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CN115350819A - 一种大规模磷石膏高效除杂装置及应用方法 - Google Patents

一种大规模磷石膏高效除杂装置及应用方法 Download PDF

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Publication number
CN115350819A
CN115350819A CN202210946646.3A CN202210946646A CN115350819A CN 115350819 A CN115350819 A CN 115350819A CN 202210946646 A CN202210946646 A CN 202210946646A CN 115350819 A CN115350819 A CN 115350819A
Authority
CN
China
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phosphogypsum
cavitation
impurity removal
scale
flotation
Prior art date
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Pending
Application number
CN202210946646.3A
Other languages
English (en)
Inventor
杨思原
徐艳玲
包申旭
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wuhan University of Technology WUT
Original Assignee
Wuhan University of Technology WUT
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wuhan University of Technology WUT filed Critical Wuhan University of Technology WUT
Priority to CN202210946646.3A priority Critical patent/CN115350819A/zh
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03D—FLOTATION; DIFFERENTIAL SEDIMENTATION
    • B03D1/00—Flotation
    • B03D1/14—Flotation machines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03B—SEPARATING SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS
    • B03B1/00—Conditioning for facilitating separation by altering physical properties of the matter to be treated

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  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Separation Of Solids By Using Liquids Or Pneumatic Power (AREA)

Abstract

本发明公开了一种大规模磷石膏高效除杂装置及应用方法，大规模磷石膏高效除杂装置，包括依次连通的矿浆桶、入料蠕动泵、空化管、出料蠕动泵、浮选机以及压滤装置；建立空化管的尺寸参数、磷石膏给料的平均流速与磷石膏的可溶盐除杂效率之间的模型关系，基于模型关系获得空化管的最优尺寸参数关系，并以此为依据设置大规模磷石膏高效除杂装置中空化管的几何尺寸。本发明通过建立空化管的尺寸参数与磷石膏的可溶盐除杂效率的模型关系，实现磷石膏入料性质、处理量和空化管几何尺寸的最优匹配，从而获得最优的水力空化效果；同时，采用水力空化‑浮选‑压滤的方式，能够适用于大规模的磷石膏除杂，并显著提高除杂效率。

Description

一种大规模磷石膏高效除杂装置及应用方法
技术领域
本发明涉及磷石膏处理领域，具体涉及一种大规模磷石膏高效除杂装置及应用方法。
背景技术
目前，磷石膏是制备磷肥和磷酸过程中产生的副产物，属工业固体废弃物，湿法生产1t的磷酸就有约5t的磷石膏副产物。大规模的磷石膏排放占用了大量的土地资源，不仅浪费了资源，且其本身含有酸性较强的杂质会污染环境，已经成为了我国处理固废的代表性难题。我国磷石膏累计堆存量超过5亿吨，年排放量已超8000万吨，而综合利用率仅为30％左右。
磷石膏因其杂质含量繁多，性能不稳定，不能直接利用，首先得对磷石膏进行预处理，去除其中的有害杂质二氧化硅、磷、氟和有机物等。目前，常见预处理方法有水洗过滤法、Hans法(柠檬酸处理法)、筛分法、球磨法、浮选法、陈化法、酸碱中和改性法以及煅烧法等。但是，这些方法的使用依然存在用水量大、除杂效率低等问题。水力空化是指，流体内局部压力降低至蒸气压以下时，气核形成、发展和溃灭的现象。通过水力空化在磷石膏矿浆体系中粉碎可溶盐晶体结构，极大提高可溶磷盐、氟盐的溶解度和溶解速度。同时，水力空化预处理生成的微纳米气泡可以拓宽颗粒浮选粒度上下限，有利于提高后续浮选分选效率。
特别的，在磷石膏水力空化过程中，可根据磷石膏性质调整空化管的型号，强化空化处理不溶性杂质效果。同时，水力空化产生的微纳米有利于后续磷石膏与不溶性杂质的高效浮选分离。最后，通过固液分离获得高纯石膏，具有较高的工业应用价值。与较难实现大型装备制造的超声空化相比，水力空化可适用于处理大规模磷石膏，但需要针对入料性质和处理量调整空化管的几何尺寸，以获得最佳处理效果。因此，急需开发一种适用于大规模预处理磷石膏的装置。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种大规模磷石膏高效除杂装置及应用方法，用于解决现有技术在处理大规模磷石膏时难以获得最佳的除杂效果的问题。
为解决上述技术问题，本发明所提供的第一解决方案为：一种大规模磷石膏高效除杂装置，包括依次连通的矿浆桶、入料蠕动泵、空化管、出料蠕动泵、浮选机以及压滤装置；建立空化管的尺寸参数、磷石膏给料的平均流速与磷石膏的可溶盐除杂效率之间的模型关系，记为空化管除杂模型式，基于空化管模型式获得磷石膏的可溶盐除杂效率最大时所对应空化管的最优尺寸参数关系，并以此为依据设置大规模磷石膏高效除杂装置中空化管的几何尺寸；空化管除杂模型式为：
Figure BDA0003787676360000021
其中，τ表示可溶盐除杂效率，P0为标准大气压，K、q、n为经验参数，d表示空化管管径，d表示喉径，l0表示喉部长度，Um表示磷石膏给料的平均流速。
具体地，磷石膏给料的平均流速Um与磷石膏处理量T之间满足如下关系：
Figure BDA0003787676360000022
其中，T表示磷石膏处理量，t表示进料时间，V表示空化管总体积，ρm表示磷石膏的混合密度。
具体地，空化管总体积满足如下关系：
Figure BDA0003787676360000023
其中，d表示空化管管径，d0表示喉径，l0表示喉部长度，2α表示空化管进口锥角，2β表示空化管出口锥角。
具体地，磷石膏的混合密度ρm满足如下关系：
Figure BDA0003787676360000031
其中，αk表示磷石膏中第k相的体积分数，ρk表示磷石膏中第k相的密度；磷石膏混合相之间的传递质量m满足如下关系：
Figure BDA0003787676360000032
优选的，空化管由依次连接的入口段、收缩段、喉部、扩散段和出口段构成；入口端直径为1～100cm，喉部直径为0.1～15cm且喉部两端直径相等，出口端直径为1～100cm。
具体地，大规模磷石膏高效除杂装置用于除去磷石膏中可溶盐杂质和不溶性杂质，其中所述空化管用于除去磷石膏中的可溶盐杂质，所述浮选装置用于除去磷石膏中的不溶性杂质，所述可溶盐杂质包括磷盐、氟盐等，不溶性杂质包括二氧化硅、磷、氟和不溶性有机物。
为解决上述技术问题，本发明所提供的第二解决方案为：一种大规模磷石膏高效除杂装置的应用方法，该应用方法利用前述第一解决方案中的大规模磷石膏高效除杂装置的应用方法来执行，包括如下步骤：S1，将磷石膏原料与水导入搅拌桶中，搅拌调浆后得到矿浆；S2，通过入料蠕动泵将矿浆送入空化管中，局部压力降低至饱和蒸气压以下，对矿浆进行空化处理；S3，通过出料蠕动泵将空化后的矿浆送入浮选机，同时向浮选机中加入捕收剂、起泡剂，进行浮选；S4，将浮选后的精矿送入压滤装置中，进行固液分离，获得高纯石膏滤饼。
具体地，S1步骤中，磷石膏的粒度为0.01～1mm，磷石膏原料与水按质量比1:2～1:5混合，搅拌调浆时间为1～20min。
具体地，S2步骤中，入料蠕动泵将磷石膏矿浆以流量200～500m3/h送入空化管，维持水力空化压力0.5～20Mpa，空化过程中维持体系温度在10～40℃，得到空化的浆料。
具体地，S3步骤中，捕收剂为丁黄药、油酸钠中的任意一种，捕收剂用量为0.1～0.5kg/t；起泡剂由2#油、甲基异丁基甲醇、磷酸三丁酯中的任意一种，起泡剂用量为0.1～0.5kg/t；浮选过程中调节pH值为4.0～10.0。
具体地，S4步骤中，浮选后的精矿在压滤装置作用下脱水至含水率＜60％，形成高纯石膏滤饼。
本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明提供了一种大规模磷石膏高效除杂装置及应用方法，通过建立空化管的尺寸参数与磷石膏的可溶盐除杂效率之间的模型关系，实现磷石膏除杂过程中入料性质、处理量和空化管几何尺寸的最优匹配，从而能够获得最优的水力空化效果；同时，采用水力空化-浮选-压滤的方式，通过水力空化在磷石膏矿浆体系中粉碎可溶盐晶体结构，极大提高可溶磷盐、氟盐的溶解度和溶解速度，产生的微纳米气泡在后续浮选可提高微细粒石膏的分选效率，从而实现石膏与不溶性杂质的有效浮选分离，该方式能够适用于大规模的磷石膏除杂，并显著提高除杂效率。
附图说明
图1是本发明中大规模磷石膏高效除杂装置一实施方式的结构示意图；
图2是本发明中大规模磷石膏高效除杂装置的应用方法的工艺流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明保护的范围。
对于本发明所提供的第一解决方案，请参阅图1，本发明中的大规模磷石膏高效除杂装置包括依次连通的矿浆桶、入料蠕动泵、空化管、出料蠕动泵、浮选机以及压滤装置；大规模磷石膏高效除杂装置用于除去磷石膏中不溶性杂质，不溶性杂质包括二氧化硅、磷、氟和不溶性有机物。其中，空化管由依次连接的入口段、收缩段、喉部、扩散段和出口段构成，空化管可以为旋转圆盘型、文丘里管型、孔板型和高速均质器型中的任一种；入口端直径为1～100cm，喉部直径为0.1～15cm且喉部两端直径相等，出口端直径为1～100cm。具体地，矿浆桶的出料口与入料蠕动泵的进料口连通，入料蠕动泵的出料口与空化管的入口段连通，空化管的出口段与出料蠕动泵的入料口连通，浮选机的进料口与出料蠕动泵的出料口连通，压滤装置的进料口与浮选机的出料口连通。本实施方式中，选择板框压滤机作为压滤装置，在其他实施方式中可根据实际需求选择适宜的压滤装置，在此不做限定。
在运行该装置的过程中，磷石膏的入料量和空化管的几何尺寸都会对空化作用效果产生影响，故本发明中建立空化管的尺寸参数、磷石膏给料的平均流速与磷石膏的可溶盐除杂效率之间的模型关系，记为空化管除杂模型式，空化管除杂模型式具体为：
Figure BDA0003787676360000051
(1)式中，τ表示可溶盐除杂效率，单位％，P0为标准大气压，d表示空化管管径，d0表示喉径，l0表示喉部长度；Um表示磷石膏给料的平均流速。此外，K、q、n为经验参数，由磷石膏除杂预实验结果所决定，具体采用上述装置进行磷石膏除杂预实验，以磷石膏性质、处理量为自变量，可溶盐除杂效率τ为因变量，对比τ的理论计算值和实际检测值展开线性回归拟合，要求拟合度R2≥95％，以获得经验参数K、q、n。
具体地，磷石膏给料的平均流速Um与磷石膏处理量T之间满足如下关系：
Figure BDA0003787676360000052
其中，T表示磷石膏处理量，t表示进料时间，V表示空化管总体积，ρm表示磷石膏的混合密度。
具体地，空化管总体积满足如下关系：
Figure BDA0003787676360000053
其中，d表示空化管管径，d0表示喉径，l0表示喉部长度，2α表示空化管进口锥角，2β表示空化管出口锥角。
具体地，磷石膏的混合密度ρm满足如下关系：
Figure BDA0003787676360000061
其中，αk表示磷石膏中第k相的体积分数，ρk表示磷石膏中第k相的密度。
具体地，磷石膏混合相之间的传递质量m满足如下关系：
Figure BDA0003787676360000062
通过预实验获得的经验参数K、m、n，从而能够确定空化管除杂模型式，基于空化管模型式得出，磷石膏的可溶盐除杂效率最大时所对应空化管的最优尺寸参数关系，并以此为依据，设置大规模磷石膏高效除杂装置中空化管的具体几何尺寸。即通过空化管除杂模型式构建了磷石膏处理量、空化管几何尺寸、磷石膏的可溶盐除杂效率三者之间的数量关系，并以此确定空化管最适宜的几何尺寸，以实现最优磷石膏的可溶盐除杂效率。
对于本发明所提供的第二解决方案，请参阅图2，该应用方法利用前述第一解决方案中的大规模磷石膏高效除杂装置的应用方法来执行，包括如下步骤：
S1，将磷石膏原料与水导入搅拌桶中，搅拌调浆后得到矿浆。本步骤中，磷石膏的粒度为0.01～1mm，磷石膏原料与水按质量比1:2～1:5混合，搅拌调浆时间为1～20min，调浆转速为1700～2300rpm。
S2，通过入料蠕动泵将矿浆送入空化管中，局部压力降低至饱和蒸气压以下，对矿浆进行空化处理。本步骤中，入料蠕动泵将磷石膏矿浆以流量200～500m3/h送入空化管，维持水力空化压力0.5～20Mpa，空化过程中维持体系温度在10～40℃，得到空化的浆料。基于前述空化管的尺寸参数、磷石膏给料的平均流速与磷石膏的可溶盐除杂效率之间的模型关系，针对不同的磷石膏除杂情况，可对空化管的具体尺寸进行适应调整，从而能够在不同磷石膏处理量以及不同磷石膏性质的情况下实现最优的处理效果，与较难实现大型装备制造的超声空化相比，能够适应于更大规模的磷石膏处理，极大地拓展了应用场景。
S3，通过出料蠕动泵将空化后的矿浆送入浮选机，同时向浮选机中加入抑制剂(可选择加入)、捕收剂、起泡剂，进行浮选。本步骤中，捕收剂为丁黄药、油酸钠中的任意一种，捕收剂用量为0.1～0.5kg/t；起泡剂由2#油、甲基异丁基甲醇、磷酸三丁酯中的任意一种，起泡剂用量为0.1～0.5kg/t；浮选过程中调节pH值为4.0～10.0；具体地，空化处理后的矿浆加入到浮选槽中调节pH至合适数值进行调浆，调浆1～6min后加入抑制剂，抑制不溶性杂质，搅拌1～6min后再加入捕收剂，最后搅拌1～6min后加入起泡剂，起泡1～6min后将泡沫刮出成为高纯石膏。
S4，将浮选后的精矿送入压滤装置中，进行固液分离，获得高纯石膏滤饼。本步骤中，浮选后的精矿在压滤装置作用下脱水至含水率＜60％，形成高纯石膏滤饼，所得高纯石膏滤饼可用作建筑材料。
下面通过具体实施例对本发明中大规模磷石膏高效除杂装置的具体应用效果进行阐述。
实施例1
本实施例选取湖北某化工集团湿法磷酸工艺产生的工业固体废弃物作为磷石膏原料，具体应用步骤如下：将磷石膏原料与水放入搅拌桶中按质量比为1:4混合后，搅拌10分钟进行调浆。将调浆好的矿浆通过入料蠕动泵给入空化管中，局部压力降低至饱和蒸气压以下，矿浆内部剧烈产生大量微纳米气泡，不仅易将可溶性杂质击碎促进溶解，且可有效提高微细粒磷石膏分选效率。将空化后的矿浆通过出料口蠕动泵送入浮选机浮选，分别向矿浆中加入捕收剂、起泡剂，用于调浆，最终获得泡沫产品(高纯石膏)和尾矿产品(不溶性杂质)。浮选结束后将精矿矿浆送入板框压滤机中，实现液固分离，获得高纯石膏滤饼。根据实际处理磷石膏性质及处理量，需要通过数学公式和拟合计算获得上述工艺过程所使用的空化管几何尺寸，以得到大规模磷石膏除杂的最佳效果。
本实施例中，磷石膏处理量100万吨、性质(混合密度：2.40；各向组分体积：P2O5：0.68％；CaO：20.67％；SO3：30.18％；Al2O3：0.17％；F-：0.14％；SiO2：4.67％；水分：38.42％；其他：5.06％)，结合说明书的公式(1)～(5)，可得空化管总体积V＝0.019m3，管径d＝0.4m、喉径d0＝0.1m，空化管锥角α＝90°，得到空化管形状，将此空化管用于预处理磷石膏除可溶盐杂质，化验经空化管处理后的不溶盐杂质含量及组成，并计算其可溶盐除杂效率τ＝97％。要求拟合度R2≥95％，由此可以取经验值K＝0.93、m＝2、n＝4。由此得出经验值K＝0.93、m＝2、n＝4，将该参数可应用于其他磷石膏处理量和性质预处理过程中。
在浮选过程中，浮选原料来自空化管预处理后的磷石膏矿浆，采用丁黄药为捕收剂，2#油为起泡剂，优化药剂配制方式，以达到最优浮选效果。本实施例中浮选为反浮选，精矿为高纯石膏，尾矿主要为不溶盐杂质。将精矿和尾矿分别进行烘干、称重，化验尾矿中不溶盐杂质含量及组成，并计算其不溶盐除杂效率，与常规预处理装置处理后浮选结果(作为对照组1)进行对比。本发明进行的实验与空白实验中除浮选前的预处理装置不同以及本发明中添加药剂的用量更少外其余操作均相同。
表1实施例1与对照组1的除杂效果对比表
Figure BDA0003787676360000081
表1为本实施例中常规预处理装置(固定空化管)与本发明预处理装置(可调节的空化管)处理后的浮选结果对比。由表1可知，矿浆经过本发明预处理装置处理后的浮选精矿品位和回收率均有提升，精矿品位提高7.94％，回收率提高3.51％，不溶盐除杂效率由40.3％提高至70.9％。且在浮选过程中所用药剂用量减小，丁黄药用量减小100g/t，2号油用量减小250g/t。由此可知经本发明经预处理装置处理后，磷石膏浮选精矿的品位和回收率较常规预处理装置处理相比均有大幅的提升，且药剂用量降低。
实施例2
本实施例选取湖北某化工集团湿法磷酸工艺产生的工业固体废弃物作为磷石膏原料，与实施例1区别在于原料磷石膏的组分，具体应用步骤如下：将磷石膏原料与水放入搅拌桶中按质量比为1:4混合后，搅拌10分钟进行调浆。将调浆好的矿浆通过入料蠕动泵给入空化管中，局部压力降低至饱和蒸气压以下，矿浆内部剧烈产生大量微纳米气泡，不仅易将可溶性杂质击碎促进溶解，且可有效提高微细粒磷石膏分选效率。将空化后的矿浆通过出料口蠕动泵送入浮选机浮选，分别向矿浆中加入捕收剂、起泡剂，用于调浆，最终获得泡沫产品(高纯石膏)和尾矿产品(不溶性杂质)。浮选结束后将精矿矿浆送入板框压滤机中，实现液固分离，获得高纯石膏滤饼。根据实际处理磷石膏性质及处理量，需要通过数学公式和拟合计算获得上述工艺过程所使用的空化管几何尺寸，以得到大规模磷石膏除杂的最佳效果。
本实施例中，磷石膏处理量100万吨、性质(混合密度：2.40。各向组分体积：P2O5：1.25％；CaO：28.91％；SO3：39.70％；Al2O3：0.94％；F-：0.29％；SiO2：7.41％；水分：20.20％；其他：1.30％)，结合说明书的公式(1)～(5)，可得空化管总体积V＝0.020m3，管径d＝0.5m、喉径d0＝0.1m，空化管锥角α＝60°，得到空化管形状，将此空化管用于预处理磷石膏除可溶盐杂质，化验经空化管处理后的不溶盐杂质含量及组成，并计算其可溶盐除杂效率τ＝97％。要求拟合度R2≥95％，由此可以取经验值K＝0.037、m＝4、n＝6。由此得出经验值K＝0.037、m＝4、n＝6，将该参数可应用于其他磷石膏处理量和性质预处理过程中。
在浮选过程中，浮选原料来自空化管预处理后的磷石膏矿浆，采用丁黄药为捕收剂，2#油为起泡剂，优化药剂配制方式，以达到最优浮选效果。本实施例中浮选为反浮选，精矿为高纯石膏，尾矿主要为不溶盐杂质。将精矿和尾矿分别进行烘干、称重，化验尾矿中不溶盐杂质含量及组成，并计算其不溶盐除杂效率，与常规预处理装置处理后浮选结果(作为对照组2)进行对比。本发明进行的实验与空白实验中除浮选前的预处理装置不同以及本发明中添加药剂的用量更少外其余操作均相同。
表2实施例2与对照组2的除杂效果对比表
Figure BDA0003787676360000091
表2为本实施例中不同磷石膏组分常规预处理装置(固定空化管)与本发明预处理装置(可调节的空化管)处理后的浮选结果对比。由表2可知，矿浆经过本发明预处理装置处理后的浮选精矿品位和回收率均有提升，精矿品位提高6.94％，回收率提高4.51％，不溶盐除杂效率由44.32％提高至75.93％。且在浮选过程中所用药剂用量减小，丁黄药用量减小150g/t，2号油用量减小200g/t。由此可知经本发明经预处理装置处理后，磷石膏浮选精矿的品位和回收率较常规预处理装置处理相比均有大幅的提升，且药剂用量降低。
实施例3
本实施例选取湖北某化工集团湿法磷酸工艺产生的工业固体废弃物作为磷石膏原料，与实施例2区别在于，将市场上常规空化管预处理磷石膏与实施例2中可调节空化管预处理磷石膏的实验参数进行对比，具体应用步骤如下：将磷石膏原料与水放入搅拌桶中按质量比为1:4混合后，搅拌10分钟进行调浆。将调浆好的矿浆通过入料蠕动泵给入空化管中，局部压力降低至饱和蒸气压以下，矿浆内部剧烈产生大量微纳米气泡，不仅易将可溶性杂质击碎促进溶解，且可有效提高微细粒磷石膏分选效率。将空化后的矿浆通过出料口蠕动泵送入浮选机浮选，分别向矿浆中加入捕收剂、起泡剂，用于调浆，最终获得泡沫产品(高纯石膏)和尾矿产品(不溶性杂质)。浮选结束后将精矿矿浆送入板框压滤机中，实现液固分离，获得高纯石膏滤饼。根据实际处理磷石膏性质及处理量，需要通过数学公式和拟合计算获得上述工艺过程所使用的空化管几何尺寸，以得到大规模磷石膏除杂的最佳效果。
本实施例中，磷石膏处理量100万吨、性质(混合密度：2.40。各向组分体积：P2O5：1.25％；CaO：28.91％；SO3：39.70％；Al2O3：0.94％；F-：0.29％；SiO2：7.41％；水分：20.20％；其他：1.30％)。预处理装置采用市场上工业标准空化管，其尺寸：空化管总体积V＝0.942m3，管径d＝1.2m、喉径d0＝0.2m，空化管锥角α＝21°，将此空化管用于预处理磷石膏除可溶盐杂质。
在浮选过程中，浮选原料来自空化管预处理后的磷石膏矿浆，采用丁黄药为捕收剂，2#油为起泡剂，优化药剂配制方式，以达到最优浮选效果。本实施例中浮选为反浮选，精矿为高纯石膏，尾矿主要为不溶盐杂质。将精矿和尾矿分别进行烘干、称重，化验尾矿中不溶盐杂质含量及组成，并计算其不溶盐除杂效率，与常规预处理装置处理后浮选结果(作为对照组3)进行对比。本发明进行的实验与空白实验中除浮选前的预处理装置不同以及本发明中添加药剂的用量更少外其余操作均相同。
表2实施例3与对照组3的除杂效果对比表
Figure BDA0003787676360000111
表3为对照组3(采用工业常用空化管)与实施例2中使用数学模型优化后空化管预处理磷石膏的浮选结果进行对比。由表3可知，矿浆经过本发明预处理装置处理后的浮选精矿品位和回收率均有提升，精矿品位提高4.45％，回收率提高8.06％，不溶盐除杂效率由56.34％提高至75.93％。且在浮选过程中所用药剂用量减小，丁黄药用量减小100g/t，2号油用量减小150g/t。由此可知即使采用市场上常用空化管，磷石膏浮选精矿的品位和回收率也达不到经本发明经预处理装置处理后的效果，经数学模型调节后的空化管应用于磷石膏浮选中后，精矿的品位和回收率较常规空化管装置处理相比均有大幅的提升，且药剂用量降低。
区别于现有技术的情况，本发明提供了一种大规模磷石膏高效除杂装置及应用方法，通过建立空化管的尺寸参数与磷石膏的可溶盐除杂效率之间的模型关系，实现磷石膏除杂过程中入料性质、处理量和空化管几何尺寸的最优匹配，从而能够获得最优的水力空化效果；同时，采用水力空化-浮选-压滤的方式，能够适用于大规模的磷石膏除杂，并显著提高除杂效率。
需要说明的是，以上各实施例均属于同一发明构思，各实施例的描述各有侧重，在个别实施例中描述未详尽之处，可参考其他实施例中的描述。
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种大规模磷石膏高效除杂装置，其特征在于，包括依次连通的矿浆桶、入料蠕动泵、空化管、出料蠕动泵、浮选机以及压滤装置；
建立所述空化管的尺寸参数、磷石膏给料的平均流速与磷石膏的可溶盐除杂效率之间的模型关系，记为空化管除杂模型式，基于所述空化管模型式获得磷石膏的可溶盐除杂效率最大时所对应空化管的最优尺寸参数关系，并以此为依据设置所述大规模磷石膏高效除杂装置中空化管的几何尺寸；
所述空化管除杂模型式为：
Figure FDA0003787676350000011
其中，τ表示可溶盐除杂效率，P0为标准大气压，K、q、n为经验参数，d表示空化管管径，d0表示喉径，l0表示喉部长度，Um表示磷石膏给料的平均流速。
2.根据权利要求1中所述的大规模磷石膏高效除杂装置，其特征在于，所述磷石膏给料的平均流速Um与磷石膏处理量T之间满足如下关系：
Figure FDA0003787676350000012
其中，T表示磷石膏处理量，t表示进料时间，V表示空化管总体积，ρm表示磷石膏的混合密度。
3.根据权利要求2中所述的大规模磷石膏高效除杂装置，其特征在于，所述空化管总体积满足如下关系：
Figure FDA0003787676350000013
其中，d表示空化管管径，d0表示喉径，l0表示喉部长度，2α表示空化管进口锥角，2β表示空化管出口锥角。
4.根据权利要求2中所述的大规模磷石膏高效除杂装置，其特征在于，所述磷石膏的混合密度ρm满足如下关系：
Figure FDA0003787676350000014
其中，αk表示磷石膏中第k相的体积分数，ρk表示磷石膏中第k相的密度；
磷石膏混合相之间的传递质量m满足如下关系：
Figure FDA0003787676350000021
5.根据权利要求1中所述的大规模磷石膏高效除杂装置，其特征在于，所述空化管由依次连接的入口段、收缩段、喉部、扩散段和出口段构成；
所述入口端直径为1～100cm，所述喉部直径为0.1～15cm且喉部两端直径相等，出口端直径为1～100cm。
6.根据权利要求1中所述的大规模磷石膏高效除杂装置，其特征在于，所述大规模磷石膏高效除杂装置用于除去磷石膏中可溶盐杂质和不溶性杂质，其中所述空化管用于除去磷石膏中的可溶盐杂质，所述浮选装置用于除去磷石膏中的不溶性杂质，所述可溶盐杂质包括磷盐、氟盐中任意一种或多种，所述不溶性杂质包括二氧化硅、磷、氟和不溶性有机物。
7.一种如权利要求1～6中任一所述大规模磷石膏高效除杂装置的应用方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1，将磷石膏原料与水导入搅拌桶中，搅拌调浆后得到矿浆；
S2，通过入料蠕动泵将矿浆送入空化管中，局部压力降低至饱和蒸气压以下，对矿浆进行空化处理；
S3，通过出料蠕动泵将空化后的矿浆送入浮选机，同时向浮选机中加入捕收剂、起泡剂，进行浮选；
S4，将浮选后的精矿送入压滤装置中，进行固液分离，获得高纯石膏滤饼。
8.根据权利要求7中所述大规模磷石膏高效除杂装置的应用方法，其特征在于，所述S1步骤中，磷石膏的粒度为0.01～1mm，磷石膏原料与水按质量比1:2～1:5混合，搅拌调浆时间为1～20min；
所述S2步骤中，入料蠕动泵将磷石膏矿浆以流量200～500m3/h送入空化管，维持水力空化压力0.5～20Mpa，空化过程中维持体系温度在10～40℃，得到空化的浆料。
9.根据权利要求7中所述大规模磷石膏高效除杂装置的应用方法，其特征在于，所述S3步骤中，所述捕收剂为丁黄药、油酸钠中的任意一种，所述捕收剂用量为0.1～0.5kg/t；
所述起泡剂由2#油、甲基异丁基甲醇、磷酸三丁酯中的任意一种，所述起泡剂用量为0.1～0.5kg/t；
所述浮选过程中调节pH值为4.0～10.0。
10.根据权利要求7中所述大规模磷石膏高效除杂装置的应用方法，其特征在于，所述S4步骤中，浮选后的精矿在压滤装置作用下脱水至含水率＜60％，形成高纯石膏滤饼。
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