УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ЗЕРЕН КВАРЦА ПЕННОЙ ФЛОТАЦИЕЙ
DEVICE FOR QUARTZ GRAINS PURIFICATION BY FOAM FLOTATION

Область техники
Изобретение относится к технологии очистки зерен кварца с помощью пенной флотации из исходного сырья природного происхождения, содержащего элементы – загрязнители в количестве от 0,008 до 0,3 %, и может быть использовано при подготовке кварцевых концентратов сухого обогащения, предназначенных для получения кварцевых концентратов высокой чистоты, используемых в полупроводниковой, химической и оптической промышленности.
Предшествующий уровень техники
Пенная флотация представляет собой  физико-механический процесс, основанный на избирательном прилипании частиц  минералов к поверхности двух фаз, как правило, вода-воздух. Стандартные технологические схемы флотационного обогащения подготовленного кварцевого сырья определенной крупности включают селективную флотацию с выделением рудного, слюдяного и полевошпатового циклов. Рудный цикл необходим для удаления минералов тяжелой фракции,  к которым относят роговую обманку (амфибол), гранат, сфен, турмалин, актинолит, пирит, рутил, молебденит. Слюдяной цикл позволяет удалить слюды: биотит, мусковит. Полевошпатовый цикл предназначен для удаления минералов группы полевых шпатов: ортоклаза, микроклина, альбита. В качестве прототипа к заявленному способу выбран  способ очистки зерен кварца пенной флотацией, включающий  коллективную флотацию минеральных примесей с применением флотационных реагентов: анионного, катионного собирателей, вспенивателя, а также регулятора рН среды, осуществляемый в многокамерной флотационной машине механического действия ФМР-10 с непрерывным отделением прореагировавших зерен минеральных примесей (Минералургия жильного кварца»/ Кыштымский горно-обогатительный комбинат; под ред. В.Г. Кузьмина, Б.Н. Кравца. - М.: НЕДРА, 1990, стр. 163-174, (рис.6.2.). Для ведения флотационного процесса  машина ФМР-10, как и любая типовая флотационная машина,  должна обеспечивать:
- перемешивание пульпы для поддержания минеральных частиц во взвешенном состоянии;
- подачу достаточного количества мелких пузырьков воздуха для разделения минеральных частиц;
- создания спокойной зоны пенообразования на поверхности пульпы;
- непрерывную разгрузку пенного и камерного продуктов.
0
В каждой из камер флотационной машины ФМР-10, имеется статор, импеллер и надымпеллерная труба. Статор,  состоящий из диска и лопаток, установленных под углом 60, расположенных по направлению выхода пульпы с вращающего импеллера,  обеспечивает непрерывный  перелив пульпы из одной камеры в последующую через окно в межкамерной перегородке и разбивает сплошной поток воздуха, поступаемого с импеллера на мелкие пузырьки. Импеллер представляет собой вогнутый диск с шестью радиальными лопатками и ступицей. Работающий импеллер обеспечивает подачу воздуха, перемешивание пульпы для поддержания зерен кварца и минеральных примесей во взвешенном состоянии. В надымпеллерннойтрубе находится вал, соединенный с электродвигателем импеллера, при этом надымпеллерная труба имеет патрубок для механической подачи воздуха при работающем импеллере. В этой трубе имеются также отверстия для подачи циркулирующего потока обрабатываемой пульпы на лопатки импеллера, степень открытия которых регулируется заслонкой, обеспечивающей необходимую производительность машины по потоку пульпы в последующие камеры.  Для создания спокойной зоны при снятии пены пеногонном во всех камерах флотомашины имеется типовой радиальный успокоитель.Обязательными для флотационной машины являются  также пеногон и пеноприемник.
Процесс пенной флотации в машине ФМР-10 представляет собой искусственное разделение рудного и слюдяного циклов вследствие подачи в рудный цикл только анионного собирателя для флотации минералов рудной фракции. В результате время флотации минералов группы слюд  затягивается, при этом для ведения процесса очистки от минералов группы слюд используется большее количество флотационных камер. Продукт флотации считается промежуточным для производства особо чистых кварцевых концентратов, качество которых позволяет после кислотной обработки, прокалки и магнитной сепарации получать продукт для микроэлектроники и т.д.
Для достижения необходимого качества концентрата флотационного обогащения, регламентированного временем нахождения пульпы в зоне флотации, количество флотационных камер  колеблется от 20 до 60. Большое количество флотационных камер   требует больших производственных площадей, что влечет повышение расходов электроэнергии, воды, реагентов, расходов по обслуживанию флотационного и подготовительного оборудования. При этом непрерывный процесс флотации, осуществляемый в  машине ФМР-10, состоящей из большого количества  флотационных камер, не обеспечивает должного уровня стабильности очистки камерного продукта до остаточного количества в пределах суммы минералов примесей менее 0,0006 %, т.к. флотационный процесс не рассчитан на получение камерных продуктов требуемой чистоты. При этом, как правило, если камерный продукт не соответствует требуемому качеству, его возвращают в процесс на доработку.
Раскрытие изобретения
Задачей изобретения является сокращение производственных площадей, расходов электроэнергии, воды, реагентов, а также расходов по обслуживанию флотационного и подготовительного оборудования при достижении  качества продукта флотационного обогащения, достаточного  для производства особо чистых кварцевых концентратов.
В отличие от прототипа, где обработку флотационными реагентами потока пульпы, содержащей зерна кварца, с отделением прореагировавших зерен минеральных примесей ведут непрерывно в многокамерной флотационной машине, в заявленном изобретении  обработку пульпы осуществляют в однокамерной флотационной машине периодического действия, камера которой выполнена с возможностью повторной подачи пульпы на дополнительную флотацию в этой же камере.
Таким образом, пульпа, находясь в одной и той же флотационной камере без перетекания в последующие, непрерывно возвращается на дополнительную флотацию. Качество камерного продукта в однокамерной флотационной машине обеспечивается непрерывной подачей зерен кварца и минеральных примесей на повторную флотацию в блок импеллера, с непрерывным отделением прореагировавших зерен минеральных примесей.
В отличие от многокамерной машины ФМР-10, заявленное  устройство содержит одну флотационную камеру,  что снижает расходы электроэнергии, воды, реагентов, расходов по обслуживанию флотационного и подготовительного оборудования. Надымпеллерная труба в машине ФМР-10 имеет не менее четырех отверстий для подачи на лопатки импеллера  циркулирующего потока обрабатываемой пульпы. В заявленном  устройстве  надымпеллерная труба имеет одно отверстие для подачи  циркулирующего потока обрабатываемой пульпы, при этом в камере выполнен канал с отверстием для дополнительной циркуляции  обрабатываемой пульпы, заканчивающийся патрубком для направления  потока обрабатываемой пульпы в отверстие, имеющееся  в  надымпеллерной трубе. Это обеспечивает  возможностью повторной подачи пульпы на дополнительную флотацию в одной и той же  камере флотационной машины.
Зерна кварца, очищаемые в заявленном устройстве, получают дополнительные циклы контакта с флотационными реагентами в одной и той же камере без перетекания в последующую камеру. Время нахождение пульпы, расход реагентов, определяется технологическим режимом на получение кварцевых концентратов требуемых сортов. Полученные таким образом зерна кварца имеют качество, необходимое для последующих циклов процесса обогащения, где конечным продуктом является материал, пригодный для изготовления кварцевого стекла, применяемого в промышленности полупроводников, оптики и световодов.
С помощью изобретения получают продукт, состоящий из зерен кварца флотационного обогащения повышенного качества с минимальным количеством остаточных зерен минералов: рудной фракции  менее 0,0002 %, полевых шпатов менее 0,0004 %. При этом качество зерна кварца определяется по содержанию элементов-примесей в кварцевой крупке. Зерно кварца, очищенное в заявленном устройстве,  в качестве элементов – загрязнителей  содержит в ppm,  не более: 20 алюминия, 5 кальция, 3 железа,  9 натрия,  5, калия,  8 магния. Под зерном кварца здесь понимается  определенное количество кварцевых зерен анализируемой навески (пробы), находящееся в кварцевой крупке.
Новый технический результат, достигаемый заявленным изобретением, заключается в достижении показателей, удовлетворяющих запросам на продукт, состоящий из зерен кварца флотационного обогащения повышенного качества, как  промежуточного продукта для производства особо чистых кварцевых концентратов, осуществляемого в однокамерной флотационной машине.
Заявленное устройство для очистки зерен кварца пенной флотацией содержит  флотационную камеру, выполненную с возможностью загрузки и выгрузки обрабатываемой пульпы,  содержащей зерна кварца, при этом камера имеет статор, импеллер с лопатками и надымпеллернуютрубу,в которой находится вал, соединенный с электродвигателем импеллера, надымпеллерная труба выполнена с возможностью подачи на лопатки импеллера  циркулирующего потока обрабатываемой пульпы и имеет патрубок для механической подачи воздуха при работающем импеллере, согласно изобретению устройство содержит одну флотационную камеру,  надымпеллерная труба имеет одно отверстие для подачи  циркулирующего потока обрабатываемой пульпы, при этом в камере выполнен канал с отверстием для дополнительной циркуляции обрабатываемой пульпы, заканчивающийся патрубком для направления  потока обрабатываемой пульпы в отверстие, имеющееся в  надымпеллерной трубе. Канал для циркуляции обрабатываемой пульпы образован присоединением дополнительной стенки к одной из  стенок флотационной камеры.
Краткое описание чертежей
На рисунке представлено  устройство для осуществления способа.
Осуществление изобретения
Устройство содержит футерованную флотационную камеру 1, в которой  имеется статор 2, импеллер 3 с приводом 4, надымпеллерная труба 5. В камере имеется канал 6 с щелевым отверстием 7, предназначенный для дополнительной циркуляции  обрабатываемой пульпы, заканчивающийся патрубком 8 для направления  потока обрабатываемой пульпы в отверстие 9, имеющееся  трубе 5.  Канал 6 может быть выполнен в типовой машине ФМР-10 путем присоединения дополнительной стенки 10 с щелевым отверстием 7 к одной из  стенок флотационной камеры при условии заглушки всех отверстий в надымпеллерной трубе, кроме одного,  которое предназначенного для  подачи на лопатки импеллера  циркулирующего потока обрабатываемой пульпы. В камере предусмотрены  дренажный клапан 11,  пеногон 12, воздушный патрубок 13 для подачи воздуха в импеллер, типовой радиальный успокоитель и пеноприемник (не показаны). Кроме того, в устройстве предусмотрена  система подачи активированного исходного материала с контактного чана,  узлы загрузки и разгрузки материала,  система подачи горячей и холодной воды с регулированием температуры, система подачи раствора кислоты, система подачи флотационных реагентов,  система подачи воздуха,  система удаления и нейтрализации отходов продуктов обогащения (не показаны).
Коллективную флотацию минеральных примесей осуществляют следующим образом. Исходным продуктом является концентрат сухого обогащения в пределах гранулометрических фракций 25 – 400 мкм. Исходный продукт загружают в контактный чан, где производится оттирка в растворе фтористоводородной кислоты для снятия поверхностных загрязнений с кварцевых зерен. По окончанию процесса оттирки продукт самотеком через сливной патрубок выпускается  во флотационную камеру 1. Процесс флотации производят при значении рН от 5 до 2. Флотационные реагенты  подают через насосы дозаторы (не показаны). Для осуществления рудного цикла, где при рН среды=4,5-5 удаляются минералы: амфиболы, актинолит, сфен, турмалин, биотит, мусковит, используют анионный собиратель  AERO 801 Promoter, вспениватель AERO 845 Promoter,  производства фирмы CYTEC, а также катионный собиратель Armac C производства фирмы  AkzoNobel. Для осуществления полевошпатового цикла,гдепри рН среды=2, создаваемый подачей раствора фтористоводородной кислоты удаляются минералы группы полевых шпатов, используют  анионный собиратель  AERO 801 Promoter, вспениватель AERO 845 Promoter,  производства фирмы CYTEC, катионный собиратель Armac C производства фирмы  AkzoNobel.
Прореагировавшие на гидрофобность минеральные зерна поднимаются на поверхность пульпы на пузырьках воздуха через успокоитель, откуда пеногоном 12 сбрасываются в пеноприемник, далее направляются на нейтрализацию до рН=7 и утилизируется в хвостохранилище. Процесс происходит непрерывно, пока есть пенный продукт. Пенный продукт представляет собой  массу воздушных пузырьков с налипшими на них зернами минералов, имеющими гидрофобную поверхность (не смачивающихся водой). Процесс флотации считается законченным, когда на поверхности пульпы отсутствует пенный продукт. В процессе  флотации в пенный продукт собираются и удаляются минеральные примеси, находящиеся в исходном продукте. По окончанию флотационного процесса, согласно технологического регламента, полученный  камерный продукт через дренажный клапан 11 направляется на промывку, обезвоживание и далее на технологическую линию для получения высококачественных кварцевых концентратов. Полученные таким образом зерна кварца могут быть использованы для последующих циклов процесса обогащения, где конечным продуктом является материал, пригодный для изготовления кварцевого стекла, применяемого в промышленности полупроводников, оптики и световодов. При этом качество зерна кварца определяется по массовой доле элементов-примесей в кварцевой крупке методом оптической спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой. Кварцевая крупка состоит из определенного количества кварцевых зерен анализируемой навески (пробы). Результаты анализа распространяются на все количество зерен кварца, находящихся в пробе, и характеризуют качество кварцевого зерна.Достигаемые результаты  флотационной очистки приведены в таблице.
Таким образом, заявленное изобретение позволяет достичь показателей, удовлетворяющих запросам на продукт, состоящий из зерен кварца флотационного обогащения повышенного качества, как  промежуточного продукта для производства особо чистых кварцевых концентратов, осуществляемого в конструктивно простом устройстве.