ПНЕВМАТИЧЕСКАЯ ФЛОТАЦИОННАЯ МАШИНА
PNEUMATIC FLOTATION MACHINE

Изобретение относится к области обогащения полезных ископаемых и может быть использовано при переработке минерального сырья, содержащего цветные, черные, редкие, благородные металлы, а также неметаллические полезные ископаемые, и при очистке сточных вод от твердых частиц и нефтепродуктов.
Известна пневматическая флотационная машина, включающая цилиндроконическую камеру, реактор, в котором происходит формирование пузырьков, подача питания и прямое взаимодействие пузырьков с частицами /Патент США №4938865, МКИ B03D 1/24, опубл. 03.07.90/.
Недостатком указанной машины является отсутствие специального устройства для организации процесса коалесценции пузырьков, что приводит к недостаточно высоким показателям флотации.
Известна пневматическая флотационная машина, включающая сепарационную камеру, реактор, аэратор, а также установленный в сепарационной камере под реактором распределитель потока аэрированной пульпы, выполненный в виде крышки с отверстиями и днища, пенный желоб, разгрузочное приспособление для хвостов /Патент ЕР №0514800, МКИ B03D 1/24, опубл. 31.07.96/.
Недостатком данной машины является разрушение агрегатов частица-пузырек при ударе выходящей из реактора струи о днище распределителя потока аэрированной пульпы и засорение отверстий крышки распределителя, что приводит к снижению показателей флотации.
Известна пневматическая флотационная машина типа реактор-сепаратор, включающая аэратор, в котором происходит подача питания, формирование пузырьков и прямое их взаимодействие с частицами, реакторы с раструбами, цилиндроконическую камеру сепаратора, пеноотстойник и пенный желоб /Патент РФ 2214871, Самыгин В.Д., Филиппов Л.О., кл. B03D 1/24, опубл. 27.10.03/. Недостатком данной машины является низкая скорость расслоения потока минерализованных пузырьков и потока пульпы (воды) в объеме сепаратора
Известна пневматическая флотационная машина типа реактор-сепаратор, включающая реакторы, аэратор, сепарационную камеру, а также установленные в сепарационной камере на конце каждого из реакторов раструбы, расположенные определенным образом, пенный желоб и разгрузочное приспособление для хвостов /Патент РФ 2281810, кл. B03D 1/24 от 20.08.06/. Недостатком данной машины является несовершенная конструкция ввода потоков из реакторов в полость сепаратора, которая приводит к интенсивному вертикальному перемешиванию в объеме сепаратора и, как следствие, ухудшению расслоения насыщенной пузырьками пульпы. Это снижает показатели флотации.
Известна пневматическая флотационная машина, включающая аэратор, реактор, цилиндроконическую сепарационную камеру и устройство для равномерного распределения потоков по реакторам, заканчивающихся насадками, ввод которых в сепаратор осуществляется тангенциально в горизонтальном направлении, а также пенный желоб, разгрузочное приспособление для хвостов /Патент США №2004/0112804, МКИ B01D 17/00, опубл. 17.06.04/.
Недостатком данной машины является заметный унос пульпой минерализованных пузырьков в хвосты из-за перемешивающего действия центробежной силы в горизонтальном направлении, что приводит к снижению показателей флотации.
Наиболее близким аналогом является пневматическая флотационная машина типа реактор-сепаратор, включающая аэратор, реактор и сепаратор, в котором расположен соосно с сепаратором конический распределитель потока аэрированной пульпы в виде усеченного конуса, обращенный вершиной вниз, в который тангенциально вводятся нижние срезы реакторов, а в нижней части которого установлена отражательная пластина /Патент RU №2393023, МПК B03D1/24, (2006.01) опубл. 27.06.2010/.
Недостатком наиболее близкого аналога является частичное разрушение пены аэрированным потоком, выходящим из конического распределителя, что приводит к снижению извлечения.
Задачей изобретения является повышение извлечения минеральных частиц при флотации и примесей при флотационной очистке сточных вод. Техническим результатом изобретения является увеличение степени отделения минерализованных пузырьков в пену от пульпы, а также снижение осыпания частиц из пены.
Технический результат достигается тем, что пневматическая флотационная машина типа реактор-сепаратор, включающая аэратор, тройник, два реактора, сепарационную камеру, пеноотстойник и регулятор пеносъема, согласно изобретению снабжена приспособлением для расслоения однородного потока аэрированной пульпы на две струи, содержащие преимущественно минерализованные пузырьки и пульпу соответственно, представляющим собой изогнутую по окружности трубу. Флотационная машина может быть снабжена плоским диффузором, установленным между приспособлением для расслоения и камерой сепаратора, который выполняет функцию укрупнения минерализованных пузырьков в аэрофлокулы. Флотационная машина может иметь сепарационную камеру, состоящую из двух соединенных между собой на определенном расстоянии крестообразных плоских стенок. Боковые части крестов симметрично соединены с диффузорами. К верхней части креста подсоединяется пеноотстойник, а к нижней части - устройство для вывода хвостов. Флотационная машина может иметь струенаправляющие V-образные перегородки, установленные на выходе из диффузоров. Флотационная машина может иметь дополнительный аэратор, который установлен в нижней части креста между V-образными перегородками. Флотационная машина может иметь регулятор пеносъема, расположенный в пеноотстойнике.
Снабжение флотомашины приспособлением для расслоения, представляющим собой изогнутую по окружности трубу, обеспечивает расслоение однородного потока аэрированной пульпы на две струи, которые под действием центробежной силы отклоняются в вертикальной плоскости к внутренней и внешней стенке трубы и которые состоят преимущественно из минерализованных пузырьков и пульпы соответственно. В результате предварительное расслоение на две струи обеспечивает достижение технического результата изобретения - увеличение степени отделения минерализованных пузырьков в пену от пульпы. Верхний срез изогнутой по окружности трубы соединен с реактором, а нижний срез - с диффузором. Изогнутая по окружности труба выполнена с возможностью изменения радиуса закругления. Для сохранения крупных частиц на минерализованных пузырьках необходимо увеличивать радиус закругления для уменьшения воздействия отрывающей центробежной силы. Снабжение флотомашины плоским диффузором, имеющим в поперечном сечении прямоугольник, а в продольном сечении трапецию, обеспечивает образование аэрофлокул в результате эффекта набегания минерализованных пузырьков, двигающихся с замедлением в своей струе. Плоский диффузор меньшим трапецеидальным срезом соединен с изогнутой по окружности трубой, а большим срезом - с боковой частью креста плоской сепарационной камеры. Телесный угол расширения плоского диффузора не должен превышать угла раскрытия нижней пульповой струи. В противном случае образуются турбулентные завихрения, которые будут способствовать перемешиванию обеих струй. Выполнение сепарационной камеры флотомашины с крестообразной формой позволяет организовать раздельное движение без перемешивания в пространстве камеры четырех струй, поступающих из двух симметрично расположенных диффузоров, и двух потоков, выходящих с пенной и с пульпой из хвостов. Причем расстояние между крестообразными плоскими стенками камеры сепаратора должно быть равным h=1-1,5D диаметра изогнутой по окружности трубы, чтобы устранить перемешивание в поперечном сечении сепаратора струй, выходящих из плоского диффузора. Соединение изогнутой по окружности трубы с диффузором и далее с боковой частью крестов сепарационной камеры должно быть выполнено с одинаковым или увеличивающимся радиусом кривизны. В противном случае при уменьшающемся радиусе кривизны не исключено перемешивание двух струй, выходящих из приспособления для расслоения однородного потока аэрированной пульпы. При этом крестообразные стенки камеры сепаратора могут быть наклонены так, чтобы они сходились друг к другу в верхней части креста и соответственно расходились в нижней части креста. Увеличивающееся сечение камеры к низу от боковых частей креста способствует снижению захвата имеющих малую плавучесть аэрофлокул за счет уменьшения скорости движения пульповой струи в разгрузку. Снабжение флотомашины струенаправляющими V-образными перегородками позволяет осуществить раздельное движение без перемешивания двух струй, выходящих из диффузора. Первой, преимущественно состоящей из аэрофлокул в пеноотстойник, и второй, преимущественно состоящей из пульпы, в хвосты. Причем в стенке перегородки выполнены отверстия для отвода пульпы, захваченной струей, преимущественно состоящей из аэрофлокул. При этом V-образная перегородка может перемещаться относительно стенок в положение, обеспечивающее более четкое отдельное движение двух струй. Снабжение флотомашины дополнительным аэратором позволит улавливать перегруженные частицами мелкие пузырьки и аэрофлокулы за счет захвата их пузырьками, поступающими из дополнительного аэратора, и тем самым придания положительной плавучести полученным агрегатам. Снабжение флотационной машины регулятором пеносъема, расположенным в пеноотстойнике и имеющим вид опрокинутого зонтика, позволит изменять не только скорость пеносъема, но и площадь контакта пенного слоя с атмосферой.
Изобретение поясняется чертежом, где на фиг.1 изображен общий вид пневматической флотационной машины. Пневматическая флотационная машина (см. чертеж) включает: аэратор 1, тройник 2, двухтрубный реактор 3, приспособление для расслоения потока в виде изогнутой по окружности трубы 4, плоский диффузор 5, крестообразную камеру сепаратора 6, V-образную струенаправляющую перегородку 7, пеноотстойник 8, регулятор пеносъема зонтичного типа 9, пенный желоб 10, дополнительный аэратор 11, боковую часть креста 12, верхнюю часть креста 13, нижнюю часть креста 14, устройство для вывода хвостов 15, тягу 16, отверстия 17, тягу 18.
1
2
3
1
2
3
Изогнутая по окружности труба 4 может иметь различный радиус закругления. Плоский диффузор 5 имеет прямоугольное поперечное сечение и трапецеидальное продольное сечение. Плоский диффузор 5 меньшим трапецеидальным срезом соединен с изогнутой по окружности трубой 4, а большим срезом - с боковой частью креста 12 плоской сепарационной камеры. Крестообразная сепарационная камера 5 выполнена из двух крестообразных плоских стенок, расстояние между которьми h должно быть не менее одного диаметра изогнутой по окружности трубы (D) и не более 1,5D. Крестообразная сепарационная камера 5 своими боковыми частями креста 12 соединена с большими трапецеидальными срезами плоских диффузоров, верхней частью креста 13 соединена с пеноотстойником 8, а нижней частью креста 14 - с устройством для вывода хвостов 15. Соединение изогнутых по окружности труб 4 с плоскими диффузорами 5 и с боковыми частями крестов 12 сепарационной камеры должно быть выполнено с одинаковым (1\R=1\R=1\R, см. чертеж) или с увеличивающимся радиусом кривизны (1\R<1\R<1\R, см. чертеж). Крестообразные стенки камеры сепаратора 6 могут быть наклонены так, чтобы они сходились друг к другу в верхней части креста 13 и соответственно расходились в нижней части креста 14. Струенаправляющие V-образные перегородки 7 устанавливаются с каждой боковой части креста 13 на выходе из плоских диффузоров 5. При этом расстояние перегородок 7 от верхних стенок боковых частей креста 12 регулируется тягой 16. Стенки V-образных перегородок имеют отверстия 17 (см. Фиг.1 вид А). Дополнительный аэратор 11 установлен в устье нижней части креста 14. Регулятор пеносъема зонтичного типа 9 установлен в пеноотстойнике 8 и регулируется тягой 18.
Пневматическая флотационная машина работает следующим образом. Исходная пульпа, обработанная реагентами, проходит через аэратор 1, в который эжектируется воздух. В камере смешения в аэраторе воздух подвергается дроблению на мелкие пузырьки. С этого момента начинается процесс закрепления гидрофобных частиц или капель эмульсии на пузырьках воздуха и продолжается в тройнике 2 и в двух реакторах 3. Однородный поток аэрированной пульпы из каждого реактора поступает в соответствующие приспособления для расслоения 4, которые изготовлены из изогнутой по окружности трубы. В изогнутых трубах под действием центробежной силы в вертикальной плоскости поток расслаивается на две струи. Частицы с плотностью более плотности среды отклоняются к внешней стенке приспособления 4, а минерализованные пузырьки, имеющие плотность менее среды, отклоняются к внутренней стенке 4. Далее обе струи поступают в плоский диффузор 5, в котором образуются аэрофлокулы. При этом аэрофлокулы остаются в струе и продолжают двигаться по верхней стороне диффузора 5, а пульповый поток продолжает двигаться по нижней стороне диффузора 5. Разделенные струи из плоских диффузоров 5 поступают в боковые части креста 12 крестообразной камеры сепаратора 6 и далее их траектории движения поддерживаются с помощью V-образной струенаправляющей перегородки 7. Из струи с аэрофлокулами отфильтровывается часть пульпы через отверстия 17 в стенке перегородки 7. Далее аэрофлокулы, имеющие положительную плавучесть, поступают в пеноотстойник 8. Аэрофлокулы, имеющие отрицательную плавучесть, тонут в объеме крестообразной камеры, расположенном между V-образными струенаправляющими перегородками 7. Тонущие аэрофлокулы с отрицательной плавучестью поднимаются вверх пузырьками воздуха, поступающими из дополнительного аэратора. В результате все аэрофлокулы поступают в пеноотстойник 8, из которого с помощью регулятора пеносъема зонтичного типа 9 направляются в пенный желоб 10. Пульповые струи из двух плоских диффузоров отклоняются V-образными струенаправляющими перегородками 7 в нижнюю часть креста 14 и разгружаются через устройство для вывода хвостов 15.
Эффективность отделения минерализованных пузырьков и аэрофлокул от пульпы в сепараторе обеспечивается за счет одновременного действия следующих пяти факторов. Первого - предварительного расслоения однородного потока на две струи в центробежном поле, действующем в вертикальной плоскости, а не в горизонтальной, как в прототипе. Второго - интенсификации образования аэрофлокул в плоском диффузоре. Третьего - обеспечения раздельного движения без перемешивания двух струй с помощью V-образных струенаправляющих перегородок. Четвертого - улавливания аэрофлокул и минерализованных пузырьков, имеющих отрицательную плавучесть, пузырьками воздуха, поступающими из дополнительного аэратора. Пятого - уменьшения площади контакта верхнего слоя пены с атмосферным воздухом, что приводит к снижению осыпания частиц из пены. Извлечение пирита при флотации в предлагаемой машине возрастало на 5-10% по сравнению с прототипом, а также увеличивалось качество концентрата на 4-8%. При очистке сточных вод уменьшалась обводненность пенного продукта и возрастала степень очистки от нефтепродуктов и взвешенных частиц на 3-7%.