本发明属于选矿废水固液分离技术领域，具体涉及一种自吸型紊流喷管以及应用该喷管的选矿废水处理设备。
背景技术：
我国虽然是世界上的能源大国，但是矿产资源多数有用组分含量较低，且矿物组成较复杂，因此必须经过洗选加工才能提高有用组分含量。选矿操作可使得有用矿物与脉石矿物的分离，从而达到有用矿物富集的结果，是改善原料性质的有效方法。目前大多数选矿厂采用湿法选矿工艺，而随着矿产常年开采和机械化水平的提高，使得原矿中的脉石含量增加，又因脉石中含有大量的黏土矿物，而黏土矿物遇水发生泥化作用产生大量的微细黏土矿物颗粒，导致矿物的洗选过程中产生大量的难以沉降澄清的高泥化选矿废水。微细黏土矿物颗粒在水中荷负电从而产生颗粒间的静电斥力，且微细黏土矿物颗粒具有强的亲水性，其表面极易形成较强的弹性水化膜，导致选矿废水分散体系保持较强的稳定性。而现生产工艺中采用的耙式浓缩机，利用颗粒自然沉降实现固液分离，效率较低，受选矿废水中微细黏土矿物颗粒的影响，会导致耙式浓缩机的处理效率急剧降低。有鉴于此，是否可研发出一种选矿废水处理设备，从而高效的加剧选矿废水中固液分离过程，并能有效破坏选矿废水分散体系的稳定性，为本领域急需解决的问题。
技术实现要素：
本发明的其中一个目的在于克服上述现有设备的不足，提供一种结构合理而实用的自吸型紊流喷管，其可实现选矿废水与药剂的快速混合目的，从而有效破坏选矿废水分散体系的稳定性，最终得以提升后续处理中的选矿废水的固液分离效率；本发明的另一个目的在于提供一种应用上述自吸型紊流喷管的选矿废水处理设备，从而实现选矿废水从絮团到沉降的全自动化处理功能。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种自吸型紊流喷管，包括主管体，主管体管腔构成供选矿废水行进的通行腔；沿选矿废水行进方向，主管体至少被划分为进料管段、负压吸引管段及强紊流管段；所述负压吸引管段的进液口连通进料管段出口而喷射口连通强紊流管段进口，负压吸引管段处还设置药剂进口以便连通药剂进料管，强紊流管段包括外管以及同轴设置于外管管腔内的螺杆，螺杆处螺牙密封抵紧于外管管腔壁处从而使两者形成单螺旋状的流道；在强紊流管段的轴向方向上，两相邻螺距彼此相异；本喷管还包括用于增加出口射速的喷口段，所述喷口段外形呈进口端管径大而出口端管径小的锥面喇叭状，喷口段的进口端连通强紊流管段的出口。
优选的，所述强紊流管段处两相邻螺距之比为1：2或2：1。
优选的，所述负压吸引管段包括直管筒状的外筒体，外筒体内同轴的套设有喇叭口状的内筒体，内筒体的大口径端固接于外筒体内筒壁处以便形成负压吸引管段的进液口，负压吸引管段的出液口所在的外筒体筒端处同轴布置有射流筒，所述射流筒的朝向内筒体小口径端的管端外形呈锥面状，且射流筒的锥面倾斜方向与内筒体的外筒壁倾斜方向同向；内筒体的外筒壁、射流筒的锥面以及外筒体的内筒壁共同构成用于初步混合选矿废水与药剂的一次混合腔，药剂进料管径向的贯穿开设于一次混合腔所在的外筒体的筒壁处。
优选的，所述进料管段上还设置有用于计量进料管段内选矿废水流量的第三流量计以及用于启闭进料管段的第一开关阀。
优选的，所述药剂进料管上设置有用于计量药剂进料管内药剂流量的第二流量计以及用于启闭药剂进料管的第二开关阀。
优选的，一种应用所述自吸型紊流喷管的选矿废水处理设备，包括开口朝上的沉降箱，所述沉降箱处设置轴线铅垂的转轴，转轴以外部动力源驱动，所述自吸型紊流喷管为两根以上且均水平布置，各自吸型紊流喷管环绕转轴轴线而周向均布，且各自吸型紊流喷管的喷口段处出口端彼此相向设置；转轴处同轴布置有圆柱盘状的缓冲盘，所述缓冲盘的盘面位于自吸型紊流喷管的出液路径上；沉降箱箱口处布置用于溢出液体的溢流堰，沉降箱箱底外形呈上口口径大于下口口径的喇叭口状以便于沉降后沉淀物下行和排出。
优选的，本设备还包括螺旋排卸料组件，所述螺旋排卸料组件包括同轴固接于转轴底端处的上锥形块与下锥形块，上锥形块与下锥形块的锥底面彼此相向设置；所述上锥形块与下锥形块的锥面处均环绕设置有单螺纹状的叶片，其中上锥形块处叶片螺旋方向与转轴旋转方向一致，而下锥形块处叶片螺旋方向与转轴旋转方向相反。
优选的，螺旋排卸料组件包括同轴固定于转轴上的固定圆板，上锥形块的锥底面面贴合状的同轴固接于固定圆板的上板面处，而下锥形块的锥底面面贴合状的同轴固接于固定圆板的下板面处；上锥形块与下锥形块以固定圆板作为对称面而彼此面对称布置。
优选的，所述下锥形块的锥面倾斜角度等于沉降箱的喇叭口状箱底的锥面倾斜角度。
优选的，所述沉降箱的箱底出口处设置有用于计量沉降箱的箱底出口处流量的第三流量计以及用于启闭该出口的第三开关阀。
本发明的有益效果如下：
1)、通过以主管体作为选矿废水及药剂的通行管，以进料管段为选矿废水的进料管，以负压吸引管段作为选矿废水与药剂的初次混合管，再以强紊流管段作为选矿废水与药剂的二次混合管，最后依靠喷口段来实现上述混合液的高速射流效果，最终实现选矿废水与药剂的快速混合目的，从而有效破坏选矿废水分散体系的稳定性，以提升后续处理中的选矿废水的固液分离效率。具体而言，负压吸引管段可采用目前常用的固液混合射流筒结构，如文丘里管等实现。强紊流管段则为本发明的重点部分，其采用独特的单螺旋管道来实现混合液的快速通行，并依靠相邻的两螺距尺寸存在差异，而实现混合液的频繁加减速效果，最终得以实现混合液的高效混合目的。
2)、实际上，对于强紊流管段处两相邻螺距的描述，以螺杆的正视图为例，由左至右的第一螺牙与相邻的第二螺牙之间间距为第一螺距，而由左至右的第二螺牙与相邻的第三螺牙之间间距为第二螺距，此时第一螺距与第二螺距的数值之比为1：2或2：1，从而依靠其螺距变换，即可有效实现强紊流管段内单螺旋流道处混合液的高频混合功能。
3)、对于负压吸引管段而言，其整体外形借鉴文丘里管或射流喷头的结构，并通过在内筒体的出液路径处再设置射流筒，在内筒体处进液的巨大冲击力下，从而实现药剂与选矿废水所形成的混合液在一次混合腔内的初步停滞混合目的。经过上述初步混合后的混合液，再经由射流筒进行射流加速，从而能以较高的流速加入强紊流管段，以便确保强紊流管段内流体的快速行进和高频混合目的。
4)、在上述结构的基础上，本发明提供了一种选矿废水处理设备，以供上述自吸型紊流喷管安装及使用。该选矿废水处理设备为沉降箱构造，通过将各自吸型紊流喷管沿沉降箱处转轴而周向环绕均布，从而使得自吸型紊流喷管的出液路径在转轴轴线处彼此交汇。更为重要的是，通过缓冲盘的布置，当混合液经由自吸型紊流喷管处喷出时，各自吸型紊流喷管处混合液均撞击在缓冲盘的盘面处，并沿缓冲盘的盘面而行进。由于各自吸型紊流喷管环绕均布在缓冲盘的周向上，也即缓冲盘盘面处各撞击点处混合液最终因沿缓冲盘盘面行进而彼此汇合，最终实现自吸型紊流喷管处混合液的彼此力抵销效果。一旦上述力被快速抵销，即可使得沉降箱内液体快速的进入稳流沉降状态，此时经由自吸型紊流喷管充分混合后的混合液因絮团作用而导致固态物下沉，随之经由沉降箱箱底处出口排出，而相对清澈的多余液体则沿溢流堰溢出，即可实现高效化和全自动化的固液分离以及选矿废水从絮团到沉降的全自动化处理功能。
5)、螺旋排卸料组件的布置，是由于一方面缓冲盘位于转轴上，从而使得撞击缓冲盘后快速被卸力的混合液会迅速沉降，从而大部分铅垂向的下行而可能堵塞沉降箱箱底处出口，因此采用上锥形块而使得絮团状的沉淀物能够被上锥形块的锥面及螺纹而分散，以达到逐步排出效果。而另一方面，下锥形块则依靠锥面及螺纹，从而实现对沉淀物的快速勾取及下压目的，以达成快速排料目的。上锥形块与下锥形块彼此配合，上锥形块卸料而下锥形块排料，其使用极为可靠稳定。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为自吸型紊流喷管相对沉降箱及缓冲盘的布置位置俯视图；
图3为本发明的plc控制系统示意图。
图示各标号与本发明各部件名称对应关系如下：
a-第一流量计b-第二流量计c-第三流量计
d-第一开关阀e-第二开关阀f-第三开关阀g-叶片
10-主管体11-进料管段12-负压吸引管段
12a-外筒体12b-内筒体12c-射流筒
13-强紊流管段13a-外管13b-螺杆
14-喷口段15-药剂进料管
20-沉降箱21-溢流堰30-转轴40-缓冲盘
51-上锥形块52-下锥形块53-固定圆板
具体实施方式
为便于理解，此处结合附图，对本发明的具体实施例及操作做如下进一步阐述：
此处以四组自吸型紊流喷管排布为例，四组自吸型紊流喷管絮构成四组凝作用管道，四组自吸型紊流喷管相互之间水平夹角为90度，且喷口段14与转轴30轴身间距均等。而具体的，本发明具体结构如图1-3所示：其设备主体包括沉降箱20、螺旋排卸料组件以及自吸型紊流喷管。其中：
自吸型紊流喷管外形参照图1-2所示，其主管体10外形呈直管状，并依靠沿选矿废水行进路径而依序排布的进料管段11、负压吸引管段12、强紊流管段13以及喷口段14彼此首尾衔接形成。使用时，进料管段11用于进料选矿废水，负压吸引管段12则用于选矿废水与药剂间初步混合，强紊流管段13则起到二次的高效的选矿废水与药剂的混合效果，最终依靠喷口段14而加压喷出，进而达到混合液以一定初速的喷出目的。实际操作时应当注意，图1-2中的强紊流管段13内的单螺旋管状的流道，其相邻流道的间距之比也即轴向上的相邻螺距之比应当按照1：2或2：1的方式排布，以实现混合液的高频变流混合效果。
而在图1中，沉降箱20的底部布置喇叭口状的导流面，以起到沉淀物的快速导流效果。以图1所示的四根自吸型紊流喷管的布置高度为界，沉降箱20内的自吸型紊流喷管上方构成液体澄清区，澄清液沿溢流堰21而溢出；而自吸型紊流喷管下方区域则构成沉降区，混合液絮团后形成的沉淀物则沿沉降区下行，最终经由螺旋排卸料组件而由导流面出料。
上述澄清区与沉降区共同构成稳流区。由于需要稳流区内混合液流速均低于设定值，以达到沉淀物的平稳沉淀功能，而自吸型紊流喷管的喷出混合液必然需要一定初速以便喷出，上述两者就存在干涉性。有鉴于此，本发明另辟蹊径的采用了独特的缓冲盘40，以缓冲盘40的盘面作为混合液的撞击面，从而达到自吸型紊流喷管处喷出液体的缓冲及快速降速目的。由于缓冲盘40的圆柱盘状外形，当混合液经由自吸型紊流喷管处喷出时，各自吸型紊流喷管处混合液均撞击在缓冲盘40的盘面处，并沿缓冲盘40的盘面而行进。又由于各自吸型紊流喷管环绕均布在缓冲盘40的周向上，也即缓冲盘40盘面处各撞击点处混合液最终因沿缓冲盘40盘面行进而彼此汇合，最终实现自吸型紊流喷管处混合液的彼此力抵销效果。一旦上述力被快速抵销，即可使得沉降箱20内液体快速的进入稳流沉降状态，此时经由自吸型紊流喷管充分混合后的混合液因絮团作用而导致固态物下沉，随之经由沉降箱20箱底处出口排出，而相对清澈的多余液体则沿溢流堰21溢出，即可实现高效化和全自动化的固液分离以及选矿废水从絮团到沉降的全自动化处理功能。
作为本发明的另一个设计重点，螺旋排卸料组件由上锥形块51和下锥形块52构成；上锥形块51叶片螺旋方向与转轴30旋转方向一致，而下锥形块52叶片螺旋方向与转轴30旋转方向相反。下锥形块52与上锥形块51以固定圆板53呈互为对称状的固定彼此，之后再将固定圆板53固定于转轴30上。转轴30通过转轴30套而固定于沉降箱20处，且转轴30顶端设有转轴30圆盘并通过皮带与电机圆盘连接，电机圆盘与电机相连，以实现转轴30的自主回转功能。
进一步的，实际操作时，本发明还在进料管段11、药剂进料管15以及沉降箱20出口处均布置相应的开关阀与流量计，以实现其管路启闭及流量监控功能。各开关阀与流量计的控制则依靠图3所示的plc来实现。
通过以上结构，本发明解决现有技术中对含有固体颗粒的选矿废水处理效率低和分离不彻底的问题，从而能够有效实现破坏选矿废水分散体系的稳定性，进而高效实现选矿废水的絮凝过程和沉降过程的分离功能，最终提高选矿废水的固液分离的效率，并为选矿工艺的稳定性提供保障，市场前景广阔。