一种细粒物料浮选用电解微泡发生器的制作方法

本发明涉及的是一种细粒分选设备，具体地说，是一种用于选矿和选煤的浮选用微泡发生器。

背景技术：

浮选是一种在选矿及选煤领域应用广泛的分选工艺，其分选机理主要是利用矿石不同组分之间亲疏水性、密度以及浮选药剂作用效果的差异，来达到分离精尾矿石的目的。在浮选过程中，气泡是上浮矿物的主要载体。被浮矿物与气泡接触形成矿化气泡上浮至泡沫层后被刮泡机构刮出完成浮选。通常情况下，浮选工艺所处理的主要是粒度在0.5mm左右的细粒物料。然而目前，随着采掘机械化程度的不断增高，以及选矿工艺中磨矿手段的改进，选矿及选煤的浮选工艺中所需处理的细粒物料粒度更细，数量更多。而在浮选过程中，充气机构所产生的气泡尺寸对浮选的最终效果有着极其重要的作用。在使用起泡剂提高气泡稳定性后，较大尺寸的气泡可以拥有更大的负载能力，可以携带的物料尺寸范围也更大。但同细粒物料相比，粗粒物料的解离程度相对较低，在浮选过程中极易将脉石矿物（或矸石）带出进入浮选精矿，这对改善精矿产品质量会造成不利影响；同时，气泡尺寸较大时，其在矿浆中的分散密度也会降低，气泡表面真正用于携带目标矿物的面积占气泡总表面积的比率也会下降，不利于对气泡进行有效利用。研究表明，当浮选气泡尺寸主要分布在0.20～0.40mm范围内时，浮选效果较好；而引入一定量0.03mm左右的微微泡可对大尺寸气泡的矿化过程起到辅助作用，有利于进一步提高精矿产率，改善浮选效果。

在现有浮选工艺中，主要采用的是机械搅拌式的充气方法，即空气通过自吸入或风机压入的方式进入浮选机的浮选槽后，通过位于浮选槽底部的机械搅拌叶轮高速转动时产生的剪切力对矿浆中的气团进行切割产生气泡。通过这种方式产生的气泡尺寸较大，一般为2～3mm左右，并且产生的气泡数量和尺寸不稳定，难以对浮选过程中细粒的目标物料进行有效甄别，容易夹带脉石矿物，降低精矿品位。在这种情况下，浮选工艺对物料的处理范围一般为0.04～0.5mm，对粒度在0.04mm以下的物料就难以进行有效分选了。同时，机械搅拌机构的加工较为复杂，在高速旋转过程中的气蚀现象较为严重，叶轮的维护及更换成本较高。此外，近年来出现的一些浮选柱用气泡发生器虽然在气泡尺寸方面有所改进，气泡尺寸也可以减小至0.04～0.05mm，但这些气泡发生器均需要外接压风机及控制系统，并需布置微孔材料或填充玻璃珠等介质床层，设备的整体占地面积大，成本高昂，并且容易造成微孔堵塞，影响正常生产。

目前在微泡发生器的研究方面，电解微泡发生法拥有较好的发展前景。电解条件下产生的气泡尺寸较小，其中正极产生的氧气泡直径在0.045～0.060mm左右，负极产生的氢气泡直径在0.015～0.030mm左右，并且当电源的输出电流及电解质种类、浓度等条件恒定时，该尺寸范围下的电解气泡可持续稳定产生，并不受矿浆密度等性质的影响；并且这些气泡的分散浓度较高，微细组分较为均匀，有利于产生高浓度的气泡群；另一方面，电解产生的气泡拥有更好的表面活性，同时无机电解质的使用也会对矿物表面的水化层造成影响，使其失去稳定性变薄后破裂，从而改善被浮矿物的疏水性，并提高矿物和气泡间的碰撞与粘附概率，改善浮选效果。

此外，电解处理还会对矿物的表面性质造成影响，如煤系黄铁矿在经电解处理后，表面的氧化程度降低，亲水性增强，可浮性下降，从而达到了通过浮选手段脱除煤中无机硫的效果。因此，在矿物浮选工艺中引入适当的电解手段是很有发展前景的。

目前应用电解气泡进行工业生产的主要是污水处理领域。实践表明，电解产生的氢氧气泡具有良好的负载能力；同时，这些气泡本身具有较好的化学反应活性，对水中的污染物还能起到较好的氧化还原作用，对污水处理过程中的金属离子等污染物具有良好的清除作用，对小颗粒悬浮物也起到了有效的絮凝沉降效果，同时还具有一定的杀菌消毒作用，应用前景广泛。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服已有气泡发生装置的不足，并提供结构简单，使用及维护方便，占地面积小，并且有效改善细粒矿物浮选效果的一种细粒物料浮选用电解微泡发生器。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种细粒物料浮选用电解微泡发生器，包括圆柱圆锥型管状结构、喷嘴、进气孔、混合腔、喉管和射流管；其特征在于：在所述圆柱圆锥型管状结构的圆柱端是细粒物料输入口B、圆锥端是由所述喷嘴连通有带有所述进气孔的所述混合腔，通过所述喉管连通有所述射流管；在所述电解微泡发生器的外周套设有绝缘套管；

所述圆柱圆锥型管状结构是由两组法兰连接构成一三段式圆柱圆锥型管体结构，在三段式圆柱型管体结构中的两段内壁分别设置有正电极板连接有正电接线柱与负电极板连接有负电接线柱；

所述喷嘴是连通于所述圆柱圆锥型管状结构的圆锥型管状结构端头，其孔径是3～8mm；

所述进气孔是与所述喷嘴平行设置于所述圆柱圆锥型管状结构上；并连通所述混合腔；

所述混合腔是一圆柱圆锥型空腔，其圆柱段直径大于所述圆柱圆锥型管状结构的圆柱型管体结构的内腔直径；

所述喉管是其直径是介于所述喷嘴的孔径和所述射流管的最大孔径之间；

所述射流管是一锥形管结构，其锥角为5～10度。

基于上述技术方案，下面是本发明的附加技术方案。

其中的正电极板和负电极板的厚度是0.5～2.0mm的铅板，有效面积是48cm²，二者之间的距离是4～10cm，通过热压成型或焊接固定于三段式圆柱型管体结构中的两段内壁；其中的正电极板和负电极板的正电接线柱与负电极板是铜棒，铜棒位于接缝处以密封胶密封。

其中的正电极板和负电极板是一组或一组以上的对极板，采用并联或串联连接电源。

其中的射流管是一放射状锥形管结构，锥角为5～10度。

其中的细粒物料是选矿细粒物料或是选煤细粒物料。

其中的电解微泡发生器的管壁厚是大于5mm。

其中的电解微泡发生器的电解质是硫酸钠，浓度是1.33-2.67g/L。

其中的一种电解微泡发生器用于细粒物料浮选的方法是按下列步骤进行的：

首先，将固体颗粒直径小于0.074mm的细粒物料与水混合成浓度为4%-15%的矿浆；

其次，向上述矿浆中加入浓度为1.33-2.67g/L 的Na₂SO₄作为电解质，并以大于1.04m/s的矿浆流速通过B口端稳定给入，同时接通直流电源，其电流为1.25A；

然后，矿浆经过含有正负电极的法兰Ⅰ后由喷嘴高速射出，并在周围形成负压，此时外界空气由进气孔吸入，并在混合腔与矿浆混合；

在发泡器给入矿浆后，正电极板和负电极板通过正电极接线柱和负电极接线柱与直流电源通电，产生直径为0.015～0.060mm的电解气泡；此时电解气泡与矿浆以及由管外吸入的空气共同在混合腔进行充分混合；混合后的物料经过喉管进入射流管扩散开来，此时由管外吸入的空气被进一步粉碎成较小的气泡，最终由射流管口喷出形成气泡。

其中：当所需气泡直径≤0.2mm时，关闭正电极和负电极电源；当所需气泡直径＜0.045mm的气泡含量在25%-30%时，接通正负极电源；当所需气泡直径＜0.045mm的气泡含量在30%-60%时，在微泡发生器B端串联多组正负电极绝缘管同时进行电解；当所需气泡直径均＜0.045mm时，在进气孔设置有空气阀门，并处于关闭状态。

实施上述本发明所提供的一种细粒物料浮选用电解微泡发生器的技术方案，与现有电解微泡发生器相比，其优点与积极效果如下。

本电解微泡发生器结构将电解气泡生成结构和自吸气式气泡生成结构集于一体，为浮选过程提供均匀稳定的微细气泡。其中，由外界吸入的空气在气压与煤浆或矿浆剪切作用力的共同作用下，产生的气泡尺寸稳定在0.1～0.3mm左右；电解产生的气泡主要是氢气泡和氧气泡，其中，正极板附近产生的氧气泡尺寸为0.045～0.060mm左右，负极板附近产生的氢气泡尺寸为0.015～0.030mm左右。这些气泡的尺寸均小于目前机械搅拌法产生的气泡尺寸，同时，在稳定的供电及煤浆或矿浆给入压力条件下，该尺寸范围内的气泡可持续稳定产生，这非常有利于对细粒物进行持续有效浮选，改善浮选效果。

本电解微泡发生器产生的电解气泡具有更好的表面活性，同时，无机电解质的使用会对矿物颗粒表面的水化层造成影响，如Na₂SO₄的使用会使煤颗粒表面的水化层失去稳定性变薄后破裂，这会有效改善煤颗粒表面的疏水性并增加气泡与微粒的碰撞和粘附概率。因此与传统充气结构相比，本发泡器的使用可在改善浮选效果的同时，有效降低浮选药剂的使用量。

本电解微泡发生器中装有正负电极的绝缘套，可根据实际生产需要进行拆卸和组装，并且可以单独更换或串联多组电极，满足用户的不同需求。

本电解微泡发生器结构简单，造价低廉，本身无运动部件，维护简便，同时无需额外提供和控制风压，极大地缩小了设备布置的占地面积，降低了生产成本。

本电解微泡发生器出料端的射流管为一出口呈放射状的锥形管。与空气混合后的矿浆进入该射流管后，可进一步将尺寸较大的气泡进行粉碎，同时可将出料口处的矿浆压力还原为入料压力，避免了因矿浆压力改变而对浮选过程造成不良影响。

附图说明

图1是本发明电解微泡发生器的结构示意图。

图2是本发明图1电解微泡发生器的A-A剖面示意图。

图中：1：法兰Ⅰ；2：正电极板；3：正电极接线柱；4：法兰Ⅱ；5：负电极板；6：负电极接线柱；7：法兰Ⅲ；8：进气孔；9：喷嘴；10：混合腔；11：喉管；12：射流管。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式作出进一步的说明。

实施本发明所提供的一种细粒物料浮选用电解微泡发生器的技术方案，主要目的克服现有气泡发生装置存在着上述背景技术中所述的缺陷，并提供一种结构简单，使用及维护方便，占地面积小，并且有效改善细粒矿物浮选效果的细粒物料浮选用电解微泡发生器。

一种细粒物料浮选用电解微泡发生器，主要包含有圆柱圆锥型管状结构4、喷嘴9、进气孔8、混合腔10、喉管11和射流管12；其构成是采用机械手段进行加工建造而成，其中，在圆柱圆锥型管状结构4的圆柱端开设细粒物料输入口B，在圆柱圆锥型管状结构4的圆锥端设置有喷嘴9连通带有进气孔8的混合腔10，并通过喉管11连通有射流管12；在电解微泡发生器的外周套设有绝缘套管1实现绝缘。

在制作电解微泡发生器时，其整体的管壁厚度是大于和等于5mm；适应的细粒物料是选矿细粒物料或是选煤细粒物料。

在制作圆柱圆锥型管状结构4时，采用由两组法兰7连接构成一种三段式圆柱圆锥型管体结构，在三段式圆柱型管体结构中的两段筒状结构的内壁面分别设置有正电极板2连接有正电接线柱3与负电极板5连接有负电接线柱6。其中，正电极板2和负电极板5的厚度是0.5～2.0mm的铅板，有效面积是48cm²，二者之间的距离是4～10cm，通过热压成型或焊接固定于三段式圆柱型管体结构中的两段内壁；正电极板2和负电极板5的正电接线柱3与负电极板5是铜棒，铜棒位于接缝处以密封胶密封。所述正电极板2和负电极板5也可以设置为一组或一组以上的对极板，采用并联或串联连接电源均可。

实施喷嘴9是将机械手段电加工成的喷嘴9，由喷口连通于圆柱圆锥型管状结构4的圆锥型管状结构端头，并将细颗粒物喷入混合腔10，其喷嘴9的孔径是3～8mm。

实施进气孔8是采用机械手段加工成与喷嘴9平行设置于圆柱圆锥型管状结构4上，并连通混合腔10。

实施混合腔10是采用机械手段加工成一圆柱圆锥型空腔，其圆柱段直径大于圆柱圆锥型管状结构4的圆柱型管体结构的内腔直径。

实施喉管11是其直径是介于所述喷嘴9的孔径和所述射流管12的最大孔径之间；

实施射流管12是一放射状锥形管结构，其锥角为5～10度。

在上述电解微泡发生器发泡时，须提前向矿浆中或者是煤浆中加入Na₂SO₄作为电解质，Na₂SO₄的浓度控制在1.33-2.67g/L范围内；浆料准备完毕后由B端给入，给入的矿浆流速需大于1.04m/s。矿浆的给入情况稳定后接通直流电源进行供电，供电的最佳电流为1.25A，最佳电压为15～25V；经过含有正负电极的绝缘套管后由喷嘴9处高速射出，并在周围形成负压，此时外界空气由进气孔8吸入，并在混合腔10处与矿浆混合；在发泡器给入矿浆后，正负电极2和负电极5通过正负电极接线柱3和负电极接线柱6与直流电源通电，产生直径在0.015～0.060mm的电解气泡，该类电解气泡与矿浆以及由管外吸入的空气共同在混合腔10处进行充分混合；混合后的物料经过喉管11进入射流管12扩散开来，此时由管外吸入的空气被进一步粉碎成较小的气泡，最终由射流管口喷出。

下面结合附图对本发明进行进一步说明。

如附图1所示，本发明主要由正负电极绝缘套管段和射流段组成。使用该发泡器时需同时使用Na₂SO₄作为电解质、仲辛醇作为起泡剂以及煤油作为捕收剂。在矿浆准备阶段，向矿浆中加入适量的Na₂SO₄、起泡剂和捕收剂混合均匀，使Na₂SO₄的浓度控制在1.33-2.67g/L范围内，起泡剂浓度为150g/t，捕收剂浓度控制在800g/t。将混合后的矿浆由B端给入，同时将发泡器与直流电源接通，电源的输出电流为2.0A。矿浆在流经发泡器的过程中与电解作用产生的微泡及由外界吸入的空气泡混合，最终由射流管12喷出完成矿浆充气过程；

在发泡器入料端通过法兰4、7与两段绝缘套管连接，两段绝缘套管中分别布置有铅质正电极板2和铅质负电极板5，并通过接线柱3、6与直流电源相连，从而产生电解微泡并与矿浆混合后由喷嘴9射出；

矿浆由喷嘴9高速射出时，在周围产生局部负压，同时吸入外界空气，并在混合腔10处与矿浆充分混合，同时借助矿浆的剪切力将空气破碎成微细气泡；

矿浆与微泡在混合腔混合后，共同由喉管11进入射流管12。在射流管中，较大尺寸的气泡被进一步扩散剪切成微细气泡，同时将矿浆喷射压力降低到充气前的入料压力，从而最终完成矿浆充气过程。

为检测本微泡发生器的充气效果，在微泡发生器的射流管一端连接一圆柱形容器，容器高1.5m，直径0.7m。在完成充气过程后，采用量筒法对圆柱形容器中的气泡群进行收集，收集时间2min，在同一深度的相同位置重复操作三次；选取三处不同的深度重复上述操作。采用激光散射粒度仪对每次收集到的气泡群进行粒度分析。结果表明，在本发泡器的最佳使用条件下，粒径在0.20mm以下的小气泡占气泡总量的百分比可稳定在85%以上。其中0.045mm以下的微泡数量稳定在25%～30%。这些数据均表明，本微泡发生器具有优异的微泡供给效果。

在实际应用中，本微泡发生器优先考虑应用于浮选柱上，所用浮选柱直径不宜大于3m。布置时，保证微泡发生器的轴线与浮选柱轴线垂直，微泡发生器轴线位于浮选柱底部1/3高度处，并将微泡发生器射流管12插入浮选柱壁5cm。微泡发生器在浮选柱外呈环形布置，可根据浮选柱直径大小均匀布置8-24具微泡发生器，并在生产过程中根据入料浓度和流量调整微泡发生器的开启数量。

本微泡发生器B端装有正负电极的绝缘套管可根据具体生产状况，即所需微泡数量百分比的差异进行拆卸或组装。当入料粒度较大，可浮性较好时，可选择在不通电，即仅通过自吸入空气的方式进行充气；当入料泥化较为严重，细粒物料比重大时，在矿浆预处理器中加入一定质量的Na₂SO₄，并将浓度控制在1.33-2.67g/L范围内。当所需微泡百分含量较大时，可在微泡发生器B端串联多组装有正负电极的绝缘套管，在保证充气量总量足够的前提下，也可将A进气口处用阀门封闭，则此时微泡发泡器供给的全部为电解微泡。