一種細粒物料浮選用電解微泡發生器的製作方法
2023-06-02 01:14:46
本發明涉及的是一種細粒分選設備，具體地說，是一種用於選礦和選煤的浮選用微泡發生器。
背景技術：
浮選是一種在選礦及選煤領域應用廣泛的分選工藝，其分選機理主要是利用礦石不同組分之間親疏水性、密度以及浮選藥劑作用效果的差異，來達到分離精尾礦石的目的。在浮選過程中，氣泡是上浮礦物的主要載體。被浮礦物與氣泡接觸形成礦化氣泡上浮至泡沫層後被刮泡機構刮出完成浮選。通常情況下，浮選工藝所處理的主要是粒度在0.5mm左右的細粒物料。然而目前，隨著採掘機械化程度的不斷增高，以及選礦工藝中磨礦手段的改進，選礦及選煤的浮選工藝中所需處理的細粒物料粒度更細，數量更多。而在浮選過程中，充氣機構所產生的氣泡尺寸對浮選的最終效果有著極其重要的作用。在使用起泡劑提高氣泡穩定性後，較大尺寸的氣泡可以擁有更大的負載能力，可以攜帶的物料尺寸範圍也更大。但同細粒物料相比，粗粒物料的解離程度相對較低，在浮選過程中極易將脈石礦物（或矸石）帶出進入浮選精礦，這對改善精礦產品質量會造成不利影響；同時，氣泡尺寸較大時，其在礦漿中的分散密度也會降低，氣泡表面真正用於攜帶目標礦物的面積佔氣泡總表面積的比率也會下降，不利於對氣泡進行有效利用。研究表明，當浮選氣泡尺寸主要分布在0.20～0.40mm範圍內時，浮選效果較好；而引入一定量0.03mm左右的微微泡可對大尺寸氣泡的礦化過程起到輔助作用，有利於進一步提高精礦產率，改善浮選效果。
在現有浮選工藝中，主要採用的是機械攪拌式的充氣方法，即空氣通過自吸入或風機壓入的方式進入浮選機的浮選槽後，通過位於浮選槽底部的機械攪拌葉輪高速轉動時產生的剪切力對礦漿中的氣團進行切割產生氣泡。通過這種方式產生的氣泡尺寸較大，一般為2～3mm左右，並且產生的氣泡數量和尺寸不穩定，難以對浮選過程中細粒的目標物料進行有效甄別，容易夾帶脈石礦物，降低精礦品位。在這種情況下，浮選工藝對物料的處理範圍一般為0.04～0.5mm，對粒度在0.04mm以下的物料就難以進行有效分選了。同時，機械攪拌機構的加工較為複雜，在高速旋轉過程中的氣蝕現象較為嚴重，葉輪的維護及更換成本較高。此外，近年來出現的一些浮選柱用氣泡發生器雖然在氣泡尺寸方面有所改進，氣泡尺寸也可以減小至0.04～0.05mm，但這些氣泡發生器均需要外接壓風機及控制系統，並需布置微孔材料或填充玻璃珠等介質床層，設備的整體佔地面積大，成本高昂，並且容易造成微孔堵塞，影響正常生產。
目前在微泡發生器的研究方面，電解微泡發生法擁有較好的發展前景。電解條件下產生的氣泡尺寸較小，其中正極產生的氧氣泡直徑在0.045～0.060mm左右，負極產生的氫氣泡直徑在0.015～0.030mm左右，並且當電源的輸出電流及電解質種類、濃度等條件恆定時，該尺寸範圍下的電解氣泡可持續穩定產生，並不受礦漿密度等性質的影響；並且這些氣泡的分散濃度較高，微細組分較為均勻，有利於產生高濃度的氣泡群；另一方面，電解產生的氣泡擁有更好的表面活性，同時無機電解質的使用也會對礦物表面的水化層造成影響，使其失去穩定性變薄後破裂，從而改善被浮礦物的疏水性，並提高礦物和氣泡間的碰撞與粘附概率，改善浮選效果。
此外，電解處理還會對礦物的表面性質造成影響，如煤系黃鐵礦在經電解處理後，表面的氧化程度降低，親水性增強，可浮性下降，從而達到了通過浮選手段脫除煤中無機硫的效果。因此，在礦物浮選工藝中引入適當的電解手段是很有發展前景的。
目前應用電解氣泡進行工業生產的主要是汙水處理領域。實踐表明，電解產生的氫氧氣泡具有良好的負載能力；同時，這些氣泡本身具有較好的化學反應活性，對水中的汙染物還能起到較好的氧化還原作用，對汙水處理過程中的金屬離子等汙染物具有良好的清除作用，對小顆粒懸浮物也起到了有效的絮凝沉降效果，同時還具有一定的殺菌消毒作用，應用前景廣泛。
技術實現要素：
本發明的目的在於克服已有氣泡發生裝置的不足，並提供結構簡單，使用及維護方便，佔地面積小，並且有效改善細粒礦物浮選效果的一種細粒物料浮選用電解微泡發生器。
本發明的目的是通過以下技術方案實現的。
一種細粒物料浮選用電解微泡發生器，包括圓柱圓錐型管狀結構、噴嘴、進氣孔、混合腔、喉管和射流管；其特徵在於：在所述圓柱圓錐型管狀結構的圓柱端是細粒物料輸入口B、圓錐端是由所述噴嘴連通有帶有所述進氣孔的所述混合腔，通過所述喉管連通有所述射流管；在所述電解微泡發生器的外周套設有絕緣套管；
所述圓柱圓錐型管狀結構是由兩組法蘭連接構成一三段式圓柱圓錐型管體結構，在三段式圓柱型管體結構中的兩段內壁分別設置有正電極板連接有正電接線柱與負電極板連接有負電接線柱；
所述噴嘴是連通於所述圓柱圓錐型管狀結構的圓錐型管狀結構端頭，其孔徑是3～8mm；
所述進氣孔是與所述噴嘴平行設置於所述圓柱圓錐型管狀結構上；並連通所述混合腔；
所述混合腔是一圓柱圓錐型空腔，其圓柱段直徑大於所述圓柱圓錐型管狀結構的圓柱型管體結構的內腔直徑；
所述喉管是其直徑是介於所述噴嘴的孔徑和所述射流管的最大孔徑之間；
所述射流管是一錐形管結構，其錐角為5～10度。
基於上述技術方案，下面是本發明的附加技術方案。
其中的正電極板和負電極板的厚度是0.5～2.0mm的鉛板，有效面積是48cm2，二者之間的距離是4～10cm，通過熱壓成型或焊接固定於三段式圓柱型管體結構中的兩段內壁；其中的正電極板和負電極板的正電接線柱與負電極板是銅棒，銅棒位於接縫處以密封膠密封。
其中的正電極板和負電極板是一組或一組以上的對極板，採用並聯或串聯連接電源。
其中的射流管是一放射狀錐形管結構，錐角為5～10度。
其中的細粒物料是選礦細粒物料或是選煤細粒物料。
其中的電解微泡發生器的管壁厚是大於5mm。
其中的電解微泡發生器的電解質是硫酸鈉，濃度是1.33-2.67g/L。
其中的一種電解微泡發生器用於細粒物料浮選的方法是按下列步驟進行的：
首先，將固體顆粒直徑小於0.074mm的細粒物料與水混合成濃度為4%-15%的礦漿；
其次，向上述礦漿中加入濃度為1.33-2.67g/L 的Na2SO4作為電解質，並以大於1.04m/s的礦漿流速通過B口端穩定給入，同時接通直流電源，其電流為1.25A；
然後，礦漿經過含有正負電極的法蘭Ⅰ後由噴嘴高速射出，並在周圍形成負壓，此時外界空氣由進氣孔吸入，並在混合腔與礦漿混合；
在發泡器給入礦漿後，正電極板和負電極板通過正電極接線柱和負電極接線柱與直流電源通電，產生直徑為0.015～0.060mm的電解氣泡；此時電解氣泡與礦漿以及由管外吸入的空氣共同在混合腔進行充分混合；混合後的物料經過喉管進入射流管擴散開來，此時由管外吸入的空氣被進一步粉碎成較小的氣泡，最終由射流管口噴出形成氣泡。
其中：當所需氣泡直徑≤0.2mm時，關閉正電極和負電極電源；當所需氣泡直徑＜0.045mm的氣泡含量在25%-30%時，接通正負極電源；當所需氣泡直徑＜0.045mm的氣泡含量在30%-60%時，在微泡發生器B端串聯多組正負電極絕緣管同時進行電解；當所需氣泡直徑均＜0.045mm時，在進氣孔設置有空氣閥門，並處於關閉狀態。
實施上述本發明所提供的一種細粒物料浮選用電解微泡發生器的技術方案，與現有電解微泡發生器相比，其優點與積極效果如下。
本電解微泡發生器結構將電解氣泡生成結構和自吸氣式氣泡生成結構集於一體，為浮選過程提供均勻穩定的微細氣泡。其中，由外界吸入的空氣在氣壓與煤漿或礦漿剪切作用力的共同作用下，產生的氣泡尺寸穩定在0.1～0.3mm左右；電解產生的氣泡主要是氫氣泡和氧氣泡，其中，正極板附近產生的氧氣泡尺寸為0.045～0.060mm左右，負極板附近產生的氫氣泡尺寸為0.015～0.030mm左右。這些氣泡的尺寸均小於目前機械攪拌法產生的氣泡尺寸，同時，在穩定的供電及煤漿或礦漿給入壓力條件下，該尺寸範圍內的氣泡可持續穩定產生，這非常有利於對細粒物進行持續有效浮選，改善浮選效果。
本電解微泡發生器產生的電解氣泡具有更好的表面活性，同時，無機電解質的使用會對礦物顆粒表面的水化層造成影響，如Na2SO4的使用會使煤顆粒表面的水化層失去穩定性變薄後破裂，這會有效改善煤顆粒表面的疏水性並增加氣泡與微粒的碰撞和粘附概率。因此與傳統充氣結構相比，本發泡器的使用可在改善浮選效果的同時，有效降低浮選藥劑的使用量。
本電解微泡發生器中裝有正負電極的絕緣套，可根據實際生產需要進行拆卸和組裝，並且可以單獨更換或串聯多組電極，滿足用戶的不同需求。
本電解微泡發生器結構簡單，造價低廉，本身無運動部件，維護簡便，同時無需額外提供和控制風壓，極大地縮小了設備布置的佔地面積，降低了生產成本。
本電解微泡發生器出料端的射流管為一出口呈放射狀的錐形管。與空氣混合後的礦漿進入該射流管後，可進一步將尺寸較大的氣泡進行粉碎，同時可將出料口處的礦漿壓力還原為入料壓力，避免了因礦漿壓力改變而對浮選過程造成不良影響。
附圖說明
圖1是本發明電解微泡發生器的結構示意圖。
圖2是本發明圖1電解微泡發生器的A-A剖面示意圖。
圖中：1：法蘭Ⅰ；2：正電極板；3：正電極接線柱；4：法蘭Ⅱ；5：負電極板；6：負電極接線柱；7：法蘭Ⅲ；8：進氣孔；9：噴嘴；10：混合腔；11：喉管；12：射流管。
具體實施方式
下面對本發明的具體實施方式作出進一步的說明。
實施本發明所提供的一種細粒物料浮選用電解微泡發生器的技術方案，主要目的克服現有氣泡發生裝置存在著上述背景技術中所述的缺陷，並提供一種結構簡單，使用及維護方便，佔地面積小，並且有效改善細粒礦物浮選效果的細粒物料浮選用電解微泡發生器。
一種細粒物料浮選用電解微泡發生器，主要包含有圓柱圓錐型管狀結構4、噴嘴9、進氣孔8、混合腔10、喉管11和射流管12；其構成是採用機械手段進行加工建造而成，其中，在圓柱圓錐型管狀結構4的圓柱端開設細粒物料輸入口B，在圓柱圓錐型管狀結構4的圓錐端設置有噴嘴9連通帶有進氣孔8的混合腔10，並通過喉管11連通有射流管12；在電解微泡發生器的外周套設有絕緣套管1實現絕緣。
在製作電解微泡發生器時，其整體的管壁厚度是大於和等於5mm；適應的細粒物料是選礦細粒物料或是選煤細粒物料。
在製作圓柱圓錐型管狀結構4時，採用由兩組法蘭7連接構成一種三段式圓柱圓錐型管體結構，在三段式圓柱型管體結構中的兩段筒狀結構的內壁面分別設置有正電極板2連接有正電接線柱3與負電極板5連接有負電接線柱6。其中，正電極板2和負電極板5的厚度是0.5～2.0mm的鉛板，有效面積是48cm2，二者之間的距離是4～10cm，通過熱壓成型或焊接固定於三段式圓柱型管體結構中的兩段內壁；正電極板2和負電極板5的正電接線柱3與負電極板5是銅棒，銅棒位於接縫處以密封膠密封。所述正電極板2和負電極板5也可以設置為一組或一組以上的對極板，採用並聯或串聯連接電源均可。
實施噴嘴9是將機械手段電加工成的噴嘴9，由噴口連通於圓柱圓錐型管狀結構4的圓錐型管狀結構端頭，並將細顆粒物噴入混合腔10，其噴嘴9的孔徑是3～8mm。
實施進氣孔8是採用機械手段加工成與噴嘴9平行設置於圓柱圓錐型管狀結構4上，並連通混合腔10。
實施混合腔10是採用機械手段加工成一圓柱圓錐型空腔，其圓柱段直徑大於圓柱圓錐型管狀結構4的圓柱型管體結構的內腔直徑。
實施喉管11是其直徑是介於所述噴嘴9的孔徑和所述射流管12的最大孔徑之間；
實施射流管12是一放射狀錐形管結構，其錐角為5～10度。
在上述電解微泡發生器發泡時，須提前向礦漿中或者是煤漿中加入Na2SO4作為電解質，Na2SO4的濃度控制在1.33-2.67g/L範圍內；漿料準備完畢後由B端給入，給入的礦漿流速需大於1.04m/s。礦漿的給入情況穩定後接通直流電源進行供電，供電的最佳電流為1.25A，最佳電壓為15～25V；經過含有正負電極的絕緣套管後由噴嘴9處高速射出，並在周圍形成負壓，此時外界空氣由進氣孔8吸入，並在混合腔10處與礦漿混合；在發泡器給入礦漿後，正負電極2和負電極5通過正負電極接線柱3和負電極接線柱6與直流電源通電，產生直徑在0.015～0.060mm的電解氣泡，該類電解氣泡與礦漿以及由管外吸入的空氣共同在混合腔10處進行充分混合；混合後的物料經過喉管11進入射流管12擴散開來，此時由管外吸入的空氣被進一步粉碎成較小的氣泡，最終由射流管口噴出。
下面結合附圖對本發明進行進一步說明。
如附圖1所示，本發明主要由正負電極絕緣套管段和射流段組成。使用該發泡器時需同時使用Na2SO4作為電解質、仲辛醇作為起泡劑以及煤油作為捕收劑。在礦漿準備階段，向礦漿中加入適量的Na2SO4、起泡劑和捕收劑混合均勻，使Na2SO4的濃度控制在1.33-2.67g/L範圍內，起泡劑濃度為150g/t，捕收劑濃度控制在800g/t。將混合後的礦漿由B端給入，同時將發泡器與直流電源接通，電源的輸出電流為2.0A。礦漿在流經發泡器的過程中與電解作用產生的微泡及由外界吸入的空氣泡混合，最終由射流管12噴出完成礦漿充氣過程；
在發泡器入料端通過法蘭4、7與兩段絕緣套管連接，兩段絕緣套管中分別布置有鉛質正電極板2和鉛質負電極板5，並通過接線柱3、6與直流電源相連，從而產生電解微泡並與礦漿混合後由噴嘴9射出；
礦漿由噴嘴9高速射出時，在周圍產生局部負壓，同時吸入外界空氣，並在混合腔10處與礦漿充分混合，同時藉助礦漿的剪切力將空氣破碎成微細氣泡；
礦漿與微泡在混合腔混合後，共同由喉管11進入射流管12。在射流管中，較大尺寸的氣泡被進一步擴散剪切成微細氣泡，同時將礦漿噴射壓力降低到充氣前的入料壓力，從而最終完成礦漿充氣過程。
為檢測本微泡發生器的充氣效果，在微泡發生器的射流管一端連接一圓柱形容器，容器高1.5m，直徑0.7m。在完成充氣過程後，採用量筒法對圓柱形容器中的氣泡群進行收集，收集時間2min，在同一深度的相同位置重複操作三次；選取三處不同的深度重複上述操作。採用雷射散射粒度儀對每次收集到的氣泡群進行粒度分析。結果表明，在本發泡器的最佳使用條件下，粒徑在0.20mm以下的小氣泡佔氣泡總量的百分比可穩定在85%以上。其中0.045mm以下的微泡數量穩定在25%～30%。這些數據均表明，本微泡發生器具有優異的微泡供給效果。
在實際應用中，本微泡發生器優先考慮應用於浮選柱上，所用浮選柱直徑不宜大於3m。布置時，保證微泡發生器的軸線與浮選柱軸線垂直，微泡發生器軸線位於浮選柱底部1/3高度處，並將微泡發生器射流管12插入浮選柱壁5cm。微泡發生器在浮選柱外呈環形布置，可根據浮選柱直徑大小均勻布置8-24具微泡發生器，並在生產過程中根據入料濃度和流量調整微泡發生器的開啟數量。
本微泡發生器B端裝有正負電極的絕緣套管可根據具體生產狀況，即所需微泡數量百分比的差異進行拆卸或組裝。當入料粒度較大，可浮性較好時，可選擇在不通電，即僅通過自吸入空氣的方式進行充氣；當入料泥化較為嚴重，細粒物料比重大時，在礦漿預處理器中加入一定質量的Na2SO4，並將濃度控制在1.33-2.67g/L範圍內。當所需微泡百分含量較大時，可在微泡發生器B端串聯多組裝有正負電極的絕緣套管，在保證充氣量總量足夠的前提下，也可將A進氣口處用閥門封閉，則此時微泡發泡器供給的全部為電解微泡。