CN113069798B - 一种具有抑制进料扰动和沉降时间可调的竖流沉淀池 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有抑制进料扰动和沉降时间可调的竖流沉淀池，含有砂仓筒体(4)、中心筒(3)、尾矿浆进料管(6)、絮凝剂添加装置(1)、抑制进料扰动装置(2)，中心筒(3)通过支架(7)竖直安装在砂仓筒体(4)的中央，在砂仓筒体(4)上口外缘设有溢流槽(5)，抑制进料扰动装置(2)安装在中心筒(3)内的上部。絮凝剂添加装置(1)包括絮凝剂进料主管(1.1)、絮凝剂进料支管(1.2)、絮凝剂喷淋管，絮凝剂喷淋管浸入浆料液面之下；抑制进料扰动装置含有导流筒、溢流筒。本发明具有制作、安装、维修简单方便，可调节沉降时间，絮凝剂用量少，絮凝效率高等优点，特备适合在矿山用于尾矿的浓缩、沉淀和固液分离。

Description

一种具有抑制进料扰动和沉降时间可调的竖流沉淀池

技术领域

本发明属于固液分离技术领域，具体涉及一种浆料的沉降浓缩装置，特备适合在矿山用于尾矿的浓缩、沉淀和固液分离。

背景技术

随着国家对安全生产及矿山环境保护要求越来越严格，充填采矿法成为地下采矿最主要的方法，充填采矿法正从高价值矿床向一般金属矿山甚至非金属矿山推广。

充填开采就是利用采矿产生的废石和选矿产生的尾矿与胶凝材料按一定配比混合搅拌，通过管道输送到充填采矿留下的采空区。选矿产生的尾矿浆浓度低，不能直接用于充填，需经沉淀浓缩，沉淀浓缩设备一般采用竖流沉淀池，也称为砂仓。选矿产生的尾矿浆从砂仓顶部流入，尾矿在砂仓内沉淀浓缩，上清液由砂仓顶部溢流排出，尾矿压缩沉淀后，由底部放砂管排出，制备用于充填的料浆。砂仓是利用尾矿与水的密度差进行沉降，尾矿浆进入中心筒，水与尾矿在中心筒底部流出，水流挟带微细尾矿从中心筒与砂仓内壁之间的空隙往上运动，水流方向与尾矿颗粒沉淀方向相反，沉降速度等于水流上升速度的尾矿颗粒将悬浮在尾矿浆中形成一层悬浮层，该悬浮层对上升的颗粒进行拦截和过滤，具有较高的沉降效率。一定密度的尾矿颗粒在水中的沉降速度与粒径有关，越小粒径的颗粒沉降速度也越小，当颗粒沉降速度小于水流上升速度，该粒径及以下粒径的颗粒无法沉淀下来，因此需要添加絮凝剂，通过絮凝沉淀，才能实现对尾矿浆的彻底沉淀。

目前，矿山的砂仓筒体或深锥浓密机的尾矿浆一般从中心筒壁的切线方向进入中心筒，尾矿浆进入中心筒后沿筒壁方向流动，利用旋流原理加速了部分颗粒的沉降，同时，改变了尾矿浆的流向，降低进料对筒体内尾矿浆的扰动；或者是从液面下进料，尾矿浆进料管从液面下穿过砂仓筒壁和中心筒筒壁，出料口位于中心筒轴心，且方向向上，尾矿浆向上涌出，降低了尾矿浆进料对下面尾矿浆及沉淀层的扰动。絮凝剂通过进料管上的混料器加入或分散加到中心筒尾矿浆表层。中心筒由钢板卷成一定直径的圆桶焊接而成，底部有一通过丝杆或圆钢焊接连接的锥形反射板，尾矿浆进入中心筒后下行，从反射板和中心筒之间的间隙流出，然后从中心筒和砂仓之间的空隙慢慢往上流，直至溢出砂仓。但到目前位置，矿山现有砂仓筒体或深锥浓密机在进行尾矿浓缩时仍存在以下问题：

(1)虽然采取切向或液下垂直向上进料，减轻了进料对尾矿浆的扰动，但进料的动能在尾矿浆里消耗，对尾矿浆的扰动较大；

(2)由于尾矿浆带有气泡，液下进料的方式无法排除气泡，为了避免气浮现象，砂仓设置排气管或消气箱，使设备变得较为复杂；

(3)絮凝剂添加在中心筒里，中心筒内的尾矿浆浓度大，部分颗粒无需絮凝剂就可沉淀，为保证絮凝效果，提高絮凝剂用量，其浓度一般为5‰，一方面增加了充填成本，另一方面过量絮凝剂会对底流浓度产生不利影响，甚至会降低底流浓度2～3％，影响充填体抗压强度；

(4)中心筒为钢板卷成圆筒后，焊接而成，具有重量较大、耐腐蚀性较差及安装、更换不方便等问题，筒体长度不能调节，不能随着尾矿性质改变，调整砂仓的处理性能；

(5)锥形板较均匀分散尾矿浆，但也导致了尾矿均匀沉淀在反射板的周围，砂仓中心尾矿沉淀较少，对提高沉淀层中心压缩沉淀不利。

发明内容

本发明就是针对现有矿山采用的砂仓筒体或深锥浓密机存在的上述问题，而提供一种制作、安装、维修简单方便，可调节沉降时间，絮凝剂用量少，絮凝效率高的具有抑制进料扰动和沉降时间可调的竖流沉淀池。

为实现本发明的上述目的，本发明一种具有抑制进料扰动和沉降时间可调的竖流沉淀池采用以下技术方案：

本发明一种具有抑制进料扰动和沉降时间可调的竖流沉淀池，含有砂仓筒体、中心筒、尾矿浆进料管，中心筒通过支架竖直安装在砂仓筒体的中央，在砂仓筒体上口外缘设有溢流槽，其特点是：它还含有絮凝剂添加装置、抑制进料扰动装置，抑制进料扰动装置安装在中心筒内的上部。

砂仓筒体是钢板焊接的圆筒，下部与锥形封头连接，用于沉淀、存储尾矿；辅助设施，所述辅助设施包括阀门、液位计、尾砂高度计、冲洗装置和管道等，用于保证竖流沉淀池的正常工作、维护和控制等。

所述的絮凝剂添加装置包括絮凝剂进料主管、絮凝剂进料支管、絮凝剂喷淋管，絮凝剂进料主管为环形管/多边形管，絮凝剂进料主管安装在砂仓筒体的上部并环绕在中心筒周围，絮凝剂进料主管用于输送需要添加的絮凝剂，并具有固定整个絮凝剂添加装置的作用，絮凝剂进料支管与絮凝剂进料主管通过竖向连接管上下联通，相邻的絮凝剂进料支管之间的夹角在30～90°范围，在每根絮凝剂进料支管上间隔布设絮凝剂喷淋管，絮凝剂进料支管通过悬挂杆吊装在砂仓筒体顶部的支架上；所述的絮凝剂喷淋管浸入浆料液面之下100～500mm；絮凝剂进料支管用于输送到同一支管上絮凝剂喷淋管的絮凝剂，絮凝剂喷淋管将絮凝剂喷淋到砂仓溢流水中。

所述的抑制进料扰动装置含有导流筒、溢流筒，导流筒的上部与尾矿浆进料管通过连接法兰连接，用于改变尾矿浆进料的方向，消除尾矿浆冲量，尾矿浆通过导流筒进入溢流筒；导流筒的中下部位于溢流筒内，导流筒的下端与溢流筒底板通过焊接连接，且导流筒、溢流筒为同轴线布设；导流筒下部侧壁均匀开有若干槽孔构成导流槽，导流槽开孔总面积≥1.5倍尾矿浆进料管截面积，溢流筒截面积≥2.5倍尾矿浆进料管截面积；溢流筒的上沿外侧焊接有溢流筛板，溢流筛板上开设溢流筛孔，溢流筛板外沿设有溢流围堰。溢流筒用于溢流尾矿浆进入砂仓筒体内，尾矿浆通过导流筒侧壁的槽孔进入溢流筒溢流到溢流筛板上，溢流筛板上有大量溢流筛孔，料浆从溢流筛孔中自由落下，另有料浆通过溢流堰溢流落下，极大减少尾矿浆进料对中心筒中矿浆的冲击。

此外，在溢流筒底板上还开设直径≥30mm的底板漏孔。

所述的中心筒包括分段筒体、导流锥，分段筒体之间通过筒体连接法兰连接成竖直圆柱筒，最下部的分段筒体末端装有端部连接法兰，端部连接法兰通过连接杆与导流锥连接；所述导流锥为锥形顶，锥角120°～160°，导流锥的锥面上开直径≥40mm的孔，开孔总面积不超过导流锥锥面表面积的30％；导流锥与最下部的分段筒体之间缝隙为300～500mm。

作为本发明之优选，在每根絮凝剂进料支管上布设的絮凝剂喷淋管排数为2～6排，且等间隔布设，絮凝剂喷淋管与絮凝剂进料支管相互垂直；在絮凝剂喷淋管上每隔50～200mm水平或垂直向下开直径3～10mm的孔，絮凝剂进料支管和絮凝剂喷淋管端头封闭。这种布设结构，相同间距的喷淋管以砂仓筒体中心为圆心，构成环形或多边形的封闭结构，不同封闭半径构成多层絮凝剂添加圈。

作为本发明之优选，导流锥的锥面上开直径≥40mm的孔，开孔总面积≥5倍尾矿浆进料管的截面积。

作为本发明之优选，所述导流槽开孔总面积≥2倍尾矿浆进料管截面积；所述溢流筒截面积≥3.0倍尾矿浆进料管截面积；在溢流筒底板上开设的底板漏孔的开孔总面积是尾矿浆进料管截面积的1～2倍，溢流筒与导流筒形成的圆环截面积≥2倍导流槽的开口总面积。这种结构参数设计，既可以保证浆料的正常输送，又可以消除尾矿浆进料对砂仓筒体内尾矿浆的冲击，抑制浆料的扰动。

作为本发明之优选，所述的溢流围堰的高为50～200mm；所述的溢流筛板上开设的溢流筛孔为直径≥20mm的圆孔，溢流筛孔直径以30～60mm为佳，相邻的溢流筛孔的间距为30～50mm。

作为本发明之优选，每个分段筒体的高度为500～2000mm，分段筒体材质为PP、ABS或PVC高分子防腐材料。

本发明一种具有抑制进料扰动和沉降时间可调的竖流沉淀池采用以上技术方案后，具有下列积极效果：

(1)设计了新型的抑制进料扰动装置，用以消除尾矿浆进料对砂仓内尾矿浆的冲击，消除尾矿浆中气泡，减少砂仓的附属设施；

(2)设计了新型的絮凝剂添加装置，絮凝剂采用多点液下添加，与溢流水混合均匀，通过调整液下深度，调节停留时间，提高絮凝效率，降低絮凝剂的使用量；

(3)中心筒采用耐腐蚀、重量轻的非金属材料等径分段制作，重量轻，每段通过连接法兰连接，制作、安装和更换简单方便，通过增减段数，调节中心筒的长度；

(4)导流锥上开有大量圆孔或槽，可增加砂仓筒体中心的沉砂量，有助于推迟沉淀层中心漏水时间，可以减少导流锥上的沉沙，减轻导流锥的负重。

附图说明

图1是本发明一种具有抑制进料扰动和沉降时间可调的竖流沉淀池的结构示意图；

图2是本发明采用的絮凝剂添加装置平面结构示意图；

图3是本发明采用的抑制进料扰动装置结构示意图；

图4是本发明采用的可调节中心筒筒体结构示意图。

附图标记为：1-絮凝剂添加装置；1.0-悬挂杆；1.1-絮凝剂进料主管；1.2-絮凝剂进料支管；1.3-絮凝剂喷淋管；2-抑制进料扰动装置；2.1-导流筒；2.2-导流槽；2.3-溢流筒；2.4-溢流筒底板；2.5-底板漏孔；2.6-溢流筛板；2.7-溢流筛孔；2.8-溢流围堰；2.9-连接法兰；3-中心筒；3.1-分段筒体；3.2-导流锥；3.3-连接杆；3.4-筒体连接法兰；3.5-安装把手；3.6-端部连接法兰；4-砂仓筒体；5-溢流槽；6-尾矿浆进料管；7-支架。

具体实施方式

为更好地描述本发明，下面结合附图对本发明一种具有抑制进料扰动和沉降时间可调的竖流沉淀池作进一步详细说明。

由图1所示的本发明一种具有抑制进料扰动和沉降时间可调的竖流沉淀池的结构示意图并结合图2、图3、图4看出，本发明一种具有抑制进料扰动和沉降时间可调的竖流沉淀池，含有砂仓筒体4、中心筒3、尾矿浆进料管6、絮凝剂添加装置1、抑制进料扰动装置2，中心筒3通过支架7竖直安装在砂仓筒体4的中央，在砂仓筒体4的上口外缘设有溢流槽5，抑制进料扰动装置2安装在中心筒3内的上部，絮凝剂添加装置1安装在砂仓筒体4上部，处于中心筒3与砂仓筒体4内壁之间。絮凝剂由絮凝剂喷淋管1.3喷入水中，微细颗粒随溢流水上升，与添加的絮凝剂相遇，由于液下添加，颗粒与絮凝剂充分接触，细小颗粒团聚成大颗粒，沉降到砂仓筒体4底部；抑制进料扰动装置2连接尾矿浆进料管6，通过对尾矿浆阻挡、变向、分散和溢流等作用，减少或避免尾矿浆进料对砂仓筒体4内沉淀尾矿浆冲击，并消除尾矿浆中的气泡，避免气泡上升带来的气浮现象；中心筒3是尾矿浆进入砂仓的最初区域，它隔离了进料区与其它区域，尾矿浆经过抑制进料扰动装置2后，进入中心筒3，沿中心筒3缓慢往下流动，遇导流锥3.2后，均匀从导流锥3.2与中心筒3之间流出，部分尾矿沉降，水向上更加缓慢流动，直至溢出砂仓筒体4；砂仓筒体4主要是用来沉淀尾矿浆，储存沉淀下来的尾矿，并固定絮凝剂添加装置1、抑制进料扰动装置2、中心筒3及相关辅助设施等。

由图2所示的本发明采用的絮凝剂添加装置平面结构示意图并结合图1看出，所述的絮凝剂添加装置1包括絮凝剂进料主管1.1、絮凝剂进料支管1.2、絮凝剂喷淋管1.3，絮凝剂进料主管1.1为多边形管，絮凝剂进料主管1.1安装在砂仓筒体4的上部并环绕在中心筒3周围，絮凝剂进料支管1.2与絮凝剂进料主管1.1通过竖向连接管上下联通，相邻的絮凝剂进料支管1.2之间的夹角在40～60°范围，在每根絮凝剂进料支管1.2上等间隔布设2～6排絮凝剂喷淋管1.3，排距一般为500～2000mm，絮凝剂喷淋管1.3与絮凝剂进料支管1.2相互垂直，且水平安装在絮凝剂进料支管1.2正下方；在絮凝剂喷淋管1.3上每隔50～200mm水平或垂直向下开直径3～10mm的孔，絮凝剂进料支管1.2和絮凝剂喷淋管1.3端头封闭；絮凝剂进料支管1.2通过悬挂杆1.0吊装在砂仓筒体4顶部的支架7上；所述的絮凝剂喷淋管1.3浸入浆料液面之下100～500mm。絮凝剂进料主管1.1为不锈钢或镀锌钢管，管径大于1寸，絮凝剂进料支管1.2和絮凝剂喷淋管1.3为UPVC、PP等塑料管，具有防腐蚀功能。

由图3所示的本发明采用的抑制进料扰动装置结构示意图并结合图1看出，所述的抑制进料扰动装置2含有导流筒2.1、溢流筒2.3，导流筒2.1的上部与尾矿浆进料管6通过连接法兰2.9连接；导流筒2.1的中下部位于溢流筒2.3内，导流筒2.1的下端与溢流筒底板2.4通过焊接连接，且导流筒2.1、溢流筒2.3为同轴线布设；导流筒2.1下部侧壁均匀开有若干宽度≥10mm、长度≥200mm的槽孔构成导流槽2.2，导流槽2.2开孔总面积≥2倍尾矿浆进料管6截面积，溢流筒2.3截面积≥2.5倍尾矿浆进料管6截面积；溢流筒2.3的上沿外侧焊接有溢流筛板2.6，溢流筛板2.6外径是内径的2～10倍；溢流筛板2.6上开设溢流筛孔2.7，溢流筛孔2.7为直径30～60mm的圆孔，相邻的溢流筛孔2.7的间距为30～50mm；溢流筛板2.6外沿设有高为50～200mm溢流围堰2.8。所述溢流筒2.3截面积≥3.0倍尾矿浆进料管6截面积；在溢流筒底板2.4上开设的底板漏孔2.5的开孔总面积是尾矿浆进料管6截面积的1～2倍，溢流筒2.3与导流筒2.1形成的圆环截面积≥2倍导流槽2.2的开口总面积。尾矿浆进入抑制进料扰动装置2后，由于溢流筒底板2.4的阻挡，尾矿浆会通过导流筒2.1侧壁导流槽2.2进入溢流筒2.3，部分尾矿浆会从底板漏孔2.5流出，直接进入中心筒3，其余尾矿浆则通过溢流筒2.3上溢至溢流筛板2.6上，部分尾矿浆通过溢流筛板孔2.7落入中心筒3，其余尾矿浆则通过溢流堰2.8落入中心筒3。

由图4所示的本发明采用的可调节中心筒筒体结构示意图看出，所述的中心筒3包括分段筒体3.1、导流锥3.2，在中心筒3内壁自上而下间隔设有安装把手3.5；每个分段筒体3.1的高度为500～2000mm，分段筒体3.1材质为PP、ABS或PVC高分子防腐材料；导流锥3.2的水平夹角17度，导流锥3.2的顶点开直径80～100mm的圆孔，导流锥3.2的锥面上开直径40～80mm的孔，开孔总面积≥5倍尾矿浆进料管6的截面积，但不超过导流锥3.2表面积的20％；分段筒体3.1之间通过筒体连接法兰3.4连接成竖直圆柱筒，最下部的分段筒体3.1末端装有端部连接法兰3.6，端部连接法兰3.6通过连接杆3.3与导流锥3.2连接；所述导流锥3.2为锥形顶，锥角120°～160°，导流锥3.2的锥面上开直径≥40mm的孔，开孔总面积不超过导流锥3.2锥面表面积的30％；导流锥3.2与最下部的分段筒体3.1之间缝隙为300～500mm。中心筒3内尾矿料浆流速≤30mm/s，料浆经抑制进料扰动装置2溢流进入中心筒3的尾矿浆沿中心筒3往下缓慢流动，遇到导流锥3.2后，一部分尾矿浆通过导流锥3.2的开孔，流入导流锥3.2下方，另一部分通过导流锥3.2与底段分段筒体3.1之间的间隙，流入砂仓筒体4内壁与中心筒3之间的上升区，粗颗粒沉降下来，没有沉淀的颗粒随水一起向上溢流。

Claims (5)

1.一种具有抑制进料扰动和沉降时间可调的竖流沉淀池，用于矿山充填开采时尾矿的浓缩、沉淀和固液分离，所属的竖流沉淀池含有砂仓筒体(4)、中心筒(3)、尾矿浆进料管(6)，中心筒(3)通过支架(7)竖直安装在砂仓筒体(4)的中央，在砂仓筒体(4)上口外缘设有溢流槽(5)，其特征在于：它还含有絮凝剂添加装置(1)、抑制进料扰动装置(2)，抑制进料扰动装置(2)安装在中心筒(3)内的上部；所述的中心筒(3)包括分段筒体(3.1)、导流锥(3.2)，分段筒体(3.1)之间通过筒体连接法兰(3.4)连接成竖直圆柱筒，最下部的分段筒体(3.1)末端装有端部连接法兰(3.6)，端部连接法兰(3.6)通过连接杆(3.3)与导流锥(3.2)连接；所述导流锥(3.2)为锥形顶，锥角120°～160°，导流锥(3.2)的锥面上开直径≥40mm的孔，开孔总面积不超过导流锥(3.2)锥面表面积的30％；导流锥(3.2)与最下部的分段筒体(3.1)之间缝隙为300～500mm；

所述的絮凝剂添加装置(1)包括絮凝剂进料主管(1.1)、絮凝剂进料支管(1.2)、絮凝剂喷淋管(1.3)，絮凝剂进料主管(1.1)为环形管/多边形管，絮凝剂进料主管(1.1)安装在砂仓筒体(4)的上部并环绕在中心筒(3)周围，絮凝剂进料支管(1.2)与絮凝剂进料主管(1.1)通过竖向连接管上下联通，相邻的絮凝剂进料支管(1.2)之间的夹角在30～90°范围，在每根絮凝剂进料支管(1.2)上间隔布设絮凝剂喷淋管(1.3)，絮凝剂进料支管(1.2)通过悬挂杆(1.0)吊装在砂仓筒体(4)顶部的支架(7)上；所述的絮凝剂喷淋管(1.3)浸入浆料液面之下100～500mm；在每根絮凝剂进料支管(1.2)上布设的絮凝剂喷淋管(1.3)排数为2～6排，且等间隔布设，絮凝剂喷淋管(1.3)与絮凝剂进料支管(1.2)相互垂直；在絮凝剂喷淋管(1.3)上每隔50～200mm水平或垂直向下开直径3～10mm的孔，絮凝剂进料支管(1.2)和絮凝剂喷淋管(1.3)端头封闭；

所述的抑制进料扰动装置(2)含有导流筒(2.1)、溢流筒(2.3)，导流筒(2.1)的上部与尾矿浆进料管(6)通过连接法兰(2.9)连接；导流筒(2.1)的中下部位于溢流筒(2.3)内，导流筒(2.1)的下端与溢流筒底板(2.4)通过焊接连接，且导流筒(2.1)、溢流筒(2.3)为同轴线布设，在溢流筒底板(2.4)上开设直径≥30mm的底板漏孔(2.5)；导流筒(2.1)下部侧壁均匀开有若干槽孔构成导流槽(2.2)，导流槽(2.2)开孔总面积≥1.5倍尾矿浆进料管(6)截面积，溢流筒(2.3)截面积≥2.5倍尾矿浆进料管(6)截面积；溢流筒(2.3)的上沿外侧焊接有溢流筛板(2.6)，溢流筛板(2.6)上开设溢流筛孔(2.7)，溢流筛板(2.6)外沿设有溢流围堰(2.8)。

2.如权利要求1所述的一种具有抑制进料扰动和沉降时间可调的竖流沉淀池，其特征在于：导流锥(3.2)的锥面上开孔总面积≥5倍尾矿浆进料管(6)的截面积。

3.如权利要求1或2所述的一种具有抑制进料扰动和沉降时间可调的竖流沉淀池，其特征在于：所述导流槽(2.2)开孔总面积≥2倍尾矿浆进料管(6)截面积；所述溢流筒(2.3)截面积≥3.0倍尾矿浆进料管(6)截面积；在溢流筒底板(2.4)上开设的底板漏孔(2.5)的开孔总面积是尾矿浆进料管(6)截面积的1～2倍，溢流筒(2.3)与导流筒(2.1)形成的圆环截面积≥2倍导流槽(2.2)的开口总面积。

4.如权利要求3所述的一种具有抑制进料扰动和沉降时间可调的竖流沉淀池，其特征在于：所述的溢流围堰(2.8)的高为50～200mm；所述的溢流筛板(2.6)上开设的溢流筛孔(2.7)为直径≥20mm的圆孔，相邻的溢流筛孔(2.7)的间距为30～50mm。

5.如权利要求4所述的一种具有抑制进料扰动和沉降时间可调的竖流沉淀池，其特征在于：每个分段筒体(3.1)的高度为500～2000mm，分段筒体(3.1)材质为PP、ABS或PVC高分子防腐材料。

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