ЩЕЛЕВОЙ ДИСПЕРГАТОР

Полезная модель может быть использована в металлургической, горной, химической и других отраслях промышленности, в частности, в технологиях переработки руд, продуктов обогащения и отходов горно-обогатительных и металлургических предприятий, в том числе концентратов, промпродуктов, хвостов, шламов, шлаков и др.
Использование щелевого диспергатора в аэрационной системе для массопереноса кислорода идеально подходит для таких процессов как, например, цианидное выщелачивание золотосодержащих упорных руд, или процессов химической переработки, требующих растворение в жидкости большого количества кислорода.
Заявляемый щелевой диспергатор может быть использован для камер пневматической безимпеллерной флотации, для образования мелких пузырьков в аэраторе с большими сдвиговыми усилиями, что приводит к лучшим показателям извлечения ценных минералов при тонких классах крупности.
Типичными характеристиками по аэрации, определяемыми методом высокоскоростного анализа цифровых видеоизображений, являются:
3
- Количество пузырьков 1,82×1010/м
- Средний диаметр пузырька 308 мкм
- Диапазон крупности 10÷2000 мкм
Широкий диапазон размеров пузырьков от ультратонких крупностью приблизительно 10 мкм до 2-3 мм позволяет поднимать микроники в процессе флотации.
Физический смысл работы щелевого диспергатора аэрационной системы заключается в следующем:
Газ подается через щель между керамическими кольцами внутри диспергатора в камеру формирования пузырьков, образованную наружной поверхностью керамических колец и корпусом диспергатора, с наружной стороны керамических колец в корпус диспергатора, тангенциально подается суспензия (пульпа), которая срывает пузырьки газа и уносит в трубопровод, при этом давление пульпы не должно превышать давление подаваемого газа.. Образование пузырьков зависит от скорости потока пульпы и размера щели. Размер пузырьков определяется срезающими усилиями при выходе воздушного потока из щели в пульпу. Практически установлено, что скорость пульпы должна быть больше 10 м/сек, а размер щели не более 0,5 мм в сочетании с объемом проходящей пульпы.
Известен Аэратор для диспергации сжатого воздуха в пульпе по патенту на полезную модель РФ №37716 включающий сплошную внешнюю трубу с патрубком для подачи сжатого воздуха, перфорированную трубу, расположенную соосно внутри внешней трубы, разгонную трубу с отверстием в центре, расположенную соосно над внешней трубой, устройство для выброса пульповоздушной смеси, где патрубок для подачи сжатого воздуха выполнен тангенциальным к боковой поверхности внешней трубы, а устройство для выброса пульповоздушной смеси выполнено в виде усеченного конуса из отбойных дисков, основание которого размещено на верхнем срезе разгонной трубы. Недостатком известного решения является конструкция устройства выброса пульповоздушной смеси, которая может обеспечить образованию преимущественно крупных пузырьков при минимальном образовании мелких.
Наиболее близким, по совокупности конструктивных признаков, решением, которое рассматривается заявителем в качестве прототипа, является аэрационная система с самоуплотняющимся аэратором по заявке Австралии AU 2005202215, где сжатый газ (воздух, кислород и т.д.) подается в емкость с мешалкой по каналу через ряд самоуплотняющихся аэраторов. Конструкция аэратора представляет собой протяженный корпус с газовым входом для подачи кислорода под давлением и выпускной клапан на другом конце. Клапан состоит из седла клапана и запорного элемента, соединенного со штоком, с помощью которого обеспечивается возможность движения запорного элемента открывающего или закрывающего клапан. Шток, выполнен полым, что обеспечивает подачу газа от газового входа к клапану с поперечной полостью, соединяющую осевую полость штока с текучей средой в камере. Смещающий элемент в виде пружины обеспечивает перемещение штока в закрытое состояние клапана.
Давление газа в канале подачи газа создает усилие, которое воздействует на кольцевое основание. Когда усилие, создаваемое сжатым газом, превосходит усилие, создаваемое пружиной, основание начинает перемещаться, в следствии чего запорный элемент клапана, закрепленный на полом штоке поршня поднимается над седлом и образует радиальную конусообразную щель между седлом и клапаном, через которую сжатый газ через полый шток диспергируется непосредственно в суспензию. Принцип работы известного устройства аналогичен работе пористого диспергатора.
Однако, из многолетней практики использования пористых диспергаторов следует, что наиболее эффективно диспергация газа и образование мелких пузырьков происходит при номинальном размере пор 0,5…15 микрон. При больших размерах происходит формирование крупных пузырей, что сводит диспергацию сжатого газа к барботированию. Но тогда щель для оптимальной работы аэратора должна быть в пределах 10 микрон. Однако, отрегулировать давление сжатого газа, подаваемого в аэратор для обеспечения щели в 10 микрон практически невозможно. Щель будет или большего размера или будет закрыта. Инструментальный контроль такого размера щели трудноосуществим. Вследствие этих причин устойчивого процесса диспергирования и образования пузырьков не будет.
Техническим результатом, на достижение которого направлена заявленная полезная модель, является повышение надежности и эффективности работы щелевого диспергатора системы аэрации, обеспечивающего устойчивость процесса диспергирования
Заявленный технический результат достигается тем, что щелевой диспергатор, включающий протяженный корпус с газовым входом для подачи газа под давлением и расположенным на другом конце выпускным клапаном, полым подпружиненным штоком, соединенным одним концом с запорным элементом клапана, с возможностью его возвратно-поступательного движения и обеспечения подачи газа от газового входа к клапану, корпус со стороны выпускного клапана выполнен с камерой формирования пузырьков, содержащей отводную трубу и тангенциальный патрубок подачи пульпы, выпускной клапан выполнен в виде сборки неподвижного и подвижного керамических колец с образующими запорный элемент притертыми торцами, установленными с возможностью регулировки зазора щели между кольцами, при этом газовый вход выполнен в виде герметичной камеры мультипликации, соединенной с корпусом посредством упругой мембраны, закрепленной на штоке, при этом за пределами камеры мультипликации шток снабжен втулкой с регулировочным фланцем, возвратной пружиной, размещенной на штоке во втулке, и ответным фланцем, установленными с возможностью регулировки щели межу фланцами стопорными гайками.
Конструкция щелевого диспергатора поясняется графическими материалами на фиг. 1.
Где 1 - подвижное керамическое кольцо, 2 - неподвижное керамическое кольцо; 3 - камера формирования пузырьков; труба - 4, отводящей пульпу, обогащенную пузырьками газа; щель - 5, через которую подается газ; основной корпус - 6; узел уплотнения - 7; полый подвижный шток - 8; мембрана - 9, герметично закрепленная на полом штоке; камера газового мультипликатора - 10; втулка с регулировочным фланцем - 11; ответный фланец - 12; обратный клапан - 13; возвратная пружина - 14; стопорные гайки - 15.
Щелевой диспергатор работает следующим образом.
1
1
При подаче сжатого газа (воздуха, пара, кислорода под давлением) в диспергатор, срабатывает обратный клапан (13), сжатый газ попадает в камеру газового мультипликатора (10), одновременно заполняя всю зону сжатого газа (19), при этом щель диспергатора (5), закрыта полностью. Давление газа воздействует на мембрану (9), мембрана жестко закреплена на подвижном полом штоке (8), шток сжимает пружину (14) и перемещается в сторону направления усилия F полученного от воздействия сжатого газа на мембрану. Ход штока от 0,02 мм до 0,5 мм. Усилие F равно
1
1
1 газа
F=S*P
1 газа
2
где P - давление подаваемого газа кгс/см
1
1
2
2
2
S - площадь мембраны, см S=r=(Dm/2)
С обратной стороны от пружины на полом штоке жестко закреплено керамическое подвижное кольцо, оно перемещается на величину L и образует зазор щели (5) между подвижными (1) и неподвижными (2) керамическими кольцами.
Зазор щели регулируется стопорными гайками (15) и замеряется щупом между регулировочными фланцами (11 и 12). Регулировка щели производится тогда, когда давление сжатого газа в камере газового мультипликатора (10) равно нулю. Сжатый газ поступает через щель (5) в камеру формирования пузырьков (3), см. фиг 1, (17 на сечении А-А).
При включении насоса подачи пульпы, пульпа тангенциально подается в камеру формирования пузырьков (3). Патрубок подачи пульпы располагается таким образом, что при входе в камеру формирования пузырьков (3) патрубок имеет эллипсное сечение, см. сечение А-А. При этом поток пульпы сужается и направляется вдоль щели, образованной керамическими кольцами, через которую поступает сжатый газ, и закручивается по окружности (сечение А-А, поз-16). Поток пульпы поднимается по спирали и уходит в отводящую трубу (4). Для нормального формирования пузырька, скорость потока пульпы должна быть не менее 10 м/сек.
1
1
2
1
3
2
При аварийном отключении подачи сжатого газа происходит следующее: Давление газа P падает, соответственно усилие F стремится к нулю, вследствие чего усилие пружины F, направленное в противоположную сторону усилию F перемещает полый шток (8) с закрепленным к нему подвижным керамическим кольцом (1) в исходное положение, при этом щель (5) закрывается и блокирует попадание пульпы в зону сжатого газа (или пневмосистему). Так, как торцевое зеркало керамических колец притерто между собой (18), керамические кольца начинают работать как обратный клапан. Кроме того на подвижное кольцо (1) воздействует усилие пульпы F, направление которого совпадает с усилием пружины F и равно:
3
2
2
F=Р S
2
Где Р - давление пульпы на выходном патрубке насоса
2
S - площадь круга по наружному диаметру подвижного керамического кольца
1
2
2
S=r=(Dк/2)
1
2
2
Для нормальной работы щелевого аэратора потока необходимо выдерживать условие, при котором давление сжатого газа Р должно быть на 1,5-2 кгс/см больше давления пульпы Р
Отсюда вытекает следующая зависимость:
1
2
3
F>F+F
При выполнении этих условий щелевой диспергатор аэратор потока работает в оптимальном режиме, обеспечивая устойчивый процесс диспергирования