旋流‑靜態微泡浮選柱超聲強化管流段礦化裝置的製作方法
2023-06-30 06:59:31 2
本實用新型涉及一種旋流-靜態微泡浮選柱管流段礦化裝置，具體說是一種旋流-靜態微泡浮選柱超聲強化管流段礦化裝置，屬於礦物加工技術領域。
背景技術：
現有技術中，旋流-靜態微泡浮選柱（見圖1），主要用於煤炭、有色金屬和非有色金屬的浮選，主要針對細粒及微粒礦物的浮選。它的主體結構包括浮選柱分選段11（或稱柱分離段裝置），旋流段12（或稱旋流分離段）、氣泡發生與管流段（或總稱管浮選裝置）15三部分。所述管流段15為浮選柱的氣泡發生器14下遊至旋流段進口端的管路。整個浮選柱為一柱體，其原理如圖1所示。柱分離段位於整個柱體上部；旋流分離段採用柱錐相連的水介質旋流器結構，並與柱分離段呈上、下結構的直通連接。從旋流分選角度，柱分離段相當於放大了的旋流器溢流管。在柱分離段的頂部，設置了噴淋水管和泡沫精礦收集糟；給礦點位於柱分離段中上部，最終尾礦由旋流分離段底口排出。氣泡發生器與浮選管段直接相連成一體，單獨布置在浮選柱柱體體外；其出流沿切向方向與旋流分離段柱體相連，相當於旋流器的切線給料管。氣泡發生器上設導氣管。管浮選裝置包括氣泡發生器與管浮選段兩部分。氣泡發生器是浮選柱的關鍵部件，它採用類似於射流泵的內部結構，具有依靠射流負壓自身引入氣體並把氣體粉碎成氣泡的雙重作用（又稱自吸式微泡發生器）。在旋流靜態微泡浮選柱內，氣泡發生器的工作介質為循環的中礦。經過加壓的循環礦漿進入氣泡發生器，引入氣體並形成含有大量微細氣泡的氣、固、液三相體系。含有氣泡的三相體系在浮選管段內高度紊流礦化，然後仍保持較高能量狀態沿切向高速進入旋流分離段。這樣，管浮選裝置在完成浮選充氣（自吸式微泡發生器）與高度紊流礦化（浮選管段）功能的同時，又以切向入料的方式在浮選柱底部形成了旋流力場。管浮選裝置為整個浮選柱的各類分選提供了能量來源，並基本上決定了浮選柱的能量狀態。該旋流-靜態微泡浮選柱集逆流、旋流與管流三種礦化方式於一體，在微細粒礦物分選領域得到廣泛地應用。管流段是旋流-靜態微泡浮選柱浮選過程中難選細粒礦物與氣泡碰撞和粘附的主要場所，該區域形成高湍流環境是細粒礦物得以浮選的主要原因，但對於微細粒礦物的浮選，管流段的湍流強度難以實現這類礦物的礦化及回收，從而導致大量已經單體解離的微細粒礦物顆粒損失在尾礦中。因此，通過提高管流段湍流強度是增強微細粒礦物回收的重要途徑。
目前提高管流段湍流強度主要採用被動式，如使用異形管流段、延長管流段長度、安裝渦流發生器等方式。然而被動式方法對於湍流強度的增加很有限，而且很難達到預期的湍流強度，整個管流段湍流強度難以實現差異化以適配礦物中不同粒級範圍礦物顆粒所需要的湍流程度。比如，作為典型的異性管流段，倒U型管段相比與直管段能提高湍流強度，但是也會造成管內氣含率分布不均勻，阻力大、易磨損等不利特徵。而延長管流段能提升總體的湍流動能，但是不會改變湍流強度的峰值，故而對微細粒或極細粒礦物的礦化作用不會有顯著的增強，而且在工程實際中延長管流段會使相應的浮選柱柱段高度增加，從而會增加設備成本，降低經濟效益。採用安裝渦流發生器的方式是被動方式中最為有效的增加湍流強度的方法，但是作為被動方式，難以對管內的湍流強度進行實時的調節，而且如現有技術中採用的三稜錐形的渦流發生器（中國實用新型專利申請《一種適用於細粒礦物礦化的管流段裝置》 CN104511374A）加工不方便，而且管流段內的氣-液-固三相體系極易導致渦流發生器的磨損，從而會降低浮選過程的經濟效益。
技術實現要素：
本實用新型所要解決的問題，在於克服現有技術存在的技術缺陷，提出了一種旋流-靜態微泡浮選柱超聲強化管流段裝置。採用超聲波激振方法增加礦漿流動湍流強度，湍流強度的增加更為明顯，而且方便調節以適配不同粒級的礦物顆粒。
本實用新型旋流-靜態微泡浮選柱超聲強化管流段裝置，包括上遊窄管段、超聲強化區、下遊寬管段、超聲波發生器、超聲波振子、共振螺杆、水聽器。其特徵是：超聲波振子設置在超聲強化區內部，均勻布置在超聲強化區的上部與下部以及共振螺杆的前端部，超聲波發生器連接超聲波振子，共振螺杆設置在超聲強化區與下遊寬管段中。在超聲強化區和下遊寬管段中設置所述水聽器。
本實用新型，採用均勻布置的超聲振子有利於超聲波在超聲強化區內的傳播，使聲波以相同的發射特性往上下遊同時傳播。
設置超聲強化區域，可以使流經此區域的礦漿受到較強超聲波作用，生成空泡，對流動進行擾動，空泡的不斷產生能夠持續形成脈動流，從而實現湍流強度的大幅度提高。其原理是，利用超聲波激振改變壓力場，高幅和高頻的壓力場變化在礦漿中產生相應的壓力波，當壓力變化的幅度大到足以使壓力降低到低於液體的氣化壓力時，就會產生空化現象。故管流段的超聲波激振可使空化現象周期性產生，進而實現擾流，增強管內的湍流強度，提高微細粒礦物與氣泡的碰撞，提高微細粒礦物回收率，可以依據礦物顆粒粒度的不同調節超聲波的頻率以獲得最佳的礦化效果。
共振螺杆首先可以將超聲強化區的超聲波傳播到下遊管段，再者採用螺杆結構還能起到擾流的作用，同樣起到強化湍流強度的作用，而且超聲波在礦漿中與螺杆中傳播特性的差異更加有助於增強管流段內部湍流程度。下遊寬管段的設置可以避免由安裝共振螺杆所導致的通流面積的減小，共振螺杆固定在超聲強化區域下遊寬管段銜接處的圓盤上，該圓盤方便拆卸與安裝。
超聲振子的布置方式可以使超聲波能充分覆蓋超聲強化區，礦漿流經該區域可以得到超聲波作用。
利用超聲強化區和下遊寬管段中安裝的水聽器實時監測管流段內部的超聲空化強度，根據超聲空化強度來監測超聲波衰減情況，並實時調整超聲波發生器的頻率。另外，依據不同粒級礦物顆粒的分選效果來確定最佳的超聲波發生器的頻率區間，在該區間內可以隨意變動超聲波發生器的頻率，以促使流動的紊亂，有利於湍流強度的進一步提高。
水聽器布置，可以監測不同區域的空化強度以便於超聲頻率的調節，不僅有利於獲得有效的超聲頻率，還能有助於節約能耗。
附圖說明
圖1現有技術旋流-靜態微泡浮選柱結構及工作流程示意圖。
圖2為本實用新型旋流-靜態微泡浮選柱超聲強化管流段礦化裝置示意圖。
圖3為圖2中超聲強化區示意圖。
圖4 為圖2中A-A剖面圖。
具體實施方式
下面結合實施列和附圖，對本實用新型作進一步詳細說明。
如圖2所示，旋流-靜態微泡浮選柱超聲強化管流段礦化裝置，包括上遊窄管段1、超聲強化區2、下遊寬管段3、超聲波發生器7、若干個超聲波振子5、共振螺杆4、水聽器6。超聲波振子設置在超聲強化區內部，均勻布置在超聲強化區的上部與下部以及共振螺杆的前端部，超聲波發生器連接超聲波振子，共振螺杆設置在超聲強化區與下遊寬管段中。在超聲強化區2和下遊寬管段3中設置所述水聽器6。
均勻布置的超聲振子有利於超聲波在超聲強化區內的傳播，使聲波以相同的發射特性往上下遊同時傳播。
設置超聲強化區域，可以使流經此區域的礦漿受到較強超聲波作用，生成空泡，對流動進行擾動，空泡的不斷產生能夠持續形成脈動流，從而實現湍流強度的大幅度提高。其原理是，利用超聲波激振改變壓力場，高幅和高頻的壓力場變化在礦漿中產生相應的壓力波，當壓力變化的幅度大到足以使壓力降低到低於液體的氣化壓力時，就會產生空化現象。故管流段的超聲波激振可使空化現象周期性產生，進而實現擾流，增強管內的湍流強度，提高微細粒礦物與氣泡的碰撞，提高微細粒礦物回收率，可以依據礦物顆粒粒度的不同調節超聲波的頻率以獲得最佳的礦化效果。
共振螺杆首先可以將超聲強化區的超聲波傳播到下遊管段，再者採用螺杆結構還能起到擾流的作用，同樣起到強化湍流強度的作用，而且超聲波在礦漿中與螺杆中傳播特性的差異更加有助於增強管流段內部湍流程度。
超聲振子的布置方式可以使超聲波能充分覆蓋超聲強化區，礦漿流經該區域可以得到超聲波作用。
利用超聲強化區和下遊寬管段中安裝的水聽器實時監測管流段內部的超聲空化強度，根據超聲空化強度來監測超聲波衰減情況，並實時調整超聲波發生器的頻率。另外，依據不同粒級礦物顆粒的分選效果來確定最佳的超聲波發生器的頻率區間，在該區間內可以隨意變動超聲波發生器的頻率，以促使流動的紊亂，有利於湍流強度的進一步提高。