CN112268842A - 一种双通道动态粒度检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双通道动态粒度检测装置，属于粒度分析检测技术领域。该双通道动态粒度检测装置包括自旋式双通道粒度分级仪、螺旋取样器、文丘里取样管、回流管道、预处理装置和粒度检测装置，其中螺旋取样器和文丘里取样管可以对矿浆管道内的矿浆样品进行有效取样，自旋式双通道粒度分级仪和预处理装置预先对样品进行分级以及预处理，粒度检测装置基于米氏散射的激光粒度检测系统可以实现快速准确检测。本发明装置各部件之间相辅相成，可以实时在线对矿物粒度进行准确检测。

Description

一种双通道动态粒度检测装置

技术领域

本发明属于粒度分析检测技术领域，具体涉及一种双通道动态粒度检测装置，尤其涉及 一种新型高效的可有效取样的双通道动态粒度实时在线检测装置。

背景技术

随着时代对选矿要求的提高，选矿厂不仅面临着提高选矿效率的挑战，还要节约成本。 在技术上，磨矿是实现矿物单体解离的关键作业，是后续选别提供合适的磨矿粒度，是选矿 厂实现矿物分选的前提和基础，在经济上，磨矿能耗一般占选矿厂总能耗的40％～60％，除此 之外，可根据磨矿产品粒度和浓度的实时分析检测，调节给矿量或补加水量，减少其胀肚引 发的事故，提高磨机作业率，实现其自动控制，以保证磨机正常运转。

现有技术中虽然有很多粒度分析检测设备，但能应用于选矿厂的高精度粒度检测装置仍 较少。原因首先是矿浆中矿石颗粒直接进入球磨机内进行碾磨，由磨机排出的矿石颗粒粗细 相差较大，且浓度较高，使用常规的粒度分析检测设备，颗粒间的干涉较为严重，分析检测 准确率底。其次，磨机排出的物料中有很多泥化的微细颗粒，降低了矿浆的可视度，且矿浆 中气泡较多，严重干扰检测数据的收集和分析。第三，由于高浓度矿浆流速较大，且颗粒棱 角较多，对检测设备的磨损较为严重，不仅影响检测装置的使用寿命，也大大降低了粒度仪 的检测精度。而选矿厂现在仍没有适宜的粒度在线分析检测设备，目前粒度的分析检测主要 靠工人和技术人员的定点取样、浓缩过滤，烘干，湿式筛分来实现磨机产品的粒度分析检查， 此方法分析检查时间长，工作量大且繁琐，通过对磨矿产品的分析检测产品粒度有很大的滞 后性，无法实现磨机工作状态的预先调节，增大磨机作用效率，也不能满足后续选别的粒度 要求。因此，开发一种适合选矿厂矿浆的粒度分析和检测的设备非常必要，此类设备的研发 首先要解决矿粒粒度范围过宽而对粒度分析精度的不利影响；其次，要考虑环境干扰噪点过 多，液体高速流动产生的气泡、粘性矿浆、流体冲蚀等对粒度信息的采集和分析的干扰和破 坏等不利影响。因为矿浆性质本身的不利影响，到目前为止还没有一款能很好实现矿浆的粒 度分析检测设备。

发明内容

针对现有技术存在的一个或多个缺陷，本发明提供一种可有效取样的双通道动态粒度检 测装置，解决矿物颗粒粒度范围过宽、环境干扰噪点过多、采取信息误差过大的粒度检测中 存在的问题以及降低矿浆冲刷对设备的不利，使用离心沉降机、过滤机等电力消耗大和准确 度低的工厂应用问题。

本发明提供的双通道动态粒度检测装置包括：

螺旋取样器(10)，其包括取样管(101)、设置在该取样管(101)内的旋转轴(12) 和多个旋转叶片(11)、变速机(13)和电动机(14)，其中所述取样管(101)的一端设置 有第一进样口(102)，用于与待测样品管道连通，另一端侧壁上设置有第一出样口(103)； 所述多个旋转叶片(11)设置在所述旋转轴(12)上，所述旋转轴(12)与所述变速机(13) 的输出轴连接，并由所述电动机(14)驱动；

回流管道(9)，其一端与所述取样管(101)的第一出样口(103)连通，另一端与所述待测样品管道连通；

文丘里取样管(6)，其取样段穿设在所述回流管道(9)中，并在该取样段上设置有第 二进样口(61)；所述文丘里取样管(6)的两端分别开设有第一端口(62)和第二端口(63)， 并在第二端口(63)处开设第二出样口(64)；

自旋式双通道粒度分级仪，其包括底座、在底座内设置的旋转台(30)和设置在旋转台 (30)上的旋转桶(27)；在所述旋转台(30)的内侧壁设置有动刀叶片(29)，在所述旋转桶(27)内侧壁设置有导向叶片(28)，在所述旋转桶(27)内底部设置有稳流锥(31)， 其中所述旋转台(30)、旋转桶(27)和稳流锥(31)同轴刚性连接；还在所述旋转桶(27) 内顶部的旋转腔(26)的侧壁上开设有第三进样口(1)，其与所述第二出样口(64)连通； 在所述旋转腔(26)的顶壁上还开设有溢流口(3)；在所述底座外壁上方设置有沉砂口(2)；

第一预处理装置和第二预处理装置，其分别包括缓流区(16)、消泡皿(17)，其中所述消泡皿(17)内设置搅拌棒(18)和超声消泡仪(19)；还在所述消泡皿(17)内侧壁上 部开设有第三出样口(171)，在底部开设有第一回流口(172)，所述第一回流口(172)与 所述回流管道(9)连通；其中所述第一预处理装置的缓流区(16)通过一溢流管(4)与所 述溢流口(3)连通，且所述溢流管(4)伸入所述溢流口(3)的一端穿过所述旋转腔(26) 进入所述旋转桶(27)的内腔；所述第二预处理装置的缓流区(16)通过一管道与所述沉砂 口(2)连通；

第一粒度检测装置和第二粒度检测装置，其分别对来自第一预处理装置和第二预处理装 置的待测样品进行检测，其中每台粒度检测装置均包括：蠕动泵(20)、激光发射器(21)、 样品皿(22)、光强传感器(23)、数据线(24)和中央CPU(25)，所述蠕动泵(20)用 于将所述消泡皿(17)内的样品通过所述第三出样口(171)和管道输送至所述样品皿(22) 中，所述样品皿(22)的底部还开设有第二回流口(221)，其与所述消泡皿(17)连通；所 述激光发射器(21)用于发射激光使所述样品皿(22)中的样品发生衍射；所述光强传感器 (23)用于接收所述样品皿(22)中的样品的衍射信号，并通过所述数据线(24)传输给所 述中央CPU(25)。

在上述文丘里取样管(6)上还设置有清洁装置，所述清洁装置包括双向球阀(7)和三 通阀(8)。

上述螺旋取样器(10)倾斜放置。

上述螺旋取样器(10)的取样管(101)的一端设置有多个第一进样口(102)

基于以上技术方案提供的双通道动态粒度检测装置包括自旋式双通道粒度分级仪、螺旋 取样器、文丘里取样管、回流管道、预处理装置和粒度检测装置，该双通道动态粒度检测装 置通过螺旋取样器和文丘里取样管的小孔取样的共同作用，可以对矿浆管道中的矿浆进行合 理有效的取样，解决了检测的样品不具有粒度范围代表性、集团且不均匀的问题；自旋式双 通道粒度分级仪预先对矿物颗粒进行双通道分级处理，细化粒度范围，提高粒度检测精度； 自旋式的旋转设计减少了外界的能量供应，真正实现了选矿厂的节能降耗；分级仪出口缓流 区的设置减少了粘性矿浆、高速流体对激光粒度仪的冲刷侵蚀，延长了装置寿命、降低维护 成本；消泡皿和缓流区设置相辅相成，在其共同作用下消除由于液体高速流动、缓流区管径 变化产生的气泡，解决了激光检测过程中环境噪点多的问题，清洁装置以及循环系统的共同 作用解决了矿浆淤积堵塞影响后续装置的持续运转的问题，真正实现了装置的清洁性、循环 性和准确性；基于米氏散射的激光粒度检测系统，结合衍射角度与光强精密计算粒度分布与 浓度结果，结果可靠准确。以上设计环环相扣真正实现对设备的实时矿物粒度在线状态监测， 并提高检测准确度。

附图说明

图1为本发明的一个实施例提供的双通道动态粒度检测装置的结构示意图；

图2为本发明的一个实施例提供的双通道动态粒度检测装置的螺旋取样器和文丘里取样 管的结构示意图；

图3为本发明的一个实施例提供的双通道动态粒度检测装置的螺旋取样器的结构示意 图；

图4为本发明的一个实施例提供的双通道动态粒度检测装置的文丘里取样管的结构示意 图；

图5为本发明的一个实施例提供的双通道动态粒度检测装置的自旋式双通道粒度分级仪 的结构示意图，其中A幅为自旋式双通道粒度分级仪的主视图；其中B幅为A幅的纵剖面结 构示意图，C幅为A幅的横剖面结构示意图；

图6为本发明的一个实施例提供的双通道动态粒度检测装置的自旋式双通道粒度分级仪 原理示意图。

具体实施方式

针对现有技术存在的缺陷，本发明旨在提供一种可有效取样的双通道动态粒度检测装置， 解决矿物颗粒粒度范围过宽、环境干扰噪点过多、采取信息误差过大的粒度检测中存在的问 题以及降低矿浆冲刷对设备的不利，以及使用离心沉降机、过滤机等电力消耗大和准确度低 的工厂应用问题。以下结合附图详细说明本发明。

如图1所示，本发明提供的双通道动态粒度检测装置主要包括：螺旋取样器10、回流管 道9、文丘里取样管6、自旋式双通道粒度分级仪、第一预处理装置、第二预处理装置、第一 粒度检测装置和第二粒度检测装置，还包括必要的连接各部件的管道。其中：

结合图2和图3所示，螺旋取样器10包括取样管101、设置在该取样管101内的旋转轴 12和多个旋转叶片11、变速机13和电动机14，其中取样管101的一端设置有第一进样口102， 用于与矿浆管道15(即待测样品管道)连通，另一端侧壁上设置有第一出样口103。多个旋 转叶片11设置在旋转轴12上，旋转轴12与变速机13的输出轴连接，并由电动机14驱动。 其中第一进样口102可以为多个，并且对着在矿浆管道15内流动的矿浆。矿浆在管道传输过 程中，矿物颗粒会因粗细不均而产生分层，因此采取多点取样可以使得进入取样器的样品具 有代表性，将螺旋取样器10的取样管101插入矿浆管道15中，矿物颗粒自然下落进入第一 进样口102中，再通过取样管101内部旋转叶片11旋转起到螺旋搅拌作用，使矿物颗粒均匀 化，并向第一出样口103移动。另外，为了清洁取样管内积存的样品，可以将螺旋取样器倾 斜放置，即与矿将管道15的联通端高，可以靠矿浆自身的重量与矿浆流的持续流动到达第一 出样口103，防止矿浆挂壁引起堵塞。

结合图2和图4所示，文丘里取样管6的取样段穿设在回流管道9中，并在该取样段上 设置有第二进样口61；文丘里取样管6的一端开设有用于连通增压空气的第一端口62，另一 端开设有第二出样口64和第二端口63，从该第二端口63输入的压缩空气通过文丘里取样管 6的文丘里效应形成文丘里气(即压缩空气通过文丘里效应形成的气流)；其中进入螺旋取 样器10的取样管101内的样品从其第一出样口103进入回流管道9中，然后通过文丘里取样 管6的文丘里效应形成的负压与增压空气的共同作用，使得第二进样口61处对外界气压为零， 进而让矿浆进入第二进样口61的速度与回流管道9管内的矿浆流动速度相同，矿物颗粒可以 均匀的自由下落从该第二进样口61进入文丘里取样管6，而不会造成第二进样口61堵塞， 使得检测可以连续进行。通过文丘里取样管6可以进行多次取样操作，例如两次取样，可以 使取出的样品具有代表性、分散且均匀。另外，还可以在文丘里取样管6中放置由双向球阀 和三通阀组成的清洁反吹装置(即清洁装置)，通过反吹能够把附着在管道内壁的物料清理 干净，保证文丘里取样管6能够稳定的输送合格样品。

结合图5和图6所示，自旋式双通道粒度分级仪包括底座、通过连接轴在底座内设置的 旋转台30和设置在旋转台30上的旋转桶27，旋转台30和旋转桶27之间设置有液流通道， 使得位于旋转桶27内的矿将样品能够进入旋转台30。在旋转台30的内侧壁设置有动刀叶片 29，在旋转桶27内侧壁设置有导向叶片28，在旋转桶27内底部设置有稳流锥31，其中稳流 锥31、旋转桶27、连接轴、旋转台30、底座为顺次同轴刚性连接；还在旋转桶27内顶部的 旋转腔26的侧壁上开设有第三进样口1，其与所述第二出样口64连通；在旋转腔26的顶壁 上还开设有溢流口3；在底座外壁上方设置有沉砂口2。自旋式双通道粒度分级仪可以将用于 在线检测的矿物颗粒进行粒度范围细分，利用在分级仪内的不同粒度的离心力不同将样品分 为粗粒度矿物颗粒群与细粒度矿物颗粒群。矿浆样品通过进样管5和第三进样口1由文丘里 取样管6的第二出样口64进入分级仪，在旋转腔26的作用下形成涡旋，在分级仪的主体旋 转桶27内沿稳流锥31旋转流动(如图6中A幅围绕稳流锥31的箭头所示)，旋转桶27内 壁安装的导向叶片28可以起到导流矿浆样品的作用，密度较大的矿浆样品受离心力作用较 大，被甩向内壁壁面区域，并沿着壁面向下流动，向下流动的液流依次经过导向叶片28以及 液流通道进入旋转台30，使矿浆样品定向冲击安装在分级仪底部旋转台30内壁上的动力叶 片29(如图6中B幅箭头所示)，从而使得旋转台30旋转，进而推动旋转桶27的高速旋转 将矿浆样品粒度分级。因此该分级过程的完成不依赖外界动力传动，仅靠流动的矿浆样品在 分级仪内部形成的水力推动力驱动高速旋转，可以减少能源消耗。在旋转桶27的高速旋转下， 粗颗粒矿物颗粒群从分级仪底部的沉砂口2流出，细颗粒矿物颗粒群从分级仪上部的溢流口 3流出(如图6中A幅箭头所示)。

如图1所示，从溢流口3流出的细颗粒矿物颗粒群经过溢流管4之后进入第一预处理装 置，从沉砂口2流出的粗颗粒矿物颗粒群经过一管道后进入第二预处理装置，该第一预处理 装置和第二预处理装置分别包括缓流区16、消泡皿17，其中所述消泡皿17内设置搅拌棒18 和超声消泡仪19；还在所述消泡皿17内侧壁上部开设有第三出样口171，在底部开设有第一 回流口172，该第一回流口172通过一管道直接与回流管道9连通。其中缓流区16通过口径 变大延缓流速可以减少矿浆样品对设备的冲刷损害，消泡皿17可以对分级后的矿浆样品进行 进一步处理，其内部有搅拌棒18充分搅拌矿浆使矿物颗粒均匀化，超声波消泡仪19使得进 入暗室之前的检测样品中因为管径变化产生的气泡破裂消除，降低检测步骤中的噪点。超声 消泡仪19可以通过装置中的驱动电源驱动振动系统，使振动系统产生超声波通过气泡；通过 工具探头的聚波作用将声波作用于气泡表面，由于声波振动，使气泡压缩产生很大的声压， 则其所受压力增大，促使气泡破裂，或会使其分子稀疏，则气泡所受压力小于大气压而膨胀 破裂，达到消泡的目的；超声波亦会进入矿浆内部，消除矿浆内部的气泡，起到防患于未然 的作用，提高水力旋流器的分离精度。

如图1所示，经过第一预处理装置和第二预处理装置处理之后的检测样品分别通过蠕动 泵20，经由第三出样口171和一管道进入第一粒度检测装置和第二粒度检测装置的样品皿22 内，在该第一粒度检测装置和第二粒度检测装置还均包括激光发射器21、光强传感器23、数 据线24和中央CPU 25。其中激光发射器21用来发射激光束使激光束穿过样品皿22中的矿 物粒子，形成衍射，样品皿22中的样品被衍射后，多角度光强传感器23充分收集衍射后的 激光束的发散角度与光强数据，并把信息转变成电荷，通过模数转换器芯片转换成数字信号， 通过数据线24与串口传输，数字信号经过压缩以后由内置硬盘卡保存，进而把数据传输给中 央CPU 25，并借助于计算机的处理手段，进行粒度与浓度的分析。在一个优选的实施方式中， 经过粒度与浓度的分析后，还可以对所述获得数据进行处理分析，对颗粒度检测参数进行配 置，给定预警阈值，当超出预警阈值或低于预警阈值时，进行颗粒度超标警告。另外，在样 品皿22的底部还开设有第二回流口221，其与消泡皿17连通，因此通过暗室培养皿22的第 二回流口221可以将完成在线检测的样品回流入消泡皿17，进而回流入回流管道9，最后进 入矿浆管道15，可以实现样品的循环利用，并提升检测装置的合理性、循环性与准确性，持 续的矿浆流动也促进了装置的清洁效果。

本发明提供的双通道动态粒度检测装置的工作过程为：在矿浆管道15中插入螺旋取样器 10，通过多点取样使矿浆管道15中分层的矿浆具有代表性的进入装置，通过变速机13、电 动机14带动旋转叶片11和旋转轴12旋转搅拌使矿浆均匀化进入回流管道9；回流管道9中 插入文丘里取样管6的取样段，该取样段设置有进样口，在空气增压与文丘里气的共同作用 下取走回流管道9内的检测所需样品，剩余大量样品通过回流管道9返回矿浆管道15。在文 丘里取样管6中安装有由双向球阀7和三通阀8组成的清洁装置，在本发明双通道动态粒度 检测装置暂停工作时可以反吹清洁，文丘里取样管6末端连接第三进样口1进入自旋式双通 道粒度分级仪的旋转腔26，通过导向叶片28的导流与稳流锥31在旋转桶27内高速旋转并 冲击旋转台30上的动力叶片29，进而维持旋转台30的旋转，并进一步维持旋转桶27内部 的旋转，根据离心力不同，细粒度矿物颗粒群从溢流口3流出，粗颗粒矿物颗粒群从沉砂口 2流出，两个出口均连接有出料管，出料管末端连接有缓流区16通过口径变大延缓流速减少 矿浆对设备的冲刷，缓流区16后连接消泡皿17，其中含有搅拌棒18用来搅拌矿浆使其均匀 化以及超声波消泡仪19消除前面过程中产生的气泡，预处理好的矿浆通过蠕动泵20进入粒 度检测装置中的样品皿22，暗室中激光发射器21发射激光打在样品皿22中的矿物颗粒上发 生衍射，衍射后的激光的角度和各角度的光强被多角度光强传感器23接收转换为数字信号通 过数据线24传输给中央CPU 25进行分析得出结果。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管 参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前 述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发 明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围 之内。

Claims (4)

1.一种双通道动态粒度检测装置，其特征在于，包括：

螺旋取样器(10)，其包括取样管(101)、设置在该取样管(101)内的旋转轴(12)和多个旋转叶片(11)、变速机(13)和电动机(14)，其中所述取样管(101)的一端设置有第一进样口(102)，用于与待测样品管道连通，另一端侧壁上设置有第一出样口(103)；所述多个旋转叶片(11)设置在所述旋转轴(12)上，所述旋转轴(12)与所述变速机(13)的输出轴连接，并由所述电动机(14)驱动；

回流管道(9)，其一端与所述取样管(101)的第一出样口(103)连通，另一端与所述待测样品管道连通；

文丘里取样管(6)，其取样段穿设在所述回流管道(9)中，并在该取样段上设置有第二进样口(61)；所述文丘里取样管(6)的两端分别开设有第一端口(62)和第二端口(63)，并在第二端口(63)处开设第二出样口(64)；

自旋式双通道粒度分级仪，其包括底座、在底座内设置的旋转台(30)和设置在旋转台(30)上的旋转桶(27)；在所述旋转台(30)的内侧壁设置有动刀叶片(29)，在所述旋转桶(27)内侧壁设置有导向叶片(28)，在所述旋转桶(27)内底部设置有稳流锥(31)，其中所述旋转台(30)、旋转桶(27)和稳流锥(31)同轴刚性连接；另在所述旋转桶(27)内顶部的旋转腔(26)的侧壁上开设有第三进样口(1)，其与所述第二出样口(64)连通；在所述旋转腔(26)的顶壁上还开设有溢流口(3)；在所述底座外壁上方设置有沉砂口(2)；

第一预处理装置和第二预处理装置，其分别包括缓流区(16)、消泡皿(17)，其中所述消泡皿(17)内设置搅拌棒(18)和超声消泡仪(19)；另在所述消泡皿(17)内侧壁上部开设有第三出样口(171)，在底部开设有第一回流口(172)，所述第一回流口(172)与所述回流管道(9)连通；其中所述第一预处理装置的缓流区(16)通过一溢流管(4)与所述溢流口(3)连通，且所述溢流管(4)伸入所述溢流口(3)的一端穿过所述旋转腔(26)进入所述旋转桶(27)的内腔；所述第二预处理装置的缓流区(16)通过一管道与所述沉砂口(2)连通；

第一粒度检测装置和第二粒度检测装置，其分别对来自第一预处理装置和第二预处理装置的待测样品进行检测，其中每台粒度检测装置均包括：蠕动泵(20)、激光发射器(21)、样品皿(22)、光强传感器(23)、数据线(24)和中央CPU(25)，所述蠕动泵(20)用于将所述消泡皿(17)内的样品通过所述第三出样口(171)和管道输送至所述样品皿(22)中，所述样品皿(22)的底部还开设有第二回流口(221)，其与所述消泡皿(17)连通；所述激光发射器(21)用于发射激光使所述样品皿(22)中的样品发生衍射；所述光强传感器(23)用于接收所述样品皿(22)中的样品的衍射信号，并通过所述数据线(24)传输给所述中央CPU(25)。

2.根据权利要求1所述的双通道动态粒度检测装置，其特征在于，在所述文丘里取样管(6)上还设置有清洁装置，所述清洁装置包括双向球阀(7)和三通阀(8)。

3.根据权利要求1或2所述的双通道动态粒度检测装置，其特征在于，所述螺旋取样器(10)倾斜放置。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的双通道动态粒度检测装置，其特征在于，所述螺旋取样器(10)的取样管(101)的一端设置有多个第一进样口(102)。

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