CN111111904B - 可适应不同细粒矿物干扰沉降分选流场调控的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可适应不同细粒矿物干扰沉降分选流场调控的装置及方法，包括机架，凸字形分选腔体、溢流槽、电机、旋转轴、上搅拌叶片、下搅拌叶片、上调节侧壁板、下调节侧壁板、上调节机构和下调节机构；矩形腔体底部两侧设有底部顶水口，底部顶水口分别连接有进水管。与现有技术相比，本发明通过上调节机构和下调节机构可分别用于调节上调节侧壁板与锥形腔体侧壁、下调节侧壁板与锥形腔体侧壁之间的夹角，强化侧壁流场、为颗粒群提供侧壁分选效应，同时可对颗粒群运动至锥形腔体中部开始出现运动轨迹混乱的问题进行调节，为细颗粒顺利从锥形腔体顶部边缘溢流提供保障。

Description

可适应不同细粒矿物干扰沉降分选流场调控的装置及方法

技术领域

本发明涉及粗煤泥分选、黏土矿物分选等不同矿物分选领域，特别是一种可适应不同细粒矿物干扰沉降分选流场调控的装置及方法。

背景技术

当前，基于干扰沉降原理的分选设备层出不穷，如：干扰床分选机（TBS）、旋流器、螺旋分选机等，该类型设备内部无动力元件、完全依靠颗粒群的干扰沉降特性进行分级或分选，而颗粒群的运动特性则是依靠给入的流场形成，那么，如何有效保证运动过程中流场的稳定性及时效性（不同分选位置及时对应流场的改变），对于提高颗粒群的分选效率具有重要意义。

总结现有技术现状，提高颗粒群的分选效率主要是依靠分级或分选机结构的改变进行试验研究，颗粒群引起的流场动态变化研究较少，缺乏对于“结构-流场”的互为关系的系统认知；现有专利技术大多是围绕煤泥公开的创新结构，以强化煤泥分级分选效果。

中国专利申请号201910220363.9公开的一种粗煤泥水介质分选旋流器，记载了在圆柱形分选机外壳设置导流板和反射部，能够有效降低短路流，减少轻产物在底流中损失，流场稳定，降低有效分选粒度下限；中国专利申请号201910220362.4公开了一种水介质分选旋流器，通过设计间隙调节装置调节圆锥圆筒与环形坡底中心孔之间轴向距离，实现分选密度的在线调节；中国专利申请号201620773179.9公开的一种底流口可调式三锥旋流器，设计的锥筒体从上至下由三个锥角依次减小的圆台形锥筒Ⅰ、锥筒Ⅱ和锥筒Ⅲ同向拼接而成，可提高分级分选效率。

上述专利公开的固定结构模型用于提高煤泥分级分选效率，其实质性原理在于分选区域内强化了颗粒流场特性，但其对于分选对象性质要求较为苛刻，如果选取其他细粒矿物，因密度、粘度等物性差异与煤泥显著不同，所需流场特性迥异，则公开的创新结构无法满足其分级分选要求。因此，设计一种能够针对多种矿物物化特性在线调节的装置，是矿业工程领域要求设备高效性的一种引领。

同时，对于分选流场在不同截面位置处的性能的判断可佐证在线调节功能的效果及可信度，如何设计分选过程某截面颗粒群流场必须在系统设计中予以考虑。中国专利申请号201420163374.0虽然为一种锥形槽矿浆取样器，但解决的主要问题为样本不均匀、无代表性，导致分析数据不准确的问题，且该设备为单一设备。在分选流场调控的系统中涉及不同截面设计的流场结构，报道较少；但如果该功能能够实现，对于科研工作者、现场工作群体，能够实时在线模拟颗粒群动力学数据，解决流场特性进而提高分选效率。

发明内容

本发明的目的是要解决现有技术中存在的不足，提供一种可适应不同细粒矿物干扰沉降分选流场调控的装置及方法，可实时调节分选流场，分选效果好，可满足不同类型矿物的分选。

为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：

一种可适应不同细粒矿物干扰沉降分选流场调控的装置，包括机架，所述机架内固定有凸字形分选腔体，所述凸字形分选腔体由锥形腔体和矩形腔体构成，锥形腔体的顶部和底部均开口，锥形腔体上部的外壁设有一圈溢流槽，锥形腔体底部与矩形腔体上端面开设的矩形口连接，矩形腔体底部开设有底流口；

所述机架的顶端固定有竖向布置的电机和位于电机下方的安装有轴承的轴承座，电机的输出轴轴向固定有旋转轴，所述旋转轴轴向安装在轴承座内的轴承中且旋转轴的末端延伸矩形腔体上端面开设的矩形口正上方，所述旋转轴两侧对称固定有由上至下分布的上搅拌叶片、下搅拌叶片，上搅拌叶片、下搅拌叶片的顶端朝向锥形腔体的上方，上搅拌叶片比下搅拌叶片短；

所述锥形腔体的两侧壁对称设有由上至下分布的上调节侧壁板和下调节侧壁板，所述上调节侧壁板的底部通过合页铰连接在锥形腔体侧壁的上部，所述机架上部设有用于调节上调节侧壁板与锥形腔体侧壁之间的夹角的上调节机构；所述下调节侧壁板的底部通过合页铰连接在锥形腔体侧壁的中下部，所述机架下部设有用于调节下调节侧壁板与锥形腔体侧壁之间的夹角的下调节机构；

所述矩形腔体底部两侧设有底部顶水口，底部顶水口分别连接有进水管。

进一步地，所述上调节机构和下调节机构均包括水平固定在锥形腔体两侧外的机架上螺母、螺纹装配在螺母内的螺杆，螺杆的一端贯穿锥形腔体的侧壁延伸至锥形腔体内，螺杆的一端固定有钢球，所述上调节侧壁板和/或下调节侧壁板的后端面开设有由上至下分布的滑槽，所述钢球嵌入滑槽内与滑槽滑动配合，螺杆的另一端延伸至机架外并连接有把手。

优选地，所述矩形腔体底部的上端面设有横跨底流口的拱桥板。

另外，本发明还提供一种可适应不同细粒矿物干扰沉降分选流场调控的方法，使用上述可适应不同细粒矿物干扰沉降分选流场调控的装置进行分选调控，包括三种形式：

第一种形式：在电机未工作时，通过上调节机构和下调节机构分别调节上调节侧壁板、下调节侧壁板贴在锥形腔体侧壁，矿浆从锥形腔体顶部的开口进入凸字形分选腔体，同时由矩形腔体底部顶水口顶水，颗粒群按密度、粒度进行分选，细粒矿物进入锥形腔体顶部边缘溢流通过溢流槽收集，粗颗粒进入底流口进行收集；

第二种形式：如果底流中细颗粒夹杂现象明显，那么，在电机未工作时，通过上调节机构和下调节机构调节上调节侧壁板与锥形腔体侧壁、下调节侧壁板与锥形腔体侧壁之间的夹角，再将矿浆从锥形腔体顶部的开口进入凸字形分选腔体，同时由矩形腔体底部顶水口顶水，颗粒群按密度、粒度进行分选，细粒矿物进入锥形腔体顶部边缘溢流通过溢流槽收集，粗颗粒进入底流口进行收集；

第三种形式：如果底流中细颗粒夹杂现象继续存在、且此时凸字形分选腔体中部颗粒群集聚现象明显，开启电机，再通过上调节机构和下调节机构继续增大上调节侧壁板与锥形腔体侧壁、下调节侧壁板与锥形腔体侧壁之间的夹角，再将矿浆从锥形腔体顶部的开口进入凸字形分选腔体，同时由矩形腔体底部顶水口顶水，颗粒群按密度、粒度进行分选，细粒矿物进入锥形腔体顶部边缘溢流通过溢流槽收集，粗颗粒进入底流口进行收集。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明矩形腔体底流口的拱桥板设计以及上搅拌叶片、下搅拌叶片的分布区域，可产生拱形底流口附近的明显紊流层、以及锥形腔体由中心区域至上部区域逐渐减小的离心场。

（2）本发明尤其针对凸字形分选腔体中部颗粒群分级困难问题，通过上调节机构和下调节机构可分别用于调节上调节侧壁板与锥形腔体侧壁、下调节侧壁板与锥形腔体侧壁之间的夹角，为颗粒群提供侧壁分选流场效应，较圆柱体提供的流场特性更适于颗粒群分级；同时可对颗粒群运动至锥形腔体中部开始出现运动轨迹混乱的问题进行调节，为细颗粒顺利从锥形腔体顶部边缘溢流提供保障。

（3）本发明旋转轴固定安装搅拌叶片的形式，可减小颗粒群入料时与上升水流接触瞬间的极大冲击力造成颗粒群进入上部紊乱区域；同时运动过程提供的离心力场使得中心区域颗粒被甩至侧壁进行分选；且旋转速度的可调也可极大影响流场特性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的锥形腔体的立体结构示意图。

图3为本发明的螺杆与上调节侧壁板的装配结构示意图。

图4为本发明细粒矿物颗粒群在凸字形分选腔体内可达到的较好的运动轨迹图。

图5为本发明某位置截面颗粒群运动轨迹模拟图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步的详细说明。此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定发明。

如图1-图3所示，本实施例的一种可适应不同细粒矿物干扰沉降分选流场调控的装置，包括机架7，所述机架7内固定有凸字形分选腔体，所述凸字形分选腔体由锥形腔体24和矩形腔体25构成，锥形腔体24和矩形腔体25的外壁可以用支架固定在机架7上，锥形腔体24的顶部和底部均开口，锥形腔体24上部的外壁设有一圈溢流槽14，锥形腔体24底部与矩形腔体上端面开设的矩形口26连接，矩形腔体25底部开设有底流口27；

所述机架7的顶端固定有竖向布置的电机1和位于电机1下方的安装有轴承3的轴承座4，轴承座4可通过支架固定在机架7内，电机1的输出轴轴向固定有旋转轴2，所述旋转轴2轴向安装在轴承座4内的轴承3中且旋转轴2的末端延伸矩形腔体25上端面开设的矩形口26正上方，所述旋转轴2两侧对称固定有由上至下分布的上搅拌叶片12、下搅拌叶片15，上搅拌叶片12、下搅拌叶片15的顶端朝向锥形腔体24的上方，上搅拌叶片12比下搅拌叶15片短；

所述锥形腔体24的两侧壁对称设有由上至下分布的上调节侧壁板5和下调节侧壁板8，所述上调节侧壁板5的底部通过合页6铰连接在锥形腔体24侧壁的上部，所述机架7上部设有用于调节上调节侧壁板5与锥形腔体24侧壁之间的夹角的上调节机构；所述下调节侧壁板8的底部通过合页6铰连接在锥形腔体24侧壁的中下部，所述机架7下部设有用于调节下调节侧壁板与锥形腔体24侧壁之间的夹角的下调节机构。

具体地，所述上调节机构和下调节机构的结构相同，参照图1、图3，以上调节机构为例来具体描述，上调节机构包括水平固定在锥形腔体24两侧外的机架7上螺母18、螺纹装配在螺母18内的螺杆19，螺杆19的一端贯穿锥形腔体24的侧壁延伸至锥形腔体24内，当然螺杆19贯穿锥形腔体24的侧壁处设有密封圈以防止锥形腔体24内的液体溢出，螺杆19的一端固定有钢球22，所述上调节侧壁板5的后端面开设有由上至下分布的滑槽21，所述钢球22嵌入滑槽21内与滑槽21滑动配合，螺杆19的另一端延伸至机架7外并连接有把手20。

为了使进入矩形腔体25的细粒矿物产生向锥形腔体24内上部运动的轨迹，所述矩形腔体25底部两侧设有底部顶水口23，底部顶水口23分别连接有进水管10。

为了强化矩形腔体25底流口附近的流场分选特性，进而提高底流附近粗颗粒的分选效果，所述矩形腔体25底部的上端面设有横跨底流口23的拱桥板17。

本实施例的分选过程可描述为三种形式：

（1）在电机1未工作时，通过上调节机构和下调节机构分别调节上调节侧壁板5、下调节侧壁板8贴在锥形腔体24侧壁，矿浆从锥形腔体24顶部的开口进入凸字形分选腔体，同时由矩形腔体25底部顶水口23顶水，颗粒群按密度、粒度进行分选，细粒矿物进入锥形腔体24顶部边缘溢流通过溢流槽14收集，粗颗粒进入底流口27进行收集。

（2）如果底流中细颗粒夹杂现象明显，那么，在电机1未工作时，通过上调节机构和下调节机构调节上调节侧壁板5与锥形腔体24侧壁、下调节侧壁板8与锥形腔体24侧壁之间的夹角，再将矿浆从锥形腔体24顶部的开口进入凸字形分选腔体，同时由矩形腔体25底部顶水口23顶水，颗粒群按密度、粒度进行分选，细粒矿物进入锥形腔体24顶部边缘溢流通过溢流槽14收集，粗颗粒进入底流口27进行收集。

（3）如果底流中细颗粒夹杂现象继续存在、且此时凸字形凸字形分选腔体中部颗粒群集聚现象明显，开启电机，再通过上调节机构和下调节机构继续增大上调节侧壁板5与锥形腔体24侧壁、下调节侧壁板8与锥形腔体24侧壁之间的夹角，再将矿浆从锥形腔体顶部的开口进入凸字形分选腔体，同时由矩形腔体25底部顶水口23顶水，颗粒群按密度、粒度进行分选，细粒矿物进入锥形腔体24顶部边缘溢流通过溢流槽14收集，粗颗粒进入底流口27进行收集。

如图4所示，在锥形腔体内部，通过上调节机构和下调节机构可分别用于调节上调节侧壁板与锥形腔体侧壁、下调节侧壁板与锥形腔体侧壁之间的夹角后，以及通过旋转轴带动搅拌叶片强化中心区域流场，此时的流场特性可满足颗粒的运动轨迹为：矿浆从锥形腔体顶部的开口进入凸字形分选腔体，在旋转轴2附近的圆柱形区域出现明显的粗颗粒向下运动轨迹，最终至底流口17收集；而沿着锥形腔体侧壁、上调节侧壁板和下调节侧壁板的附近区域出现明显的细颗粒斜向上运动轨迹，最终细粒矿物进入锥形腔体顶部边缘溢流通过溢流槽收集；此流场特性已通过FLUENT模拟证实，参照图5。

本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种可适应不同细粒矿物干扰沉降分选流场调控的装置，包括机架，其特征在于：

所述机架内固定有凸字形分选腔体，所述凸字形分选腔体由锥形腔体和矩形腔体构成，锥形腔体的顶部和底部均开口，锥形腔体上部的外壁设有一圈溢流槽，锥形腔体底部与矩形腔体上端面开设的矩形口连接，矩形腔体底部开设有底流口；

所述机架的顶端固定有竖向布置的电机和位于电机下方的安装有轴承的轴承座，电机的输出轴轴向固定有旋转轴，所述旋转轴轴向安装在轴承座内的轴承中且旋转轴的末端延伸矩形腔体上端面开设的矩形口正上方，所述旋转轴两侧对称固定有由上至下分布的上搅拌叶片、下搅拌叶片，上搅拌叶片、下搅拌叶片的顶端朝向锥形腔体的上方，上搅拌叶片比下搅拌叶片短；

所述锥形腔体的两侧壁对称设有由上至下分布的上调节侧壁板和下调节侧壁板，所述上调节侧壁板的底部通过合页铰连接在锥形腔体侧壁的上部，所述机架上部设有用于调节上调节侧壁板与锥形腔体侧壁之间的夹角的上调节机构；所述下调节侧壁板的底部通过合页铰连接在锥形腔体侧壁的中下部，所述机架下部设有用于调节下调节侧壁板与锥形腔体侧壁之间的夹角的下调节机构；

所述矩形腔体底部两侧设有底部顶水口，底部顶水口分别连接有进水管。

2.根据权利要求1所述的可适应不同细粒矿物干扰沉降分选流场调控的装置，其特征在于：所述上调节机构和下调节机构均包括水平固定在锥形腔体两侧外的机架上螺母、螺纹装配在螺母内的螺杆，螺杆的一端贯穿锥形腔体的侧壁延伸至锥形腔体内，螺杆的一端固定有钢球，所述上调节侧壁板和/或下调节侧壁板的后端面开设有由上至下分布的滑槽，所述钢球嵌入滑槽内与滑槽滑动配合，螺杆的另一端延伸至机架外并连接有把手。

3.根据权利要求1所述的可适应不同细粒矿物干扰沉降分选流场调控的装置，其特征在于：所述矩形腔体底部的上端面设有横跨底流口的拱桥板。

4.一种可适应不同细粒矿物干扰沉降分选流场调控的方法，其特征在于，使用如权利要求1-3任一所述的可适应不同细粒矿物干扰沉降分选流场调控的装置进行分选调控，分选调控过程包括三种形式：

第一种形式：在电机未工作时，通过上调节机构和下调节机构分别调节上调节侧壁板、下调节侧壁板贴在锥形腔体侧壁，矿浆从锥形腔体顶部的开口进入凸字形分选腔体，同时由矩形腔体底部顶水口顶水，颗粒群按密度、粒度进行分选，细粒矿物进入锥形腔体顶部边缘溢流通过溢流槽收集，粗颗粒进入底流口进行收集；

第二种形式：如果底流中细颗粒夹杂现象明显，那么，在电机未工作时，通过上调节机构和下调节机构调节上调节侧壁板与锥形腔体侧壁、下调节侧壁板与锥形腔体侧壁之间的夹角，再将矿浆从锥形腔体顶部的开口进入凸字形分选腔体，同时由矩形腔体底部顶水口顶水，颗粒群按密度、粒度进行分选，细粒矿物进入锥形腔体顶部边缘溢流通过溢流槽收集，粗颗粒进入底流口进行收集；

第三种形式：如果底流中细颗粒夹杂现象继续存在、且此时凸字形分选腔体中部颗粒群集聚现象明显，开启电机，再通过上调节机构和下调节机构继续增大上调节侧壁板与锥形腔体侧壁、下调节侧壁板与锥形腔体侧壁之间的夹角，再将矿浆从锥形腔体顶部的开口进入凸字形分选腔体，同时由矩形腔体底部顶水口顶水，颗粒群按密度、粒度进行分选，细粒矿物进入锥形腔体顶部边缘溢流通过溢流槽收集，粗颗粒进入底流口进行收集。

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