用于从微粒悬浮体中分离颗粒的设备和方法与流程

1.本发明涉及矿物处理，并且更特别地，涉及用于从微粒悬浮体中分离颗粒的设备和方法。


背景技术：

2.旋流器是用于分离和移除悬浮在浆体和其他液体悬浮体中的微粒材料的常用装置。传统旋流器包括竖向定向的圆柱形或圆锥形容器，该容器在其上端处具有入口，用于以切向方式将液体悬浮体在压力下引进到容器中。一对圆形出口分别设置在容器的最上端部和最下端部处。竖向溢流管从最上圆形出口轴向向下延伸到容器的中心。
3.流动到入口中的流体在容器中产生由外流和内流组成的高速旋转的双涡流。外流以张开的螺旋运动的方式朝向容器的底部向下流动。内流以紧密的螺旋运动在外流内部朝向最上出口向上流动穿过溢流管。
4.悬浮在流体中的颗粒首先流动到外流中。惯性太大以致于不能遵循外流的螺旋路径的较大(较重)的颗粒撞击容器的侧壁。这些颗粒逐渐向容器下移动，直到这些颗粒经由最下圆形出口与外流一起离开。经受不足以克服流体的粘度的较小的离心力的较小(较轻)的颗粒朝向容器的中心移动，这些颗粒最后进入内流并且沿溢流管向上行进以经由最上圆形出口离开。因此，旋流器装置运行以基于颗粒的尺寸和重量将颗粒分离成两种不同的级别。
5.这种构型的传统旋流器是有问题的。外流中的某些流体通常在管的最下端部处在溢流管的下方流动，而不是一直旋转到容器的底部。有时称为短路流的这种现象可能导致来自外流的粗(重)颗粒进入内流并且经由最上出口离开容器。因此，短路流降低了旋流器分离器的有效性和旋流器分离器的颗粒分级效率。旋流器还仅能够将颗粒分级为两种不同的级别(大和小)。
6.在这种背景下，需要用于分离微粒悬浮体中的微粒材料的改进方式。


技术实现要素：

7.根据本发明，提供了一种用于从微粒悬浮体中分离颗粒的设备，所述设备包括：
8.导管，所述导管包括多个长形通道，所述多个长形通道沿螺旋路径离所述螺旋路径的轴线以不同的曲率半径并以相邻对准的方式延伸，其中，所述长形通道的纵向侧壁流畅地接合在一起，以允许在所述长形通道之间传递流体；
9.入口，所述入口用于将微粒悬浮体在压力下并且沿所述螺旋路径引导到所述导管中；以及
10.多个出口，所述多个出口构造成将来自所述微粒悬浮体的流体从所述导管上的多个不同排出位置引导出去，
11.其中，所述长形通道中的至少第一长形通道和第二长形通道的横截面大致为圆形，并且包括共用的纵向侧壁，其中，所述共用的纵向侧壁包括相对的最上侧壁部段和最下
侧壁部段，所述最上侧壁部段和所述最下侧壁部段相对于所述螺旋路径的所述轴线彼此侧向偏移，以允许在所述长形通道中的所述第一长形通道和所述第二长形通道之间传递螺旋状流动的流体。
12.所述长形通道中的所述第一长形通道和所述第二长形通道可以包括横截面大致为半圆形的最上部分和最下部分，其中，所述最上部分的一对端部接合在一起以提供所述最上侧壁部段，并且所述最下部分的一对端部接合在一起以提供所述最下侧壁部段。
13.所述长形通道中的第三长形通道的横截面可以大致为圆形，并且包括与所述长形通道中的所述第二长形通道共用的纵向侧壁，其中，与所述长形通道中的所述第二长形通道共用的所述纵向侧壁构造成使得从所述长形通道中的所述第二长形通道螺旋状流动到所述长形通道中的所述第三长形通道中的流体沿与从所述长形通道中的所述第一长形通道螺旋状流动到所述长形通道中的所述第二长形通道中的流体相反的方向流动。
14.所述导管还可以包括最内长形通道，其中，所述最内长形通道的横截面形状包括弯曲端部部段，所述弯曲端部部段朝向流畅地接合到所述长形通道中的所述第一长形通道的端部区域渐缩。
15.所述最内长形通道的所述横截面形状还可以包括流畅地接合到所述弯曲端部部段的大致圆形部段。
16.所述入口可以将所述微粒悬浮体引导到所述最内长形通道的所述大致圆形部段中。
17.所述出口可以布置成使得所述排出位置离所述螺旋路径的所述轴线不同的距离。
18.所述出口中的每一者均可以构造成将来自所述微粒悬浮体的流体从所述长形通道中的唯一一者引导出去。
19.所述出口可以包括在所述导管中的靠近所述长形通道的末端的多个孔。
20.所述出口可以包括在所述导管上的靠近所述长形通道的末端的多个喷嘴。
21.所述喷嘴可以是渐缩的。
22.所述螺旋路径的所述轴线可以通常竖向定向，并且所述出口可以布置成使得所述排出位置离所述螺旋路径的所述轴线不同的垂直距离。
23.所述导管可以由竖向定向的支撑构件支撑。
24.所述导管可以围绕所述螺旋路径的所述轴线延伸一整圈以上。
25.所述设备可以包括用于将所述微粒悬浮体泵送到所述入口中的泵。
26.本发明还提供一种用于从微粒悬浮体中分离颗粒的方法，所述方法包括：
27.获得导管，所述导管包括多个长形通道，所述多个长形通道沿螺旋路径离所述螺旋路径的轴线以不同的曲率半径并以相邻对准的方式延伸，其中，所述长形通道的纵向侧壁流畅地接合在一起，以允许在所述长形通道之间传递流体；
28.将微粒悬浮体在压力下并且沿所述螺旋路径引导到所述导管的入口中；以及
29.将来自所述微粒悬浮体的流体从所述导管上的多个不同排出位置引导出去，
30.其中，所述长形通道中的至少第一长形通道和第二长形通道的横截面大致为圆形，并且包括共用的纵向侧壁，其中，所述共用的纵向侧壁包括相对的最上侧壁部段和最下侧壁部段，所述最上侧壁部段和所述最下侧壁部段相对于所述螺旋路径的所述轴线彼此侧向偏移，以允许在所述长形通道中的所述第一长形通道和所述第二长形通道之间传递螺旋
状流动的流体。
附图说明
31.现在将参照随附附图仅以示例的方式描述本发明的实施例，其中：
32.图1是本领域已知的用于从微粒悬浮体中分离颗粒的设备的侧视立体图；
33.图2是根据本发明的示例性实施例的改进的用于从微粒悬浮体中分离颗粒的设备的侧视立体图；
34.图3是图2的设备的另一侧视立体图，其中，设备的导管的被在图2中标记为28的平面贯穿的部分以横截面示出；以及
35.图4是示出图2的设备的导管的横截面形状的线条图。
具体实施方式
36.参照图1，示出了本领域已知的用于从微粒悬浮体中分离颗粒的设备10。描绘的设备10公布在于2017年11月3日在中国提交的公布号为cn107670838a的专利申请中。设备10包括导管12，该导管12包括三个长形通道20、22、24，该三个长形通道20、22、24沿螺旋路径离螺旋路径的轴线14以不同的曲率半径并以相邻对准的方式延伸。通道20、22、24的纵向侧壁流畅地接合在一起以允许在通道20、22、24之间传递流体。设备10包括用于将微粒悬浮体引导到导管12中的入口16。三个出口18设置在通道20、22、24的在设备10的底部处的末端处。三个出口18对应于可以使用设备10分离和收集的三种不同的相应级别的颗粒。第一通道20的横截面大致为三角形。第二通道22和第三通道24的横截面大致为圆形，并且接合在一起，使得流动穿过第二通道22的流体可以通过经过两个通道22、24之间的共用边界区域26而流动到第三通道24中。
37.在使用中，使用泵将流体悬浮体引导到入口16中。流体悬浮体与轴线14相切地进入导管12，并且沿第一通道20朝向出口18向下流动。产生了离心场，该离心场导致流体和悬浮微粒被迫使向外朝向第二通道22。尺寸和/或重量太小以致于不能克服流体的粘度的微粒保留在第一通道20中流动。较大和/或较重的微粒被迫使向上进入第二通道22。类似地，在第二通道22中，尺寸和/或重量太小以致于不能克服流体的粘度的微粒保留在第二通道22中流动，而较大和/或较重的微粒则被迫使经由共用边界区域26向外进入最外通道24。到流体已经一直流动到导管12的最下端部时，悬浮微粒被分离，使得三个通道20、22、24分别容纳细微粒、中微粒和粗微粒。
38.设备10的结构简单，并且消除了当使用旋流器分离器时遇到的有问题的短路流。然而，设备10具有若干缺点。特别地，在压力下流动穿过导管12的流体不能有效地从第一通道20向外传递到第三通道24。导管12的曲率固有地导致流体以螺旋状运动的方式流动穿过通道20、22、24中的每一者。因此，流体不能有效地横穿第二通道22和第三通道24之间的共用边界区域26移动。共用区域26在导管12中引起大量的湍流流体流，这阻止了大微粒/重微粒移动到最外通道24中。此外，第二通道22和第三通道24的形状和构型是不可扩展的。如果需要将颗粒分级为三种以上的级别，则将附加通道增加到导管12的与第三通道24相邻的最外边缘没有效果。由于导管12内的螺旋状流动的流体遇到的湍流和流体摩擦，仅可以忽略不计的量的颗粒能够流动到附加通道中。
39.参照图2和图3，本发明的示例性实施例提供了一种改进的用于从微粒悬浮体中分离颗粒的设备30。设备30包括导管32，该导管32包括多个长形通道34，该多个长形通道34沿螺旋路径离螺旋路径的轴线36以不同的曲率半径并以相邻对准的方式延伸。长形通道34的纵向侧壁流畅地接合在一起，以允许在长形通道34之间传递流体。设备30还包括入口38和多个出口40，该入口38用于将微粒悬浮体在压力下并且沿螺旋路径引导到导管32中，该多个出口40构造成将来自微粒悬浮体的流体从导管32上的多个不同排出位置引导出去。
40.如图4所示，长形通道中的至少第一长形通道42和第二长形通道44的横截面大致为圆形，并且包括共用的纵向侧壁。共用的纵向侧壁包括相对的最上侧壁部段46和最下侧壁部段48，最上侧壁部段46和最下侧壁部段48相对于螺旋路径的轴线36彼此侧向偏移。侧壁部段46、48的偏移布置允许在第一长形通道42和第二长形通道44之间传递螺旋状流动的流体。
41.更特别地，第一长形通道42和第二长形通道44可以包括横截面大致为半圆形的最上部分50和最下部分52。最上部分50的一对端部可以接合在一起以提供侧壁部段中的的最上侧壁部段46，并且最下部分52的一对端部可以接合在一起以提供侧壁部段中的最下侧壁部段48。
42.导管32可以包括第三长形通道54，该第三长形通道54与第二通道44相邻并且从第二通道44向外安置。第三通道54的横截面可以大致为圆形，并且包括与第二通道44共用的纵向侧壁。与第二通道44共用的纵向侧壁也可以包括最上侧壁部段56和最下侧壁部段58，最上侧壁部段56和最下侧壁部段58相对于螺旋路径的轴线36彼此侧向偏移。侧壁部段56、58可以偏移，使得从第二通道44螺旋状流动到第三通道54中的流体沿与从第一通道42螺旋状流动到第二通道44中的流体相反的方向流动。
43.导管32还可以包括最内长形通道60。最内通道60的横截面形状可以包括弯曲端部部段62，该弯曲端部部段62朝向流畅地接合到第一通道42的端部区域渐缩。最内通道60还可以包括流畅地接合到弯曲端部部段62的大致圆形部段64。
44.导管32可以由长形的支撑构件支撑，该长形的支撑构件竖向定向并且与导管32所遵循的螺旋路径的轴线36同轴。导管32的入口38可以靠近设备30的上端安置，并且出口40可以靠近设备30的下端安置。优选地，导管32围绕支撑构件36延伸一整圈以上。在描绘的示例中，导管32围绕支撑构件36延伸至少两整圈。
45.最内通道60的横截面形状可以类似于已经顺时针转动了九十度的逗号，其中，大致圆形部段64朝向支撑构件36安置，并且弯曲端部部段62与支撑构件36间隔开。弯曲端部部段62的最上壁和最下壁可以是渐缩的，使得端部部段62的高度朝向端部部段62的接合第一通道42的外周端减小。
46.第一圆形通道42可以从最内通道60向外并且紧靠最内通道60上方安置。入口38可以包括形成在导管32中的孔，该孔被布置成使得进入导管32的流体悬浮体首先被引导到最内通道60的圆形部段64中。出口40可以包括安置在四个通道60、42、44、54的相应末端处的四个孔。在这种示例中，孔40被布置成使得流体排出物从四个不同的位置离开导管32，位置位于离导管32的轴线36不同的垂直距离处。在其他示例中，出口40可以包括将流体从四个通道排出去的四个渐缩喷嘴(未示出)。喷嘴可以安置在通道的末端处，或者喷嘴可以在其他位置连接到导管32。
47.在使用中，可以使用泵(未示出)将流体悬浮体在压力下引导到入口38中。例如，可以将包括水与由各种不同尺寸的颗粒组成的悬浮的矿物沉积物的浆体泵送到入口38中。流体悬浮体与竖向轴线36相切地进入导管32，并且首先穿过最内通道60朝向出口孔40流动。在流体悬浮体沿由最内通道60采用的螺旋路径移动时，会产生离心场，从而导致流体和悬浮微粒被迫使向外远离轴线36。尺寸和/或重量太小以致于不能克服流体的粘度的微粒保留在最内通道60中流动。较大和/或较重的微粒向外并且沿渐缩部分62移动，直到较大和/或较重的微粒被迫使向上进入第一大致圆形通道42。通道42的曲率固有地导致流体沿如由图4中的一对标记为66的箭头所指示的逆时针转动方向螺旋状流动穿过通道42。
48.在第一圆形通道42和第二圆形通道44之间的边界处的最上侧壁部段46和最下侧壁部段48相对于竖向彼此偏移。因此，在第一圆形导管42中螺旋状流动的流体能够向下流动穿过两个侧壁部段46、48之间形成的间隙。有利地，流体在可以忽略不计的流体摩擦和湍流的情况下有效地流动到第二圆形通道44中。在第一圆形通道42内，尺寸和/或重量太小以致于不能克服流体的粘度的微粒保留在通道42中流动，而较大和/或较重的微粒被迫使向外进入第二导管44。
49.流体沿如由一对标记为68的箭头所指示的顺时针转动方向螺旋状流动穿过第二导管44。因为在第二圆形通道44和第三圆形通道54之间的边界处的最上侧壁部段56和最下侧壁部段58同样相对于竖向彼此偏移，所以螺旋状流动的流体可以向上流动穿过两个侧壁部段56、58之间形成的间隙。在第二圆形通道44内，尺寸和/或重量太小以致于不能克服流体的粘度的微粒保留在通道44中流动，而较大和/或较重的微粒被迫使向外进入第三通道54。
50.到流体已经一直流动到导管32的最下端部时，各种微粒被完全分离，使得四个通道60、42、44、54容纳已经分别被分离为四种不同级别的颗粒。最小/最轻的颗粒被容纳在最内通道60中，并且最大/最重的颗粒被容纳在最外通道54中。四组不同的分离的微粒经由四个孔40以流体悬浮体的方式离开导管32。
51.设备30有利地结构简单、尺寸紧凑并且在不具有移动零件的情况下实现了高效的颗粒分级。还消除了当使用旋流器分离器时遇到的有问题的短路流。侧壁部段46、48、56、58的偏移布置有利地使流体能够以自然螺旋状的方式并且在可以忽略不计的流体阻力的情况下流动穿过三个圆形通道42、44、54并且在三个圆形通道42、44、54之间侧向传递。这避免了在图1中描绘的现有设备中发生的有问题的湍流，并且提供了三阶段连续分离工艺，该工艺大大提高了颗粒分级效率。穿过导管32行进的流体以平稳并且无阻碍的螺旋状方式沿交替的逆时针转动方向66和顺时针转动方向68经由中间通道42、44从最内通道60向外朝向最外通道54侧向流动。
52.如果需要，导管32的设计还有利地是可扩展的，并且允许颗粒被分离并且被分级为多数量的级别。为了增加级别的数量，可以简单地将附加的长形通道增加到导管32的最外侧部以收容附加的级别。附加通道的设计可以与示例中描绘的三个圆形通道42、44、54相似，以便维持螺旋状流动穿过通道的流体的交替的逆时针/顺时针模式。
53.本发明的实施例提供了用于从浆体和其他微粒悬浮体中分离微粒材料的系统和方法。
54.为了本说明书的目的，词语“包括(comprising)”是指“包括但不限于”，并且词语
“
包括(comprises)”具有对应的含义。
55.仅以示例的方式描述了以上实施例，并且可以在接下来的权利要求的范围内进行修改。