本發明屬于煤炭浮沉試驗技術領域，具體涉及一種煤炭浮沉試驗演示裝置及方法。
背景技術：
當散體物料置于一定密度的重液中時，根據阿基米德定律，密度大于重液密度的顆粒將下沉(沉物)，密度小于重液密度的顆粒則上浮(浮物)，密度與重液密度接近或相同的顆粒將處于懸浮狀態。對選煤來說，煤炭密度與質量之間具有很強的相關性，這也是采用重力分選獲得較高質量精煤產品的依據。根據上述原理，使用特制的工具在不同密度的重液中撈起不同密度物料的實驗即為浮沉實驗。
浮沉試驗是對跳汰、重介質等洗選工藝的最具有指導生產作用的試驗之一，為有效地指導生產，確定原煤性質，一般要求每月至少對入洗原煤進行月初、月底兩次以上的浮沉試驗，如果遇上煤質波動較大的情況則需要增加試驗次數。為了使試驗數據更加貼近實際情況，每次試驗煤量要求煤樣在200kg以上，否則試驗數據誤差較大。因此，煤炭浮沉試驗是選煤領域最基礎最重要的實驗之一，是選煤技術專業學員必須掌握的實驗。
目前煤炭浮沉試驗均為人工操作，試驗介質即重液通常采用強腐蝕性的氯化鋅配置，因此，在重液的制備和進行試驗時，為了避免氯化鋅與皮膚、衣服接觸，必須穿膠靴、戴口罩、戴膠皮手套和防護眼鏡以及系膠皮圍裙等；同時，試驗器具如重液桶、網底桶等比較笨重，試驗過程中勞動量很大。
在進行煤炭浮沉試驗教學時，學員較多，出于對知識的渴求，往往會聚攏于試驗操作中心，學員初步學習時，操作生疏不熟練，易造成重液介質外濺，而強腐蝕性的氯化鋅重液如果濺出到聚攏在一起的學員皮膚甚至臉上，則會造成嚴重的安全事故。同時，現有的操作形式不利于知識的直觀傳授，盛放重液的桶往往為不銹鋼材質，并且煤炭本身會使氯化鋅重液變渾濁，因此現有操作試驗裝置及方法，學員無法直觀地觀察到煤炭在重液中的分層現象，對試驗的原理及操作要點認識性不高。
技術實現要素：
本發明的目的在于克服上述現有技術中的不足，提供一種成本低廉、安全性高、直觀性強、適用性強、操作簡便的煤炭浮沉試驗演示裝置及方法。
為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：一種煤炭浮沉試驗演示裝置，其特征在于：包括水箱、脈沖泵、水泵和浮沉箱，所述水箱的下部通過第一管路與脈沖泵的進水口相連，所述脈沖泵的出水口通過第二管路與浮沉箱的底部相連，所述水箱的底部通過第三管路與水泵的進水口相連，所述水泵的出水口通過第四管路與浮沉箱的上部相連，所述浮沉箱的上部設置有溢流堰，所述浮沉箱內設置有攪拌器、高密度PVC顆粒、中密度PVC顆粒和低密度PVC顆粒，所述溢流堰的下方設置有浮物收集箱，所述浮物收集箱的底部設置有回流管路，所述回流管路上設置有回流閥門，所述第三管路上設置有水平流逆止閥，所述第二管路上設置有上升流逆止閥。
上述的一種煤炭浮沉試驗演示裝置，其特征在于：所述高密度PVC顆粒、中密度PVC顆粒和低密度PVC顆粒的數量均為多個，所述高密度PVC顆粒的密度為1.1kg/L～1.2kg/L，所述中密度PVC顆粒的密度為1.0kg/L，所述低密度PVC顆粒的密度為0.8kg/L～0.9kg/L。
上述的一種煤炭浮沉試驗演示裝置，其特征在于：所述高密度PVC顆粒、中密度PVC顆粒和低密度PVC顆粒的粒度均為13mm～25mm。
上述的一種煤炭浮沉試驗演示裝置，其特征在于：所述浮物收集箱的下部內設置有第一篩網，所述浮沉箱的下部內設置有第二篩網。
上述的一種煤炭浮沉試驗演示裝置，其特征在于：所述第一篩網和第二篩網的篩孔直徑均為0.5mm。
上述的一種煤炭浮沉試驗演示裝置，其特征在于：與所述浮沉箱相連的第四管路的一端和溢流堰相對設置。
上述的一種煤炭浮沉試驗演示裝置，其特征在于：所述水箱、浮沉箱和浮物收集箱均為透明有機玻璃箱。
上述的一種煤炭浮沉試驗演示裝置，其特征在于：所述高密度PVC顆粒為黑色高密度PVC顆粒，所述中密度PVC顆粒為灰色中密度PVC顆粒，所述低密度PVC顆粒為白色低密度PVC顆粒。
另外，本發明還提供了一種利用上述裝置進行煤炭浮沉試驗演示的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：
步驟一、將水箱加滿水，將高密度PVC顆粒、中密度PVC顆粒和低密度PVC顆粒均給入到浮沉箱中；
步驟二、開啟上升流逆止閥，啟動脈沖泵，將水箱中的水給入到浮沉箱中，當水到達溢流堰時關閉脈沖泵；
步驟三、啟動攪拌器，低速攪拌3～5分鐘后關閉攪拌器，靜置3～5分鐘，使不同密度的PVC顆粒在浮沉箱內按密度分層；
步驟四、開啟水平流逆止閥，啟動水泵和脈沖泵，浮于浮沉箱水面的低密度PVC顆粒受到水泵的水平流沖洗和脈沖泵的上升流沖洗組合作用而通過溢流堰排出至浮物收集箱中；
步驟五、開啟回流閥門，則浮物收集箱中的水通過回流管路自流至水箱中，將低密度PVC顆粒從浮物收集箱中取出收集，從而完成煤炭浮沉試驗演示過程。
上述的一種煤炭浮沉試驗演示方法，其特征在于：步驟三中所述攪拌器的攪拌轉速為50r/min～150r/min。
本發明與現有技術相比具有以下優點：
1、本發明結構簡單、設計合理且使用操作方便。
2、本發明在浮沉箱中加入攪拌器，結合脈沖水流作用，代替人工攪拌分層，操作方便。
3、本發明試驗演示裝置運行中以水代替強腐蝕性的氯化鋅重液，進行教學或演示時，操作安全，且節約了購買藥劑的成本。
4、本發明以不同密度的PVC顆粒代替煤炭進行浮沉試驗演示，對介質無污染，演示性強，且可重復利用。
5、本發明水箱、浮沉箱、浮物收集箱均為有機玻璃材質，方便觀察分層現象。
6、本發明制作方便，易于安裝，成本低。
綜上所述，本發明以水代替強腐蝕性的氯化鋅重液，安全可靠；以不同密度的PVC顆粒代替煤炭，模擬進行浮沉試驗，能夠很好地達到演示效果，還可重復利用，節約資源。通過本裝置進行煤炭浮沉試驗的教學或原理演示用，可直觀地演示煤炭的浮沉分層過程，安全系數高，成本低。
下面通過附圖和實施例，對本發明做進一步的詳細描述。
附圖說明
圖1為本發明的結構示意圖。
附圖標記說明:
1—水箱； 2—回流管路； 3—回流閥門；
4—浮物收集箱； 5—溢流堰； 6—攪拌器；
7—浮沉箱； 8—高密度PVC顆粒； 9—中密度PVC顆粒；
10—低密度PVC顆粒； 11—第一管路； 12—脈沖泵；
13—第二管路； 14—第三管路； 15—水泵；
16—第四管路； 17—水平流逆止閥； 18—上升流逆止閥；
19—第一篩網； 20—第二篩網。
具體實施方式
本發明對煤炭浮沉試驗演示裝置通過實施例1進行描述。
實施例1
如圖1所示的一種煤炭浮沉試驗演示裝置，包括水箱1、脈沖泵12、水泵15和浮沉箱7，所述水箱1的下部通過第一管路11與脈沖泵12的進水口相連，所述脈沖泵12的出水口通過第二管路13與浮沉箱7的底部相連，所述水箱1的底部通過第三管路14與水泵15的進水口相連，所述水泵15的出水口通過第四管路16與浮沉箱7的上部相連，所述浮沉箱7的上部設置有溢流堰5，所述浮沉箱7內設置有攪拌器6、高密度PVC顆粒8、中密度PVC顆粒9和低密度PVC顆粒10，所述溢流堰5的下方設置有浮物收集箱4，所述浮物收集箱4的底部設置有回流管路2，所述回流管路2上設置有回流閥門3，所述第三管路14上設置有水平流逆止閥17，所述第二管路13上設置有上升流逆止閥18。
本實施例中，所述高密度PVC顆粒8、中密度PVC顆粒9和低密度PVC顆粒10的數量均為多個，所述高密度PVC聚氯乙烯顆粒8的密度為1.1kg/L～1.2kg/L，所述中密度PVC顆粒9的密度為1.0kg/L，所述低密度PVC顆粒10的密度為0.8kg/L～0.9kg/L；所述高密度PVC顆粒8、中密度PVC顆粒9和低密度PVC顆粒10的粒度均為13mm～25mm。
本實施例中，所述浮物收集箱4的下部內設置有第一篩網19，所述浮沉箱7的下部內設置有第二篩網20；所述第一篩網19和第二篩網20的篩孔直徑均為0.5mm。
本實施例中，與所述浮沉箱7相連的第四管路16的一端和溢流堰5相對設置。
本實施例中，所述水箱1、浮沉箱7和浮物收集箱4均為透明有機玻璃箱，在演示的過程中便于學生觀察。
本實施例中，所述高密度PVC顆粒8為黑色高密度PVC顆粒，所述中密度PVC顆粒9為灰色中密度PVC顆粒，所述低密度PVC顆粒10為白色低密度PVC顆粒，不同密度的PVC顆粒顏色不同，這樣更直觀好區分，便于試驗觀察。
本發明對煤炭浮沉試驗演示方法通過實施例2至8進行描述。
實施例2
結合圖1，本實施例利用如實施例1所述裝置進行煤炭浮沉試驗演示的方法包括以下步驟：
步驟一、將水箱1加滿水，將高密度PVC顆粒8、中密度PVC顆粒9和低密度PVC顆粒10均給入到浮沉箱7中；
步驟二、開啟上升流逆止閥18，啟動脈沖泵12，將水箱1中的水給入到浮沉箱7中，當水到達溢流堰5時關閉脈沖泵12；
步驟三、啟動攪拌器6，低速攪拌4分鐘后關閉攪拌器6，靜置3分鐘，使不同密度的PVC顆粒在浮沉箱7內按密度分層，即低密度PVC顆粒10浮于浮沉箱7的上層、中密度PVC顆粒9懸浮于浮沉箱7的中部、高密度PVC顆粒8則下沉到浮沉箱7的底部；所述攪拌器6的攪拌轉速為100r/min；
步驟四、開啟水平流逆止閥17，啟動水泵15和脈沖泵12，浮于浮沉箱7水面的低密度PVC顆粒10受到水泵15的水平流沖洗和脈沖泵12的上升流沖洗組合作用而通過溢流堰5排出至浮物收集箱4中，從而實現了煤炭浮沉試驗中煤炭的分層過程與浮物排出過程；
步驟五、開啟回流閥門3，則浮物收集箱4中的水通過回流管路2自流至水箱1中，將低密度PVC顆粒10從浮物收集箱4中取出收集，從而完成煤炭浮沉試驗演示過程。
本實施例中，浮物收集箱4中的水透過第一篩網19后通過回流管路2自流至水箱1中。
實施例3
結合圖1，本實施例利用如實施例1所述裝置進行煤炭浮沉試驗演示的方法包括以下步驟：
步驟一、將水箱1加滿水，將高密度PVC顆粒8、中密度PVC顆粒9和低密度PVC顆粒10均給入到浮沉箱7中；
步驟二、開啟上升流逆止閥18，啟動脈沖泵12，將水箱1中的水給入到浮沉箱7中，當水到達溢流堰5時關閉脈沖泵12；
步驟三、啟動攪拌器6，低速攪拌3分鐘后關閉攪拌器6，靜置4分鐘，使不同密度的PVC顆粒在浮沉箱7內按密度分層，即低密度PVC顆粒10浮于浮沉箱7的上層、中密度PVC顆粒9懸浮于浮沉箱7的中部、高密度PVC顆粒8則下沉到浮沉箱7的底部；所述攪拌器6的攪拌轉速為50r/min；
步驟四、開啟水平流逆止閥17，啟動水泵15和脈沖泵12，浮于浮沉箱7水面的低密度PVC顆粒10受到水泵15的水平流沖洗和脈沖泵12的上升流沖洗組合作用而通過溢流堰5排出至浮物收集箱4中，從而實現了煤炭浮沉試驗中煤炭的分層過程與浮物排出過程；
步驟五、開啟回流閥門3，則浮物收集箱4中的水通過回流管路2自流至水箱1中，將低密度PVC顆粒10從浮物收集箱4中取出收集，從而完成煤炭浮沉試驗演示過程。
本實施例中，浮物收集箱4中的水透過第一篩網19后通過回流管路2自流至水箱1中。
實施例4
結合圖1，本實施例利用如實施例1所述裝置進行煤炭浮沉試驗演示的方法包括以下步驟：
步驟一、將水箱1加滿水，將高密度PVC顆粒8、中密度PVC顆粒9和低密度PVC顆粒10均給入到浮沉箱7中；
步驟二、開啟上升流逆止閥18，啟動脈沖泵12，將水箱1中的水給入到浮沉箱7中，當水到達溢流堰5時關閉脈沖泵12；
步驟三、啟動攪拌器6，低速攪拌4分鐘后關閉攪拌器6，靜置4分鐘，使不同密度的PVC顆粒在浮沉箱7內按密度分層，即低密度PVC顆粒10浮于浮沉箱7的上層、中密度PVC顆粒9懸浮于浮沉箱7的中部、高密度PVC顆粒8則下沉到浮沉箱7的底部；所述攪拌器6的攪拌轉速為100r/min；
步驟四、開啟水平流逆止閥17，啟動水泵15和脈沖泵12，浮于浮沉箱7水面的低密度PVC顆粒10受到水泵15的水平流沖洗和脈沖泵12的上升流沖洗組合作用而通過溢流堰5排出至浮物收集箱4中，從而實現了煤炭浮沉試驗中煤炭的分層過程與浮物排出過程；
步驟五、開啟回流閥門3，則浮物收集箱4中的水通過回流管路2自流至水箱1中，將低密度PVC顆粒10從浮物收集箱4中取出收集，從而完成煤炭浮沉試驗演示過程。
本實施例中，浮物收集箱4中的水透過第一篩網19后通過回流管路2自流至水箱1中。
實施例5
結合圖1，本實施例利用如實施例1所述裝置進行煤炭浮沉試驗演示的方法包括以下步驟：
步驟一、將水箱1加滿水，將高密度PVC顆粒8、中密度PVC顆粒9和低密度PVC顆粒10均給入到浮沉箱7中；
步驟二、開啟上升流逆止閥18，啟動脈沖泵12，將水箱1中的水給入到浮沉箱7中，當水到達溢流堰5時關閉脈沖泵12；
步驟三、啟動攪拌器6，低速攪拌5分鐘后關閉攪拌器6，靜置3分鐘，使不同密度的PVC顆粒在浮沉箱7內按密度分層，即低密度PVC顆粒10浮于浮沉箱7的上層、中密度PVC顆粒9懸浮于浮沉箱7的中部、高密度PVC顆粒8則下沉到浮沉箱7的底部；所述攪拌器6的攪拌轉速為70r/min；
步驟四、開啟水平流逆止閥17，啟動水泵15和脈沖泵12，浮于浮沉箱7水面的低密度PVC顆粒10受到水泵15的水平流沖洗和脈沖泵12的上升流沖洗組合作用而通過溢流堰5排出至浮物收集箱4中，從而實現了煤炭浮沉試驗中煤炭的分層過程與浮物排出過程；
步驟五、開啟回流閥門3，則浮物收集箱4中的水通過回流管路2自流至水箱1中，將低密度PVC顆粒10從浮物收集箱4中取出收集，從而完成煤炭浮沉試驗演示過程。
本實施例中，浮物收集箱4中的水透過第一篩網19后通過回流管路2自流至水箱1中。
實施例6
結合圖1，本實施例利用如實施例1所述裝置進行煤炭浮沉試驗演示的方法包括以下步驟：
步驟一、將水箱1加滿水，將高密度PVC顆粒8、中密度PVC顆粒9和低密度PVC顆粒10均給入到浮沉箱7中；
步驟二、開啟上升流逆止閥18，啟動脈沖泵12，將水箱1中的水給入到浮沉箱7中，當水到達溢流堰5時關閉脈沖泵12；
步驟三、啟動攪拌器6，低速攪拌3分鐘后關閉攪拌器6，靜置5分鐘，使不同密度的PVC顆粒在浮沉箱7內按密度分層，即低密度PVC顆粒10浮于浮沉箱7的上層、中密度PVC顆粒9懸浮于浮沉箱7的中部、高密度PVC顆粒8則下沉到浮沉箱7的底部；所述攪拌器6的攪拌轉速為100r/min；
步驟四、開啟水平流逆止閥17，啟動水泵15和脈沖泵12，浮于浮沉箱7水面的低密度PVC顆粒10受到水泵15的水平流沖洗和脈沖泵12的上升流沖洗組合作用而通過溢流堰5排出至浮物收集箱4中，從而實現了煤炭浮沉試驗中煤炭的分層過程與浮物排出過程；
步驟五、開啟回流閥門3，則浮物收集箱4中的水通過回流管路2自流至水箱1中，將低密度PVC顆粒10從浮物收集箱4中取出收集，從而完成煤炭浮沉試驗演示過程。
本實施例中，浮物收集箱4中的水透過第一篩網19后通過回流管路2自流至水箱1中。
實施例7
結合圖1，本實施例利用如實施例1所述裝置進行煤炭浮沉試驗演示的方法包括以下步驟：
步驟一、將水箱1加滿水，將高密度PVC顆粒8、中密度PVC顆粒9和低密度PVC顆粒10均給入到浮沉箱7中；
步驟二、開啟上升流逆止閥18，啟動脈沖泵12，將水箱1中的水給入到浮沉箱7中，當水到達溢流堰5時關閉脈沖泵12；
步驟三、啟動攪拌器6，低速攪拌4分鐘后關閉攪拌器6，靜置3分鐘，使不同密度的PVC顆粒在浮沉箱7內按密度分層，即低密度PVC顆粒10浮于浮沉箱7的上層、中密度PVC顆粒9懸浮于浮沉箱7的中部、高密度PVC顆粒8則下沉到浮沉箱7的底部；所述攪拌器6的攪拌轉速為150r/min；
步驟四、開啟水平流逆止閥17，啟動水泵15和脈沖泵12，浮于浮沉箱7水面的低密度PVC顆粒10受到水泵15的水平流沖洗和脈沖泵12的上升流沖洗組合作用而通過溢流堰5排出至浮物收集箱4中，從而實現了煤炭浮沉試驗中煤炭的分層過程與浮物排出過程；
步驟五、開啟回流閥門3，則浮物收集箱4中的水通過回流管路2自流至水箱1中，將低密度PVC顆粒10從浮物收集箱4中取出收集，從而完成煤炭浮沉試驗演示過程。
本實施例中，浮物收集箱4中的水透過第一篩網19后通過回流管路2自流至水箱1中。
實施例8
結合圖1，本實施例利用如實施例1所述裝置進行煤炭浮沉試驗演示的方法包括以下步驟：
步驟一、將水箱1加滿水，將高密度PVC顆粒8、中密度PVC顆粒9和低密度PVC顆粒10均給入到浮沉箱7中；
步驟二、開啟上升流逆止閥18，啟動脈沖泵12，將水箱1中的水給入到浮沉箱7中，當水到達溢流堰5時關閉脈沖泵12；
步驟三、啟動攪拌器6，低速攪拌3分鐘后關閉攪拌器6，靜置4分鐘，使不同密度的PVC顆粒在浮沉箱7內按密度分層，即低密度PVC顆粒10浮于浮沉箱7的上層、中密度PVC顆粒9懸浮于浮沉箱7的中部、高密度PVC顆粒8則下沉到浮沉箱7的底部；所述攪拌器6的攪拌轉速為130r/min；
步驟四、開啟水平流逆止閥17，啟動水泵15和脈沖泵12，浮于浮沉箱7水面的低密度PVC顆粒10受到水泵15的水平流沖洗和脈沖泵12的上升流沖洗組合作用而通過溢流堰5排出至浮物收集箱4中，從而實現了煤炭浮沉試驗中煤炭的分層過程與浮物排出過程；
步驟五、開啟回流閥門3，則浮物收集箱4中的水通過回流管路2自流至水箱1中，將低密度PVC顆粒10從浮物收集箱4中取出收集，從而完成煤炭浮沉試驗演示過程。
本實施例中，浮物收集箱4中的水透過第一篩網19后通過回流管路2自流至水箱1中。
以上所述，僅是本發明的較佳實施例，并非對本發明作任何限制，凡是根據本發明技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結構變換，均仍屬于本發明技術方案的保護范圍內。