CN113109515B - 三段式全尾砂絮凝沉降与浓密脱水实验研究装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种三段式全尾砂絮凝沉降与浓密脱水实验研究装置，属于矿山尾矿充填技术领域。该装置包括全尾砂絮凝系统、全尾砂絮团沉降系统、全尾砂料浆压缩脱水系统及支架，全尾砂絮凝系统包括絮凝杯、驱动电机、传动轴、搅拌叶片、横梁、刮砂杆，全尾砂絮团沉降系统包括沉降柱、进砂阀、进砂管、清水管、清水管、清水阀、溢流水管、絮团尺寸测量装置、絮团图像监测装置、排水阀、排水管，全尾砂料浆压缩脱水系统包括脱水杯、导水杆、导水横梁。该装置适用于金属尾砂絮凝沉降与浓密脱水的系列研究，可用于研究絮凝条件对絮凝效果的影响、絮凝效果对沉降速度的影响、絮凝效果对脱水效果的影响、絮凝效果对浓缩尾砂料浆流变特性的影响。
Description
技术领域
本发明涉及矿山尾矿充填技术领域，特别是指一种三段式全尾砂絮凝沉降与浓密脱水实验研究装置。
背景技术
金属矿开采产生了大量的尾砂，造成了严重的安全与环境问题。膏体充填技术因其安全、环保、经济、高效的优势已在全世界范围内被广泛应用于尾砂的处置。全尾砂的絮凝沉降性能直接影响膏体充填系统的设计与效果。在常见的量筒静态沉降实验研究中，在向沉降柱内添加絮凝剂后，用自制搅拌棒上下搅动或上下颠倒晃动沉降柱促使絮凝剂尾砂絮凝，然后静置观察尾砂的沉降。但是，这个过程中无法对絮凝过程进行定量描述，导致无法对全尾砂的絮凝进行研究。在实际生产中，全尾砂和絮凝剂首先在深锥浓密机上部的给料井内絮凝形成絮团，然后再沉降、脱水，包含絮凝、沉降、脱水过程。因此，发明一种三段式全尾砂絮凝沉降与浓密脱水实验研究装置显得尤为必要，既能实现全尾砂絮凝、沉降两个过程的分开研究，又能实现两个过程的协同分析，进而为实际生产提供可靠的工艺参数。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种三段式全尾砂絮凝沉降与浓密脱水实验研究装置。
该装置包括全尾砂絮凝系统、全尾砂絮团沉降系统、全尾砂料浆压缩脱水系统及支架，全尾砂絮凝系统、全尾砂絮团沉降系统和全尾砂料浆压缩脱水系统从上到下依次布置在支架上，全尾砂絮凝系统包括絮凝杯、驱动电机、传动轴、搅拌叶片、横梁、刮砂杆，全尾砂絮团沉降系统包括沉降柱、进砂阀、进砂管、清水管、清水阀、溢流水管、絮团尺寸测量装置、絮团图像监测装置、排水阀、排水管，全尾砂料浆压缩脱水系统包括脱水杯、导水杆、导水横梁，驱动电机连接传动轴，传动轴上设置搅拌叶片，搅拌叶片下方设置横梁，横梁连接在传动轴上，横梁两端设置刮砂杆，搅拌叶片、横梁和刮砂杆位于絮凝杯内，絮凝杯底部通过进砂管连接沉降柱，进砂管上设置进砂阀，沉降柱上部连接清水管和溢流水管，清水管上设置清水阀，沉降柱侧面上部设置絮团尺寸测量装置和絮团图像监测装置，沉降柱底部侧面连接排水管，排水管上设置排水阀，沉降柱底部连接脱水杯，脱水杯内设置导水杆和导水横梁。
絮凝杯下端与沉降柱上端的距离略大于脱水杯的高度，沉降柱与脱水杯通过螺纹连接。
絮凝杯和驱动电机分别固定在支架上，絮凝杯的体积为1500-2000ml，驱动电机的转速为1-1000rpm，刮砂杆焊接在横梁上，横梁和搅拌叶片焊接在传动轴上絮凝杯上部为圆柱体，下部为倒圆台，圆台侧边倾角为30°-60°，刮砂杆与圆台侧边平行。
沉降柱上下端口均敞开，进砂管连接于絮凝杯底部，进砂管出口位于沉降柱上部1/6-1/5处，絮团尺寸测量装置和絮团图像监测装置位于进砂管出口下部。
脱水杯直径为5-7cm、高度为10-14cm，脱水杯和沉降柱的总体积为1000-1200ml，脱水杯放置在支架上，导水杆焊接在导水横梁上，导水横梁焊接在传动轴上。
驱动电机、传动轴、搅拌叶片、横梁、刮砂杆和导水杆、导水横梁连接为一个整体，在实验研究装置内的高度可调整，传动轴与脱水杯底部的最小距离为1cm，最大距离为絮凝杯下端与沉降柱上端的距离。
该装置应用的具体步骤如下：
S1：打开清水阀，通过清水管向沉降柱中注满清水，然后关闭清水阀，打开絮团尺寸测量装置、絮团图像监测装置，关闭进砂阀、排水阀；
S2：干全尾砂、清水按照要求的比例加入絮凝杯，启动驱动电机，转速调至20-100rpm，搅拌制备全尾砂料浆，再加入絮凝剂溶液，实现全尾砂絮凝；
S3：絮凝一段时间(10s-120s)后，打开进砂阀，絮凝的全尾砂料浆经进砂管流入沉降柱，并把驱动电机的转速调低至1-10rpm；
S4：沉降一段时间(4h-24h)后，打开排水阀，沉降柱中的水经排水管排出；
S5：将驱动电机、传动轴、搅拌叶片、横梁、刮砂杆、导水杆、导水横梁升高，使得传动轴与脱水杯底部的距离为絮凝杯下端与沉降柱上端的距离，然后将脱水杯移到流变仪测试台上进行流变测试；
S6：从脱水杯取出一定的浓缩全尾砂料浆，进行脱水后的浓度测试。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
上述方案中，将全尾砂的絮凝过程、沉降过程、压缩脱水三个过程分开，既能实现各个过程的单独研究，又能实现整个过程的联合分析，可以对絮凝后絮团的尺寸与图像进行实时获取与分析，同时脱水杯和沉降柱可拆卸，沉降实验结束后可直接将脱水杯移到流变仪上进行流变测试。因此，该实验装置可以用于研究絮凝条件对絮凝效果的影响、絮凝效果对沉降速度的影响、絮凝效果对脱水效果的影响、絮凝效果对浓缩尾砂料浆流变特性的影响。该装置适用于金属尾砂絮凝沉降与浓密脱水的系列研究。
附图说明
图1为本发明装置的主体结构示意图。
其中：1-全尾砂絮凝系统，2-全尾砂絮团沉降系统，3-全尾砂料浆压缩脱水系统，4-支架，5-絮凝杯，6-驱动电机，7-传动轴，8-搅拌叶片，9-横梁，10-刮砂杆，11-沉降柱，12-进砂阀，13-进砂管，14-清水管，15-清水阀，16-溢流水管，17-絮团尺寸测量装置，18-絮团图像监测装置，19-排水阀，20-排水管，21-脱水杯，22-导水杆，23-导水横梁。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明提供一种三段式全尾砂絮凝沉降与浓密脱水实验研究装置。
如图1所示，该装置包括全尾砂絮凝系统1、全尾砂絮团沉降系统2、全尾砂料浆压缩脱水系统3及支架4，全尾砂絮凝系统1包括絮凝杯5、驱动电机6、传动轴7、搅拌叶片8、横梁9、刮砂杆10，全尾砂絮团沉降系统2包括沉降柱11、进砂阀12、进砂管13、清水管14、清水阀15、溢流水管16、絮团尺寸测量装置17、絮团图像监测装置18、排水阀19、排水管20，全尾砂料浆压缩脱水系统3包括脱水杯21、导水杆22、导水横梁23，全尾砂絮凝系统1、全尾砂絮团沉降系统2和全尾砂料浆压缩脱水系统3从上到下依次布置在支架4上，驱动电机6连接传动轴7，传动轴7上设置搅拌叶片8，搅拌叶片8下方设置横梁9，横梁9连接在传动轴7上，横梁9两端设置刮砂杆10，搅拌叶片8、横梁9和刮砂杆10位于絮凝杯5内，絮凝杯5底部通过进砂管13连接沉降柱11，进砂管13上设置进砂阀12，沉降柱11上部连接清水管14和溢流水管16，清水管14上设置清水阀15，沉降柱11侧面上部设置絮团尺寸测量装置17和絮团图像监测装置18，沉降柱11底部侧面连接排水管20，排水管20上设置排水阀19，沉降柱11底部连接脱水杯21，脱水杯21内设置导水杆22和导水横梁23。
絮凝杯5下端与沉降柱11上端的距离略大于脱水杯21的高度，沉降柱11与脱水杯21通过螺纹连接。
絮凝杯5和驱动电机6分别固定在支架4上，絮凝杯5的体积为1500-2000ml，驱动电机6的转速为1-1000rpm，刮砂杆10焊接在横梁9上，横梁9和搅拌叶片8焊接在传动轴7上，絮凝杯5上部为圆柱体，下部为倒圆台，圆台侧边倾角为30°-60°，刮砂杆10与圆台侧边平行。
沉降柱11上下端口均敞开，进砂管13连接于絮凝杯5底部，进砂管13出口位于沉降柱11上部1/6-1/5处，絮团尺寸测量装置17和絮团图像监测装置18位于进砂管13出口下部。
脱水杯21直径为5-7cm、高度为10-14cm，脱水杯21和沉降柱11的总体积为1000-1200ml，脱水杯21放置在支架4上，导水杆22焊接在导水横梁23上，导水横梁23焊接在传动轴7上。
驱动电机6、传动轴7、搅拌叶片8、横梁9、刮砂杆10和导水杆22、导水横梁23连接为一个整体，在实验研究装置内的高度可调整，传动轴7与脱水杯21底部的最小距离为1cm，最大距离为絮凝杯5下端与沉降柱11上端的距离。
在实际应用中，采用该三段式全尾砂絮凝沉降与浓密脱水实验研究装置的方法，具体包括如下步骤：
S1：打开清水阀15，通过清水管向沉降柱11中注满清水，然后关闭清水阀15，打开絮团尺寸测量装置17、絮团图像监测装置18，关闭进砂阀12、排水阀19；
S2：干全尾砂、清水按照比例加入絮凝杯5，启动驱动电机6，转速调至20-100rpm，搅拌制备全尾砂料浆，再加入絮凝剂溶液，实现全尾砂絮凝；
S3：絮凝一段时间(10s-120s)后，打开进砂阀12，絮凝的全尾砂料浆经进砂管13流入沉降柱11，并把驱动电机6的转速调低至1-10rpm；
S4：沉降一段时间(4h-24h)后，打开排水阀19，沉降柱11中的水经排水管排出。
S5：将驱动电机6、传动轴7、搅拌叶片8、横梁9、刮砂杆10、导水杆22、导水横梁23升高，使得传动轴7与脱水杯21底部的距离为絮凝杯5下端与沉降柱11上端的距离，然后将脱水杯21移到流变仪测试台上进行流变测试；
S6：从脱水杯21取出一定的浓缩全尾砂料浆，进行脱水后的浓度测试。
下面结合具体实施例予以说明。
实施例1
如图1所示，三段式全尾砂絮凝沉降与浓密脱水实验研究装置的结构如上述，其中关键结构的尺寸如下：絮凝杯5的体积为1800ml、高度为18cm、下部倒圆台侧边倾角为60°，沉降柱11的直径为6cm、高度为30cm，脱水杯21直径为6cm、高度为12cm，进砂管13出口位于沉降柱11上部5cm处，絮凝杯5下端与沉降柱11上端的距离为13cm。
在应用过程中，在絮凝杯5中配制质量浓度20％-35％的全尾砂料浆，驱动电机转速为50rpm，按照20g/t的絮凝剂单耗加入絮凝剂溶液；絮凝25s后进入沉降柱中沉降，驱动电机转速为3rpm；8小时后打开排水阀19排出沉降柱11中的水，将驱动电机6、传动轴7、搅拌叶片8、横梁9、刮砂杆10、导水杆22、导水横梁23升高，使得传动轴7与脱水杯21底部的距离为13cm，然后将脱水杯21移到流变仪测试台上进行流变测试，最后从脱水杯21取出一定的浓缩全尾砂料浆，进行脱水后的浓度测试。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种三段式全尾砂絮凝沉降与浓密脱水实验研究装置，其特征在于：包括全尾砂絮凝系统(1)、全尾砂絮团沉降系统(2)、全尾砂料浆压缩脱水系统(3)及支架(4)，全尾砂絮凝系统(1)、全尾砂絮团沉降系统(2)和全尾砂料浆压缩脱水系统(3)从上到下依次布置在支架(4)上；全尾砂絮凝系统(1)包括絮凝杯(5)、驱动电机(6)、传动轴(7)、搅拌叶片(8)、横梁(9)、刮砂杆(10)，全尾砂絮团沉降系统(2)包括沉降柱(11)、进砂阀(12)、进砂管(13)、清水管(14)、清水阀(15)、溢流水管(16)、絮团尺寸测量装置(17)、絮团图像监测装置(18)、排水阀(19)、排水管(20)，全尾砂料浆压缩脱水系统(3)包括脱水杯(21)、导水杆(22)、导水横梁(23)，驱动电机(6)连接传动轴(7)，传动轴(7)上设置搅拌叶片(8)，搅拌叶片(8)下方设置横梁(9)，横梁(9)连接在传动轴(7)上，横梁(9)两端设置刮砂杆(10)，搅拌叶片(8)、横梁(9)和刮砂杆(10)位于絮凝杯(5)内，絮凝杯(5)底部通过进砂管(13)连接沉降柱(11)，进砂管(13)上设置进砂阀(12)，沉降柱(11)上部连接清水管(14)和溢流水管(16)，清水管(14)上设置清水阀(15)，沉降柱(11)侧面上部设置絮团尺寸测量装置(17)和絮团图像监测装置(18)，沉降柱(11)底部侧面连接排水管(20)，排水管(20)上设置排水阀(19)，沉降柱(11)底部连接脱水杯(21)，脱水杯(21)内设置导水杆(22)和导水横梁(23)；
所述絮凝杯(5)下端与沉降柱(11)上端的距离大于脱水杯(21)的高度，沉降柱(11)与脱水杯(21)通过螺纹连接。
2.根据权利要求1所述的三段式全尾砂絮凝沉降与浓密脱水实验研究装置，其特征在于：所述絮凝杯(5)和驱动电机(6)分别固定在支架(4)上，絮凝杯(5)的体积为1500-2000ml，驱动电机(6)的转速为1-1000rpm，刮砂杆(10)焊接在横梁(9)上，横梁(9)和搅拌叶片(8)焊接在传动轴(7)上，絮凝杯(5)上部为圆柱体，下部为倒圆台，圆台侧边倾角为30°-60°，刮砂杆(10)与圆台侧边平行。
3.根据权利要求1所述的三段式全尾砂絮凝沉降与浓密脱水实验研究装置，其特征在于：所述沉降柱(11)上下端口均敞开，进砂管(13)连接于絮凝杯(5)底部，进砂管(13)出口位于沉降柱(11)上部1/6-1/5处，絮团尺寸测量装置(17)和絮团图像监测装置(18)位于进砂管(13)出口下部。
4.根据权利要求1所述的三段式全尾砂絮凝沉降与浓密脱水实验研究装置，其特征在于：所述脱水杯(21)直径为5-7cm、高度为10-14cm，脱水杯(21)和沉降柱(11)的总体积为1000-1200ml，脱水杯(21)放置在支架(4)上，导水杆(22)焊接在导水横梁(23)上，导水横梁(23)焊接在传动轴(7)上。
5.根据权利要求1所述的三段式全尾砂絮凝沉降与浓密脱水实验研究装置，其特征在于：所述驱动电机(6)、传动轴(7)、搅拌叶片(8)、横梁(9)、刮砂杆(10)和导水杆(22)、导水横梁(23)连接为一个整体，在实验研究装置内的高度能够调整，传动轴(7)与脱水杯(21)底部的最小距离为1cm，传动轴(7)与脱水杯(21)底部的最大距离为絮凝杯(5)下端与沉降柱(11)上端的距离。
6.根据权利要求1所述的三段式全尾砂絮凝沉降与浓密脱水实验研究装置，其特征在于：该装置应用的具体步骤如下：
S1：打开清水阀(15)，通过清水管向沉降柱(11)中注满清水，然后关闭清水阀(15)，打开絮团尺寸测量装置(17)、絮团图像监测装置(18)，关闭进砂阀(12)、排水阀(19)；
S2：干全尾砂、清水按照要求的比例加入絮凝杯(5)，启动驱动电机(6)，转速调至20-100rpm，搅拌制备全尾砂料浆，再加入絮凝剂溶液，实现全尾砂絮凝；
S3：絮凝10s-120s后，打开进砂阀(12)，絮凝的全尾砂料浆经进砂管(13)流入沉降柱(11)，并把驱动电机(6)的转速调低至1-10rpm；
S4：沉降4h-24h后，打开排水阀(19)，沉降柱(11)中的水经排水管排出；
S5：将驱动电机(6)、传动轴(7)、搅拌叶片(8)、横梁(9)、刮砂杆(10)、导水杆(22)、导水横梁(23)升高，使传动轴(7)与脱水杯(21)底部的距离为絮凝杯(5)下端与沉降柱(11)上端的距离，然后将脱水杯(21)移到流变仪测试台上进行流变测试；
S6：从脱水杯(21)取出浓缩全尾砂料浆，进行脱水后的浓度测试。
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