本发明属于粉煤灰固废处理领域，涉及一种粉煤灰空心微珠重力沉降分选柱、系统和方法。
背景技术：
1、粉煤灰是燃煤电厂燃煤产生的粉末状固体颗粒混合物，粉煤灰的大量堆放会造成粉尘污染和水土污染，对环境造成严重危害，因此实现粉煤灰的资源化利用具有重大的环保意义。
2、空心微珠是粉煤灰中最具附加值的成分之一，其含量较多(30％～80％)、粒级细、密度分布范围宽(0.2-2.6g/cm3)，由于其独特的球形中空结构而具有质量轻、抗压强度高、保温隔热性好、绝缘性好等特点，在保温隔热材料、泡沫材料、吸波材料、建筑材料、复合陶瓷等领域应用广泛。因此高效地分离提取空心微珠对其资源化利用具有重要意义。
3、粉煤灰粒级小，比重轻，空心微珠的分选难度大。空心微珠虽然具有空心结构，但由于粒径和壁厚的差异性，其比重分布范围宽。对于比重<1g/cm3的部分(漂珠)，采用在水中漂浮沉降的方法很容易将其分选，但漂珠占比往往<1％，不具有普遍性。对于密度>1.0g/cm3的空心微珠(沉珠)的分选，则具有非常大的难度。采用偏钨酸锂，氯化锌等重盐的水溶液对空心微珠进行重液分选，但重液成本高，选矿指标差(品位<60％,回收率<50％)，不适宜规模化生产。也有采用不同类型的湿法和干法分选设备，包括根据离心力分选的水力旋流器、根据重力沉降分选的水力分级机，以及根据离心力沉降原理的旋风分离器、根据重力沉降的流幕式力气分级机、以及根据离心惯性力和气体阻力的内循环离心分离分选机等开展了粉煤灰的分选实践。
4、但粉煤灰粒级细、比重小，对流体有良好的跟随性。上述分选设备内部流体场的不均匀对颗粒运动扰动大，造成混级现象明显，分选效果较差，只能实现空心微珠的相对富集。
技术实现思路
1、本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种粉煤灰空心微珠重力沉降分选柱、系统和方法，可用于粉煤灰空心微珠的高效连续分选作业，具有结构简单、成本低、操作方便、可连续运行的特点。
2、为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
3、一种粉煤灰空心微珠重力沉降分选柱，包括由上至下依次连接的上部垂直圆柱形筒、倒圆台形变径环、下部垂直圆柱形筒和底流收集筒；
4、上部垂直圆柱形筒顶部为溢流出料区，上部垂直圆柱形筒中间和底部为层流分选区，上部垂直圆柱形筒与倒圆台形变径环顶部内径相同，倒圆台形变径环顶部内径大于底部内径，倒圆台形变径环为中部进料区，侧方设置有进料口；下部垂直圆柱形筒为紊流过渡区，下部垂直圆柱形筒与倒圆台形变径环底部内径相同，下部垂直圆柱形筒内径小于上部垂直圆柱形筒内径；底流收集筒为底流沉降区，底流收集筒侧上方设置有进水口，底部设置有底流出料口，底流收集筒内径大于上部垂直圆柱形筒内径。
5、优选的，底流收集筒轴线与进水口之间竖直设置有挡流板。
6、优选的，溢流出料区底部设置有卸料孔。
7、优选的，进料口数量为多个，沿倒圆台形变径环周向均布，进料口喷嘴采用扁嘴，喷射方向为水平方向，且朝向倒圆台形变径环轴线。
8、优选的，底流收集筒的直径大于上部垂直圆柱形筒直径两倍以上。
9、一种粉煤灰空心微珠重力沉降分选方法，包括以下过程：
10、向分选柱内注入水，直至淹没进料口；打开出料口、进水口和进料口，通过进料口向分选柱内注入粉煤灰矿浆，通过进水口向分选柱内注水，底流出料口的流量q1根据现场要求指定，进水口和进料口的流满足使上部垂直圆柱形筒、下部垂直圆柱形筒中的水体具有相同的上升速度，使分选管内的液体为稳态；式中：n1为下部垂直圆柱形筒的半径的平方，n2为上部垂直圆柱形筒的半径的平方，q1为底流出料口的流量，q2为进水口的流量，q3为进料口的流量。
11、一种粉煤灰空心微珠重力沉降分选系统，包括多个粉煤灰空心微珠重力沉降分选柱；所有分选柱依次连接，前一个分选柱的底流出料口与相邻下一个分选柱的进料口连接。
12、优选的，每个分选柱后再单独串连两个分选柱，三个分选柱为一组；同一组内，三个分选柱的上升水流速度相同，前一个分选柱中的溢流出料区出口与相邻下一个分选柱的进料口连接。
13、一种粉煤灰空心微珠重力沉降分选方法，每个分选柱采用粉煤灰空心微珠重力沉降分选方法进行分选，将前一个分选柱中的底流出料口收集到的沉降物输送至相邻下一个分选柱的进料口处，作为原料送入下一个分选柱内，所有分选柱从前到后内部液体流速逐渐变快。
14、优选的，每组三个分选柱的精细化分选过程为：
15、每组第一个分选柱采用粉煤灰空心微珠重力沉降分选方法进行分选，收集第一个分选柱中的溢流产物，第一个分选柱中底流出料口收集到的沉降物作为原料送入下一组中的第一个分选柱内；
16、以水作为介质配置含有第一个分选柱中的溢流产物的矿浆，第一个分选柱中的溢流产物占矿浆质量的1％-5％；对矿浆添加1.5-4.5×107个/ml纳米气泡；根据矿浆质量按800-3200g/t称取柴油加入矿浆内，将加入柴油后的矿浆作为原料从进料口送至第二个分选柱内，采用粉煤灰空心微珠重力沉降分选方法进行分选；收集第二个分选柱中的溢流产物；
17、以水作为介质配置含有第二个分选柱中的溢流产物的矿浆，第一个分选柱中的溢流产物占矿浆质量的1％-5％；对矿浆添加1.5-4.5×107个/ml纳米气泡；根据矿浆质量按200-800g/t称取十二胺加入矿浆内，将加入十二胺后的矿浆作为原料从进料口送至第三个分选柱内，采用粉煤灰空心微珠重力沉降分选方法进行分选；收集第三个分选柱中的溢流产物。
18、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
19、本发明分选柱为圆柱形，流体介质流动方向为从下往上，圆柱体内部没有机械部件，确保流体均匀流场的稳定性；分选管包括上部的层流分选区和下部的紊流过渡区，中部进料区为小角度缓慢变径，消除管径的突变对流体流场的扰动；由于上部垂直圆柱形筒管径大于下部垂直圆柱形筒管径，中部给料区能够精确控制给料矿浆单位体积量，确保层流分选区和紊流过渡区流速相同；底流收集筒内径大于上部垂直圆柱形筒内径，将给水的冲击作用约束在底流收集筒内部，确保上方分选柱内部流场不受干扰，因此本发明分选柱内部的层流分选区为层流状态，且上升水速较小，因此具有较高的均匀性和稳定性，对微细粒级粉煤灰颗粒的扰动较小，有利于实现颗粒的自由沉降。具有结构简单、成本低、操作方便、可连续运行的特点。
20、进一步，安装档流板能够削弱给水对底流收集筒内部流场的冲击作用，进一步减小对上方分选柱内部流场的干扰。
21、进一步，卸料孔位于溢流出料区底部，能够以间断式快速流出的方式进行卸料。这种间断式闪速卸料方式可以避免溢流沿着管壁流出的横向流体对分选管内部流场的扰动，避免“死区”的出现对分选过程的影响。
22、进一步，在倒圆台形变径环上，沿环形安装多个扁嘴的进料口，保证给料的分散性和均匀性，并且降低了每个进料口的喷射速度，使得矿浆以瀑布散落的形式进入分选柱，避免矿浆的高速冲击对分选柱内部流场的扰动。
23、进一步，多个依次连接的分选柱组成的分选系统，能够实现粉煤灰空心微珠连续多级分选。
24、进一步，在精选过程中采用高浓度纳米气泡水介质作为分选介质，利用了空心微珠与残留炭等其它轻质杂质颗粒物在形貌特征方面的差异性，微纳米气泡在颗粒表面多孔结构和表面凹槽位置具有吸附和驻留特性，通过引入药剂对杂质颗粒物进行表面改性，形成聚团效应，对于残留炭颗粒，采用柴油作为药剂，对于硅酸盐杂质，采用十二胺作为药剂实现选择性吸附。借助“药剂+纳米气泡”的协同作用，可以强化纳米气泡对固液界面流体滑移特性的调控作用，增加固液界面流体滑移长度，减小颗粒沉降阻力，提高沉降末速度，进入底流，实现球形空心微珠与具有多孔结构的轻质杂质颗粒物的有效分离。