CN113959892B - 超细高密度浓度浆体抽滤实验系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超细高密度浓度浆体抽滤实验系统与实施方法，其特征是，实验系统在实施过程中用软管将土工布夹具和真空釜连接，用气管将真空釜与真空泵连接，并对高浓度尾矿浆实施抽滤实验。土工布夹具既是土工布的载体又是本发明实验系统抽滤管路的连接部件，可以测试不同土工布在不同种类尾矿、不同尾矿浓度以及不同真空压强下的反滤性能和排水性能；同时联合使用真空釜和电子秤，借助高清摄像机，便可以研究淤堵过程和滤液随时间的变化特征。为解决传统尾矿抽滤实验淤堵机理不明，滤饼产生效率不清楚等难题提供了新思路。

Description

超细高密度浓度浆体抽滤实验系统

技术领域

本发明涉及一种超细高密度浓度浆体抽滤实验系统与实施方法可广泛应用于尾矿处理、冶金、煤炭、化工、医药食品、环保、火力发电厂、煤炭处理、污水处理等行业。

背景技术

抽滤是尾矿处理过程中一种重要的施工方法和辅助手段。然而随着选矿指标的提升，使得现在的尾矿平均粒径大幅减小，在使用抽滤方法对超细尾矿进行浓缩和脱水处理时，会遇到更多技术难题，滤布更加容易淤堵。

淤堵一直是尾矿抽滤过程中研究的重点，对土工布的淤堵机理，以及滤饼形成效率的观察和研究是各行业领域学者关注的重点。传统工艺中淤堵发生在大型过滤机器之中，且发生过程太快，淤堵过程难以观察，滤饼形成效率难以研究。传统工艺亟需新的研究方法和实验为之提供新思路。

使用真空抽吸对尾矿进行处理的过程中，施工参数会因为尾矿种类和尾矿浓度、滤布特性以及真空压强的不同而变化。因此，需要通过实验的方法确定主要施工参数。而传统的现场实验方法占地面积大，造价高，操作复杂，耗时较长，需要用到浓缩机，压滤机等大型设备，而设备在使用过程容易发生故障，且维修困难。

解释相关关键技术

缩分

缩分是在粒度不变的情况下减少质量，以减少后续工作量和最后达到检验所需的颗粒样品质量。干尾矿样品制备中缩分的方法主要有人工堆锥四分法，二分器缩分法，九点缩分法，棋盘缩分法和机械缩分法。缩分是产生误差的最主要环节，为使尾矿具有代表性，需要对实验用的样品进行缩分。

沉降

尾矿浆在静置是会发生沉降，矿浆在沉降过程中自上而下形成澄清区、沉降区、过度区、压缩区四个区。

磁力搅拌器

磁力搅拌器是用于液体混合的实验室仪器，主要用于搅拌或同时加热搅拌低粘稠度的液体或固液混合物。其基本原理是利用磁场的同性相斥、异性相吸的原理，使用磁场推动放置在容器中带磁性的搅拌子进行圆周运转，从而达到搅拌液体的目的。

抽滤

使用真空抽吸和滤布反滤的作用对尾矿等高浓度的浆体进行快速过滤，从而达到固液分离最后得到滤液和高浓缩浆体的方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有工艺中的不足，提出一种操作简单，高效率的超细高密度浓度浆体抽滤实验系统，本发明提供的超细高密度浓度浆体抽滤实验系统内容如下：

包括缩分机、干尾矿、土工布、土工布夹具、磁力搅拌器、真空釜以及真空泵，所述缩分机是一种旋转缩分机，使用缩分机对干尾矿进行缩分，属于本发明的实验准备工作，目的是选取具备代表性的尾矿样品，排除每组实验的干尾矿的差异性对实验现象的干扰。

所述干尾矿和土工布是实验用材，可以根据研究内容进行选取，匹配和组合。

所述磁力搅拌器是一种实验室仪器，用于搅拌尾矿浆混合物，保证本发明实施过程中尾矿浆均匀，避免尾矿浆发生沉降。

所述真空泵是一种可以设定工作压强的真空泵，其作用是为本发明的实施过程提供稳定的工作压强，提供抽滤动力。

所述土工布夹具如图3所示，是一种固定土工布且连接真空釜的重要组成部分。土工布夹具由土工布夹具头部和土工布夹具垫盘两部分组成，材质是有机玻璃。土工布夹具头由两个圆柱体叠加组合，上部是直径为40mm高为10mm的圆柱体，且圆柱体中心有G1/4的螺纹通孔。下部是直径为50mm高为10mm的圆柱体，圆柱体中心有直径为30mm的通孔，且下部以40mm直径的同心圆圆周等分了6个圆心，在以这6个圆心定点打了6个M3的螺丝孔，孔深5mm；土工布夹具垫盘是一个圆环外径50mm，内径为30mm，高度为5mm。土工布夹具垫盘以40mm直径的同心圆圆周等分了6个圆心，在这6个圆心位置上打了6个沉头孔，沉头孔头部直径为5mm，深2mm，根部为M3的螺纹，深3mm，沉头孔贯穿了土工布夹具垫盘。土工布夹具头部和土工布夹具垫盘之间放置以及打了对应空洞的土工布，将螺丝孔与沉头孔对齐便可拧上6个杯头螺丝，此时，土工布便固定好了，为了保证滤液只从所述土工布夹具中心通过土工布抽吸，需在固定好土工布的土工布夹具侧面套上橡皮套，其作用是防止侧向漏气。

所述真空釜如图4所示，真空釜由真空釜箱身、真空釜盖子、密封圈、抽气接口、进水接口、排气阀以及气压表组成，主要材质是有机玻璃。真空釜箱身是一个直径为500mm，高度为120mm的无顶圆柱体容器。真空釜盖子是一个直径为500mm的半球体，二者之间加一个直径为500mm的环形密封圈，便可以合上并形成一个密闭容器。真空釜盖子062上设有抽气接口、进水接口分别与真空泵和土工布夹具相接通。气压表设于真空釜的正上方用于测量真空釜内部的压强。当需要打开真空釜可以先打开排气阀通气之后，便可以取出滤液。真空釜的作用是传递真空压力至土工布夹具，同时又是承接滤液的容器。其作用还包括保护真空泵，防止液体进入真空泵中。

所述土工布夹具上的螺纹通孔用于连接真空釜，使用PC气管接头连接螺纹通孔和软管的一端，再使用PC气管接头连接软管的另一端和进水接口。同时使用PC气管接头连接抽气接口和气管的一端，再使用PC气管接头连接气管的另一端和进水接口。连接好后，设定真空泵的工作压强，便可以将土工布夹具放置于尾矿浆中去，土工布夹具、软管、真空釜、气管以及真空泵就可以形成一个密闭通，滤液在管路提供真空压力的时候便会从土工布夹具进入软管最后到达真空釜但不会进入真空泵中，土工布起到反滤的作用。

所述真空釜放在电子秤上，当实验进行时，通过电子秤可以读出真空釜中滤液的重量及其变化过程。联合高清摄像机录制实验视频，调成微焦对准电子秤上的刻度，便可以获得淤堵稳定的发生时间、滤液质量的变化过程。滤液烘干后还可以得到滤液中固体含量等研究数据。

与现有技术相比本发明的优点包括以下几个方面：

本发明提供的技术可以通过实验现象和实验数据观察抽滤过程中淤堵的形成机理和滤饼的形成效率，为解决传统工艺中淤堵过程难观察，滤饼形成效率不清楚的问题提供了新的实验系统和研究方法。

本发明所用到的实验器材维修简单，通过管路连接，各个实验器材都是单独的个体，一旦出现故障，可以立即跟换故障部位。设计真空釜时，考虑上面抽气，下面进水的设想。与电子秤联合使用，它是一个容器，一个称量用具，同时还是一个保护真空泵9的装置。

本发明结合现有实验仪器，巧妙地设计了土工布夹具，土工布夹具体积较小便于拆卸，作为土工布的载体既可以解决操作系统的连接问题，又可以节省造价。土工布与干尾矿等耗材都得到了节省。土工布夹具组装方便，更换土工布操作简单，可以高效的进行多组实验，完成不同尾矿浓度和不同种类土工布的抽滤实验。

本发明占地面积小，操作简单，造价低廉，不仅仅适用于实验室研究，还可以为现场生产施工土工布选型和施工工艺参数的选取提供指导意见和实施方法。本发明也可以应用于小规模的高浓度浆体浓缩脱水处理。

改善了传统工艺的不足，具有占地面积小，操作简单，造价低廉，维修简单，工作效率高的特点,不仅仅适用于实验室研究，还可以为现场生产施工土工布选型和施工工艺参数的选取提供指导意见和实施方法,本发明也可以应用于小规模的高浓度浆体浓缩脱水处理。

附图说明

图1本发明实例提供的超细高密度浓度浆体抽滤实施方法示意图；

图2本发明实例提供的干尾矿缩分和称重操作示意图；

图3本发明实例提供的土工布夹具组装操作示意图；

图4本发明实例提供的尾矿浆配浆操作示意图；

图5本发明装置提供的真空釜细部结构图；

图6本发明实例提供的超细高密度尾矿浆抽滤实验示意图；

图中：1、缩分机；2、干尾矿；3、水池；4、实验台；5、磁力搅拌器；6、真空釜；7、电子秤；8、插板；9、真空泵；10、烧杯；11、软管；12、气管；13、高清摄像机；14、搅拌子；15、土工布夹具；16、温度计；17、搅拌器支架；18、土工布；19、杯头螺丝；20、橡皮套；21、尾矿浆；22小铲子；011、缩分机料仓入口；012缩分机旋转盘；013、缩分机接料仓；151土工布夹具头部；152土工布夹具垫盘；153、螺纹通孔；154、螺丝孔；155、沉头孔；061、真空釜箱身；062、真空釜盖子；063、密封圈；064、抽气接口；065、进水接口；066、排气阀；067、气压表。

实施方式

所述缩分机1是一种旋转缩分机，使用缩分机1对干尾矿2进行缩分，属于本发明的实验准备工作，目的是选取具备代表性的尾矿样品，排除每组实验的干尾矿2的差异性对实验现象的干扰。

所述干尾矿2和土工布18是实验用材，可以根据研究内容进行选取，匹配和组合。

所述磁力搅拌器5是一种实验室仪器，用于搅拌尾矿浆20混合物，保证本发明实施过程中尾矿浆21均匀，避免尾矿浆21发生沉降。

所述真空泵9是一种可以设定工作压强的真空泵，其作用是为本发明的实施过程提供稳定的工作压强，提供抽滤动力。

所述土工布夹具15如图3所示，是一种固定土工布18且连接真空釜6的重要组成部分。土工布夹具15由土工布夹具头部151和土工布夹具垫盘152两部分组成，材质是有机玻璃。土工布夹具头部151由两个圆柱体叠加组合，上部是直径为40mm高为10mm的圆柱体，且圆柱体中心有G1/4的螺纹通孔153。下部是直径为50mm高为10mm的圆柱体，圆柱体中心有直径为30mm的通孔，且下部以40mm直径的同心圆圆周等分了6个圆心，在以这6个圆心定点打了6个M3的螺丝孔154，孔深5mm；土工布夹具垫盘152是一个圆环外径50mm，内径为30mm，高度为5mm。土工布夹具垫盘152以40mm直径的同心圆圆周等分了6个圆心，在这6个圆心位置上打了6个沉头孔155，沉头孔155头部直径为5mm，深2mm，根部为M3的螺纹，深3mm，沉头孔155贯穿了土工布夹具垫盘152。土工布夹具头部151和土工布夹具垫盘152之间放置以及打了对应空洞的土工布18，将螺丝孔154与沉头孔155对齐便可拧上6个杯头螺丝19，此时，土工布18便固定好了，为了保证滤液只从所述土工布夹具15中心通过土工布18抽吸，需在固定好土工布18的土工布夹具15侧面套上橡皮套20，其作用是防止侧向漏气。

所述真空釜6如图4所示，真空釜6由真空釜箱身061、真空釜盖子062、密封圈063、抽气接口064、进水接口065、排气阀066以及气压表067组成，主要材质是有机玻璃。真空釜箱身061是一个直径为500mm，高度为120mm的无顶圆柱体容器。真空釜盖子062是一个直径为500mm的半球体，二至之间加一个直径为500mm的环形密封圈063，便可以合上并形成一个密闭容器。真空釜盖子062上设有抽气接口064、进水接口065分别与真空泵9和土工布夹具15相接通。气压表067设于真空釜6的正上方用于测量真空釜6内部的压强。当需要打开真空釜6可以先打开排气阀066通气之后，便可以取出滤液。真空釜6的作用是传递真空压力至土工布夹具15，同时又是承接滤液的容器。其作用还包括保护真空泵9，防止液体进入真空泵9中。

所述土工布夹具15上的螺纹通孔153用于连接真空釜6，使用PC气管接头连接螺纹通孔153和软管11的一端，再使用PC气管接头连接软管11的另一端和进水接口065。同时使用PC气管接头连接抽气接口064和气管12的一端，再使用PC气管接头连接气管12的另一端和进水接口065。连接好后，设定真空泵9的工作压强，便可以将土工布夹具15放置于尾矿浆21中去，土工布夹具15、软管11、真空釜6、气管12以及真空泵9就可以形成一个密闭通，滤液在管路提供真空压力的时候便会从土工布夹具15进入软管11最后到达真空釜6但不会进入真空泵9中，土工布18起到反滤的作用。

所述真空釜6放在电子秤7上，当实验进行时，通过电子秤7可以读出真空釜6中滤液的重量及其变化过程。联合高清摄像机13录制实验视频，调成微焦对准电子秤7上的刻度，便可以获得淤堵稳定的发生时间、滤液质量的变化过程。滤液烘干后还可以得到滤液中固体含量等研究数据。

本发明提到的超细高密度浓度浆体抽滤实验系统的实施方法，包括以下步骤：

步骤一，参照附图1、附图2和附图3准备好实验器材如缩分机1、干尾矿2、水池3、实验台4、磁力搅拌器5、真空釜6、电子秤7、插板8、真空泵9、烧杯10、软管11、气管12、高清摄像机13、搅拌子14、土工布夹具15、温度计16、搅拌器支架17、土工布18、杯头螺丝19、橡皮套20、尾矿浆21、小铲子22等；

步骤二，参照附图2对实验的干尾矿2进行缩分和称重。打开缩分机1开关，缩分机1开始震动运行且缩分机旋转盘012开始旋转时，将干尾矿2全部缓慢的倒入缩分机料仓入口011，直到不再有干尾矿2进入缩分机接料仓013，关闭缩分机，缩分结束。计算不同浓度的尾矿浆21所需的干尾矿2重量，使用电子秤7称取分装6组缩分机接料仓013的干尾矿2，分别为111g(浓度10％)、176g(浓度15％)、250g(浓度20％)、333g(浓度25％)、429g(浓度30％)、538g(浓度35％)，并在分装好的干尾矿2容器上贴好标签，标明重量和矿种；

步骤三，参照附图3对土工布夹具15和土工布18进行组装。土工布18剪裁至55mm*55mm的正方形，并在土工布18打上6个直径3mm的孔洞，孔洞位置应与土工布夹具头部151的的沉头孔155以及土工布夹具垫盘152的螺丝孔154对齐。用杯头螺丝19依次穿过土工布夹具垫盘152、土工布18以及土工布夹具头部151将三者固定起来，一共拧上6个杯头螺丝19。最后套上橡皮套20将土工布夹具15和土工布18进行外边缘密封，以防边缘漏气。最后将气管12连接螺纹通孔153与真空泵9，并打开真空泵9抽真空，检查组装后的土工布夹具15的密封性，此时空气只能够从土工布18中心流入，不可从边缘进入。密封良好便组装成功，否则重新组装。密封检查结束后断开气管12与土工布夹具15的连接；

步骤四，参照附图4对实验用的尾矿进行配浆。将6个装有1000mL的水的烧杯10放置在磁力搅拌器5的对应位置上，每个烧杯中都放入一个搅拌子14。打开磁力搅拌器5，并设定好搅拌子14的转速，此时搅拌子14在盛水的烧杯10中匀速旋转。将步骤二称好并分了6组的干尾矿2分别加入到6个烧杯中去，可以使用小铲子22缓慢加入，加入干尾矿2的过程中应保证搅拌子14正常转动。等待2分钟便可以得到浓度分别为10％、15％、21％、25％、30％、35％的尾矿浆21。

步骤五，参照附图5和附图6，将真空釜6放在电子秤7上面，并放在磁力搅拌器5和真空泵9之间。将气管12连接抽气接口064和真空泵9，软管11连接进水接口065和螺纹通孔153。连接好后打开真空泵9，并设定真空泵9的工作压强，查看压力表067的读数是否处于正常范围，检查连接路线的密封性。密闭良好方可进行下一步步骤。

步骤六，参考附图6，架设好高清摄像机13对准真空釜6和电子秤7，并开启摄像机开始摄像。电子秤7调零后，将土工布夹具15以搅拌器支架17为支撑慢慢放进10％浓度的尾矿浆21中去，保持真空泵9正常运行，直到尾矿浆21淹没土工布夹具15但不应该影响搅拌子14的正常转动。这一过程中尾矿浆21中的水和少量尾矿会抽滤到真空釜6中。操作者应仔细观察真空釜6的水量和颜色变化，以及电子秤7的数值变化。随着抽吸的进行，土工布18会产生淤堵，等到真空釜6中不在有水量进入，真空泵9停止运行，电子秤7不在有刻度变化，这一组实验便结束。

步骤七，关闭真空泵9，取下土工布夹具15并拆开观察，测量这一组抽滤实验形成的滤饼厚度，并拍下照片。同时将真空釜6中的滤液过滤烘干，并称取烘干后的固体质量。

步骤八，替换新的土工布18，重复步骤三、步骤五、步骤六和步骤七，进行剩下5组15％、20％、25％、30％、35％尾矿浆21的抽滤实验。最后处理影像资料，整理分析数据。

Claims (1)

1.一种超细高密度浓度浆体抽滤实验系统，其特征在于：包括缩分机、干尾矿、土工布、土工布夹具、磁力搅拌器、真空釜以及真空泵，所述缩分机是一种旋转缩分机对所述干尾矿进行缩分，所述干尾矿和所述土工布是实验用材、根据研究内容进行选取、匹配和组合，所述磁力搅拌器是一种实验室仪器，用于搅拌尾矿浆混合物，所述真空泵是一种可以设定工作压强的真空泵用于提供稳定的工作压强并提供抽滤动力，所述真空釜通过软管与所述土工布夹具连接，并通过气管将所述真空釜与所述真空泵连接，进而对高浓度矿浆实施抽滤实验；

所述土工布夹具包括土工布夹具头部和土工布夹具垫盘，且二者材质均为有机玻璃，所述土工布夹具头部由两个圆柱体叠加组合，其中上部是直径为40mm高为10mm的圆柱体，且圆柱体中心有G1/4的螺纹通孔，其中下部是直径为50mm高为10mm的圆柱体，其中心有直径为30mm的通孔，且下部以40mm直径的同心圆圆周等分了6个圆心，并通过6个圆心定点打6个M3的螺丝孔，孔深5mm，所述土工布垫盘为一个圆环，其圆环外径为50mm，内径为30mm，高度为5mm，所述土工布夹具垫盘以40mm直径的同心圆圆周等分了6个圆心，并在这6个圆心位置上打了6个沉头孔，所述沉头孔头部直径为5mm，根部为M3的螺纹，所述沉头孔贯穿所述土工布夹具垫盘设置，所述土工布夹具头部与所述土工布夹具垫盘间放置所述土工布，将所述螺丝孔与所述沉头孔对齐，并拧上6个杯头螺丝，在固定好土工布的土工布夹具侧面套上橡皮套；

所述真空釜包括真空釜箱身、真空釜盖子、密封圈、抽气接口、进水接口、排气阀以及气压表，所述真空釜箱身为一个直径为500mm，高度为120mm的无顶圆柱体容器，所述真空釜盖子为一个直径为500mm的半球体，所述真空釜箱身与所述真空釜盖子之间加一个直径为500mm的环形密封圈，从而三者结合形成密封容器，所述真空釜盖子上设置有抽气接口、进水接口，且所述抽气接口与所述进水接口分别与所述真空泵及所述土工布夹具相连通，所述真空釜的正上方还设置有气压表用于测量真空釜内部压强，所述真空釜上还设置有排气阀，所述排气阀用于真空釜通气传递大气压强。

Images