阅读说明：本技术 一种粉煤灰空心微珠脉动液固流态化分选回收装置及方法 (Coal ash hollow microsphere pulsating liquid-solid fluidization sorting and recycling device and method ) 是由 吕波 邓小伟 房朝军 陈俊涛 马娇 程敢 于 2020-06-10 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种粉煤灰空心微珠脉动液固流态化分选回收装置及方法,包括溢流桶、溢流排料泵、溢流口、水流分布器、入水口、第一顶水口、第二顶水口、第一电磁碟阀、第一节流阀、第二节流阀、高位水箱、分选床体、第一内构件、第二内构件、垂直圆筒、倒锥形套筒、入料口、入料泵、入料搅拌桶、出料口、第二电磁碟阀、脉动电磁蝶阀、底流排料泵、底流桶；通过脉动电磁蝶阀及底流排料泵联合作用促使分选床体内部形成自上而下的脉动水流,粉煤灰原浆在脉动水流作用下按密度形成分选,分选后产品则通过排料泵进入溢流桶或底流桶,以完成粉煤灰中空心微珠的分选回收工作。本发明装置简单、操作方便、可用于粉煤灰空心微珠的连续分选回收作业。(The invention discloses a coal ash hollow microsphere pulsating liquid-solid fluidization sorting and recycling device and a method, which comprises an overflow barrel, an overflow discharge pump, an overflow port, a water flow distributor, a water inlet, a first top water port, a second top water port, a first electromagnetic disc valve, a first throttle valve, a second throttle valve, a high-level water tank, a sorting bed body, a first inner member, a second inner member, a vertical cylinder, an inverted cone-shaped sleeve, a feeding port, a feeding pump, a feeding stirring barrel, a discharging port, a second electromagnetic disc valve, a pulsating electromagnetic butterfly valve, a bottom flow discharge pump and a bottom flow barrel; the combined action of a pulsating electromagnetic butterfly valve and an underflow discharge pump promotes the interior of a separation bed body to form a pulsating water flow from top to bottom, the coal ash raw stock forms separation according to density under the action of the pulsating water flow, and the separated product enters an overflow barrel or an underflow barrel through the discharge pump so as to complete the separation and recovery work of hollow microbeads in the coal ash. The device is simple, is convenient to operate, and can be used for continuous separation and recovery operation of the fly ash cenospheres.)

一种粉煤灰空心微珠脉动液固流态化分选回收装置及方法

技术领域

本发明涉及电厂废料粉煤灰的资源化加工利用领域，特别是一种粉煤灰空心微珠脉动液固流态化分选回收装置及方法。

背景技术

粉煤灰是燃煤电厂排放的工业灰渣，它不仅占用了大量的土地资源用于堆放，还造成了严重的环境污染，因此开展粉煤灰的综合资源化利用意义重大。粉煤灰空心微珠是从粉煤灰中提选出来的一种新型多功能颗粒材料，它具有体轻、粒径小、耐磨性强、抗压强度高、分散性流动性好、反光、无毒等优异性能，可代替制造成本较高的人造空心微珠应用到建材、橡胶、塑料、航空航天、电子等领域，发挥出其原料丰富、变废为宝、价格低廉的优势，是粉煤灰资源化利用的主要方式之一。然而目前针对粉煤灰空心微珠的分选方法虽较多，但大多数分选工艺较为繁琐，设备结构较为复杂，导致空心微珠的分选回收率及品位较低，严重影响了粉煤灰的资源化利用效率。

发明内容

本发明的目的是要解决现有技术中存在的不足，提供一种装置简单、操作方便的粉煤灰空心微珠脉动液固流态化分选回收装置及方法。

为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：

一种粉煤灰空心微珠脉动液固流态化分选回收装置，包括分选床体，所述分选床体由上至下包括垂直圆筒和倒锥形套筒，垂直圆筒的底部与倒锥形套筒顶部连通，垂直圆筒的顶端封口；

所述垂直圆筒顶端开设溢流口，溢流口连接溢流排料泵和溢流桶，所述溢流口通过第一管道连接溢流排料泵的进口，溢流排料泵的出口通过第一管道连接到溢流桶内；

所述垂直圆筒内部由上至下依次固定有水流分布板、第一内构件和第二内构件，水流分布板一侧的垂直圆筒侧壁上设有入水口，入水口通过第二管道与高位水箱底部连通，所述高位水箱底部设有第一电磁蝶阀，高位水箱固定在垂直圆筒一侧的上方；第一内构件一侧的垂直圆筒侧壁上设有第一顶水口，所述第一顶水口通过第三管道与第二管道连通，所述第三管道上设有第一节流阀；第二内构件一侧的垂直圆筒侧壁上设有第二顶水口，所述第二顶水口通过第四管道与第二管道连通，所述第四管道上设有第二节流阀；位于第二内构件下部的垂直圆筒一侧壁设有入料口，入料口连接入料泵和入料搅拌桶，所述入料口通过第五管道连接到入料泵的出口，入料泵的进口通过第五管道连接到入料搅拌桶内；

所述倒锥形套筒底部设置底流口，底流口连接底流排料泵和底流桶，所述底流口通过第六管道连接底流排料泵的进口，底流排料泵的出口通过第六管道连接到底流桶内，所述底流桶固定在倒锥形套筒下方的一侧，所述底流排料泵与底流口之间的第六管道上设有脉动电磁蝶阀，所述底流口与脉动电磁蝶阀之间的第六管道上连通有第七管道，所述第七管道与垂直圆筒相互平行，第七管道的端部位于底流口上方且与空气连通，所述第七管道上设有第二电磁蝶阀。

作为本发明的进一步优化方案，所述倒锥形套筒包括三个同心套置的倒锥形筒，三个同心套置的倒锥形筒顶端和底部分别通过径向的横条固定，且三个同心套置的倒锥形筒之间有间隙。

作为本发明的进一步优化方案，所述水流分布板外形为锥形筒，锥角为120°，水流分布板的锥形筒表面均匀布置孔径为1 mm的圆孔，开孔率为15 %。

作为本发明的进一步优化方案，所述第一内构件外形为锥形筒，锥角为120°，第一内构件的锥锥形筒面均匀布置孔径为1 mm的圆孔，开孔率为15 %，第一内构件的锥顶开口为圆形；所述第二内构件外形为锥形筒，锥角为120°，第二内构件的锥形筒表面均匀布置孔径为1 mm的圆孔，开孔率为15 %，第二内构件的锥顶开口为圆形，所述第二内构件的锥顶开口的直径大于第一内构件的锥顶开口的直径。

作为本发明的进一步优化方案，所述溢流排料泵排料速度控制在0.5-1 m³/m²·h；所述入料泵入料速度控制在5-12 m³/m²·h；所述底流排料泵排料速度控制在1-2 m³/m²·h，脉动电磁蝶阀控制水流频率为30-90次/分；所述入料搅拌桶中入料矿浆浓度为20-30 %。

作为本发明的进一步优化方案，所述第一节流阀开度控制在10-20 %；所述第二节流阀开度控制在20-30 %。

作为本发明的进一步优化方案，所述垂直圆筒底部与倒锥形套筒的最外层的倒锥形筒顶端焊接。

作为本发明的进一步优化方案，所述第二内构件的锥顶开口的直径为200mm，第一内构件的锥顶开口的直径为100mm。

作为本发明的进一步优化方案，所述垂直圆筒内径为300 mm，长度为1000 mm；所述倒锥形套筒高度为1000 mm；最内层的倒锥形筒的上端内径为100 mm，下端内径为50 mm；中间层的倒锥形筒的上端内径为200 mm，下端内径为100 mm；最外层的倒锥形筒的上端内径为300 mm，下端内径为150 mm。

另外，本发明还提供了一种粉煤灰空心微珠脉动液固流态化分选回收方法，使用上述粉煤灰空心微珠脉动液固流态化分选回收装置进行粉煤灰空心微珠的分选回收作业，具体步骤如下：

步骤一、开启第一电磁蝶阀及第二电磁蝶阀，同时开启节第一节流阀及第二节流阀，第一节流阀及第二节流阀的开度分别控制在10-20 %和20-30 %，此时水流在自重作用下由高位水箱经入水口、第一顶水口和第二顶水口流进分选床体，形成流动水床；

步骤二、当水流注满分选床体后，由入料泵将入料搅拌桶（中浓度为20-30 %的粉煤灰原浆注入分选床体中，注入速度控制在5-12 m³/m²·h；

步骤三、当粉煤灰空心微珠由于较轻密度向垂直圆筒上端浮动而粉煤灰余料由于较重密度向倒锥形套筒底部沉降时，关闭第二电磁蝶阀，开启脉动电磁蝶阀及底流排料泵，底流排料速度控制在1-2 m³/m²·h，频率控制为30-90次/分，此时粉煤灰余料经倒锥形套筒沉于底部，并通过底流口排入底流桶，成为分选废料；

步骤四、开启溢流排料泵，溢流排料速度控制在0.5-1 m³/m²·h，此时空心微珠将经过第二内构件和第一内构件的二级分选净化后集中于垂直圆筒顶部，并从溢流口排入溢流桶，成为分选回收产品；

步骤五、保持第一电磁蝶阀，第一节流阀，第二节流阀，入料泵，脉动电磁蝶阀，底流排料泵以及溢流排料泵的状态不变，以实现粉煤灰空心微珠连续分选回收作业。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1）首次采用液固流态化技术进行粉煤灰空心微珠的分选回收作业，为电厂废料粉煤灰的资源化利用提供了一条新的途径。

2）采用由上而下的水流流动设计，相比与传统由下而上的水流布置，降低了液固流态化系统相关水泵的负载，更有利于设备节能。

3）采用脉动水流的设计，对分选床体内的粉煤灰原浆施加振动效应，有利于加快垂直圆筒中粉煤灰原浆的分散过程，为粉煤灰空心微珠与余料的初次密度分选提供良好环境。

4）采用倒锥形套筒并联设计，提高了粉煤灰的沉降面积，同时套筒间构成的狭长空间易产生博伊科特效应，有利于强化粉煤灰空心微珠与余料在锥形套筒中的二次密度分选过程，降低底流中粉煤灰余料对空心微珠的夹带作用，提高溢流中空心微珠的回收率。

5）采用锥形内构件，减缓了空心微珠的上浮过程，为空心微珠中夹带的部分杂质提供二次分选排除的机会，使空心微珠得到进一步的分选精化，降低杂质对溢流中空心微珠产品的污染，提高了溢流中空心微珠产品的品位。

6）在两个内构件对应边侧位置设置顶水入口，两道不同速度的顶水有利于提高处于内构件附近空心微珠的分散度，防止空心微珠在内构件上发生团聚行为，为空心微珠进一步的分选精化提供良好环境。

7）该设备主体装置结构简单，附属装置较少，有利于粉煤灰空心微珠的连续性分选回收作业。

附图说明

图1是本发明的装置结构示意图。

图2是锥形套筒的A-A向剖视图。

图3是锥形套筒的B-B向剖视图。

图中：1、溢流桶；2、溢流排料泵；3、溢流口；4、水流分布板；5、入水口；6、第一顶水口；6a、第一节流阀；7、第二顶水口；7a，第二节流阀；8、第一电磁蝶阀；9、高位水箱；10、分选床体；10a、第一内构件；10b、第二内构件；11、入料口；12、入料泵；13、入料搅拌桶；14、锥形套筒；141、倒锥形筒；142、横条；15、垂直圆筒；16、底流口；17、第二电磁蝶阀；18、脉动电磁蝶阀；19、底流排料泵；20、底流桶。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步的详细说明。此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定发明。

如图1至图3所示，一种粉煤灰空心微珠脉动液固流态化分选回收装置，包括分选床体10，为提高分选床体10的使用寿命，采用高强度耐磨材料制成；所述分选床体10由上至下包括垂直圆筒15和倒锥形套筒14，垂直圆筒15的底部与倒锥形套筒14顶部连通，垂直圆筒15的顶端封口，垂直圆筒15内径为300mm，长度为1000mm；

所述垂直圆筒15顶端开设溢流口3，溢流口3连接溢流排料泵2和溢流桶1，所述溢流口3通过第一管道连接溢流排料泵2的进口，溢流排料泵2的出口通过第一管道连接到溢流桶1内，溢流排料泵2控制排料速度为0.5-1 m³/m²·h；

所述垂直圆筒15内部由上至下依次固定有水流分布板4第一内构件10a和第二内构件10b，水流分布板4一侧的垂直圆筒15侧壁上设有入水口5，入水口5通过第二管道与高位水箱9底部连通，所述高位水箱9底部设有第一电磁蝶阀8，高位水箱9固定在垂直圆筒15一侧的上方，水流分布板4外形为锥形筒，锥角为120°，水流分布板4的锥形筒表面均匀布置孔径为1 mm的圆孔，开孔率为15 %，水流分布板4的锥底也是开口其开口的孔径与垂直圆筒15的内径基本相同；第一内构件10a一侧的垂直圆筒15侧壁上设有第一顶水口6，所述第一顶水口6通过第三管道与第二管道连通，所述第三管道上设有第一节流阀6a，第一内构件10a外形为锥形筒，锥角为120°，第一内构件10a的锥锥形筒面均匀布置孔径为1 mm的圆孔，开孔率为15 %，第一内构件10a的锥顶开口为圆形，第一内构件10a的锥顶开口的直径为100mm，需要说明的是第一内构件10a与第二内构件10b的结构基本一致，当然参照图1中第一内构件10a和第二内构件10b的锥底也是开口的，第一内构件10a的锥底与垂直圆筒15的内径基本相同；第二内构件10b一侧的垂直圆筒15侧壁上设有第二顶水口7，所述第二顶水口7通过第四管道与第二管道连通，所述第四管道上设有第二节流阀7a，第二内构件10b外形为锥形筒，锥角为120°，第二内构件10b的锥形筒表面均匀布置孔径为1 mm的圆孔，开孔率为15 %，第二内构件10b的锥顶开口为圆形，所述第二内构件10b的锥顶开口的直径大于第一内构件10a的锥顶开口的直径，本实施例中第二内构件10b的锥顶开口的直径设置为200mm；为产生顶水，第一节流阀6a和第二节流阀7a开度分别控制在10-20 % 及20-30 %；位于第二内构件10b下部的垂直圆筒15一侧壁设有入料口11，入料口11连接入料泵12和入料搅拌桶13，所述入料口11通过第五管道连接到入料泵12的出口，入料泵12控制入料速度为5-12 m³/m²·h，入料搅拌桶13中入料矿浆浓度控制在20-30%，入料泵12的进口通过第五管道连接到入料搅拌桶13内；在实际使用过程中，为延迟空心微珠的上浮过程，在垂直圆筒内设置两个内构件，即第一内构件10a和第二内构件10b，可为空心微珠中夹带的部分杂质提供二次分选排除的机会，使空心微珠得到进一步的分选精化，降低杂质对溢流中空心微珠产品的污染，提高了溢流中空心微珠产品的品位。同时为防止空心微珠在内构件上的团聚行为，在两个内构件对应边侧位置设置顶水入口，利用第一节流阀6a和第二节流阀7a产生两道不同速度的顶水，有利于提高处于内构件附近空心微珠的分散度，为空心微珠进一步的分选精化提高环境。第一节流阀6a和第二节流阀7a可以直接在市面上购买了安装使用，其具体的安装结构及控制方式为本领域的常识，因此，本实施例不再赘述。

所述倒锥形套筒14底部设置底流口16，底流口16连接底流排料泵19和底流桶20，所述底流口16通过第六管道连接底流排料泵19的进口，底流排料泵19的出口通过第六管道连接到底流桶20内，所述底流桶20固定在倒锥形套筒14下方的一侧，所述底流排料泵19与底流口16之间的第六管道上设有脉动电磁蝶阀18，脉动电磁蝶阀18控制水流频率为30-90次/分，底流排料泵19将排料速度控制在1-2 m³/m²·h，所述底流口16与脉动电磁蝶阀18之间的第六管道上连通有第七管道，所述第七管道与垂直圆筒15相互平行，第七管道的端部位于底流口16上方且与空气连通，所述第七管道上设有第二电磁蝶阀17。

在一些实施例中，如图2、图3所示，所述倒锥形套筒14包括三个同心套置的倒锥形筒141，三个同心套置的倒锥形筒141顶端和底部分别通过径向的横条142固定，且三个同心套置的倒锥形筒141之间有间隙；倒锥形套筒14高度为1000 mm；最内层的倒锥形筒141的上端内径为100 mm，下端内径为50 mm；中间层的倒锥形筒141的上端内径为200 mm，下端内径为100 mm；最外层的倒锥形筒141的上端内径为300 mm，下端内径为150 mm。如图2、3所示，本实施例的粉煤灰空心微珠脉动液固流态化分选回收装置结合了脉动水流及锥形套筒间区域的相关优点。所述脉动电磁蝶阀18实现了脉动水流对分选床体内的粉煤灰原浆施加振动效应，有利于加快垂直圆筒中粉煤灰原浆的分散过程，为粉煤灰空心微珠与余料的初次密度分选提供良好环境；所述倒锥形套筒14采用锥形套筒并联设计，提高了粉煤灰的沉降面积，同时套筒间构成的狭长空间易产生博伊科特效应，有利于强化粉煤灰空心微珠与余料在倾斜圆筒中的二次密度分选过程，降低底流中粉煤灰余料对空心微珠的夹带作用，提高溢流中空心微珠的回收率。故此，在脉动水流的振动效应及锥形套筒间的博伊科特效应的耦合作用下，粉煤灰重空心微珠与余料的密度分选过程得以强化，进一步提高了空心微珠的回收率及品位。

需要说明的是，本实施例中所使用的第一电磁碟阀8、第二电磁碟阀17、脉动电磁蝶阀18可以直接在市面上购置，其安装结构及控制方式为本领域的常识，因此，本实施例不再赘述。

需要进一步说明的是，本实施例中的溢流排料泵2、底流排料泵19及入料泵12均为市场常见的渣浆泵，其安装结构及控制方式为本领域的常识，因此，本实施例不再赘述。

另外，本发明还提供了一种粉煤灰空心微珠脉动液固流态化分选回收方法，使用上述粉煤灰空心微珠脉动液固流态化分选回收装置进行粉煤灰空心微珠的分选回收作业，具体步骤如下：

步骤一、开启第一电磁蝶阀8及第二电磁蝶阀17，同时开启节第一节流阀6a及第二节流阀7a，第一节流阀6a及第二节流阀7a的开度分别控制在10-20 %和20-30 %，此时水流在自重作用下由高位水箱9经入水口5、第一顶水口6和第二顶水口7流进分选床体10，形成流动水床；其中，第二电磁蝶阀17开启的目的为了排尽分选床体10内的空气，从而使分选床体10内充满水；

步骤二、当水流注满分选床体10后，由入料泵12将入料搅拌桶13中浓度为20-30 %的粉煤灰原浆注入分选床体10中，注入速度控制在5-12 m³/m²·h；

步骤三、当粉煤灰空心微珠由于较轻密度向垂直圆筒15上端浮动而粉煤灰余料由于较重密度向倒锥形套筒14底部沉降时，关闭第二电磁蝶阀17，开启脉动电磁蝶阀18及底流排料泵19，底流排料速度控制在1-2 m³/m²·h，频率控制为30-90次/分，此时粉煤灰余料经倒锥形套筒14沉于底部，并通过底流口16排入底流桶20，成为分选废料；

步骤四、开启溢流排料泵2，溢流排料速度控制在0.5-1 m³/m²·h，此时空心微珠将经过第二内构件10b和第一内构件10a的二级分选净化后集中于垂直圆筒15顶部，并从溢流口3排入溢流桶1，成为分选回收产品；

步骤五、保持第一电磁蝶阀8，第一节流阀6，第二节流阀7，入料泵12，脉动电磁蝶阀18，底流排料泵19以及溢流排料泵2的状态不变，以实现粉煤灰空心微珠连续分选回收作业。

综述，本发明采用垂直圆筒与锥形套筒连接的独特结构，利用脉动水流的振动效应及锥形套筒间的博伊科特效应的耦合作用，结合顶水和内构件对上浮物料的分散及二级分选净化效果，避免了底流中粉煤灰余料对空心微珠的夹带现象，解决了溢流中空心微珠的杂质污染问题，进一步强化了粉煤灰中空心微珠与余料的密度分选过程，提高了溢流中空心微珠的回收效率及品位。同时运用自上而下的水流布置方式，减少了相关设备的负荷量，提高了设备运行过程中的节能效率，设备结构简单，易于后期运行维护工作，可实现粉煤灰空心微珠连续高效的分选回收。

本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。