CN113058752A - 一种高气泡表面通量浮选机及颗粒气泡矿化器 - Google Patents

Abstract

本发明属于煤泥浮选机技术领域，具体为一种高气泡表面通量浮选机及颗粒气泡矿化器，颗粒气泡矿化器包括矿化器壳体和设置在矿化器壳体内的射流充气器和浆气混合器，所述浆气混合器包括导向叶片和凸起棒，通过设置浆气混合器提高了颗粒气泡矿化器的气泡矿化效率，浮选机包括分选桶、下桶体和尾矿室，分选桶上端设置流态化水室，外侧设置颗粒气泡矿化器，并在下桶体设置倾斜板，则本发明可以在高气泡表面通量和洗涤水通量条件下工作，实现无自由泡沫层浮选，浮选机下端采用倾斜板通道强化矿化气泡与矿浆的离析，确保泡沫区维持在设备上部竖直区域,且携带最低的矿浆量，提高了分选效果。

Description

一种高气泡表面通量浮选机及颗粒气泡矿化器

技术领域

本发明属于煤泥浮选机技术领域，具体为一种高气泡表面通量浮选机及颗粒气泡矿化器。

背景技术

泡沫浮选是从微细粒矿浆中精选矿物的通用方法，利用泡沫浮选的浮选机有机械搅拌式浮选机和喷射式浮选机及浮选柱类，无论是机械搅拌式浮选机还是浮选柱类设备都存在以下共性问题影响着分选效率的进一步提升：

其一，矿化气泡上升和下降的矿浆流相互耦合，互相干扰，由于矿浆流的紊动造成矿化气泡碎裂，目的矿物从矿化气泡上脱落等问题，同时矿化气泡上升过程中裹挟非目的矿物细泥进入泡沫层，造成精矿的污染，下降的矿浆流也会挟带一些泡沫进入尾矿，使得浮选效率下降；

其二，都具有一个顶部敞开的结构便于泡沫精矿的排出，正常运转时必须维持一个厚度不等的泡沫层，其目的是借以强化二次富集作用，但泡沫层中矿化气泡兼并引起的矿化泡沫层干化，容易造成泡沫流动性降低而使得精矿排出困难；

其三，气泡表面积通量是影响浮选矿化效果和浮选机单位处理能力的一个关键变量，浮选设备能提供的气泡表面积通量越大，矿化效果越好，浮选机单位处理能力越高。无论是机械搅拌式浮选机还是射流微泡浮选机，在常规操作条件下运转时都存在一个极限的气泡表面积通量，一般为60–80 m ² /m ²s（是指单位设备面积单位时间流过的气泡表面积），达到上述数值时会发生自由泡沫层表面腾涌翻花现象，使过程不稳定，清晰的泡沫层与矿浆分界面不复存在，导致颗粒从矿化气泡上脱落，精矿泡沫挟带污染严重，大量气泡进入尾矿损失等问题，这一方面限制了浮选设备单位处理能力的提高，另一方面也使浮选的分选选择性急剧恶化，成为当前浮选设备发展的技术瓶颈。

颗粒气泡矿化是射流类浮选设备的核心技术之一，通常采用射流泵原理来实现。如中国专利《一种空化射流微泡浮选机及空化射流气泡发生器》（申请号 201911031732.6）提供了一种喷嘴喷管组合的射流气泡发生器，借流体从喷嘴高速喷出形成负压吸入空气，在喷管内借助流体高速紊动将气体分散为小气泡，经喷管二次喷出后进一步强化了气液分散与混合。但这种喷射式气泡发生器在喷嘴直径较大时，会在射流束中心形成一个液体射流核心，影响了吸入空气与喷射流体的分散混合效率，影响颗粒气泡矿化效果。中国专利《一种混流式微泡发生器及气泡分布器》（申请号 201821730868 .7）在输出管内设置了螺旋叶片，中国专利《自吸式微泡发生器》（实用新型CN95239169.4）在输出管内设置静态搅拌叶片，上述方案都有助于解决上述问题，但存在的问题是颗粒气泡在内置构件中的狭小通道内向同一方向运动，气液混合强度较低，颗粒气泡碰撞矿化效率有待进一步提高。

发明内容

本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种高气泡表面通量浮选机及颗粒气泡矿化器。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种颗粒气泡矿化器，包括矿化器壳体和设置在矿化器壳体内的射流充气器和浆气混合器，所述射流充气器包括设置在上方的有喷嘴和设置在喷嘴底部的喷管，所述喷管与喷嘴之间设置有吸气口；所述浆气混合器包括导向叶片和凸起棒，导向叶片倾斜设置在喷管的出口下方，用于使充气矿浆流形成旋转，所述凸起棒有若干个，设置在导向叶片下方，呈螺旋状或环状固定排列在矿化器壳体内壁上。

所述喷嘴为倒圆锥形，所述喷管为文丘里喷管。

所述导向叶片有两个，正交设置在矿化器壳体内壁上。

所述凸起棒水平固定在矿化器壳体内壁上，其远离矿化器壳体内壁的一端设置有蘑菇头。

此外，本发明还提供了一种高气泡表面通量浮选机，包括分选桶、下桶体和尾矿室，所述分选桶上方设置有布水锥和精矿泡沫流出管，布水锥外侧设置有流态化水室；所述分选桶外周设置有矿浆分配环，充气分配环、充气矿浆分配环和多个如权利要求所述的颗粒气泡矿化器，所述颗粒气泡矿化器均匀分布在分选桶外周，矿浆分配环和充气分配环分别用于给颗粒气泡矿化器提供矿浆和空气；颗粒气泡矿化器底部通过充气矿浆分配环与均匀分布在分选桶内部的多个浆气喷嘴连接；

所述下桶体倾斜设置在分选桶底部，下桶体内设置有多个倾斜板，所述倾斜板之间平行设置；所述下桶体底部与尾矿室连通，下桶体底部设置有槽底，槽底底部设置有循环浆出口。

所述倾斜板与下桶体的倾斜方向相同，所述尾矿室设置在下桶体一侧，并位于下桶体倾斜方向所指向的外侧。

矿浆分配环上设置有多个矿浆分配管，每个矿浆分配管分别用于连接一个颗粒气泡矿化器的喷嘴，向各个颗粒气泡矿化器提供矿浆；所述充气分配环上设置多个进气分配管，每个进气分配管用于连接一个颗粒气泡矿化器的吸气口，进而向各个颗粒气泡矿化器提供空气；充气矿浆分配环上设置有多个管段，每个管段用于连接一个颗粒气泡矿化器的充气矿浆出口。

所述分选桶为圆筒体，下桶体为方形桶。

倾斜板的倾角为45~70°，板间距为50~200mm，高度为500~2000mm，布水锥上设置有孔径为3~10mm的布水孔，开孔率为1-5%。

所述的一种高气泡表面通量浮选机，还包括尾矿液位控制箱，所述尾矿液位控制箱上设置有尾矿出流管，所述尾矿液位控制箱内设置有固定管、活动管和丝杠调节机构，所述固定管通过尾矿连接管与尾矿室连接，所述活动管设置在固定管上并通过丝杠调节机构调节高度。

本发明提供了一种高气泡表面通量浮选机及颗粒气泡矿化器，与现有技术相比具有以下有益效果：

1、本发明的颗粒气泡矿化器在射流充气器底部设置了浆气混合器，利用浆气混合器中的导向叶片形成旋转浆流，旋转浆流与凸起棒作用，产生强烈的空化现象和多尺度紊流混合，将气泡进一步粉碎为微小气泡，微细疏水颗粒与微小气泡产生强烈碰撞并附着在微小气泡上形成矿化气泡，提高了气泡矿化效率。

2、本发明的高气泡表面通量浮选机包括位于下方的内置了倾斜板组件的下桶体和位于上方的分选桶，分选桶上端通过反向流态化水室封闭，外侧设置了新结构的颗粒气泡矿化器，强化了气泡在矿浆中的分散和生成的气泡更小，单位充气量提供的气泡表面积更大，有利于颗粒气泡碰撞概率与附着概率的提高，使得浮选机可以在高气泡表面通量和洗涤水通量条件下工作，洗涤水均匀地对流动气泡流脱泥净化，本发明用高气泡相含率泡沫流替代自由表面泡沫层，实现无自由泡沫层运转；下桶体采用倾斜板，利用倾斜板对挟带在下向矿浆流中气泡的阻挡效应，强化矿化气泡与矿浆的离析，确保泡沫区维持在设备上部竖直区域，且携带最低的矿浆量，实现了在高气泡表面通量环境下的浮选分离过程，使得本发明可以在比常规浮选技术充气量提高5-10倍的条件下操作，设备单位面积处理能力相比常规技术提高5-10倍。

3、本发明解决了现有浮选装备中矿化气泡与矿浆流运动相互干扰，矿化气泡在尾矿中的挟带，不适于高充气量操作条件而引起的对分选精度和处理能力限制等问题。通过调整充气量和反向流态化水量可以精确调控精矿回收率和精矿品位，实现精矿泡沫连续排出的无自由泡沫层矿物浮选工艺。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种颗粒气泡矿化器的结构示意图；

图2为实施例一中凸起棒的布置示意图；

图3为本发明实施例二提供的一种高气泡表面通量浮选机的结构示意图；

图4为实施例二倾斜板的设置的俯视示意图；

图5为本发明实施例二中倾斜板之间矿化气泡从矿浆中离析的原理示意图；

图中：1-分选桶，2-下桶体，3-槽底，4-尾矿室，5-尾矿连接管，6-尾矿液位控制箱，7-充气分配环，8-矿浆分配环，9-射流充气器，10-浆气混合器，11-管段，12-充气矿浆分配环，13-浆气喷嘴，14-矿浆分配管，15-逆止阀，16-进气分配管，17-进气口，18-矿浆入口，19-布水锥，20-流态化水室，21-进水口，22-精矿泡沫流出管，23-倾斜板，24-循环浆出口，25-固定管，26-活动管，27-丝杠升降机构，28-尾矿出流管，29-圆柱形喷嘴，30-喷管，31-吸气口，32-矿化器壳体，34-导向叶片，35-凸起棒，36-下降矿浆流，37-上升气泡流。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

如图1所示，本发明实施例一提供了一种颗粒气泡矿化器，包括矿化器壳体32和设置在矿化器壳体32内的射流充气器9和浆气混合器10，所述射流充气器9包括设置在上方的有喷嘴29和设置在喷嘴29底部的喷管30，所述喷管30与喷嘴29之间设置有吸气口31；所述浆气混合器10包括导向叶片34和凸起棒35，导向叶片34倾斜设置在喷管30的出口下方，所述凸起棒35有若干个，设置在导向叶片34下方，呈螺旋状或环状固定排列在矿化器壳体32内壁上。

进一步地，如图1所示，本实施例所述的一种颗粒气泡矿化器，所述喷嘴29为倒圆锥形，所述喷管30为上端为漏斗形，下端为圆柱形，矿化器壳体32为圆柱形。

进一步地，如图1所示，本实施例中，所述导向叶片34有两个，正交设置在矿化器壳体1内壁上。如图1所示，两片导向叶片34倾斜并相互正交设置，充气矿浆流通过导向叶片34时形成两股旋转充气矿浆流，提高了气泡矿化效果，并不会造成颗粒气泡矿化器的堵塞。此外导向叶片也可以为导致充气矿浆流分成两股或者多股的其它结构件。

进一步地，如图1~2所示，本实施例中，所述凸起棒35水平固定在矿化器壳体32内壁上，其远离矿化器壳体内壁的一端设置有蘑菇头。凸起棒的长度一般为管道直径的1/4—1/6，凸起棒35的作用是对充气矿浆进行进一步地粉碎，提高气泡矿化效果，蘑菇头的作用强化了流体通过时的空化效应。

本实施例的工作原理如下：工作时，新鲜煤浆由泵加压后，从喷嘴29上方进入射流充气器9，矿浆流经射流充气器9中的圆锥形的喷嘴29喷出后，在喷嘴29 和喷管30之间的空间内形成负压，负压导致由吸气口31吸入空气，使充气矿浆由喷管30喷出，吸入的空气在此粉碎为小气泡并随矿浆进入浆气混合器10中，在导向叶片34的作用下，形成旋转流，旋转流流经若干呈螺旋状或环形排列的凸起棒35，产生强烈的空化现象和多尺度紊流混合，将气泡进一步粉碎为微小气泡，微细疏水颗粒与微小气泡产生强烈碰撞并附着在微小气泡上形成矿化气泡，亲水性微细颗粒则分散在矿浆中，矿化后的气泡和矿浆从颗粒气泡矿化器底部输出。

实施例二

本发明实施例二提供了一种高气泡表面通量浮选机，包括分选桶1、下桶体2和尾矿室4，所述分选桶1上方设置有布水锥19和精矿泡沫流出管22，布水锥19外侧设置有流态化水室20；所述分选桶1外周设置有矿浆分配环7，充气分配环8、充气矿浆分配环12和多个如权利要求1所述的颗粒气泡矿化器，所述颗粒气泡矿化器均匀分布在分选桶1外周，矿浆分配环7和充气分配环8分别用于给颗粒气泡矿化器提供矿浆和空气；颗粒气泡矿化器底部通过充气矿浆分配环12与均匀分布在分选桶1内部的多个浆气喷嘴13连接；所述下桶体2倾斜设置在分选桶1底部，下桶体2内设置有多个倾斜板23，所述倾斜板23之间平行设置；所述下桶体2底部与尾矿室4连通，下桶体2底部设置有槽底3，槽底3底部设置有循环浆出口24。

具体地，本实施例中，所述分选桶1为圆筒体，下桶体2为方形桶。进一步地，倾斜板23等距离设置在下桶体2内，其两侧固定在下桶体2的两个桶壁上，将下桶体划分为多个等宽的空间，如图4所示。

具体地，本实施例中，所述倾斜板23与下桶体2的倾斜方向相同，所述尾矿室4设置在下桶体2的一侧，并位于下桶体2倾斜方向所指向的外侧。则从分选桶1进入下桶体2的矿浆，经倾斜板23对矿浆进行分离后，如图5所示，形成下降矿浆流36和上升气泡流37，有效阻滞了气泡随下降矿浆流进入尾矿。密度较高的矿浆进入尾矿室，密度较小的气泡上升返回分选桶1，有效阻滞了气泡随下降矿浆流进入尾矿，提高了分选效率。

具体地，如图3所示，本实施例中，矿浆分配环8上设置有多个矿浆分配管14，每个矿浆分配管14分别用于连接一个颗粒气泡矿化器的喷嘴29，向各个颗粒气泡矿化器提供矿浆；所述充气分配环7上设置多个进气分配管16，进气分配管16上设置有逆止阀15；每个进气分配管16用于连接一个颗粒气泡矿化器的吸气口31，进而向各个颗粒气泡矿化器提供空气；充气矿浆分配环12上设置有多个管段11，每个管段11用于连接一个颗粒气泡矿化器的充气矿浆出口。矿浆分配环8上还设置有矿浆入口18，充气分配环7上还设置有进气口17。流态化水室20上设置有进水口21。

进一步地，本实施例中，倾斜板23的倾角（即与水平方向的夹角）为45~70°，板间距为50~200mm，高度为500~2000mm，布水锥19上设置有孔径为3~10mm的布水孔，开孔率为1~5%。

进一步地，如图3所示，本实施例的一种高气泡表面通量浮选机，还包括尾矿液位控制箱6，所述尾矿液位控制箱6上设置有尾矿出流管28，所述尾矿液位控制箱6内设置有固定管25、活动管26和丝杠调节机构27，所述固定管25通过尾矿连接管5与尾矿室4连接，所述活动管26设置在固定管25上并通过丝杠调节机构27调节高度。

本实施例的工作原理如下：新鲜煤浆由泵加压后给入矿浆入口18，由矿浆分配环8通过矿浆分配管14均匀分配给各个颗粒气泡矿化器，颗粒气泡矿化器通过管段11与下端的充气矿浆分配环12相连，颗粒气泡矿化器将矿浆和空气进行混合形成包括矿化气泡和矿浆的浆气混合物后，浆气混合物经充气矿浆分配环12以及若干个浆气喷嘴13后均匀分布到圆筒形的分选桶1的下断面。浆气混合物经由若干个浆气喷嘴13产生向上的浆气喷射流，矿化气泡与矿浆在圆筒形分选桶1的下端离析，形成向上的矿化气泡流和向下的矿浆流。向上的矿化气泡流在圆筒形分选桶1的上部形成以矿化气泡为主相的泡沫柱，在此位置，洗涤水由进水口21进入流态化水室20，并均匀分配给布水锥19，经由设置在水锥19上孔径为3-10mm的布水孔形成向下的洗涤水流，由于气泡流向上运动而流态化水向下运动形成反向流态化，实现矿化气泡的逆流洗涤，矿化气泡中挟带的亲水矿粒和脱落的疏水性矿粒在逆流洗涤水作用下向下运动，其间具有疏水性的矿粒则在与向上运动的气泡流碰撞作用过程中被重新捕获，附着在气泡向上运动。经过反向流态化区洗涤净化的矿化泡沫流经由设置在中心轴线上的精矿泡沫流出管22排出成为精矿产品进入后续作业环节。在分选桶1下端离析分离出的矿浆流向下进入内部设置有若干倾斜板23的方形下桶体2内，由于设置在方形下桶体2的倾斜板23具有按矿浆密度分离的效应，使得向下矿浆流中挟带的密度小的气泡与密度较高的矿浆得到进一步离析，在倾斜板23形成的倾斜空间内，形成下降矿浆流和上升气泡流，下降矿浆流进入与下桶体2下端连接的槽底3，部分未矿化的颗粒经由循环浆出口24返回泵前入料桶循环再选，其余矿浆进入与之连通的尾矿室4，然后经尾矿连接管5，圆筒形尾矿液位控制箱6及尾矿出流管28排出成为尾矿产品进入后续作业环节。

综上所述，本发明实施例提供了一种高气泡表面通量浮选机及颗粒气泡矿化器，其采用高气泡表面通量和洗涤水通量，洗涤水均匀地对流动气泡流脱泥净化，用高气泡相含率泡沫流替代自由表面泡沫层，实现无自由泡沫层浮选，浮选机下端采用倾斜板通道强化矿化气泡与矿浆的离析，确保泡沫区维持在设备上部竖直区域,且携带最低的矿浆量。解决了现有浮选装备中矿化气泡与矿浆流运动相互干扰，矿化气泡在尾矿中的挟带，不适于高充气量操作条件而引起的对分选精度和处理能力限制等问题。通过调整充气量和反向流态化水量可以精确调控精矿回收率和精矿品位，实现精矿泡沫连续排出的无自由泡沫层矿物浮选工艺。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种颗粒气泡矿化器，其特征在于，包括矿化器壳体（32）和设置在矿化器壳体（32）内的射流充气器（9）和浆气混合器（10），所述射流充气器（9）包括设置在上方的有喷嘴（29）和设置在喷嘴（29）底部的喷管（30），所述喷管（30）与喷嘴（29）之间设置有吸气口（31）；所述浆气混合器（10）包括导向叶片（34）和凸起棒（35），导向叶片（34）倾斜设置在喷管（30）的出口下方，用于使充气矿浆流形成旋转，所述凸起棒（35）有若干个，设置在导向叶片（34）下方，呈螺旋状或环状固定排列在矿化器壳体（32）内壁上。

2.根据权利要求1所述的一种颗粒气泡矿化器，其特征在于，所述喷嘴（29）为倒圆锥形，所述喷管（30）为文丘里喷管。

3.根据权利要求1所述的一种颗粒气泡矿化器，其特征在于，所述导向叶片（34）有两个，正交设置在矿化器壳体（1）内壁上。

4.根据权利要求1所述的一种颗粒气泡矿化器，其特征在于，所述凸起棒（35）水平固定在矿化器壳体（32）内壁上，其远离矿化器壳体（32）内壁的一端设置有蘑菇头。

5.一种高气泡表面通量浮选机，其特征在于，包括分选桶（1）、下桶体（2）和尾矿室（4），所述分选桶（1）上方设置有布水锥（19）和精矿泡沫流出管（22），布水锥（19）外侧设置有流态化水室（20）；所述分选桶（1）外周设置有矿浆分配环（7），充气分配环（8）、充气矿浆分配环（12）和多个如权利要求1所述的颗粒气泡矿化器，所述颗粒气泡矿化器均匀分布在分选桶（1）外周，矿浆分配环（7）和充气分配环（8）分别用于给颗粒气泡矿化器提供矿浆和空气；颗粒气泡矿化器底部通过充气矿浆分配环（12）与均匀分布在分选桶（1）内部的多个浆气喷嘴（13）连接；

所述下桶体（2）倾斜设置在分选桶（1）底部，下桶体（2）内设置有多个倾斜板（23），所述倾斜板（23）之间平行设置；所述下桶体（2）底部与尾矿室（4）连通，下桶体（2）底部设置有槽底（3），槽底（3）底部设置有循环浆出口（24）。

6.根据权利要求5所述的一种高气泡表面通量浮选机，其特征在于，所述倾斜板（23）与下桶体（2）的倾斜方向相同，所述尾矿室（4）设置在下桶体（2）一侧，并位于下桶体（2）倾斜方向所指向的外侧。

7.根据权利要求5所述的一种高气泡表面通量浮选机，其特征在于，矿浆分配环（7）上设置有多个矿浆分配管（14），每个矿浆分配管（14）分别用于连接一个颗粒气泡矿化器的喷嘴（29），向各个颗粒气泡矿化器提供矿浆；所述充气分配环（8）上设置多个进气分配管（16），每个进气分配管（16）用于连接一个颗粒气泡矿化器的吸气口（31），进而向各个颗粒气泡矿化器提供空气；

充气矿浆分配环（12）上设置有多个管段（11），每个管段（11）用于连接一个颗粒气泡矿化器的充气矿浆出口。

8.根据权利要求5所述的一种高气泡表面通量浮选机，其特征在于，所述分选桶（1）为圆筒体，下桶体（2）为方形桶。

9.根据权利要求5所述的一种高气泡表面通量浮选机，其特征在于，倾斜板（23）倾角为45~70°，板间距为50~200mm，高度为500~2000mm，布水锥（19）上设置有孔径为3~10mm的布水孔，开孔率为1-5%。

10.根据权利要求5所述的一种高气泡表面通量浮选机，其特征在于，还包括尾矿液位控制箱（6），所述尾矿液位控制箱（6）上设置有尾矿出流管（28），所述尾矿液位控制箱（6）内设置有固定管（25）、活动管（26）和丝杠调节机构（27），所述固定管（25）通过尾矿连接管（5）与尾矿室（4）连接，所述活动管（26）设置在固定管（25）上并通过丝杠调节机构（27）调节高度。

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