁处，射流作用会产生一个负压区，气泡极容易在负压区聚集，使管中能够与颗粒相互作用的气泡数量减少，从而不利于浮选速率与回收率的提高。为了避免这个问题，在锥形环上均匀布置了通水孔，使少部分矿浆能够从锥形环上布置的等腰三角形通水孔中流出，三角形通水孔给予矿浆一个加速作用，能够有效破坏射流形成的负压区，防止气泡在负压区聚集。
本发明通过改变流道的形式提高流动的湍流强度，能够在实现微细粒矿物回收率的提高的同时减小能耗，而且结构简单，体积小，安装方便，成本低，能够实现装置持续稳定的运行。
附图说明
图1为本发明的一实施例主体结构示意图；
图2为锥形环的前视图；
图3为锥形环的俯视图；
图4为本发明的另一实施例主体结构示意图；
图5不同管流结构下微细粒滑石的浮选回收率随时间变化的曲线图；
图中：1、管道；2、锥形环；3、通水孔。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做详细的阐述。
实施例一
一种适用于微细粒快速分选的强湍流发生装置，包括圆筒形管流段1，还包括若干设置在管流段内的锥形环2，其中，各锥形环2沿着管流段的轴向均匀排布，且各锥形环2之间的间隔为15mm，锥形环2在管流段1内的安装方向设置为使矿浆由底面流向顶面；锥形环底面的外径D1与管流段1内径相同，锥形环顶面的外径D2与底面的外径D1之比为0.4，锥形环外侧壁与管流段内壁之间的夹角为25°，为了避免能量损失，锥形环2的底面边缘与管流段1内壁之间无间隙固定连接；锥形环的外侧壁上均匀布置3个等腰三角形通水孔。
实施例二
如图1至图3所示，一种适用于微细粒快速分选的强湍流发生装置，包括圆筒形管流段1，还包括若干设置在管流段内的锥形环2，其中，各锥形环2沿着管流段的轴向均匀排布，且各锥形环2之间的间隔为20mm，锥形环2在管流段1内的安装方向设置为使矿浆由底面流向顶面；锥形环底面的外径D1与管流段1内径相同，锥形环顶面的外径D2与底面的外径D1之比为0.6，锥形环外侧壁与管流段内壁之间的夹角为30°，为了避免能量损失，锥形环2的底面边缘与管流段1内壁之间无间隙固定连接；锥形环的外侧壁上均匀布置5个等腰三角形通水孔。
实施例三
一种适用于微细粒快速分选的强湍流发生装置，包括圆筒形管流段1，还包括若干设置在管流段内的锥形环2，其中，各锥形环2沿着管流段的轴向均匀排布，且各锥形环2之间的间隔为25mm，锥形环2在管流段1内的安装方向设置为使矿浆由底面流向顶面；锥形环底面的外径D1与管流段1内径相同，锥形环顶面的外径D2与底面的外径D1之比为0.6，锥形环外侧壁与管流段内壁之间的夹角为45°，为了避免能量损失，锥形环2的底面边缘与管流段1内壁之间无间隙固定连接；锥形环的外侧壁上均匀布置6个等腰三角形通水孔。
实施例四
如图4所示，一种适用于微细粒快速分选的强湍流发生装置，包括圆筒形管流段1，还包括若干设置在管流段内的锥形环2，其中，各锥形环2沿着管流段的轴向均匀排布，且各锥形环2之间的间隔为20mm，锥形环2在管流段1内的安装方式设置为由底面流向顶面；锥形环底面的外径D1与管流段1内径相同，锥形环顶面的外径D2与底面的外径D1之比沿矿浆流动方向依次增加，本实施例中分别设置为0.3，0.4，和0.5，各锥形环外侧壁与管段内壁之间的夹角依次减小，本实施例中分别设置为25°，20°和15°。为了避免能量损失，锥形环2的底面边缘与管流段1内壁之间无间隙固定连接；锥形环的外侧壁上均匀布置4个等腰三角形通水孔。
矿浆在管流段1内流经锥形环2时，由于流动面积收缩，使矿浆流速大幅度增加，形成了强湍流环境，从而增加了气泡与颗粒之间的碰撞频率，并赋予颗粒更高的动能以实现矿化；锥形环2的侧壁上均匀布置3～6个通水孔，是为了使少量矿浆从通水孔中流出，以破坏射流产生的负压区，防止负压区中气泡的聚集；由于射流形成的高强度湍流区会随着流动慢慢衰减，因此在使用过程中，可以在管流段1中沿流向布置多个带孔锥形环2，以产生多个高湍流区，达到强化浮选的效果。同时，过强的湍流会导致部分矿物颗粒在黏附在气泡表面后再次脱附，使回收率与浮选速率降低，因此在布置多个带孔锥形环时，锥形环2的顶面的外径D2与底面的外径D1之比可以沿流动方向依次增加，锥形环外侧壁与管段内壁之间的夹角依次减小，使管流段1内部的湍流强度沿流向形成从高到低的分布特征，使在高湍流强度下脱附的颗粒在较低湍流强度区再次黏附，达到回收不同粒度矿物一次性快速回收的目的。
现以实施例四中结构与光管管流段做浮选对比实验，以进一步证明本发明技术方案的浮选效果。
具体实验如下：
所用矿物为细粒滑石矿，其粒度分布在0-74μm之间。浮选实验系统是由调浆装置、循环泵、微泡发生装置、湍流矿化装置和泡沫分离装置所组成的闭路循环系统，对比实验系统则是将湍流矿化装置中内置带孔锥形环的强湍流管替换成普通光管。
将15g滑石矿加入1.5L去离子水中，于搅拌桶中搅拌使其分散均匀；2min后于搅拌桶中加入50ppm甲基异丁基甲醇起泡剂以便于产生微泡，调浆3分钟后开启循环泵，调节循环流量为需要的流量，待运行稳定后，开启气体阀门。本实验测试了当强湍流管中平均流速为1m/s，充气量为1L/min条件下不同时段的滑石回收率。
实验结果如图5所示，可以看出强湍流管具有更快的浮选速率，在浮选开始60s时，强湍流管的回收率比普通光管提高了7％。
由此证明了这种内置锥形环的强湍流发生管无需提高能量输入即可产生高强度湍流，能够在增加微细粒矿物的浮选速率与回收率的同时节约成本。

Claims (6)

1.一种适用于微细粒快速分选的强湍流发生装置，包括圆筒形管流段(1)，其特征在于，还包括若干设置在管流段(1)内的锥形环(2)，其中，各锥形环(2)沿着管流段(1)的轴向均匀排布，锥形环(2)在管流段(1)内的安装方向设置为使矿浆由底面流向顶面；锥形环(2)底面的外径D1与管流段(1)内径相同，锥形环(2)顶面的外径D2与底面的外径D1之比为0.3～0.8，锥形环(2)外侧壁与管流段(1)内壁之间的夹角为15°～45°；锥形环(2)的外侧壁上均匀布置若干通水孔(3)。
2.根据权利要求1所述的适用于微细粒快速分选的强湍流发生装置，其特征在于，所述通水孔(3)为等腰三角形通孔。
3.根据权利要求1所述的适用于微细粒快速分选的强湍流发生装置，其特征在于，锥形环(2)的外侧壁上的通水孔(3)为3～6个。
4.根据权利要求1所述的适用于微细粒快速分选的强湍流发生装置，其特征在于，管流段(1)内的各锥形环(2)之间的间隔为15～25mm。
5.根据权利要求1所述的适用于微细粒快速分选的强湍流发生装置，其特征在于，管流段(1)内的各锥形环(2)，其顶面的外径D2与底面的外径D1之比沿着矿浆流动方向依次增大，且各锥形环外侧壁与管段内壁之间的夹角沿矿浆流动方向依次减小。
6.根据权利要求1至5任一权利要求所述的适用于微细粒快速分选的强湍流发生装置，其特征在于，锥形环(2)的底面边缘与管流段(1)内壁之间无间隙固定连接。
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