具备矿浆自驱动及自吸气功能的浮选设备的制作方法

本发明涉及煤泥调浆浮选处理领域，具体涉及一种具备矿浆自驱动及自吸气功能的浮选设备。

背景技术：

浮选法是最重要的界面分选方法，在多金属矿石的分离浮选、复杂矿石的综合利用、铁矿石浮选以及非金属矿石浮选等领域内均得到了广泛应用，更是-0.1mm煤泥唯一有效的分选方法。各种浮选工艺的理论基础大体相同，即矿粒因自身表面的疏水特性或经浮选药剂作用后获得的疏水(亲气或油)特性，使得矿粒会在液-气或水-油界面发生聚集现象。目前应用最广泛的是泡沫浮选法，包括以下流程：1)、矿石经破碎与磨碎使各种矿物解离成单体颗粒，并使颗粒大小符合浮选工艺要求。2)、向磨矿后的矿浆加入各种浮选药剂并搅拌调和，使与矿物颗粒作用，以扩大不同矿物颗粒间的可浮性差别。3)、调好的矿浆送入浮选槽，搅拌充气。4)、矿浆中的矿粒与气泡接触、碰撞，可浮性好的矿粒选择性地粘附于气泡并被携带上升成为气-液-固三相组成的矿化泡沫层，经机械刮取或从矿浆面溢出，再脱水、干燥成精矿产品。不能浮起的脉石等矿物颗粒，随矿浆从浮选槽底部作为尾矿产品排出。

泡沫浮选法所使用的浮选机，按充气和搅拌方式的不同分为机械搅拌式和无机械搅拌式两大类。机械搅拌式浮选机使用最为久远，由选矿到选煤有近百年的历史，其可为浮选槽提供紊流环境，但缺点在于能耗大以及维修量大。无机械搅拌式浮选机又称充气式浮选机，采用泵为矿浆提供能量，通过矿浆的射流、碰撞分散，吸取足够的空气，缺点是需要配套的泵，且能耗大。同时，非机械搅拌式浮选机由于要保证足够的矿量流量和吸气量，使得浮选槽内流场常常过度紊流，会导致已经矿化的颗粒在上浮过程中脱落，从而影响浮选效果。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种结构简单而实用的具备矿浆自驱动及自吸气功能的浮选设备，其集矿浆混合和浮选功能于一体，并具备能耗低、维修量低、自吸气以及分选效果好的优点，可在高效而可控的实现矿浆的高效浮选需求的同时，还能减少选煤厂前期的设备投入，从而有效降低选煤厂的实际生产成本。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种具备矿浆自驱动及自吸气功能的浮选设备，其特征在于：本设备包括浮选槽以及位于浮选槽内的搅拌系统，且搅拌系统至少包括用于实现射流混合功能的分流组件、用于实现紊流混合功能的高压喷射组件以及用于实现搅拌混合功能的下搅拌组件；其中：

分流组件包括具备中空内腔的壳体，壳体顶端贯穿开设进料孔从而连通主矿浆管道，壳体底端延伸出两道以上且连通壳体内腔的分流管，且各分流管的出料端固接于射流喷头的进口端处；

高压喷射组件包括高压腔室，高压腔室内轴线铅垂的布置有可沿自身轴线作回转动作的转轴，转轴上同轴固定有上驱动轮；各射流喷头沿高压腔室的周向而贯穿高压腔室的室壁，且各射流喷头的出口端指向上驱动轮的桨叶叶面处，射流喷头的射流方向与上驱动轮的转动方向彼此同向；高压喷射组件还包括布置于上驱动轮正下方处的调浆隔栅，所述调浆隔栅包括与转轴同轴设置的内套筒，环绕内套筒的外筒壁而径向向外呈发散状的均布有直板状的隔栅板；内套筒外还同心环状的设置有多道外套筒，以至少使得每相邻外套筒与相邻隔栅板之间形成上部口径大而下部口径小的斗腔状的射流通道；在高压腔室的底端处同轴的向下延伸有出料筒，调浆隔栅的下部出口指向出料筒的进料端；

下搅拌组件包括下搅拌轮，所述下搅拌轮同轴固定于转轴的底部轴端处，且出料筒的出料路径位于下搅拌轮的轮叶搅拌范围内。

优选的，所述分流管为六道且沿空心圆柱状的壳体的铅垂轴线而环绕均布，壳体的内腔底面处均布有用于连通相应分流管的连通孔；壳体的内腔底面处还铅垂向上的凸设有圆锥状的锥形分压器，所述锥形分压器的轴线与进料孔及壳体轴线彼此同轴，而锥形分压器的底面所形成的圆形轮廓线位于各连通孔的最内侧母线上。

优选的，所述射流喷头包括内喷嘴及外喷嘴，所述内喷嘴包括直接连通分流管出料端的直管段以及衔接于直管段出口端处的锥状缩口段；直管段外壁同轴箍设有环形连接板，环形连接板外缘处同轴套设有外喷嘴且外喷嘴的射流方向与内喷嘴的射流方向彼此同向；构成外喷嘴的直管体、构成外喷嘴的锥管体、内喷嘴的外管壁以及环形连接板共同围合形成外喷嘴的用于实现气水药三相混合功能的管腔，且锥状缩口段的出口端位于外喷嘴的该管腔内；环形连接板上贯穿设置吸气管从而连通外部气药源与外喷嘴管腔。

优选的，所述上驱动轮为具备涡卷状的桨叶的动力涡轮构造；以上驱动轮的桨叶的远离上驱动轮轮轴的一端为远端，射流喷头的射流路径与上驱动轮的桨叶的交点相对靠近该桨叶的远端处。

优选的，所述高压腔室包括由上而下依次法兰固接的法兰盖、上细下粗的喇叭口状的上锥形筒以及上粗下细的漏斗状的下锥形筒，下锥形筒的漏斗底端再与出料筒的进料端间构成法兰配合；调浆隔栅贴附于下锥形筒的漏斗状内腔处。

优选的，所述法兰盖上同轴设置上轴承，而下锥形筒的漏斗底端与出料筒的进料端间夹设有下轴承；转轴分别穿过上轴承及下轴承并与之构成过盈配合。

优选的，所述下搅拌轮包括中间套筒以及环绕中间套筒轴线而周向均布的搅拌叶，各搅拌叶外形均呈板面铅垂设置的长方板状，且各搅拌叶的悬置端处水平凹设有凹槽从而使得各搅拌叶在中间套筒的轴向截面上呈“凹”字状板体构造。

优选的，出料筒的底端设置有上细下粗的喇叭口状的扩散段。

本发明的有益效果在于：

1)、传统的浮选作业为了取得良好的浮选效果，除了矿浆输送泵之外，更是需要配置专门的煤浆预处理装置和充气搅拌装置。有鉴于此，本发明在现有的搅拌式浮选机和喷射式浮选机的结构基础上，以分流组件来实现矿浆的初步均分和一次混合功能，以高压腔室配合调浆隔栅来实现矿浆的加压喷射及二次混合功能，再以带有扩散管的出料筒搭配下搅拌轮从而实现三次混合效果，最终实现对矿浆的快速混合及高效浮选功能。尤其值得注意的是，本发明的高压腔室实际上是作为蓄能室而使用。矿浆在经过初步均布及初步混合后，在射流入高压腔室的同时也携带有大量的高压气体；本发明巧妙的利用该高压气体在高压腔室内的积蓄性及压力，使得气液药三相混合的矿浆沿唯一的出口也即调浆隔栅处的射流通道而喷射出去。由于调浆格栅本身独特的方格状锥斗形的射流通道结构，此时每一个射流通道可以看成是独立工作的单元调浆区。当高压腔室内的高压矿浆通过调浆隔栅的切割分流，从而在每一个单元调浆区内形成小范围的矿浆流时，高压腔室独特的蓄能结构搭配单元调浆区的特殊构造，可使得上部源源不断地矿浆从单元调浆区的下部出口喷射而出，达到多次紊流矿浆的目的。液流在沿单元调浆区喷射而出的同时，自然会产生集束射流分散及雾化效果，其分散性及雾化性极强，整个装置的混合效果可得到显著提升。

综上，本发明集矿浆混合和浮选功能于一体，且整个机构工作的能量主要来自矿浆输送泵，整个浮选作业比传统的浮选工艺和设备更加节能，维修量更低。本发明可在高效而可控的实现矿浆的高效浮选需求的同时，还能减少选煤厂前期的设备投入，从而有效降低选煤厂的实际生产成本。实践表明，本发明的浮选方式具备浮选效果更佳、气泡矿化更容易、浮选槽无浮选“死区”及泡沫层更加稳定的优点，工作效率和浮选效果均可得到有效保证。

2)、作为上述方案的进一步优选方案，分流管优选为六分器。使用时，浓度均匀的浮选入料由泵从主矿浆管道送入到六分器中，并通过该六分器来实现矿浆均匀分流功能。重点在于，本发明在六分器底部中设置了锥形分压器，且锥形分压器的底面所形成的圆形轮廓线位于各连通孔的最内侧母线上，从而使得主矿浆管道中的有压矿浆的压力能够很好地传递到六分器的壳体底部的六个分流管中。每次矿浆经由主矿浆管道而来，会直接被锥形分压器的尖端切割而均分，并沿锥形分压器的锥面自然过渡至分流管进口处，以防止该矿浆由主矿浆管道而直接冲击壳体底部并随之造成的压力损失状况。

3)、进一步的，六个分流管分别与六个射流喷头相连接，六个射流喷头按圆周设置在高压腔室的腔壁上。当有压矿浆进入射流喷头时，会首先在射流喷头的外喷嘴管腔内初步停留，伴随从吸气管中吸入的大量空气，从而使得空气、药剂及矿浆的混合物从外喷嘴的锥管体的出口端喷射而出，实现其一次混合功能。

4)、在射流喷头喷射出的带有动能的射流矿浆的冲击下，上驱动轮因桨叶位于上述射流矿浆的射流路径处，因此随之产生沿转轴的转动动作。上驱动轮的该转动动作，一方面在于为最下方的下搅拌轮提供转动动力，以完成对矿浆的三次混合功能；另一方面，被射流矿浆撞击而高速转动的上驱动轮，其桨叶也能够对高压腔室内的空气流产生切割作用，从而与水流混合产生微泡现象，进而在高压腔室内即可实现大范围的微泡混合功能。上驱动轮应当为涡卷状叶轮，并将射流矿浆的落点位于上驱动轮的桨叶的凹面及远端处，以保证上驱动轮对射流矿浆的动作响应性及灵敏度。

5)、高压腔室整体可划分为位于上部的上细下粗的上锥形腔室及位于下部的上粗下细的下锥形腔室，两个锥形腔室彼此通过法兰盘固接。下锥形腔室由下锥形筒构成，从而提供调浆隔栅以安置空间，并利用自身的漏斗状特性来确保调浆隔栅处喷射出的矿浆的聚拢及加速效果。上锥形腔室则由法兰盖及上锥形筒构成，一方面上锥形筒的内腔构成上驱动轮的安置腔，另一方面上锥形筒的筒壁则构成固定射流喷头的固定壁。由于上锥形筒的筒壁为锥面状结构，因此实际上射流喷头在安置时，也应当呈一定倾角的斜向指向上驱动轮的桨叶，搭配上驱动轮的桨叶独有的涡轮叶轮结构，使得刚好射流喷头能够对准上驱动轮的桨叶，实现矿浆动能的最大化传递效果。

6)、在转轴的下部设置下搅拌组件也即搅拌叶，搅拌叶由中间套筒及音叉状或者说是“凹”字板状的搅拌叶组成。音叉状的搅拌叶能够实现对矿浆的双重搅拌作用，从而进一步增加矿浆与药剂空气接触效率。

附图说明

图1为本发明的剖视示意图；

图2为射流喷头的结构示意图；

图3为射流喷头与上驱动轮的相对位置俯视图；

图4为上驱动轮的结构示意图；

图5为调浆隔栅的俯视图；

图6为下搅拌轮的俯视图；

图7为连通孔与锥形分压器的相对位置俯视图。

图示各结构与本发明的部件名称对应关系如下：

a-主矿浆管道

11-壳体11a-连通孔12-分流管13-射流喷头

13a-直管段13b-锥状缩口段13c-环形连接板

13d-直管体13e-锥管体13f-吸气管14-锥形分压器

21-转轴22-上驱动轮23-调浆隔栅

23a-内套筒23b-外套筒23c-隔栅板24-出料筒

25a-法兰盖25b-上锥形筒25c-下锥形筒

30-下搅拌轮31-中间套筒32-搅拌叶32a-凹槽

40-上轴承50-下轴承60-浮选槽

具体实施方式

为便于理解，此处结合图1-7，对本发明的具体实施例作以下进一步描述：

本发明的具体组成部分，分为几大模块，包括：浮选槽60、分流组件、高压喷射组件以及下搅拌组件，下面逐一加以描述：

1、浮选槽

浮选槽60作为常规的浮选设备，可配置附属的浮选操作结构如刮泡机构等，从而实现其固有的浮选功能。

2、分流组件

分流组件以图1-2及图7所示结构为具体实施例时，主要被细分为六分器及连接于六分器的分流管12末端处的射流喷头13。

六分器作为分流组件的主要组成部分，是为了将主矿浆管道a的浮选入料均分成六路输出而设置的，其体积较小且为密封结构。而在六分器的壳体11的中心底部布置锥形分压器14，则可以防止主矿浆管道a内的有压矿浆直接冲击到壳体11内腔底部，从而避免矿浆因再次跃升而造成压力损失。锥形分压器14独特的锥形尖端能够有效直接的将矿浆流分散成六股矿流，且六分器的内部空间剖面看是上大下小的锥形构造，显然也能够利于压力的快速传递。

射流喷头13由内喷嘴、外喷嘴、吸气管13f、环形连接板13c组成。内喷嘴与外喷嘴的锥状缩口段13b及锥管体13e的锥角均为28°，这个角度的流体能量损失最低。有压矿浆从内喷嘴的锥状缩口段13b喷射而出，并在外喷嘴的管腔内实现气、液、药三相混合，最终喷射出去。吸气管13f与外界药源和/或药源相连，其工作介质可以是雾化药剂与空气的混合气体，也可是单纯的空气。此处假设吸气管13f单纯为空气吸取时，内喷嘴中的矿浆即为混合了药剂的矿浆。假设吸气管13f吸入的是药剂与空气的混合气体时，则内喷嘴中为没有添加药剂的矿浆。由于吸气管13f位于环形连接板13c上，当外喷嘴与内喷嘴通过环形连接板13c组合在一起时，即可通过吸气管13f吸入上述气体。

实际操作时，外喷嘴的直径要比内喷嘴直径大得多，从而保证足够的吸气量，使得射流喷头13的吸气能力充分发挥。此时，矿浆与药剂、空气在射流喷头13的混合区也即外喷嘴的管腔内实现的剧烈的混合，高速的射流矿浆也将空气流与药剂流拉伸成长条状，增加了煤粒、药剂、空气的接触面积，从而提高混合区内的一次矿化程度。

3、高压喷射组件

如图1及图2-5所示的，高压喷射组件，实际上主要由高压腔室、上驱动轮22、调浆隔栅23组成。其中：

高压腔室内铅垂向的回转配合有转轴21。上驱动轮22固定在转轴21上，上驱动轮22为动力涡轮结构，以便于承受及对由射流喷头13处喷射而出的射流矿浆的动能产生动作响应。在定位射流喷头13处矿浆出料路径与上驱动轮22的桨叶相对位置时，应当注意：一方面，射流喷头13的矿浆出料的落点应当相对的靠近桨叶的远端处，而不应当位于桨叶的靠近上驱动轮轴线的近端，以提升上驱动轮22的动作响应性及灵敏度。另一方面，射流喷头13的矿浆出料的落点应当位于桨叶的横向中心线处，从而可以为桨叶的旋转提供足够大的冲击扭矩。桨叶的涡卷翘曲弧度，则基于矿浆从外喷嘴的出口喷射而出后形成的扩散水流束上的每一条流线作用于桨叶上的接触点，并与该接触点的切线相互垂直的设计原则，使得矿浆的冲击力充分被利用。

矿浆冲击到上驱动轮22的桨叶后，一部分能量使得桨叶旋转；另外的能量使得矿浆再次的分散，将聚团的矿浆颗粒冲散，增加矿浆与药剂的接触面积，高速旋转的弧形叶轮又将空气流再次切割分散成为微泡，二次提高矿化效果。由于上驱动轮22位于上锥形筒25b中，上锥形筒25b的上部为密封设置，矿浆在内部挤压，矿浆中富含大量的空气，高速旋转的叶轮会将矿浆向下锥形筒25c方向驱动。当矿浆进入下锥形筒25c时，调节格栅开始发挥作用。

调浆隔栅23的具体构造可参照图1及图5所示，其由内套筒23a、隔栅板23c及外套筒23b共同组成。内套筒23a与多层的外套筒23b共同形成同心环结构，而隔栅板23c则沿内套筒23a的径向连接各内套筒23a及外套筒23b。当上述连接结构最终形成图5所示构造时，此时每相邻的外套筒23b与相邻的隔栅板23c之间，以及相邻的外套筒23b与内套筒23a及隔栅板23c之间会呈现出上部开口大而下部开口小的方格锥斗状的射流通道。每一个射流通道可以看成是独立工作的单元调浆区。由于调浆隔栅23布置在上驱动轮22的正下方，位于下锥形筒25c内部，当上锥形筒25b内的高压矿浆流入到下锥形筒25c内时，通过调浆隔栅23的切割分流，从而在每一个单元调浆区内形成小范围的矿浆流。高压腔室独特的蓄能结构搭配单元调浆区的特殊构造，使得上部源源不断地矿浆从单元调浆区的下部出口喷射而出，最终达到多次紊流矿浆的作用。

4、下搅拌部件

如图1及图6所示的，在转轴21的下部轴端还设置了下搅拌轮30。下搅拌轮30可看作是类似“米”字状的叶轮，由中间套筒31以及音叉状或者说是“凹”字板状的搅拌叶32组成。搅拌叶32的独特的“凹”字构造，能够实现对矿浆的双重搅拌作用，增加矿浆与药剂空气接触效率。

在上述结构的基础上，法兰盖25a、上锥形筒25b、下锥形筒25c及出料筒24之间用法兰相互连接。而为了转轴21的稳定性，在法兰盖25a上以及下锥形筒25c与出料筒24之间处则相应设置上轴承40及下轴承50，从而实现转轴21的简支梁状的回转式轴承装配目的。

为便于理解，此处结合图1，对本发明的具体工作原理及流程描述如下：

初始操作时，浓度均匀的浮选入料由泵从主矿浆管道a送入到分流组件的六分器中。由于锥形分压器14的作用，该浮选入料被均匀切割且几乎无压力损失的快速分流入如图1及图7所示的六道分流管12中，并最终进入分流管12末端的射流喷头13。有压矿浆进入射流喷头13内时，会在外喷嘴的管腔内形成负压，伴随从吸气管13f中吸入的大量空气，空气混合着药剂、矿浆从外喷嘴的出口喷射而出，实现分流组件的一次混合功能。

当矿浆、药剂、空气的混合矿浆从射流喷头13中喷射而出时，首先该混合矿浆会冲击到上驱动部件的桨叶，从而带动转轴21高速旋转。固定在转轴21下部的下搅拌轮30开始旋转，从而以混合矿浆作为动力转而搅动位于浮选槽60内的矿浆。在矿浆冲击桨叶时，桨叶也会反过来通过旋转作用而将空气流切割成微泡，从而分散矿浆与药剂。鉴于高压腔室的密封结构，因此会在外部气压的不断注入下在内部形成高压环境，这使得矿浆中会富含大量的空气，并为后续的矿浆的紊流喷射作好铺垫。

由于高压腔室内的高压环境，导致矿浆经过调浆隔栅23时会再次高压射出到出料筒24中。调浆隔栅23的每一个单元调浆区的下端口就像一个个喷嘴一样，会不断的将矿浆与药剂、空气挤压混合，经过出料筒24的稳压与扩散段的释压后，矿浆中富含的大量微泡析出，弥漫整个浮选槽60，为煤泥的浮选提供足够载体。之后，经由出料筒24释压喷射而出的矿浆会再次经过下搅拌轮30搅拌。下搅拌轮30的音叉状或者说是“凹”字板状的搅拌叶32能够有效切割浮选槽内的矿浆，增加矿浆、药剂、空气的矿化效果，提高矿化效率。之后，如图1所示的，矿化气泡上浮至浮选机的槽体的上部，随之被刮泡结构刮出，最终完成整个浮选流程。

综上，本发明集矿浆混合和浮选功能于一体，且整个机构工作的能量主要来自矿浆输送泵，浮选作业比传统的浮选工艺和设备更加节能，维修量更低。本发明可在高效而可控的实现矿浆的高效浮选需求的同时，还能减少选煤厂前期的设备投入，从而有效降低选煤厂的实际生产成本。实践表明，本发明的浮选方式具备浮选效果更佳、气泡矿化更容易、浮选槽无浮选“死区”及泡沫层更加稳定的优点，工作效率和浮选效果均可得到有效保证，显然可有效满足当前选煤厂的实际需求。