本發(fā)明涉及礦物分選，特別涉及一種可以實現細粒礦物浮選過程強化的新型微細粒湍流強化的浮選方法及裝置。

背景技術：

1、隨著全球能源需求的持續(xù)增長和礦產資源品位的不斷下降，傳統(tǒng)選礦技術面臨著效率瓶頸和資源浪費的雙重挑戰(zhàn)。作為全球最大的礦產消費國，中國的固體礦產采選業(yè)產值已突破萬億元。然而，"貧、細、雜"低品位礦石占比的上升導致有用礦物的回收效率顯著不足。這些低品位礦石中的有用礦物通常以微細粒狀態(tài)嵌布，需要將原礦磨至20微米以下才能有效解離。此外，現代大規(guī)模機械化開采過程中，礦石在爆破、挖掘和運輸過程中易產生大量微細顆粒。微細粒礦物的存在不僅增加了選礦難度，還降低了資源回收率，成為制約礦產資源高效利用的關鍵因素。因此，深入研究微細粒礦物的成因并開發(fā)針對性的選礦技術具有重要意義。

2、微細粒礦物由于其粒徑極小、表面能高、易泥化等特點，回收難度較大。泡沫浮選技術是細粒礦物分選最為有效的方法之一，它依據礦物表面性質的差異，通過物理化學作用實現有用礦物與脈石的分離。微細粒礦物較高的表面能使其易于與浮選藥劑作用，且浮選法具有較高的選擇性，可以顯著提高微細粒礦物的回收率。然而，隨著浮選入料粒度的不斷減小，傳統(tǒng)浮選工藝對超細粒礦物的回收效果并不理想，亟需在浮選工藝及設備方面取得突破。

3、目前，我國選礦廠常用的浮選設備主要包括浮選機和浮選柱。浮選機以其分離效率高、適用性強、處理量大以及自動化程度高等優(yōu)勢，廣泛應用于各類選礦廠。然而，浮選機在處理20微米以下的微細粒礦物時效果較差，主要原因是氣泡與顆粒接觸效率低、浮選動力不足、藥劑量需求大以及分離效率低。

4、浮選柱則具有較長的礦漿停留時間和穩(wěn)定的泡沫層，能夠實現更精細的分離，尤其適合處理微細粒礦物。浮選柱結構簡單，無機械攪拌裝置，能耗較低，運行成本相對較小。此外，浮選柱易于實現自動化控制，操作參數可通過調整氣泡發(fā)生器、液位和藥劑加入量等靈活優(yōu)化，提高了生產效率和工藝穩(wěn)定性。代表性的浮選柱類型包括jameson浮選柱、旋流微泡浮選柱、microcel浮選柱以及其他新型浮選柱。然而，浮選柱在工程實踐中仍存在一定的局限性，例如對粗顆粒礦物的處理效果較差，因為粗顆粒不易在靜態(tài)環(huán)境中與氣泡充分接觸。此外，雖然浮選柱占地面積較小，但為了提高浮選效果，通常需要增加柱體高度，這使得浮選柱的安裝和維護較為復雜。浮選柱對復雜礦石或藥劑條件變化較大的情況的適應性也不如傳統(tǒng)浮選機靈活。

5、為應對上述挑戰(zhàn)，近年來研究人員提出了兩段式浮選設備的概念，將攪拌湍流與靜態(tài)分選相結合，有效緩解了當前浮選技術的困境。兩段式浮選設備不僅提高了微細粒礦物的回收率和選擇性，還保障了粗粒礦物的回收效果，同時降低了能耗并減少了設備的占地面積。

6、例如，專利cn116422477a公開了一種適用于超細粒高效分選的湍流浮選機。該浮選機通過將湍流浮選和靜態(tài)分離相結合，礦物顆粒在高湍流環(huán)境下與氣泡結合形成礦化氣泡，隨后進入靜態(tài)分離區(qū)在低紊流環(huán)境下上浮，大大降低了礦粒的脫落概率。然而，此類浮選機仍存在一些不足之處。如專利cn119216112a所述，湍流浮選區(qū)域過大，導致能量利用率低下，礦漿的湍流強度難以提升。此外，葉輪上下布置無法產生不同方向上的剪切力，難以打破流體的對稱流動。

7、因此，有必要進一步改進現有技術，以提供更加可靠的浮選解決方案。

技術實現思路

1、本發(fā)明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種新型微細粒湍流強化的浮選裝置。

2、為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案是：一種新型微細粒湍流強化的浮選裝置，包括靜態(tài)分離機構和設置在所述靜態(tài)分離機構下方的湍流浮選機構；

3、所述湍流浮選機構包括湍流浮選筒、設置在所述湍流浮選筒底部的軸向提升葉輪以及設置在所述軸向提升葉輪上方的潛入式轉子組件；

4、所述潛入式轉子組件包括若干個潛入式轉子，若干個潛入式轉子在垂直方向上至少分兩層布置，每一層中至少包括2個對稱布置的潛入式轉子；

5、所述潛入式轉子包括連接在所述湍流浮選筒上的第一電機、與第一電機連接的孔板型葉輪、與所述孔板型葉輪末端連接的轉子罩、與第一電機驅動連接的水平轉軸以及設置在所述水平轉軸上的槳式葉輪和柵格板葉輪，所述孔板型葉輪、槳式葉輪和柵格板葉輪由外至內依次設置且均處于所述湍流浮選筒內部；

6、所述軸向提升葉輪的旋轉軸線垂直布置且與湍流浮選筒的中性軸線重合，所有潛入式轉子的旋轉軸線均水平布置并與所述湍流浮選筒的中性軸線垂直。

7、優(yōu)選的是，所述潛入式轉子組件包括4個潛入式轉子，4個潛入式轉子在垂直方向上分兩層布置，每一層中均包括2個對稱布置的潛入式轉子；

8、上層的2個潛入式轉子與下層的2個潛入式轉子呈交錯方式布置，使得從俯視方向觀察，4個潛入式轉子呈十字型布置。

9、優(yōu)選的是，所述第一電機上固定有與所述轉子罩連接的安裝柱，所述安裝柱的前端伸入所述湍流浮選筒內部，所述安裝柱的中部開設有供所述水平轉軸穿過的第一軸孔，所述第一軸孔和水平轉軸之間設置有軸承；

10、所述孔板型葉輪包括連接在所述安裝柱前端且呈螺旋狀布置的若干孔板葉輪片，所述孔板葉輪片的末端與所述轉子罩的內壁連接；

11、所述槳式葉輪和柵格板葉輪均與所述轉子罩的內壁之間留有間隙，以使得所述槳式葉輪和柵格板葉輪能夠在所述轉子罩內自由旋轉；

12、所述柵格板葉輪包括連接在所述水平轉軸上的若干柵格板，所述柵格板上開設有沿水平方向開設的第一柵格孔和沿豎直方向開設的第二柵格孔。

13、優(yōu)選的是，所述轉子罩的外壁上呈環(huán)形設置有若干導流片，所述導流片沿軸向垂直連接在所述湍流浮選筒的外壁上，且沿長度方向所述導流片呈s型。

14、優(yōu)選的是，所述的新型微細粒湍流強化的浮選裝置還包括第二電機以及與所述第二電機驅動連接的垂直轉軸，所述垂直轉軸的上端經所述湍流浮選筒底部開設的第二軸孔伸入所述湍流浮選筒內部，所述軸向提升葉輪包括連接在所述垂直轉軸的上端且呈螺旋狀布置的若干矩形葉輪板。

15、優(yōu)選的是，所述湍流浮選筒的外壁底部沿圓周切線方向連通有進料管；

16、所述第二軸孔上連接有進氣套，所述進氣套套設在所述垂直轉軸上且與所述垂直轉軸之間留進氣通道，所述進氣通道的上部連通至所述湍流浮選筒內部，所述進氣套上連接有若干與所述進氣通道連通的進氣管。

17、優(yōu)選的是，所述靜態(tài)分離機構包括靜態(tài)浮選筒、設置在所述靜態(tài)浮選筒底部的碗形收集槽、設置在所述碗形收集槽內且沿環(huán)形布置在所述湍流浮選筒的上端外周的若干礦漿分散板、連接在所述礦漿分散板頂部的傘形頂罩以及設置在所述靜態(tài)浮選筒內壁上且沿環(huán)形布置的若干擋流板，所述礦漿分散板上開設有礦漿分散孔；

18、沿長度方向，所述擋流板傾斜設置；且擋流板的傾斜方向使得所述靜態(tài)浮選筒中的礦漿在軸向提升葉輪的旋轉作用下產生旋轉流動時，傾斜設置的擋流板的下表面迎向旋轉流動的礦漿從而對礦漿產生阻擋作用。

19、優(yōu)選的是，所述碗形收集槽的底部由最低位置向中部逐漸向上凸起形成一個環(huán)繞所述湍流浮選筒的上端外周設置的具有圓錐形面的凸臺，所述凸臺中部的開口形成與所述湍流浮選筒內部連通的湍流出口，所述礦漿分散板連接在所述凸臺上；

20、所述凸臺的內壁開設有循環(huán)礦漿通道，所述循環(huán)礦漿通道包括開設在所述凸臺內部且連通至所述湍流出口的環(huán)形匯集通道、內端與所述環(huán)形匯集通道連通且外端貫通所述凸臺的圓錐形面的回流通道，所述回流通道的內端口在圓錐形面上形成水滴狀的礦漿循環(huán)孔。

21、優(yōu)選的是，所述碗形收集槽內還設置有環(huán)形布氣管，所述環(huán)形布氣管上連接有補氣管，所述補氣管由下方伸出所述靜態(tài)浮選筒，所述環(huán)形布氣管的底部開設有若干補氣孔。

22、優(yōu)選的是，所述碗形收集槽的外圍與所述靜態(tài)浮選筒的內壁之間的空腔形成環(huán)形狀的尾礦收集槽，所述擋流板的寬度大于所述尾礦收集槽的寬度，所述尾礦收集槽上連接有尾礦管；

23、所述靜態(tài)浮選筒的上部外周環(huán)繞設置有精礦槽，所述精礦槽上連接有精礦管。

24、本發(fā)明還進一步提供一種新型微細粒湍流強化的浮選方法，該方法采用如上的裝置進行浮選。

25、本發(fā)明的有益效果是：

26、(1)本發(fā)明提供了一種新型微細粒湍流強化的浮選裝置，本發(fā)明將潛入式攪拌與短軸攪拌結合，潛入式轉子組件浸入礦漿中，直接作用于湍流浮選核心區(qū)域，能減少能量損失，提升局部礦漿混合效率；短軸設計縮短了動力傳遞路徑，減少振動和能量損耗，使葉輪旋轉更穩(wěn)定，從而增了強整體流場均勻性；將潛入式攪拌與短軸攪拌相結合的設計不僅提高了湍流浮選機構的湍流強度還節(jié)約了能量消耗。

27、(2)本發(fā)明將孔板型葉輪、槳式葉輪與柵格板葉輪組合，在攪拌過程中，將槳式葉輪的推進作用與孔板型葉輪的被動剪切分散能力、柵格板葉輪的主動剪切分散能力結合使用，能夠通過功能互補顯著提升混合、礦化效果。

28、(3)本發(fā)明中通過潛入式轉子的設計以及將多個潛入式轉子按照特殊結構布置，能夠形成覆蓋整個湍流浮選筒的多方向對流，可避免“死區(qū)”形成。

29、(4)本發(fā)明采用底部軸向提升葉輪打散空氣，軸向提升葉輪形成的軸向/徑向復合流場可維持礦漿的均勻流動，防止氣穴導致的“死區(qū)”或“短路流”；軸向提升葉輪產生的湍流使礦漿與氣泡充分混合，增強礦粒-氣泡碰撞概率；在軸向提升葉輪連接處形成空氣聚集區(qū)，能防止礦漿流入太大，從而可以減小了葉輪的磨損；通過控制軸向提升葉輪轉速，能匹配不同礦石粒度或氣體流量需求。

30、(5)本發(fā)明采用底部充氣設計，底部充氣的氣體入口直接位于湍流浮選筒底部，無需通過長管道或復雜彎頭輸送氣體，能減少沿程壓力損失；傳統(tǒng)頂部充氣需在高速旋轉軸處設置復雜機械密封，而底部充氣可采用靜密封，密封面承受壓力減少60％以上；軸向提升葉輪在底部直接作用于氣-液混合相，氣泡被快速剪切分散，避免大氣泡堆積形成局部高壓區(qū)，從而降低葉輪旋轉阻力。

31、(6)本發(fā)明采用傾斜擋流板設計，傾斜擋流板通過改變流場方向，削弱湍流渦旋對礦化顆粒的干擾，使其更快沉降，減少夾帶。擋流板引導礦漿形成穩(wěn)定的上下分層流動，上部為泡沫層，下部為礦化顆粒富集區(qū)，減少顆粒在泡沫層的滯留時間。

32、(7)本發(fā)明中傾斜擋流板、碗形收集槽、凸臺內部的循環(huán)礦漿通道與潛入式轉子組件配合，上浮過程中礦化氣泡脫落的礦粒在傾斜擋流板下進入碗形收集槽內，在潛入式轉子組件產生的負壓吸力作用下，脫落的礦粒被礦漿循環(huán)孔吸入后經循環(huán)礦漿通道重新進入湍流浮選筒內循環(huán)礦化，能夠提高精礦回收率；

33、(8)本發(fā)明采用湍流浮選筒底部旋流給料設計，礦漿從底部切向進入形成旋流，重礦物受離心力作用向壁面富集，輕礦物向中心遷移，實現預分選。礦漿旋流與底部充氣結合，氣泡被旋流剪切為微米級并均勻分散，礦粒與氣泡碰撞概率提升；礦漿沿螺旋軌跡上升，能延長停留時間，提高礦粒與氣泡碰撞概率；旋流產生的切向速度，能避免底部沉積。