CN1122578C - 单元集成斜浅层水力分级方法与设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及固粒群的水力分级方法及所用设备，在斜向流中进行固粒物料的分离，分级是在狭小断面的斜上升流中进行，在具备进料、分级、排砂、溢流功能的斜浅层分级单元内，较细或轻颗粒物料沿斜置分级单元顶部溢出，粗或重颗粒物料在斜置分级单元内沉落底部，并不断下滑排出。它用窄小的断面来限制液流的横向流动和减少细粒溢流横向排出距离，变垂向流为斜向流来提高设备单位面积生产能力，通过分级单元组合的三次集成，使设备大型化。

Description

单元集成斜浅层水力分级方法与设备

技术领域：本发明涉及固粒群的水力分级方法及所用设备。

背景技术：分级是矿物处理及其他原料加工过程中不可缺少的作业。按作用介质不同，主要有风力分级和水力分级两种。风力分级主要适用于比重大、粒度细的干式物料分级，应用领域有限。目前的原料加工业主要使用水力分级对入选原料作预处理，其通用的方法及设备有重力分级和离心力分级两大类。

重力分级一般是在垂向上升介质，如水流中进行。悬浮在水或其他介质中的固体颗粒群，受上升液流的作用，沉降末速度小于上升液流速的颗粒将随液流上升至悬浮液顶面，横向外排成为细粒溢流产品；沉降末速大于上升液流速的的颗粒则向下沉落至底部，与水合为底流排出。重力垂向流分级的重要特征在于，设备的生产能力瑟其内的横截面积，即分级作业面积成正比，与分级颗粒粒径的平方成正比。当分级粒度变细，则设备单位面积生产能力成平方倍急剧下降，要处理相同的给料总量，需成倍增大设备横截面积，设备占地面积相应加大。同时，溢至顶面的细粒随液流在横向外排中，由于上升液流实际存在的不均匀性，固体颗粒会产生二次或多次沉降，形成循环流或短路，使底流夹细增加，分级质效率(表示分级质量或精度的指标)降低。现有的重力分级设备的分级质效率一般为30～50％，不能令用户满意。

为提高分级设备效率，国外在上个世纪初就研究发明了离心分级方法，并在实践中推出离心分级的代表产品——旋流器。我国也在50年代开始大规模使用旋流器。离心分级的重要优点是单位生产能力大，分级效率高，其明显的缺点是能耗高及物耗较大，对给矿条件及操作条件要求较高，生产成本较高。近年来，因能源价格上涨，旋流器的应用日益受到挑战。

为改善重力分级效果，较好的方法是变垂向流为斜向流。法国于本世纪60年代推出了斜管沉降的Lavodune和Lavoflux水力分选分级机。Lavodune分选机使用直径较粗的一根斜管，用于分级或分选0.5mm或更粗的物料，Lavoflux使用一组较细的斜管，分级或分选0.1～0.5mm的物料。斜管分级实现了小断面斜流分级，有益于提高分级效果，但设备未能实现集成比，不能满足大工业生产的需要。我国的金堆城钼业公司和前苏联乌拉尔选矿研究设计院于70年代末和80年代初，先后设计推出了利用斜板构成浅层沉降环境的倾斜板式水力分级机，设备可以大型化，分级效果优于传统重力分级机，但其给料和溢流为全开放式，未能形成独立的分级单元，不能保证各斜板浅层具备相同的分级功能，该设备也未能推广。70年代初期，瑞典萨拉公司利用“斜板单元”专利，设计制成拉米拉(Lamella)型斜板浓密机，其理论基础和设备水力学特征均限定于悬浮固体物的浓密与脱水，未见其用于分级的报导。

发明内容：本发明的目的在于提供一种小断面单元集成的斜上升流水力分级方法与设备，它用窄小的断面来限制液流的横向流动和减少细粒溢流横向排出距离，变垂向流为斜向流来提高设备单位面积生产能力，通过分级单元组合的三次集成，使设备大型化。

本发明的目的通过以下技术方案达到：

在斜向流中进行固粒物料的分离，分级是在狭小断面的斜上升流中进行，在具备进料、分级、排砂、溢流功能的斜浅层分级单元内，较细或轻颗粒物料沿斜置分级单元顶部溢出，粗或重颗粒物料在斜置分级单元内沉落底部，并不断下滑排出。

所述的斜浅层分级单元是一个四面封闭、两头开放、按水平倾角α斜置的斜长方体，设定数目的斜浅层分级单元可集成为分级组合体，分级组合体由多个具有相同结构、尺寸及特征的分级单元组合在一起，各分级单元既相互独立，又互为整体，具有相同分级功能，由一个或数个分级组合体配以相应的给料、集砂、排放、溢流和沉砂装置，可集成各种斜浅层上升流分级设备。

将每一分级单元沿宽度方向中分为二，构成两个完整独立、更小断面的等效斜浅层分级单元。

所述斜置的分级单元的板长L在1.5至3m之间，板宽W不大于600mm，分级区间距d在20至60mm之间，水平倾角α在30～60°范围内可调。

所述每个小截面分级单元的上下端，都分别有等高及等边长的平行四边形的溢流口和进料口，它们间形成浅层沉降的分级区，倒置时，溢流和进料口互换。

所述集成的分级组合体上下两头对称，可翻转180°颠倒使用。

所述的相同分级单元组合体可呈平行或呈放射状布置，按此集成的大型设备，各分级单元或分级组合体均能保证相同的分级效果。

所述各分级单元的侧向溢流口用与边侧条同形状的插件密封时，该单元形成无分级作用的静态区，使设备能适应给料流量或生产能力的大幅度波动变化，关闭或开启的单元数可任意调节，直至整个分级组合体，以保证稳定的分级效率。

所述形成的斜置分级单元水平横截面积不超过0.02m，溢流的横向排出距离在200～500mm。

本发明的目的还要通过以下措施来实现：将两块长L、宽W和厚T全等的平板插入两个特制的边侧条的缝隙内，平板比边侧条长出一定尺寸，在上下两头长出的距离相等，由此构成一个四面封闭、两头开放、并有矩形侧向口的小横截断面的长方体。将该长方体按水平倾角α斜置，得到一个完整独立的小断面斜流分级单元，该单元下部两侧的平行四边形凹形口为进料口，上部两侧的平行四边形凹形口为溢流口，进料口和溢流口之间的斜长方体成为一个水平断面很小的分级区，分级所得沉砂降落到斜流分级单元下部斜板上，不断滑移沿单元下部的开放区域-排砂口排出。即，该斜流分级单元集成了分级所需的基本功能件：进料、分级、排砂、溢流。从实用和降低成本出发，这个单元按上下对称设计，可颠倒180°使用。

特制边侧条由工程塑料挤压而成。沿每个边侧条的全长，不但有一条供插入和支承平板的条缝，而且有榫槽供边侧条之间的相互插接，相邻两边侧条的条缝隙之间的中心距d，就是小断面斜流分级单元的板间距。将X块斜置平板，插入2(X+1)个彼此相互插接的边侧条条缝内，并按水平倾角α斜置，支承在一起，集成得到(X-1)个独立斜流分级单元的组合体，或者说将等同功效的(X-1)个小断面斜流分级单元集成在一个分级组合体内。为进一步缩小分级单元的截面尺寸，限制横向流干扰和缩短溢流横向排出距离，在每个分级单元中部用与斜板等长，高度等于板间距的、  由工程塑料挤压而成的“工”字型条将每一分级单元沿宽度一分为二，由此得到分级间距为d、宽度＜0.5W的更小断面的2(X-1)个斜流分级单元，各单元仅由单侧进料和溢流，其它功能未变。

按上述第二次集成设计所得的小断面斜上升流分级组合体，有2(X-1)个独立分级单元。各单元有相同的结构和尺寸，同样的进料、分级、溢流、排砂等功能件及第一次集成；但又各自独立地进行工作，如需要关闭一些单元，不会影响其它单元的正常运行。通过第一、二两次集成而得的斜流组合体，保持着小断面斜上升流分级的优质高效性，又有不受任何限制的可放大性，在工艺设计、设备制造和使用维护等方面都有十分突出的优点。

一个或数个斜流分级组合体，配以给料箱和集砂斗，得到本发明的小断面单元集成式斜上升流分级设备，此为第三次集成。其中的进料C、分级B、排砂D等部份，既是一台完整设备的组成部分，又各有其独立的功能。相同斜流组合体集成数的多少，可由分级粒度、给料流量及浓度等参数计算得出。给料流量、浓度及粒度组成在一定范围内波动时，较大容积的给料箱和集砂斗能起缓冲和调剂作用，保持分级粒度基本不变，同时可得到比现有水力分级设备更高的底流浓缩比(沉砂与给料含固率之比)。

每个斜流分级组合体都由单独的钢结构框架紧固和支承，自成一体，便于运输和吊装。同时，各分级单元组合体的结构为上下完全对称，按需要可翻转180°颠倒使用。组合体安装就位后，在平行四边形溢流口外侧，设有一条斜底溢流槽F。槽宽、深及斜底坡度，按实用条件确定。

分级组合体首端斜置平板的外表面紧靠给料箱的斜壁，或直接作为给料箱斜壁。给料箱顶口由间隙为10～20mm的格筛板封盖，以利安全并隔除粗粒杂物，防止分级通道和底流管堵塞。分级组合体下部连接方锥或圆锥形集砂箱。给料箱与分级组合体构成本发明的上部箱体，集砂箱为下部箱体。钢板制的两箱间用螺栓连接并密封，钢筋混泥土构造的两箱浇灌成一个整体。

依据本发明给出设备的沉砂一般为重力自流排放。对不同的沉砂含固率(浓度)要求，可由改变集砂箱高度尺寸并调节底流阀或底流泵来满足。若需集成的分级组合体较多，可将整个箱体制成圆形，组合体沿中心呈放射状分布，聚集到池底部的沉砂用机械耙架集拢后，从底流阀排放。当底流含固率很粗或很高不宜自流排放或和砂浆泵提升时，可将集砂斗的锥底改成半圆形断面的斜底槽，其内埋设螺旋输送机，用以提升和排卸沉砂，实现与磨机闭路。

下面结合实施例及其附图，对本发明作进一步说明。

附图说明：

图1为本发明提出的由分级所需进料、分级、排砂、溢流四个功能集成的小断面独立斜浅层分级单元原理示意图。

图2为图1中的O-O旋转剖视图。

图3为本发明的由(X-1)个独立斜流浅层单元集成的分级组合体原理示意图。

图4为加“工”字条后得到的2(X-1)个单元集成的分级组合体平面示意图。

图5为分级组合体与给料箱和集砂斗集成的纵剖面图。

图6为四个分级组合体与给料箱和集砂斗集成的俯视图。

具体实施方式：结合附图进一步说明。

如图1，2所示，本发明提出的斜浅层分级单元，是由两块长L、宽W、厚T的平板5，插入两个特制的边侧条6的缝隙内，构成的一个四面封闭并按水平倾角α斜置的长方体，在边侧条的下及上端，分别留有平行四边形的进料口1和溢流口3。进料口与溢流口之间的长方体内腔，成为一个水平断面很小的斜浅层分级区4。分级所得的粗或重颗粒沉落到斜浅层的斜底板面，沿板面连续向下滑移，至排砂口卸出。斜浅层分级的较细或轻颗粒，由斜向上升的液流带到顶面，沿短程横向由溢流口溢出。这是本发明的三次单元集成的第一次，由进料、分级、排砂、溢流等功能元件集成为斜浅层水力分级单元7。从实用出发，此单元被设计为上下对称，可翻转180°，即颠倒使用。

缩小分级单元的水平横截面积即分级作业面积，是提高分级质效率(表达分级精度或质量)所需，故板宽W及板间距d应在实用的前提下最小化。本实施例中，W为600mm左右，分级区间距d在20至60mm之间选取，分级细粒取小值，反之取大值。斜置平板的水平倾角α越小，则板面积的水平投影值(即有效沉降面积)越大，但须以沉落在板面上的固粒群能连续下滑为准，本例中在30°至60°范围内取值，分级粗粒取小值，反之取大值。板长L与间距d及斜置倾角α一起，决定着颗粒在斜浅层内沉降与在垂向深层内沉落的时间比，即斜浅层分级与垂向上升流分级的单位面积生产能力之比。板长L在1.5至3m之间选值，一般分级粗粒级取小值，反之取大值。按理想的水力学条件，上述生产能力之比为 $R=\frac{L}{d}\mathrm{Sin\α}\·\mathrm{Con\α}+1=\frac{L}{2d}\mathrm{Sin}\left(2\mathrm{\α}\right)+1$

取L＝2m、d＝0.05m、α＝45°时，理论上R＝21。实际的分级区长度受给矿的影响较大，R实值只能由实验确定，通常不到理论值之半。这就是说，与现用的重力水力分级方法和设备相比，本发明的小断面上升流斜浅层分级方法和设备，能够数倍至十倍地提高单位占地面积生产能力。

图2所示的边侧条6，是用专门设计的模具工程塑料挤压而成的。沿着每个边侧条的全长，不但有一条供插入和支承平板的缝隙，而且有榫槽供边侧条彼此插接。互相插接的相邻两个边侧条的缝隙之间的中心距，就是斜浅层分级单元集成的板间距，板材及厚度与使用条件有关，通常用厚2至5mm的工程塑料平板。图3表明，按α角斜置的x块平板由2x个彼此插接的侧条支承在一起，就有(x-1)个斜浅层分级单元集成为一个斜板分级组合体。为进一步缩小各单元的水平断面积，特在每一单元内插入一根工字条，其长度与斜板相同，高度等于板间距。图4示出图3中的每一单元都沿宽向被中分为二，(x-1)个单元由(x-1)个工字条等分为宽度W小于0.5m的2(x-1)个分级单元，各单元仅由单侧进料和溢流，功能未变。按本发明的这种方法进行第二次集成，所得斜浅层分级组合体的2(x-1)个分级单元，既相同又独立。各单元具有相同的第一次集成，包括功能元件、结构及尺寸，都具有水平横断面积很小而分级精度很高的特点。按前面给定的W和d值计算，其断面积小于0.015m，比现用水力分级设备小2至3个数量级，细粒级沿顶面横向外溢的路程小于0.3m，事实上消除了循环流或短路；液流与内壁的接触以及悬浮液受到的剪切分散作用极大增强同时，各单元组合又各自独立，并行工作，可按需要任意放大单元组合体的规格和生产能力，理论上的可放大性是无限的；亦可根据实用中临时需要，关闭一些单元，而环影响其他单元的正常运行。

经第一二两次集成，得到的斜浅层分级单元组合体，具有崭新的特性。一是在斜浅层内进行水力分级，粗粒沉落时间及单位占地面积的生产能力比垂向上升流内分级提高数倍至十倍。二是以水平横断面积很小的分级单元各自独立作业，作为质量指标的分级质效率比现用生力水力分级设备成倍提高。三是按单元集成模式，设计、制造、安装、使用的成本降低，质量提高，灵活性大，可靠性强。

本发明提出的设备，是采用单元集成的方法，以一至数个斜浅层分级单元组合体为主体，配以给料箱、集砂斗、溢流及排砂装置等功能元件，第三次集成而得的设备系列。

图5为分级组合体B设备纵剖面图，可见配备的给料箱C和集砂斗D等，既是这台分级设备的部份，又各具有其独立的功能。给料体积流量含固率(浓度)或固粒粒度组成在一定范围内波动时，通过调控底流排量和含固率，给料箱和集砂斗能够缓冲和调剂分级组合体的作业条件，使其分级粒度不变或少变。这种独立的缓冲和调节功能，还可提供远比现用水力分级设备为高的浓缩比(沉砂与给料含固率之比)。设备壳体A为钢筋混凝土构筑物，亦可用钢材制做，其上半部内装置斜方体形的分级组合体B，组合体由单独的钢结构框架a紧固和支承，自成一体，便于运输和安装。同时，组合体的结构是上下对称的，按需要可颠倒安装使用。给料区C是壳体A首端内壁与组合体首端外壁之间的部份，其顶口由间隙为10至20mm的筛板封盖，以利安全并隔除杂物。各分级单元f排出的沉淀物进入集砂区D，此区包含壳体中部方柱体及下部方锥体的内腔，锥底角＜80°，下部方锥体上安装冲洗水管n；各分级单元的溢流越过各自的平行四边形的侧向溢口g，自流入斜底汇集槽F，集中于总槽H由出口J外排。沉砂排放部份E包括：内衬耐磨材料的钢质底锥b和排管p，以及阀门e，三个部件均可拆卸，便于更换安装。

图6所示俯视图中，分级设备由并列的四个相同的斜浅层分级单元组合体与给料、集砂、溢流与沉砂排出等功能部份集成。相邻两个组合体共用一条较宽的斜底溢流槽F，靠边的两个组合体的边侧各有一条较窄的溢流槽k。槽宽、深及斜底坡度，按实用条件确定。斜底槽底下，是给料区C延伸至组合体外侧的部份，斜底槽如同浮船，其槽壁与组合体或设备壳体的连接缝j应密封防渗。从图5可见，用插件封闭一个分级单元的侧向溢流口g，可使该单元停止进料和作业。如此，可按需要暂时关闭一些单元。图5还表明，斜浅层分级单元组合体B的上下完全对称，如前述，可定期整体颠倒过来，继续使用。这是因为在分级单元内，斜向上的矿粒悬浮液和沿板面下滑的沉积物，对内腔四壁的磨损是不均匀的，明显的是由顶端至底端逐步加剧。对称结构与可颠倒性，能延长使用期限。

下面结合附图介绍本发明所提供设备的工作过程及原理：

矿浆(矿粒悬浮液)经隔渣检查筛m进入机内的给料区，较粗而重的颗粒直接沉入集砂区，悬浮粒随液流进至各分级组合体的两侧，即各溢流槽F封盖着的侧向进料区。凭借给料区与各分级单元内的液位差ΔH，悬浮液穿过每个分级单元边侧条下部的平行四边形进料孔f，均匀地横向进入每个分级单元G。进入分级单元的浆液形成斜向上的板间流速，细粒级颗粒随浆液向上升至各分级单元顶部，再横流经平行四边形的溢流口g排入斜底溢流槽F。粗粒级沿板间斜上升流速和颗粒沉降末速的合速度方向，在斜流单元内上升一段距离后将沉落单元的底板面上，沿斜面连续向下滑移经排砂底口落入集砂区。进入集砂区内的浓浆料，在固粒浓缩过程中所产生的上升液流，可清除部份夹杂细粒。其后，沉砂由锥底b经排管p和阀门e排出。

本发明与现有技术相比具有以下特点：

1.由斜板单元构成的浅层沉降环境，变垂向流为斜向流，减少粗颗粒的沉落距离和沉降时间，可大幅度提高单位占地面积处理量。

2.每个分级单元集成有分级所需的基本要素，即进料、分级、排砂、溢流。分级单元的水平横截面积小于0.02m，比现有重力分级设备小2～3个数量级，可有效限制对分级有害的横向液流。横流从各分级单元以小于500mm的路径单独排出，可有效避免细粒再沉降和回流短路问题，获得较高的分级效率。

3.由分级集成而得分级组合体，能保证各分级单元发挥等的功能。狭长分级区内的固液边界层，可强化对细粒凝聚物的剪切分散作用，有利提高水力分级的精度。

4.由多处组合体集成斜流分级设备，能满足大给矿流量的分级作业要求。关闭或开放部份单元数，可适应给矿流量的大幅变化，保证稳定的分级效率。5.本发明方法及设备的原理独特，结构新颖、设计巧妙，突破了传统水力分级的局限，有以下重要优点：a、单位占地面积处理量大，运行平衡可靠，作业指标稳定；b、分级效率高，沉砂浓缩比大；c、对给矿流量及浓度变化的适应能力强；d、结构简单，无运转传动部件，能耗低；e、操作维护方便，作业率高，运行成本低。

6、新设备可广泛替代目前重力选矿厂使用的分泥斗、分级箱、圆锥分级机、机械分级机和旋流器等分级设备，也可用于磁、浮选矿厂和其它行业的水力分级，具备广阔的推广应用前景。

Claims (9)

1、在斜向流中进行固粒物料分离的单元集成斜浅层水力分级方法，其特征在于：分级是在狭小断面的斜上升流中进行，在具备进料、分级、排砂、溢流功能的斜浅层分级单元内，较细或轻颗粒物料沿斜置分级单元顶部溢出，粗或重颗粒物料在斜置分级单元内沉落底部，并不断下滑排出。

2、一种如权利要求1所述的单元集成斜浅层水力分级设备，其特征在于：斜浅层分级单元是一个四面封闭、两头开放、按水平倾角α斜置的斜长方体，设定数目的斜浅层分级单元可集成为分级组合体，分级组合体由多个具有相同结构、尺寸及特征的分级单元组合在一起，各分级单元既相互独立，又互为整体，具有相同分级功能，由一个或数个分级组合体配以相应的给料、集砂、排放、溢流和沉砂装置，可集成各种斜浅层上升流分级设备。

3、根据权利要求2所述的分级设备，其特征在于：将每一分级单元沿宽度方向中分为二，构成两个完整独立、更小断面的等效斜浅层分级单元。

4、根据权利要求2所述的分级设备，其特征在于：斜置的分级单元的板长L在1.5至3m之间，板宽W不大于600mm，分级区间距d在20至60mm之间，水平倾角α在30～60°范围内可调。

5、根据权利要求2所述的分级设备，其特征在于：每个小截面分级单元的上下端，都分别有等高及等边长的平行四边形的溢流口和进料口，它们间形成浅层沉降的分级区，分级单元倒置时，溢流和进料口互换。

6、根据权利要求2所述的分级设备，其特征在于：集成的分级组合体上下两头对称，可翻转180°颠倒使用。

7、根据权利要求2所述的分级设备，其特征在于：相同分级单元组合体可呈平行或呈放射状布置，按此集成的大型设备，各分级单元或分级组合体均能保证相同的分级效果。

8、根据权利要求2所述的分级设备，其特征在于：各分级单元的侧向溢流口用与边侧条同形状的插件密封时，该单元形成无分级作用的静态区，使设备能适应给料流量或生产能力的大幅度波动变化，关闭或开启的单元数可任意调节，直至整个分级组合体，以保证稳定的分级效率。

9、根据权利要求2所述的分级设备，其特征在于：所形成的斜置分级单元水平横截面积不超过0.02m，溢流的横向排出距离在200～500mm。

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