權利要求

1.空化與起泡一體化尾礦浮選裝置，其特征是：包括定子、轉子、轉軸、超聲波換能器和起泡劑注入裝置，定子為密封筒體，定子內壁上安裝有超聲換能器，定子的一側設置精礦排料口和尾礦排料口，另一側設置有進料口，定子的進料口一側與起泡劑注入裝置連接，轉軸安裝在定子中，轉子處于定子中并安裝在轉軸上，轉子上分布有葉片，葉片內帶有空芯，葉片上在空芯的相對兩側分布有空化通孔。

2.根據(jù)權利要求1所述的空化與起泡一體化尾礦浮選裝置，其特征是：所述起泡劑注入裝置包括依次連接的起泡劑注入管、起泡劑泵和起泡劑儲倉，起泡劑注入管與定子連接，向定子中輸送的起泡劑為0.3～0.5kg/h。

3.根據(jù)權利要求1所述的空化與起泡一體化尾礦浮選裝置，其特征是：所述定子的內徑為300～600mm，定子的寬度為200～500mm，壁厚為15～30mm；所述葉片長50～200mm，寬度為30～60mm，厚度為10～30mm。

4.根據(jù)權利要求1所述的空化與起泡一體化尾礦浮選裝置，其特征是：所述超聲波換能器等間距地沿軸向與周向嵌入于定子內壁，每圈2～8個，共2～6圈。

5.根據(jù)權利要求1所述的空化與起泡一體化尾礦浮選裝置，其特征是：所述進料口的進料流量為3～8m3/h。

6.根據(jù)權利要求1所述的空化與起泡一體化尾礦浮選裝置，其特征是：所述轉軸的轉速為4000～4500r/min。

7.根據(jù)權利要求1所述的空化與起泡一體化尾礦浮選裝置，其特征是：所述轉子在轉軸上等距分布，共有2～6個；所述葉片在轉子上等間隔沿周向分布4～10個。

8.根據(jù)權利要求1所述的空化與起泡一體化尾礦浮選裝置，其特征是：所述空化孔的軸線與轉子的轉動切線方向一致。

9.根據(jù)權利要求1所述的空化與起泡一體化尾礦浮選裝置，其特征是：所述空化通孔為文丘里結構，兩端分別為出口和入口，中部為喉部，出口和入口內徑為1～6mm，喉部內徑為0.4～1mm；收縮角為35～50°，擴張角為8～15°。

10.根據(jù)權利要求1所述的空化與起泡一體化尾礦浮選裝置，其特征是：所述空化通孔在葉片上呈4～10排，3～10列的矩形陣列排布，所述空化通孔內壁的表面粗糙度Ra小于1.6mm。

說明書

技術領域

本發(fā)明涉及用于尾礦浮選的裝置，該裝置耦合水力空化、超聲空化與起泡浮選技術，屬于尾礦回收技術領域。

背景技術

尾礦中仍含有一些有價成分可被利用，一般是通過浮選工藝將尾礦中的有價成分挑出。浮選的基本原理是利用晶體表面的晶格缺陷，將其向外的疏水端部分插入氣泡內，浮選過程中氣泡把指定的礦粉帶走，達到選礦的目的。尾礦浮選時，由于氣泡收集不充分，以及氧化產(chǎn)物和煤泥對顆粒表面的鈍化作用，使得部分細小的礦物顆粒被劃分到浮選廢礦中。

空化現(xiàn)象是指當壓力降至低于飽和蒸汽壓時，溶解在流體中的氣體會釋放出來，同時流體汽化而產(chǎn)生大量氣泡。針對如何提高尾礦中微細粒的浮選回收率的問題，國內外研究機構做了大量工作，研究者發(fā)現(xiàn)納米氣泡有助于尾礦中微細粒礦物的浮選，并發(fā)現(xiàn)空化作用形成的納米氣泡對尾礦的浮選回收率有顯著提高作用。

起泡劑是指能降低水的表面張力形成泡沫，使充氣浮選礦漿中的空氣泡能附著于選擇性上浮的礦物顆粒上的一類表面活性劑。起泡劑大多數(shù)是由極性基和非極性基組成的異極性分子表面活性物質，即分子一端是極性基，另一端是非極性基。

涉及水力空化技術在浮選中的應用的文獻，如CN110586340A公開的一種基于孔板水力空化成泡的粗顆粒礦物水力浮選設備及浮選方法，該設備包括浮選柱體和多孔板水力空化器，通過將多孔板水力空化器與浮選柱體結合使用，多孔板水力空化器在浮選柱體內產(chǎn)生均勻微小氣泡，同時在浮選柱體內形成上升水流，形成基于重力分選和浮力分選耦合進行的分選過程。但裝置僅提供多孔板式水力空化器，水力空化效果較差。且未耦合其他工藝，無法達到大體量、高精度的尾礦浮選要求。

除此之外，CN207468248U公開的《一種剪切式空化裝置》，WO2012077889A1公開的《FLUID HEATER》，CN104613661A公開的《一種動力旋轉加熱器》雖然提出了旋轉式的空化器，但均屬于單純的空化發(fā)生裝置，不具備尾礦浮選功能，也未耦合其他物理、化學強化方法。

發(fā)明內容

本發(fā)明針對現(xiàn)有尾礦浮選技術存在的不足，提出一種浮選效率高，效果好的空化與起泡一體化尾礦浮選裝置。

本發(fā)明的空化與起泡一體化尾礦浮選裝置，采用以下技術方案：

該裝置，包括定子、轉子、轉軸、超聲波換能器和起泡劑注入裝置，定子為密封筒體，定子內壁上安裝有超聲換能器，定子的一側設置精礦排料口和尾礦排料口，另一側設置有進料口，定子的進料口一側與起泡劑注入裝置連接，轉軸安裝在定子中，轉子處于定子中并安裝在轉軸上，轉子上分布有葉片，葉片內帶有空芯，葉片上在空芯的相對兩側分布有空化通孔。

所述起泡劑注入裝置包括依次連接的起泡劑注入管、起泡劑泵和起泡劑儲倉，起泡劑注入管與定子連接，向定子中輸送的起泡劑為0.3～0.5kg/h。由于空泡潰滅持續(xù)產(chǎn)熱，定子內部反應溫度為50～65℃。

所述定子的內徑為300～600mm，定子的寬度為200～500mm，壁厚度為15～30mm。

所述超聲波換能器等間距地沿軸向與周向嵌入于定子內壁，每圈2～8個，共2～6圈。

所述超聲波換能器與超聲波發(fā)生器連接，超聲波發(fā)生器的頻率為40～75kHz，單機功率為2000～3500W。

所述進料口和精礦排料口對角設置，以防止產(chǎn)生短流現(xiàn)象。

所述進料口的進料流量為3～8m3/h。

所述轉軸的轉速為4000～4500r/min。

所述轉子在轉軸上等距分布，共有2～6個。

所述葉片在轉子13上等間隔沿周向分布4～10個。

所述葉片長50～200mm，寬度為30～60mm，厚度為10～30mm。

所述空化通孔的軸線與轉子的轉動切線方向一致，而不是與轉子的軸向一致。

所述空化通孔為文丘里結構，兩端分別為出口和入口，中部為喉部，出口和入口內徑為1～6mm，喉部內徑為0.4～1mm；收縮角為35～50°，擴張角為8～15°。

所述空化通孔在葉片上呈4～10排，3～10列的矩形陣列排布。所述空化通孔內壁的表面粗糙度Ra小于1.6mm。

為保證空化現(xiàn)象的形成并高效地完成尾礦浮選工藝，上述結構與工藝參數(shù)均由實際尾礦浮選生產(chǎn)實驗所得。

本發(fā)明所述裝置采用旋轉空化技術，創(chuàng)新地通過轉軸高速旋轉帶動轉子，使轉子上的文丘里形空化通孔高效生成空化氣泡，當飽和液體通過收縮部時，其瞬時壓力低于其蒸汽壓，在速度增加的同時，會形成大量納米氣泡，對尾礦中所需礦物進行浮選。當漿料進入反應器中，由于轉子的旋轉作用，會發(fā)生重復且強烈的顆粒間相互作用，同時空化氣泡對礦物顆粒表面進行高效清洗，增加細粒礦物的釋放量。此外，還耦合超聲空化與起泡劑工藝，通過轉子攪拌的湍流效果與空化現(xiàn)象產(chǎn)生的極端條件，促進空化氣泡的生成，并增強所產(chǎn)生氣泡的捕捉性，進而改善漿料中泡沫的破碎、重組與上浮效果。相對于現(xiàn)有裝置，本發(fā)明優(yōu)越性更強，更大的氣體流量和微氣泡形成的綜合效應轉化為顯著增加的氣泡通量，旋轉式空化器賦予進料顯著更高的剪切力和能量耗散率，能產(chǎn)生較為優(yōu)越的空化效益，大大優(yōu)化尾礦浮選效果，實現(xiàn)效率的大幅度提升。

利用本發(fā)明裝置進行的過程如下所述：

將尾礦漿料經(jīng)過進料口輸送至定子中，通過起泡劑注入裝置向漿料中注入起泡劑，再利用水力和超聲空化處理漿料，產(chǎn)生納米空化氣泡，對尾礦進行浮選，經(jīng)過氣泡浮選的尾礦漿料從精礦排料口流出，剩余漿料通過尾礦排料口排出。

本發(fā)明具有以下特點：

1.本發(fā)明所述裝置結合水力空化、超聲空化與起泡浮選工藝協(xié)同進行尾礦浮選，遠遠比單獨使用水力空化、超聲空化或起泡浮選工藝的方法效率高(可提高2～3倍以上)，具有高效性，且此方法的處理量大，可連續(xù)作業(yè)；

2.本發(fā)明所述裝置轉子內空化通孔為文丘里形結構，葉片兩端的文丘里形空化通孔兩兩對正，以在不改變葉片數(shù)量的前提下實現(xiàn)兩次連續(xù)空化過程，使空化效果倍增，空化效率遠高于傳統(tǒng)裝置；

3.葉片的空芯為空化過程提供高流速低壓強的發(fā)生面，增強擾流效應，提升空化效果；

4.本發(fā)明所述裝置轉子空化通孔內壁的表面粗糙度Ra小于1.6mm，有利于強化空化初生效應，進而提高空化效率(較未精加工的空化通孔，空化效率可提高20％)；

5.本發(fā)明所述裝置采用多轉子對稱分布，每個轉子葉片開設陣列文丘里形孔，并在定子內壁設置加超聲波換能器與起泡劑注入管，較傳統(tǒng)空化器極大地提高了水力空化的處理效率；

6.本發(fā)明所述裝置中的超聲波換能器可以根據(jù)容器的不同做成任意形狀，且設備采用內置式，產(chǎn)生的噪聲小，能量衰減小；

7.本發(fā)明所述裝置可放大性強，可根據(jù)處理需求改變定子與轉盤式空化發(fā)生器尺寸，更換大功率動力裝置即可滿足更大硫化物廢水處理量的需求；

8.本發(fā)明所述裝置耦合了水力空化、超聲空化與起泡浮選工藝，一體化設備大大簡化了整個工藝流程；

9.本發(fā)明所述裝置運轉過程中，內表面周期性被空化清洗，故具有自清潔功能；

10.本發(fā)明所述裝置結構簡單、適應性強，、操作方便、安全可靠且便于維修；

11.本發(fā)明所述裝置使用的起泡劑不局限于XP20離子型起泡劑，使用其他類型的離子型起泡劑也預計擁有良好的處理效果；

12.本發(fā)明所述裝置的結構與工藝參數(shù)均由實際工藝處理實驗所得。

附圖說明

圖1本發(fā)明尾礦浮選裝置的結構示意圖。

圖2是本發(fā)明中定子和轉子的截面示意圖。

圖3是本發(fā)明中轉子的結構示意圖。

圖中：圖中：1.精礦排料口，2.密封蓋，3.密封端蓋，4.轉軸，5.角接觸球軸承，6.機械密封，7.尾礦排料口，8.定子端蓋，9.密封圈，10.定子，11.超聲波換能器，12.超聲波發(fā)生器，13.轉子，14.空化通孔，15.空芯，16.進料口，17.楔鍵，18.起泡劑注入管，19.起泡劑泵，20.起泡劑儲倉，21.葉片。

具體實施方式

本發(fā)明的尾礦浮選裝置耦合水力空化、超聲空化和起泡浮選，其結構如圖1和圖2所示，包括定子10、轉子13、轉軸4、超聲波換能器11和起泡劑注入裝置。起泡劑注入裝置包括依次連接的起泡劑注入管18、起泡劑泵19和起泡劑儲倉20，起泡劑注入管18與定子10連接。

定子10為密封筒體，兩端通過螺栓連接定子端蓋8，連接處有密封墊圈9，使得定子10內部形成密封的空腔。定子端蓋8的內部設有角接觸球軸承5，外部設有密封蓋2，密封蓋2上連接密封端蓋3，且連接處有密封圈9，形成密封結構。定子的內徑為300～600mm，定子的寬度為200～500mm，壁厚度為15～30mm。定子10內壁上安裝有超聲換能器11，各個超聲波換能器11均與超聲波發(fā)生器12連接。所述超聲波換能器11等間距地沿軸向與周向嵌入于定子內壁，每圈2～8個，共2～6圈。超聲波發(fā)生器12數(shù)量為1～4個，頻率為40～75kHz，單機功率為2000～3500W。耦合超聲波后，可使加快空化氣泡的產(chǎn)生，提高浮選效率。

定子10的左側端蓋下部設置精礦排料口1，右側端蓋上部設置有進料口16。進料口16和精礦排料口1對角設置，以防止產(chǎn)生短流現(xiàn)象。定子左側端蓋上部設置尾礦排料口7，用于剩余廢棄漿料排出。進料口16、尾礦排料口7與精礦排料口1分別與泵相連，用于控制流量。進料口16的流量為3～8m3/h。定子右側端蓋下部連接起泡劑注入管18，并通過起泡劑泵19與起泡劑儲倉20相連，將XP20離子型起泡劑(儲存在起泡劑儲倉20中)注入至定子10中，起泡劑受轉子13攪拌的湍流效果與空化現(xiàn)象產(chǎn)生的極端條件，促進空化氣泡的生成，并增強所產(chǎn)生氣泡的捕捉性。起泡劑添加量為0.3～0.5kg/h。由于空泡潰滅持續(xù)產(chǎn)熱，定子內部反應溫度為50～65℃。

轉軸4通過角接觸球軸承5安裝在定子10中，一端伸出定子10，伸出端依次連接聯(lián)軸器、增速器和電機，帶動轉子13在定子10內轉動。轉軸4與定子10的連接處設有機械密封6，機械密封6設置在定子端蓋8外側，并處在密封蓋2內部，以保證裝置的密封性。所述轉軸4的轉速為4000～4500r/min。轉子13處于定子10的空腔中，并通過楔鍵17固定安裝在轉軸4上。

轉子13沿轉軸軸向在轉軸上等距分布，共有2～6個。參見圖2和圖3，轉子13為多葉片葉輪結構，葉片21為帶有空芯15的中空梯形體結構，轉子13上等間隔沿周向分布有4～10個葉片，空芯15為空化過程提供高流速低壓強的發(fā)生面，增強擾流效應，增強空化效果。葉片長為50～200mm，寬度為30～60mm，厚度為10～30mm。葉片21上在空芯15的相對兩側分布有空化通孔14，空化通孔14的軸線與轉子13的轉動切線方向一致，而不是與轉子13的軸向一致?？栈?4為文丘里結構，兩端分別為出口和入口，中部為喉部，出口和入口內徑為1～6mm，喉部內徑為0.4～1mm；收縮角為35～50°，擴張角為8～15°?？栈?4在葉片上呈4～10排，3～10列的矩形陣列排布，有利于空泡的產(chǎn)生與潰滅?？招?5相對兩側的空化通孔14兩兩對正。轉子13高速旋轉時，流體從一側空化通孔的大端進入，流經(jīng)喉部產(chǎn)生空化現(xiàn)象，再由小端流出；之后流體便會進入另一側對正的空化通孔中，再次誘發(fā)空化現(xiàn)象。因此，該結構可在不改變葉片數(shù)量的前提下實現(xiàn)兩次連續(xù)空化過程，使空化效果倍增。所述空化通孔14內壁的表面粗糙度Ra小于1.6mm，有利于強化空化初生效應，進而提高空化效率。

以上所述結構是根據(jù)浮選工藝特點經(jīng)過實際工藝處理實驗得出，達到了處理的最佳匹配條件。

本發(fā)明上述裝置進行尾礦浮選的過程如下所述。

尾礦漿料由進料口16進入定子10中。轉軸4由電機帶動高速旋轉，轉子13隨轉軸4一起轉動，使得葉片上的空化通孔14高速剪切流體，使局部靜壓力低于飽和蒸汽壓，誘發(fā)水力空化現(xiàn)象。與此同時，外部的超聲波發(fā)聲器12把電轉換成高頻交流電信號，傳遞到嵌于定子10內壁上的超聲波換能器11，超聲波換能器11將電能轉化為聲能，產(chǎn)生高頻超聲波。超聲波作用于流體中，誘發(fā)超聲空化現(xiàn)象，從而大大增加水力空化生成的空泡數(shù)量，提高處理效率；此外，XP20離子型起泡劑從起泡劑注入管18進入定子，旋轉空化技術高速剪切流體產(chǎn)生的強湍流效應增強了起泡劑的起泡效果，提高了起泡速率，從而進一步促進尾礦浮選效果。處理過程中的所浮選出的精礦漿料由氣泡流引導經(jīng)左側定子端蓋上的精礦排料口1流出，處理完畢后，剩余廢棄漿料從尾礦排料口7排出。

以下給出具體實例：

通過對尾礦處理后的10kg尾礦漿料進行尾礦浮選工藝處理，在最優(yōu)工況下與該結構下(參數(shù)為：定子的內徑為400mm，定子的寬度為340mm，壁厚度為30mm；葉片長為130mm，寬度為60mm，厚度為30mm；文丘里形孔的出口和入口內徑為6mm，中央喉部內徑為0.7mm,收縮角為45°，擴張角為11°；葉片上的文丘里形孔呈5×4矩形陣列排布；超聲波換能器每圈4個，共6圈；超聲波發(fā)生器為2個，單機功率為2000W)，獲得如下結論：

在轉速4500rpm，流量為4m3/h，超聲波頻率為40kHz，起泡劑為XP20離子型起泡劑，反應溫度60℃的工況下：無輔助水力空化過程，經(jīng)過30分鐘浮選工藝，總回收率由現(xiàn)有浮選槽的49％提升至52％；單獨使用傳統(tǒng)超聲波(40kHz、2000W)和起泡浮選工藝(XP20離子型起泡劑、0.3kg/h)進行浮選，尾礦回收率分別為27.15％與30.39％；而耦合水力空化、超聲空化與起泡浮選工藝，可將總回收率提升至73％，可見該工藝流程對尾礦浮選過程高效且環(huán)保。