ФЛОТАЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО

2420-183463RU/011
ФЛОТАЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО
Полезная модель относится к флотационному устройству для отделения частиц твердого вещества из суспензии, содержащему корпус с флотационной камерой для приема суспензии, и по меньшей мере одно подводящее устройство для подачи газа во флотационную камеру, причем по меньшей мере одно подводящее устройство содержит по меньшей мере один газораспределительный элемент, который выполнен по меньшей мере из одного открытопористого материала, причем по меньшей мере один участок поверхности газораспределительного элемента размещают в области флотационной камеры с возможностью его смачивания суспензией.
Флотация представляет собой способ физического разделения для разделения тонкодисперсной смеси твердых веществ, например, таких как руды и пустая порода, в водной взвеси, или, соответственно, суспензии, с помощью воздушных пузырьков на основе различной смачиваемости поверхности содержащихся в суспензии частиц. Ее используют для обогащения полезных ископаемых и при переработке преимущественно минеральных веществ с низким до умеренного содержанием полезного компонента, а также ценного вещества, например, в форме цветных металлов, железа, редкоземельных металлов и/или благородных металлов, а также неметаллических полезных ископаемых.
Патентный документ WO 2006/069995 А1 описывает пневматическую флотационную установку с корпусом, который содержит флотационную камеру по меньшей мере с одним сопловым устройством для подведения суспензии во флотационную камеру, здесь обозначенным как эжекторы, кроме того, по меньшей мере с подводящим устройством для введения газа во флотационную камеру, которое при использовании воздуха называют аэрационными установками, или аэраторами, а также сборным резервуаром для образовавшегося при флотации пенообразного продукта.
При пневматической флотации во флотационную камеру, как правило, по меньшей мере через одно сопловое устройство вводят обработанную реагентами суспензию из воды и тонкодисперсного твердого вещества. Реагенты должны действовать так, чтобы особо ценные, преимущественно отделяемые частицы и, соответственно, частицы ценных материалов, становились гидрофобными. В качестве реагентов главным образом используют ксантогенаты, в основном, чтобы селективно сделать гидрофобными частицы содержащих сульфиды руд. Одновременно с суспензией, по меньшей мере через одно сопловое устройство, подводят газ, преимущественно воздух, который в суспензии приходит в контакт с гидрофобными частицами. Гидрофобные частицы прилипают к образующимся газовым пузырькам так, что система из газовых пузырьков, также называемая как аэрокоагулят, всплывает и образует на поверхности суспензии пенообразный продукт. Пенообразный продукт выводят в сборный резервуар и далее концентрируют обычным способом.
Качество пенообразного продукта и, соответственно, успешное разделение в способе флотации, помимо всего прочего, зависит от вероятности столкновения между гидрофобной частицей и газовым пузырьком. Чем выше вероятность столкновения, тем больше число гидрофобных частиц, которые прилипнут к газовым пузырькам, поднимутся на поверхность и вместе с другими частицами образуют пенообразный продукт.
При этом диаметр газовых пузырьков предпочтительно составляет меньше, чем около 5 мм, и в особенности варьирует в диапазоне между 1 и 5 мм. Такого рода мелкие газовые пузырьки имеют высокую удельную площадь поверхности и поэтому в состоянии связать явно больше частиц ценного вещества, в частности, частиц руды, в расчете на введенное количество газа, и увлечь с собой, чем это могут сделать более крупные пузырьки.
Как правило, газовые пузырьки с увеличенным диаметром всплывают наверх быстрее, чем газовые пузырьки с меньшим диаметром. При этом более мелкие газовые пузырьки захватываются более крупными газовыми пузырьками и объединяются с ними в еще более крупные газовые пузыри. Вследствие этого сокращается доступная в суспензии удельная площадь поверхности газовых пузырьков, с которой могут связываться частицы ценного вещества.
В случае флотационных установок, скомпонованных в виде колонны, в которых диаметр флотационной камеры во много раз меньше, чем ее высота, путь, которым газовые пузырьки должны проходить в суспензии и, соответственно, во флотационной камере, является особенно длинным. Вследствие этого особенно длинного пути в суспензии возникают особенно крупные газовые пузыри. Из-за этого снижается удельный вынос частиц ценного вещества из суспензии и тем самым также коэффициент полезного действия флотационной установки.
В так называемых гибридных флотационных установках, которые представляют собой сочетание пневматической флотационной ячейки с исполненной в форме колонны флотационной камерой, в особенности крупные частицы ценного вещества с диаметрами частиц в области 50 мкм и больше не полностью связываются с имеющимися газовыми пузырьками и тем самым могут быть лишь частично отделены от суспензии. Напротив, тонкие фракции с диаметрами частиц в диапазоне 20 мкм и меньше отделяются особенно хорошо.
Чтобы сделать равномерным снабжение газом флотационной камеры, в патенте США 4,997,549, или также в патенте США 4,744,890, предложено пропускать поток суспензии сверху вниз через флотационную камеру по спиральной траектории и, кроме того, заключить флотационную камеру в резервуар с двойной стенкой, с пористой внутренней стенкой, через которую в суспензию подают газ.
Патентный документ JP 58189054 А описывает способ и устройство для флотации угля. При этом применяют флотационное устройство, которое в области флотационной камеры имеет пористую донную пластину из керамического материала, через которую в суспензию подводят газ.
Правда, оказалось, что поры открытопористых керамических материалов во флотационной камере быстро забиваются частицами твердого вещества из суспензии, и резко возрастает давление газа позади керамического материала. Вследствие этого и ввиду дополнительных механических нагрузок во флотационной камере в области используемых керамических материалов это приводит к нежелательным хрупким разрушениям. Необходимая замена разрушенного керамического материала связана с нежелательным периодом простоя флотационного устройства.
Задача полезной модели состоит в создании флотационного устройства, которое имеет улучшенное газоподводящее устройство для флотационной камеры, включающее открытопористый материал.
Задача для флотационного устройства, предназначенного для отделения частиц твердого вещества из суспензии, содержащего корпус с флотационной камерой для приема суспензии и по меньшей мере одно подводящее устройство для введения газа во флотационную камеру, причем по меньшей мере одно подводящее устройство содержит по меньшей мере один газораспределительный элемент, который выполнен по меньшей мере из одного открытопористого материала, причем по меньшей мере один участок поверхности газораспределительного элемента размещают в области флотационной камеры с возможностью его смачивания суспензией, решена тем, что открытопористый материал представляет собой вспененный материал, преимущественно на основе металла или полимера.
Температурный диапазон, в котором обычно проводят флотацию суспензии на водной основе, варьирует между примерно 4°С и около 60°С. По сравнению с керамическим материалом, металлические материалы или материалы на основе полимера в этом температурном диапазоне менее подвержены хрупкому разрушению. Благодаря пластичности металлического материала и - хоть и в незначительной степени для многих полимеров - присущей полимерам упругости, они лучше пригодны для применения во флотационных устройствах, чем такие хрупкие материалы, как керамические.
Применение открытопористого вспененного материала еще более снижает опасность разрушения газораспределительного элемента, поскольку такие материалы при небольшом весе имеют высокую механическую прочность и создают лишь незначительное сопротивление течению. При этом трехмерная сшитая структура вспененного материала ведет себя как единое целое, в пределах которого механические нагрузки равномерно распределяются по большой площади. Открытая пористость вспененного материала ведет к выравниванию потока газа, поступающего в суспензию, в отношении распределения газа, течения газа и величины газовых пузырьков, так что достигается особенно эффективная аэрация и тем самым особенно эффективный вынос отделяемых частиц твердого вещества, прилипающих к поверхности пузырьков.
Благодаря простой обрабатываемости вспененного материала формы, в которых может быть скомпонован газораспределительный элемент, являются почти неограниченными. Так, могут быть реализованы усложненные геометрические формы, исполнение которых до сих пор было невозможным или достигалось только с высокими денежными затратами. Это позволяет сформировать газораспределительный элемент, оптимально приспособленный к геометрической форме конкретной флотационной камеры, и тем самым обеспечить равномерно высокую степень выноса отделяемых частиц твердого вещества, если смотреть со стороны донной поверхности флотационной камеры.
Комбинация из пластичного металла и вспененного материала или, соответственно, полимера и вспененного материала ведет к особенно стабильному и вместе с тем не создающему никаких проблем в отношении размера и веса газораспределительному элементу, который превосходно пригоден для применения во флотационных устройствах, чтобы однородно распределять газ в суспензии.
Применимые открытопористые металлические пены при этом имеют плотность, которая обычно составляет около 10% плотности исходного материала. Число пор на дюйм (ppi) в таких металлических пенах главным образом варьирует в диапазоне от 10 до 45 ppi. При этом вспененный материал может быть сформирован из одиночного металла, металлического сплава или композита с металлической матрицей. Пригодные металлические сплавы основываются, например, на алюминии. Пригодные композиты с металлической матрицей включают, например, частицы твердого сплава.
Вспененный материал из полимера преимущественно формируют из мягкого полиуретанового пенопласта. Но применимы также многочисленные другие полимеры, которые в температурном диапазоне между 4°С и 60°С дают упруго деформируемые пены.
Для формирования по возможности мелких газовых пузырьков вспененный материал преимущественно имеет поры со средним диаметром пор в диапазоне от 0,5 мм до 4 мм. Правда, во флотационном устройстве могут быть использованы также разнообразные вспененные материалы с различными средними диаметрами пор. Таким образом, можно оказывать целенаправленное влияние на локальное распределение газовых пузырьков по величине во флотационной камере и повышать выход.
Оказалось наиболее благоприятным, когда по меньшей мере один газораспределительный элемент флотационного устройства, по меньшей мере частично, отграничивает флотационную камеру на ее нижней стороне. При этом газораспределительный элемент может целиком составлять дно флотационной камеры, или же образовывать только участок дна флотационной камеры. Преимущественно в области дна флотационной камеры размещают многочисленные газораспределительные элементы, отстоящие друг от друга, для достижения по возможности однородной аэрации суспензии.
Кроме того, хорошо зарекомендовало себя обстоятельство, когда по меньшей мере один газораспределительный элемент размещают во флотационной камере без непосредственного контактирования с корпусом. Так, например, газораспределительные элементы, которые размещены без контакта с корпусом, устанавливают на питающем трубопроводе, имеющем газовыпускные отверстия, причем вспененный материал охватывает область питающего трубопровода, имеющую газовыпускные отверстия, или по меньшей мере покрывает газовыпускные отверстия. Это подводящее устройство, включающее питающий трубопровод и газораспределительный(-ные) элемент(-ты), непосредственно погружено в суспензию, например, в области верхнего конца корпуса. Но возможен также монтаж питающего трубопровода на корпусе или в отверстии корпуса.
Является преимущественным, когда в вертикальном направлении по меньшей мере над одним газораспределительным элементом размещают по меньшей мере одну отражательную пластину для газа, вытекающего по меньшей мере из одного газораспределительного элемента. Этим способствуют раздроблению вытекающих газовых пузырьков на меньшие газовые пузырьки и снижают опасность закупоривания пор вспененного материала частицами твердого вещества из суспензии.
В особенности оказалось преимущественным, когда по меньшей мере одному газораспределительному элементу придают спиралевидную форму, причем этот спиралевидный газораспределительный элемент размещен концентрически относительно вертикальной средней оси флотационной камеры. При этом винтовая линия спиралевидного газораспределительного элемента предпочтительно имеет угол подъема в диапазоне от 5° до 20°, чтобы добиться оптимальной аэрации.
При этом спиралевидный газораспределительный элемент может быть размещен без контакта с корпусом, или же спиралевидный газораспределительный элемент может быть закреплен на корпусе в области, обращенной к корпусу стороны. В обоих случаях спиралевидный газораспределительный элемент снабжают газом через питающий трубопровод. Так, например, спиралевидные газораспределительные элементы, которые установлены без контакта с корпусом, оснащают питающим трубопроводом, имеющим газовыпускные отверстия, которые охвачены вспененным материалом. Спиралевидные газораспределительные элементы, которые размещены в контакте с корпусом, оснащают, например, питающим трубопроводом в виде шины, причем вспененный материал покрывает шину.
Следует упомянуть, что, разумеется, на флотационном устройстве могут быть одновременно использованы газораспределительные элементы различных типов. Так, наряду с одним или несколькими газораспределительными элементами в донной области флотационной камеры, по меньшей мере один дополнительный газораспределительный элемент размещают в середине флотационной камеры, и/или по меньшей мере один спиралевидный или иным образом скомпонованный газораспределительный элемент устанавливают в области боковых стенок корпуса.
В частности, вспененный материал газораспределительного элемента разделяют на отдельные сегменты, чтобы в случае технического обслуживания обеспечить возможность частичной и особенно быстрой и экономичной замены только неисправного сегмента.
Предпочтительно имеется по меньшей мере одно сопловое устройство для подачи во флотационную камеру суспензии или суспензии и газа. Подобные сопловые устройства преимущественно размещают в срединной области флотационной камеры, чтобы выше зоны нагнетания образовать что-то типа зоны покоя, в которую всплывает пенообразный продукт, и суспензия перемещается вниз во флотационную камеру и тем самым навстречу направлению движения поднимающихся в суспензии газовых пузырьков. Этим повышают вероятность столкновения между частицами твердого вещества и газовых пузырьков и тем самым выход флотационного процесса.
В особенности оказалось преимущественным, когда флотационная камера, если смотреть в вертикальном направлении, имеет круговой периметр, и по меньшей мере одно сопловое устройство ориентировано так, что направляет суспензию или суспензию и газ во флотационное устройство по касательной к круговому периметру. Тем самым суспензии во флотационной камере придают вихреобразное движение, то есть суспензия во флотационной камере движется не только сверху вниз, но и одновременно вращается при этом вокруг вертикальной средней оси флотационной камеры.
В отношении флотационного устройства речь преимущественно идет о пневматической флотационной ячейке или флотационной установке колонного типа, но в особенности о гибридной флотационной установке, которая сочетает оба типа. Подробности этих флотационных устройств уже были обсуждены во введении.
Применение соответствующего полезной модели флотационного устройства является идеальным для флотации твердых частиц из одного материала, в частности, минеральной руды, из суспензии с содержанием твердого вещества в диапазоне от около 20 до 50% с образованием пенообразного продукта. Оно позволяет реализовать высокий выход пенообразного продукта и незначительные периоды простоя установки.
Фигуры 1-4 призваны разъяснить соответствующее полезной модели флотационное устройство в качестве примера. Как показано,
Фиг.1 представляет первое флотационное устройство в продольном разрезе;
Фиг.2 представляет второе флотационное устройство в продольном разрезе;
Фиг.3 представляет третье флотационное устройство в продольном разрезе;
Фиг.4 представляет поперечное сечение через третье флотационное устройство на высоте соплового устройства.
Фиг.1 показывает в продольном разрезе первое флотационное устройство 1 для отделения частиц твердого вещества от суспензии S. Флотационное устройство 1 содержит корпус 2 с флотационной камерой 2а для приема суспензии S и подводящим устройством 3 для подачи газа G, здесь в форме воздуха, во флотационную камеру 2а. Подводящее устройство 3 содержит многочисленные газораспределительные элементы 4, которые в каждом случае выполнены по меньшей мере из одного открытопористого материала. По меньшей мере один участок поверхности каждого газораспределительного элемента 4 размещают в области флотационной камеры 2а, с возможностью его смачивания суспензией S. Открытопористый материал здесь сформирован из металлического вспененного материала, также открытопористой металлической пены. Газораспределительные элементы 4 размещены в контакте с дном корпуса 2 и тем самым частично ограничивают флотационную камеру 2а в ее нижней части.
Кроме того, флотационное устройство 1 имеет сопловое устройство 6 для введения суспензии S или, необязательно, суспензии S и газа G во флотационную камеру 2а. Флотационная камера 2а, если смотреть в вертикальном направлении, имеет круговой периметр, причем сопловое устройство 6 приспособлено для направления суспензии S или, необязательно, суспензии S и газа G, во флотационную камеру 2а по касательной к круговому периметру. Суспензия S движется во флотационной камере сверху вниз вихреобразно закрученным потоком. На своем пути вниз частицы твердого вещества в суспензии S сталкиваются с газовыми пузырьками, которые образуются газораспределительными элементами 4 и поднимаются к поверхности суспензии. При этом гидрофобные отделяемые частицы твердого вещества, в частности, минеральной руды, прилипают к газовым пузырькам и увлекаются ими наверх. На поверхности суспензии S образуется пенообразный продукт SP, который отводят через не показанное здесь устройство для сбора пены, как, например, лоток для пены, и затем подвергают дополнительной обработке.
По вертикальному направлению над каждым газораспределительным элементом 4 размещают по отражательной пластине 5 для газа G, вытекающего из газораспределительных элементов 4. Газовые пузырьки поднимаются от каждого данного газораспределительного элемента 4 вверх и наталкиваются на имеющиеся в каждом случае отражательные пластины 5, в результате чего газовые пузырьки размельчаются, и тем самым число пузырьков возрастает, и сокращается размер пузырьков.
Образовавшийся остаточный шлам R, из которого были удалены гидрофобные отделяемые частицы твердого вещества, выводят из флотационной камеры 2а через выпускной канал 8.
Фиг.2 показывает в продольном сечении второе флотационное устройство 1' в форме колонны для отделения частиц твердого вещества от суспензии S. Условные обозначения, одинаковые с обозначениями в фиг.1, приписаны таким же элементам. Здесь имеются два подводящих устройств 3, 3' для введения газа G во флотационную камеру 2а.
Первое 3 из обоих подводящих устройств содержит питающий трубопровод 3а, который здесь имеет непоказанные газовыпускные отверстия, и в области газовыпускных отверстий покрыт вспененным материалом газораспределительного элемента 4а, здесь из открытопористого мягкого полиуретанового пенопласта. Питающий трубопровод 3а сверху погружен в суспензию S, причем газораспределительный элемент 4а находится в срединной части флотационной камеры 2а. Разумеется, здесь могут быть параллельно и в любом порядке размещены также многочисленные подобные подводящие устройства 3. При этом один питающий трубопровод 3а может снабжать газом многочисленные газораспределительные элементы 4а, или же для каждого газораспределительного элемента 4 может быть предусмотрен отдельный питающий трубопровод 3а.
Второй 3' из двух питающих трубопроводов содержит газораспределительный элемент 4b из открытопористой металлической пены, который полностью покрывает донную часть флотационной камеры 2а.
Второе флотационное устройство 1' тоже имеет сопловое устройство 6 для введения суспензии S или, необязательно, суспензии S и газа G, во флотационную камеру 2а. Флотационная камера 2а, если смотреть в вертикальном направлении, имеет круговой периметр, причем сопловое устройство 6 приспособлено для направления суспензии S или, необязательно, суспензии S и газа G, во флотационную камеру 2а по касательной к круговому периметру.
Фиг.3 показывает в продольном сечении третье флотационное устройство 1'' в форме колонны для отделения частиц твердого вещества от суспензии S. Условные обозначения, одинаковые с обозначениями в фиг.1 и 2, приписаны таким же элементам. Здесь, как уже показано в фиг.2, имеются два подводящих устройств 3, 3' для введения газа G во флотационную камеру 2а.
Первое 3 из двух подводящих устройств содержит питающий трубопровод 3а, который расширяется в виде воронки и на своем конце закрыт вспененным материалом газораспределительного элемента 4а. Вспененный материал подразделен на сегменты, которые в случае технологического обслуживания обеспечивают возможность замены отдельными сегментами. При этом отдельные сегменты могут быть сформированы из различных вспененных материалов, то есть, различающихся по материалу и/или среднему диаметру пор. Питающий трубопровод 3а проложен сбоку через корпус 2 в суспензию S, причем газораспределительный элемент 4а находится в срединной части флотационной камеры 2а. Разумеется, здесь могут быть параллельно и в любом порядке использованы также многочисленные меньшие такие подводящие устройства. При этом один питающий трубопровод 3а может снабжать газом многочисленные газораспределительные элементы 4а, или же для каждого газораспределительного элемента 4 может быть предусмотрен отдельный питающий трубопровод 3а.
Второе 3' из обоих подводящих устройств содержит спиралевидный газораспределительный элемент 4с из открытопористой металлической пены, который проложен вдоль корпуса 2 и своей продольной осью спирали расположен концентрически относительно средней оси М флотационной камеры 2а. Здесь металлическую пену размещают на питающем трубопроводе в форме шины, через который газ подают в металлическую пену. Вместо спиралевидного газораспределительного элемента 4с здесь могут находиться также многочисленные кольцеобразные газораспределительные элементы, установленные горизонтально или наклонно.
Третье флотационное устройство 1'' также имеет сопловое устройство 6 для введения во флотационную камеру 2а суспензии S или, необязательно, суспензии S и газа G. Флотационная камера 2а, если смотреть в вертикальном направлении, имеет круговой периметр, причем сопловое устройство 6 приспособлено для направления суспензии S или, необязательно, суспензии S и газа G, во флотационную камеру 2а по касательной к круговому периметру.
Здесь схематически представлен также лоток 7 для пены для выведения образовавшегося пенообразного продукта SP.
Фиг.4 схематически показывает поперечное сечение третьего флотационного устройства 1'' на высоте соплового устройства 6. Очевидно, что суспензия S нагнетается по касательной и тем самым вовлекается во вращательное движение вокруг средней оси М флотационной камеры 2а. При этом альтернативно, и в зависимости от диаметра флотационной камеры 2а, могут быть также предусмотрены два или больше сопловых устройств 6, которые размещают аналогично.
Фигуры 1-4 показывают только примеры соответствующего полезной модели флотационного устройства. Таким образом, согласно полезной модели возможны многочисленные дополнительные формы резервуара, высоты резервуара, компоновки газораспределительных элементов, комбинации различных вспененных материалов и т.д., которые здесь подробно не показаны.