一种可调节水气流场和湍流度的流态化粗粒浮选装置及方法

本发明属于矿物浮选，具体涉及一种可调节水气流场和湍流度的流态化粗粒浮选装置及方法。

背景技术：

1、浮选是矿物加工领域回收有价矿物最常用的方法，且对于入选矿石的粒度有一定范围的要求：对于有色金属矿其上限一般为0.1-0.20mm，而磨矿是降低矿石粒度的重要环节，传统浮选工艺对于粗颗粒矿石的处理主要采用返回球磨机进一步细磨来实现目的矿物的单体解离和矿石粒度的减少，使其粒度满足常规泡沫浮选的要求；但由于一方面磨矿能耗较高且粗颗粒矿石中有价矿物的品位相对较低、对其全部进行磨矿作业造成了能量浪费和成本增加，另一方面粗颗粒矿石浮选取决于颗粒气泡粘附体的上升浮力要超过其自身重力，粗颗粒的再磨并不容易控制，对于易磨矿物很容易过磨导致粒度过细、粗颗粒目的矿物无法克服自身重力而下沉成为尾矿、从而恶化浮选效果，因此改善粗颗粒浮选效果对于降低磨矿作业成本、实现粗粒脉石预先抛废具有重要的现实意义。

2、近年来出现了一系列流态化粗颗粒浮选设备，其特征在于：在原有浮选设备的基础上引入上升水流，依靠气泡和上升水流形成流态化床层，从而克服粗颗粒的自身重力实现浮选。该类型设备对于粗颗粒浮选回收具有重要的促进作用，然而现有粗颗粒浮选设备及方法在使用过程中存在如下的技术问题：

3、(1)气泡和上升水流分布器作为核心部件都采用固定构件，浮选柱体内流场和湍流度难以灵活调节：仅能靠气压和水压进行单一模式调节，对于不同种类矿物和不同性质矿石的适应性不强，有时需要重新设计分布器并进行试验探索、重新进行核心固定部件设计，导致研发周期较长、研发成本高。

4、(2)气泡和上升水流在浮选柱体内的分布方式较为简单粗放、不利于干扰床层的均匀分布：例如专利cn113198619b公开的一种旋流与阻尼耦合流化的粗颗粒浮选设备及浮选方法中采用“水气混合射流管的喷射方向以所述浮选柱体的轴线为中心沿顺时针或逆时针分布”，专利cn113198622b公开的一种微泡二次矿化浮选设备及浮选方法中采用“侧壁微孔”的喷射形式，均不能灵活调节流场，同时流体以浮选柱体径向线为中心进入，使水气流体首先在浮选柱体中心汇聚、而后向上散布在浮选柱体内，会造成柱体中部及下部流场分布不均匀，流场在柱体横截面内呈现“中心强、周围弱”，气泡和上升水流在柱体内湍流度较大，柱体内中部及上部的流场不稳定，导致粗颗粒与气泡粘附后脱落。

5、(3)气泡和上升水流在浮选柱体内的产生较为简单粗放，气泡分散程度和气泡尺寸难以达到微泡浮选的目的：例如专利cn108970813b公开的一种流态化粗粒浮选设备及浮选方法中分别采用气泡发生器形成气泡、位于气泡发生器下方的进液口形成上升水流，专利cn114713379a公开的一种适于粗颗粒回收的流态化浮选装置及方法中分别采用气泡发生单元和气水混合分布单元，专利cn113499861a公开的一种湍流与稳流协同流化的粗颗粒浮选设备及方法中采用气泡和上升水流在浮选柱体外通过混合器简单进行混合，这种分开产生、自行融合方式或简单混合结构使气泡在水流中的分散和融合流动不佳，导致水气流体对粗颗粒的浮选作用难以满足高回收率的粗颗粒目的矿物浮选回收、粗颗粒脉石预先抛尾应用需求。

技术实现思路

1、本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一，本发明提供一种可调节水气流场和湍流度的流态化粗粒浮选装置及方法，可以实现水气流场和湍流度的灵活调节，并形成充分混合的微泡和水气混合流体、稳定的微泡和水流态化复合干扰床层，能够改善泡浮选效果、节本降耗，满足不同粗颗粒目的矿物的浮选回收和粗粒脉石预先抛废应用。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

3、一种可调节水气流场和湍流度的流态化粗粒浮选装置，包括浮选柱体、连通的水气混合器和若干水气射流枪，所述浮选柱体顶部设有泡沫溢流槽、精矿排矿口和给料装置，浮选柱体底部设有排料口；

4、所述水气射流枪设有延伸至浮选柱体内部、用于垂直向上喷射微泡和水气混合流体的射流区，水气射流枪能够调节射流区与浮选柱体圆周径向的夹角。

5、上述浮选装置通过连通的水气混合器和若干水气射流枪配合形成垂直向上喷射的微泡和水气混合流体，便于床层均匀稳定和改善微泡浮选效果，同时射流区与浮选柱体圆周径向的夹角对柱体内流场的分布影响显著：微泡和水气混合流体的喷射位置影响流态化干扰床层在浮选柱体横截面上的分布均匀性，增大射流区与浮选柱体圆周径向的夹角时可以减弱浮选柱体内中心区域流场并影响湍流度和床层稳定性，从而可以通过调节微泡和水气混合流体的分布进一步实现流态化粗粒浮选装置内水气流场和湍流度的灵活调节，便于浮选条件优化探索。

6、上述浮选装置，进一步地，所述浮选柱体的中部和上部为圆柱体，浮选柱体的下部为锥体，用于通过圆柱体稳定微泡和水流态化复合干扰床层、通过锥体排矿。

7、进一步地，圆柱体与锥体的纵向长度比例为(2.5-3.5):1，通过比例限定可以进一步形成适用于接近1mm粗颗粒矿物分选的稳定微泡和水流态化复合干扰床层，圆柱体比例过低则达不到床层稳定所需的垂直空间，比例过高则粗颗粒粘附气泡后上浮路径过长，会导致颗粒与气泡的脱附，从而恶化浮选效果。

8、进一步地，所述锥体壁面与垂直轴线的夹角为40-50°，通过夹角限定可以进一步使内尾矿的排矿较为顺畅，且排矿速度适中易于控制排矿量，夹角过大则矿石在锥体上移动速度低、排矿不顺畅易造成堵塞，夹角过小则矿石在锥体上移动速度过快、排矿量不易控制。

9、进一步地，所述射流区靠近圆柱体与锥体的交界区域，用于进一步发挥圆柱体的稳床和锥体的排矿作用。

10、上述浮选装置，进一步地，所述水气混合器包括壳体和水气剪切分散器，所述壳体沿流体输入向输出方向依次包括相连的水气混合管、收缩管、喉管和扩散管，所述水气混合管设有端部延伸至水气混合管内部的压力水喷射管和若干高压气体喷射管，所述高压气体喷射管的高压气流能够与压力水喷射管的压力水流交射形成水气混合流体，所述水气剪切分散器位于扩散管内。

11、上述浮选装置通过高压气体喷射管的高压气流与压力水喷射管的压力水流交射、在水气混合管内初步混合形成水气混合流体，水气混合流体依次通过收缩管、喉管以及扩散管，形成大量气泡，气泡与水气混合流体经过扩散管内的水气剪切分散器时、气泡进一步切割分散为微泡，使水气混合器将气体和水混合为微泡和水气混合流体并送往各水气射流枪，提高气泡分散程度、减小气泡尺寸。

12、进一步地，所述压力水喷射管设有锥角为20-30°的锥形喷口，所述高压气体喷射管设有锥角为20-25°的锥形喷口，压力水喷射管与高压气体喷射管的流体喷射夹角为30-55°，用于进一步加强冲射、进一步提高水气混合效果。

13、进一步地，所述收缩管的锥角为35-40°，所述扩散管的锥角为25-35°，所述收缩管、喉管以及扩散管的纵向长度比例为1:1:(2～3)，用于进一步提高气泡在水气混合流体中分散均匀性、细化气泡尺寸。

14、进一步地，水气剪切分散器包括若干垂直于气泡和水气混合流体流向的尖部，用于通过尖部对经过气泡的切割分散进一步强化微泡效果。

15、上述浮选装置，进一步地，所述水气混合器与若干水气射流枪之间设有连通的水气分布器，所述水气分布器与水气射流枪之间设有阀门，用于通过水气分布器向若干水气射流枪均匀分配微泡和水气混合流体，并通过阀门启闭控制连通的水气射流枪数量，进一步实现水气流场和湍流度的灵活调节。

16、进一步地，所述水气射流枪与水气分布器转动连接，用于在调节射流区角度时通过转动连接适应水气射流枪的角度变化，进一步便于水气射流枪的安装与调节、快速调节水气流场和湍流度。

17、进一步地，水气射流枪与浮选柱体之间设有用于调节射流区与浮选柱体圆周径向夹角的角度调节器，通过角度调节器带动水气射流枪相对浮选柱体运动进一步实现射流区与浮选柱体圆周径向夹角的快速灵活调节、便于调节水气流场和湍流度。

18、进一步地，所述射流区包括水平设置在水气射流枪流体出口的微细网格，所述细微网格的各单孔面积为0.04-0.36mm2，沿水气射流枪的微泡和水气混合流体经微细网格进一步分散成为微小气泡和水流柱，可以提高浮选效果。

19、进一步地，射流区射流区与浮选柱体圆周径向的夹角α为0-45°，在此角度范围下具有较优的流场分布，若角度超过45°则会造成柱体内中心区域流场较弱，入料进入中心区域后与水流和气泡的接触较少，从而无法取得良好的分选指标。

20、进一步地，所述浮选柱体内部设有位于射流区上方的阻尼结构，所述阻尼结构包括至少两个连续或间隔排布的阻尼环，阻尼结构的最低位置到浮选柱体底部的纵向间距≥1/3柱体轴向高度，通过阻尼结构的阻尼环数量、分布形式和位置干扰床层的形成、进一步调节流场和湍流度：增加阻尼环的数量和密集分布可以降低柱体内流场湍流度、降低粗颗粒与气泡粘附上浮过程的湍流阻力可以促进粗颗粒上浮；阻尼结构的位置过低会过早影响干扰床层的形成，不利于床层的稳定；位置过高则无法起到调节湍流度的作用。

21、一种流态化粗粒浮选方法，基于上述任意一项所述的可调节水气流场和湍流度的流态化粗粒浮选装置，其方法包括：

22、调节连通水气混合器的水气射流枪数量、射流区与浮选柱体圆周径向的夹角；

23、水气混合器将气体和水混合为微泡和水气混合流体并送往各水气射流枪，水气射流枪经射流区在浮选柱体内部垂直向上喷射微泡和水气混合流体，待流场稳定后形成微泡和水流态化复合干扰床层；

24、粗颗粒矿浆调浆后经给料装置在微泡和水流态化复合干扰床层中浮选，泡沫精矿进入泡沫溢流槽后经精矿排矿口排出成为最终精矿，而尾矿下沉并经排料口排出成为最终尾矿。

25、进一步地，射流区喷射的微泡和水气混合流体中微泡尺寸为50-200μm，微泡在水气混合流体中的分散度达80％以上，通过控制微泡分散程度和微泡尺寸进一步达到微泡浮选的目的。

26、进一步地，粗颗粒矿浆中粗颗粒矿物的粒级在0.1-1.2mm，能够充分利用浮选装置和浮选方法，进一步强化水气流体对粗颗粒的浮选作用，降低球磨负荷和能耗。

27、进一步地，粗颗粒矿浆包括捕收剂和起泡剂，用于充分调浆后进一步提高各矿物的浮选效果。

28、进一步地，粗颗粒矿物包括硫化矿、氧化矿，所述硫化矿包括辉钼矿、铅锌矿，所述氧化矿包括白钨矿、锡石、钛铁矿，使所得尾矿含目的矿物的品位极低，进一步提高粗颗粒浮选抛废率和精矿回收率。

29、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

30、(1)本发明通过调节延伸至浮选柱体内部、垂直向上喷射的微泡和水气混合流体的射流区与浮选柱体圆周径向的夹角，可以在浮选柱体内形成可调节水气流场分布和湍流度的微泡和水流态化复合干扰床层，解决固定构件和压力单一模式导致水气流场和湍流度难以调节的技术问题，从而适应不同种类及矿石性质的粗颗粒矿石浮选，具有很强的灵活性和适应性。

31、(2)本发明能够通过调节微泡和水流态化复合干扰床层的水气流场和湍流度进行浮选条件优化探索，极大缩短了因浮选效果不佳而需要重新进行核心固定部件设计的长周期研发过程。

32、(3)本发明通过垂直向上喷射微泡和水气混合流体，能够配合水气射流枪的数量和布局方式、阻尼环的数量及布局方式的自由组合使用，进一步形成可调节且流场和湍流度稳定的微泡和水流态化复合干扰床层，解决气泡和上升水流在浮选柱体内的分布方式较为简单粗放、不利于干扰床层均匀分布的技术问题，避免粗颗粒与气泡粘附后脱落影响浮选效果。

33、(4)本发明通过水气混合器形成微泡和水混合流体，进而通过水气射流枪的射流区在浮选柱体内进一步形成微泡和水充分混合的水气上升流体，能够解决气泡分散程度和气泡尺寸难以达到微泡浮选目的技术问题，强化水气流体对粗颗粒的浮选作用。

34、(5)本发明所得尾矿含目的矿物的品位极低，在“磨矿-浮选”的选矿流程中可直接作为最终尾矿进行抛尾，将脉石矿物及时从流程中去除，能够降低球磨机的负荷量、减少浮选流程处理量，显著降低能耗。

35、综上，本发明可以用于粒级在0.1-1.2mm粗颗粒矿物的浮选回收，对于辉钼矿、铅锌矿等硫化矿以及白钨矿、锡石、钛铁矿等氧化矿具有良好的分选效果，粗颗粒浮选抛废率可达到50％以上，硫化矿精矿回收率90％以上，氧化矿精矿回收率85％以上，能够显著降低作业成本、满足不同粗颗粒目的矿物的浮选回收和粗粒脉石预先抛废应用。