一种适于粗煤泥分选的浮选装置及方法

1.本发明涉及矿物分选回收技术领域，尤其涉及一种适于粗煤泥分选的浮选装置及方法。


背景技术：

2.煤炭在我国国民经济中具有不可或缺的作用，能源、化工、钢铁等与人民生活密切相关的行业中均需要直接或间接使用煤或煤的加工产品，煤炭资源的高效利用对于我国可持续发展具有重大意义。煤炭的洗选加工是实现煤炭资源的高效利用的重要前提，随着我国机械化开采技术的推广运用，加之重介分选已成为主流选煤技术，选煤厂入选原煤中细粒级(-3mm)含量日益增加。
3.入选原煤中细粒级(-3mm)一般分为粗煤泥(0.25～3mm)及微细煤泥(-0.25mm)，选煤厂中常使用分级旋流器进行细粒级分级，而后采取不同工艺分选回收。常用粗煤泥分选设备依据煤与矸石颗粒间密度差异进行分选，代表性设备为tbs(teeter bed separator，干扰床分选机)及煤泥重介旋流器等，但值得注意的是，粗煤泥存存在“等沉”现象严重的问题，即粗粒低密度煤粒与细粒高密度矸石颗粒沉降速度相同，导致精煤产品灰分偏高，且精煤产品处理工艺需多套脱水及高灰细泥脱除工艺，精煤产品质量偏低且工艺略显复杂；浮选为现行最有效的微细粒级分选技术，其主要依据细煤泥颗粒与矸石细泥颗粒表面间疏水性差异，以气泡为分选及运输介质进行分选，常见的浮选设备为浮选机及浮选柱。
4.可见现行基于煤及矸石间密度差异进行分选的粗煤泥分选装置及方法分选效果较低，而依据颗粒表面性质差异的浮选工艺能较好的规避粗煤泥“等沉”现象严重的问题，但值得注意的是，由于粗煤泥颗粒惯性偏高，在浮选中易受紊流作用发生脱附而造成回收率偏低，即发生“跑粗”现象，现今广泛使用的浮选柱及浮选机中均存在丰富的紊流环境，入料中+0.5mm粒级的颗粒即会发生严重的“跑粗”问题。由此，开发一种紊流扰动小，适于粗粒分选的静态浮选装置及方法对于粗煤泥的高效分选回收具有重大意义。


技术实现要素：

5.鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种适于粗煤泥分选的浮选装置及方法，用以解决现有粗煤泥回收率低、分选精度差的问题，为粗煤泥的分选回收提供一种结构简单、分选效果好的高效分选回收装置及方法。
6.一方面，本发明提供了一种适于粗煤泥分选的浮选装置，包括浮选柱和气水分布单元，所示气水分布单元位于所述浮选柱的下部且同心设置，所述气水分布单元包括第一布气单元和气水混合分布单元，所述气水混合分布单元位于所述第一布气单元的上方。
7.进一步地，所述气水混合分布单元包括环形水箱、流体分布板和条形气水混合室，所述条形气水混合室的两端与所述环形水箱连通，所述流体分布板设于所述条形气水混合室的顶部。
8.进一步地，所述环形水箱的内环中设有多个所述条形气水混合室，多个所述条形
气水混合室平行设置。
9.进一步地，所述第一布气单元包括第一环形高压气室和第一条形高压气室，所述第一条形高压气室的两端与所述第一环形高压气室连通。
10.进一步地，所述第一条形高压气室设于所述第一环形高压气室的内环中，并与所述条形气水混合室正对设置，所述第一条形高压气室的上端与所述条形气水混合室的下端连接。
11.进一步地，所述气水分布单元还包括第一气泡发生板，所述第一气泡发生板设于所述条形气水混合室和所述第一条形高压气室的连接处，用于隔开所述条形气水混合室和所述第一条形高压气室。
12.进一步地，所述浮选柱、所述环形水箱和所述第一环形高压气室同心设置。
13.进一步地，还包括输水管和第一空气输入管，所述输水管与所述环形水箱连通，所述第一空气输入管与所述第一环形高压气室连通。
14.进一步地，所述浮选柱同侧的所述输水管和所述第一空气输入管上下对正，所述输水管与所述第一条形高压气室垂直，所述第一空气输入管与所述条形气水混合室垂直。
15.另一方面，本发明提供了一种适于粗煤泥分选的浮选方法，采用上述适于粗煤泥分选的浮选装置，步骤包括：
16.步骤1：通过输水管向环形水箱注入含起泡剂的流化水，同时通过第一空气输输入管向第一环形高压气室输入空气，空气经进入第一条形高压气室，经第一气泡发生板弥散为微泡形成上升微泡流并进入条形气水混合室与流化水充分混合，而后经流体分布板形形成高微泡含量的上升水流，进入浮选柱内；
17.步骤2：待浮选柱内充满流化水后，向浮选柱内注入粗煤泥入料；
18.矿浆中粗煤泥颗粒随矿浆下沉，在逆流矿化区与上升的气泡发生碰撞，疏水的煤粒与气泡发生粘附，形成颗粒气泡团聚体，未与气泡粘附的煤粒，继续下沉至扫选区，于浮选柱下侧与气泡再次碰撞粘附，形成成颗粒气泡团聚体，在气泡浮力及上升水流的双重作用下，颗粒气泡团聚体上浮形成精煤；
19.亲水的矸石颗粒与气泡碰撞后下沉至流体分布板形成的尾矿预脱水区形成尾矿。
20.与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：
21.(1)气水分布单元包括上下设置的第一布气单元和气水混合单元，第一布气单元产生的气泡进入气水混合分布单元与流化水混合后，再进入浮选柱的上方，通过气水混合分布单元与布气单元的串联布置，实现了浮选过程气流量、水流量的单独控制，实现了低流体扰动、高微泡含量的浮选流场环境的创造；通过低流体扰动、高微泡含量的浮选流场环境，降低了粗煤泥于气泡上脱附概率，提升了颗粒气泡团聚体稳定性，实现了粗煤泥的高效分选回收。
22.(2)浮选柱内自下而上分布有多级布气单元，通过多级布气单元对浮选柱内矿浆梯度进气，保证了矿浆内微泡含量，同时实现了浮选过程中气流量及水流量的单独控制，实现了适于粗粒浮选的流体扰动小、微泡含量充足的浮选环境的构建；通过流体扰动小、微泡含量充足的浮选环境的构建，降低了粗粒煤泥从气泡上脱附的概率，改善了浮选“跑粗”现象，实现了粗煤泥的高效分选。
23.(3)环形高压气室均为单个环形，相对于多个环形构成的高压气室而言，单个环形
形成的高压气室结构简单易于加工成型，流体分布均与，利于粗颗粒的浮选回收。
24.(4)条形高压气室于空气输入管垂直，避免从空气输入管进入环形高压气室内的高压气体直接进入条形高压气室内，进而导致与空气输入管正对的条形高压气室内气压明显高于气泡，造成微泡分布不均。
25.本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
附图说明
26.附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
27.图1为具体实施例的设有单级布气单元的浮选装置结构示意图；
28.图2为具体实施例的气水分布单元结构俯视图；
29.图3为具体实施例的图2的a-a剖视图；
30.图4为具体实施例的图2的b-b剖视图；
31.图5为具体实施例的设有多级布气单元的浮选装置结构示意图；
32.图6为具体实施例的第二布气单元结构示意图；
33.图7为具体实施例的图6的a-a剖视图；
34.图8为具体实施例的图6的b-b剖视图；
35.图9为具体实施例的第三布气单元结构示意图；
36.图10为具体实施例的图9的a-a剖视图；
37.图11为具体实施例的图9的b-b剖视图。
38.附图标记：
39.1-给料管；2-入料分配器；3-精煤溢流槽；4-浮选柱；5-环形水箱；6-输水管；7-流体分布板；8-第一空气输入管；9-第一环形高压气室；10-第一气泡发生板；11-尾煤脱水锥；12-尾煤排料管；13-条形气水混合室；14-第一条形高压气室；
40.15-第二布气单元；16-第三布气单元；17-第二环形高压气室；18-第二空气输入管；19-第二气泡发生板；20-第二条形高压气室；21-第三环形高压气室；22-第三空气输入管；23-第三气泡发生板；24-第三条形高压气室。
具体实施方式
41.下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本发明一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
42.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
43.全文中描述使用的术语“顶部”、“底部”、“在
……
上方”、“下”和“在
……
上”是相对
于装置的部件的相对位置，例如装置内部的顶部和底部衬底的相对位置。可以理解的是装置是多功能的，与它们在空间中的方位无关。
44.实施例1
45.本发明的一个具体实施例，如图1所示，公开了一种适于粗煤泥分选的浮选装置，包括浮选柱4和气水分布单元，气水分布单元与浮选柱4同心设置且位于浮选柱4的下部，气水分布单元包括第一布气单元和气水混合分布单元，气水混合分布单元位于第一布气单元的上方，第一布气单元产生的气泡经过气水混合分布单元与流化水混合后进入浮选柱4的上方。
46.与现有技术相比，本实施例提供的适于粗煤泥分选的浮选装置，包括气水分布单元，气水分布单元包括上下设置的第一布气单元和气水混合单元，第一布气单元产生的气泡进入气水混合分布单元与流化水混合后，再进入浮选柱的上方，通过气水混合分布单元与布气单元的串联布置，实现了浮选过程气流量、水流量的单独控制，实现了低流体扰动、高微泡含量的浮选流场环境的创造；通过低流体扰动、高微泡含量的浮选流场环境，降低了粗煤泥于气泡上脱附概率，提升了颗粒气泡团聚体稳定性，实现了粗煤泥的高效分选回收。
47.浮选装置还包括给料管1和入料分配器2，给料管1的下端与入料分配器2连接，入料分配器2位于浮选柱4内，粗煤泥入料通过给料管1注入，并通过入料分配器2实现粗煤泥入料在浮选柱4内的均匀分布。
48.浮选柱4的底部设有尾煤脱水锥11，尾煤脱水锥11与浮选柱4同心设置，气水分布单元嵌套于浮选柱4的下部且位于尾煤脱水锥11的上方。尾煤脱水锥11的底部设有尾煤排料管12，以便浮选柱4中下沉的尾煤在尾煤脱水锥11处脱水后从尾煤排料管12中排出，获得尾煤产品。
49.本实施例中，尾矿排料管12与浮选柱4同心设置，便于尾矿向浮选柱4的中间集中并排出。
50.如图3-图4所示，气水混合分布单元包括环形水箱5、流体分布板7和条形气水混合室13，环形水箱5与浮选柱4同心设置，条形气水混合室13的两端与环形水箱5连通，条形气水混合室13设于环形水箱5的内环中。流体分布板7设于条形气水混合室13的顶部。
51.值得注意的是，条形气水混合室13的两端及上下均不封闭，条形气水混合室13的两端与环形水箱5连通，使得环形水箱5内的硫化水能够进入到条形气水混合室13内，条形气水混合室13的上部敞开设有流体分布板7，下部敞开设有第一气泡发生板10。
52.如图2所示，环形水箱5的内环中设有多个条形气水混合室13，多个条形气水混合室13平行设置，使得从气水混合单元流出的流化水产生大量微气泡。
53.第一布气单元包括第一环形高压气室9和第一条形高压气室14，第一环形高压气室9与浮选柱4同心设置，第一条形高压气室14的两端与第一环形高压气室9连通，且第一条形高压气室14设于第一环形高压气室9的内环中。第一条形高压气室14呈“凵”字形结构，上端与条形气水混合室13的下端连接，第一条形高压气室14的长度等于条形气水混合室13的长度，第一条形高压气室14的宽度等于条形气水混合室13的宽度，使得从第一条形高压气室14与条形气水混合室13刚好正对连接，从第一条形高压气室14流出的气体直接进入条形气水混合室13内。
54.第一环形高压气室9的内环中设有多个第一条形高压气室14，多个第一条形高压
气室14平行设置，使得从气水混合单元流出的流化水产生大量微气泡。
55.第一环形高压气室9与环形水箱5的内、外径相等，环形水箱5位于第一环形高压气室9的上方，中间采用环形密闭板间隔。
56.气水分布单元还包括第一气泡发生板10，第一气泡发生板10为长条状，第一气泡发生板10设于条形气水混合室13和第一条形高压气室14的连接处，用于隔开条形气水混合室13和第一条形高压气室14。
57.为了形成微气泡，第一气泡发生板10上均布有通孔，通孔的直径为5μm～10μm，产生的气泡尺寸更适宜浮选需要。
58.第一气泡发生板10为微孔陶瓷板，保证了气泡发生的可靠性；第一气泡发生板10水平设置，使得浮选柱4安装、制造简单，且保障气泡在气水混合室7内垂直上升，避免造成紊流。
59.考虑到流化水和高压空气的输入，如图1、图3所示，浮选装置还包括输水管6和第一空气输入管8，输水管6与环形水箱5连通，第一空气输入管8与第一环形高压气室9连通。输水管6和第一空气输入管8均设有多个，沿浮选柱4的径向均布，优选地，输水管6设有两个，第一空气输入管8设有两个。
60.具体地，输水管6沿环形水箱5直径方向两侧对称布置，第一空气输入管8沿第一环形高压气室9直径方向两侧对称布置，浮选柱4同侧的输水管6、第一空气输入管8上下对正，输水管6与第一条形高压气室14垂直，第一空气输入管8与条形气水混合室13垂直，避免从第一空气输入管8进入第一环形高压气室9内的高压气体直接进入第一条形高压气室14内，进而导致与第一空气输入管8正对的第一条形高压气室14内气压明显高于气泡，造成微泡分布不均。
61.浮选装置还包括精煤溢流槽3，精煤溢流槽3设于浮选柱4的上端，用于精密的回收。
62.进一步地，为了实现浮选柱4内梯度进气，浮选装置设有多级布气单元，如图5所示，浮选装置设有三级布气单元，除了上述的第一布气单元外，还包括水平设置的第二布气单元15和第三布气单元16，第二布气单元15位于第一布气单元的上方，第三布气单元16位于第二布气单元15的上方，第二布气单元15和第三布气单元16均与浮选柱4连接。
63.与现有技术相比，本实施例提供的浮选装置，浮选柱内自下而上分布有多级布气单元，通过多级布气单元对浮选柱内矿浆梯度进气，保证了矿浆内微泡含量，同时实现了浮选过程中气流量及水流量的单独控制，实现了适于粗粒浮选的流体扰动小、微泡含量充足的浮选环境的构建；通过流体扰动小、微泡含量充足的浮选环境的构建，降低了粗粒煤泥从气泡上脱附的概率，改善了浮选“跑粗”现象，实现了粗煤泥的高效分选。
64.如图6所示，第二布气单元15包括第二环形高压气室17和第二空气输入管18，第二环形高压气室17与浮选柱4同心设置，第二空气输入管18设有两个，对称设于第二环形高压气室17的圆柱面上，并与第二环形高压气室17连通。
65.如图7、图8所示，第二布气单元15还包括第二气泡发生板19和第二条形高压气室20，第二条形高压气室20为“凵”字型结构，第二气泡发生板19设于第二条形高压气室20的开口侧，使得第二条形高压气室20内的高压气体从第二气泡发生板19流出形成微泡。第二气泡发生板19为孔径为5μm～10μm的微孔陶瓷板。
66.如图6所示，第二条形高压气室20的两端与第二环形高压气室17连通，第二条形高压气室20设有多个，多个第二条形高压气室20平行设置。此结构使得第二布气单元15能够产生大量且均匀的微泡。
67.值得注意的是，第二条形高压气室20与第二空气输入管18垂直设置，避免从第二空气输入管18进入第二环形高压气室17内的高压气体直接进入第二条形高压气室20内，进而导致与第二空气输入管18正对的第二条形高压气室20内气压明显高于气泡，造成微泡分布不均。
68.如图9所示，第三布气单元16包括第三环形高压气室21和第三空气输入管22，第三环形高压气室21与浮选柱4同心设置，第三空气输入管22设有两个，对称设于第三环形高压气室21的圆柱面上，并与第三环形高压气室21连通。
69.如图10、图11所示第三布气单元16还包括第三气泡发生板23和第三条形高压气室24，第三条形高压气室24为“凵”字型结构，第三气泡发生板23设于第三条形高压气室24的开口侧，使得第三条形高压气室24内的高压气体从第三气泡发生板23流出形成微泡。第三气泡发生板23为孔径为5μm～10μm的微孔陶瓷板。
70.如图9所示，第三条形高压气室24的两端与第三环形高压气室21连通，第三条形高压气室24设有多个，多个第三条形高压气室24平行设置。此结构使得第三布气单元16能够产生大量且均匀的微泡。
71.值得注意的是，第三条形高压气室24与第三空气输入管22垂直设置，避免从第三空气输入管22进入第三环形高压气室21内的高压气体直接进入第三条形高压气室24内，进而导致与第三空气输入管22正对的第三条形高压气室24内气压明显高于气泡，造成微泡分布不均。
72.本实施例中，第二条形高压气室20朝向第三条形高压气室24所在水平面的投影可以与第三条形高压气室24平行或相交。为了便于粗煤泥颗粒下沉，优选地，第二条形高压气室20与第三条形高压气室24平行。
73.由于浮选柱4内自下而上依次为第一布气单元、第二布气单元15和第三布气单元16，考虑到第二布气单元15处会有第一布气单元产生的部分气泡，第三布气单元16会有第一布气单元和第二布气单元13产生的气泡，第二布气单元15和第三布气单元16主要是对第一布气单元进气量的补充与分担，因而浮选装置开机运行时，各级布气单元的气流量大小为：第一布气单元、第二布气单元15、第三布气单元16依次减小。
74.值得注意的是，第二布气单元15和第三布气单元16均位于浮选柱4内的精煤富集区和尾煤预脱水区之间。第一环形高压气室9、第二环形高压气室17和第三环形高压气室21均为单个环形，相对于多个环形构成的高压气室而言，单个环形形成的高压气室结构简单易于加工成型，多个环形构成的高压气室制造困难且易导致外侧环形的气和/或水量明显高于内侧的环形，造成流体分布不均，不利于粗颗粒的浮选回收。
75.实施例2
76.本发明的另一个具体实施例，公开了一种适于粗煤泥分选的浮选方法，采用实施例1的适于粗煤泥分选的浮选装置，当浮选柱4内仅存在一级布气单元时，步骤包括：
77.步骤1：通过输水管6向环形水箱5注入含起泡剂的流化水，含起泡剂的流化水经环形水箱5进入条形气水混合室13；同时通过第一空气输输入管8向第一环形高压气室9输入
压缩空气，空气经第一环形高压气室9进入第一条形高压气室14，经第一气泡发生板10弥散为微泡形成上升微泡流并进入条形气水混合室13与其中的流化水充分混合，而后经流体分布板形7形成高微泡含量的上升水流，进入浮选柱4内部，形成紊流扰动小、微泡含量充足的浮选流场环境。
78.需要说明的是，高压气室9内空气经第一气泡发生板10弥散为系列小气泡并形成微泡上升流，进入气水混合室7后，气泡均匀地弥散在硫化水中，气水整体呈现出流体的性质，利于形成流体扰动小、微泡含量充足的浮选环境。
79.步骤2：待浮选柱4内充满流化水后，粗煤泥入料经由给料管1注入，通过入料分配器2均匀分布于浮选柱4内。
80.粗煤泥颗粒随矿浆下沉，在逆流矿化区与上升微泡相遇，颗粒气泡间发生碰撞，大部分疏水的煤颗粒粘附于气泡表面，形成颗粒气泡团聚体，少量未与气泡粘附的煤粒，则继续下沉至扫选区，再次于浮选柱下侧与气泡再次碰撞粘附，成颗粒气泡团聚体。在上升水流及气泡浮力的联合作用下，颗粒气泡团聚体上升至泡沫层，并通过精煤溢流槽3排出，最终成为精煤产品。
81.入料中亲水的矸石颗粒与气泡碰撞后无法发生粘附，一直下沉至尾矿预脱水区，在该区域内初步脱除部分水分，并最终经由尾煤排料管12排出成为尾矿产品。
82.当浮选柱4内存在多级布气单元时，步骤包括：
83.步骤1：通过输水管6向环形水箱5内注入含起泡剂的流化水，含起泡剂的流化水经环形水箱5进入条形气水混合室13；同时通过第一空气输入管8、第二空气输入管18和第三空气输入管22向各级布气单元(本实施例中的第一布气单元、第二布气单元15和第三布气单元16)输入空气。
84.第一布气单元的第一环形高压气室9内空气进入第一条形高压气室14，经第一气泡发生板10形成第一级上升微泡流并进入条形气水混合室13与流化水充分混合，而后流化水及大量的微泡经流体分布板7，形成高微泡含量的上升水流以均匀进入浮选柱4上部。
85.第二布气单元15内，由第二空气输入管18输入的空气，经第二环形高压气室17进入第二条形高压气室20后，经第二气泡发生板19弥散为均匀的微泡，于浮选柱4内形成第二级上升微泡流。
86.第三布气单元16内，由第三空气输入管22输入的空气，经第三环形高压气室21进入第三条形高压气室24后，经第三气泡发生板23弥散为均匀的微泡，于浮选柱4内形成第三级上升微泡流。
87.由此，通过多级布气单元梯度进气，于浮选柱4内形成流体扰动小、微泡含量充足的浮选流场环境。
88.步骤2：待浮选柱4内充满流化水后，粗煤泥入料经由给料管1注入，并通过入料分配器2实现粗煤泥入料在浮选柱4内的均匀分布。
89.在重力及惯性作用下粗煤泥颗粒随矿浆下沉，矿浆与上升微泡流相遇，颗粒气泡间发生碰撞，疏水的粗煤泥颗粒粘附于气泡表面，形成颗粒气泡团聚体；部分未与气泡发生粘附的煤粒，则继续下沉，与浮选柱4下侧气泡碰撞粘附，并形成颗粒气泡团聚体；在上升水流及气泡浮力的联合作用下，颗粒气泡团聚体上升并最终通过精煤溢流槽3排出，成为精煤产品。
90.入料中矸石颗粒由于其亲水的表面性质，与气泡碰撞后无法发生粘附，下沉至尾矿预脱水区，最终经由尾煤排料管12成为尾矿产品。
91.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。