一种复合式旋流分级浓缩装置

本发明涉及选矿废水处理，特别涉及一种复合式旋流分级浓缩装置。

背景技术：

1、随着选矿厂规模的不断扩大，选矿厂选矿废水的排放量也不断增加。据统计，选矿废水是我国工业废水排放量最大的行业之一，每年选矿废水的排放量数亿吨。目前，选矿废水的出路主要2种，一是处理达标后直接外排，二是处理后循环使用，但这部分废水的处理率低。循环使用实现了废水的资源化，然而选矿废水中残留的有机和无机选矿药剂、重金属离子以及其他有毒有害物质在回用过程中可能会降低浮选指标。因此，控制选矿厂废水的排放，提高废水的循环复用率，防止废水对环境的污染和对生态平衡的破坏以及避免水资源的浪费是当前急需解决的问题。

2、随着矿山自动化、机械化程度的不断提高，选矿废水中、体积小、重量轻、比表面积大、颗粒表面电负性强以及强亲水性的难沉降矿物的含量急剧增加。现有的选矿废水沉降设备，主要分为重力沉降设备和离心沉降设备。重力沉降设备一般对粗颗粒的沉降作用比较明显，对于微细矿物颗粒，即使是斜板沉降设备能在一定范围内提高微细颗粒的沉降效率，但其处理能力相对较小，其沉降范围比较窄。离心沉降设备中，各类离心机和水力旋流器的沉降范围较宽，对微细矿物颗粒的沉降效率比重力沉降设备高，但离心机的转速越高，其转动件加工精度要求越高，结构越复杂，制造成本也越高，水力旋流器也存在溢流跑粗、底流夹细现象，且其在运行过程中无法添加药剂。

3、为解决上述问题，现有专利文献提出了一些解决方案。公告号为cn110342608b的发明专利公开了一种旋流分级式复合浓缩沉降装置，该装置由旋流分级管、喇叭管、溢流孔、矿浆入料管、药剂入料管和沉降筒组成，利用旋流分级管管腔区域的横向格栅，与旋流分级管腔壁间的间隙，为选矿废水提供自下而上的通行通道，利用沉降筒筒壁与旋流分离结构外壁间形成的空间为选矿废水提供下落区，但该方案无法保证絮凝沉降的效果，絮凝沉降后排出的絮团颗粒中难免会夹杂着细颗粒。申请号为202010223872.x的中国专利公开了一种高效的旋流分级式复合浓缩沉降设备，该设备由壳体、旋转电机、转杆、第一搅拌叶组、第二搅拌叶组、第三搅拌叶组、第一过滤网板、第二过滤网板、进料壳、进料口、进料管道、第一电控阀门和第二电控阀门组成，可加快杂质的沉降速度，提高设备的沉降效果，但还是无法避免过滤网板的堵塞问题。公告号为cn103084284b的发明专利公开了一种节水型组合旋流分级与浓缩装置，该装置机体空腔内设有中央溢流管，机体圆柱体的空腔内设有导流与稳流筒，圆柱体上设有切向给料口，机体下端设有出料口，中央溢流管的下端与料水调浆器、循环泵、初级水力旋流器的进料口相连通，初级水力旋流器的溢流管口与次级水力旋流器的进料口相连通，次级水力旋流器的溢流管口与切向给料口相连通，能实现矿物颗粒的组合分级，有效节约水资源和节约能源，分级后的矿物含量高，但没有有效解决水力旋流器溢流跑粗、底流夹细的问题。现有的分级设备在一定程度上能提高矿物的分级效率和絮凝沉降效率，但如果要在一套设备中实现矿物的高效分级沉降和高效絮凝沉降，同时保证一定的分级流场强度，并能够根据需求及时加药，则难以实现。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种复合式旋流分级浓缩装置，可实现粗矿物颗粒和微细矿物颗粒的高效分离和分级，有效增强流场强度，同时实现分级沉降过程中的多点实时加药，对分级后的溢流颗粒进行大范围快速加药使其快速絮凝沉降，可在同一套装置中实现矿物颗粒的高效分级沉降和高效絮凝沉降。

2、本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现。

3、一种复合式旋流分级浓缩装置，包括柱段分级装置、锥段分级装置、溢流收集装置和药剂添加装置。其中，所述的柱段分级装置用于实现粗矿物颗粒和微细矿物颗粒的充分分离，锥段分级装置位于柱段分级装置的底部下方，为微细矿物颗粒的向上旋流提供动力；所述的溢流收集装置的底部位于柱段分级装置的上部外侧，其上部位于柱段分级装置的顶部上方，为从柱段分级装置流出的溢流颗粒和溢流颗粒的絮凝沉降提供场所；所述的药剂添加装置位于溢流收集装置的顶部上方，用于实现不同位置的药剂的添加。

4、所述的柱段分级装置包括溢流段、第一过渡段、入料段、第一倾斜段、第二过渡段、第二倾斜段、第三过渡段、第三倾斜段、第四过渡段、第四倾斜段。其中，所述的第一过渡段位于溢流段的底部下方，其顶部与溢流段的底部通过螺栓相固连，溢流段的顶部为溢流出口；所述的入料段位于第一过渡段的底部下方，其顶部与第一过渡段的底部通过螺栓相固连，入料段上布置有切向入料口，切向入料口的尺寸可以调节，切向入料口在水平方向从右往左对称布置(上下对称)有等间距的u型槽，用于布置第一l型隔板，从而调节切向入料口的宽度，竖直方向从上往下对称布置(左右对称)有等间距的u型槽，用于布置第二l型隔板，从而调节切向入料口的长度，切向入料口的尺寸调节范围为长(竖直方向)

5、14～50mm，宽(水平方向)13～40mm；第一l型隔板和第二l型隔板可以确保入料不会从间隙进入，第一l型隔板的左侧面上布置有u型槽，其布置方式和位置与竖直方向左右两侧的u型槽的布置完全一致；所述的第一倾斜段位于入料段的底部下方，其顶部与入料段的底部通过螺栓相固连，第一倾斜段的内部布置有180°的第一倾斜半圆板，为粗矿物颗粒和微细矿物颗粒的快速充分分离提供倾斜通道，第一倾斜半圆板的底部位于第一倾斜段的中心位置，所述的第二过渡段位于第一倾斜段的底部下方，其顶部与第一倾斜段的底部通过螺栓相固连；所述的第二倾斜段位于第二过渡段的底部下方，其顶部与第二过渡段的底部通过螺栓相固连，第二倾斜段的内部布置有180°的第二倾斜半圆板，为粗矿物颗粒和微细矿物颗粒的快速充分分离提供倾斜通道，第二倾斜半圆板的底部位于第二倾斜段的中心位置；所述的第三过渡段位于第二倾斜段的底部下方，其顶部与第二倾斜段底部通过螺栓相固连；所述的第三倾斜段位于第三过渡段的底部下方，其顶部与第三过渡段的底部通过螺栓相固连，第三倾斜段的内部布置有180°的第三倾斜半圆板，为粗矿物颗粒和微细矿物颗粒的快速充分分离提供倾斜通道，第三倾斜半圆板的底部位于第三倾斜段的中心位置；所述的第四过渡段位于第三倾斜段的底部下方，其顶部与第三倾斜段的底部通过螺栓相固连；所述的第四倾斜段位于第四过渡段的底部下方，其顶部与第四过渡段的底部通过螺栓相固连，第四倾斜段的内部布置有180°的第四倾斜半圆板，为粗矿物颗粒和微细矿物颗粒的快速充分分离提供倾斜通道，第四倾斜半圆板的底部位于第四倾斜段的中心位置；所述的第一过渡段、第二过渡段、第三过渡段和第四过渡段的结构尺寸完全相同，所述的第一倾斜段、第二倾斜段、第三倾斜段和第四倾斜段的结构尺寸完全相同，但第一倾斜半圆板、第二倾斜半圆板、第三倾斜半圆板和第四倾斜半圆板错开布置，第一倾斜半圆板和第二倾斜半圆板顺时针错开90°布置，第二倾斜半圆板和第三倾斜半圆板顺时针错开90°布置，第三倾斜半圆板和第四倾斜半圆板顺时针错开90°布置，第一倾斜半圆板、第二倾斜半圆板、第三倾斜半圆板和第四倾斜半圆板的顶部与柱段分级装置轴线围成的角度为360°，所述的第一倾斜半圆板、第二倾斜半圆板、第三倾斜半圆板和第四倾斜半圆板分别与柱段分级装置轴线形成的角度均为45°～53°，过渡段和倾斜段的交错布置既为粗矿物颗粒和微细矿物颗粒的倾斜沉降提供通道，又保证了粗矿物颗粒和微细矿物颗粒在重力沉降方向上的充分旋流运动。

6、所述的锥段分级装置包括锥体、细进水口、粗进水口、中心直射管道、第一喷射管道、第二喷射管道和底流口。所述的锥体位于柱段分级装置的第四倾斜段的底部下方，其顶部与第四倾斜段的底部通过螺栓相固连；所述的细进水口有两个，对称布置于锥体的底部上方左右两侧；所述的粗进水口有两个，对称布置于锥体的底部上方前后两侧，粗进水口的直径大于细进水口的直径，为细进水口直径的1.5～2倍，细进水口和粗进水口呈垂直对称分布；所述的中心直射管道位于粗进水口的中心位置，中心直射管道直径小于细进水口的直径，其长度为锥体的1/3～1/2，为中心水流的向上喷射提供高压，中心直射管道的顶部布置有圆台状出水口，为柱段分级装置和锥段分级装置内中心流场中微细矿物颗粒的向上运动提供充足的动力，同时增强柱段分级装置和锥段分级装置内中心流场强度；所述的第一喷射管道有两个，对称布置于中心直射管道的两侧，其直径小于中心直射管道的直径，其长度与中心直射管道的长度一致，第一喷射管道的顶部布置有第一倒圆台状出水口，扩大水流喷射范围，为柱段分级装置和锥段分级装置内中心两侧的微细矿物颗粒的向上运动提供动力，同时增强柱段分级装置和锥段分级装置内中心两侧流场的强度，所述的两个第一喷射管道结构尺寸完全相同；所述的第二喷射管道有两个，对称布置于细进水口的中心两侧，其结构与第一喷射管道的结构尺寸完全一致，其到中心直射管道中心的距离与第一喷射管道到中心直射管道中心的距离一致，第二喷射管道的顶部布置有第二倒圆台状出水口，扩大水流喷射范围，为柱段分级装置和锥段分级装置内中心两侧的微细矿物颗粒的向上运动提供动力，同时增强柱段分级装置和锥段分级装置内中心两侧流场的强度；所述的两个第二喷射管道结构尺寸完全相同；所述的底流口位于锥体的底部下方，为粗矿物颗粒的出口；所述的细进水口和粗进水口相结合，中心直射管道、第一喷射管道和第二喷射管道相结合，可提供不同的向上水流，为不同位置微细矿物颗粒的向上运动提供不同的动力，有利于微细矿物颗粒的高效分级。

7、所述的溢流收集装置包括收集槽、清水出口和絮凝颗粒出口。其中，所述的收集槽的底部与柱段分级装置的溢流段的底部、第一过渡段的顶部通过螺栓相固连，溢流段套装在收集槽的内部，收集槽的顶部高于溢流段的顶部，所述的收集槽的顶部外侧均匀布置有四个长方体凹槽，便于固定药剂添加装置，所述的四个长方体凹槽结构尺寸完全相同；所述的清水出口位于收集槽的上部，清水出口的中心位置与溢流段的顶部一致；所述的絮凝颗粒出口有四个，均匀分布在收集槽的底部，絮凝颗粒出口的直径小于清水出口的直径，清水出口的直径是絮凝颗粒出口直径的1.5～2倍，所述的四个絮凝颗粒出口结构尺寸完全相同。

8、所述的药剂添加装置包括盖板、第一中心添加口、第二中心添加口和溢流添加口。其中，所述的盖板位于收集槽的顶部上方，盖板的底部下方布置有四个长方体块，与收集槽顶部外侧的四个均匀分布的长方体凹槽相固定，所述的四个长方体块结构尺寸完全相同；所述的第一中心添加口位于盖板的中心，其顶部与盖板固连，所述的第二中心添加口有四个，均匀布置于第一中心添加口的四周，其顶部与盖板固连，第一中心添加口的直径大于第二中心添加口的直径，为第二中心添加口直径的1.5～2倍，四个第二中心添加口的外接圆直径小于溢流段的内径，便于实现矿物颗粒在分级过程中的多点实时加药，为矿物颗粒的高效分级沉降提供保障，实现矿物颗粒的高效分级沉降，所述的四个第二中心添加口结构尺寸完全相同；所述的溢流添加口有四个，亦均匀分布在盖板的底部下方，其顶部与盖板固连，所述的溢流添加口为四通阀，包含1个药剂入口和3个药剂出口，有效增大了药剂的添加范围，可实现大范围药剂的快速添加，所述的四个溢流添加口结构尺寸完全相同，四个溢流添加口的外接圆直径小于收集槽的内径，四个溢流添加口的内接圆直径大于溢流段的外径。

9、使用时，通过泵将待分离矿浆在一定压力下以一定的速度从入料段进入第一倾斜段内，矿浆在切向作用力下做向下旋转运动，粗矿物颗粒所受的重力比较大，在重力作用和第一倾斜半圆板、第二倾斜半圆板、第三倾斜半圆板和第四倾斜半圆板的作用下快速向下运动，然后通过锥段分级装置底部下方的底流口流出，微细矿物颗粒受到的重力比较小，进入入料段后，极少部分细矿物颗粒经过第一过渡段从溢流段顶部的溢流出口流出，绝大部分微细颗粒继续向下运动，在第一倾斜段、第二过渡段、第二倾斜段、第三过渡段、第三倾斜段、第四过渡段和第四倾斜段内实现了充分的运动和分离；若分离效果不太好，可以通过第一中心添加口和四个第二中心添加口添加药剂，使微细矿物颗粒聚团成较大的矿物颗粒后再继续分级，充分分离后的颗粒在锥体的作用下发生向上旋流，若向上旋流动力较小，则通过中心直射管道、两个第一喷射管道和两个第二喷射管道喷射的水流促使其向上运动，实现微细矿物颗粒的高效分级；向上运动的微细矿物颗粒从溢流段顶部的溢流出口流出后，若浊度较低，则直接排出，若浊度较高，则在收集槽内通过溢流添加口添加药剂，在流场作用下实现矿物颗粒与药剂快速均匀混合，聚团后的矿物颗粒从絮凝颗粒出口流出，清水则从清水出口流出，实现溢流颗粒的高效絮凝沉降。

10、本发明的有益效果是，与现有的技术相比，本发明的柱段分级装置能实现粗矿物颗粒和微细矿物颗粒的快速分离，同时通过倾斜通道实现矿物颗粒的快速分级沉降，锥段分级装置则在实现微细矿物颗粒高效分级的同时，还能有效增强装置内流场的强度，为矿物颗粒的高效分级提供保障，药剂添加装置既能在矿物颗粒分级沉降过程中实现多点实时加药，还能对分级沉降后的溢流颗粒进行大范围快速加药，实现溢流颗粒的快速絮凝沉降，可同一套装置中实现矿物颗粒的高效分级沉降和高效絮凝沉降，克服现有技术的缺陷。