一種具備高壓射流攪拌功能的礦漿自驅動式浮選裝置的製作方法
2023-12-11 16:45:22 2
本發明涉及煤泥調漿浮選處理領域，具體涉及一種具備高壓射流攪拌功能的礦漿自驅動式浮選裝置。
背景技術：
浮選法是最重要的界面分選方法，在多金屬礦石的分離浮選、複雜礦石的綜合利用、鐵礦石浮選以及非金屬礦石浮選等領域內均得到了廣泛應用，更是-0.1mm煤泥唯一有效的分選方法。各種浮選工藝的理論基礎大體相同，即礦粒因自身表面的疏水特性或經浮選藥劑作用後獲得的疏水(親氣或油)特性，使得礦粒會在液-氣或水-油界面發生聚集現象。目前應用最廣泛的是泡沫浮選法，包括以下流程：1)、礦石經破碎與磨碎使各種礦物解離成單體顆粒，並使顆粒大小符合浮選工藝要求。2)、向磨礦後的礦漿加入各種浮選藥劑並攪拌調和，使與礦物顆粒作用，以擴大不同礦物顆粒間的可浮性差別。3)、調好的礦漿送入浮選槽，攪拌充氣。4)、礦漿中的礦粒與氣泡接觸、碰撞，可浮性好的礦粒選擇性地粘附於氣泡並被攜帶上升成為氣-液-固三相組成的礦化泡沫層，經機械刮取或從礦漿面溢出，再脫水、乾燥成精礦產品。不能浮起的脈石等礦物顆粒，隨礦漿從浮選槽底部作為尾礦產品排出。
泡沫浮選法所使用的浮選機，按充氣和攪拌方式的不同分為機械攪拌式和無機械攪拌式兩大類。機械攪拌式浮選機使用最為久遠，由選礦到選煤有近百年的歷史，其可為浮選槽提供紊流環境，但缺點在於能耗大以及維修量大。無機械攪拌式浮選機又稱充氣式浮選機，採用泵為礦漿提供能量，通過礦漿的射流、碰撞分散，吸取足夠的空氣，缺點是需要配套的泵，且能耗大。同時，非機械攪拌式浮選機由於要保證足夠的礦量流量和吸氣量，使得浮選槽內流場常常過度紊流，會導致已經礦化的顆粒在上浮過程中脫落，從而影響浮選效果。
技術實現要素：
本發明的目的在於克服上述現有技術的不足，提供一種結構簡單而實用的一種具備高壓射流攪拌功能的礦漿自驅動式浮選裝置，其集礦漿混合和浮選功能於一體，並具備能耗低、維修量低以及分選效果好的優點，可在高效而可控的實現礦漿的高效浮選需求的同時，還能減少選煤廠前期的設備投入，從而有效降低選煤廠的實際生產成本。
為實現上述目的，本發明採用了以下技術方案：
一種具備高壓射流攪拌功能的礦漿自驅動式浮選裝置，包括浮選槽，浮選槽內設置用於實現礦漿入料及混合功能的攪拌部，其特徵在於：
所述攪拌部包括高壓腔室，高壓腔室內軸線鉛垂的布置有可沿自身軸線作迴轉動作的轉軸，轉軸上同軸固定有上驅動輪；沿高壓腔室的周向而貫穿高壓腔室的室壁布置用於提供礦漿入料噴射功能的噴射口，且各噴射口的出口端指向上驅動輪的槳葉葉面處，噴射口的射流方向與上驅動輪的轉動方向彼此同向；上驅動輪的正下方設置調漿隔柵，調漿隔柵包括與轉軸同軸設置的內套筒，環繞內套筒的外筒壁而徑向向外呈發散狀的均布有直板狀的隔柵板；內套筒外還同心環狀的設置有多道外套筒，以至少使得每相鄰外套筒與相鄰隔柵板之間形成上部口徑大而下部口徑小的鬥腔狀的射流通道；高壓腔室的底端處同軸的向下延伸有出料筒，調漿隔柵的下部出口連通並指向出料筒的進料端；攪拌部還包括同軸固定於轉軸的底部軸端處的下攪拌輪，出料筒的出料路徑位於下攪拌輪的輪葉攪拌範圍內。
所述上驅動輪為具備渦卷狀的槳葉的動力渦輪構造；以上驅動輪的槳葉的遠離上驅動輪輪軸的一端為遠端，噴射口的射流路徑與上驅動輪的槳葉的交點相對靠近該槳葉的遠端處。
所述高壓腔室包括由上而下依次法蘭固接的法蘭蓋、上細下粗的喇叭口狀的上錐形筒以及上粗下細的漏鬥狀的下錐形筒，下錐形筒的漏鬥底端再與出料筒的進料端間構成法蘭配合；調漿隔柵貼附於下錐形筒的漏鬥狀內腔處。
所述法蘭蓋上同軸設置上軸承，而下錐形筒的漏鬥底端與出料筒的進料端間夾設有下軸承；轉軸分別穿過上軸承及下軸承並與之構成過盈配合。
所述下攪拌輪包括中間套筒以及環繞中間套筒軸線而周向均布的攪拌葉，各攪拌葉外形均呈板面鉛垂設置的長方板狀，且各攪拌葉的懸置端處水平凹設有凹槽從而使得各攪拌葉在中間套筒的軸向截面上呈「凹」字狀板體構造。
出料筒的底端設置有上細下粗的喇叭口狀的擴散段。
本發明的有益效果在於：
1)、傳統的浮選作業為了取得良好的浮選效果，除了礦漿輸送泵之外，更是需要配置專門的煤漿預處理裝置和攪拌裝置。有鑑於此，本發明以常規的噴射口來實現礦漿的入料均分和一次混合功能，以高壓腔室配合調漿隔柵來實現礦漿的加壓噴射及二次混合功能，再以帶有擴散管的出料筒搭配下攪拌輪從而實現三次混合效果，最終實現對礦漿的快速混合及高效浮選功能。尤其值得注意的是，本發明的高壓腔室實際上是作為蓄能室而使用。礦漿在經過初步均布及初步混合後，在射流入高壓腔室的同時也攜帶有大量的高壓氣體；本發明巧妙的利用該高壓氣體在高壓腔室內的積蓄性及壓力，使得氣液藥三相混合的礦漿沿唯一的出口也即調漿隔柵處的射流通道而噴射出去。由於調漿格柵本身獨特的方格狀錐鬥形的射流通道結構，此時每一個射流通道可以看成是獨立工作的單元調漿區。當高壓腔室內的高壓礦漿通過調漿隔柵的切割分流，從而在每一個單元調漿區內形成小範圍的礦漿流時，高壓腔室獨特的蓄能結構搭配單元調漿區的特殊構造，可使得上部源源不斷地礦漿從單元調漿區的下部出口噴射而出，達到多次紊流礦漿的目的。液流在沿單元調漿區噴射而出的同時，自然會產生集束射流分散及霧化效果，其分散性及霧化性極強，整個裝置的混合效果可得到顯著提升。
綜上，本發明集礦漿混合和浮選功能於一體，且整個機構工作的能量主要來自礦漿輸送泵，整個浮選作業比傳統的浮選工藝和設備更加節能，維修量更低。本發明可在高效而可控的實現礦漿的高效浮選需求的同時，還能減少選煤廠前期的設備投入，從而有效降低選煤廠的實際生產成本。實踐表明，本發明的浮選方式具備浮選效果更佳、氣泡礦化更容易、浮選槽無浮選「死區」及泡沫層更加穩定的優點，工作效率和浮選效果均可得到有效保證。
2)、實際操作時，噴射口可使用常規的射流噴頭等射流構件。在噴射口噴射出的帶有動能的射流礦漿的衝擊下，上驅動輪因槳葉位於上述射流礦漿的射流路徑處，因此隨之產生沿轉軸的轉動動作。上驅動輪的該轉動動作，一方面在於為最下方的下攪拌輪提供轉動動力，以完成對礦漿的三次混合功能；另一方面，被射流礦漿撞擊而高速轉動的上驅動輪，其槳葉也能夠對高壓腔室內的空氣流產生切割作用，從而與水流混合產生微泡現象，進而在高壓腔室內即可實現大範圍的微泡混合功能。上驅動輪應當為渦卷狀葉輪，並將射流礦漿的落點位於上驅動輪的槳葉的凹面及遠端處，以保證上驅動輪對射流礦漿的動作響應性及靈敏度。
3)、高壓腔室整體可劃分為位於上部的上細下粗的上錐形腔室及位於下部的上粗下細的下錐形腔室，兩個錐形腔室彼此通過法蘭盤固接。下錐形腔室由下錐形筒構成，從而提供調漿隔柵以安置空間，並利用自身的漏鬥狀特性來確保調漿隔柵處噴射出的礦漿的聚攏及加速效果。上錐形腔室則由法蘭蓋及上錐形筒構成，一方面上錐形筒的內腔構成上驅動輪的安置腔，另一方面上錐形筒的筒壁則構成固定噴射口的固定壁。由於上錐形筒的筒壁為錐面狀結構，因此實際上噴射口在安置時，也應當呈一定傾角的斜向指向上驅動輪的槳葉，搭配上驅動輪的槳葉獨有的渦輪葉輪結構，使得剛好噴射口能夠對準上驅動輪的槳葉，實現礦漿動能的最大化傳遞效果。
4)、在轉軸的下部設置下攪拌組件也即攪拌葉，攪拌葉由中間套筒及音叉狀或者說是「凹」字板狀的攪拌葉組成。音叉狀的攪拌葉能夠實現對礦漿的雙重攪拌作用，從而進一步增加礦漿與藥劑空氣接觸效率。
附圖說明
圖1為本發明的剖視示意圖；
圖2為噴射口與上驅動輪的相對位置俯視圖；
圖3為上驅動輪的結構示意圖；
圖4為調漿隔柵的俯視圖；
圖5為下攪拌輪的俯視圖。
圖示各結構與本發明的部件名稱對應關係如下：
a-殼體b-分流管c-噴射口d-錐形分壓器e-主礦漿管道
10-浮選槽
21-轉軸22-上驅動輪23-調漿隔柵
23a-內套筒23b-外套筒23c-隔柵板24-出料筒
25a-法蘭蓋25b-上錐形筒25c-下錐形筒
26-下攪拌輪26a-中間套筒26b-攪拌葉26c-凹槽
30-上軸承40-下軸承
具體實施方式
為便於理解，此處結合圖1-5，對本發明的具體實施例作以下進一步描述：
本發明的詳細組成部分，分為幾大模塊，包括：浮選槽10、分流組件、高壓噴射組件以及下攪拌組件，下面逐一加以描述：
1、浮選槽
浮選槽10作為常規的浮選設備，可配置附屬的浮選操作結構如刮泡機構等，從而實現其固有的浮選功能。
2、分流組件
分流組件以圖1-2所示結構為具體實施例時，主要被細分為六分器及連接於六分器的分流管b末端處的噴射口d。
六分器作為分流組件的主要組成部分，是為了將主礦漿管道e的浮選入料均分成六路輸出而設置的，其體積較小且為密封結構。而在六分器的殼體a的中心底部布置錐形分壓器d，則可以防止主礦漿管道e內的有壓礦漿直接衝擊到殼體a內腔底部，從而避免礦漿因再次躍升而造成壓力損失。錐形分壓器d獨特的錐形尖端能夠有效直接的將礦漿流分散成六股礦流，且六分器的內部空間剖面看是上大下小的錐形構造，顯然也能夠利於壓力的快速傳遞。
噴射口d由內噴嘴、外噴嘴、吸氣管、環形連接板組成。內噴嘴與外噴嘴的錐狀縮口段及錐管體的錐角均為28°，這個角度的流體能量損失最低。有壓礦漿從內噴嘴的錐狀縮口段噴射而出，並在外噴嘴的管腔內實現氣、液、藥三相混合，最終噴射出去。吸氣管與外界藥源和/或藥源相連，其工作介質可以是霧化藥劑與空氣的混合氣體，也可是單純的空氣。此處假設吸氣管單純為空氣吸取時，內噴嘴中的礦漿即為混合了藥劑的礦漿。假設吸氣管吸入的是藥劑與空氣的混合氣體時，則內噴嘴中為沒有添加藥劑的礦漿。由於吸氣管位於環形連接板上，當外噴嘴與內噴嘴通過環形連接板組合在一起時，即可通過吸氣管吸入上述氣體。
實際操作時，外噴嘴的直徑要比內噴嘴直徑大得多，從而保證足夠的吸氣量，使得噴射口d的吸氣能力充分發揮。此時，礦漿與藥劑、空氣在噴射口d的混合區也即外噴嘴的管腔內實現的劇烈的混合，高速的射流礦漿也將空氣流與藥劑流拉伸成長條狀，增加了煤粒、藥劑、空氣的接觸面積，從而提高混合區內的一次礦化程度。
3、高壓噴射組件
如圖1-4所示的，高壓噴射組件，實際上主要由高壓腔室、上驅動輪22、調漿隔柵23及下攪拌輪26組成。其中：
高壓腔室內鉛垂向的迴轉配合有轉軸21。上驅動輪22固定在轉軸21上，上驅動輪22為動力渦輪結構，以便於承受及對由噴射口d處噴射而出的射流礦漿的動能產生動作響應。在定位噴射口d處礦漿出料路徑與上驅動輪22的槳葉相對位置時，應當注意：一方面，噴射口d的礦漿出料的落點應當相對的靠近槳葉的遠端處，而不應當位於槳葉的靠近上驅動輪軸線的近端，以提升上驅動輪22的動作響應性及靈敏度。另一方面，噴射口d的礦漿出料的落點應當位於槳葉的橫向中心線處，從而可以為槳葉的旋轉提供足夠大的衝擊扭矩。槳葉的渦卷翹曲弧度，則基於礦漿從外噴嘴的出口噴射而出後形成的擴散水流束上的每一條流線作用於槳葉上的接觸點，並與該接觸點的切線相互垂直的設計原則，使得礦漿的衝擊力充分被利用。
礦漿衝擊到上驅動輪22的槳葉後，一部分能量使得槳葉旋轉；另外的能量使得礦漿再次的分散，將聚團的礦漿顆粒衝散，增加礦漿與藥劑的接觸面積，高速旋轉的弧形葉輪又將空氣流再次切割分散成為微泡，二次提高礦化效果。由於上驅動輪22位於上錐形筒25b中，上錐形筒25b的上部為密封設置，礦漿在內部擠壓，礦漿中富含大量的空氣，高速旋轉的葉輪會將礦漿向下錐形筒25c方向驅動。當礦漿進入下錐形筒25c時，調節格柵開始發揮作用。
調漿隔柵23的具體構造可參照圖1及圖4所示，其由內套筒23a、隔柵板23c及外套筒23b共同組成。內套筒23a與多層的外套筒23b共同形成同心環結構，而隔柵板23c則沿內套筒23a的徑向連接各內套筒23a及外套筒23b。當上述連接結構最終形成圖4所示構造時，此時每相鄰的外套筒23b與相鄰的隔柵板23c之間，以及相鄰的外套筒23b與內套筒23a及隔柵板23c之間會呈現出上部開口大而下部開口小的方格錐鬥狀的射流通道。每一個射流通道可以看成是獨立工作的單元調漿區。由於調漿隔柵23布置在上驅動輪22的正下方，位於下錐形筒25c內部，當上錐形筒25b內的高壓礦漿流入到下錐形筒25c內時，通過調漿隔柵23的切割分流，從而在每一個單元調漿區內形成小範圍的礦漿流。高壓腔室獨特的蓄能結構搭配單元調漿區的特殊構造，使得上部源源不斷地礦漿從單元調漿區的下部出口噴射而出，最終達到多次紊流礦漿的作用。
而如圖1及圖5所示的，在轉軸21的下部軸端還設置了下攪拌輪26。下攪拌輪26可看作是類似「米」字狀的葉輪，由中間套筒26a以及音叉狀或者說是「凹」字板狀的攪拌葉26b組成。攪拌葉26b的獨特的「凹」字構造，能夠實現對礦漿的雙重攪拌作用，增加礦漿與藥劑空氣接觸效率。
在上述結構的基礎上，法蘭蓋25a、上錐形筒25b、下錐形筒25c及出料筒24之間用法蘭相互連接。而為了轉軸21的穩定性，在法蘭蓋25a上以及下錐形筒25c與出料筒24之間處則相應設置上軸承30及下軸承40，從而實現轉軸21的簡支梁狀的迴轉式軸承裝配目的。
為便於理解，此處結合圖1，對本發明的具體工作原理及流程描述如下：
初始操作時，濃度均勻的浮選入料由泵從主礦漿管道e送入到分流組件的六分器中。由於錐形分壓器d的作用，該浮選入料被均勻切割且幾乎無壓力損失的快速分流入如圖1所示的六道分流管b中，並最終進入分流管b末端的噴射口d。有壓礦漿進入噴射口d內時，會在外噴嘴的管腔內形成負壓，伴隨從吸氣管中吸入的大量空氣，空氣混合著藥劑、礦漿從外噴嘴的出口噴射而出，實現分流組件的一次混合功能。
當礦漿、藥劑、空氣的混合礦漿從噴射口d中噴射而出時，首先該混合礦漿會衝擊到上驅動部件的槳葉，從而帶動轉軸21高速旋轉。固定在轉軸21下部的下攪拌輪26開始旋轉，從而以混合礦漿作為動力轉而攪動位於浮選槽10內的礦漿。在礦漿衝擊槳葉時，槳葉也會反過來通過旋轉作用而將空氣流切割成微泡，從而分散礦漿與藥劑。鑑於高壓腔室的密封結構，因此會在外部氣壓的不斷注入下在內部形成高壓環境，這使得礦漿中會富含大量的空氣，並為後續的礦漿的紊流噴射作好鋪墊。
由於高壓腔室內的高壓環境，導致礦漿經過調漿隔柵23時會再次高壓射出到出料筒24中。調漿隔柵23的每一個單元調漿區的下埠就像一個個噴嘴一樣，會不斷的將礦漿與藥劑、空氣擠壓混合，經過出料筒24的穩壓與擴散段的釋壓後，礦漿中富含的大量微泡析出，瀰漫整個浮選槽10，為煤泥的浮選提供足夠載體。之後，經由出料筒24釋壓噴射而出的礦漿會再次經過下攪拌輪26攪拌。下攪拌輪26的音叉狀或者說是「凹」字板狀的攪拌葉能夠有效切割浮選槽內的礦漿，增加礦漿、藥劑、空氣的礦化效果，提高礦化效率。之後，如圖1所示的，礦化氣泡上浮至浮選機的槽體的上部，隨之被刮泡結構刮出，最終完成整個浮選流程。
綜上，本發明集礦漿混合和浮選功能於一體，且整個機構工作的能量主要來自礦漿輸送泵，浮選作業比傳統的浮選工藝和設備更加節能，維修量更低。本發明可在高效而可控的實現礦漿的高效浮選需求的同時，還能減少選煤廠前期的設備投入，從而有效降低選煤廠的實際生產成本。實踐表明，本發明的浮選方式具備浮選效果更佳、氣泡礦化更容易、浮選槽無浮選「死區」及泡沫層更加穩定的優點，工作效率和浮選效果均可得到有效保證，顯然可有效滿足當前選煤廠的實際需求。