一种基于微流体的矿浆监测装置

摘要

本发明公开了一种基于微流体的矿浆检测装置，包括检测池以及布置在检测池内部的微流通道；所述检测池内部填装矿浆并通过搅拌形成的矿浆流体，所述微流通道内部形成流速超过矿浆流体的微流体，所述微流通道上设有与检测池内部连通的渗透开口，所述渗透开口相对的另一侧微流通道内部固定设置检测传感器，利用微流体的流速大于矿浆体系的流速，矿浆中较大的矿物颗粒被排除在微流体外部，矿浆内部较小的离子和分子可以通过渗透开口渗透进微流体形成检测体系，最终经过检测传感器，实现监测矿浆体系成分的目的，矿浆的实时监测结果更加准确，有效避免了矿物颗粒对检测传感器的损耗，为关键浮选参数的检测提供基础。

权利要求

1.一种基于微流体的矿浆检测装置，其特征在于：包括检测池（1）以及布置在检测池内部的微流通道（2）；

所述检测池（1）内部填装矿浆并通过搅拌形成矿浆流体（101），所述微流通道（2）内部形成流速超过矿浆流体（101）的微流体（203），所述微流通道（2）上设有与检测池（1）内部连通的渗透开口（204），所述渗透开口（204）相对的另一侧微流通道（2）内部固定设置检测传感器（4）；

所述微流通道（2）的入口和出口均穿过检测池（1）的底部，所述微流通道（2）的内部直径为检测池（1）直径的0.1‑0.15倍，所述微流通道（2）的入口到出口的距离为检测池（1）直径的0.5‑0.8倍，所述微流通道（2）的整体高度为检测池（1）高度的0.15‑0.35倍。

2.根据权利要求1所述的一种基于微流体的矿浆检测装置，所述微流体（203）为与矿浆成分不相溶的干净液体。

3.根据权利要求2所述的一种基于微流体的矿浆检测装置，所述微流通道（2）的入口与微流泵送系统（205）连接。

4.根据权利要求1所述的一种基于微流体的矿浆检测装置，所述微流体（203）的流速为矿浆流体（101）流速的1.5‑4.5倍。

5.根据权利要求1所述的一种基于微流体的矿浆检测装置，所述微流通道（2）还设有打开和关闭渗透开口（204）的可控闸门（3）。

6.根据权利要求1所述的一种基于微流体的矿浆检测装置，所述渗透开口（204）位于微流通道（2）上侧管壁，所述检测传感器（4）相对渗透开口（204）固定于微流体流动方向后方的下侧管壁，两者错开设置。

7.根据权利要求6所述的一种基于微流体的矿浆检测装置，所述渗透开口（204）为沿微流体流动方向布置的长条形，宽度为微流通道（2）内部直径的1/3‑1/2，长度为宽度的1.5‑3倍。

8.根据权利要求1所述的一种基于微流体的矿浆检测装置，所述检测池（1）内部设有磁力搅拌系统。

9.根据权利要求1‑8中任一项所述的一种基于微流体的矿浆检测装置，所述检测池（1）为具有盖子的圆柱筒体，所述矿浆流体（101）绕圆柱筒体的中轴线做圆周流动。

说明书

一种基于微流体的矿浆监测装置

技术领域

[0001] 本发明涉及矿浆监测技术，具体为一种基于微流体的矿浆监测装置。

背景技术

[0002] 矿物资源是国民经济和国防建设发展的物质基础。近年来，我国经济保持快速增长，国家对矿物资源的需要也在逐年增长。但是，随着矿物资源的品位逐年下降，其加工分
离和富集难度大。我国大部分矿物加工企业生产过程的实时监测和程度很低，由此造成企
业生产过程能耗高，矿物和水资源浪费严重。

[0003] 矿浆成分复杂，有矿物颗粒，有离子和分子，矿物加工的体系是一个复杂的固/液/气三相混合体系，核心工艺参数是与矿物与浮选药剂相关的参数，矿物加工生产过程相关
工艺参数的智能化检测是提高矿物加工效率、实现矿可持续发展的关键因素，需要根据矿
浆中的成分以确定现在矿浆体系是否可以进入浮选过程，或者是否需要继续添加浮选药剂
等。现在工业上的主要途径是直接将检测设备(传感器)沉浸放入到检测池内部的矿浆中，
但实际使用过程中发现存在很大的缺陷：1.矿浆在搅拌条件下，浮选药剂、矿物颗粒、气泡
与离子等在矿浆中的运动轨迹复杂，相互之间又存在干扰，对相关的参数进行检测存在很
大的干扰误差；2.对矿浆内部的矿物颗粒及浮选药剂(特别是大分子药剂)在检测仪器传感
器上的吸附和结垢现象非常严重，使得检测仪器不能连续工作，工作寿命很短。

发明内容

[0004] 本发明解决的技术问题是：针对现有矿浆浮选实时监测过程中存在的检测结构不精确、工作寿命短的问题，提供一种基于微流体的矿浆监测装置。

[0005] 本发明采用如下技术方案实现：

[0006] 一种基于微流体的矿浆检测装置，包括检测池1以及布置在检测池内部的微流通道2；

[0007] 所述检测池1内部填装矿浆并通过搅拌形成矿浆流体101，所述微流通道2内部形成流速超过矿浆流体101的微流体203，所述微流通道2上设有与检测池1内部连通的渗透开
口204，所述渗透开口204相对的另一侧微流通道2内部固定设置检测传感器4，利用微流体
的流速大于矿浆体系的流速，矿浆中较大的矿物颗粒被排除在微流体外部，矿浆内部较小
的离子和分子可以通过渗透开口渗透进微流体形成检测体系，最终经过检测传感器，实现
监测矿浆体系成分的目的，有效避免了矿物颗粒对检测传感器的损耗。

[0008] 上述矿浆检测装置的技术方案中，所述微流体203为与矿浆成分不相溶的干净液体，避免其他溶质对检测结构造成干扰，保证了监测的准确性。

[0009] 上述矿浆检测装置的技术方案中，所述微流通道2的入口与微流泵送系统205连接，保证通入微流通道内部的流速可控，并且始终输入干净液体进行检测。

[0010] 上述矿浆检测装置的技术方案中，所述微流体203的流速优选为矿浆流体101流速的1.5‑4.5倍。

[0011] 上述矿浆检测装置的技术方案中，所述微流通道2还设有打开和关闭渗透开口204的可控闸门3，以实现微流通道内部的微流体的建立，避免在不检测时矿浆进入微流通道内
部污染微流通道或损害传感器。

[0012] 上述矿浆检测装置的技术方案中，所述渗透开口204位于微流通道2上侧管壁，所述检测传感器4相对渗透开口204固定于微流体流动方向后方的下侧管壁，两者错开设置，
矿浆内部的离子和分子渗透进入微流体后，马上经过检测器实现检测，避免了离子和分子
进入微流体发生移动造成检测误差。

[0013] 上述矿浆检测装置的技术方案中，所述渗透开口204为沿微流体流动方向布置的长条形，宽度为微流通道2内部直径的1/3‑1/2，长度为宽度的1.5‑3倍。

[0014] 上述矿浆检测装置的技术方案中，所述检测池1内部设有磁力搅拌系统。

[0015] 上述矿浆检测装置的技术方案中，所述检测池1为具有盖子的圆柱筒体，所述矿浆流体101绕圆柱筒体的中轴线做圆周流动。

[0016] 上述矿浆检测装置的技术方案中，所述微流通道2的入口和出口均穿过检测池1的底部，所述微流通道2的内部直径为检测池1直径的0.1‑0.15倍，所述微流通道2的入口到出
口的距离为检测池1直径的0.5‑0.8倍，所述微流通道2的整体高度为检测池1高度的0.15‑
0.35倍。

[0017] 本发明针对矿物浮选过程特点，利用微流体和矿浆流体之间的流速差产生的流体内分子扩散现象，设计一种通过过滤矿浆内部矿物颗粒的溶液离子和分子的检测方案，矿
浆流体与搅拌池中搅拌，矿浆中的离子和分子在渗透开口处渗透进入流速更高的微流通道
内的微流体中，并最终到达传感器监测区域，而矿浆中较大的矿物颗粒被较高流速微流体
阻断，难以进入微流体。矿浆成分被实时监测的同时避免了矿物颗粒对传感器的损害。

[0018] 本发明提供的基于微流体的矿浆监测装置实现多矿物相和化学组分的相关参数实时在线检测和表征，具有鲜明特色，为矿物加工的过程检测提供新的途径，解决了现有技
术中矿浆监测设备传感器常常被矿浆中的矿物颗粒损害的问题，大大延长了传感器的使用
年限，同时，克服了浮选过程条件恶劣、待测难分离难获取的问题，减少各种复杂浮选因素
的干扰，矿浆的实时监测结果更加准确，为关键浮选参数的检测提供基础。

[0019] 以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

附图说明

[0020] 图1为实施例的一种基于微流体的矿浆监测装置的立体结构示意图。

[0021] 图2为实施例中的检测池在渗透开口打开状态的内部示意图。

[0022] 图3为实施例中的检测池在渗透开口关闭状态的内部示意图。

[0023] 图中标号：1‑检测池，2‑微流通道，3‑可控闸门，4‑检测传感器，5‑离子和分子，6‑矿物颗粒，101‑矿浆流体，201‑微流通道入口，202‑微流通道出口，203‑微流体，204‑渗透开
口，205‑微流泵送系统。

具体实施方式

[0024] 实施例

[0025] 参见图1‑3，图示中的一种基于微流体的矿浆监测装置为本发明的一种具体实施方案，具体包括检测池1、微流通道2、可控闸门3和检测传感器4。其中，检测池1为矿浆浮选
的主体，内部填装矿浆，矿浆在检测池1内部通过搅拌扰动形成具有一定流速的矿浆流体
101，微流通道2固定在检测池1内部，微流通道2内部流动形成微流体203，并且该微流体203
的流速超过矿浆流体101的流速。微流通道2内部的微流体采用的是不同于矿浆流体的介
质，在微流通道2上设有与检测池1内部相互连通的渗透开口204，由于微流通道2内部的微
流体203的流速大于外部矿浆流体101的流速，在这种流速差的情况下，微流通道2内部的微
流体不是直接与检测池1内部的矿浆流体101直接互通，矿浆中较大的矿物颗粒6被挡在渗
透开口204外的检测池中，矿浆内部较小的离子和分子5通过分子扩散可以穿过渗透开口渗
透进微流体203在微流通道内部形成检测体系。在渗透开口204相对的另一侧微流通道2内
部固定设置检测传感器4对混入矿浆离子和分子的微粒体进行检测，最终实现监测矿浆体
系成分的目的，还能有效避免了矿物颗粒6对检测传感器的损耗。

[0026] 为了避免矿浆离子和分子在微流体内部发生其他反应或变化，微粒体203应当采用与矿浆成分不相溶的干净液体，矿浆中的离子和分子5在渗透进入微流体203然后被检测
传感器4准确检测。

[0027] 微流通道2内部的微流体203通过外部微流泵送系统205提供干净微流液体，微流通道入口201与微流泵送系统205直接连接，向微流通道2内部泵入干净的微流液体，并且通
过微流泵送系统建立微流体203的流速，保证通入微流通道内部的流速可控，微流通道出口
202将混入矿浆离子和分子5的混合液体输出后，对矿浆离子和分子进行分离处理成干净液
体后再与微流泵送系统进行循环，保证始终输入干净液体进行检测。检测传感器4采用光感
传感器，其检测到的微流体中矿浆离子和分子的浓度等信号后，要根据微流液体的流速和
微流通道内部尺寸进行稀释比例计算才是具体的矿浆内部数据。有关实现矿浆离子和分子
进行检测的光感传感器为现有成熟检测元件，其计算过程为常规数学计算，可通过现有的
数据分析计算机实现，本实施例在此不做赘述。

[0028] 检测池1内部可设有现有矿浆浮选所用的磁力搅拌系统(图中未示出)，为了保证矿浆中的矿物颗粒与分子离子之间的过滤渗透效果，设矿浆流体101在检测池内部的流速
为v，微流体203的流速优选为1.5v‑4.5v。

[0029] 微流通道2设有打开和关闭渗透开口204的可控闸门3，可控闸门3可采用安装在渗透开口204附近微流通道内壁的电控插板阀门，检测时，控制可控闸门3将渗透开口204打
开，建立检测池1内部矿浆离子和分子5向微流通道2的渗透通道，如图2所示；在非检测状态
下，控制可控闸门3将渗透开口204关闭，此时微流通道2和检测池1之间完全隔开，以便通过
检测池对参数达标之后的矿浆直接进行后续浮选操作，如图3所示。

[0030] 具体的，渗透开口204位于微流通道2上侧管壁，检测传感器4相对渗透开口204固定于微流体流动方向后方的下侧管壁，两者错开设置，渗透开口204为沿微流体流动方向布
置的长条形，宽度为微流通道2内部直径的1/3‑1/2，长度为宽度的1.5‑3倍，检测传感器4向
后错开1/2渗透开口长度设置。矿浆内部的离子和分子渗透进入微流体后，马上经过检测器
实现检测，避免了离子和分子进入微流体发生移动造成检测误差。

[0031] 检测池1为具有盖子的圆柱筒体，检测池1的外侧壁和底部均采用表面光滑的耐腐蚀材料，矿浆流体101绕圆柱筒体的中轴线做圆周流动，圆柱筒体的盖子处于打开时充当矿
浆的进料口，处于闭合式充当矿浆搅拌时的防溅盖。微流通道2为中空的半环形管道，微流
通道入口201和微流通道出口202均垂直穿过检测池1的底部引出连接外部微流连接管路，
在实际应用中，设检测池1的直径为d，高度为h，微流通道2的内部直径优选为0.1d‑0.15d之
间，微流通道2的入口到出口的距离优选0.5d‑0.8d之间，微流通道2的整体高度优选为
0.15h‑0.35h之间。

[0032] 本实施例在对检测池内部进行实时监测的步骤如下：首先将可控闸门3关闭，将微流通道2上的渗透开口204封闭，向检测池1内部灌入矿浆，打开检测池1内部的磁力搅拌系
统，控制矿浆绕检测池1的中心轴线o‑o’形成矿浆流体101，然后打开外部的微流泵送系统
205，在微流通道2内部形成微流体203，最后将可控闸门3打开，将微流通道2上的渗透开口
204打开，矿浆流体101中的离子和分子5通过渗透开口204渗透进入微流通道2中，并随微流
体到达检测传感器4监测区域，矿浆流体101中的矿物颗粒6被较高流速的微流体阻断，难以
进入微流体，形成矿物颗粒6的过滤效果，作为矿浆成分的离子和分子5被实时监测的同时
避免了矿物颗粒6对检测传感器4的损害。

[0033] 以上实施例描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本
发明的具体工作原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改
进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利
要求书及其等效物界定。