Устройство Бабенко-Першина для обогащения полиметаллических руд напорной флотацией

Предлагаемое техническое решение относится к области обогащения полиметаллических руд, в частности для обогащения мелко и тонко вкрапленных руд, а также для извлечения тонких фракций драгоценных металлов из руд и золотосодержащих песков совместно с известными способами, а также самостоятельно из отходов обогащения прошлых лет.
Единственным аналогом, принятым нами в качестве прототипа, является наш патент на изобретение №2507007 «Способ извлечения избранных минералов из рудных пульп напорной флотацией и устройство для его осуществления», приоритет от 16.08.2012 г., опубликован 20.02.2014 г., в бюл. №5. Это изобретение предназначено для обогащения полезных ископаемых новым методом - напорной флотацией.
Данное известное устройство для обогащения руд методом напорной флотации, включает два вспомогательных агрегата - сатуратор очищенной воды воздухом под давлением и контактной чан-сместитель пульпы с флотореагентами, а также пневматическую флотомашину колонного типа.
На фиг. 1 представлено вспомогательное известное устройство для кондиционирования пульпы: чан-смеситель пульпы с флотореагентами, а на фиг. 2 представлено второе вспомогательное устройство-сатуратор воды воздухом под давлением.
Прототип включает цилиндрический корпус, струйный и последовательно полочный смесители пульпы, кондиционированной в контактном чане-смесителе флотореагентами, с водой, сатурированной воздухом под давлением в сатураторе. Полочный смеситель соединен с перфорированным распределителем пульпы, закрепленным в центре флотокамеры над потоком транспортных пузырьков, генерируемых у дна флотокамеры диспергатором воздуха, питаемого из ресивера, а пенный слой на поверхности пульпы омывается чистой водой из брызгал.
В прототипе осуществлена стабилизация уровня пульпы во флотокамере с помощью специальной автоматической электронной системы управления изливом камерного продукта через электромеханический клапан на дне флотокамеры, соединенный с электронным блоком управления. Этот блок связан с датчиком уровня пульпы, установленным на поверхности пульпы во флотокамере. Данная система поддерживает уровень пульпы, сбрасывая камерный продукт по мере поступления свежих порций смеси пульпы с сатурированной водой.
Недостатком данного прототипа является довольно сложная система управления уровнем пульпы при поступлении ее свежих порций. Установленный на поверхности пульпы датчик ее уровня может давать сбои из-за налипания на нем твердой фазы пульпы. Кроме того, при нижнем сбросе камерного продукта не исключено увлечение потоком пульпы медленно всплывающих мелких агрегатов «частица-пузырек», не успевших прилипнуть к транспортным пузырькам. В дополнение к этому, можно отметить и не очень эффективный пассивный сброс пенного продукта с поверхности пульпы в пеносборник через борт флотокамеры.
Для устранения описанных недостатков прототипа предлагается получение следующих новых существенных технических результатов: повышение
извлечения из пульпы заданных компонентов и упрощение управления процессом флотационного обогащения.
Эти новые существенные технические результаты достигаются введением в первый независимый пункт формулы двух новых существенных признаков: «флотакамера снабжена в верхней части корпуса отстойником пульпы, герметично закрепленным коаксиально внешней его поверхности, донный выпуск которого соединен с регулятором прямого действия в форме сифона, закрепленного снаружи на уровне поверхности пульпы во флотокамере». Третий технический несущественный результат заключается в регулировании излива камерного продукта из сифона в зависимости от производительности флотокамеры по пульпе. Этот технический результат достигается тем, что во 2-ой пункт формулы, зависимый от пункта 1, включен несущественный признак: «На наружной поверхности сифона, выпускающего камерный продукт из флотокамеры, подвижно закреплена муфта, позволяющая изменять уровень излива пульпы из сифона при изменении производительности флотокамеры по пульпе».
Четвертый несущественный технический результат заключается в принудительном удалении пенного продукта с поверхности пульпы без его завихрений с пульпой. Этот технический результат достигается тем, что в третий пункт формулы, зависимый от п. 1, включен несущественный признак: «На внешней поверхности отстойника пульпы герметично закреплен коаксиально его внешней поверхности пеносборник, а на поверхности пульпы в отстойнике горизонтально закреплена успокоительная решетка, на которой размещены серповидные лопасти скребкового механизма».
Пятый несущественный технический результат заключается в преодолении трения камерного и пенного продуктов при их движении в отстойнике и пеносборнике. Этот технический результат достигается тем, что в 4-ый пункт формулы зависимый от п. 3 включен несущественный признак «дно отстойника пульпы имеет уклон в сторону сифона не менее 20 градусов, а дно пеносборника
имеет уклон не менее 30 градусов в сторону, противоположную уклону дна отстойника пульпы».
Для пояснения материала заявки представлены следующие фигуры, демонстрирующие известные устройства и предлагаемое:
Фиг. 1 Известный контактный чан-смеситель пульпы с флотореагентами.
Фиг. 2 Известный сатуратор для насыщения воды воздухом под давлением
Фиг. 3 Заявляемая полезная модель «Устройство для обогащения руд напорной флотацией».
Фиг. 4 Струйный смеситель состоит из: а) струйный смеситель (в плане); б) корпуса струйного смесителя (вертикальный разрез).
Фиг. 5 Кольцевой перфорированный распределитель смеси пульпы с сатурированной водой во флотационный камере (вид снизу).
Фиг. 6 Верхняя часть флотокамеры фигуры 3 (а)вертикальный разрез, б) в аксонометрии с разрезом).
Фиг. 7 Успокоительная решетка над поверхностью пульпы в отстойнике.
Фиг. 8 Серповидные лопасти скребкового механизма на поверхности успокоительной решетки в отстойнике пульпы.
Чан-смеситель, представленный на фиг. 1, имеет цилиндрический корпус 1, который снабжен трубой 2 для подачи в чан смеси пульпы с избранными флотореагентами. В центре чана закреплена полая труба 3 с отверстиями 4 в ее верхней части. В центре этой трубы закреплен вал 5 с мешалкой 6 осевого типа. В верхней части корпуса закреплена труба 7 для слива готовой кондиционированной пульпы. Над корпусом закреплен электродвигатель 8, который через ременную передачу осуществляет вращение вала с мешалкой.
Работа контактного чана смесителя.
Смесь пульпы с дозированными количествами избранных флотореагентов поступает через трубу 2 в полую трубу 3. Здесь под действием вращения лопастей мешалки 6 возникший поток пульпы поднимается вверх и изливается из отверстий 7 трубы в полость чана, откуда пульпа вновь засасывается мешалкой и вновь изливается из отверстий 7. Так, в продолжении этих циклов частички
пульпы многократно сталкиваются с молекулами флотореагентов, подобранных специально для заданных извлекаемых компонентов, и слипаются с ними.
Флотореагенты - собиратели, молекулы которых имеют биполярную структуру, состоящую из химически активного радикала на одном конце, присоединенным к нему радикалом линейного углеводорода, имеющего предельно высокие гидрофобные свойства.
При активном перемешивании эти молекулы сталкиваются с частицами избранных компонентов и прилипают к ним химически активными радикалами, а гидрофобные углеводородные радикалы молекулы стелются по поверхности частицы, придавая этой поверхности гидрофобные свойства. Другие флотореагенты, молекулы которых гидрофильны, прилипают к гидрофильной поверхности частиц пустой породы, усиливая тем самым гидрофильные свойства их поверхности. В результате частицы извлекаемых компонентов приобретают свойства кардинально отличающиеся от многочисленных частиц пустой породы. Коренное их различие заключается в том, что над гидрофобной поверхностью образуется очень тонкая гидратная оболочка, состоящая из молекул воды очень слабо связанных с этой гидрофобной поверхностью, а к гидрофильной поверхности частиц пустой породы примыкает мощный гидратный слой молекул воды которые прочно связаны с гидрофильной поверхностью частиц. Именно в этом состоит процесс кондиционирования пульпы.
При достижении требуемых параметров кондиционирования пульпы, которые определяют экспериментально, пульпа переливается через порог слива и пертекает в трубу 7, доставляющую ее к флотомашине.
На фиг. 2 представлено второе вспомогательное устройство - сатуратор воды воздухом.
Это устройство включает корпус 9, трубу 10, подводящую воду в сатуратор через клапан регулирования потока воды 11 и расходомер 12, в смеситель 15 воды с воздухом, который поступает из атмосферы через клапан 13, регулирующий поток воздуха и через расходомер воздуха 14.
Смеситель 15 соединен с всасывающим патрубком всасывающего насоса 16 роторного типа, а напорный патрубок этого насоса соединен с всасывающим патрубком насоса-сатуратора 17, также роторного типа. Напорный патрубок этого насоса соединен с клапаном обратного давления 18 типа предохранительного клапана. Выходной патрубок этого клапана 18 соединен с трубой 19 транспортирующий сатурированную воду к флотационной машине (см. фиг. 3).
Данный сатуратор работает следующим образом.
Работа этого сатуратора основана на законе Генри, открытом английским химиком Уинстоном Генри в 1803 году и названном его именем.
Согласно этому закону растворимость малорастворимых газов в жидкости, в частности воздуха в воде прямо пропорциональна давлению этого газа над жидкостью при равенстве прочих условий. В частности, во сколько раз повышается давление воздуха над поверхностью воды, во столько же раз повышается и растворимость воздуха в воде при той же температуре в сравнении с его растворимостью при атмосферном давлении.
3
3
3
3
Эта зависимость растворимости воздуха в воде от давления воздуха над водой в сравнении с атмосферным давлением принятым за ноль, представлена в таблице, где эта зависимость дана для температур 15°C, 20°C, 25°C и 30°C.Так, если при 25°C растворимость воздуха в воде при атмосферном давлении составляет 16,7 дм/м, то при избыточном давлении 0,6 МПа, т.е. в 7 раз больше атмосферного, растворимость воздуха составит 116,9 дм/м воды.
3
3
3
3
3
Это в 7 раз больше растворимости воздуха в воде при той же температуре при атмосферном давлении. Следовательно, в этом случае необходимо на каждый кубический метр воды, подаваемый в сатуратор, вводить воздух в объеме ≈117 дм/м, но с учетом содержания в подаваемой воде, например 10 дм воздуха в 1 м воды, количество подаваемого воздуха можно снизить до 107 дм на каждый, подаваемый в сатуратор кубический метр воды. В этом случае при работе насоса-сатуратора не останутся пузырьки не растворившегося воздуха, которые ухудшают работу роторного насоса установленного в сатураторе.
Верхний предел давления, создаваемого в насосе-сатураторе 17 зависит от установленного на выходе сатуратора регулятора обратного давления 18, который начинает пропускать через себя сатурированную воду в трубу 19 только при достижении в сатураторе давления, заданного регулятора давления 18.
Сатуратор работает следующим образом. Под действием всасывающего насоса 16 по трубе 10 всасывается осветленная вода, из которой предварительно удалены взвешенные примеси (отстаиванием или фильтрацией), поступающая через регулирующий клапан 11 и расходомер 12. В смесителе 15 вода смешивается с атмосферным воздухом, поступающим из атмосферы через регулирующий клапан 13 и расходомер 14. Полученная смесь воды с воздухом, в соотношении достаточном для полного растворения воздуха в воде при заданном давлении, засасывается во всасывающий патрубок всасывающего насоса 16. В этом насосе происходит начало растворения воздуха в воде при энергичном перемешивании под сравнительно небольшом давлении. Затем из напорного
патрубка этого насоса водо-воздушная смесь поступает во всасывающий патрубок насоса-сатуратора 17. Здесь при энергичном перемешивании смеси давление поднимается до значения заданного регулятором обратного давления 18. При достижении заданного давления введенный воздух полностью переходит из газовой фазы в фазу раствора, который прорывается через клапан 18, поступая в трубу 19, транспортирующую полученную сатурированную воду в струйный сместитесь 23 флотокамеры, представленной на фигуре 3.
На фигуре 3 представлена заявляемая полезная модель «Устройство для обогащения руд напорной флотацией».
Это устройство включает цилиндрический корпус 20, к которому присоединена система подачи кондиционированной пульпы из сливного патрубка 7 контактного чана-сместителя (фигура 1), включающая регулирующий клапан 21, соединенный с расходомером пульпы 22, который в свою очередь соединен со струйным смесителем 23 пульпы с сатурированной водой. Струйный сместитесь соединен с полочным смесителем 24, который в свою очередь соединен через трубу 41 с распределителем 25 пульповой смеси с сатурированной водой по сечению фотокамеры в нижней ее части.
В верхней части фотокамеры герметично закреплен отстойник пульпы 26 коаксиально внешней поверхности флотокамеры. Нижняя часть этого отстойника соединена с регулятором прямого действия в форме сифона 27. На наружной поверхности этого сифона подвижно закреплена муфта 28, позволяющая изменять уровень излива пульпы из сифона при изменении производительности флотокамеры по пульпе. Сифон расположен в камере, нижняя часть которой соединена с трубой 29, транспортирующей отработанную пульпу на хвостохранилище.
На поверхности отстойника 26 герметично закреплен так же коаксиально его внешней поверхности пеносборник 30, имеющий трубу 31 сброса пенного продукта в пенонакопитель. Дно отстойника пульпы 26 имеет уклон в сторону сифона не менее 20°, а дно пеносборника 30 так же имеет уклон не менее 30° в противоположную сторону.
Над поверхностью пульпы в отстойнике 26 горизонтально закреплена успокоительная решетка 32, образующая щель 33 для перетока камерного продукта через верхний срез цилиндрического корпуса 20 в отстойник пульпы 26. На поверхности успокоительной решетки 32 установлены серповидные лопасти 35 скрепкового механизма 34.
Для корректировки горизонтального положения успокоительной решетки 32 на ее кромке имеются три установочных винта. На фигуре 7 показан вариант установки регулирующих винтов 43. На фигуре 4 представлено строение струйного смесителя 23, где под литерой «а» показан струйный смеситель в плане, состоящий из кольцевой трубы 23, на внутренней поверхности которой закреплены сопла 37 с наклоном вниз и в сторону. Питание струйного смесителя сатурированной водой осуществляется из сатуратора (фиг. 2) по трубе 19. Струйный смеситель 23 закреплен в цилиндрическом корпусе 38 с фланцами 39 с обеих сторон, как показано на фигуре 4 (литера «б»). Верхний фланец герметично соединен через резиновую прокладку с ответным фланцем на трубе 7, транспортирующую пульпу из чана-смесителя пульпы с флотореагентами (см. фиг. 1). Нижний фланец этого цилиндрического корпуса соединен с ответным фланцем трубы 24, где размещен полочный смеситель 24. Этот полочный смеситель 24 соединен с перфорированным распределителем пульпы 25 с помощью трубы 41, который представлен на фигуре 5, где показан вид распределителя пульпы снизу. Этот распределитель 25 представлен кольцом полой трубы диаметр которой равен диаметру подводящей трубы(конструкция распределителя пульпы показана на фиг. 5). С нижней стороны в распределителе имеются отверстия 42, диаметром не менее диаметров частиц пульпы. В нижней конической части корпус флотомашины снабжен клапаном 36 (см. фиг. 3) для слива сточной воды при чистке флотокамеры.
Работа предлагаемого технического решения «Устройство для обогащения руд напорной флотацией». Пульпа, кондиционированная в чане-смесителе с флотореагентами поступает по трубе 7 в предлагаемую флотомашину через регулирующий клапан 21 и расходомер 22 с требуемым расходом пульпы. Затем
3
3
эта пульпа поступает в цилиндрический корпус 38 струйного смесителя 23 (см. фиг. 4). Здесь из сопел 37 в нижней части кольцевой трубы 23 с большим напором вырываются струи сатурированной воды, поступающей по трубе 19 из сатуратора (см. фиг. 2), которые врезаются с наклоном в столб пульпы, находящийся в цилиндрическом корпусе. От этого воздействия столб пульпы начинает вращаться и обрабатывается струями сатурированной воды со всех сторон. Созданная смесь кондиционированной пульпы с сатурированной водой дополнительно перемешивается в полочном смесителе 24 в процессе ее перетока с полки на полку. Затем гомогенизированная смесь поступает через трубу 41 в кольцевую трубу 25 с диаметром из такой же трубы. Здесь из отверстий в нижней стороне этого распределителя изливаются струи поступающей пульповой смеси по сечению флотокамеры. В результате тщательного перемешивания пульпы с сатурированной водой, вся водная фаза пульпы оказывается смешанной с сатурированной водой, которую вводят в пульпу в количестве не менее 0,1 м на 1 м пульпы.
Здесь необходимо отметить что у закона Генри, описанного выше, имеется следствие, которое можно сформулировать следующим образом «При снижении давления газа над жидкостью, например воздуха над поверхностью воды, пропорционально снижается и растворимость газа в жидкости, в том числе и воздуха в воде. В результате этого, раствор газов в жидкости, в том числе и воздуха в воде оказывается в неравновесном-пересыщенном состоянии. Поэтому возникшая неравновесная система самопроизвольно начинает переходить в равновесное состояние путем спонтанного (самопроизвольного) перехода газа, в данном случае воздуха, из фазы пересыщенного раствора в свободную газовую фазу. Именно этот процесс происходит в смеси пульпы с сатурированной водой при снижении давления во флотокамере до атмосферного.
3
Если этот переход осуществляется в объеме водной фазы, то этой неравновесной системе вода-воздух необходимо затрачивать, как известно из справочных данных 21 кДж энергии на разрыв межмолекулярных связей в 1 Моле воды, эквивалентного 18 граммам воды или 18 см воды при образовании
3
3
воздушной полости (пузырька воздуха) в объеме воды. И если этой энергии достаточно, то в водной фазе выделяются пузырьки воздуха. Но есть и другой вариант - самопроизвольное возникновение процесса перехода воздуха из фазы пересыщенного раствора в газовую фазу непосредственно на гидрофобной поверхности частиц. Этот процесс совершается на гидрофобной поверхности благодаря тому, что к ней прилегает очень тонкий гидратный слой, состоящий из молекул воды, слабо связанных с этой поверхностью. Возникающий на данной поверхности зародыш пузырька легко, почти без затрат энергии, сдвигает молекулы воды без разрыва их связей и далее растет за счет диффузии воздуха из прилегающей водной фазы, пересыщенной воздухом. И возникновение зародыша пузырька, и его последующий рост за счет диффузии воздуха, совершаются во времени от начала смешения пульпы с сатурированной водой струйным смесителем и полочным смесителем, и заканчивается подъемом частиц совместно с организованным восходящим потоком пульпы во флотокамере до ее поверхности. Обязательным условием возникновения и продолжения этого флотационного процесса является возникновение состояния пересыщения воздухом водной фазы пульпы. По расчетам, такое состояние пульпы возникает при ее смешивании с сатурированной водой в соотношении не менее 0,1 м сатурированной воды на 1 м пульпы. В случае если сатурированную воду ввели в большем объеме или ее насытили воздухом при большем давлении, переход воздуха из фазы раствора в газовую фазу может происходить параллельно и в объеме раствора. Но и в этом случае, возникшие воздушные пузырьки не ослабляют, а усиливают всплытие агрегатов «частица-пузырек» за счет слипания их с пузырьками этих агрегатов, выполняя роль транспортных пузырьков.
Следует отметить, что роль транспортных пузырьков, генерируемых на дне флотокамеры диспергатором в прототипе, в предлагаемом техническом решении резко ослабляется благодаря организованному восходящему потоку пульпы, осуществляющего роль транспорта создаваемых агрегатов в форме «частица-пузырек». В этом случае даже мелкие агрегаты, достигнув поверхности пульпы в отстойнике, остаются на поверхности, слипаясь с
напорной флотации в предлагаемой полезной модели может проходить без существенных изменений и без участия в процессе флотации транспортных пузырьков. В связи с этим и распределитель пульповой смеси в объеме флотокамеры существенно не влияет на флотационный процесс, хотя и распределяет поступающую пульповую смесь по сечению флотокамеры. Таким образом, признак прототипа, касающийся наличия транспортных пузырьков пульповой смеси с сатурированной водой может быть опущен. Что касается признака «распределитель пульпы во флотокамере», то его роль в прототипе как распределителя пульпы над потоком транспортных пузырьков, исчезает вместе с исчезновением самих пузырьков. Остается его роль как распределителя пульпы по площади горизонтального сечения флотокамеры.
В смеси пульпы с сатурированной водой, поступающей во флотокамеру, происходит во времени процесс самопроизвольного образования всплывающих агрегатов «частица-пузырек» как на гидрофобной поверхности крупных частиц, где зародышей пузырька может образовываться несколько, так и на гидрофобной поверхности мелких и даже тонких частиц. Эти агрегаты поднимаются совместно с потоком пульпы на поверхность. Во время этого подъема зародыши пузырьков растут за счет диффузии воздуха из прилегающей водной фазы, пересыщенной воздухом.
Собравшийся на поверхности пульпы пенный слой всплывает на поверхность успокоительной решетки 32, откуда сбрасывается серповидными лопастями 35 скребкового механизма 34 в пеносборник 30. А обедненная пульпа в щели 33 под успокоительной решеткой без завихрений плавно перетекает через срез корпуса флоткамеры в отстойник 26 и далее изливаясь через край муфты 28 на сифоне 27 сливается в трубу 29, которая направляет этот обедненный камерный продукт на хвостохранилище.
Предлагаемая модель при ее практическом использовании способна существенно совершенствовать процесс обогащения труднообогатимых руд, снизить трудоемкость и в тоже время повысить рентабельность процесса
обогащения, и упростить систему управления, за счет регулятора прямого действия (сифона, регулирующего уровень пульпы во флотокамере). В частности позволит обогащать мелко и даже тонковкрапленные руды. Кроме того, предлагаемое техническое решение, основанное на новом методе обогащения - напорной флотацией, в связи с отсутствием в нем инерционной составляющей, присущей классическому методу флотации, не зависит от размера извлекаемых частиц классическим методом флотации, а зависит лишь от степени гидрофобности их поверхности. На основе этого, данным методом могут быть успешно обогащены громадные запасы лежалых хвостов обогащения прошлых лет, содержащих мелкие и тонкие классы частиц драгметаллов и ценных минералов, не извлекающихся существующими методами обогащения. Эти запасы лежалых хвостов можно рассматривать как техногенные месторождения руд измельченных, складированных и готовых для обогащения новым методом обогащения - напорной флотацией.
Кроме того, данный метод флотации может быть использован и для природных месторождений, например, золота, содержащих золото мелких и тонких классов.
Видный ученый геолог Шило Николай Алексеевич, посвятивший свои многолетние исследования изучению разнообразных россыпей, в своей монографии «Учение о россыпях. Теория россыпеобразующих рудных формаций и россыпей» (Владивосток, Дальнаука, 2003 г., стр. 473), сообщил, что в Якутии распространены россыпи с большими запасами золота тонких классов крупности «…Однако, их разведка, и, тем более, отработка, возможны только при наличии совершенных технологий. Без решения этой проблемы весь район, где сосредоточены россыпи, содержащие тонкое золото, запасы которого могут быть оценены сотнями тонн, не могут быть введены в промышленный оборот».
Предлагаемое техническое решение, которое в отличие от классического метода флотации, способно извлекать из кондиционированных руд гидрофобизированные частицы минералов и благородных металлов тонких классов крупности. На основании этого представляется, что наше техническое
решение можно расценивать как совершенную технологию, способную ввести в промышленный оборот указанные россыпи и не только эти, но и целый ряд других аналогичных месторождений.
Предлагаемое техническое решение в отличие от классического метода флотации способно селективно извлекать из кондиционированных рудных пульп гидрофобизированные частицы минералов и драгоценных металлов тонких классов крупности, не зависимо от их размеров.
Как правопреемник Советского Союза, Россия стала участником международных соглашений, подписанных Советском Союзом. В частности Россия стала участником Парижской конвенции по охране промышленной собственности от 1983 г. В статье 4-ter этой конвенции декларируется право изобретателя: «Изобретатель имеет право быть названным в качестве такового в патенте».
Мы считаем, что представленное техническое решение «Устройство для обогащения руд напорной флотации», основанное на совершенно новом методе флотации, извлечение гидрофобных частиц которым из рудных пульп, не зависит от размера частиц, а зависит лишь от степени гидрофобности их поверхности.
Таким образом данное техническое решение мы классифицируем как пионерское, и просим назвать наше техническое решение как « Устройство Бабенко-Першина для обогащения руд напорной флотации».