Эжекторно-вихревой аэратор для флотационной машины
EJECTOR-VORTEX AERATOR FOR FLOTATION MACHINE

Изобретение относится к области обогащения полезных ископаемых, в частности к очистке калийных пульп от нерастворимого остатка (НО) с применением гидроциклонов и пневматических флотационных машин.
На калийных обогатительных фабриках на первой стадии механического извлечения НО используются либо одна, либо две стадии гидроциклонов, слив которых направляется на следующие стадии получения отвальных шламов, соответствующих следующим регламентным нормам, а именно: массовая доля НО в твердой фазе должна превышать 60%, а массовая доля KCl должна быть менее 10%. На сильвинитовых обогатительных фабриках распространена схема, в которой для извлечения НО из слива гидроциклонов используются пневматические флотационные машины (МПСГ) с трубчатыми резиновыми аэраторами / Ю.Б. Рубинштейн, В.И. Мелик-Гайказян, Н.В. Матвиенко, С.Б. Леонов, Пенная сепарация и колонная флотация - М: Недра, 1989 г., с. 82-83, 276-278/. Трубчатые аэраторы обеспечивают высокое насыщение объема флотационной камеры пузырьками воздуха оптимального размера.
Недостатками резиновых трубчатых аэраторов является быстрый износ резины, увеличение диаметра отверстий и повышение неравномерности аэрации в процессе работы. Вследствие нестабильной работы трубчатых резиновых аэраторов на сильвинитовых обогатительных фабриках имеет место регулярное нарушение регламентных норм, которое проявляется в том, что в твердой фазе пенного продукта МПСГ массовая доля НО в среднем менее 50%, а массовая доля KCl в среднем превышает 15%. Указанных недостатков лишены эжекторные аэраторы, в которых подача воздуха в поток пульпы и его диспергация осуществляются за счет энергии движущейся струи.
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому эжекторно-вихревому аэратору для флотационной машины является установка для извлечения из сточных вод поверхностно активных веществ (ПАВ) /Авторское свидетельство СССР №789403, кл. C02F 1/38. В04С 5/107/, содержащая флотационную камеру и напорный гидроциклон, пески которого концентрируют механические примеси, а слив является подготовленной для флотации ПАВ водовоздушной смесью. В зоне воздушного столба гидроциклона давление ниже атмосферного, поэтому туда по воздушной трубке, установленной в зоне воздушного столба, из атмосферы эжектируется воздух. Смешение диспергированного эжекцией воздуха с восходящим потоком пульпы происходит в сливном патрубке гидроциклона и специальной сливной камере.
Недостатком известной установки является ограниченная область применения, которая проявляется в отсутствии возможности использования  ее для эффективной флотации из слива гидроциклонов тонких фракций минерального сырья. Указанный недостаток обусловлен в основном тем, что диаметр пузырьков воздуха в питании флотационной камеры установки для извлечения из сточных вод ПАВ существенно превышает оптимальные для минерализации пузырька тонкими фракциями минерального сырья пределы 20-500 мкм.
Размер пузырька существенно влияет на интенсивность всех флотационных субпроцессов. Гидравлический коэффициент захвата частицы минерала пузырьком воздуха, от которого зависит извлечение полезного компонента, и вероятность закрепления частицы на пузырьке, определяющая селективность процесса, сокращаются при увеличении среднего диаметра пузырька.
Целью изобретения является повышение селективности процесса флотации и увеличение извлечения заданного минерального компонента в пенный продукт флотационной машины, в питание которой поступает пульповоздушная смесь из эжекторно-вихревого аэратора, включающего гидроциклон, сливной желоб, трубопровод для транспортировки слива гидроциклона до флотационной машины и патрубки для подачи пульповоздушной смеси из трубопровода во флотационные камеры.
Указанная цель для флотационной машины, в питание которой поступает пульповоздушная смесь из эжекторно-вихревого аэратора, достигается тем, что пульповоздушная смесь слива гидроциклона кондиционируется с поверхностно-активными веществами (собирателями и пенообразователями, необходимыми для процесса флотации) и перед подачей во флотационную камеру под воздействием силы тяжести разгоняется в трубопроводе до скорости 7-20 м/с. Для дополнительной диспергации воздушных пузырьков на выходе из трубопровода внутри флотационной камеры целесообразно устанавливать сопло с отбойной плитой.
На фигуре 1 (фиг. 1) представлены напорный гидроциклон 1 со сливным желобом 2, из которого пульповоздушная смесь по трубопроводу 3 через пульподелитель 4 поступает по патрубку 5 в отдельные флотационные камеры 6, имеющие в своем составе, установленное на конце трубы 5 сопло и отбойную плиту, а также пенные желоба 7 для сбора концентрата и разгрузочное устройство для удаления камерного продукта 8. На начальном отрезке трубопровода 3 располагается точка подачи флотационных реагентов, которые необходимы также для получения пузырьков воздуха оптимального размера.
Элементы 1-3 в совокупности образуют эжекторно-вихревой аэратор. Пневматическая флотационная машина, в питание которой поступает пульповоздушная смесь из эжекторно-вихревого аэратора, работает следующим образом.
Исходная пульпа под давлением подается в питание гидроциклона 1. За счет вращательного движения пульпы в зоне воздушного столба гидроциклона создается разрежение, поэтому туда из атмосферы через сливную трубу эжектируется воздух. С целью обеспечения условий для эжектирования воздуха в зону воздушного столба сливная труба гидроциклона должна работать неполным сечением.
Пульповоздушная смесь из сливного желоба 2 поступает в трубопровод 3, в котором кондиционируется с флотационными реагентами и под воздействием силы тяжести разгоняется до скорости 7-20 м/с. С увеличением скорости струи в трубопроводе вблизи нее образуется развитый пограничный слой, движущийся вместе с ней. Условия для разгона пульповоздушной смеси до заданной скорости обеспечиваются за счет соответствующего перепада высот между уровнем расположения сливною желоба гидроциклона 2 и зеркалом пульпы во флотационной камере 6.
При определении требуемого перепада между уровнями расположения сливного желоба 2 и флотационной камеры 6 следует на основе известных закономерностей учитывать потерю напора пульпы в трубопроводе 3, который существенно зависит от его диаметра, а также количества колен и сопел на нем. Каждое колено и каждое сопло на трубопроводе 3 с одной стороны приводят к определенной потере напора пульповоздушной смеси, но с другой стороны способствуют образованию вихрей и повышению диспергации пузырьков воздуха. Диспергация воздуха в сливной трубе гидроциклона 1, сливном желобе 2, трубопроводе 3, пульподелителе 4 и патрубке 5 происходит именно под воздействием вихревых потоков пульпы.
Подача в трубопровод 3 поверхностно-активных веществ является необходимым условием для получения воздушных пузырьков оптимального для процесса флотации размера. Адсорбция ПАВ снижает поверхностное натяжение, что уменьшает вероятность коалесценции пузырьков. Добавление ПАВ в пульповоздушную смесь, как правило, снижает средний диаметр пузырька вследствие меньшего начального размера пузырьков и предотвращения коалесценции. Кроме того, вследствие подачи реагентов в трубопроводе 3 имеет место не только более эффективная диспергация пузырьков воздуха, но и их частичная минерализация.
Установленные во флотационной камере на выходе из патрубка 5 сопло и отбойная плита также способствуют образованию вихрей и повышению диспергации пузырьков воздуха, поэтому, в случае их установки, они будут дополнительной частью эжекторно-вихревого аэратора 1-3. Для исключения бесполезной потери напора конструктивные параметры сопла, установленного на патрубке 5, и уровень расположения отбойной плиты определяются таким образом, чтобы скорость пульповоздушной смеси не увеличивалась при прохождении через сопло.
Таким образом, необходимым и достаточным условием для увеличения извлечения заданного минерального компонента в пенный продукт флотационной машины, в питание которой подается слив гидроциклона, и для повышения селективности процесса флотации является оптимизация дисперсного состава воздушных пузырьков в эжекторно-вихревом аэраторе за счет, во-первых, кондиционирования пульповоздушной смеси слива гидроциклонов с флотационными реагентами и, во-вторых, разгона пульповоздушной смеси до скорости 7-20 м/с. Причем, чем больше скорость пульповоздушной смеси перед подачей во флотационную камеру, тем эффективность процесса флотации тонких фракций минерального компонента выше.
Пример 1.
На сильвинитовой обогатительной фабрике в одной из камер машины пенной сепарации глубокой (МПСГ) вместо резиновых трубчатых аэраторов был установлен эжекторно-вихревой аэратор 1-3, а также в качестве разгрузочного устройства был смонтирован эрлифт. На конце трубы 3 установили сопло и отбойную плиту. Результаты промышленной эксплуатации пневматической флотационной машины для извлечения НО из слива гидроциклонов, изображенной на фиг 1, при перепаде между уровнями расположения сливного желоба гидроциклона второй стадии механического обесшламливания 2 и зеркала флотационной камеры 6 (Н) равном 9 метрам, представлены в таблице 1. При этих условиях пульповоздушная смесь слива гидроциклонов перед подачей во флотационную камеру разгонялась до скорости более 7 м/с.
В таблице 1 отражены достигнутые в процессе промышленной эксплуатации значения показателей извлечения в пенный продукт KCl и НО, а также селективности процесса. Показатель селективности процесса шламовой флотации рассчитывался как отношение разности между значениями извлечения в пенный продукт НО и KCl к значению извлечения в пенный продукт НО. Для сравнения в таблице 1 приведены показатели эффективности эталонного процесса шламовой флотации в МПСГ.
Замена аэратора в камере МПСГ обеспечила высокую селективность процесса флотации НО из слива гидроциклонов 0,941 против 0,742 в эталонной МПСГ. Низкое значение извлечения НО в пенный продукт равное 13% объясняется тем, что большая часть воздушных пузырьков в питании флотационной камеры имела диаметр, превышающий оптимальные размеры 20-500 мкм.
Пример 2.
Результаты промышленной эксплуатации усовершенствованной двухкамерной МПСГ в схеме шламовой флотации, изображенной на фиг 1, представлены в таблице 1. В усовершенствованных камерах МПСГ выполнена реконструкция аналогичная той, которая описана в примере 1. В отличие от машины, описанной в примере 1, перепад между уровнями расположения сливного желоба гидроциклона первой стадии механического обесшламливания 2 и зеркала флотационной камеры МПСГ 6 равнялся 21 метру. Увеличенный на 12 метров перепад между циклоном и усовершенствованными камерами МПСГ обеспечил разгон пульповоздушной смеси слива гидроциклонов до скорости порядка 20 м/с, за счет которой извлечение НО в пенный продукт увеличилось по сравнению с примером 1 с 13% до 46,6% при высокой селективности процесса флотации (0,937).
Увеличение извлечения тонких фракций НО в пенный продукт при условии высокой селективности процесса флотации достигнуто за счет насыщения пульпы во флотационной камере более мелкими воздушными пузырьками оптимального размера 20-500 мкм, минерализация которых велика.
Пример 3.
Результаты промышленной эксплуатации в операции шламовой флотации трехкамерной МПСГ, которая была усовершенствована согласно схемы, изображенной на фиг 2, представлены в таблице 1. В усовершенствованных камерах МПСГ выполнена реконструкция аналогичная той, которая описана в примере 1. При этом перепад между уровнем расположения сливного желоба гидроциклона первой стадии механического обесшламливания 2 и усовершенствованной флотационной камерой МПСГ 6 был равен 21 метру, а между уровнем расположения сливного желоба 9 гидроциклона 10 второй стадии механического обесшламливания и усовершенствованной флотационной камерой МПСГ 6 был равен 9 метрам.
Совместная подача в пульподелитель 4 сливов двух гидроциклонов, расположенных на разных уровнях, создала благоприятные условия для коалесцентной флотации тонких фракций НО одновременно крупными и мелкими пузырьками. Крупные пузырьки, как известно, выполняют транспортные функции для высокоминерализованных мелких пузырьков. По сравнению с процессом шламовой флотации в машине, представленной в примере 2, за счет коалесцентной флотации селективность процесса флотации незначительно снизилась с 0,937 до 0,921, но при этом извлечение НО увеличилась с 46,6% до 50,9%.
Таким образом, промышленное применение эжекторно-вихревого аэратора 1-3 обеспечило повышение селективности и увеличение извлечения НО из  слива гидроциклонов в процессе шламовой флотации по сравнению с использованием МПСГ с аэратором из резиновых трубок. При этом для дальнейшего увеличения извлечения НО существует возможность оснащения МПСГ аэраторами одновременно обоих типов.