CN110152358A - 一种具有流化放砂装置的深锥浓密砂仓 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有流化放砂装置的深锥浓密砂仓，包括砂仓体、进料管、絮凝剂进液管、溢流槽、给料井、循环井、环形导流锥和搅拌流化装置；溢流槽与砂仓体的内壁顶部固定连接并与上清液回流管相连通；给料井设置在砂仓体的顶部中心处并与砂仓体固定连接；循环井设置在给料井内并与给料井固定连接，给料井和循环井之间形成进料区；进料管与进料区相连通；环形导流锥设置于循环井的正下方并与砂仓体的内壁固定连接，环形导流锥顶部的直径与循环井的直径相同；砂仓体的底部具有出料口，搅拌流化装置与出料口固定连接。本发明使尾矿进入砂仓后形成特殊流场，无水力和气力消耗、流化效果好、保证砂浆浓度不降低以及不会降低浓密效果。
Description
技术领域
本发明涉及矿山环保设备技术领域，具体涉及一种具有流化放砂装置的深锥浓密砂仓。
背景技术
矿山工业在对选矿生产过程中产出的低浓度尾矿进行浓缩脱水处理时，一般采用浓密机或立式砂仓。现有技术的浓密机多为耙式卸料，存在着占地面积大、结构复杂、消耗功率高、浓缩效率低以及维护维修复杂等问题，对于浓密机下部沉降的高密实度的尾矿，还存在着压耙的危险。
在浓密机或立式砂仓的底部，当颗粒浓度达到一定值之后，浆体的流变特性呈非牛顿流体特征，其屈服应力较大，难以实现顺利排料。常见的浓密机或立式砂仓一般采用结构复杂的刮泥耙实现高浓度放矿；或在仓底部加设喷嘴，采用高压喷水嘴局部流态化造浆、气力造浆或气水联动造浆等技术来实现高浓度排放。这几种流态化造浆方式有诸多的弊端：刮泥耙型浓密机结构复杂、制造成本高，功率消耗大，运行时还存在着压耙的隐患；高压喷水嘴局部流态化造浆会造成排放的尾矿浓度降低，影响浓缩效果；气力造浆则由于气泡上升干扰了尾矿的自然沉降效果，降低了浓密速率；气水联动造浆则兼有使排放的尾矿浓度降低和干扰尾矿自然沉降降低浓密速率的不良后果。
因此如何提供一种砂仓实现矿山选尾矿的高效和高浓度排放是本发明所要解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种具有流化放砂装置的深锥浓密砂仓，实现矿山选尾矿的高效和高浓度排放。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种具有流化放砂装置的深锥浓密砂仓，包括砂仓体、进料管、絮凝剂进液管、溢流槽、给料井、循环井、环形导流锥和搅拌流化装置；所述溢流槽与所述砂仓体的内壁顶部固定连接；所述给料井套设在所述砂仓体顶部中心处并与所述砂仓体固定连接；所述循环井套设在所述给料井内并与所述给料井的顶部固定连接，所述给料井和所述循环井之间形成进料区；所述进料管与所述进料区相连通；所述环形导流锥设置于所述循环井的正下方并与所述砂仓体的内壁固定连接，所述环形导流锥顶部的直径与所述循环井的直径相同；所述砂仓体的底部具有出料口，所述搅拌流化装置与所述出料口固定连接。
本发明的有益效果是：本发明所述的具有流化放砂装置的深锥浓密砂仓，取消了刮泥耙及其传动驱动装置，采用特殊结构的深锥浓密砂仓，使尾矿进入砂仓后形成特殊流场，实现粗颗粒的重力自然沉降和细粒级尾矿的絮凝结团沉降，加速了微细颗粒尾矿的絮凝团聚速度。与现有放砂技术相比本发明无水力和气力消耗、流化效果好、保证砂浆浓度不降低以及不会降低浓密效果。本发明还具有体积小、结构简单、制造成本低、浓缩效率高、底流浓度大、免维护和低动力消耗等鲜明特点，具有广泛的适用性。
具体的，进料管和絮凝剂进液管分别与所述与所述进料区相连通。进料管道用于输送尾矿，絮凝剂管道用于输送絮凝剂。
具体的，所述给料井通过钢结构支架与砂仓体的侧壁固定连接，所述给料井和砂仓体的侧壁之间具有可供物料通过的空间。
具体的，所述循环井和所述给料井的顶部通过钢结构支架固定连接，进料区的顶部不封闭。
具体的，所述环形导流锥通过钢结构支架与砂仓体侧壁固定连接。
具体的，所述砂仓体的侧壁对应所述溢流槽具有溢流孔，溢流槽通过溢流孔与上清液收集管道连通；或包括固定穿设在砂仓体侧壁的上清液回流管，所述溢流槽与上清液回流管相连通，所述上清液回流管与上清液收集管道连通。上清液回流管道与外部的上清液收集池相连通。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述砂仓体的上部为顶部敞开的圆柱筒形，下部为锥顶向下的圆锥筒形，所述圆锥筒形的锥角小于尾矿的安息角。
采用上述进一步方案的有益效果是：下部的圆锥筒的锥角小于尾矿的安息角设计，可以有效避免尾砂结拱。
具体的，安息角，亦作休止角，是斜面使置于其上的物体处于沿斜面下滑的临界状态时，与水平表面所成的最小角度(即随着倾斜角增加，斜面上的物体将越容易下滑；当物体达到开始下滑的状态时，该临界状态的角度称为休止角)。
进一步，所述进料管沿所述给料井的切线方向与所述给料井相连接，并与所述进料区相连通。
采用上述进一步方案的有益效果是：低浓度尾矿沿圆筒形给料井内壁切线方向送入给料井。在该给料井内，粗粒级尾矿依靠给料流所产生的离心力沿给料井边壁实现粗细粒级的分离，分离后处于***的粗粒级尾矿依靠重力沉落；内侧的低浓度细粒级尾矿与同时送入该给料井的絮凝剂在旋转流场环境内得到充分的弥散和混合。
进一步，所述絮凝剂进液管为设置在所述进料区的环形管道，所述环形管道上具有开口向下的出料口，所述出料口与所述进料区相连通。
采用上述进一步方案的有益效果是：絮凝剂通过絮凝剂进液管道进料，并从环形管道上开设的向下的出料口喷射入进料区。在进料区内，低浓度尾矿与同时送入该给料井的絮凝剂在高速流场环境内得到充分的弥散和混合。
进一步，所述给料井的上边沿高于所述溢流槽，所述给料井的上边沿高于所述循环井的上边沿。
采用上述进一步方案的有益效果是：给料井的上端面突出于砂仓体的溢流堰，使深锥浓密砂仓上部的澄清液与给料井中的尾矿相隔离；循环井的上端面低于砂仓体内侧溢流堰上沿和筒形给料井上端面，以使低浓度悬浊液仅能向筒形给料井中溢流。
进一步，所述环形导流锥为顶部固定连接的正锥筒和倒锥筒，所述环形导流锥具有内锥面和外锥面，所述内锥面和所述外锥面的夹角为60°。
采用上述进一步方案的有益效果是：可增加砂仓的沉降面积，从而加大尾矿砂的处理量；环形导流锥的顶部内外锥面夹角为60°时导流效果好。
进一步，所述循环井的上部为圆筒形，下部为正锥筒，所述圆筒形的下边沿与所述正锥筒的上边沿固定连接，所述循环井的下端具有导流锥面，所述导流锥面下端的直径与所述环形导流锥顶部的直径相等。
采用上述进一步方案的有益效果是：进料区内的粗粒级尾矿沿进料井内壁自然沉落至所述循环井的外锥面，细粒级尾矿与絮凝剂结合后结团后沉降至所述循环井的外锥面，两者构成的高密度料流沿循环井的外锥面和导流锥外锥面淌落，从而形成由砂仓体内壁、进料井外壁、循环井下锥面与导流锥外锥面构成的絮凝区域，而低密度澄清液则通过循环井的内锥上升，这样构成不同密度料流的动态流场，加速了尾矿的沉降速率。
进一步，所述搅拌流化装置包括旋转动力装置和搅拌轴，所述搅拌轴的一端与所述旋转动力装置的输出轴固定连接，所述搅拌轴穿设在所述出料口内并与所述出料口的侧壁转动连接。
采用上述进一步方案的有益效果是：采用了机械流化放料方式，可在不降低尾砂浓度和不影响浓密效果的前提下，靠旋转驱动装置驱动的搅拌叶片把压实密度大的放砂区域实施扰动流化，使其压实密度降低从而达到放砂通畅的效果。
具体的，所述旋转动力装置可以为旋转电机，也可以为其他旋转动力装置。
进一步，所述搅拌轴上固定连接有矩形的搅拌叶片。
采用上述进一步方案的有益效果是：搅拌流化效果好。
进一步，还包括支腿，所述支腿与所述砂仓体的外壁固定连接。
采用上述进一步方案的有益效果是：便于砂仓体安装固定。
附图说明
图1为本发明一种具有流化放砂装置的深锥浓密砂仓的剖视图；
图2为本发明一种具有流化放砂装置的深锥浓密砂仓的进料管局部放大图；
图3为本发明一种具有流化放砂装置的深锥浓密砂仓的搅拌流化装置放大图；
图4为本发明一种具有流化放砂装置的深锥浓密砂仓的进料管俯视图；
图5为本发明一种具有流化放砂装置的深锥浓密砂仓的絮凝剂进液管俯视图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、砂仓体，2、进料管，3、溢流槽，4、给料井，5、循环井，6、环形导流锥，7、搅拌流化装置，701、搅拌轴，702、旋转动力装置，8、出料管，9、上清液回流管，10、絮凝剂进液管，A、澄清区，B、过渡区，C、沉降区，D、压缩区。
具体实施方式
以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1-图5所示，一种具有流化放砂装置的深锥浓密砂仓，包括砂仓体1、进料管2、溢流槽3、给料井4、循环井5、环形导流锥6、搅拌流化装置7和絮凝剂进液管10；所述溢流槽3与所述砂仓体1的内壁顶部固定连接，所述溢流槽3与上清液回流管9相连通；所述给料井4套设在所述砂仓体1的腔体的顶部中心处并与所述砂仓体1固定连接；所述循环井5套设在所述给料井4内并与所述给料井4的顶部通过钢结构支架固定连接，所述给料井4和所述循环井5之间形成进料区；所述进料管2与所述进料区相连通；所述絮凝剂进液环管通过钢结构支架设置于所述循环井5与所述给料井4之间；所述环形导流锥6设置于所述循环井5的正下方并与所述砂仓体1的内壁固定连接，所述环形导流锥6顶部的直径与所述循环井5的直径相同；所述砂仓体1的底部具有出料口，所述搅拌流化装置7与所述出料口固定连接。
具体的，出料口与出料管8连通，出料管8具有截止阀门，截止阀门用于连通或关闭出料管8。
作为本实施例的进一步方案，所述砂仓体1的上部为顶部敞开的圆柱筒形，下部为锥顶向下的圆锥筒形，所述圆锥筒形的锥角小于尾矿的安息角。
作为本实施例的进一步方案，如图1-2和图4所示，所述进料管2与所述进料井的进料区切向连通。的一端为套设在所述循环井5外侧的环形管道，所述环形管道具有向下的进料口。
作为本实施例的进一步方案，如图1-2和图5所示，所述絮凝剂进液管10与所述进料区连通。所述絮凝剂进液管10为套设在所述循环井5外侧的环形管道，所述环形管道具有向下的出料口。
作为本实施例的进一步方案，所述给料井4的上边沿高于所述溢流槽3，所述给料井4的上边沿高于所述循环井5的上边沿。
作为本实施例的进一步方案，所述环形导流锥6为顶部固定连接的正锥筒和倒锥筒，所述环形导流锥6具有内锥面和外锥面，所述内锥面和所述外锥面的夹角为60°。
作为本实施例的进一步方案，所述循环井5的上部为圆筒形，下部为正锥筒，所述圆筒形的下边沿与所述正锥筒的上边沿固定连接，所述循环井5的下端具有导流锥面，所述导流锥面下端的直径与所述环形导流锥6顶部的直径相等。
作为本实施例的进一步方案，所述搅拌装置7包括旋转动力装置702和搅拌轴701，所述搅拌轴701的一端与所述旋转动力装置702的输出轴固定连接，所述搅拌轴701穿设在所述出料口内并与所述出料口的侧壁转动连接。
所述旋转动力装置702为转动电机或液压马达。
作为本实施例的进一步方案，如图3所示，所述搅拌轴701上固定连接有矩形的搅拌叶片。
作为本实施例的进一步方案，还包括支腿，所述支腿与所述砂仓体1的外壁固定连接。
低浓度尾矿和絮凝剂经本实施例的进料管2和絮凝剂进液环管10分别进入给料井4，在深锥浓密砂仓内自上而下自然形成澄清区A、过渡区B(或称干涉沉降区)、沉降区C和压缩区D。
澄清区A为未被絮凝沉降而逃逸的微颗粒悬浊液聚集区域，质量浓度基本等同于清水；过渡区B(或称干涉沉降区)为粗颗粒尾矿快速沉降，微细颗粒絮凝结团的主要区域；在沉降区C内，微细颗粒基本完成絮凝结团与粗颗粒尾矿共同产生垂直沉降；在压缩区D内，自然重力沉降的粗粒级尾矿和絮凝结团沉降的细粒级尾矿互相叠加形成一个固体颗粒的压缩层，在这一区域内，沉降速度变得非常小，固体颗粒之间相互接触、支撑和挤压。上层固体颗粒对下层固体产生压缩作用，致使下层固体颗粒间隙内的水被挤压上升，自上而下固体接触应力逐渐提高，固体浓度也逐渐达到最大。
絮凝沉降理论表明，絮凝结团需要为胶体颗粒创造相互碰撞和结合的机会，在稳态沉降时，尾矿的絮凝主要靠的是颗粒的布朗运动；而在连续动态沉降时，外力对颗粒的推动作用则是加速颗粒运动和结团生长以至于沉降的重要条件。
本发明通过特殊的结构设计所构成的深锥浓密砂仓，使进入给料井4的低浓度尾矿和絮凝剂在该砂仓中产生有利于絮凝结团的流场，通过该流场的浓度差所产生的流速差产生的涡旋干涉，造成对颗粒起推动和加速作用的环境，促进微细颗粒与絮凝剂的结合以及微颗粒之间的絮凝团聚长大。
低浓度尾矿通过进料管2送入给料井4后，粗粒级尾矿在给料井4与循环井5之间或沿给料井4在离心力作用下沿边壁实现重力沉落，或依靠自身重力实现重力沉落。沉落的粗粒级尾矿落到循环井5下部导流锥面的外表面，形成较高质量浓度和流速的料流。该料流在沉落过程中进一步被位于循环井5下部的环形导流锥6分流，形成分布于环形导流锥6内外锥面的较高质量浓度和流速的料流。
相应的，在远离循环井5下部导流锥面的外表面以及远离环形导流锥6外锥面的外侧沉降区内，则因尾矿的质量浓度和流速较低，产生流速差，进而产生涡旋流场。而这种涡旋流场则加速了微细颗粒尾矿的运动速率，使沉降过程中颗粒与颗粒之间产生干涉，起到促进微细颗粒与絮凝剂的结合以及微颗粒之间的团聚长大的作用。同时，该沉降区内固体浓度较低，固体颗粒快速下降，沉降过程中颗粒与颗粒之间产生干涉，也起到促进微颗粒团聚长大进而加速沉降的作用。
在环形导流锥6下部至深锥浓密砂仓底的压缩区D内，自然重力沉降的粗粒级尾矿和絮凝结团沉降的细粒级尾矿互相叠加形成一个固体颗粒的压缩层，在这一区域内，沉降速度变得非常小，固体颗粒之间相互接触、支撑和挤压。上层固体颗粒对下层固体产生压缩作用，致使下层固体颗粒间隙的水被挤压上升，自上而下固体接触应力逐渐提高，固体浓度也逐渐达到最大。
压缩区D内被挤压上升的低浓度悬浊液，以及环形导流锥6下部和中心部分的低浓度悬浊液在浓度差所造成的流速差作用下，进入循环井5下部的喇叭口并上升至循环井5上端部向外溢流至给料井4。该低浓度的悬浊液的给入，进一步稀释了给料井4中的给入物料，使得尾矿稀释至絮凝剂能发挥最佳团聚效果的浓度，从而加大了尾矿的团聚和沉降速度。
循环井5内外浓度差的大小与给料浓度的高低是正相关的：随着给料浓度的增加，循环井5内外浓度差也随之增加，从而使向上的低浓度循环尾矿量也自动增加，稀释作用也自动增加。
给料速度与沉降速率也是正相关的：在连续浓缩过程中，加大给料速度，可加速粗粒级尾矿的沉降，所形成的流场速度差会更大，进而加大沉降速度。
深锥浓密砂仓出料口排出的物料浓度还取决于砂仓体1的高度。最佳实施例表明，对于制取浓度低于55％的尾矿浆工况要求，砂仓体1上端口至下部锥体小端口的距离不得小于8米；对于制取浓度高于55％的尾矿浆工况要求，砂仓体1上端口至下部锥体小端口的距离不得小于12米。
深锥浓密砂仓的处理量还与砂仓体1的直径正相关；较大直径的砂仓会增加矿浆处理量。
为了杜绝仓底部因压实密度大所造成的架桥结拱，进而影响排料现象，本发明砂仓体1的下部锥体锥角应小于所处理尾矿浆最高浓度时的试验安息角。
当深锥浓密砂仓暂不进行底部排料以及要获得更高浓度的底流时，底部的高浓度物料易堵塞。本发明所述的深锥浓密砂仓还在底部设置了由带有叶片的搅拌轴及旋转动力装置构成的搅拌流化装置7。通过该装置对放砂口部的尾砂实施机械搅拌流化，使压实的尾砂得以流动而通畅排放。
本发明由于采用上述特殊的结构设计，通过改变料流在深锥浓密砂仓流场变化，加速了微细颗粒尾矿的絮凝团聚速度；同时，通过采用机械搅拌流化放砂技术，与现有放砂技术相比具有如下诸多的优越性：无水力和气力消耗、流化效果好、保证砂浆浓度不降低以及不会降低浓密效果。
本发明还具有体积小、结构简单、制造成本低、浓缩效率高、底流浓度大、免维护和低动力消耗等鲜明特点，具有广泛的适用性。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”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，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种具有流化放砂装置的深锥浓密砂仓，其特征在于，包括砂仓体(1)、进料管(2)、溢流槽(3)、给料井(4)、循环井(5)、环形导流锥(6)、搅拌流化装置(7)和絮凝剂进液管(10)；
所述溢流槽(3)与所述砂仓体(1)的内壁顶部固定连接；
所述给料井(4)设置在所述砂仓体(1)的腔体的顶部中心处并与所述砂仓体(1)固定连接；
所述循环井(5)设置在所述给料井(4)内并与所述给料井(4)的顶部固定连接，所述给料井(4)和所述循环井(5)之间形成进料区；
所述进料管(2)和所述絮凝剂进液管(10)均与所述进料区相连通；
所述环形导流锥(6)设置于所述循环井(5)的正下方并与所述砂仓体(1)的内壁固定连接，所述环形导流锥(6)顶部的直径与所述循环井(5)的直径相同；
所述砂仓体(1)的底部具有出料口，所述搅拌流化装置(7)与所述出料口固定连接。
2.根据权利要求1所述一种具有流化放砂装置的深锥浓密砂仓，其特征在于，所述砂仓体(1)的上部为顶部敞开的圆柱筒形，下部为锥顶向下的圆锥筒形，所述圆锥筒形的锥角小于尾矿的安息角。
3.根据权利要求1所述一种具有流化放砂装置的深锥浓密砂仓，其特征在于，所述进料管(2)沿所述给料井(4)的切线方向与所述给料井(4)相连接，并与所述进料区相连通。
4.根据权利要求1所述一种具有流化放砂装置的深锥浓密砂仓，其特征在于，所述絮凝剂进液管(10)为套设在所述循环井(5)外侧的环形管道，所述环形管道上具有开口向下的出料口，所述出料口与所述进料区相连通。
5.根据权利要求1所述一种具有流化放砂装置的深锥浓密砂仓，其特征在于，所述给料井(4)的上边沿高于所述溢流槽(3)，所述给料井(4)的上边沿高于所述循环井(5)的上边沿。
6.根据权利要求1所述一种具有流化放砂装置的深锥浓密砂仓，其特征在于，所述环形导流锥(6)为顶部固定连接的正锥筒和倒锥筒，所述环形导流锥(6)具有内锥面和外锥面，所述内锥面和所述外锥面的夹角为60°。
7.根据权利要求1所述一种具有流化放砂装置的深锥浓密砂仓，其特征在于，所述循环井(5)的上部为圆筒形，下部为正锥筒，所述圆筒形的下边沿与所述正锥筒的上边沿固定连接，所述循环井(5)的下端具有导流锥面，所述导流锥面下端的直径与所述环形导流锥(6)顶部的直径相等。
8.根据权利要求1所述一种具有流化放砂装置的深锥浓密砂仓，其特征在于，所述搅拌流化装置(7)包括旋转动力装置(702)和搅拌轴(701)，所述搅拌轴(701)的一端与所述旋转动力装置(702)的输出轴固定连接，所述搅拌轴(701)穿设在所述出料口内并与所述出料口的侧壁转动连接。
9.根据权利要求8所述一种具有流化放砂装置的深锥浓密砂仓，其特征在于，所述搅拌轴(701)上固定连接有矩形的搅拌叶片。
10.根据权利要求1-9任一项所述一种具有流化放砂装置的深锥浓密砂仓，其特征在于，还包括支腿，所述支腿与所述砂仓体(1)的外壁固定连接。
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