浮游选矿系统的制作方法

本发明涉及一种浮游选矿系统，属于选矿作业领域。

背景技术：

目前，选矿作业领域中经常采用浮游选矿系统，以煤炭行业为例，我国煤炭行业的煤炭洗选中浮选作业大多数采用的是XJM---S型浮选机，属自吸式机械搅拌浮选机的一种。该型浮选机主要由浮选槽、搅拌器及刮泡机构三部分组成，浮选槽为方体结构，水平截面为近似正方形。煤浆进入浮选槽后，捕收剂作用后的疏水煤粒吸附在搅拌器搅拌所形成的气泡上，形成矿化气泡，随气泡上浮到煤浆表面，形成泡沫层，亲水的矸石颗粒滞留在煤浆中，从而实现彼此分离。搅拌器有如下作用：一是使矿粒(煤粒和矸石)在浮选槽内处于悬浮状态，从而创造矿粒和气泡充分接触和碰撞的条件；二是形成负压，吸入空气，在煤浆中生成气泡；三是促进选矿药剂的溶解与分散。

煤浆在槽体内的运动形态是：1、在水平方向，煤浆从槽体一端的中间给入，经搅拌器吸入并甩出，经浮选分离后的尾煤浆则从另一端的中间排出，进入下一槽。2、在垂直方向，进入槽体的煤浆被搅拌器吸入后向四周水平甩出，碰到槽壁后由水平运动变为向上运动，到达煤浆表面，在槽内形成了一个煤浆紊流体，从而使矿粒在槽内处于一个悬浮状态。

矿化气泡在槽体内的运动形态是：矿化气泡在浮力和上升水流的联合作用下上升到煤浆表面，形成泡沫层，并均匀分布。靠近槽体两侧的泡沫则被泡沫刮板刮出，刮出泡沫后的区域则又被槽体内侧的泡沫自由流动至该区域予以补充。随刮板的不断转动，上述过程循环往复。

上述工艺存在以下不足：

1、矿化气泡在因搅拌器搅拌带来的上升水流和浮力的联合作用下向上运动，在接近上表面时仍保持了下部原有的上升速度和紊流强度，因此，煤浆表面出现翻花现象，致使泡沫之间挤压、碰撞剧烈，造成大量泡沫破灭，煤粒从矿化气泡上脱落，煤粒重新回到煤浆中，从而降低了浮选效率和分选效果；

2、上升到煤浆表面的矿化气泡，由于没有水平方向上的动力，因此会带来如下问题：

A、所形成的泡沫层在煤浆表面均匀分布，仅靠两侧泡沫被刮出后泡沫的密度不同而缓慢向两侧运动，时间一长，泡沫也会破灭，煤粒从矿化气泡上脱落，煤粒重新回到煤浆中，从而降低了浮选效率和分选效果；

B、必须靠机械动力排出槽外。

3、浮选槽水平截面为方形，由于搅拌器甩出的煤浆动力辐射范围为圆形，所形成的紊流体为圆柱体，因此，四个角处紊流强度较弱，该区域混合上浮力不足；

4、尾煤浆从槽体一端的中间排出，致使槽体两侧及另一端的尾煤浆要横向流动到该端中间，并存在如下问题：

A、流向与槽内向上流动的煤浆流向垂直，阻碍了携煤泡沫上浮运动；

B、路径长，延长了滞留在槽体内的时间、占据了槽体空间，从而改变了上浮携煤泡沫的运动轨迹，减少了槽体的有效分选空间，进而降低了浮选机的分选效果；

5、各浮选槽无区别等容量设置，技术上不合理。

目前，煤炭浮选工艺中的上述问题还没有得到很好的解决。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术中的不足，提供一种矿化气泡破灭率低、可自动溢出且尾煤浆排出轨迹合理的浮游选矿系统，使精、中煤分选效果好，精煤灰粉可控，产品质量稳定可靠。

本发明所述的浮游选矿系统，包括位于中间的一级浮选槽以及以一级浮选槽为中心左右对称布置的二级浮选槽；各级浮选槽的槽体包括上部腔体和下部腔体，下部腔体形状均为八棱柱形(为了方便描述，定义各浮选槽的下部腔体中，与相邻浮选槽正对的棱以及与上述棱垂直的棱为正棱，其他四个棱为斜棱，斜棱与正棱间隔排列)，上部腔体的水平截面面积大于下部腔体的水平截面面积；槽体内部均设有搅拌器，搅拌器的搅拌叶片位于槽体的下部腔体中，槽体上部的中间位置均设置V型泡沫导向板，对应V型泡沫导向板的两板体在槽体的前、后侧分别设置刮泡机构，槽体上均设有进气管、进浆口和排浆口，每个槽体上的进浆口位置低于其排浆口位置，一级浮选槽下部腔体的四个斜棱上各设有一个排浆口，二级浮选槽下部腔体上与一级浮选槽相对的两斜棱上设有进浆口，另外两斜棱上设有排浆口，一级浮选槽的排浆口通过排浆管连接对应侧的二级浮选槽的进浆口；各槽体上部的前、后两侧设有浮精槽，浮精槽的槽底倾斜。具体应用时，一级浮选槽的体积大于其两侧的二级浮选槽。

本发明所述的浮游选矿系统中：各级浮选槽中下部腔体采用八棱柱形，克服了传统方体结构造成的紊流体的紊流强度在四周分布不均匀而导致的在四角处出现的沉槽现象，使槽体下部腔体内的紊流体的紊流强度在四周分布更加均匀；上部腔体的水平截面面积大于下部腔体的水平截面面积，在下部腔体内搅拌器的作用下，煤浆中的疏水煤粒、矸石颗粒与捕收剂充分混合，捕收剂作用后的疏水煤粒吸附在气泡上上浮，矸石颗粒在搅拌作用下也会向上发生运动，当煤浆向上运动至上部腔体时，因横截面积的扩大，流体阻力加大，煤浆上升速度大大减缓，浆体由紊流体变为了层流体，搅拌器产生的搅拌力逐渐减小为0，主要靠搅拌作用向上运动的矸石颗粒的运动速度减慢，而矿化气泡则在原有浮力作用下继续上浮，从而能够有效提高矿化气泡与矸石颗粒的分离效果，同时减轻了矿化气泡间的碰撞力度，降低了矿化气泡的破灭率，消除了翻花现象；排浆口设在槽体的斜棱上，使槽体中的尾煤浆从两侧面排出，从而优化了运动轨迹，缩短了尾煤浆排出距离，防止了槽体中的尾煤浆占用有效的浮选空间，提高了浮选机的分选效率；在槽体上部的中间部位安装V型泡沫导向板，当上升的矿化气泡碰触到导向板后，就会产生一个侧向力，使泡沫向一侧运动，径直到达槽体前、后两侧边缘，当运动到边缘处就由泡沫刮板刮出，自助连续溢出槽体外，减少了泡沫在槽体内的滞留时间，降低了矿化气泡的破灭率。除上述外，整个浮游选矿系统以一级浮选槽为中心对称布置，动力按需设置，浮选采用分段闭路设计，同时各级浮选槽的容量科学匹配，节省了空间、节约了投资、减少了功率，降低了运行成本。

优选的，所述的二级浮选槽后均设置三级浮选槽，三级浮选槽的槽体内部结构与二级浮选槽相同，三级浮选槽下部腔体上与二级浮选槽相对的两斜棱上设有进浆口，另外两斜棱上设有排浆口，二级浮选槽的排浆口通过排浆管连接对应侧的三级浮选槽的进浆口，三级浮选槽上的排浆口连接尾煤排出通道；三级浮选槽的前、后两侧设置中煤槽，中煤槽通过管路与对应侧的二级浮选槽连通，该管路向二级浮选槽的一侧向下倾斜。

优选的，各级所述的浮选槽的槽体中，上部腔体的高度占所在槽体总高度的1/6，上部腔体的水平截面面积为下部腔体水平截面面积的1.67倍。槽体上部水平截面面积的扩大，使槽体内的紊流体在槽体的上部变为了层流体，矿化气泡的上升力在只有浮力的作用下上升，上升速度大大降低，从而防止了上升矿化气泡在到达煤浆表面时与煤浆表面的矿化气泡剧烈碰撞而破灭，提高了矿化气泡的稳定性；并且槽体的紊流体在槽体的上部变为了层流体，避免了翻花现象，减轻了矿化气泡之间的挤压与碰撞，降低了矿化气泡的破灭率。

优选的，各级所述的浮选槽槽体的上部腔体形状均为方形，上部腔体与下部腔体之间通过一锥形腔圆滑过渡。

优选的，所述的搅拌器的驱动装置为变频调速电动机，能够根据实际情况调节搅拌器的转动速度，从而使煤浆混合强度以及产泡量保持稳定。

优选的，所述的刮泡机构为泡沫刮板；进一步优选的，所述的泡沫刮板的高度可调，泡沫刮板可采用超高分子低阻材质(如塑料板、木板等)制成。

优选的，位于浮游选矿系统同一侧的各浮精槽相通，即浮游选矿系统的前侧的各浮精槽形成一个槽体，后侧的各浮精槽也形成一个槽体，这两个槽体都可以同时收集一级浮选槽、二级浮选槽中的精煤。

优选的，所述的进气管上安装风量检测装置和进气阀，风量检测装置、进气阀均连接控制系统，通过风量检测装置能够实时检测进气管的进风量，并将信号传给控制系统，进而根据实际情况随时控制调节进气阀的开度，精确控制进气管的进气量。

优选的，所述的搅拌器的搅拌轴为中空轴，进气管位于搅拌器的上部，其与中空轴相连通。

优选的，所述的排浆口位于下部腔体自上而下2/3处。

上述浮游选矿系统的工作原理及过程如下：

①煤浆经进浆口给入到一级浮选槽底部，煤浆从搅拌器的底部中间吸入并从周边甩出，甩出的煤浆碰到八棱柱形下部腔体的内壁后便向上运动，并在下部腔体内形成一个紊流体。当煤浆到达下部腔体顶部后，由于截面积的扩大，煤浆上升速度大大减缓，浆体由紊流体变为了层流体，消除了翻花现象；

②搅拌器将外界空气通过进气管吸入并随吸入的煤浆一同甩出，在煤浆中产生大量气泡，经浮选剂作用后的煤粒吸附在气泡上，便形成了矿化气泡，矿化气泡在紊流体上升煤浆流和浮力的联合作用下迅速上升，当上升到脱离紊流体进入层流体后，上升力仅剩浮力，上升速度大大减缓，减轻了气泡间的碰撞力度，降低了矿化气泡的破灭率，随着上升来的矿化气泡的不断增多，便在煤浆表面形成了稳定的泡沫层；

③矿化气泡在上升过程中碰到V型泡沫导向板后，便会产生一侧向力，驱使矿化气泡向一侧运动，当运动到上部腔体的边缘时便被泡沫刮板刮出，刮出的泡沫即为精煤产品，其进入浮精槽中，最终沿浮精槽进入浮精泵室，一级浮选槽内的尾煤浆则通过斜棱上的排浆口以及排浆管进入其两侧的二级浮选槽；

④二级浮选槽中的浮选过程同上，经泡沫刮板刮出的矿化气泡也进入浮精槽中并沿浮精槽进入浮精泵室，二级浮选槽内的尾煤浆通过排浆口以及排浆管进入三级浮选槽；

⑤三级浮选槽中的浮选过程同上，但其泡沫刮板刮出的矿化气泡会进入三级浮选槽前、后两侧的中煤槽中，并通过管路输送回二级浮选槽中再次进行浮选，三级浮选槽内的尾煤浆则通过排浆口以及尾煤排出通道直接进入尾煤泵室中。

本发明与现有技术相比所具有的有益效果是：

1、各级浮选槽中上部腔体水平截面面积的扩大，使槽体的紊流体在槽体的上部变为层流体，矿化气泡的上升速度大大降低，提高了矿化气泡的稳定性；同时槽体下部腔体内的的紊流体在上部腔体变成了层流体，搅拌器产生的搅拌力逐渐减小为0，主要靠搅拌作用向上运动的矸石颗粒的运动速度减慢，而矿化气泡则在原有浮力作用下继续上浮，从而能够有效提高矿化气泡与矸石颗粒的分离效果，同时减轻了矿化气泡间的挤压与碰撞，降低了矿化气泡的破灭率，消除了翻花现象；

2、各级浮选槽的下部腔体采用八棱柱形，使紊流体的紊流强度在四周分布更加均匀，解决了传统方形槽体中四角处容易出现的沉槽问题；

3、各级浮选槽的排浆口设在槽体下部腔体的斜棱上，使尾煤浆从两侧面排出，提高了浮选机的分选效率；

4、通过V型泡沫导向板能够将上升的矿化气泡进行导向，使矿化气泡向前、后两侧运动，减少了矿化气泡在槽体内的滞留时间，降低了矿化气泡的破灭率；

5、搅拌器转动无级调速，进气量精准控制，煤浆混合强度、产泡量稳定；

6、整个浮游选矿系统以一级浮选槽为中心对称布置，浮选采用分段闭路设计，同时各级浮选槽的槽体容量科学区别匹配，节省了空间、节约了投资、减少了功率，降低了运行成本。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1的俯视图；

图3是省略进气管及搅拌器后的一级浮选槽的剖面图。

图中：1、一级浮选槽；2、上部腔体；3、下部腔体；4、搅拌器；5、进气管；6、浮精槽；7、排浆管；8、二级浮选槽；9、管路；10、中煤槽；11、三级浮选槽；12、尾煤排出通道；13、尾煤泵室；14、浮精泵室；15、斜棱；16、正棱；17、V型泡沫导向板；18、泡沫刮板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例做进一步描述：

如图1～3所示，本发明所述的浮游选矿系统包括一个一级浮选槽1、两个二级浮选槽8和两个三级浮选槽11，其中，一级浮选槽1位于中间位置，一级浮选槽1的两侧各设置一个二级浮选槽8和一个三级浮选槽11(即整个浮游选矿系统以一级浮选槽1为中心对称布置)。具体结构如下：

各级浮选槽的槽体中，上部腔体2形状均为方形，下部腔体3形状均为八棱柱形(为了方便描述，定义各浮选槽的下部腔体3中：与相邻浮选槽正对的棱以及与上述棱垂直的棱为正棱16——即为正面；其他四个棱为斜棱15——即为侧面；斜棱15与正棱16间隔排列)，上部腔体2与下部腔体3之间通过一锥形腔圆滑过渡，上部腔体2的水平截面面积大于下部腔体3的水平截面面积；

槽体内部均设有搅拌器4，搅拌器4的搅拌叶片位于槽体的下部腔体3中，槽体上部的中间位置均设置V型泡沫导向板17，其下部没入槽体中的煤浆中，V型泡沫导向板17的两板体之间的夹角为80°，对应V型泡沫导向板17的两板体在槽体的前、后侧分别设置泡沫刮板18，V型泡沫导向板17中两板体的上端面位置高于泡沫刮板18的上端面位置；

槽体上均设有进气管5、进浆口和排浆口，每个槽体上的进浆口位置低于其排浆口位置，一级浮选槽1下部腔体3的四个斜棱15上各设有一个排浆口，二级浮选槽8下部腔体3上与一级浮选槽1相对的两斜棱15上设有进浆口，另外两斜棱15上设有排浆口，一级浮选槽1的排浆口通过排浆管7连接对应侧的二级浮选槽8的进浆口三级浮选槽11下部腔体3上与二级浮选槽8相对的两斜棱15上设有进浆口，另外两斜棱15上设有排浆口，二级浮选槽8的排浆口通过排浆管7连接对应侧的三级浮选槽11的进浆口，三级浮选槽11上的排浆口通过尾煤排出通道12与尾煤泵室13连通；

一级浮选槽1和二级浮选槽8的前、后两侧各设置一浮精槽6，浮精槽6与浮精泵室14连通，浮精槽6的槽底从远离浮精泵室14的一端向靠近浮精泵室14的一端向下倾斜；

三级浮选槽11的前、后两侧设置中煤槽10，中煤槽10通过管路9与对应侧的二级浮选槽8连通，该管路9向二级浮选槽8的一侧向下倾斜；

一级浮选槽1的体积大于其两侧的二级浮选槽8、三级浮选槽11。

本实施例中，各级所述的浮选槽(包括一级浮选槽1、二级浮选槽8和三级浮选槽11)的槽体中，上部腔体2的高度占所在槽体总高度的1/6，上部腔体2的水平截面面积为下部腔体3水平截面面积的1.67倍；搅拌器4的搅拌轴为中空轴，进气管5位于搅拌器4的上部，其与中空轴相连通；搅拌器4的驱动装置为变频调速电动机；泡沫刮板18的高度可调，其采用塑料板制成；进气管5上安装风量检测装置和进气阀，以精确控制进气管5的进气量；排浆口位于下部腔体3自上而下2/3处。

整个浮游选矿系统中，各级浮选槽中下部腔体3采用八棱柱形，克服了传统方体结构造成的紊流体的紊流强度在四周分布不均匀而导致的在四角处出现的沉槽现象，使槽体下部腔体3内的紊流体的紊流强度在四周分布更加均匀；上部腔体2的高度占所在槽体总高度的1/6，上部腔体2的水平截面面积为下部腔体3水平截面面积的1.67倍，在下部腔体3内搅拌器4的作用下，煤浆中的疏水煤粒、矸石颗粒与捕收剂充分混合，捕收剂作用后的疏水煤粒吸附在气泡上上浮，矸石颗粒在搅拌作用下也会向上发生运动，当煤浆向上运动至上部腔体2时，因横截面积的扩大，流体阻力加大，煤浆上升速度大大减缓，浆体由紊流体变为了层流体，搅拌器4产生的搅拌力逐渐减小为0，主要靠搅拌作用向上运动的矸石颗粒的运动速度减慢，而矿化气泡则在原有浮力作用下继续上浮，从而能够有效提高矿化气泡与矸石颗粒的分离效果，同时减轻了矿化气泡间的碰撞力度，降低了矿化气泡的破灭率，消除了翻花现象；排浆口设在槽体的斜棱15上，使槽体中的尾煤浆从两侧面排出，从而优化了运动轨迹，缩短了尾煤浆排出距离，防止了槽体中的尾煤浆占用有效的浮选空间，提高了浮选机的分选效率；在槽体上部的中间部位安装V型泡沫导向板17，当上升的矿化气泡碰触到导向板后，就会产生一个侧向力，使泡沫向一侧运动，径直到达槽体前、后两侧边缘，当运动到边缘处就由泡沫刮板18刮出，自助连续溢出槽体外，减少了泡沫在槽体内的滞留时间，降低了矿化气泡的破灭率。除上述外，整个浮游选矿系统以一级浮选槽1为中心对称布置，动力按需设置，浮选产品分级、精度、产率采用闭环式设计，同时各级浮选槽的容量科学匹配，节省了空间、节约了投资、减少了功率，降低了运行成本。

本实施例中，整个浮游选矿系统的工作原理及过程如下：

①煤浆经进浆口给入到一级浮选槽1底部，煤浆从搅拌器4的底部中间吸入并从周边甩出，甩出的煤浆碰到八棱柱形下部腔体3的内壁后便向上运动，并在下部腔体3内形成一个紊流体。当煤浆到达下部腔体3顶部后，由于截面积的扩大，煤浆上升速度大大减缓，浆体由紊流体变为了层流体，消除了翻花现象；

②搅拌器4将外界空气通过进气管5吸入并随吸入的煤浆一同甩出，在煤浆中产生大量气泡，经浮选剂作用后的煤粒吸附在气泡上，便形成了矿化气泡，矿化气泡在紊流体上升煤浆流和浮力的联合作用下迅速上升，当上升到脱离紊流体进入层流体后，上升力仅剩浮力，上升速度大大减缓，减轻了气泡间的碰撞力度，降低了矿化气泡的破灭率，随着上升来的矿化气泡的不断增多，便在煤浆表面形成了稳定的泡沫层；

③矿化气泡在上升过程中碰到V型泡沫导向板17后，便会产生一侧向力，驱使矿化气泡向一侧运动，当运动到上部腔体2的边缘时便被泡沫刮板18刮出，刮出的泡沫即为精煤产品，其进入浮精槽6中，最终沿浮精槽6进入浮精泵室14，一级浮选槽1内的尾煤浆则通过斜棱15上的排浆口以及排浆管7进入其两侧的二级浮选槽8；

④二级浮选槽8中的浮选过程同上，经泡沫刮板18刮出的矿化气泡也进入浮精槽6中并沿浮精槽6进入浮精泵室14，二级浮选槽8内的尾煤浆通过排浆口以及排浆管7进入三级浮选槽11；

⑤三级浮选槽11中的浮选过程同上，但其泡沫刮板18刮出的矿化气泡会进入三级浮选槽11前、后两侧的中煤槽10中，并通过管路9输送回二级浮选槽8中再次进行浮选，三级浮选槽11内的尾煤浆则通过排浆口以及尾煤排出通道12直接进入尾煤泵室13中。