CN115254444B - 一种空化水射流磨浮装置及磨浮方法 - Google Patents

Abstract

一种空化水射流磨浮装置及磨浮方法，它涉及一种磨浮装置及磨浮方法。本发明为了解决现有多段磨矿、多段浮选方法使石墨大鳞片破坏严重、工艺流程复杂及加工效率偏低的问题。本发明包括多级渐缩摩擦剪切空化水射流喷嘴、混合器和浮选柱；多级渐缩摩擦剪切空化水射流喷嘴的出口通过混合器与浮选柱的进口连接；多级渐缩摩擦剪切空化水射流喷嘴包括第一喷嘴、第二喷嘴、第三喷嘴和第四喷嘴，第一喷嘴、第二喷嘴、第三喷嘴、第四喷嘴由左至右成一字形设置，且第一喷嘴、第二喷嘴、第三喷嘴、第四喷嘴首尾依次连接。本发明属于机械制造领域。

Description

一种空化水射流磨浮装置及磨浮方法

技术领域

本发明涉及一种磨浮装置及磨浮方法，属于机械制造领域。

背景技术

石墨是碳材料的重要一支，是一种重要的战略资源。石墨中的大鳞片石墨用途广、资源少、价值高，是众多国内经济领域不可或缺的重要材料；但鳞片石墨矿石品位较低，为了获得高品位的鳞片石墨，目前采用多段磨矿、多段浮选方法提高鳞片石墨纯度，存在着石墨大鳞片破坏严重、工艺流程复杂及加工效率偏低等问题；究其原因一是解离鳞片石墨的力学机理未能充分利用鳞片石墨层状结构特点，二是解离和浮选鳞片石墨装置分别独立设置，未能实现一体化，制约着鳞片石墨的提纯和加工效率的提高。

发明内容

本发明为解决现有多段磨矿、多段浮选方法使石墨大鳞片破坏严重、工艺流程复杂及加工效率偏低的问题，进而提出一种空化水射流磨浮装置及磨浮方法。

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：本发明所述磨浮装置包括多级渐缩摩擦剪切空化水射流喷嘴、混合器和浮选柱；多级渐缩摩擦剪切空化水射流喷嘴的出口通过混合器与浮选柱的进口连接。

进一步的，多级渐缩摩擦剪切空化水射流喷嘴包括第一喷嘴、第二喷嘴、第三喷嘴和第四喷嘴，第一喷嘴、第二喷嘴、第三喷嘴、第四喷嘴由左至右成一字形设置，且第一喷嘴、第二喷嘴、第三喷嘴、第四喷嘴首尾依次连接。

进一步的，第一喷嘴由圆锥收敛段和圆柱段首尾依次连接组成，第二喷嘴由圆弧流线段和第一摩擦段首尾依次连接组成，第三喷嘴由第一扁平流线段和第二摩擦段首尾依次连接组成，第四喷嘴由第二扁平流线段、第三摩擦段、扩散段首尾依次连接组成，圆柱段与圆弧流线段连接，第一摩擦段与第一扁平流线段连接，第二摩擦段与第二扁平流线段连接。

进一步的，圆锥收敛段的圆锥角为13°，第一摩擦段的横截面内的高度是入料浆体中鳞片石墨颗粒横截面当量直径的2.25倍，扩散段沿其高度方向的扩散角为60°，扩散段沿其宽度方向的扩散角为48°～50°。

进一步的，混合器包括两个吸入管、吸入室、缩管、喉管、扩散管和稳流管；吸入室、缩管、喉管、扩散管、稳流管由左至右依次连接，两个吸入管对称安装在吸入室的上表面和下表面，第四喷嘴插装在吸入室内，稳流管与浮选柱连接。

进一步的，浮选柱包括尾矿槽、分选段、两个整流板和精矿槽；稳流管与分选段的下部连接，尾矿槽同轴固定安装在分选段的下端，精矿槽安装在分选段的上端，两个整流板由上至下依次水平插装在分选段内的中部。

本发明所述磨浮方法的具体步骤如下：

步骤一、将鳞片石墨浆体输送入多级渐缩摩擦剪切空化水射流喷嘴的第一喷嘴进行加速；

步骤二、加速后的鳞片石墨浆体依次进入第二喷嘴、第三喷嘴和第四喷嘴，通过拉应力、摩擦应力、剪应力对鳞片石墨进行解离；

步骤三、解离后的鳞片石墨浆体高速喷入混合器，在混合器缩管处产生负压；

步骤四、在缩管处负压作用下，添加介质空气、浮选剂经吸入管依次进入吸入室和缩管，并与多级渐缩摩擦剪切空化水射流喷嘴高速喷出的鳞片石墨浆体混合形成气、液、固三相浆体；

步骤五、再经混合器的喉管、扩散管、稳流管进一步混合及稳流进入浮选柱的分选段下部；

步骤六、浮选柱的分选段下部在鳞片石墨浆体中，鳞片石墨颗粒与气泡通过顺流接触与碰撞实现气泡选择性矿化，矿化气泡上浮经过两层分选段至液面聚集形成泡沫层并溢出，经精矿槽得到鳞片石墨精矿；

步骤七、鳞片石墨浆体中尾矿下沉经浮选柱的尾矿槽排出，实现鳞片石墨的分选。

本发明的有益效果是：本发明采用前混合水射流通过多级渐缩摩擦剪切空化水射流喷嘴解离鳞片石墨，充分利用鳞片石墨层状结构特点、外形结构特征和力学特性，以拉应力解离为主、摩擦应力、剪应力解离为辅的鳞片石墨解离，易于去除鳞片石墨表面细粒脉石，降低了石墨大鳞片的破坏，提高了大鳞片石墨的粒度和品位；本发明利用高速射流产生的负压吸入空气、浮选剂与鳞片石墨浆体进行混合，省去了常规浮选柱浮选所需压缩空气的制气系统，简化了结构、降低了能耗、节约了成本；本发明空化水射流磨浮装置实现了解离和浮选鳞片石墨装置结构一体化和鳞片石墨加工磨浮工艺一体化，缩短了工艺流程，提高了鳞片石墨提纯质量和加工效率。

附图说明

图1是本发明所述空化水射流磨浮装置的整体结构示意图；

图2是图1中的多级渐缩摩擦剪切空化水射流喷嘴主视图；

图3是图2的俯视图；

图4是图3中的B-B向示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种空化水射流磨浮装置包括多级渐缩摩擦剪切空化水射流喷嘴1、混合器2和浮选柱3；多级渐缩摩擦剪切空化水射流喷嘴1的出口通过混合器2与浮选柱3的进口连接。

具体实施方式二：结合图2至图3说明本实施方式，本实施方式所述一种空化水射流磨浮装置的多级渐缩摩擦剪切空化水射流喷嘴1包括第一喷嘴1-1、第二喷嘴1-2、第三喷嘴1-3和第四喷嘴1-4，第一喷嘴1-1、第二喷嘴1-2、第三喷嘴1-3、第四喷嘴1-4由左至右成一字形设置，且第一喷嘴1-1、第二喷嘴1-2、第三喷嘴1-3、第四喷嘴1-4首尾依次连接。

该结构采用第一喷嘴1-1、第二喷嘴1-2、第三喷嘴1-3、第四喷嘴1-4由左至右成一字形设置、首尾依次直线连接，具有鳞片石墨浆体流经喷嘴过程中流动阻力小、通流性能好、能量转换(压能转换为动能)效率高、喷嘴出口浆体速度大的优点，利用鳞片石墨颗粒的解离。

其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图2至图3说明本实施方式，本实施方式所述一种空化水射流磨浮装置的第一喷嘴1-1由圆锥收敛段101和圆柱段102首尾依次连接组成，第二喷嘴1-2由圆弧流线段201和第一摩擦段202首尾依次连接组成，第三喷嘴1-3由第一扁平流线段301和第二摩擦段302首尾依次连接组成，第四喷嘴1-4由第二扁平流线段401、第三摩擦段402、扩散段403首尾依次连接组成，圆柱段102与圆弧流线段201连接，第一摩擦段202与第一扁平流线段301连接，第二摩擦段302与第二扁平流线段401连接。

该结构分别由四种不同的内流道结构喷嘴组成。第一喷嘴1-1由圆锥收敛段101和圆柱段102首尾依次连接组成出口带圆柱段的圆锥收敛型喷嘴，能够快速提高鳞片石墨浆体在第一喷嘴1-1中的轴向速度；第二喷嘴1-2由圆弧流线段201和第一摩擦段202首尾依次连接组成圆弧流线型摩擦喷嘴，圆柱段102与圆弧流线段201连接，能够减小鳞片石墨浆体由第一喷嘴1-1的圆柱段102进入第二喷嘴1-2的圆弧流线段201的局部阻力损失，并能够通过石墨颗粒与第二喷嘴1-2的第一摩擦段202内壁的摩擦作用以及石墨颗粒之间的摩擦、剪切作用解离鳞片石墨；第三喷嘴1-3由第一扁平流线段301和第二摩擦段302首尾依次连接组成扁平流线型摩擦喷嘴，第一摩擦段202与第一扁平流线段301连接，能够减小鳞片石墨浆体由第二喷嘴1-2的第一摩擦段202进入第三喷嘴1-3的第一扁平流线段301的局部阻力损失，并能够通过石墨颗粒与第三喷嘴1-3的第二摩擦段302内壁的摩擦作用以及石墨颗粒之间的摩擦、剪切作用解离鳞片石墨；第四喷嘴1-4由第二扁平流线段401、第三摩擦段402、扩散段403首尾依次连接组成扁平流线型摩擦空化喷嘴，第二摩擦段302与第二扁平流线段401连接，能够减小鳞片石墨浆体由第三喷嘴1-3的第二摩擦段302进入第四喷嘴1-4的第二扁平流线段401的局部阻力损失，并能够通过石墨颗粒与第四喷嘴1-4的第三摩擦段402内壁的摩擦作用和石墨颗粒之间的摩擦、剪切作用解离鳞片石墨，以及通过第四喷嘴1-4的扩散段403的空化效应对鳞片石墨颗粒的冲击拉伸作用解离鳞片石墨。

其它组成及连接关系与具体实施方式二相同。

具体实施方式四：结合图2至图4说明本实施方式，本实施方式所述一种空化水射流磨浮装置的圆锥收敛段101的圆锥角A为13°，第一摩擦段202的横截面内的高度H是入料浆体中鳞片石墨颗粒横截面当量直径的2.25倍，扩散段403沿其高度方向的扩散角C为60°，扩散段403沿其宽度方向的扩散角D为48°～50°。

本实施方式中，第二摩擦段302的横截面内的高度数值为第一摩擦段202的横截面内的高度H减去0.04mm；第三摩擦段402的横截面内的高度数值为第一摩擦段202的横截面内的高度H减去2×0.04mm。

如此设置，可以提高第一摩擦段202、第二摩擦段302、第三摩擦段402对鳞片石墨浆体的摩擦应力。

其它组成及连接关系与具体实施方式三相同。

具体实施方式五：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种空化水射流磨浮装置的混合器2包括两个吸入管2-1、吸入室2-2、缩管2-3、喉管2-4、扩散管2-5和稳流管2-6；吸入室2-2、缩管2-3、喉管2-4、扩散管2-5、稳流管2-6由左至右依次连接，两个吸入管2-1对称安装在吸入室2-2的上表面和下表面，第四喷嘴1-4插装在吸入室2-2内，稳流管2-6与浮选柱3连接。

本实施方式中扩散段403的出口与缩管2-3的入口位于同一水平面，吸入管2-1的轴线与吸入室2-2水平方向的中心线垂直，稳流管2-6轴线与分选段3-2的轴线垂直。

其它组成及连接关系与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式六：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种空化水射流磨浮装置的浮选柱3包括尾矿槽3-1、分选段3-2、两个整流板3-3和精矿槽3-4；稳流管2-6与分选段3-2的下部连接，尾矿槽3-1同轴固定安装在分选段3-2的下端，精矿槽3-4安装在分选段3-2的上端，两个整流板3-3由上至下依次水平插装在分选段3-2内的中部。

该结构利用多级渐缩摩擦剪切空化水射流喷嘴1解离后的高速喷出的鳞片石墨浆体产生的负压作用，将添加介质空气、浮选剂引入混合器2中，鳞片石墨浆体在湍流作用下与空气、浮选剂发生强烈掺混并流入浮选柱3中；浮选柱3采用鳞片石墨浆体与气泡同向流动方式，迫使石墨精矿克服重力作用随气泡向上运动，分选段3-2为鳞片石墨精矿和气泡接触碰撞形成矿化气泡创造理想的条件，两个整流板3-3可有效降低浮选柱内部的湍流强度并缩小气泡直径，提高气泡弥散度，利于气泡与精矿颗粒黏附，促进矿化气泡的产生；精矿随矿化气泡上浮进入精矿槽3-4的泡沫层，尾矿下沉至尾矿槽3-1，从而实现鳞片石墨的分选；该结构解决了传统浮选柱气泡发生器易堵塞的问题，整体结构简单且选别效率高。

其它组成及连接关系与具体实施方式五相同。

具体实施方式七：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述一种空化水射流磨浮方法是通过如下步骤实现的：

步骤一、将鳞片石墨浆体输送入多级渐缩摩擦剪切空化水射流喷嘴1的第一喷嘴1-1进行加速；

步骤二、加速后的鳞片石墨浆体依次进入第二喷嘴1-2、第三喷嘴1-3和第四喷嘴1-4，通过拉应力、摩擦应力、剪应力对鳞片石墨进行解离；

步骤三、解离后的鳞片石墨浆体高速喷入混合器2，在混合器缩管2-3处产生负压；

步骤四、在缩管2-3处负压作用下，添加介质空气、浮选剂经吸入管2-1依次进入吸入室2-2和缩管2-3，并与多级渐缩摩擦剪切空化水射流喷嘴1高速喷出的鳞片石墨浆体混合形成气、液、固三相浆体；

步骤五、再经混合器2的喉管2-4、扩散管2-5、稳流管2-6进一步混合及稳流进入浮选柱3的分选段3-2下部；

步骤六、浮选柱3的分选段3-2下部在鳞片石墨浆体中，鳞片石墨颗粒与气泡通过顺流接触与碰撞实现气泡选择性矿化，矿化气泡上浮经过两层分选段3-2至液面聚集形成泡沫层并溢出，经精矿槽3-4得到鳞片石墨精矿；

步骤七、鳞片石墨浆体中尾矿下沉经浮选柱3的尾矿槽3-1排出，实现鳞片石墨的分选。

其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种空化水射流磨浮装置，其特征在于：所述一种空化水射流磨浮装置包括多级渐缩摩擦剪切空化水射流喷嘴（1）、混合器（2）和浮选柱（3）；多级渐缩摩擦剪切空化水射流喷嘴（1）的出口通过混合器（2）与浮选柱（3）的进口连接；所述多级渐缩摩擦剪切空化水射流喷嘴（1）包括第一喷嘴（1-1）、第二喷嘴（1-2）、第三喷嘴（1-3）和第四喷嘴（1-4），第一喷嘴（1-1）、第二喷嘴（1-2）、第三喷嘴（1-3）、第四喷嘴（1-4）由左至右成一字形设置，且第一喷嘴（1-1）、第二喷嘴（1-2）、第三喷嘴（1-3）、第四喷嘴（1-4）首尾依次连接；第一喷嘴（1-1）由圆锥收敛段（101）和圆柱段（102）首尾依次连接组成，第二喷嘴（1-2）由圆弧流线段（201）和第一摩擦段（202）首尾依次连接组成，第三喷嘴（1-3）由第一扁平流线段（301）和第二摩擦段（302）首尾依次连接组成，第四喷嘴（1-4）由第二扁平流线段（401）、第三摩擦段（402）、扩散段（403）首尾依次连接组成，圆柱段（102）与圆弧流线段（201）连接，第一摩擦段（202）与第一扁平流线段（301）连接，第二摩擦段（302）与第二扁平流线段（401）连接；

圆锥收敛段（101）的圆锥角（A）为13º，第一摩擦段（202）的横截面内的高度（H）是入料浆体中鳞片石墨颗粒横截面当量直径的2.25倍，扩散段（403）沿其高度方向的扩散角（C）为60°，扩散段（403）沿其宽度方向的扩散角（D）为48°～50°；

混合器（2）包括两个吸入管（2-1）、吸入室（2-2）、缩管（2-3）、喉管（2-4）、扩散管（2-5）和稳流管（2-6）；吸入室（2-2）、缩管（2-3）、喉管（2-4）、扩散管（2-5）、稳流管（2-6）由左至右依次连接，两个吸入管（2-1）对称安装在吸入室（2-2）的上表面和下表面，第四喷嘴（1-4）插装在吸入室（2-2）内，稳流管（2-6）与浮选柱（3）连接；

浮选柱（3）包括尾矿槽（3-1）、分选段（3-2）、两个整流板（3-3）和精矿槽（3-4）；稳流管（2-6）与分选段（3-2）的下部连接，尾矿槽（3-1）同轴固定安装在分选段（3-2）的下端，精矿槽（3-4）安装在分选段（3-2）的上端，两个整流板（3-3）由上至下依次水平插装在分选段（3-2）内的中部。

2.一种利用权利要求1所述的一种空化水射流磨浮装置的空化水射流磨浮方法，其特征在于：所述一种空化水射流磨浮方法是通过如下步骤实现的：

步骤一、将鳞片石墨浆体输送入多级渐缩摩擦剪切空化水射流喷嘴（1）的第一喷嘴（1-1）进行加速；

步骤二、加速后的鳞片石墨浆体依次进入第二喷嘴（1-2）、第三喷嘴（1-3）和第四喷嘴（1-4），通过拉应力、摩擦应力、剪应力对鳞片石墨进行解离；

步骤三、解离后的鳞片石墨浆体高速喷入混合器（2），在混合器缩管（2-3）处产生负压；

步骤四、在缩管（2-3）处负压作用下，添加介质空气、浮选剂经吸入管（2-1）依次进入吸入室（2-2）、缩管（2-3），并与多级渐缩摩擦剪切空化水射流喷嘴（1）高速喷出的鳞片石墨浆体混合形成气、液、固三相浆体；

步骤五、再经混合器（2）的喉管（2-4）、扩散管（2-5）、稳流管（2-6）进一步混合及稳流进入浮选柱（3）的分选段（3-2）下部；

步骤六、浮选柱（3）的分选段（3-2）下部在鳞片石墨浆体中，鳞片石墨颗粒与气泡通过顺流接触与碰撞实现气泡选择性矿化，矿化气泡上浮经过两层分选段（3-2）至液面聚集形成泡沫层并溢出，经精矿槽（3-4）得到鳞片石墨精矿；

步骤七、鳞片石墨浆体中尾矿下沉经浮选柱（3）的尾矿槽（3-1）排出，实现鳞片石墨的分选。