权利要求
1.一种细颗粒物矿物脱泥及富集选矿装置，其特征在于，包括：
分选桶(1)，所述分选桶(1)内设有固定腔室(10)，所述固定腔室(10)内设置有集料斗(11)，所述集料斗(11)将所述固定腔室(10)分隔为分选腔室(101)与进水腔室(102);所述分选桶(1)侧壁开设有进料口(12)，所述分选桶(1)底壁开设有出料口(13)，所述进料口(12)与所述出料口(13)均连通于所述分选腔室(101);
供水单元，连通于所述进水腔室(102)，所述集料斗(11)间隔开设有多个通孔(111)，所述通孔(111)用于容许所述进水腔室(102)内的水进入所述分选腔室(101);
斜板沉淀单元(2)，包括箱体(21)、收集池(22)及多个斜板(23)，所述箱体(21)设置于所述分选桶(1)顶侧，且连通于所述分选腔室(101)，多个所述斜板(23)沿水平方向间隔设置于所述箱体(21)内;所述收集池(22)套设于所述箱体(21)，并与所述箱体(21)外壁围设出收集槽(221);
超声单元(3)，包括超声波发生器及多个超声波探头(31)，多个所述超声波探头(31)均设置于所述分选腔室(101)内，且均连接于所述超声波发生器。
2.根据权利要求1所述的细颗粒物矿物脱泥及富集选矿装置，其特征在于，相邻的两个所述斜板(23)的间距为1.5mm-6mm。
3.根据权利要求1所述的细颗粒物矿物脱泥及富集选矿装置，其特征在于，所述斜板(23)与水平面之间的夹角为65°-75°。
4.根据权利要求1所述的细颗粒物矿物脱泥及富集选矿装置，其特征在于，所述供水单元包括：
供水箱;
供水机构，设置于所述供水箱内，用于抽吸所述供水箱内的水;
供水管，一端连通于所述供水机构的吸出端，另一端连通于所述进水腔室(102)。
5.根据权利要求1所述的细颗粒物矿物脱泥及富集选矿装置，其特征在于，还包括隔音单元(4)，所述隔音单元(4)设置于所述分选桶(1)的外周壁。
6.根据权利要求5所述的细颗粒物矿物脱泥及富集选矿装置，其特征在于，所述隔音单元(4)开设有检修口(14)，所述检修口(14)处设置有挡板(15)，所述挡板(15)具有封堵于所述检修口(14)的关闭状态以及分离于所述检修口(14)的打开状态。
7.根据权利要求1-6任一所述的细颗粒物矿物脱泥及富集选矿装置，其特征在于，所述进料口(12)处设置有进料管(121)，所述进料管(121)沿靠近所述分选腔室(101)的方向倾斜。
8.根据权利要求1-6任一所述的细颗粒物矿物脱泥及富集选矿装置，其特征在于，所述收集池(22)底壁开设有排废口(222)，所述收集池(22)底壁呈倾斜状，所述排废口(222)设置于所述收集池(22)底壁的最低处。
9.根据权利要求1-6任一所述的细颗粒物矿物脱泥及富集选矿装置，其特征在于，所述出料口(13)内穿设有出料管(131)，所述集料斗(11)底侧开设有连接孔(112)，所述出料管(131)连通于所述连接孔(112)。
10.一种细颗粒矿物脱泥及富集选矿方法，应用于上述权利要求1-9任一所述的细颗粒物矿物脱泥及富集选矿装置，其特征在于，包括如下步骤：
S1：预处理矿物浆料;
S2：将矿物浆料经进料口(12)送至分选腔室(101)，供水单元向进水腔室(102)供水，水流穿过集料斗(11)的通孔(111)进入分选腔室(101)，形成上升水流;
S3：启动超声波发生器，超声波探头(31)向分选腔室(101)施加超声波;
S4：分离出的粗精矿经出料口(13)排出，
尾矿排至收集池(22)内。
说明书
技术领域
[0001]本发明涉及深海
采矿技术领域，尤其涉及一种细颗粒物矿物脱泥及富集选矿装置及方法。
背景技术
[0002]在深海矿物开采过程时，通常需要在采矿船上或海上平台上对海底开采出的矿物进行初步加工筛选，以将有价值的矿物颗粒分离并集中起来，取出大部分无用的脉石矿物及泥沙等，只将高品位的精矿运至陆地。
[0003]深海
稀土矿、锆英砂等细颗粒目标矿物常与低比重海底沉积物形成混合物，当矿物粒径低于0.045mm时，细颗粒与黏土在范德华力作用下形成稳定团聚体，使矿物颗粒夹杂细泥，需预先脱泥处理，再进行矿物的富集。而现有的矿物脱泥及富集选矿装置，大多采用
浮选法，利用物质表面疏水性的差异，通过气泡作为载体实现选择性分离，但需要投放
浮选药剂，不仅会污染封闭的船载环境，尾矿和废水还需要严格处理，无法适用于海上作业环境。
发明内容
[0004]本发明的目的在于提供一种细颗粒物矿物脱泥及富集选矿装置及方法，该装置能够实现矿物的高效回收，且无需添加药剂，绿色无污染。
[0005]为达此目的，本发明采用以下技术方案：
[0006]一方面，提供一种细颗粒物矿物脱泥及富集选矿装置，包括：
[0007]分选桶，所述分选桶内设有固定腔室，所述固定腔室内设置有集料斗，所述集料斗将所述固定腔室分隔为分选腔室与进水腔室;所述分选桶侧壁开设有进料口，所述分选桶底壁开设有出料口，所述进料口与所述出料口均连通于所述分选腔室;
[0008]供水单元，连通于所述进水腔室，所述集料斗间隔开设有多个通孔，所述通孔用于容许所述进水腔室内的水进入所述分选腔室;
[0009]斜板沉淀单元，包括箱体、收集池及多个斜板，所述箱体设置于所述分选桶顶侧，且连通于所述分选腔室，多个所述斜板沿水平方向间隔设置于所述箱体内;所述收集池套设于所述箱体，并与所述箱体外壁围设出收集槽;
[0010]超声单元，包括超声波发生器及多个超声波探头，多个所述超声波探头均设置于所述分选腔室内，且均连接于所述超声波发生器。
[0011]作为细颗粒物矿物脱泥及富集选矿装置的可选方案，相邻的两个所述斜板的间距为1.5mm-6mm。
[0012]作为细颗粒物矿物脱泥及富集选矿装置的可选方案，所述斜板与水平面之间的夹角为65°-75°。
[0013]作为细颗粒物矿物脱泥及富集选矿装置的可选方案，所述供水单元包括：
[0014]供水箱;
[0015]供水机构，设置于所述供水箱内，用于抽吸所述供水箱内的水;
[0016]供水管，一端连通于所述供水机构的吸出端，另一端连通于所述进水腔室。
[0017]作为细颗粒物矿物脱泥及富集选矿装置的可选方案，还包括隔音单元，所述隔音单元设置于所述分选桶的外周壁。
[0018]作为细颗粒物矿物脱泥及富集选矿装置的可选方案，所述隔音单元开设有检修口，所述检修口处设置有挡板，所述挡板具有封堵于所述检修口的关闭状态以及分离于所述检修口的打开状态。
[0019]作为细颗粒物矿物脱泥及富集选矿装置的可选方案，所述进料口处设置有进料管，所述进料管沿靠近所述分选腔室的方向倾斜。
[0020]作为细颗粒物矿物脱泥及富集选矿装置的可选方案，所述收集池底壁开设有排废口，所述收集池底壁呈倾斜状，所述排废口设置于所述收集池底壁的最低处。
[0021]作为细颗粒物矿物脱泥及富集选矿装置的可选方案，所述出料口内穿设有出料管，所述集料斗底侧开设有连接孔，所述出料管连通于所述连接孔。
[0022]另一方面，提供一种细颗粒矿物脱泥及富集选矿方法，应用于上述的细颗粒物矿物脱泥及富集选矿装置，包括如下步骤：
[0023]S1：预处理矿物浆料;
[0024]S2：将矿物浆料经进料口送至分选腔室，供水单元向进水腔室供水，水流穿过集料斗的通孔进入分选腔室，形成上升水流;
[0025]S3：启动超声波发生器，超声波探头向分选腔室施加超声波;
[0026]S4：分离出的粗精矿经出料口排出，尾矿排至收集池内。
[0027]本发明的有益效果：
[0028]本发明提供了一种细颗粒物矿物脱泥及富集选矿装置及方法，在分选腔室内，矿物浆料内的泥沙颗粒被上升的水流流化，并随水流向上流动，一部分密度较大的矿物则向下移动至集料斗内，最终经出料口排出;而另一部分矿物则随着上升的水流进入斜板沉淀单元，穿过多个斜板之间的间隙，在水流从间隙流过时，颗粒将沉降至斜板上，其中较重的矿物颗粒从斜板上滑下，回到分选腔室并下滑至集料斗内，较轻的泥沙颗粒则随水流继续向上流动，流至收集池内。超声波空化效应产生的局部微射流可有效破坏细颗粒矿物表面沉积物黏土的附着，提高矿物与泥沙的分离率，有效筛分出矿物颗粒，并且无需添加任何药剂，绿色环保，可适用于海上作业环境。
附图说明
[0029]图1是本发明具体实施方式实施例所提供的细颗粒物矿物脱泥及富集选矿装置的结构示意图;
[0030]图2是本发明具体实施方式实施例所提供的细颗粒物矿物脱泥及富集选矿装置另一个位向的结构示意图;
[0031]图3是本发明具体实施方式实施例所提供的细颗粒物矿物脱泥及富集选矿装置的剖面图。
[0032]图中：
[0033]1、分选桶;
[0034]10、固定腔室;101、分选腔室;102、进水腔室;
[0035]11、集料斗; 111、通孔; 112、连接孔;
[0036]12、进料口; 121、进料管;
[0037]13、出料口;131、出料管;
[0038]14、检修口;15、挡板;16、进水管;
[0039]2、斜板沉淀单元;21、箱体;22、收集池;221、收集槽;222、排废口;223、排废管;23、斜板;
[0040]3、超声单元; 31、超声波探头; 32、阵列换能器;
[0041]4、隔音单元;41、第一隔音层;42、第二隔音层。
具体实施方式
[0042]下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
[0043]在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体;可以是机械连接，也可以是电连接;可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0044]在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0045]在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
[0046]下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
[0047]如图1至图3所示，本实施例提供了一种细颗粒物矿物脱泥及富集选矿装置，该装置包括分选桶1、供水单元、斜板沉淀单元2及超声单元3。分选桶1内设有固定腔室10，固定腔室10内设置有集料斗11，集料斗11将固定腔室10分隔为分选腔室101及进水腔室102。分选桶1侧壁开设有进料口12，分选桶1底壁开设有出料口13，进料口12与出料口13均连通于分选腔室101。供水单元连通于供水腔室，集料斗11间隔开设有多个通孔111。斜板沉淀单元2包括箱体21、收集池22及多个斜板23，箱体21设置于分选桶1顶侧，且连通于分选腔室101;多个斜板23沿水平方向间隔设置于箱体21内;收集池22套设于箱体21，并与箱体21外壁围设出收集槽221。超声单元3包括超声波发生器及多个超声波探头31，多个超声波探头31均设置于分选腔室101内，且均连接于超声波发生器。
[0048]矿物浆料经进料口12送至分选腔室101内，与此同时，在供水单元的驱动下，进入供水腔室的水流穿过通孔111进入分选腔室101，并向上流动;超声波发生器通过超声波探头31向分选腔室101内传递超声波，由于超声波具备穿透能力强、在水中传播距离远的特点，其空化效应产生的局部微射流可有效破坏细颗粒矿物表面沉积物黏土的附着，提高矿物与泥沙的分离率。在分选腔室101内，矿物浆料内的泥沙颗粒被上升的水流流化，并随水流向上流动，一部分密度较大的矿物则向下移动至集料斗11内，最终经出料口13排出;而另一部分矿物则随着上升的水流进入斜板沉淀单元2，穿过多个斜板23之间的间隙，在水流从间隙流过时，颗粒将沉降至斜板23上，其中较重的矿物颗粒从斜板23上滑下，回到分选腔室101并下滑至集料斗11内，较轻的泥沙颗粒则随水流继续向上流动，流至收集池22内。
[0049]该装置利用颗粒在逆流流动流体中沉降速度的差异以及超声波的空化效应，大大提高了矿物颗粒与泥沙颗粒的分离效率，能够有效筛分出矿物颗粒;并且无需添加任何药剂，绿色环保，可适用于海上作业环境。
[0050]可选地，进料口12处设置有进料管121，进料管121沿靠近分选腔室101的方向倾斜，以确保矿物浆料顺利地进入分选腔室101内。
[0051]具体地，在本实施例中，进料口12及进料管121均设置有三个;在其他实施例中，进料口12及进料管121的数量均可按需设置，在此不做具体限定。
[0052]可选地，出料口13内穿设有出料管131，集料斗11底侧开设有连接孔112，出料管131连通于连接孔112。上述设置，收集于集料斗11上的矿物颗粒可随时经出料管131顺利地排出，避免矿物颗粒大量堆积于收集斗内。
[0053]可选地，超声单元3还包括阵列换能器32，每个超声波探头31均通过阵列换能器32连接于超声波发生器，阵列换能器32作为执行能量转换的核心部件，能够将电脉冲转换成超声波。具体地，阵列换能器32设置于分选桶1的外壁，阵列换能器32的安装高度为分选桶1有效高度的1/3-1/2处，且同一壁面上相邻的两个阵列换能器32的间距为30mm-50mm。
[0054]示例性地，超声波发生器、超声波探头31及阵列换能器32均为现有的结构，其具体结构及原理均参照现有技术，在此不赘述。其中，超声波发生器的输出功率为15kHz-120kHz可调，功率密度为0.5W/cm2-5W/cm2。同时，超声波发生器采用双频叠加模式，低频段为15kHz-40kHz，高频段为80kHz-120kHz。
[0055]可选地，该装置还包括隔音单元4，隔音单元4设置于分选桶1的外周壁，以降低装置内部的噪音。
[0056]进一步地，隔音单元4包括第一隔音层41及第二隔音层42，第一隔音层41设置于分选桶1外侧，第二隔音层42设置于第一隔音层41外侧。具体地，第一隔音层41为密度80kg/m3-120kg/m3、厚度为20mm-50mm的聚氨酯泡沫，第二隔音层42为厚度3mm-8mm的丁基橡胶/
铝箔复合层，该隔音单元4整体降噪量≥25dB(A)。
[0057]另外，隔音单元4在检修口14处采用迷宫式密封结构，可使插入损失≤2dB(A)。
[0058]进一步地，隔音单元4开设有检修口14，检修口14处设置有挡板15，挡板15具有封堵于检修口14的关闭状态以及分离于检修口14的打开状态。具体地，阵列换能器32穿设于挡板15，并连接于相应的超声波探头31，以便于超声波探头31及阵列换能器32的检修拆卸。另外，挡板15的材质可根据第一隔音层41及第二隔音层42的具体材质进行相应地选择。示例性地，挡板15包括两层结构，其中一层结构的材质与第一隔音层41材质相同，另一层结构的材质与第二隔音层42材质相同，以确保检修口14处的隔音效果。
[0059]可选地，相邻的两个斜板23的间距为1.5mm-6mm，增加斜板沉淀单元2的有效沉淀面积，缩短沉淀距离，以显著提升矿物颗粒与泥沙颗粒的分离效率。
[0060]可选地，相邻的两个斜板23与水平面之间的夹角为65°-75°，提供更大的重力分量，使矿物颗粒更加顺畅快速地滑落至分选腔室101内，避免矿物颗粒在斜板23表面的过度堆积，降低堵塞风险，以提高装置运行的稳定性及可靠性。
[0061]可选地，收集池22底壁开设有排废口222，收集池22底壁呈倾斜状，排废口222设置于收集池22底壁的最低处，以确保收集池22内的泥沙颗粒能够顺利地从排废口222排出。具体地，每个排废口222处均设置有一个排废管223。
[0062]示例性地，在本实施例中，排废口222设置有四个;在其他实施例中，排废口222的数量也可按需设置，在此不做具体限定。
[0063]可选地，供水单元包括供水箱、供水机构及供水管，供水机构设置于供水箱内，用于抽吸供水箱内的水，供水管一端连通于供水机构的吸出端，另一端连通于进水腔室102。上述设置，可确保进水腔室102内水流充足，且确保水流能够向上流动。具体地，分选桶1外侧沿周向间隔设置有多个进水管16，进水管16用于与供水管连接。示例性地，供水机构为抽水泵，进水管16设置有四个。
[0064]另外，本实施例还提供了一种细颗粒矿物脱泥及富集选矿方法，应用于上述的细颗粒物矿物脱泥及富集选矿装置，包括如下步骤：
[0065]S1：预处理矿物浆料;
[0066]上述步骤，具体到本实施例中，使用
螺旋溜槽和/或水力旋流器对矿物浆料进行预处理，以对矿物浆料进行初步筛选分离。具体地，螺旋溜槽及水力旋流器均为现有装置。
[0067]S2：将矿物浆料经进料口12送至分选腔室101，供水单元向进水腔室102供水，水流穿过集料斗11的通孔111进入分选腔室101，形成上升水流;
[0068]上述步骤，具体到本实施例中，矿物浆料倒入进料管121，进入分选腔室101内。供水箱内的水在供水机构的抽吸作用下，经供水管、进水管16进入进水腔室102，再穿过集料斗11的多个通孔111，进入分选腔室101，并向上流动形成上升水流。其中，上升水流的表观流速为0.08cm/s-1.2cm/s。
[0069]S3：启动超声波发生器，超声波探头31向分选腔室101施加超声波;
[0070]上述步骤，具体到本实施例中，超声单元3向分选腔室101内的水流及矿物浆料施加功率密度0.5W/cm2-5W/cm2的超声波，超声波发生器采用间歇式工作模式脉冲宽度为200ms-500ms，间隔时间为30s-60s。
[0071]S4：分离出的粗精矿经出料口13排出，尾矿排至收集池22内。
[0072]上述步骤，具体到本实施例中，分离出的粗晶矿向下移动至集料斗11内，在集料斗11的导向作用下，经出料管131排出分选腔室101;尾矿及泥沙颗粒则随着上升的水流进入收集池22的收集槽221内，最终经排废管223排出。
[0073]示例一
[0074]体积固体浓度约10%，锆英砂含量约1.5%的锆英砂浆料，经水力旋流器预处理后，得到固体浓度约20%的预处理矿浆(锆英砂含量约10%)。
[0075]处理后的矿浆注入分选腔室101，供水单元向进水腔室102供水，水流在分选腔室101内形成表观流速0.8cm/s的上升水流;超声单元3向分选腔室101内的水流及矿浆施加功率密度为2.0W/cm2的超声波。
[0076]分离出的粗精矿经出料口13排出，尾矿随水流进入收集池22的收集槽221内。最终排出的粗精矿的锆英砂含量为20%，矿物回收率为99%。
[0077]示例二
[0078]将富稀土沉积物浆料经水力旋流器预处理，去除粒径小于15μm的稀土含量低的极细颗粒。
[0079]处理后的矿浆体积浓度20wt%、稀土元素含量0.065%，注入分选腔室101，供水单元向进水腔室102供水，水流在分选腔室101内形成表观流速0.65cm/s的上升水流;超声单元3向分选腔室101内的水流及矿浆施加功率密度为2.0W/cm2的超声波。
[0080]分离出的粗精矿经出料口13排出，尾矿随水流进入收集池22的收集槽221内。最终排出的粗精矿的稀土元素含量为0.56%，矿物回收率为86.3%。
[0081]显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
说明书附图(3)
声明：
“细颗粒物矿物脱泥及富集选矿装置及方法” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：北方有色网
来源：中交疏浚技术装备国家工程研究中心有限公司
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