以达到产生局部龙卷风的目的，并最终实现大幅节能。所述旋流分离器(3)为圆柱结构，安装在新型螺旋吸矿装置的上部。四个完全相同的淤泥出口(4)安装在圆柱上部，在其四周均匀分布，其一端与旋流分离器(3)的内表面光滑连接，从而在旋流分离器(3)内部产生漩涡并利用其内部淤泥和矿物所受到的离心力令其沿径向向外运动。所述矿物出口(5)为一个，安装在旋流分离器(3)下部，并与旋流分离器(3)内表面光滑连接，以减少管道对内部流体的影响。所述矿物收集装置(未示出)与矿物出口(5)相连，大量收集矿物后集中提升。
[0030]图6为本发明一种利用上述螺旋流吸矿选矿装置进行海水与矿物分离的方法的步骤流程图。如图6所示，本发明一种利用上述螺旋流吸矿选矿装置进行海水与矿物分离的方法，包括如下步骤:
[0031]步骤601，前端新型螺旋吸矿装置通过螺旋导流板诱导漩涡，从而利用较少的能耗将海底矿物吸起，然后一同经过较短的管道后进入后续的旋流分离装置准备进行分离工作。
[0032]步骤602，在旋流分离装置当中，质量较大的固体颗粒矿物经旋流与沉降作用一方面产生旋流离心运动，另一方面做向下的沉降作用，并最终由矿物出口排入矿物收集装置。淤泥密度较低，没有办法产生足够的沉降，从而和海水一同经由旋流分离装置的淤泥出口排出。
[0033]本发明之螺旋流吸矿选矿装置主要用于海底锰结核的采矿与选矿工作，但是本发明的应用领域绝不局限于此。本发明主要用于全水下作业环境，在吸矿作业后通过在水下将矿物与淤泥直接进行分离，从而只需将矿物提升至海面而不必要将海水同时提升至海面，最终达到减少提矿过程当中不必要的能量消耗以及保护环境的目的，使深海采矿有更加长远的发展，进而为我国工业、经济与环境发展发挥重要作用。
[0034]具体地说，经过前端新型旋流吸矿装置的水流通过螺旋导流板(2)诱导产生龙卷风式的旋流，螺旋导流板(2)可以有效诱导漩涡，并利用此旋流有效降低颗粒物启动时的水流速度，降低水流动能，从而大幅降低能源消耗。
[0035]通过前端新型旋流吸矿装置之后，矿物与淤泥的混合液通过管道经由通道进入旋流分离装置，旋流分离器(3)为上端面面积较大、下端面面积较小并且中间平滑过渡的直立圆台体或者上端、下端截面形状与面积相等的直立圆柱体。在分离器存在锥角，并且锥角由0°不断增大直至180°的实际试验结果表明，其适于处理浓度高、矿物比重大，溢流细度要求-200目60%以下的场合。这种结构的旋流器具有溢流粒度均匀、溢流产品过磨现象轻、底流产率可大幅调整而不影响旋流器的正常工作等一系列优点，所以圆锥分离器效果更好，但是从制造简单与可靠性的角度出发，本发明具体实施例中采用圆柱形状的分离器。
[0036]悬浊液在经由管道进入旋流分离器后受内部漩涡影响，从而产生速度非常快的漩涡，进行旋流运动。悬浊液当中的不同质量的物体受到大小不同的离心力从而产生由中心向外的固体质量梯度。大质量的物体将沿径向向外运动直至碰到侧壁，小质量固体向分离器径向中心运动。大质量固体在旋转运动的同时还会受到重力的作用，而发生沉降现象。从而大的固体在旋转的同时，还伴有由中心沿径向向外以及从上到下的运动趋势，最终在分离器下部最外圈运动，并由下部固体出口(5)进入矿物收集箱。但是这种分离现象对固体颗粒物的质量范围有比较大的要求。质量较小的淤泥受到的重力作用小于水流向上运动对其产生的升力，无法产生沉降，这部分淤泥将会随水流向上运动。
[0037]需说明的是，本发明具体实施例中为只有初级旋流分离器的基础型采矿选矿一体式装置，这种装置已经可以应用于一般的情况，但是限于固体的质量差异以及淤泥的情况，可以根据实际情况增加分离级数。多增加的分离级数的布置情况可以进行如下安排:
[0038]初级旋流分离器与二级旋流分离器之间需要由管道连接。初级至二级旋流分离器通道是一个光滑连接初级旋流分离器与二级旋流分离器的通道，两端与初级旋流分离器与二级旋流分离器光滑平顺连接，以减少对悬浊液分离运动的影响，同时还要综合考虑到水声噪音等其他工程实际因素。大质量固体颗粒物已经沉降被消除，从而包含小质量固体颗粒物和淤泥的悬浊液经由该通道从初级旋流分离器顶部中心区域进入二级旋流分离器。该通道数量视二级旋流分离器数量而定，同时该通道进入二级旋流分离器的端口应位于二级旋流分离器上端，并且端口方向视旋流需要方向而定。
[0039]浊液经初级至二级旋流分离器通道后进入二级旋流分离器，进行进一步分离。二级旋流分离器的侧壁形状、入口形状和位置以及固体与液体的出口形状和位置与初级旋流分离器大体相似。二级旋流分离器的主体形状为上端大、下端小的圆台以达到最优效果，空间位置可以略有倾斜。二级旋流分离器的数量可以不止一个，但是其应尽量对称布置，减少震动对整体采矿、选矿装置的影响。并且由于二级分离器的体积较小，要保证足够的旋流沉淀时间，并且内部上升水流流速要足够小，所以二级旋流分离器的数量应尽可能多。综合考虑二级旋流分离器的尺寸与布置要求，经过详细的计算，二级旋流分离器的数量应为5-10个之间，以达到最好的分离效果。入口位于上端，颗粒物出口位于下端，淤泥出口位于上端。二级旋流分离器的形状非常适合旋流运动的产生。小质量固体颗粒物经由二级旋流分离器进行分离，并从下部端口落入矿物收集箱(即矿物收集装置)。分离之后的液体从上部端口排出，返回到海洋环境当中。经初级旋流分离器与二级旋流分离器的分离作用，固体颗粒矿物进入矿物收集箱，液体在海底直接排回海底环境。
[0040]分析结果表明，本发明之螺旋流吸矿选矿装置可以达到非常好的分离效果，对矿物、矿物以及淤泥均可进行分离。根据不同的物料特性，不同的生产安装环境，采用不同的结构设计，具有压降低，处理量大、脱水效率高的优点。应用于某尾矿再选制浆脱水作业中，在给矿浓度5-12 %，-200目含量75 %的情况下，旋流器的溢流平均浓度控制在1.5 %以下，在达到了有效脱水目的的情况下，避免了有用矿物的流失。在某硅砂的脱水作业应用中，脱水旋流器的溢流浓度达到了0.5%以下，并且溢流脱出的几乎是不合格的细泥，达到脱水和脱泥的双重效果。
[0041]本发明的装置主要用于移动采矿车的采矿与选矿一体式装置，所以主要应用于水下作业环境，并且体积较小，分离效率较高。但是本发明对于其他用于海底采矿作业的在深海环境内直接进行的矿物与泥浆分离的固定多级分离装置，旋流吸矿头以及其组合装置同样适用。
[0042]在使用的过程当中，为了使本装置发挥最大的效果，有一些环境与细节需要特别注意:
[0043]1、开始试车前要确保分离器机组所有连接点都已紧固，清除管道、机组箱体中的各种残留物，以免开车后有泄露及堵塞发生。确保把投入运行的旋流器阀门完全打开。
[0044]2、阀门可以完全开启(如运行分离器)或完全关闭(如备用分离器)，但绝不允许处于半开启状态(即绝不允许用阀门控制流量)。
[0045]3、设备在正常压力下平稳运行时，要检查连接点漏损量，必要时采取补救措施。
[0046]4、检查进入分离器的残渣引起的堵塞。分离器进料口堵塞会使溢流和矿物流量减少，分离器固体颗粒出口堵塞会使固体颗粒物分离速度减小甚至断流，有时还会发生剧烈震动。如发生堵塞，应及时关闭分离器给料阀门，从海底进行提升之后清除堵塞物。为防止堵塞，在海水矿物入口前端可以假装某些设施(如除肩筛)。
[0047]漩涡作用模拟验证与实验验证
[0048]首先，将输矿管截面流速作为主变参数的仿真适合于对试验模型求证。可以计算出集矿筒上端口的初始速度为3.1438(m/s)，方向向上。在吸矿筒模型上端口的平均流速为3.1438(m/s)时，下端口的面积加权平均流速是0.246(m/s)。吸矿面到底部距离为2.24cm。那么，针对平均流速为0.246(m/s)情况，物理模型数学求解出的结论是:当集矿筒底部大口距离锰结核下端的平面为2.24cm时，直径为6.4cm的锰结核会被吸起，向心旋升进入集矿筒内。结果显示，整个模型的压强变化趋势为从四周向中间，从下至上逐渐变大。那么锰结核就会在压力差的作用下向心集中并旋升进入集矿筒。Report阻力计算，绘制直径为65mm的球体置于集矿筒正下方，曲面积分得到的垂向升力大小为3.43(N)方向向上。简单计算得出重力小于浮力与提升力的和。
[0049]其次，进行以输矿管截面产生的负压值作为主要变量的建模与仿真。从结果中可观察