权利要求
1.一种用于矿物处理的中空脉冲搅拌一体化装置，其特征在于，包括：脉冲发射器(1)、搅拌器(2)以及用于控制两者的集成控制箱(3);
所述脉冲发射器(1)包括：
一个圆筒形的外壳(11)，其两端贯通，形成安装腔;
一个同轴地设置于所述外壳(11)的安装腔内的中空活塞柱(15)，所述活塞柱(15)的外圆柱面与所述外壳(11)的内壁之间通过至少一道密封圈(16)形成滑动密封配合，使得所述活塞柱(15)能在外壳(11)内沿轴向往复运动;所述活塞柱(15)的中心通孔与外壳(11)的两端开口共同构成一个轴向贯通的中央通道;
一个设置在所述外壳(11)一端并用于驱动所述活塞柱(15)往复运动的压电驱动单元;
所述搅拌器(2)包括搅拌电机(21)、搅拌轴(22)，所述搅拌轴(22)穿过所述脉冲发射器(1)的中央通道，且与所述活塞柱(15)无接触，搅拌轴(22)下端连接有搅拌桨(23)。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述压电驱动单元包括：覆盖于所述外壳(11)一端的前薄膜(12)、贴合固定于所述前薄膜(12)的圆管式压电陶瓷体(13)、以及为所述圆管式压电陶瓷体(13)提供轴向预紧力的预紧部件(14)。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述活塞柱(15)往复运动时，其振动能量通过与之紧密配合的所述外壳(11)的筒壁向周围介质进行360°全向辐射;所述外壳(11)的材质为耐腐蚀的316L不锈钢。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述集成控制箱(3)为所述脉冲发射器(1)的压电驱动单元提供频率在15kHz~40kHz范围内可调、最大输出功率为5kW的电信号;集成控制箱(3)为所述搅拌器(2)提供最大驱动功率为750W的电源;整机供电电压为220V交流。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括一个用于容纳矿物浆料的处理容器(4)，所述脉冲发射器(1)通过支架固定安装于该处理容器(4)内，且其外壳(11)的筒壁部分浸没于浆料中，处理容器(4)一侧下端设有排料口(41)。
6.一种使用权利要求1至5中任一项所述装置进行矿物浆料处理的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1: 将矿物浆料置于处理容器中;
S2: 通过集成控制箱启动所述搅拌器，对浆料进行机械搅拌;
S3: 在搅拌的同时，通过集成控制箱启动所述脉冲发射器，对浆料施加全方位、高强度的声波脉冲作用;
S4: 根据目标工艺，在集成控制箱上选择并执行以下一种处理模式：
预处理模式：通过脉冲作用清洗矿物表面氧化层与杂质;
脱药模式：通过脉冲作用脱除矿物表面物理吸附的
浮选药剂;
浸出强化模式：通过脉冲作用促进浸出剂扩散并作用于矿物新鲜表面。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述浸出强化模式中，控制脉冲声强为5~8 W/cm²，作用时间根据浆料性质进行调整，以提高浸出率并降低浸出剂用量。
说明书
技术领域
[0001]本发明涉及矿物加工与
湿法冶金技术领域，具体涉及一种集成了高强度声波脉冲发射与机械搅拌功能的矿物浆料处理装置及其应用方法。
背景技术
[0002]在矿物浮选、浸出等关键工艺的前处理环节，常需对矿物颗粒表面进行改性处理，例如清除氧化层与杂质、脱除选择性吸附的
浮选药剂、或物理强化浸出反应。目前，这些工艺环节在很大程度上依赖于大量化学药剂的使用，或采用分立的物理设备进行串联处理，普遍存在以下技术缺陷：
首先，依赖于强化学试剂进行表面清洗或浸出，不仅成本高昂、操作复杂，更带来环境污染和后续废水处理难题。而采用离子交换等方法则处理能力有限，难以适应大规模工业化生产。
[0003]其次，采用机械搅拌与超声波处理分立的设备组合时，工艺流程长、设备布局臃肿、能耗高。更为突出的问题是，传统超声波换能器通常为端面发射式，其在搅拌容器中形成的声场能量分布不均，存在明显的“死角”或衰减区域，难以与机械搅拌形成的宏观流场实现高效、均匀的空间耦合。这导致能量利用率低，矿物颗粒群无法被均匀、充分地处理，处理效果一致性差，制约了处理效率与质量的进一步提升。
[0004]此外，现有技术缺乏一种能够灵活切换、适应多种预处理工艺的集成化物理处理手段。因此，本领域迫切需要一种能够将高强度物理能量场与强力混合流场在空间与时间上深度协同、一体化运行的装置，以克服上述缺陷，实现高效、清洁、低成本的矿物预处理。
发明内容
[0005]本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种结构紧凑、处理均匀高效、功能多样的用于矿物处理的中空脉冲搅拌一体化装置及方法。
[0006]为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一方面，本发明提供一种用于矿物处理的中空脉冲搅拌一体化装置，其核心创新在于创造性地设计了中空活塞式脉冲发射器，并将其与搅拌器进行物理集成。
[0007]该装置包括脉冲发射器、搅拌器以及用于控制两者的集成控制箱;
所述脉冲发射器包括：一个圆筒形的外壳，其两端贯通，形成安装腔;
一个同轴地设置于所述外壳的安装腔内的中空活塞柱，所述活塞柱的外圆柱面与所述外壳的内壁之间通过至少一道密封圈形成滑动密封配合，使得所述活塞柱能在外壳内沿轴向往复运动;所述活塞柱的中心通孔与外壳的两端开口共同构成一个轴向贯通的中央通道;
一个设置在所述外壳一端并用于驱动所述活塞柱往复运动的压电驱动单元;
所述搅拌器包括搅拌电机、搅拌轴，所述搅拌轴穿过所述脉冲发射器的中央通道，且与所述活塞柱无接触，搅拌轴下端连接有搅拌桨。
[0008]进一步的，所述压电驱动单元包括：覆盖于所述外壳一端的前薄膜、贴合固定于所述前薄膜的圆管式压电陶瓷体、以及为所述圆管式压电陶瓷体提供轴向预紧力的预紧部件。
[0009]进一步的，所述活塞柱往复运动时，其振动能量通过与之紧密配合的所述外壳的筒壁向周围介质进行360°全向辐射;所述外壳的材质为耐腐蚀的316L不锈钢。
[0010]进一步的，所述集成控制箱为所述脉冲发射器的压电驱动单元提供频率在15kHz~40kHz范围内可调、最大输出功率为5kW的电信号;集成控制箱为所述搅拌器提供最大驱动功率为750W的电源;整机供电电压为220V交流。
[0011]进一步的，所述装置还包括一个用于容纳矿物浆料的处理容器，所述脉冲发射器通过支架固定安装于该处理容器内，且其外壳的筒壁部分浸没于浆料中，处理容器一侧下端设有排料口。
[0012]另一方面，本发明提供一种使用上述装置进行矿物浆料处理的方法。该方法通过集成控制箱统一控制，步骤包括：
S1: 将矿物浆料置于处理容器中;
S2: 通过集成控制箱启动所述搅拌器，对浆料进行机械搅拌;
S3: 在搅拌的同时，通过集成控制箱启动所述脉冲发射器，对浆料施加全方位、高强度的声波脉冲作用;
S4: 根据目标工艺，在集成控制箱上选择并执行以下一种处理模式：
预处理模式：通过脉冲作用清洗矿物表面氧化层与杂质;
脱药模式：通过脉冲作用脱除矿物表面物理吸附的浮选药剂;
浸出强化模式：通过脉冲作用促进浸出剂扩散并作用于矿物新鲜表面。
[0013]进一步的，在所述浸出强化模式中，控制脉冲声强为5~8 W/cm²，作用时间根据浆料性质进行调整，以提高浸出率并降低浸出剂用量。
[0014]该方法通过脉冲与搅拌的协同，可高效完成矿物表面清洗、药剂脱附或浸出反应强化。
[0015]与现有技术相比，本发明具有以下显著优点：
(1)本发明的装置通过“中空活塞柱”与“中央通道”的独特设计，实现了脉冲发射器与搅拌轴在机械结构上的共轴深度融合，打破了传统设备分置布局的思维定式，装置结构极度紧凑，空间利用率极高。
[0016](2)本发明的装置通过360°全向辐射的脉冲声场与搅拌产生的强对流流场在空间上完全重合、时间上同步作用。这不仅消除了传统单向超声的能量死角，更通过流场持续将新鲜颗粒输运至高声强区，确保了处理效果的高度均匀性和效率。
[0017](3)本发明的装置可实现多功能，灵活性极强，同一套装置仅通过控制箱调整参数，即可依次或选择性地完成表面预处理、浮选脱药、浸出强化三大功能。这大大简化了实验和生产流程，降低了设备投资与运维成本。
[0018](4)本发明预处理可有效剥离矿物表面“杂质罩盖”，暴露新鲜活性表面，预计可降低后续浮选药剂用量10%-30%。脱药过程可利用机械振动能选择性破坏物理吸附，提高矿物分离的选择性与精矿品位。浸出强化可借助脉冲振动打开微细包裹体，并极大强化传质过程，预计可提高金属浸出率10%-40%，同时降低浸出剂消耗15%-30%。
附图说明
[0019]为了更加明确本发明实施例或现有技术中所涉及的技术方案，以下将对实施例或现有技术描述中所包含的附图进行简要介绍。需要注意的是，这些附图仅展示了本发明记录的一些具体实施例，而不涵盖所有可能的实施方式。
[0020]图1为本发明的整体结构示意图。
[0021]图2为本发明的剖面结构示意图。
[0022]图3为本发明脉冲发射器的部分剖面结构示意图。
[0023]其中，1-脉冲发射器;11-外壳;12-前薄膜;13-圆管式压电陶瓷体;14-预紧部件;15-中空活塞柱;16-密封圈;2-搅拌器;21-驱动电机;22-搅拌轴;23-搅拌桨;3-集成控制箱;4-处理容器;41-排料口。
具体实施方式
[0024]接下来将对本发明的技术方案进行详细和全面的描述。需要说明的是，所述的实施例仅代表本发明的一部分，并非涵盖所有实施例。同时，基于本发明提供的实施例，本领域的技术人员在不进行创造性劳动的前提下可以获得的所有其他实施例，也应属于本发明的保护范围。在以下实施例中，除非特别说明，所使用的仪器和材料均为市售可得。
[0025]如图1至图3，本发明提供的用于矿物处理的中空脉冲搅拌一体化装置，主要包括脉冲发射器1、搅拌器2和集成控制箱3。
[0026]所述脉冲发射器1是核心能量转换部件。其外壳11为316L不锈钢制成的圆筒，两端开口，通过支架固定安装于处理容器4内。外壳11内部同轴安装有中空活塞柱15，活塞柱15优选高强度耐腐蚀合金制成，其外圆柱面上开有环形凹槽并嵌有氟橡胶材质的O形密封圈16，以实现与外壳11内壁的滑动密封与振动传递。活塞柱15的中心设有通孔，该通孔与外壳11两端开口对正，共同形成允许搅拌轴22穿过的中央通道。在外壳11的前端，依次安装有前薄膜12、圆管式压电陶瓷体13和预紧部件14，共同构成压电驱动单元。前薄膜12与外壳11前端密封焊接，圆管式压电陶瓷体13通过导电胶贴合于其内侧，预紧部件14从内侧压紧陶瓷体13并提供轴向预应力，其末端与中空活塞柱15的前端面直接接触。由集成控制箱3产生的脉冲信号驱动圆管式压电陶瓷体13，使压电陶瓷体产生径向振动，从而使紧贴于压电陶瓷体的振动膜把压电陶瓷体的微小震动信号进一步放大，从而向外360°扩散。当压电驱动单元在高频电信号激励下产生振动时，会驱动中空活塞柱15在外壳11内做轴向往复运动。活塞柱15的振动通过密封圈16高效地传递给静止的外壳11筒体，迫使外壳11筒壁产生径向的膨胀与收缩振动。由于外壳11整个圆柱面浸没在矿浆中，该振动便转化为高强度声波，向四周矿浆进行360°全方位辐射。与此同时，独立旋转的搅拌轴22带动搅拌桨23叶片产生强烈的宏观对流与剪切流场。脉冲声场与搅拌流场在容器三维空间内实时叠加、协同作用，实现了能量与物质传输的极致强化。
[0027]所述搅拌器2包括驱动电机21和搅拌轴22。驱动电机21固定于处理容器4上方，搅拌轴22向下延伸，依次穿过容器盖、脉冲发射器1的中央通道，并伸入容器底部。搅拌轴22在中央通道内的部分与活塞柱15内壁保持均匀间隙，确保无接触、无干涉，从而实现搅拌轴22旋转与活塞柱15振动的完全独立。
[0028]所述集成控制箱3内置两套独立的控制电路与功率驱动模块。一套用于生成频率、占空比、功率可调的高频(如15-40kHz)脉冲信号，通过屏蔽电缆连接至圆管式压电陶瓷体13;另一套用于驱动搅拌电机21，并可调节其转速。控制箱面板设有触摸屏或旋钮，用于设定和显示各项参数。
[0029]使用本装置进行矿物处理的方法如下：
首先，将待处理的矿物浆料加入处理容器4。
[0030]其次，通过集成控制箱3启动搅拌器2，设定合适的转速，使矿浆达到均匀悬浮状态。
[0031]然后，在搅拌持续进行的同时，启动脉冲发射器1。根据工艺需求，在控制箱3上选择对应模式：
预处理模式：设定较高的脉冲功率(如接近5kW)和声强(如7-8 W/cm²)，处理时间T1(5-15min)。脉冲与搅拌协同，强力清洗矿物表面。
[0032]脱药模式：设定中等脉冲参数，处理时间T2(10-30min)，重点利用脉冲的机械振动效应脱除表面物理吸附的药剂。
[0033]浸出强化模式：在添加浸出剂后启动，设定合适的脉冲参数与作用时间T3(30-60min)。脉冲一方面促进浸出剂扩散，另一方面辅助打开矿物连生体或包裹体，共同强化浸出反应。
[0034]处理结束后，依次关闭脉冲发射器1和搅拌器2，进行后续矿物分离、固液分离及
分析检测等工序。
[0035]本发明预处理可有效剥离矿物表面“杂质罩盖”，暴露新鲜活性表面，预计可降低后续浮选药剂用量10%-30%。脱药过程可利用机械振动能选择性破坏物理吸附，提高矿物分离的选择性与精矿品位。浸出强化可借助脉冲振动打开微细包裹体，并极大强化传质过程，预计可提高金属浸出率10%-40%，同时降低浸出剂消耗15%-30%。
[0036]本发明通过上述独特的结构设计与控制方法，实现了对矿物浆料高效、均匀、灵活的物理预处理，具有广阔的应用前景。
[0037]本发明的技术方案不限于上述具体实施案例。凡是在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护范围的情况下，根据本发明的技术方案进行的任何技术变形、修改、替换和变型，均属于本发明的保护范围之内。
说明书附图(3)
声明：
“用于矿物处理的中空脉冲搅拌一体化装置及方法” 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：昆明冶金高等专科学校
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