Колонный сепаратор и способ на основе минерализационно-флотационной сепарации
COLUMN SEPARATOR AND METHOD BASED ON MINERALIZATION-FLOTATION SEPARATION

Область техники изобретения
Настоящее изобретение относится к колонному сепаратору и способу на основе минерализационно-флотационной сепарации, а конкретно к колонному сепаратору и способу на основании минерализационно-флотационной сепарации, пригодного для технологии переработки минерального сырья в области флотации этого сырья.
Уровень техники изобретения
По мере увеличения доли механизированной угледобычи и снижения качества промытого угля угольный шлам характеризуется сложностью сепарации вследствие его тонкого измельчения, высокого содержания золы, высокой степени внутреннего врастания и т.п.Сложно синергически понизить содержание золы в обогащенном угле и повысить степень извлечения обогащенного угля в процессе сепарации угольного шлама, в связи с чем срочно требуются технология и оборудование для эффективного разделения угольного шлама при его флотации. По мере развития технологии сепарации угольного шлама постоянно появлялось инновационное оборудование, однако между реальной и по-настоящему эффективной сепарацией все еще существует большой разрыв. Являясь ведущим сепарирующим оборудованием для сепарации угольного шлама, флотационная установка сталкивалась со все большим количеством проблем в процессе сепарации угольного шлама.
Спустя десятилетия развития, флотационная установка значительно прогрессировала, продемонстрировав разнообразные тенденции к развитию, например, как установка Wemco, закладочная, скоростная, струйная флотационные установки и т.п. Основные преимущества выражаются в виде высокой устойчивости к помехам в процессе производства, сильного турбулентного потока, низкого слоя пены и хорошего эффекта при сепарации крупных частиц. Однако проблема отдельных режимов минерализации и сепарации флотационной установки не решена, слой пены в установке тонкий, а также требуется усовершенствование избирательности сепарации минералов микроскопических размеров, причем аспект согласования режимов минерализации и сепарации флотационной установки следует оптимизировать в соответствии с фактическим процессом флотации угольного шлама. В существующей производственной практике степень извлечения большинства флотационных установок улучшают, в основном, за счет увеличения количества рифлений или секций производственной линии, что приводит к возникновению проблем громоздкости технологического процесса флотации и повышения энергопотребления. Однако в отношении угля, представляющего сложность при флотации, время флотации только увеличивается, а эффективность сепарации ограничена. Флотационная колонна обладает хорошим эффектом сепарации с высокой избирательностью в отношении микроскопических материалов благодаря таким своим характеристикам, как высокий слой пены, сильный фильтрующий эффект, повышенная способность к статическому разделению и т.д., а также имеет высокое распространение в области флотации, приобретая все большее значение для сферы сепарации минералов. Во множестве стран проведена большая работа. Например, были разработаны флотационная колонна Джеймсона, микропузырьковая флотационная колонна, колонна флотации навстречу/против потока, флотационная колонна равномерного потока с сетчатой тарелкой и т.п. Однако все еще существует множество проблем, подлежащих дальнейшему изучению и совершенствованию. Например, распространенными проблемами при сепарации флотационной колонной на практике являются: некоторая недостаточность очистной способности оборудования; низкая производительность минерализации крупных частиц, а также сложность обеспечения низкой вероятности потери минерализованных пузырьков с крупными частицами в процессе флотации и некоторая недостаточность извлекаемости этих частиц. Также вследствие краткости процесса флотации имеется недостаток устойчивости к колебаниям при подаче разносортного угля. Эти проблемы непосредственно сказываются на том, что содержание золы в остаточном угле при флотации низкое, и часть крупных частиц с низким содержанием золы теряется.
Сущность изобретения
Техническая задача: для устранения недостатков вышеприведенной технологии по настоящему изобретению предлагаются колонный сепаратор и способ на основе миниреализационно-флотационной сепарации, обладающие компактной конструкцией, высокой очистной способностью, высокой производительностью сепарации, а также удобством установки и эксплуатации.
Техническое решение: для выполнения задачи относительно вышеприведенного устройства колонный сепаратор, основанный на минерализационно-флотационной сепарации, включает в себя бак для перемешивания, насос, генератор пузырьков, камеру минерализации, трубу-рассеиватель турбулентного потока, флотационную колонну и воздушный компрессор; при этом
на верхней части бака для перемешивания установлен электродвигатель, вал которого по вертикали входит в бак и оснащен мешалкой; нижняя часть бака для перемешивания соединена с каналом подачи насоса посредством трубопровода; нагнетательный канал насоса соединен со впуском генератора пузырьков посредством трубопровода, а камера минерализации включает в себя цилиндрическую обечайку на верхней части, а также конструкцию в виде воронки в нижней части; на боковой поверхности ниже цилиндрической обечайки камеры минерализации имеется канал подачи, к которому через трубопровод подсоединен выпуск генератора пузырьков, а также канал подачи имеется в нижней средней части камеры минерализации, и он расположен по касательной к ней; рудная пульпа подается в камеру минерализации по касательной; в нижней части конструкции в виде воронки имеется аварийный канал сброса с краном, на боковой стенке цилиндрической обечайки установлены несколько амортизирующих дисков, а также канал сброса имеется на боковой стенке камеры минерализации над цилиндрической обечайкой этой камеры;
флотационная колонна включает в себя колонноподобную часть, поверх которой установлен коллектор с коллекторным каналом; на боковой стенке колонноподобной части флотационной колонны имеется канал подачи, и к этому каналу через трубу-рассеиватель турбулентного потока подсоединен канал сброса камеры минерализации, причем этот канал входит в камеру минерализации по касательной; рудная пульпа подается в камеру минерализации по касательной, а внизу колонноподобной части имеется воронкообразная часть в форме обратной трапеции, причем на этой части поперечно расположены один или несколько слоев микропористых керамических пластин, служащих в качестве газовой камеры; внизу воронкообразной части имеется впуск газа флотационной колонны, соединенный с воздушным компрессором через трубопровод; на поверхности, противоположной месту расположения канала подачи флотационной колонны, установлено рифление с наклоном вниз; а также
на боковой стенке ниже колонноподобной части флотационной колонны имеется канал остаточного угля, расположенный на 1-10 мм выше микропористых керамических пластин.
Камера минерализации представлена кожухом гидроциклона, в котором равномерно установлены многослойные амортизирующие диски в количестве от 4 до 8 штук по внутреннему пространству так, чтобы повышался уровень турбулентности рудной пульпы, а также повышалась вероятность сцепления сверхмелких частиц и пузырьков.
Во внутренней части трубы-рассеивателя турбулентного потока имеются несколько стальных труб, приваренных пучками попарно, поперечное сечение которых квазиокруглое, и диаметр каждой такой трубы составляет 5-6 мм, а длина 15-25 мм.
Угол раскрыва между флотационным рифлением и флотационной колонной составляет 15-60°, за счет чего эффективно предотвращается проникновение рудной пульпы во флотационную колонну и непосредственное столкновение с противоположной стенкой колонны, что снижает вероятность десорбции крупных частиц и повышает стабильность флотации.
Диаметр пор каждой микропористой керамической пластины составляет 5-100 мкм.
Способ сепарации колонной, основанный на минерализационно-флотационной сепарации с применением колонного сепаратора, включает следующие этапы:
сначала включают воздушный компрессор, и в флотационную колонну через газовый впуск нагнетается воздух с целью
недопущения срабатывания аварийной трубы сброса камеры минерализации, после чего в бак для перемешивания подают угольный шлам и реагент, которые перемешиваются до однородного состояния для получения смеси, которая под давлением, нагнетаемым насосом, подается в генератор пузырьков;
при этом смесь под действием струйного течения генератора пузырьков создает эффект отрицательного давления для эффективного всаса воздуха, и этот воздух в газообразном состоянии распадается на микропузырьки, которые перемешиваются со смесью, образуя, тем самым, микропузырьковую смесь; микропузырьковая смесь подается в камеру минерализации по касательной линии через канал подачи, образуя область центробежного завихрения, и гидрофобные частицы угля в этой смеси, а также микропузырьки подвергаются турбулентному столкновению под действием амортизирующих дисков камеры минерализации, и в области центробежного завихрения образуются минерализованные пузырьки; после рассеивания крупной области завихрения трубой-рассеивателем турбулентного потока эти пузырьки попадают во флотационную колонну;
канал подачи флотационной колонны выступает в качестве разделительной линии, область выше которой представлена областью статического разделения, а область ниже областью флотационного вымывания с применением воздуха; после рассеивания завихрения минерализованная пузырьковая смесь подвергается статическому разделению в соответствующей области статического разделения с помощью флотационного рифления флотационной колонны, а частицы неминерализованной смеси с десорбцией попадают в область флотационного вымывания с применением воздуха для повышения степени извлечения; и
в завершение обогащенный уголь попадает в коллектор, а остаточный уголь выводится через канал сброса до тех пор, пока не завершится сепарация угольного шлама.
Положительные эффекты: в соответствии с конструкцией области минерализации и разделения изолированы друг от друга трубой-рассеивателем турбулентного потока для обеспечения соответствующих турбулентного столкновения и статического разделения, и это позволяет повысить степень извлечения угольного шлама с крупными частицами, а также не позволяет всплывать шламу с мелкими угольными частицами. Процессы центробежного завихрения в камере минерализации повышают турбулентность рудной пульпы, а также вероятность столкновения частиц и пузырьков, благодаря чему угольные частицы и пузырьки подвергаются гидроциклонной минерализации; с помощью трубы-рассеивателя турбулентного потока минерализованные частицы рассеивают крупную область завихрения для обеспечения эффекта стабилизации потока и попадают во флотационную колонну для обеспечения статического разделения; при этом воздушный компрессор обеспечивает достаточную подъемную силу, за счет чего снижается вероятность десорбции крупных частиц. В то же время, за счет потока воздуха во флотационной колонне образуется область флотационного вымывания, и может быть выполнена последующая минерализация выпавших крупных частиц, не подвергшихся минерализации, причем эти частицы могут естественным образом попадать в область разделения вместе со слаботурбулентным потоком, за счет чего обеспечивается качество остаточного угля. Колонный сепаратор, основанный на минерализационно-флотационной сепарации, обладает высокой очистной производительностью и обеспечивает низкие производственные и эксплуатационные затраты, удобен для установки и работы, значительно повышает извлечение из угольного шлама, повышает количество и качество обогащенного угля, а также обеспечивает получение значительных экономических положительных эффектов.
Краткое описание чертежей
ФИГ. 1 принципиальная схема конструкции колонного сепаратора на основе минерализационно-флотационной сепарации по настоящему изобретению.
ФИГ. 2 принципиальная схема конструкции трубы-рассеивателя турбулентного потока по настоящему изобретению.
Чертежи: 1 - бак для перемешивания; 2 - насос; 3 - генератор пузырьков; 4 - канал подачи камеры минерализации; 5 - амортизирующий диск; 6 - камера минерализации; 7 - канал сброса камеры минерализации; 8 - труба-рассеиватель турбулентного потока; 9 - стальная труба; 10 - канал подачи флотационной колонны; 11 - флотационная колонна; 12 - коллектор; 13 - флотационное рифление; 14 - канал остаточного угля; 15 - микропористая керамическая пластина; 16 - газовый впуск флотационной колонны; 17 - воздушный компрессор; 18 - аварийный канал сброса.
Подробное описание вариантов осуществления изобретения
Конкретные варианты реализации настоящего изобретения будут далее подробно описаны со ссылкой на ФИГ. 1.
На ФИГ. 1 представлены колонный сепаратор по настоящему изобретению, основанный на минерализационно-флотационной сепарации, включающий в себя бак для перемешивания 1, насос 2, генератор пузырьков 3, камеру минерализации 6, трубу-рассеиватель турбулентного потока 8, флотационную колонну 11 и воздушный компрессор 17;
на верхней части бака для перемешивания 1 установлен электродвигатель, вал которого по вертикали входит в бак 1 и оснащен мешалкой; нижняя часть бака для перемешивания 1 соединена с каналом подачи насоса 2 посредством трубопровода; нагнетательный канал насоса 2 соединен со впуском генератора пузырьков 3 посредством трубопровода, а камера минерализации 6 включает в себя цилиндрическую обечайку на верхней части, а также конструкцию в виде воронки в нижней части; на боковой поверхности ниже цилиндрической обечайки камеры минерализации 6 имеется канал подачи 4, к которому через трубопровод подсоединен выпуск генератора пузырьков 3, а также канал подачи 4 имеется в нижней средней части камеры минерализации 6, и он расположен по касательной к ней; рудная пульпа подается в камеру минерализации 6 по касательной; в нижней части конструкции в виде воронки имеется аварийный канал сброса 18 с краном, на боковой стенке цилиндрической обечайки установлены несколько амортизирующих дисков 5, а также канал сброса 7 имеется на боковой стенке камеры минерализации 6 над цилиндрической обечайкой этой камеры; камера минерализации 6 представлена кожухом гидроциклона, в котором равномерно установлены многослойные амортизирующие диски 5 в количестве от 4 до 8 штук по внутреннему пространству так, чтобы повышался уровень турбулентности рудной пульпы, а также повышалась вероятность сцепления сверхмелких частиц и пузырьков;
флотационная колонна 11 включает в себя колонноподобную часть, поверх которой установлен коллектор 12 с коллекторным каналом; на боковой стенке колонноподобной части флотационной колонны имеется канал подачи 10, и к этому каналу через трубу-рассеиватель турбулентного потока 8 подсоединен канал сброса 7 камеры минерализации 6; во внутренней части трубы-рассеивателя турбулентного потока 8 имеются несколько стальных труб 9, приваренных пучками попарно, поперечное сечение которых квазиокруглое, и диаметр каждой такой трубы составляет 5-6 мм, а длина 15-25 мм, благодаря чему во время флотации эффективно понижаются уровень турбулентности среды и вероятность десорбции крупных частиц; рудная пульпа подается в трубу-рассеиватель турбулентного потока 8 по касательной, а внизу колонноподобной части имеется воронкообразная часть в форме обратной трапеции, причем на этой и колоннообразной частях поперечно расположены один или несколько слоев микропористых керамических пластин 15, служащих в качестве газовой камеры; при этом во флотационной колонне предотвращается попадание раствора рудной пульпы в воздушный компрессор 17, а внизу воронкообразной части имеется впуск газа 16 флотационной колонны, соединенный с воздушным компрессором 17 через трубопровод; на поверхности, противоположной месту расположения канала подачи 10 флотационной колонны, установлено флотационное рифление 13 с наклоном вниз, и угол между флотационным рифлением 13 и флотационной колонной 11 составляет 15-60°, за счет чего эффективно предотвращается проникновение рудной пульпы во флотационную колонну 11 и непосредственное столкновение с противоположной стенкой колонны, что снижает вероятность десорбции крупных частиц и повышает стабильность флотации; а также на боковой стенке ниже колонноподобной части флотационной колонны 11 имеется канал остаточного угля 14, расположенный на 1-10 мм выше микропористых керамических пластин 15.
Способ сепарации колонной, основанный на минерализационно-флотационной сепарации, включает в себя следующие этапы:
сначала включают воздушный компрессор 17, и в флотационную колонну 11 через газовый впуск 16 нагнетается воздух с целью
недопущения срабатывания аварийной трубы сброса 18 камеры минерализации 6, после чего в бак для перемешивания 1 подают угольный шлам и реагент, которые перемешиваются до однородного состояния для получения смеси, которая под давлением, нагнетаемым насосом 2, подается в генератор пузырьков 3;
при этом смесь под действием струйного течения генератора пузырьков 3 создает эффект отрицательного давления для эффективного всаса воздуха, и этот воздух в газообразном состоянии распадается на микропузырьки, которые перемешиваются со смесью, образуя, тем самым, микропузырьковую смесь; микропузырьковая смесь подается в камеру минерализации 6 по касательной линии через канал подачи 4, образуя область центробежного завихрения, и гидрофобные частицы угля в этой смеси, а также микропузырьки подвергаются турбулентному столкновению под действием амортизирующих дисков камеры минерализации 6, и в области центробежного завихрения образуются минерализованные пузырьки; после рассеивания крупной области завихрения трубой-рассеивателем турбулентного потока 8 эти пузырьки попадают во флотационную колонну 11; при этом
канал подачи 10 флотационной колонны выступает в качестве разделительной линии, область выше которой представлена областью статического разделения, а область ниже областью флотационного вымывания с применением воздуха; после рассеивания завихрения минерализованная пузырьковая смесь подвергается статическому разделению в соответствующей области статического разделения с помощью флотационного рифления флотационной колонны 11, а частицы неминерализованной смеси с десорбцией попадают в область флотационного вымывания с применением воздуха для повышения степени извлечения; и
в завершение обогащенный уголь попадает в коллектор 12, а остаточный уголь выводится через канал сброса 14 до тех пор, пока не завершится сепарация угольного шлама.
Порядок работы: сначала включают воздушный компрессор 17, и в флотационную колонну 11 через газовый впуск 16 нагнетается воздух, а аварийная труба сброса 18 камеры минерализации 6 закрывается. После подачи угольного шлама для флотации и химического реагента в бак для перемешивания 1 и их однородного перемешивания полученная смесь подается в генератор пузырьков 3 насосом 2, при этом смесь под действием струйного течения создает эффект отрицательного давления для эффективного всаса воздуха, и этот воздух в газообразном состоянии распадается на микропузырьки, которые перемешиваются со смесью, образуя, тем самым, микропузырьковую смесь; микропузырьковая смесь подается в камеру минерализации 6 по касательной линии через канал подачи 4, гидрофобные частицы угля, а также микропузырьки подвергаются турбулентному столкновению под действием области центробежного завихрения камеры минерализации, и образуются минерализованные пузырьки; после рассеивания крупной области завихрения трубой-рассеивателем турбулентного потока эти пузырьки попадают во флотационную колонну 11; при этом завершается статическое разделение в соответствующей области, неминерализованные частицы с десорбцией попадают в область флотационного вымывания для повышения степени извлечения, и в завершение обогащенный уголь попадает в коллектор 12, а остаточный уголь выводится через канал сброса 14 до тех пор, пока не завершится сепарация угольного шлама.
После смешивания пульповыми смесителями рудная пульпа для флотации проходит через генератор пузырьков, а затем поступает в камеру минерализации гидроциклона. Она вращается на высокой скорости, и пузырьки подвергаются высокотурбулентным столкновениям, вследствие чего образуются минерализованные пузырьки. После рассеивания крупной области завихрения трубой-рассеивателем турбулентного потока эти пузырьки попадают в область статического разделения флотационной колонны для завершения разделения. В нижней части области статического разделения флотационной колонны установлено флотационное рифление для предотвращения попадания рудной пульпы в остаточный уголь из-за короткого замыкания, а неминерализованные частицы руды с десорбцией попадают в область флотационного вымывания с применением воздуха с целью повышения извлекаемости. На конечном этапе обогащенный уголь с малым содержанием золы попадает в устройство извлечения угля, а минералы с высоким содержанием золы сбрасываются через канал остаточного угля. Настоящее изобретение имеет следующие преимущества: камера минерализации и область разделения изолированы друг от друга для обеспечения соответствующих турбулентного столкновения и статического разделения, и это оказывает полезный эффект на сепарацию с высокой избирательностью по мелким частицам, а также снижает вероятность потерь крупных частиц с низким содержанием золы при флотации. Также колонный сепаратор, основанный на минерализационно-флотационной сепарации, обладает высокими очистной производительностью, приспособляемостью к различным видам угля и обеспечивает низкие производственные и эксплуатационные затраты, удобен для установки и работы, а также значительно повышает количество и качество продукции из обогащенного угля.