CN110342608A - 一种旋流分级式复合浓缩沉降装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于选矿废水处理技术领域，具体涉及一种旋流分级式复合浓缩沉降装置。本装置包括旋流分级管，述旋流分级管的底部筒口处延伸喇叭管，喇叭管的底端出口构成出料口，旋流分级管的顶部设有溢流孔；本装置还包括矿浆入料管及药剂入料管；在矿浆入料管的进口端的上方的旋流分级管管腔区域设置横向格栅，所述横向格栅的固定端固接于旋流分级管管腔壁处而水平延伸的悬置端与旋流分级管管腔壁间存有供选矿废水由下而上通行的通行间隙；旋流分级管外套设有沉降筒，沉降筒筒壁与旋流分离结构外壁之间空间形成下落区，沉降筒的底部筒口设置用于出料的总出口。本发明能在更少加药量的前提下，同步实现针对选矿废水的高效率处理目的。

Description

一种旋流分级式复合浓缩沉降装置

技术领域

本发明属于选矿废水处理技术领域，具体涉及一种旋流分级式复合浓缩沉降装置。

背景技术

国家的发展离不开矿产资源的开发利用。一方面，随着机械化采矿程度的加深，大量的脉石等混入原矿中；另一方面，我国矿石的主要特点本就是“贫”“细”“杂”，矿产品位不高；以铁矿石为例，我国平均铁品位仅32％，比世界平均铁品位低约11个百分点，97％的铁矿石铁含量在30％以下；上述状况使得国内现有矿石都需要经过选矿处理才能得以开发利用。目前我国大多数选矿厂采用的是湿法选矿工艺，这导致了在矿物分选的过程会产生大量的选矿废水。在矿物的分选过程中，大量微细颗粒矿物会进入到选矿废水中，使废水成分、性质复杂，增加了选矿废水处理的难度。此外，大部分选矿厂要求闭路循环，选矿废水不能外排，选矿废水经过处理后作为循环水重复利用，若固液分离效果较差，循环水质量降低，这显然会直接影响到矿物分选的精度。目前对选矿废水的处理方式大多为专用浓缩机处理。一方面，上述传统浓缩机处理方式占地面积较大且效率较低，且加药过程多为粗放式和集中式的加药，尤其在处理高浓度选矿废水时效果较差。另一方面，在进行大颗粒沉降工序时，实际上某些细颗粒甚至微细颗粒也会在重力作用下伴随大颗粒同时沉降的；此时，由于细颗粒甚至微细颗粒因自身质量小而沉降速度慢，势必会产生类似路障现象，从而阻挡相对沉降速度更快的大颗粒的正常下落，进而严重影响了大颗粒沉降工序的高效进行，这也是造成现有选矿废水处理效率低的一大因素。有鉴于此，是否能研发出一种针对现有选矿废水的新型沉降装置，从而实现对上述高浓度选矿废水的高效处理目的，为本领域急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种结构合理紧凑且操作可靠便捷的旋流分级式复合浓缩沉降装置，其能在更少加药量的前提下，同步实现针对选矿废水的高效率处理目的。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种旋流分级式复合浓缩沉降装置，其特征在于：本装置包括轴线铅垂设置的直筒状的旋流分级管，所述旋流分级管的底部筒口处铅垂向下的延伸有管径逐渐减小的喇叭管，喇叭管的底端出口构成用于外排矿物颗粒的出料口，旋流分级管的顶部则设有可供水液向外涌出的溢流孔；本装置还包括用于泵入选矿废水的矿浆入料管，且矿浆入料管管径大于出料口孔径；在水平横截面上，所述矿浆入料管呈相切状的由旋流分级管外筒壁贯穿至旋流分级管管腔内，以使得矿浆入料管、旋流分级管与喇叭管共同配合形成旋流分离结构；在矿浆入料管的进口端的上方的旋流分级管管腔区域设置两道以上的横向格栅，所述横向格栅的固定端固接于旋流分级管管腔壁处而水平延伸的悬置端与旋流分级管管腔壁间存有供选矿废水由下而上通行的通行间隙；在铅垂方向上，每相邻两层横向格栅的悬臂端分置于旋流分级管轴线的两侧处，以使得可供选矿废水由下而上行进的通道呈现“S”状布局；本装置还包括用于向旋流分级管内通入絮凝剂的药剂入料管，所述药剂入料管的入料口位于最下层横向格栅上方且出药方向水平指向该横向格栅的悬置端所在方向；旋流分级管外套设有沉降筒，所述沉降筒筒壁与旋流分离结构外壁之间空间形成供溢流孔处涌出的矿物颗粒下落的下落区，沉降筒的底部筒口设置用于出料的总出口。

优选的，所述旋流分级管的顶部筒口为封口结构，各溢流孔环绕旋流分级管轴线而在旋流分级管的顶部管壁依序布置；沉降筒顶部筒口处设置溢流孔，旋流分级管的顶部筒口高度低于溢流孔高度。

优选的，位于旋流分级管外壁处的溢流孔孔端径向向外延伸有延长管。

优选的，所述横向格栅外形呈适配旋流分级管筒腔的圆板栅栏状结构，且横向格栅的外缘处布置缺口以便与旋流分级管筒腔配合形成所述通行间隙。

优选的，在铅垂方向上，横向格栅的各栅杆厚度各异，横向格栅上的各相邻栅杆之间间距各异。

优选的，以旋流分级管及喇叭管组合形成轴线铅垂的直筒体，该直筒体被铅垂面状延伸的十字剖面剖分从而形成四组等分弧板；每相邻两组等分弧板的相邻端均设置外翻边，以便通过固定螺栓而固接彼此；各等分弧板的外弧面处设置锚点，该锚点处布置铰链，铰链的另一端径向延伸并固定于沉降筒内壁处；横向格栅与其中三组等分弧板间螺栓固接。

优选的，所述直筒体内壁及外壁以及沉降筒内壁均涂覆有一层疏水性材料制成的疏水层。

本发明的有益效果在于：

1)、本发明抛弃了常规的单路径沉降构造，转而另辟蹊径的采用了旋流分级式的复合沉降工艺。实际操作时，选矿废水以指定速度经矿浆入料管切向进入旋流分级管管腔。大颗粒矿物较小颗粒矿物受到离心力作用大，因此会紧贴器壁运动，而小颗粒矿物则相对远离器壁，从而使得大颗粒矿物和小颗粒矿物的沉降路径被人为分开，进而极大的降低直至避免了小颗粒矿物对大颗粒矿物沉降路径的影响。此外的，根据stokes沉降公式，在垂直方向，大颗粒矿物较小颗粒矿物沉降速度大。旋流分级管区下部的喇叭管上粗下细，当大颗粒矿物因先至出料口处因此先行排出时，出料口周围的液体会在大颗粒矿物的下行作用下反向形成向上方向的反流。在流体对颗粒粘性拖拽力作用下，上述反流会夹裹剩余不能靠自身重力沉降的矿物颗粒和未来得及沉降的中间粒径矿物颗粒上行并进入横向格栅区域，并在横向格栅形成的紊流区内直接与反向灌入的絮凝剂对撞，以便于不能靠自身重力沉降的矿物颗粒与絮凝剂快速结合形成小絮团。小絮团再被上述反流向上夹裹并经由溢流孔进入下落区完成絮团深度二次沉降。处理清洁后的选矿废水经由沉降筒处溢流孔排出。

综上，本发明提出分级分选、精准加药的理念，能够实现深度浓缩，提高固液分离的效果。本发明一方面在重力场的基础上引入离心力场，根据爱因斯坦方程，提高加速度值有利于提高颗粒沉降尺寸的下限，从而通过规划小颗粒矿物与大颗粒矿物的下落路径而使得两者尽可能互不干涉，最终实现对现有选矿废水的高效处理目的。另一方面，本发明在废水处理***中，引入了分级概念，利用紊流区的絮凝剂与反流的对撞功能，由粗放式加药变为定点精准加药，不仅减少了药剂用量，提高循环水质量，同时进一步实现了选矿废水中固体颗粒的深度二次沉降，这显然有利于提高选矿废水处理的经济效益，利于市场应用。

2)、进一步的，与内筒顶部溢流堰高度低于外筒溢流孔的传统设计不同，本发明不仅将旋流分级管顶部封口，同时该封口高度反而还低于沉降筒的溢流孔高度。换言之，本发明并不是依靠旋流分级管顶部筒口的自然溢流出料，而是依靠由下向上的反流的粘附拖拽力，而实现由内而外的水液涌出功能。当反流由旋流分级管下部上升时，大部分经由通道而自然行进，并实现与絮凝剂的直接对撞，小部分反流则透过横向格栅的格栅孔上行，以实现最大化的紊流环境，确保结絮条件。当反流完全行进至溢流孔时，自然会将过程中产生的小絮团一并带出并进入沉降筒的下落区，完成其深度二次沉降目的。

3)、作为本发明的进一步优选方案，横向格栅实际上就是圆片状的栅栏结构。一方面，横向格栅的板边固接于旋流分级管筒腔壁配合以固定横向格栅，另一方面，横向格栅的缺口可看作是以经过横向格栅的某根弦的铅垂面剖切后形成，该缺口在横向格栅安装后，也就自然形成了通行间隙，其构造紧凑且使用可靠稳定。

4)、进一步的，横向格栅上格栅孔的设计目的，一是用于增加紊流效应，二则是由于药剂与不同颗粒作用的时间不一，部分先形成絮团颗粒的较重的矿物絮团还会因自身垂直方向有效重力大于流体对其向上的拖拽力，此时该矿物絮团会部分的透过格栅孔向下运动，最终经直筒体的出料口排出。大部分后续形成的小絮团则自然被反流夹裹而经由溢流孔流入沉降筒筒腔出的下落区。而在铅垂方向上，横向格栅的各栅杆厚度各异，横向格栅上的各相邻栅杆之间间距各异；这使得反流经过该处时，能达成极为复杂的水力环境，有助于反流所夹裹的剩余不能靠自身重力沉降的矿物颗粒和未来得及沉降的中间粒径矿物颗粒能迅速与絮凝剂产生反应并生成小絮团，其结絮效率极高。

5)、四组等分弧板，形成了灵活可组装、拆卸式的哈夫节结构。这样，实际装配时，可预先成型四组等分弧板，再通过后期组装的方式与沉降筒结合形成本发明，其安装便捷可靠，且制作工艺要求相对更低。当组装完成后，由于横向格栅直接固接了三组等分弧板，此时横向格栅的缺口自然的与第四组等分弧板的内弧面配合形成了所述通行间隙。

6)、由于在大部分选矿废水中，大部分是黏土矿物，黏土矿物属于亲水性矿物，因此所述直筒体内壁及外壁以及沉降筒内壁均涂覆有一层疏水性材料制成的疏水层，絮团颗粒一经接触壁面就会瞬间滑落，以有利于固体颗粒的快速外排。

附图说明

图1为本发明的结构示意简图；

图2为图1的I部分局部放大图；

图3为直筒体的俯视结构示意图。

本发明各标号与部件名称的实际对应关系如下：

10a-等分弧板 10b-外翻边 10c-固定螺栓 10d-铰链

11-旋流分级管 12-喇叭管 13-出料口

14-溢流孔 15-横向格栅

20-矿浆入料管 30-药剂入料管

40-沉降筒 41-总出口 42-溢流孔

具体实施方式

为便于理解，此处结合图1-3，对本发明的具体结构及工作方式作以下进一步描述：

本发明的具体构造可参照图1-2所示，其结构包括作为内筒的直筒体和作为外筒的沉降筒40。直筒体与沉降筒40间彼此同轴且均轴线铅垂设置。其中：

直筒体由位于沉降筒40筒腔中上段处的旋流分级管11以及固接于旋流分级管11底部筒口处的大口朝上的喇叭管12构成。实际操作时，为实现出料口13与沉降箱处总出口41的兼容性，也可适当将出料口13也即喇叭管12的小口铅垂向下延伸一段延伸管，由于不影响本发明的主体功能，此处就不再赘述。在图1所示结构中，旋流分级管11的中下段管身处相切状的连通有矿浆入料管20，以便于泵入选矿废水。而旋流分级管11的上段管腔则形成紊流区域，也即以横向格栅15的划分来实现液流紊流，再配合药剂入料管30处絮凝剂的对撞式出药，从而与“S”状行进的反流正面对撞，以达成小絮团的快速凝结功能。此外的，本发明并不是依靠旋流分级管11顶部筒口的自然溢流出料，而是依靠由下向上的反流的粘附拖拽力，而实现由内而外的水液涌出功能。当反流由旋流分级管11下部上升时，大部分经由相邻横向格栅15所夹设形成的通道而自然行进，并实现与絮凝剂的直接对撞；小部分反流则透过横向格栅15的格栅孔上行，以实现最大化的紊流环境，确保结絮条件。当反流完全行进至旋流分级管11的顶部管壁处溢流孔14时，自然会将过程中产生的小絮团一并带出并进入沉降筒40的下落区，完成其深度二次沉降目的。

此外的，如图3所示的四组等分弧板10a，形成了灵活可组装、拆卸式的哈夫节结构。这样，实际装配时，可预先成型四组等分弧板10a，再通过后期组装的方式与沉降筒40结合形成本发明，其安装便捷可靠，且制作工艺要求相对更低。至于横向格栅15，可先期固定于其中一组等分弧板10a上，当等分弧板10a固定完全后再在其他组等分弧板10a外弧面处进行各螺栓的穿入及固定即可。也可在组装时只组装三组等分弧板10a从而空出一组等分弧板10a不安装，从而通过该组装缺口先行进行等分弧板10a的逐层安装。而就沉降筒40而言，其外形可参照直筒体而形成类似的漏斗状构造。沉降筒40顶部筒口构成溢流孔42而底部筒口构成总出口41，以实现处理后的选矿废水的溢出回收以及絮团的深度二次沉降目的。

为便于理解，此处给出本发明的具体工作流程如下：

在对选矿废水进行处理时，选取固体颗粒粒度小于0.5mm的选矿废水。将该选矿废水以指定速度如图1所示的经矿浆入料管20切向进入旋流分级管11。大颗粒矿物较小颗粒矿物受到离心力作用大，紧贴器壁运动，而小颗粒矿物则相对的远离器壁，从而有效的减少了大颗粒矿物沉降时小颗粒矿物对其下落路径的影响。又根据stokes沉降公式，在垂直方向，大颗粒矿物较小颗粒矿物沉降速度大，旋流分级管11下部为浓缩区域且矿浆入料管20管径大于旋流分级管11底部的出料口13孔径。此时，大颗粒矿物由出料口13排出，而大部分液体形成向上方向的反流，最后由旋流分级管11的溢流孔14涌出并进入沉降筒40筒腔内的下落区。在反流上升过程中，在流体对颗粒粘性拖拽力作用下，剩余不能靠自身重力沉降的矿物颗粒和未来得及沉降的中间粒径矿物颗粒，会被上升水流也即反流一并带入横向格栅15形成的紊流区，并最终经溢流孔14涌出并进入沉降筒40筒腔内的下落区，实现深度二次沉降。独特的溢流孔14环绕一圈矿浆入料管20的布局方式，也同步的起到了稳定流体的作用，使得紊流的流体在进入沉降筒40筒腔处的下落区之前达到初步稳流目的。而位于旋流分级管11外壁处的溢流孔14孔端径向向外延伸有延长管，也即每组溢流孔14均对应径向的向外延伸有一组延长管，进而在俯视上各延长管形成发散状布局。上述延长管的设置，目的在于使得在旋流分级管11内强紊流后的夹裹有不能靠自身重力沉降的矿物颗粒和未来得及沉降的中间粒径矿物颗粒的反流，能够在进入溢流孔14并在延长管管腔内行进时，尽可能的趋***稳化，以利于上述反流在进入沉降筒筒腔内稳流区后尽快的达成其强稳流及深度二次沉降目的。

图1-2中为便于绘制，因此统一采用了等厚度及等间距栅杆的横向格栅15；最下层横向格栅15的下板面可以为平面结构，以避免过多的影响该最下层横向格栅15下方的正常水力环境。而实际制作时，旋流分级管11内需设高度不一的横向格栅15，每个横向格栅15上的栅杆水平向间距以及栅杆铅垂方向上的厚度也不一致，这有利于增加反流的紊流强度。药剂入料管30的出药方向与经由通道而来的反流流向相向设置，则有利于颗粒与药剂充分作用。横向格栅15上格栅孔的设计目的，一是用于增加紊流效应；二则是由于药剂与不同颗粒作用的时间不一，部分先形成絮团颗粒的较重的矿物絮团会因自身垂直方向有效重力大于流体对其向上的拖拽力，此时该矿物絮团会部分经由格栅孔向下运动，最终经直筒体的出料口13排出。大部分后续形成的小絮团则自然被反流夹裹而经由溢流孔14流入沉降筒40筒腔出的下落区。

实际操作时，出料口13孔径可根据实际生产需要改变大小。当孔径相对较大时，分级粒径界限降低，较多的大颗粒矿物会经出料口13排出，较少的矿物颗粒会与药剂作用后流向沉降筒40筒腔。当孔径相对较小时，分级粒径界限升高，较少的大颗粒矿物会经出料口13排出，较多的矿物颗粒会与药剂作用后流向沉降筒40筒腔。絮团矿物颗粒在沉降筒40筒腔的下落区时，由于如图1所示的，沉降筒40的沉降区域水平横截面积较旋流分级管11的水平横截面积大的多，因此沉降筒40的沉降区域的向上方向的水流速度很小，对矿物颗粒的拖拽力较小，有利于形成与旋流分级管11管腔内紊流区不同的层流环境；此时，絮团颗粒会自然下降并经由总出口41排出，而处理后的选矿废水也即澄清水由溢流孔42流出。

Claims (7)

1.一种旋流分级式复合浓缩沉降装置，其特征在于：本装置包括轴线铅垂设置的直筒状的旋流分级管(11)，所述旋流分级管(11)的底部筒口处铅垂向下的延伸有管径逐渐减小的喇叭管(12)，喇叭管(12)的底端出口构成用于外排矿物颗粒的出料口(13)，旋流分级管(11)的顶部则设有可供水液向外涌出的溢流孔(14)；本装置还包括用于泵入选矿废水的矿浆入料管(20)，且矿浆入料管(20)管径大于出料口(13)孔径；在水平横截面上，所述矿浆入料管(20)呈相切状的由旋流分级管(11)外筒壁贯穿至旋流分级管(11)管腔内，以使得矿浆入料管(20)、旋流分级管(11)与喇叭管(12)共同配合形成旋流分离结构；在矿浆入料管(20)的进口端的上方的旋流分级管(11)管腔区域设置两道以上的横向格栅(15)，所述横向格栅(15)的固定端固接于旋流分级管(11)管腔壁处而水平延伸的悬置端与旋流分级管(11)管腔壁间存有供选矿废水由下而上通行的通行间隙；在铅垂方向上，每相邻两层横向格栅(15)的悬臂端分置于旋流分级管(11)轴线的两侧处，以使得可供选矿废水由下而上行进的通道呈现“S”状布局；本装置还包括用于向旋流分级管(11)内通入絮凝剂的药剂入料管(30)，所述药剂入料管(30)的入料口位于最下层横向格栅(15)上方且出药方向水平指向该横向格栅(15)的悬置端所在方向；旋流分级管(11)外套设有沉降筒(40)，所述沉降筒(40)筒壁与旋流分离结构外壁之间空间形成供溢流孔处涌出的矿物颗粒下落的下落区，沉降筒(40)的底部筒口设置用于出料的总出口(41)。

2.根据权利要求1所述的一种旋流分级式复合浓缩沉降装置，其特征在于：所述旋流分级管(11)的顶部筒口为封口结构，各溢流孔(14)环绕旋流分级管(11)轴线而在旋流分级管(11)的顶部管壁依序布置；沉降筒(40)顶部筒口处设置溢流孔(42)，旋流分级管(11)的顶部筒口高度低于溢流孔(42)高度。

3.根据权利要求2所述的一种旋流分级式复合浓缩沉降装置，其特征在于：位于旋流分级管(11)外壁处的溢流孔(42)孔端径向向外延伸有延长管。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种旋流分级式复合浓缩沉降装置，其特征在于：所述横向格栅(15)外形呈适配旋流分级管(11)筒腔的圆板栅栏状结构，且横向格栅(15)的外缘处布置缺口以便与旋流分级管(11)筒腔配合形成所述通行间隙。

5.根据权利要求4所述的一种旋流分级式复合浓缩沉降装置，其特征在于：在铅垂方向上，横向格栅(15)的各栅杆厚度各异，横向格栅(15)上的各相邻栅杆之间间距各异。

6.根据权利要求1或2或3所述的一种旋流分级式复合浓缩沉降装置，其特征在于：以旋流分级管(11)及喇叭管(12)组合形成轴线铅垂的直筒体，该直筒体被铅垂面状延伸的十字剖面剖分从而形成四组等分弧板(10a)；每相邻两组等分弧板(10a)的相邻端均设置外翻边(10b)，以便通过固定螺栓(10c)而固接彼此；各等分弧板(10a)的外弧面处设置锚点，该锚点处布置铰链(10d)，铰链(10d)的另一端径向延伸并固定于沉降筒(40)内壁处；横向格栅(15)与其中三组等分弧板(10a)间螺栓固接。

7.根据权利要求1或2或3所述的一种旋流分级式复合浓缩沉降装置，其特征在于：所述直筒体内壁及外壁以及沉降筒(40)内壁均涂覆有一层疏水性材料制成的疏水层。